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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(fā)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(yōu)良的力學性能和冷鐓成形，該合金的主要半成品是軋制態(tài)和拉拔態(tài)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?shù)群娇站o固件。
BT16鈦合金特點如下：含少量的Al，更多的β穩(wěn)定元素（Mo），β相穩(wěn)定系數(shù)Kβ高達0.8，β相含量約為25%～30%，退火或淬火狀態(tài)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(xiàn)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(tài)BT16合金絲材冷鐓制作航空緊固件。國內(nèi)外學者對BT16鈦合金退火工藝、微觀組織、相結(jié)構(gòu)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(yōu)化BT16鈦合金及應用提供理論依據(jù)和實驗數(shù)據(jù)，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(chǎn)過程中組織結(jié)構(gòu)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(jié)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?；瘜W腐蝕劑配比為2.5mLHf＋3mLHNO3＋5mLHCl＋89.5mLH2O。試驗結(jié)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(guī)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(gòu)成的雙態(tài)組織，即由初生α相、晶間β相及β相內(nèi)析出的針狀α′相組成。
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