TC16钛合金具有良好的冷镦塑性、高强度和良好淬透性等优点,退火态下可冷镦成形,有效降低生产成本并提高了生产效率,是用于制造航空紧固件的理想材料之一。但国产的TC16钛合金还存在着冷镦成品率不太理想等问题,因此开展TC16钛合金组织性能及冷镦工艺参数方面的研究具有重要的现实意义。本文以TC16钛合金为研究对象,研究了棒材在制备过程中的组织演变以及退火后的组织和冷镦性能,并通过有限元模拟软件研究了不同冷镦工艺参数对其成形性能的影响。主要研究内容与结论如下:对TC16钛合金棒材在制备过程中的组织演变进行了研究。结果表明,TC16钛合金铸锭组织为由片状α相与β基体组成的网篮组织;热锻坯料显微组织存在局部的不均匀性,锻坯局部细小无序的等轴状和片状α相并存;热锻棒材显微组织由粗大的α+β近等轴晶粒组成;热轧棒材显微组织特征为细小致密的球状α相均匀分布在β基体上。TC16钛合金棒材经退火处理(退火温度760~780℃;保温时间2h;随炉冷却至550℃后空冷)后,显微组织由均匀分布的等轴α相和晶间β相构成。拉伸断口呈韧性断裂特征,抗拉强度为880~895MPa,屈服强度为840~850MPa,伸长率为24~25%,断面收缩率为61.6~64.5%。冷镦试样变形量为75%时,表面无裂纹等缺陷,能够满足紧固件的冷镦加工要求。利用DEFORM-3D软件研究了不同冷镦工艺参数对TC16钛合金成形性能的影响。结果表明,最大等效应变随着摩擦系数的增加而增大,随着变形速度的增大先增大后减小;最大等效应力随着摩擦系数的增加而增大,随着变形速度的增大先减小后增大;坯料温度随着摩擦系数的增加或变形速度的增大均升高;冷镦载荷随着摩擦系数的增加或变形速度的增大均增大,其中摩擦系数对冷镦载荷影响程度最大。通过分析优化了TC16钛合金棒材冷镦工艺参数。冷镦变形后的试样组织和性能呈现一定程度的不均匀性。低倍组织中出现了一字双叉形变剪切带,硬度测试结果表明剪切带区域的硬度值高于其他部位。通过有限元模拟发现,试样出现剪切带的区域变形量最大,温升最高,模拟结果与自由镦粗试样的塑性变形情况具有较好的一致性。