TC16钛合金(俄罗斯牌号BT16)名义成分为Ti-3Al-5Mo-4.5V,是一种马氏体型α+β型两相高强钛合金。在退火状态下可以冷镦成型,并可以凭借冷变形造成的加工硬化使紧固件的强度达到使用要求,不需要后续固溶时效热处理即可直接使用,是制造紧固件的理想材料之一。本文针对TC16合金丝材镦粗变形过程,主要开展了以下研究工作:(1)不同温度、不同应变速率、不同加热保温时间及不同高径比下的镦粗变形行为及显微组织演变规律;(2)有限元模拟室温和50(0C下的缴粗变形过程等效柯西应力场、等效塑性应变场和等效剪切柯西应力场;(3)不同变形量下金属流线分布规律,初镦与精镦六角头螺栓头部金属流线分布特征。变形力学行为研究表明,在应变速率为1Os-1的条件下,流变应力对温度较为敏感,温度越高,流变应力越小。室温和500℃下,流变应力对应变速率响应不强烈,不同应变速率下,流变应力变化没有明显规律。500℃下短时间内保温时间变化对流变应力的影响不大。不同高径比下,在达到最大变形抗力前,流变应力变化规律相同,达到最大变形抗力后,高径比较大的试样出现流变失稳。温度越高,塑性变形功产生的温升越小。低温下塑性变形功较大,高温下的塑性变形功较小,高温下功热转换系数n较小。室温下平均激活能为190.64kJ/mol,500℃下平均激活能为153.35kJ/mol。显微组织分析表明,随着温度的升高,显微组织中β相增多,α相减少。试样中心区域中β相比例明显多于α相。室温下,随应变速率的增加,α相与β相的变形程度增加。500℃下在应变速率为0.001s-1时,试样中心区域中β相为块状分布,且α相弥散地分布在β相中。在应变速率为10s-1时,试样中心区域α相与β相呈现条状显微组织。随着应变速率的增加,试样中心区域中的弥散块状β相逐渐向条状β相转变。500℃时,短时间保温情况下组织不会发生明显变化。变形高度越大,α相和β相变形越严重。高径比越大,变形组织中β相所占的比例越大。有限元模拟结果表明,当丝材初始尺寸为Φ6.0×12.0mm、压下量为8.15mm时,可以得到头型较好的六角头;当摩擦系数相同时,室温和500℃下的等效塑性应变的大小、分布基本相似,等效柯西应力和剪切柯西应力分布相似。当变形温度相同时,随着摩擦系数的变化,等效塑性应变、等效柯西应力和剪切柯西应力的分布及大小有着较大的不同。金属流线分析表明,金属流线方向变化严重的地方,两侧的金属流动速度有较大的差异。金属流线较密集的区域,说明该区域变形量较大。变形过程应保证合金受力对称分布,有利于形成对称流线,有利于塑性变形。初镦模具的选择对六角头螺栓头型流线的分布状态有重要的影响,带有倒角的初镦模具可以减轻流线的剧烈弯曲程度,有利于精镦的成型。