重量在賽車中扮演了非常重要的角色，輕量化的設計以及對材料的正確選用，儼然已經成為了一門科學。各種碳纖維復合材料的應用，不僅降低了賽車的重量，同時也讓賽車更加堅固。

現在，碳纖維復合材料也在大量應用在現代飛機上，無論是波音787還是空客350，復合材料的用量已經成為衡量其先進性的重要指標。除了復合材料以外，飛機制造還會大量用到鋁合金和鋼材料，鋼比鋁合金強度高，但是在重量上沒有優勢，因此鋼材料也多是用于需要極高強度連接的結構上，例如飛機的起落架。

如此之多的材料需要被連接在一起來組裝成一架完整的飛機，這必然對緊固系統構成了相當大的挑戰。飛機上使用的緊固件，尤其是結構緊固件，包括螺栓、螺母、鉚釘以及各種銷、軸等，因為飛機需要面對更加復雜的應用環境，高壓、高溫、高腐蝕，這些都要求緊固件更加耐用，同時還要兼顧輕巧來提高燃油性。

一架飛機上數以萬計的緊固件會用到哪些材料呢？

低碳鋼 – 含碳量低于0.25%。材料本身具有優秀的延展性和韌性，因此具有很好的加工能力，其抗拉強度基本在60-80KSI；

中碳鋼 – 含碳量在0.25-0.6%，抗拉強度在100-120KSI；

合金鋼 – 在碳鋼的基礎上增加合金元素，比如鉻、硅等，給鋼本身帶來更高的機械性能，合金鋼的抗拉強度可以達到150KSI;

不銹鋼 – 合金鋼的一種，鉻的含量超過了10%，它使金屬表面形成了防氧化層；

鋁合金 – 輕型金屬合金，優秀的耐腐蝕性、導電性和熱傳導性，抗拉強度可以達到60KSI，緊固件常用的鋁合金包括2024、7075等；

硅銅合金 – 最大的優勢就是耐腐蝕特性；

鎳基合金 – 在高溫和低溫應用中都可以保持優秀的機械性能，在飛機引擎應用中非常常見，但是在其它應用領域非常少見，主要是這類材料過于昂貴；

鈦合金 – 目前最常見的飛機緊固件材料，各方面都有優勢，重量（與合金鋼相比）、耐腐蝕性、在高溫下的表現等等。鈦合金材料的緊固件抗拉強度基本可以達到150KSI。

面對如此之多的材料，根據特定的應用情況來選擇正確的、適合的材料就顯得至關重要：

如果僅僅是考慮連接處的強度問題，那么優先選用鋼材質；

如果應用環境還具有腐蝕性，可以考慮在鋼的表面進行鍍層處理；

如果是極端的腐蝕環境，可以選擇不銹鋼或有色金屬合金；

如果涉及到導磁性問題，那么就選擇奧氏體不銹鋼或者選擇鋁和銅；

如果實際應用中導電性成為主要需求，那么就選擇鋁或銅；

如果要考慮電阻絕緣的問題，那么可以嘗試選擇非金屬材料；

如果想要減輕重量，那么就考慮鋁合金；

如果既要減輕重量，又要達到較高的機械強度，毫無疑問選擇鈦合金；

如果面對高溫和低溫的要求，可以選擇不銹鋼和高溫合金。

對于緊固件材料的準確選擇，顯然需要一定的材料知識儲備。但并不是說每一個飛機結構設計人員都要成為材料專家，而是應該去分析和預見緊固件在結構中需要承受的載荷力，進而規劃出緊固件的設計需求。

當下可能最具挑戰的恐怕還是飛機材料上開始大規模的使用復合材料，原本可以在鋁合金上使用的緊固件，在面對復合材料時，必須做出新的改進。比如說，在金屬飛機結構上，鋁本身就是一種非常良好的導電材料，當面對閃電雷擊問題時，它可以無害地消散機身表面的電流。然而復合材料不是導體，甚至是絕緣體，當面對閃電雷擊時，表面的電流總是會試圖找到電阻最小的路徑，這時相比于復合材料，緊固件倒成為了“導體”。活躍的電流如果在機翼油箱位置引起電火花，那結果可能時災難性的。

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責任編輯：殷鵬飛