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冷鐓緊固件用Ti-3Al-5Mo-4.5V(BT16)鈦合金(化學成分)航空航天鈦合金的微觀組織及性能
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時間：2013-08-23
Ti-3Al-5Mo-4.5V鈦合金（BT16）由俄羅斯輕合金研究院研制，是一種高強、新型的典型α+β兩相鈦合金，具有優良的力學性能和冷鐓成形，該合金的主要半成品是軋制態和拉拔態直徑為4～10mm的絲材和棒材，通過冷鐓可以制作螺釘、螺栓和鉚釘等航空緊固件。
BT16鈦合金特點如下：含少量的Al，更多的β穩定元素（Mo），β相穩定系數Kβ高達0.8，β相含量約為25%～30%，退火或淬火狀態下都具有較高的塑性，而固溶＋時效合金具有更高的強度，而塑性降低不明顯。鈦合金在熱處理過程中出現的主要過渡相有α′相、α″相和淬火時效β相。
俄羅斯采用退火態BT16合金絲材冷鐓制作航空緊固件。國內外學者對BT16鈦合金退火工藝、微觀組織、相結構和力學性能進行了大量研究。采用BT16合金制造冷變形強化緊固件，其工時和成本最低，可在160℃以下無限期使用；采用固溶時效BT16合金制造的緊固件，其工作溫度可達350℃。
????為進一步研究和優化BT16鈦合金及應用提供理論依據和實驗數據，科研人員通過利用光學顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）研究了BT16鈦合金在生產過程中組織結構演變及熱處理工藝對合金絲材力學性能的影響。
實驗中，使用直徑為6.5mm的BT16鈦合金絲材，其化學成分如表1所示。合金絲材的制備過程如下：鑄錠→開坯→鍛造→軋制。首先，利用兩次真空自耗電極熔化爐獲得Φ210mm的BT16鈦合金鑄錠，然后開坯，開始溫度為1150℃，結束溫度控制在800℃左右，之后熱鍛成直徑為7.5mm的絲材，最后進行退火處理：780℃保溫2h，爐冷至550℃，再空冷。退火后的絲材進行表面磨光，以備冷鐓實驗用。
表1??BT16鈦合金化學成分
| 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型正置透反射光學顯微鏡（OM）、JEOL?JEM?2100型透射電鏡（TEM）和JEOL?JSEM?7001F型高分辨掃描電鏡（SEM）對BT16鈦合金絲材和冷鐓試樣進行觀察和分析。化學腐蝕劑配比為2.5mLHf＋3mLHNO3＋5mLHCl＋89.5mLH2O。試驗結果如下：
????（1）BT16合金絲材退火制度為：760～830℃、2h＋550℃、空冷。所得絲材的力學性能σb為870～935?MPa，δ為22%～25%，ψ為62%～65%，其冷鐓變形量達到80%，退火后合金組織由初生等軸α相、少量短條狀α相及晶間β相組成。
（2）固溶（空冷）＋時效后，合金組織由不規則的等軸狀初生α相和析出針狀α′相的β相組成；固溶（淬火）＋時效后，合金由等軸α相和晶間β相構成的雙態組織，即由初生α相、晶間β相及β相內析出的針狀α′相組成。
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