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冷镦紧固件用Ti-3Al-5Mo-4.5V(BT16)钛合金(化学成分)航空航天钛合金的微观组织及性能
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司
更新时间：2013-08-23
Ti-3Al-5Mo-4.5V钛合金（BT16）由俄罗斯轻合金研究院研制，是一种高强、新型的典型α+β两相钛合金，具有优良的力学性能和冷镦成形，该合金的主要半成品是轧制态和拉拔态直径为4～10mm的丝材和棒材，通过冷镦可以制作螺钉、螺栓和铆钉等航空紧固件。
BT16钛合金特点如下：含少量的Al，更多的β稳定元素（Mo），β相稳定系数Kβ高达0.8，β相含量约为25%～30%，退火或淬火状态下都具有较高的塑性，而固溶＋时效合金具有更高的强度，而塑性降低不明显。钛合金在热处理过程中出现的主要过渡相有α′相、α″相和淬火时效β相。
俄罗斯采用退火态BT16合金丝材冷镦制作航空紧固件。国内外学者对BT16钛合金退火工艺、微观组织、相结构和力学性能进行了大量研究。采用BT16合金制造冷变形强化紧固件，其工时和成本最低，可在160℃以下无限期使用；采用固溶时效BT16合金制造的紧固件，其工作温度可达350℃。
为进一步研究和优化BT16钛合金及应用提供理论依据和实验数据，科研人员通过利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）研究了BT16钛合金在生产过程中组织结构演变及热处理工艺对合金丝材力学性能的影响。
实验中，使用直径为6.5mm的BT16钛合金丝材，其化学成分如表1所示。合金丝材的制备过程如下：铸锭→开坯→锻造→轧制。首先，利用两次真空自耗电极熔化炉获得Φ210mm的BT16钛合金铸锭，然后开坯，开始温度为1150℃，结束温度控制在800℃左右，之后热锻成直径为7.5mm的丝材，最后进行退火处理：780℃保温2h，炉冷至550℃，再空冷。退火后的丝材进行表面磨光，以备冷镦实验用。
表1 BT16钛合金化学成分
| Type
|
Al
|
Mo
|
V
|
C
|
Fe
|
Si
|
Zr
|
O
|
N
|
H
|
| Test
|
2.8
|
5.2
|
4.5
|
0.02
|
0.05
|
0.08
|
0.10
|
0.08
|
0.02
|
0.001
|
| Standard
|
1.8～3.8
|
4.5～5.5
|
4.0～5.0
|
≤0.10
|
≤0.25
|
≤0.15
|
≤0.30
|
≤0.15
|
≤0.05
|
≤0.015
|
利用LEICA DM2500M型正置透反射光学显微镜（OM）、JEOL JEM−2100型透射电镜（TEM）和JEOL JSEM−7001F型高分辨扫描电镜（SEM）对BT16钛合金丝材和冷镦试样进行观察和分析。化学腐蚀剂配比为2.5mLHf＋3mLHNO3＋5mLHCl＋89.5mLH2O。试验结果如下：
（1）BT16合金丝材退火制度为：760～830℃、2h＋550℃、空冷。所得丝材的力学性能σb为870～935 MPa，δ为22%～25%，ψ为62%～65%，其冷镦变形量达到80%，退火后合金组织由初生等轴α相、少量短条状α相及晶间β相组成。
（2）固溶（空冷）＋时效后，合金组织由不规则的等轴状初生α相和析出针状α′相的β相组成；固溶（淬火）＋时效后，合金由等轴α相和晶间β相构成的双态组织，即由初生α相、晶间β相及β相内析出的针状α′相组成。
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