铆钉虽小作用大 一些短板亟待补
时间：2021-12-01 10:10 点击次数：
在焊接工艺未面世前，所有工件的连接都是铆接的，它是一种非常古老的工件连接工艺，虽然它有四五千年的历史，但至今仍是主要的连接工艺之一，不可或缺。特别是在航空航天器制造中，铆接工作量非常大，据称C919大飞机的铆钉用量以百万个计，支线客机ARJ21的铆钉用量也多达五六十万个。
航空器的主要结构材料为铝合金，商用飞机的铝制结构与零部件净质量占飞机总净质量的60%~80%。连接铝结构与零件的铆钉必须用电极电位差最小的铝合金制造，当然最好是用同种合金的铆钉，如果不能用同种合金铆钉，也应用电极电位尽量相近合金，以防异种金属和/或合金之间的接触腐蚀。
铆钉是用线材制的，为了制造航空器及其他铝制装备，铝工业及其他部门研发与加工制造了一系列铆钉线专用铝合金。铝结构用的铝合金材料有两类：热处理不可强化铝合金及热处理可强化铝合金。这些专用铆钉铝合金大都已纳入国家标准GB/T3197。
铝及铝合金铆钉线材尺寸
中国铝合金铆钉线材生产始于1956年11月东北轻合金有限责任公司（当时名为哈尔滨铝加工厂，代号一零一厂）的建成投产，铆钉线材生产能力1000t/a；1968年9月又建成了中国铝业西北铝加工分公司（当时厂名西北铝加工厂，代号一一三厂），生产能力300t/a，但是航空航天器柳钉线材仍主要由于上述两厂生产，有些铆钉及线材是进口的或外商在华独资企业提供的，如铝－锂合金铆钉等。铝及铝合金铆线材尺寸及其尺寸偏差见表1（GB/T3197）。
抗剪强度
铆钉在工作中受到的载荷主要为剪应力，因此，铆钉线材必须具有一定的抗剪强度。热处理不可强化的工业纯铝及铝合金铆钉线材的标定（GB/T3196）抗剪强度见表2，而经固溶处理及时效的铝合金铆钉线材的抗剪强度见表3。
热处理不可强化铝合金铆钉线材
1035工业纯铝
1035工业纯铝铆钉用于铆接工业纯铝制造的构件，在航空器中用于连接通风系统零部件、电线保护导管件、垫片等。在铝制化工设备中有较多的应用。1035工业纯铝是一种应用广泛的纯铝，它的成分（质量%）：Cu0.05、Mn0.05、Mg0.05、Zn0.10、Ti0.06、V0.05、（Si+Fe）0.65，其他杂质单个0.03、Al99.35，高压输电线都是用此种铝拉制的。
3A21合金
3A21合金是一种Al-Mn系不可热处理强化的变形铝合金，应用广泛，半成品种类齐全，板、带、箔、管、棒、型、线、缎件都有，GB/T3196与GJB2055对铆钉线材性能、成分等作了规定，它的合金元素含量为1.0%Mn~1.6%Mn，线材直径1.6mm~10.0mm，在HX8状态成捆供应，抗剪强度Rc≥69N/mm2。合金的强度低，但比工业纯铝的高，冷变形可以提高其强度，有很高的抗蚀性，与工业纯铝的相当。在不平衡条件下的凝固组织为α－Al、Al12Mn、Al6Mn、Al4Mn，在退火时Al4Mn转变为Al6Mn。Al12Mn是亚稳定的，温度≥550℃时完全消失。另外，含Mn的过饱和固溶体分解时，初期形成的Al12Mn转变为稳定的Al6Mn。合金中的杂质Fe可形成不溶解的Al6（FeMn）相，Si可能产生Al10Mn3Si（T）相。在航空器中用于制造油箱、汽油滑油导管、冷冲压件、受力小的零件，在民品、通用设备与建筑中有着大量应用。
5A02合金
5A02合金是一种热处理不可强化的Al-Mg系合金，相当于国际上的5052合金，强度低，塑性高，冷变形可以提高其强度，但降低塑性，抗蚀性高，可焊性好，适宜在海洋环境中工作，冷作硬化对合金抗蚀性及可焊性无影响，材料退火温度350℃~410℃，GB/T3196、GJB2055对5A02合金铆钉线材的有关事项作了规定，线材直径1.6mm~10.0mm，HX8状态成捆供应。退火状态5A02合金组织由α－Al、β相（Al3Mg2）组成，杂质铁和硅可形成Al3Fe和Mg2Si，还可能有AlMg2Mn和AlFeSi。线材抗剪强度Rc≥1180N/mm2。
5A05合金
5A05合金：一种含Mg量较高（4.80%~5.50%）与含有Mn的（0.30%~0.60%）不可热处理强化的变形铝合金，冷变形可提高强度，降低塑性，退火状态材料的塑性高，半冷作硬化状态材料的塑性中等，抗蚀性高，按GJB2055铆钉线材在HX8状态成捆交货，直径1.6mm~10.0mm，抗剪强度Rc≥166N/mm2。该合金通常用于制造要求有高的工艺塑性和耐腐蚀的承受中等载荷的焊接管道、液体容器等，铆钉用于紧固零部件。5A05合金的抗蚀性与第二相β（Al3Mg2）的分布形态密切相关，当β相连续分布于晶界，合金就有相当大的晶界腐蚀和应力腐蚀开裂敏感性，但是经适当的退火使β相呈弥散状态均匀地分布于晶界和晶粒，就可以显著提高合金的抗蚀性，甚至消除对这两种腐蚀的敏感性；冷作硬化、焊接、使用中的长期加热会降低合金的抗蚀性，甚至会引起剥落腐蚀。5A05合金的常温组织为α－Al+β相，Mn、Fe、Si可形成AlMg2Mn、AlFeSi和Mg2Si，在310℃~335℃退火可以避免β相沿晶界连续性分布。5A05合金相当于美国的5056合金，合金的熔化温度范围638℃~568℃。
5B05合金
5B05合金：一种含Mg量高的（4.70%~5.70%）Al-Mg系专业铆钉合金，不可热处理强化，其铆钉用于铆接铝结构与镁结构，铆钉在退火状态下铆接，因为此状态铆钉具有最佳的塑性，它的平均含镁量5.2%，比5A05合金的5.15%略高一点点，实际上这两个合金的合金化元素（Mg、Mn）含量相等，但是在杂质含量方面则有一些差别，5B05合金的Si、Fe含量分别应≤0.40%，而5A05合金的为0.5%，而在5B05合金中，（Si+Fe）之和应≤0.6%，可是对5A05的（Si+Fe）含量未作规定。5B05合金铆钉线材直径1.6mm~10.0mm，在HX8状态成捆交货，按GB/T3196和GJB2055的规定，合金的抗剪强度应≥157N/mm2。铆钉在阳极氧化与重铬酸钾封孔后需退火再铆接，如在盐浴槽内退火，须将铆钉装入一头封孔的壁薄的钢管内（管径<50mm、壁厚<1.5mm），保温时间与空气炉内退火相当，即40min。5B05合金线材的退火制度：（350℃~410℃），按材料直径确定，不宜过长。该合金铆钉用于铆接在－196℃~200℃工作的退火状态的铝合金及镁合金结构件。5B05合金的组织结构与5A05合金的相当，它的抗蚀性与第二相（β相－Al3Mg2）的分布形态密切相关，若连续分布于晶界，则有晶界腐蚀与应力腐蚀开裂敏感性，进行适当的退火可使β相呈细小的质点均匀地分布于晶界与晶内，显著提高抗蚀性。冷作硬化与使用过程中长时间加热都会降低合金的抗蚀性，甚至引发剥落腐蚀。
