钛合金紧固件主要采用三类材料:第一类是低Mo当量的α-β型两相合金,如Ti-6Al-4V;第二类是亚稳定β合金,有美国的βIII,Ti-44.5Nb,Ti-15-3以及我国的TB2,TB3和TB8;第三类是亚临界成分的α-β型两相合金,如俄罗斯的BT16l。
第一类Ti-6Al-4V是低Mo当量α-β型两相合金,在三类合金中β稳定系数最低(只有0.27),而铝当量则最高(达到6)。所以在退火状态的β相含量只有7%(体积分数)。它的优点是密度最低,强度和疲劳性能最好,成分最简单,半成品成本最低。但由于室温塑性没有达到足够高,所以加工紧固件时需要采用感应加热进行热镦成形,以及真空固溶处理加时效处理,加工成本较高。
第二类为β合金(如TB2,TB3,TB5,TB8等),与α-β型合金完全不同,Bβ稳定系数很高,在1.15~1.97范围内,而铝当量则降低到3左右。所以在固溶处理时可获得单一β相,从而能在室温下冷镦成形螺栓和铆钉,加工成本低,缺点是密度高,强度虽与Ti-6Al-4V相当,但疲劳性能不如Ti-6Al-4v,而且成分复杂,半成品成本高。由于同样需要进行真空时效处理,所以成品紧固件的成本仍要高于Ti-6Al-4V,而使用温度也比Ti-6Al-4V低。
第三类是BT16合金的密度比Ti-6Al-4V要略高一些,但显著低于β合金。BT16合金β稳定系数为0.83,介于上述两类之间,接近临界成分(β稳定系数为1)。在β稳定元素和Ti组成的二元合金中,随着β稳定元素含量的增加,晶粒尺寸逐渐减小,在l临界浓度附近,α相和β相数量相等,晶粒尺寸达到最小。稳定元素进一步增加时,晶粒尺寸增加。较小的p晶粒和在退火状态下高达25%(体积分数)的β相含量决定了BT16合金具有优异的室温T艺塑性。所以BT16合金具备了室温条件下完成紧固件头部的快速镦粗的条件,即冷镦。