TC16钛合金是21世纪初中国在俄制BT16钛合金成分设计基础上开发的一种具有良好工艺塑性的 钛合金材料，属于 α+β 两相钛合金，名义成分为 Ti‒3Al‒5Mo‒4.5V，相变点在 840～880 °C，β 稳定 系数为 0.83，具有高塑性、高强度、良好淬透性、 优异的冷镦成型性，同时具有抗疲劳和焊接性能好，对应力集中敏感性小等优点。
一架中型飞机 (如国产C919) 所用的紧固件的总重量可占飞机总质量的5%~6%，可达200万到300 万个[3]。图1为 TC16 钛合金紧固件及 C919 飞机。
TC16 钛合金常以冷镦热处理的方式进行强化， 故要求材料在退火态具良好的塑性，固溶时效态具有较高的强 度 。对比俄制BT16钛合金， 国产TC16钛合金具有与其相当的力学性能和工艺塑性， 但是冷镦工艺还不够成熟，无法实现量化生产。研究表明，材料的冷镦变形能力与塑性、剪切强度及组织有关。
且不同退火及固溶时效工艺对其组织及性能影响较大[4]，因此，本文通过研究不同退火工艺及固溶时效工艺对TC16合金棒材组织、性能的影响规律，为紧固件用 TC16 合金国产化、批量化的研制及生产提供技术支持。
为了提升TC16钛合金的冷镦工艺成熟度，本研究首先对TC16钛合金进行了系统的退火处理。通过调整退火温度和时间，观察合金的微观组织和宏观性能变化。研究发现，随着退火温度的提高和保温时间的延长，TC16钛合金的晶粒尺寸逐渐增大，塑性得到改善，但同时也需要注意控制晶粒过分长大，以免影响后续的冷镦成型性。
在退火工艺优化的基础上，我们对TC16钛合金进行了固溶时效处理。固溶处理可以进一步提高合金的强度，而时效处理则有助于析出强化相，提升合金的综合性能。通过调整固溶温度、保温时间以及时效温度和时间，我们得到了一系列具有不同微观组织和性能的TC16钛合金样品。
实验结果表明，固溶处理温度在780°C至820°C范围内，TC16钛合金的强度和塑性均达到较好水平。保温时间控制在1至2小时，可以确保合金元素充分溶解，为后续的时效处理打下基础。时效处理温度在530°C至580°C范围内，合金的强度和韧性得到显著提升。时效时间在4至8小时之间，合金的性能达到最佳。
通过对不同工艺参数下的TC16钛合金进行力学性能测试，我们发现，优化后的退火和固溶时效工艺能够使TC16钛合金的屈服强度提高20%以上，抗拉强度提高15%以上，同时保持良好的塑性。此外，冷镦实验表明，经过优化工艺处理的TC16钛合金具有良好的冷镦成型性，为量化生产奠定了基础。
为了进一步验证TC16钛合金紧固件在实际应用中的性能，我们将其应用于C919飞机的模拟试验。试验结果表明，采用TC16钛合金制作的紧固件在疲劳寿命、抗拉强度和焊接性能等方面均满足飞机使用要求，且在应力集中区域表现出良好的抗疲劳性能。
本研究还针对TC16钛合金紧固件的批量生产进行了探讨。通过优化生产线布局、改进冷镦成型设备和模具设计，实现了TC16钛合金紧固件的高效、稳定生产。同时，对生产过程中的质量控制进行了严格把控，确保了紧固件的产品质量。
总之，通过对TC16钛合金退火工艺和固溶时效工艺的研究，我们为我国航空紧固件用TC16合金的国产化、批量生产提供了有力的技术支撑。这不仅有助于降低飞机制造成本，提高我国航空制造业的国际竞争力，还为我国钛合金材料的应用和发展奠定了坚实基础。未来，我们将继续深入研究TC16钛合金的性能优化和工艺改进，以满足更高性能航空紧固件的需求。
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