鈦合金緊固件主要采用三類材料:第一類是低Mo當量的α-β型兩相合金,如Ti-6Al-4V;第二類是亞穩定β合金,有美國的βIII,Ti-44.5Nb,Ti-15-3以及我國的TB2,TB3和TB8;第三類是亞臨界成分的α-β型兩相合金,如俄羅斯的BT16l。
第一類Ti-6Al-4V是低Mo當量α-β型兩相合金,在三類合金中β穩定系數最低(只有0.27),而鋁當量則最高(達到6)。所以在退火狀態的β相含量只有7%(體積分數)。它的優點是密度最低,強度和疲勞性能最好,成分最簡單,半成品成本最低。但由于室溫塑性沒有達到足夠高,所以加工緊固件時需要采用感應加熱進行熱鐓成形,以及真空固溶處理加時效處理,加工成本較高。
第二類為β合金(如TB2,TB3,TB5,TB8等),與α-β型合金完全不同,Bβ穩定系數很高,在1.15~1.97范圍內,而鋁當量則降低到3左右。所以在固溶處理時可獲得單一β相,從而能在室溫下冷鐓成形螺栓和鉚釘,加工成本低,缺點是密度高,強度雖與Ti-6Al-4V相當,但疲勞性能不如Ti-6Al-4v,而且成分復雜,半成品成本高。由于同樣需要進行真空時效處理,所以成品緊固件的成本仍要高于Ti-6Al-4V,而使用溫度也比Ti-6Al-4V低。
第三類是BT16合金的密度比Ti-6Al-4V要略高一些,但顯著低于β合金。BT16合金β穩定系數為0.83,介于上述兩類之間,接近臨界成分(β穩定系數為1)。在β穩定元素和Ti組成的二元合金中,隨著β穩定元素含量的增加,晶粒尺寸逐漸減小,在l臨界濃度附近,α相和β相數量相等,晶粒尺寸達到最小。穩定元素進一步增加時,晶粒尺寸增加。較小的p晶粒和在退火狀態下高達25%(體積分數)的β相含量決定了BT16合金具有優異的室溫T藝塑性。所以BT16合金具備了室溫條件下完成緊固件頭部的快速鐓粗的條件,即冷鐓。




