CN1177947C

CN1177947C - 钛合金及其制备方法

Info

Publication number: CN1177947C
Application number: CNB008014965A
Authority: CN
Inventors: 斎藤卓; 古田忠彦; 西野和彰; ֮; 高宫博之
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2004-12-01
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: US6607693B1; WO2000077267A1; KR100417943B1; EP1114876B1; HK1040266B; EP1114876A4; CN1318111A; KR20010074813A; JP3375083B2; DE60030246T2; EP1114876A1; HK1040266A1; DE60030246D1

Abstract

根据本发明的钛合金的特征在于所述合金含有30-60重量%的Va族(钒族)元素，余者基本为钛，并具有75GPa或更低的平均杨氏模量和700MPa或更高的拉伸弹性极限强度。所述钛合金可用于各个领域中的要求具有低杨氏模量、高弹性变形性能和高强度的各种产品。

Description

钛合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钛合金及其制备方法。特别是，本发明涉及可以应用于各种产品，并且具有低的杨氏模量、高的弹性变形性能和高的强度的钛合金，以及其制备方法。

背景技术

由于钛合金具有良好的比强度，因此在航空、军事部门、空间及深海开发等领域得到应用。此外在汽车领域，钛合金已在赛车发动机的气门护圈、连杆等处得到应用。而且，由于钛合金的耐腐蚀性能良好，故经常在腐蚀性环境中使用。例如，钛合金被用作化工厂、海洋建筑等的材料，此外，为了抑制抗凝剂引起的腐蚀等，钛合金被用来作为汽车前保险杠的下部、后保险杠的下部等。而且，由于钛合金具有轻质(比强度高)和抗敏性(耐腐蚀性)好的特点，故被应用于辅助部件，如手表等。因此，钛合金在各个不同的领域中得到了应用，而且，代表性的钛合金包括Ti-5Al-2.5Sn(α合金)，Ti-6Al-4V(α-β合金)，Ti-13V-11Cr-3Al(β合金)等。

顺便说一下，使用传统的钛合金时通常关注的是其良好的比强度和耐腐蚀性能，然而，近来为获得低的弹性模量，钛合金，(如β合金)经常得到使用。例如，具有低杨氏模量的钛合金应用于有机体相容性产品(例如，人工骨等)，辅助部件(例如，眼镜架等)，运动器材(例如，高尔夫球棍等)，弹簧，等等。以具有低杨氏模量的钛合金应用于人工骨为具体实例进行介绍，所述钛合金的杨氏模量接近于人骨的杨氏模量(约30GPa)，而且，人工骨除具有良好的比强度和耐腐蚀性能之外，还具有良好的有机体相容性。另外，包含具有低杨氏模量的钛合金的眼镜架能够与人体柔性匹配而不产生任何压迫感，而且还具有良好的冲击吸收性能。另外，当具有低杨氏模量的钛合金用来作为高尔夫球棍的杆部或球头时，据说能够获得具有低的固有频率的柔性杆和头，从而增加了高尔夫球的驱动距离。此外，当获得含有具有低的杨氏模量、高的弹性变形性能和高的强度的钛合金的弹簧时，不需增加匝数等就能获得低的弹簧常数，而且，所述弹簧是轻质且可压缩的。

针对这些情况，本发明的发明人考虑开发一种能进一步拓宽应用领域，并且具有超越传统水平的低杨氏模量，高的弹性变形性能和高强度的钛合金。并且，首先，本发明人调研了涉及具有低杨氏模量的钛合金的现有技术，并且找到以下专利公开。

①日本未审专利公开(公开)10-219,375

在该专利公开中，钛合金含有总量为20-60重量％的Nb和Ta。具体而言，首先，对原材料进行熔化，以获得所述组成，并且浇注成圆头(button)铸锭。然后，对所述圆头铸锭进行冷轧，固溶处理和时效处理。这样，就获得了具有低于或等于75GPa的低杨氏模量的钛合金。

然而，从本公开中公开的实施例可知：虽然获得了低的杨氏模量，但抗拉强度也降低，因此，未获得具有低的杨氏模量、高的弹性变形性能和高的强度的钛合金。而且，关于将所述钛合金加工成产品所要求的冷加工性能，该公开中根本未公开。

②日本未审专利公开(公开)2-163,334

在本公开中，提出一种“含有10-40重量％Nb，1-10重量％V，2-8重量％Al，Fe、Cr和Mn均分别为1重量％，Zr为3重量％或更低，O为0.05-0.3重量％，余者为Ti，并且具有良好冷加工性能的钛合金”。

具体而言，所述具有良好冷加工性能的钛合金通过对具有所述组成的原材料进行等离子体熔化、真空弧熔化、热锻以及固溶处理来获得。

然而，至于杨氏模量和抗拉强度，则在本公开中根本未提及。而且，该钛合金的不出现压缩开裂时的最大变形比值ln(ho/h)＝1.35-1.45，将该值转换成后面述及的冷加工比，则其至多不超过约50％。

③日本未审专利公开(公开)8-299,428

在本公开中，公开了一种医疗仪器，该仪器由含有20-40重量％的Nb，4.5-25重量％的Ta，2.5-13重量％的Zr，余者为Ti，并且具有65GPa或更低的杨氏模量的钛合金加工而成。

④日本未审专利公开(公开)6-73,475，日本未审专利公开(公开)6-233,811以及已出版的PCT国际专利申请公开的日本翻译公开(公表)10-501,719。

在这些公开中，公开了具有低杨氏模量和高强度的钛合金，然而，涉及杨氏模量为75GPa或更低，并且抗拉强度为700MPa或更高的钛合金，则只公开了Ti-13Nb-13Zr。另外，至于弹性极限强度和弹性变形性能，则根本未提及。而且，在所述权利要求书的范围内，提出Nb为35-50重量％，但根本未谈及与此组成有关的具体实例。

⑤日本未审专利公开(公开)61-157,652

在本公开中，公开一种“含有40-60重量％的Ti，余者基本为Nb的金属装饰件”。具体而言，在将组成为Ti-45Nb的原材料电弧熔化后，进行铸造，锻造和轧制，并且，对所获得的Nb合金进行深冷拉拔，从而获得金属装饰件。然而，在所述公开中，根本未提及具体的冷加工性能。

此外，也没有对该Nb合金的杨氏模量、抗拉强度等进行介绍。

⑥日本专利公开(公开)6-240,390

在本公开中，公开了一种“含有10重量％到低于25重量％的钒，氧含量控制为0.25重量％或更低，并且余者为钛和不可避免的杂质的用于高尔夫驱动头的材料”。然而，所使用的合金的杨氏模量为不高于约80-90GPa。

⑦日本专利公开(公开)5-111,554

在本公开中，公开了一种“对具有超弹性的Ni-Ti合金进行失蜡精铸而成的高尔夫球棍的头”。在本公开中，指出可以添加少量的Nb，V等，但是，对它们的具体组成根本没有介绍，而且，也根本未涉及杨氏模量、弹性变形性能和抗拉强度。

⑧作为参考，附带给出传统钛合金的杨氏模量，α合金为约115GPa，α+β合金(例如，Ti-6Al-4V合金)为约110GPa，β合金(例如，Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn)是一种需进行固溶处理的材料，其杨氏模量为约80GPa，其时效处理后的杨氏模量为约110GPa。而且，当本发明的发明人进行检查验证时发现，上述公开⑦中的镍-钛合金具有约90GPa的杨氏模量。

发明公开

鉴于此，进行了本发明。也就是说，如上所述，目的是提供一种应用领域进一步拓宽，并且具有超越传统水平的低杨氏模量、高弹性变形性能和高强度的钛合金。

而且，本发明的目的在于提供一种具有低的杨氏模量、高的弹性变形性能以及高的强度，并且具有良好的冷加工性能，以便易于成型为各种产品的钛合金。

此外，本发明的目的在于提供一种适合生产这种钛合金的生产方法。

为解决该课题，本发明的发明人进行了认真研究，并且重复进行了各种系统性实验，结果，成功开发出一种钛合金，该合金含有预定量的Va族元素和钛，并且具有低的杨氏模量以及高的弹性变形性能和高的强度。

(1)即，根据本发明的钛合金的特征在于所述钛合金含有30-60重量％的Va族(钒族)元素，余者基本为钛，具有75GPa或更低的平均杨氏模量，并且具有700MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

通过将钛与适量的Va族元素复合，就获得了具有不同于传统的低的杨氏模量，并且具有高的弹性变形性能和高的强度的钛合金。而且，所述钛合金可以在各种产品中广泛使用，并且可能使产品的功能特性得到改进，设计自由度得到扩大。

这里，所述Va族元素的含量设定为30-60重量％，因为当其含量低于30％时，平均杨氏模量不能得到充分减小。另一方面，当其含量超过60重量％时，不能获得令人满意的弹性变形性能和抗拉强度，而且，所述钛合金密度上升会导致比强度的下降。此外，当含量超过60重量％时，不仅可能会引起强度的下降，而且还可能造成韧性和延性的降低，因为可能会发生材料偏析，从而对材料的均匀性造成损害。

而且，本发明的发明人证实：所述钛合金具有良好的冷加工性能。

尚不清楚的是为什么具有上述组成的钛合金展示出低的杨氏模量和高的弹性变形性能以及高的强度，以及为什么所述钛合金具有良好的冷加工性能。根据迄今本发明的发明人对材料性能所开展的调查研究，原因可能如下所述。

即，作为本发明的发明人对根据本发明的钛合金的样品进行研究的结果，已证实：即使对所述钛合金进行冷加工处理，也几乎不会诱发出位错，而且，所述钛合金具有其(100)面程度极高地沿某一部分方向定向排列的组织。此外，在借助TEM(透射电子显微镜)观察获得的使用111衍射斑的暗场像中，可看到图像的对比度随样品的倾斜程度而改变。这意味着所观察的(111)面是弯曲的，而且，这一点也为高倍下的晶格图像的直接观察结果所证实。另外，所述(111)面的曲线的曲率半径极小，约为500-600nm。这意味着本发明的钛合金不是通过诱发位错，而是通过晶面的弯曲来消除加工的影响，并且，所述合金具有在传统金属材料中丝毫未知的性能。

另外，当111衍射斑点受到强烈激发时，会在极端区域观察到位错，但是，111衍射斑的激发消失时，则几乎看不到位错。这表明位错周围的位移分量在<110>方向上明显偏移，而且，这意味着本发明的钛合金具有非常强烈的弹性各向异性。其原因尚不清楚，但可认为此弹性各向异性与根据本发明的钛合金的良好的冷加工性能，低杨氏模量的出现，高的弹性变形性能和高的强度等密切相关。

注意：所述Va族元素可以是钒、铌和钽中的一种或更多种。所有的这些元素都是β相稳定元素，但是，这并非一定意味着本发明的钛合金是传统的β合金。

另外，热处理也不是必须要求的，但有可能通过热处理来进一步使强度得到极大提高。

而且，可以对平均杨氏模量进行优选，优选顺序为：70GPa或更低，65GPa或更低，60GPa或更低和55GPa或更低。可以对拉伸弹性极限强度进行优选，优选顺序为：750MPa或更高，800MPa或更高，850MPa或更高和900MPa或更高。

这里，“拉伸弹性极限强度”指的是在拉伸试验中，永久应变达0.2％时的应力值，在所述拉伸试验中，对试件的加载和卸载是逐渐且重复进行的。这将在后面进行更详细介绍。

此外，“平均杨氏模量”并非指的是严格意义上的杨氏模量的“平均值”，而指的是代表本发明的钛合金的杨氏模量。具体而言，在通过上述拉伸试验获得的应力(载荷)—应变(延伸率)图中，将处于相当于拉伸弹性极限强度值的1/2的应力位置的曲线的斜率(曲线的切线的斜率)看作平均杨氏模量。

顺变说一下，“抗拉强度”是通过将恰好在试件发生最终断裂之前的载荷与试验之前试件的平行部分的截面积相除获得的应力值。

注意：本申请中的“高的弹性变形性能”指的是在前述的拉伸弹性极限强度的范围内，试件具有高的延伸率。另外，本申请中的“低的杨氏模量”意味着与传统的和通常的杨氏模量相比，前述的平均杨氏模量值较小。而且，本申请中的“高强度”意味着前述的拉伸弹性极限强度或前述的抗拉强度较高。

注意：本发明中的“钛合金”包括各种形式，并且，它不仅指的是工件(例如，铸锭、板坯、方坯、烧结体、轧材、锻材、线材、板材、棒材，等)，而且还可以是由所述钛合金加工而成的钛合金部件(例如，中间处理后的产品，最终产品，它们的部件，等)(此后，含义相同)。

(2)另一方面，本发明的钛合金的特征在于所述钛合金是一种含有含量为30-60重量％的Va族(钒族)元素并且余者基本上是钛的烧结合金。

本发明的基础在于发现含有钛和适量Va族元素的烧结合金(烧结钛合金)具有低的杨氏模量和高的弹性变形性能及高的强度这样的机械性能。

而且，本发明的发明人证实：所述钛合金具有良好的冷加工性能。将所述Va族元素的含量设定为30-60重量％的原因如上所述。

尚不清楚为什么具有所述组成的钛合金展示出低的杨氏模量、高的弹性变形性能和高的强度，以及为什么其具有良好的冷加工性能，但是，现在，可认为其原因如前所述。

(3)根据本发明的钛合金的制备方法的特征在于所述方法包括如下步骤：对至少两种或更多的含有钛以及含量为30-60重量％的Va族元素的原料粉末进行混合的混合步骤；将由混合步骤获得的混合粉末压制成具有预定形状的生坯的压制步骤；以及一个通过加热对在所述压制步骤获得的生坯进行烧结的烧结步骤。

本发明的制备方法(此后，在任何适当之处，称之为“烧结法”)适于制备上述钛合金。

由前述的专利公开等可知，传统的钛合金通常是通过熔化钛原料(如，海绵钛)和合金原材料后进行铸造，之后，再对所获得的铸锭进行轧制来制备(此后，在任何适当之处，该方法被称为“熔化法”)。

然而，由于钛的熔点高，并且在高温下非常活泼，因此，熔化本身实现起来很困难，经常出现要求专门装置进行熔化的情形。另外，熔化期间对组成的控制很困难，而且，需要进行多次熔炼，等等。而且，含有大量合金组元(特别是，β相稳定元素)的钛合金，例如本发明的钛合金，难于避免发生各组元的宏观偏析，因此，难于获得稳定质量的钛合金。

另一方面，在本发明的烧结法中，由于不需要熔化原材料，因此，不存在与熔化法相似的缺点，并且，能够有效制备根据本发明的钛合金。

具体地，由于采用混合步骤对原材料粉末进行均匀混合，因此，能够很容易地获得均匀的钛合金。而且，由于可以通过压制步骤从一开始就压制出具有所要求的形状的生坯，因此，制备步骤大为简化。注意：所述生坯可以被压制成工件形状，例如板材、棒材等，也可以被压制成最终产品的形状，或者获得最终产品之前的中间产品的形状。此外，在烧结步骤，所述生坯可以在比钛合金的熔点低得多温度下进行烧结，不像熔化法那样需要专用设备，而且，能够实现经济且有效的制备。

注意：本发明的制备方法从所述混合步骤考虑需使用两种或更多的原材料粉末，并且以所谓的掺混元素(混合)法为基础。

(4)根据本发明的钛合金的制备方法的特征在于所述方法包括下述步骤：将含有钛和含量为30-60重量％的至少一种Va族元素的原材料粉末装填入具有预定形状的容器中的装填(packing)步骤；以及在所述装填步骤之后，采用热等静压法(HIP法)对容器中的原材料粉末进行烧结的烧结步骤。

在本发明的制备方法中，不一定需要前述的混合步骤和/或压制步骤。而且，在根据本发明的制备方法中，可以采用所谓的预合金化的粉末冶金方法。因此，可使用的原材料粉末种类得以拓宽，不仅可以使用通过对两种或更多的纯金属粉末和/或预合金化的粉末进行混合而获得的混合物粉末，而且也可以使用具有本发明的钛合金的前述或者以后描述的组成的预合金化的粉末。而且，通过使用HIP法，能够获得致密的烧结钛合金。而且，即使产品形状很复杂，也能够获得最终形状。

注意：除非另有说明，上述各个元素的组成范围均采用“X-Y重量％”的形式表示，其含义包括下限值(X重量％)和上限值(Y重量％)在内。

附图简述

图1A示意说明的是根据本发明的钛合金的应力—应变图。

图1B示意说明的是一种传统的钛合金的应力—应变图。

实施本发明的最佳模式

(钛合金)

1.平均杨氏模量和拉伸弹性极限强度

此后将结合图1A和1B对涉及本发明的钛合金的平均杨氏模量和拉伸弹性极限强度进行详细介绍。图1A示意说明的是根据本发明的钛合金的应力—应变图，图1B示意说明的是一种传统的钛合金(Ti-6Al-4V合金)的应力—应变图。

①如图1B所示，在所述传统金属材料中，首先，延伸率随拉应力的增加而成比例地线性增加(①′-①之间)。而且，所述传统金属材料的杨氏模量由于所述直线的斜率决定。换言之，所述杨氏模量是一个由拉应力(名义应力)与应变(名义应变)之比确定的数值，该处，拉应力与应变之间存在比例关系。

在应力与延伸率(应变)呈比例关系的直线区(①′-①之间)，变形为弹性，例如，当将应力去除后，反映试件变形程度的延伸率回复为0。然而，当拉应力进一步施加至直线区以外时，传统金属材料开始塑性变形，即使将应力去除，试件的延伸率也不能回复至0，会产生一个永久延伸率。

一般地，将永久应变为0.2％时的应力σp称为0.2％屈服点(JIS Z2241)。此0.2％屈服点也是直线(②′-②)与应力—应变图上的应力—应变曲线的交点(位置②)处的应力，其中，直线(②′-②)通过将弹性变形区的直线(①′-①：上升部分的切线)平行移动0.2％应变量获得。

对于传统金属材料，基于经验规律“当应力超过约0.2％时，它就成为永久应力”，一般认为0.2％屈服点约等于拉伸弹性极限强度。反过来，在0.2％屈服点范围内，可认为应力与应变的关系通常是线性或弹性的。

②然而，正如由图1A中的应力—应变图所看到的那样，这一传统概念不能应用于本发明的钛合金。原因尚不清楚，然而，对于本发明的钛合金而言，其应力—应变图在弹性变形区并不呈线性，而是一种向上凸的曲线(①′-②)，当将应力去除时，应变沿同样的曲线①-①′回复为0，或者沿②-②′产生一个永久应变。

因此，在本发明的钛合金中，应力与应变即使在弹性变形区(①-①′)也不呈线性关系，当应力增加时，应变急剧增大。而且，当应力去除时也如此，应力与应变也不呈线性关系，当应力降低时，应变急剧下降。这些特性可以为是由本发明的钛合金的高的弹性变形性能所致。

顺便说一下，对于本发明的钛合金，由图1A也可看到：应力—应变图中切线斜率减小的程度越大，应力提高程度也越大。因此，在弹性变形区，由于应力与应变不是以线性方式变化，因此，采用传统方法确定本发明的杨氏模量是不适当的。

而且，对于本发明的钛合金，由于应力与应变不是以线性方式变化，因此，采用与传统方法相同的方法来评价0.2％屈服点(σp′)约等于拉伸弹性极限强度也是不适当的。这就是说，由传统方法确定的0.2％屈服点明显低于固有的拉伸弹性极限强度，而且，甚至不能认为0.2％屈服点约等于拉伸弹性极限强度。

因此，通过重新回到原始定义上，决定确定本发明的钛合金的拉伸弹性极限强度(σe)如前所述(图1A中的位置②)，并且，进一步确定此处引入前述的平均杨氏模量来作为本发明的钛合金的杨氏模量。

注意：在图1A和图1B中，σt是抗拉强度，εe是本发明的钛合金在拉伸弹性极限强度(σe)处的应变，εp是传统金属材料的0.2％屈服点(σp)处的应变。

(2)组成

①本发明的钛合金，如以其整体作为100重量％，则可以优选含有总量为20重量％或更多的选自于锆(Zr)、铪(Hf)和钪(Sc)的金属元素组中的一种或更多种元素。

锆和铪都能有效降低杨氏模量和提高强度。而且，由于这些元素均是钛的同族(IVa)元素，并且，也由于它们是完全的固溶型中性元素，因此，不会影响由Va族元素产生的杨氏模量的降低。

此外，当钪溶入钛中时，它能同Va族元素一起，使钛原子之间的结合能显著下降，是一种进一步有效降低杨氏模量的元素(参考材料：第9届世界钛大会论文集(1999)，待出版)。

当这些元素的总含量超过20％时，并不优选，因为这会导致强度和韧性由于材料的偏析而下降，而且，成本还会上升。

为了对杨氏模量、强度、韧性等进行平衡，这些元素的含量优选为1重量％或更高，进一步优选这些元素的总含量为5-15重量％。

而且，从作用上讲，这些元素与Va族元素在许多方面都相同，因此，可以在预定范围内为Va族元素所替代。

这就是说，优选本发明的钛合金含有总量为20重量％或更低的选自于金属元素组锆(Zr)、铪(Hf)和钪(Sc)中的一种或更多种元素，加之所述金属元素组中的一种或更多种元素后总量为30-60重量％的一种Va族(钒族)元素，余者基本为钛，展示出75GPa或更低的平均杨氏模量，和700MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

另一方面，优选本发明的钛合金是一种烧结合金，其含有总量为20重量％或更低的选自于金属元素组锆(Zr)、铪(Hf)和钪(Sc)中的一种或更多种元素，加之所述金属元素组中的一种或更多种元素后总量为30-60重量％的一种Va族(钒族)元素，余者基本为钛。

如上所述，锆等的总含量被设定为20重量％或更低。而且，类似地，这些元素的总含量可以优选为1重量％或更低，并且，进一步优选为5-15重量％。

②优选本发明的钛合金含有一种或更多种选自于金属元素组铬(Cr)、钼(Mo)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)中的元素。更具体地，如将整体计为100重量％，则优选上述的铬和钼的含量分别为20重量％或更低，上述的锰、铁、钴和镍的含量分别为10重量％或更低。

铬和钼是改善钛合金的强度和热锻性的有效元素。当热锻性得以改善时，就能够改善钛合金的生产率和产量。这里，当铬或钼超过20重量％时，会容易发生材料偏析，从而难于获得均匀材料。当所述元素为1重量％或更高时，优选通过固溶强化使强度等得以改善，并且，进一步优选为3-15重量％。

与钼等类似，所述锰、铁、钴和镍也是改善钛合金的强度和热锻性的有效元素。因此，如不含有钼、铬等，或者除钼、铬等之外，这些元素均可以含有。然而，当这些元素的含量超过10重量％时，是不优选的，原因是这些元素会与钛形成金属间化合物，从而延展性下降。当这些元素为1重量％或更高时，优选能通过固溶强化使强度等改善，并且，进一步优选为2-7重量％。

③当本发明的钛合金是所述烧结合金时，除上述金属元素组之外，还添加锡是适当的。

即，更为适当的是，本发明的烧结钛合金含有选自于金属元素组铬(Cr)、钼(Mo)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)和锡(Sn)中的一种或更多种元素。具体地，将整体计为100重量％时，更为适当的是上述铬和钼分别为20重量％或更低，上述的锰、铁、钴、镍和锡为10重量％或更低。

锡是一种α稳定元素，而且是一种有效改善钛合金的强度的元素。因此，与如钼等元素一起，还可以含有10重量％或更低的锡。当锡超过10重量％时，钛合金的延展性下降，从而导致生产率降低。当锡为1重量％或更高，进一步地，当其为2-8重量％时，进一步优选其起强烈的强化和降低杨氏模量的作用。注意：对于元素，如钼等，其结果同前述情形相同。

④适当的是：本发明的钛合金含有铝。具体地，当整体计为100重量％，则进一步优选上述铝为0.3-5重量％。

铝是一种改善钛合金的强度的有效元素。因此，如不含有钼、铁等，或者除了这些元素之外，铝的含量可为0.3-5重量％。当铝低于0.3重量％时，其固溶强化作用不足，从而不能使强度得到充分改善。而且，当其含量超过5重量％时，会使钛合金的延展性下降。从使强度得到稳定改善的角度考虑，铝含量为0.5-3重量％是进一步优选的。

注意：进一步优选铝与锡同时添加，因为既可使强度改善，又不会使钛合金的韧性下降。

⑤适当的是，如将全体计为100重量％，本发明的钛合金中含有0.08-0.6重量％的氧(O)。

而且，如将总体计为100重量％，含有0.05-1.0重量％的碳(C)是适当的。

另外，如将总体计为100重量％，含有0.05-0.8重量％的氮(N)也是适当的。

总之，如将总体计为100重量％，则含有一种或更多种选自于0.08-0.6重量％的(O)，0.05-1.0重量％的碳(C)和0.05-0.8重量％的氮(N)中的元素是适当的。

氧、碳和氮均是间隙型固溶强化元素，并且是稳定钛合金中的α相、从而改善强度的有效元素。

当氧低于0.08重量％，并且，当碳或氮低于0.05重量％时，改善钛合金的强度的效果不令人满意。而且，当氧超过0.6重量％，碳超过1.0重量％以及氮超过0.8重量％时，由于会导致钛合金脆化，因此是不优选的。当氧为0.1重量％或更高，进一步为0.15-0.45重量％时，从平衡钛合金的强度和延展性的角度考虑是进一步优选的。类似地，当碳为0.1-0.8重量％，并且，当氮为0.1-0.6重量％时，从平衡钛合金的强度和延展性的角度考虑，是进一步优选的。

⑥适当的是，将整体计为100重量％时，本发明的钛合金含有0.01-1.0重量％的硼(B)。

硼是改善钛合金的机械性能和热加工性能的有效元素。硼很难溶入钛合金中，并且，基本上所有的硼都以钛的化合物粒子(TiB粒子，等)的形式析出。正是由于这些析出粒子能显著抑制钛合金的晶粒长大，所述钛合金才得以保持细小的组织。

当硼低于0.01重量％时，所述作用不充分，当其含量高于1.0重量％时，由于高刚性的析出粒子增加，会导致钛合金的总体杨氏模量的增大和冷加工性能的下降。

注意：当添加0.01重量％的硼时，由于转变成TiB粒子，其为0.055％体积，当添加1重量％的硼时，由于转变为TiB粒子，其为5.5％体积。因此，为了加以区别，优选本发明的钛合金中的钛的硼化物粒子为0.055-5.5体积％。

顺便提一下，上述各种组成元素可以在预定范围内进行任意组合。具体地，本发明的钛合金可以通过在上述范围内对上述的Zr，Hf，Sc，Cr，Mo，Mn，Fe，Co，Ni，Sn，Al，O，C，N和B进行适当地和选择性组合来制备。然而，这并不排除与处于不偏离本发明的钛合金的要点的范围内的其它元素进一步复合。

(2)冷加工组织

冷加工组织是通过对所述钛合金进行冷加工获得的组织。本发明的发明人发现上述钛合金的冷加工性能非常好，而且，进行冷加工的钛合金具有相当低的杨氏模量、高的弹性变形性能和高的强度。

“冷加工”指的是比钛合金的再结晶温度(发生再结晶的最低温度)足够低的温度。再结晶温度取决于组成，但其一般为约600℃，并且，通常，本发明的钛合金可以优选在常温至300℃的范围进行冷加工。

另外，冷加工比为X％或更高的冷加工组织被看作是当由下述方程确定的冷加工比为X％或更高时获得的冷加工组织。

冷加工比“X”＝(S₀-S)/S₀×100(％)

(S₀：冷加工前的截面面积，S：冷加工后的截面面积)

通过这种冷加工，就会在所述钛合金中产生应变。据认为，这种应变会在原子水平上使组织结构发生微观结构的变化，并且，有利于本发明的杨氏模量的下降。

另外，据认为，伴随由冷加工所产生的原子水平上的微观结构变化的弹性应变的积累有助改变所述钛合金的强度。

具体而言，适当的是所述合金具有冷加工比为10％或更高的冷加工组织，表现出70GPa或更低的平均杨氏模量，并且表现出750MPa的拉伸弹性极限强度。

通过冷加工，可以进一步使所述钛合金的杨氏模量降低，弹性变形性能提高以及强度提高。

而且，适当的是本发明的钛合金具有冷加工比为50％或更高的上述冷加工组织，具有65GPa或更低的杨氏模量，并且具有800MPa或更高的拉伸弹性极限强度。此外，更为适当的是，本发明的钛合金具有冷加工比为70％或更高的上述冷加工组织，具有60GPa或更低的杨氏模量，并且具有850MPa或更高的拉伸弹性极限强度。而且，非常适当的是：本发明的钛合金具有冷加工比为90％或更高的上述冷加工组织，具有55GPa或更低的杨氏模量，并且具有900MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

本发明的钛合金的冷加工比可达99％或更高，其细节尚不清楚，但显然与传统的钛合金不同。与冷加工性能良好的传统钛合金(例如，Ti-22V-4Al：所谓DAT51，等)进行比较，根据本发明的钛合金的冷加工比相当令人惊奇。

因此，由于本发明的钛合金的冷加工性能极佳，并且，由于其材料特性和机械性能可加以进一步改善，因此，所述钛合金是制造要求不仅具有低的杨氏模量，而且也具有高的弹性变形性能和高的强度的各种冷加工及成型产品的最合适的材料。

(3)烧结合金(烧结钛合金)

烧结合金是通过对原材料粉末进行烧结而获得的合金。当本发明的钛合金是一种烧结合金时，它能够产生低的杨氏模量、高的弹性变形性能、高的强度和良好的冷加工性能。

例如，所述烧结钛合金能够具有75GPa或更低的平均杨氏模量和700MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

另外，本发明的钛合金能够通过调整其结构中的孔隙量来改变杨氏模量、强度、密度等。例如，适当的是所述烧结合金含有30体积％或更低的孔隙量。通过控制孔隙量为30体积％或更低，即使合金组成相同，结果也能够相应大幅降低平均杨氏模量。

然而，当所述烧结合金的结构中的孔隙被通过热加工致密化为5体积％或更低时，这是适当的，因为会带来新的优点。

即，当所述烧结合金通过热加工进行致密化时，所述钛合金除具有低的杨氏模量、高的弹性变形性能和高的强度之外，还能够具有良好的冷加工性能。而且，将孔隙量降至1体积％或更低更为合适。

注意：热加工指的是在再结晶温度或者更高的温度下进行的塑性变形，例如，热锻、热轧、热旋锻、HIP等。

另外，孔隙指的是存在于烧结合金中的空洞，用相对密度评价。所述相对密度用百分数(ρ/ρ₀)×100(％)表示，其中，烧结物质的密度ρ被真实密度ρ₀(残存孔隙为0％时)所除，孔隙的体积％用下述方程表示。

孔隙的体积％＝{1-(ρ/ρ₀)}×100(％)

例如，当对一种金属粉末进行CIP(冷等静压)处理时，通过调整静压力(如，2-4吨/cm²)，能够很容易地改变孔隙的体积含量。

所述孔隙的尺寸并未专门进行限制，但是，例如，当平均直径为50μm或更低时，能够保持烧结合金的均匀性，抑制强度的下降，而且，所述钛合金还具有适当的延展性。这里，所述平均直径指的是通过用具有相同的截面面积的圆替代孔隙计算得出的圆的平均直径，所述孔隙采用二维图像处理方法进行测定。

(钛合金的制备方法)

(1)原材料粉末

烧结法中所需要的原材料粉末至少含有钛和Va族元素。然而，所述粉末可以采取各种形式。例如，所述原材料粉末可以进一步含有Zr，Hf，Sc，Cr，Mo，Mn，Fe，Co，Ni，Sn，Al，O，C，N或B。

具体地，例如，适当的是，当将整体计为100重量％时，原材料粉末含有总量为20重量％或更低的选自于金属元素组锆(Zr)、铪(Hf)和钪(Sc)中的一种或更多种元素。

而且，适当的是，本发明的制备方法包括下述步骤：对含有总量为20重量％或更低的选自于金属元素组锆(Zr)、铪(Hf)和钪(Sc)中的一种或更多种元素以及加之上述一种或更多种金属元素组的元素一起的总量为30-60重量％的一种Va族(钒族)元素的至少两种或更多种原材料粉末进行混合的混合步骤；将由所述混合步骤获得的混合粉末压制成具有预定形状的生坯的压制步骤；以及通过加热对由上述压制步骤获得的生坯进行烧结的烧结步骤。

另一方面，适当的是，本发明的制备方法包括下述步骤：将原材料粉末装填入具有预定形状的容器内的装填步骤，所述原材料粉末至少含有钛，总量为20重量％或更低的选自于金属元素组—锆(Zr)、铪(Hf)和钪(Sc)中的一种或更多种元素，以及加之上述一种或更多种金属元素组中的元素一起的总量为30-60重量％的一种Va族(钒族)元素；以及在所述装填步骤后，采用热等静压法(HIP法)对容器内的上述原材料粉末进行烧结的烧结步骤。

适当的是，所述原材料粉末进一步含有至少一种或更多种选自于铬、锰、钴、镍、钼、铁、锡、铝、氧、碳、氮和硼中的元素。

当本发明的制备方法包括上述混合步骤时，适当的是所述原材料含有两种或更多种纯金属单质粉末和/或合金粉末。

作为具体的可用的粉末，例如，海绵粉末、氢化-脱氢的钛粉末，钛的氢化物粉末、雾化粉末等均可以使用。所述粉末的粒子构形和粒子直径(粒子直径分布)并未加以专门限制，市售的粉末直接就可以使用。然而，从烧结体的成本和致密性的角度考虑，优选可用的粉末的平均粒子直径为100μm或更低。而且，当粉末的粒子直径为45μm(#325)或更低时，容易获得致密得多的烧结体。

当本发明的制备方法使用HIP法时，适当的是所述原材料粉末包括含有钛和至少一种Va族元素的合金粉末。该合金粉末是一种具有根据本发明的钛合金的组成的粉末，而且，其制备方法包括，例如，气雾化法，REP法(旋转电极法)、PREP法(等离子体旋转电极法)，或者一种对由熔化法获得的铸锭进行氢化并且之后加以粉碎的方法，以及MA法(机械合金化法)，等。

(2)混合步骤

混合步骤是对原材料粉末进行混合的步骤。在对粉末进行混合时，可以使用V型混合机、球磨机和振动磨机、高能球磨机(例如，碾磨机)，等。

(3)压制步骤

压制步骤是将在混合步骤获得的混合粉末成形为具有预定形状的生坯的步骤。所述生坯的形状可以是产品的最终形状，或者是坯料形状等，这时在烧结步骤后需进行进一步的加工。

作为压制步骤，可以使用，例如，模压成型，CIP(冷等静压)、RIP成型(橡胶等静压成型)，等。

(4)装填步骤

装填步骤是将上述的至少含有钛和Va族元素的原材料粉末装填入具有预定形状的容器中的步骤，而且，有必要采用热等静压法(HIP法)。装填所述原材料粉末的容器的内部形状与所要求的产品形状相同。而且，所述容器可用，例如，金属、陶瓷、或者玻璃制成。另外，经过真空脱气后，所述原材料粉末就可以装填入并且密封在所述容器中。

(5)烧结步骤

烧结步骤是对在上述压制步骤获得的生坯进行加热烧结，以获得烧结体的步骤，或者在上述装填步骤之后，采用热等静压法(HIP)对在上述容器中的粉末加压和固化的步骤。

在对所述生坯进行烧结时，优选烧结在真空或者惰性气氛中进行。另外，优选烧结温度低于或等于合金的熔点，并且处于组成元素可发生充分扩散的温度范围，例如，1200℃-1400℃的温度范围。而且，优选烧结时间为2-16小时。因此，从使所述钛合金致密化和获得高效率的生产率上考虑，所述烧结步骤在1200℃-1400℃的条件下进行2-16小时是合适的。

当采用HIP法进行烧结时，优选所述烧结在扩散容易进行，所述粉末的变形抗力较小，而且不易与所述容器发生反应的温度范围内进行。例如，所述温度范围为900-1300℃。而且，优选所述成型压力是所述装填粉末能充分进行蠕变变形时的压力，例如，所述压力范围为50-200MPa(500-2000大气压)。优选HIP的处理时间是所述粉末能充分进行蠕变以达到致密化和合金组元能在粉末间进行扩散的时间，例如，所述时间为1-10小时。

(6)加工步骤

①通过实施热加工，能够通过减少烧结体中的孔隙等来使结构致密化。

因此，适当的是，本发明的制备方法还包括热加工步骤，在该热加工步骤中，通过对在上述烧结步骤后获得的烧结体进行热加工来使所述烧结体的结构致密化。可以通过所述热加工来获得产品的大致形状。

②由于通过本发明的制备方法获得的钛合金具有良好的冷加工性能，因此，通过对所获得的烧结体进行冷加工，可以制备出各种产品。

因此，适当的是，本发明的制备方法还包括冷加工步骤，在所述冷加工步骤中，通过冷加工将在烧结步骤后获得的烧结体成形为工件或者产品。而且，适当的是，在通过上述热加工进行粗加工之后，再通过冷加工来进行精加工。

(钛合金的用途)

由于本发明的钛合金具有低的杨氏模量，高的弹性变形性能和高的强度，因此可以广泛用于与所述特性相匹配的各种产品。而且，由于所述合金还具有良好的冷加工性能，因此，当其应用于冷加工的产品时，加工裂纹等可得以大幅减少，从而材料的成品率得以改善。另外，甚至由传统钛合金制备的产品，以及要求按外形进行切削加工的产品均可以通过冷锻等由本发明的钛合金成形而成，而且，这对于大量生产钛产品和降低成本而言是非常有效的。

例如，本发明的钛合金可应用于工业机器、汽车、摩托车、自行车、家用电器、航空和航天设备、船舶、各种附件、运动和休闲器材、与生物体有关的产品、医疗设备部件、玩具，等等。

对于汽车上的(绕制)弹簧，本发明的钛合金具有相当于传统弹簧钢的1/3-1/5的杨氏模量，此外，由于弹性变形性能为其5倍或更高，因此，匝数可以减至1/3-1/5。而且，由于所述钛合金具有相当于通常用作弹簧的钢的70％的比重，因此，能够实现效果显著的轻质化。

另外，对于作为附件的眼镜架，由于本发明的钛合金的杨氏模量比传统钛合金低，因此其在太阳穴等处容易发生弯曲，从而能够与面部更好地匹配，而且，其冲击吸收性能和形状恢复性能也很好。另外，由于所述钛合金具有高的强度和良好的冷加工性能，因此，很容易将其由细丝成型为眼镜架，等，而且，还能够改善材料的成品率。此外，在由细丝成型的眼镜架中，眼镜的匹配性、轻质、耐磨性，等均得到进一步改善。

另外，结合作运动和休闲器材的高尔夫球棍进行介绍，例如，当高尔夫球棍的杆包括本发明的钛合金时，杆很容易弯曲，结果，传递到高尔夫球的弹性能增加，能够预期高尔夫球的驱动距离得以改善。另外，当高尔夫球棍的头，特别是其正面部含有本发明的钛合金时，低的杨氏模量和高强度所带来的薄化会使得所述头部的固有频率大幅下降，对于带有所述头部的高尔夫球棍而言，可望使高尔夫球的驱动距离显著增加。注意：对有关高尔夫球棍的理论进行公开的有：例如，日本审查专利公报(公告)7-98077，国际公开公报WO 98/46,312，等。

另外，由于本发明的钛合金性能优异，因此，有可能改善高尔夫球棍的击打感等，并且能够显著增大高尔夫球棍的设计自由度。

此外，在医疗治疗领域，本发明的钛合金可以应用于位于生物体内的人工骨、人工关节，人工移植组织，骨胳固定器等，以及医疗器械的功能组件(导管、镊子、阀门等)，等等。例如，当人工骨包含本发明的钛合金时，该人工骨具有与人骨相近的低杨氏模量，能够与人骨处于平衡状态，因此，其具有良好的生物体相容性，而且，还具有同骨胳一样的充分高的强度。

另外，本发明的钛合金适合作为减震器组件。这是因为，由关系式E＝ρV2(E：杨氏模量，ρ：材料密度，V：在材料中传播的声速)可知，材料中传播的声速可以通过降低杨氏模量来减小。

此外，本发明可应用于各个领域中的各种各样的产品，例如，原材料(线材、棒材、方棒、板材、箔材、纤维、织物等)，可携带物品(钟表(手表)，发夹(头发辅助用品)、项链、手镯、耳环、穿孔耳环、戒指、扣针、胸针、袖口链扣、带扣环的皮带、点火机、自来水笔尖、自来水笔架、钥匙环、钥匙、圆珠笔、机械铅笔等)，可移动的信息终端(蜂窝电话、便携式录音机、便携式个人计算机等的箱体等，等等)，发动机阀门的弹簧、悬挂弹簧、减震器、垫圈、振动膜、波纹管、软管、软管带、镊子、鱼杆、鱼钩、缝纫针、缝纫机针、注射器针、长钉、金属刷、椅子、沙发、床、扳手、球棒、各种线材、各种结合件、纸夹，等，缓冲材料，各种金属薄板、扩张器、蹦床、各种健身锻炼设备、轮椅、护理设备、康复设备、奶罩、紧身带、照相机身、快门部件、遮蔽帘、隔板、幕、球形瓶、气球、帐棚、各种薄膜、头盔、渔网、茶叶过滤器、伞、消防员外套、防弹背心、各种容器，如油箱等、轮胎内衬、轮胎增强元件、自行车架、螺栓、尺、各种扭力杆、螺旋弹簧、动力传输带(CVT的集电环(hoop)，等)，等等。

而且，根据本发明的钛合金及其产品可以采用各种生产方法，例如，铸造、锻造、超塑性成型、热加工、冷加工，烧结等进行生产。

(实施例)

此后，将作为例证给出它们的组成，冷加工比等均不同的各种具体实施例，并且，将进一步详细介绍根据本发明的钛合金及其制备方法。

A.测试样品1-84

首先，采用根据本发明的钛合金的制备方法等制备出测试样品1-84。

(1)测试样品1-13

测试样品1-3涉及含有30-60重量％的Va族元素以及钛的钛合金。

①测试样品1

制备出各种原材料粉末，包括：市售的相当于本发明中提出的钛粉末的氢化-脱氢的Ti粉末(-#325，-#100)，铌(Nb)粉末(-#325)，钒(V)粉末(-#325)以及钽(Ta)粉末(-#325)。注意：此后，将与上述同样的粉末简单称为“钛粉末”、“铌粉末”、“钒粉末”、“钽粉末”等。注意：此时的氧含量通过钛粉末中的氧含量进行调整。而且，注意：表1中的化学组成以重量％表示，并且，省略了对余者为钛的介绍。

对所述各种粉末进行制备和混合以获得表1中的组成比(混合步骤)。在4吨/cm²的压力下对所获混合物粉末进行CIP(冷等静压)处理，获得40×80mm的柱形生坯(压制步骤)。在1×10^-5乇的真空中，于1300℃下对在压制步骤获得的生坯进行长达16小时加热烧结，制备出烧结体(烧结步骤)。而且，在空气中，750-1150℃之间，对所述烧结体进行热加工(热加工步骤)，制备成10mm的圆棒，记为测试样1。

②测试样2

作为原材料，制备出海绵钛、高纯度的铌以及钒团块。对量为1kg的所述这些原材料进行复合，以获得表1中的化学组成(复合步骤)。采用感应渣壳对所述原材料加以熔化(熔化步骤)，在铸模中浇注(铸造步骤)，获得60×60mm的铸锭材料。注意：所述熔化处理包括5次重熔处理，以便实现均匀化。在空气中，700-1150℃的范围内对所述铸锭材料进行热锻(热加工步骤)，加工成10mm的圆棒，记为测试样2。

③测试样3和测试样8-11

采用钛粉末、铌粉末和钽粉末作为原材料粉末配制出表1所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出所述各测试样。

④测试样7

制备出作为原材料的海绵钛、高纯铌和钽团块。对量为1kg的所述这些原材料进行复合，配制出表1中所示的化学组成(复合步骤)。之后，采用与测试样2相同的方法制备出测试样7。

⑤测试样5，6，12和13

采用钛粉末和铌粉末，钽粉末和钒粉末作为原材料粉末，配制出表1中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出上述各测试样。

(2)测试样14-24

测试样14-24中用锆、铪和钪替换了表2中所列测试样6-10和12中的部分Va族元素。

①测试样14

测试样14中用锆替代了测试样9中的部分钽。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末和锆(Zr)粉末(-#325)作为原材料粉末，配制出表2中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样14。

②测试样15

测试样15中用锆替代了测试样7中的部分铌。制备出作为原材料的海绵钛，高纯铌和钽团块。对总量为1kg的所述这些原材料进行复合，配制出表2中所示的化学组成(复合步骤)。之后，采用与测试样2相同的方法制备出测试样15。

③测试样16

测试样16中用锆替代了测试样10中的部分铌。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末和锆粉末作为原材料粉末，配制出表2中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样16。

④测试样17

测试样17中用锆替代了测试样10中的部分钽。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末和锆粉末作为原材料粉末，配制出表2中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样17。

⑤测试样18

测试样18中用锆替代了测试样10中的钽。采用钛粉末、铌粉末及锆粉末作为原材料粉末，配制出表2中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样18。

⑥测试样19

测试样19中用锆替代了测试样9中的部分铌和钽。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末和锆粉末作为原材料粉末，配制出表2中所示的化学组成。之后，采用测试样1相同的方法制备出测试样19。

⑦测试样20

测试样20中用锆替代了测试样12中的部分铌和钒。采用钛粉末和铌粉末，钒粉末，钽粉末和锆粉末作为原材料粉末，配制出表2中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样20。

⑧测试样21

测试样21中用锆和铪替代了测试样6中的部分钒。采用钛粉末和铌粉末、钒粉末、钽粉末、锆粉末和铪(Hf)粉末(-#325)作为原材料粉末，配制出表2中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样21。

⑨测试样22

测试样22中用铪替代了测试样10中的部分铌和钽。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末和铪粉末作为原材料粉末，配制出表2中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样22。

⑩测试样23

测试样23中用锆替代了测试样12中的部分铌。采用钛粉末和铌粉末，钒粉末、钽粉末和锆粉末作为原材料粉末，配制出表2中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样23。

(11)测试样24

测试样24中用钪替代了测试样9中的部分铌和钽。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末和钪(Sc)粉末(-#325)作为原材料粉末，配制出表2中所示的化学组成比例。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样24。

(3)测试样25-31

测试样25-31通过向测试样11，14，16，17，18和23中进一步添加铬、锰、钴、镍、钼和铁制备而成。

①测试样25

通过向测试样23中添加铬制备出测试样25。采用钛粉末和铌粉末，钒粉末，钽粉末，锆粉末和铬(Cr)粉末(-#325)作为原材料粉末配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样25。

②测试样26

通过向测试样14中添加钼制备出测试样26。采用钛粉末，铌粉末，钽粉末，锆粉末和钼(Mo)粉末(-#325)作为原材料粉末，配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样26。

③测试样27

通过向测试样11中添加钼制备出测试样27。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末和钼粉末作为原材料粉末，配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样27。

④测试样28

通过向测试样18中添加钴制备出测试样28。采用钛粉末和铌粉末，锆粉末和钴(Co)粉末(-#325)作为原材料粉末，配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样28。

⑤测试样29

通过向测试样16中添加镍制备出测试样29。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末，锆粉末和镍(Ni)粉末(-#325)作为原材料粉末，配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样29。

⑥测试样30

通过向测试样17中添加锰制备出测试样30。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末，锆粉末和锰(Mn)粉末(-#325)作为原材料粉末，配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样30。

⑦测试样31

通过向测试样14中添加铁制备出测试样31。采用钽粉末和铌粉末，钽粉末，锆粉末和铁(Fe)粉末(-#325)作为原材料粉末，配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样31。

(4)测试样32-38

通过向测试样14，16和18中进一步添加铝制备出测试样32-34。通过向测试样8，16和18中进一步添加锡(和铝)制备出测试样35-38。

①测试样32

通过向测试样16中添加铝制备出测试样32。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末，锆粉末和铝(Al)粉末(-#325)作为原材料粉末，配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样32。

②测试样33

通过向测试样18中添加铝制备出测试样33。采用钛粉末和铌粉末，锆粉末和铝粉末作为原材料粉末，配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样33。

③测试样34

通过向测试样14中添加铝制备出测试样34。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末，锆粉末和铝粉末作为原材料粉末，配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样34。

④测试样35

通过向测试样8中添加锡制备出测试样35。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末和锡(Sn)粉末(-#325)作为原材料粉末，配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样35。

⑤测试样36

通过向测试样16中添加锡制备出测试样36。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末，锆粉末和锡粉末作为原材料粉末，配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样36。

⑥测试样37

通过向测试样18中添加锡制备出测试样37。采用钛粉末和铌粉末，锆粉末和锡粉末作为原材料粉末，配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样37。

⑦测试样38

通过向测试样16中添加锡和铝制备出测试样38。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末，锆粉末，锡粉末和铝粉末作为原材料粉末，配制出表3中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样38。

(5)测试样39-46

测试样39-46通过对测试样4，10，14，17和18中的氧含量进行主动调整来获得。

①测试样39和40

通过增加测试样4中的氧含量制备测试样39和40。采用钛粉末和铌粉末以及钽粉末作为原材料粉末，配制出表4中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样39和40。

②测试样41和42

通过增加测试样10中的氧含量制备测试样41和42。采用钛粉末和铌粉末以及钽粉末作为原材料粉末，配制出表4中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样41和42。

③测试样43和44

通过增加测试样14中的氧含量获得测试样43和44。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末和锆粉末作为原材料粉末，配制出表4中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样43和44。

④测试样45

通过增加测试样18中的氧含量获得测试样45。采用钛粉末和铌粉末，以及锆粉末作为原材料粉末，配制出表4中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样45。

⑤测试样46

通过增加测试样17中的氧含量获得测试样46。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末以及锆粉末作为原材料粉末，配制出表4中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样46。

(6)测试样47-54

通过在测试样10，16，17和18中进一步添加碳、氮和硼制备出测试样47-54。

①测试样47和48

通过向测试样18中添加碳制备出测试样47和48。采用钛粉末和铌粉末，锆粉末以及TiC粉末(-#325)作为原材料粉末，配制出表4中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样47和48。

②测试样49

通过向测试样16中添加碳制备出测试样49。采用钛粉末和铌粉末，锆粉末以及TiC粉末作为原材料粉末，配制出表4中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样49。

③测试样50和51

通过向测试样17中添加氮制备出测试样50和51。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末，锆粉末以及TiN粉末(-#325)作为原材料粉末，配制出表4中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样50和51。

④测试样52

通过向测试样17中添加硼制备出测试样52。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末，锆粉末以及TiB₂粉末(-#325)作为原材料粉末，配制出表4中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样52。

⑤测试样53

通过向测试样16中添加硼制备出测试样53。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末，锆粉末以及TiB₂粉末作为原材料粉末，配制出表4中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样53。

⑥测试样54

通过向测试样10中添加硼制备出测试样54。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末以及TiB₂粉末作为原材料粉末，配制出表4中所示的化学组成。之后，采用与测试样1相同的方法制备出测试样54。

(7)试样55-74

通过对测试样2，7，14，15，16，17，18，22，26，32和53进一步实施冷加工制备出测试样55-74。

①测试样55

通过对测试样2实施冷加工制备出测试样55。制备出作为原材料的海绵钛、高纯铌以及钒固块。对量为1kg的这些原材料进行复合，以使其具有表5A中所示的化学组成(复合步骤)。采用感应渣壳(scull)对所述原材料进行熔化(熔化步骤)，压力铸造(铸造步骤)，之后，获得了60×60的铸锭。注意：为了实现均匀化，通过实施5次重熔来进行熔化处理。在空气中，700-1150℃之间，对所述铸锭材料进行热锻(热加工步骤)，加工成20mm的圆棒。采用冷锻机对所述20mm的圆棒进行冷加工，制备出测试样55，该样具有表5A中所示的冷加工比。

②测试样56

通过对测试样7实施冷加工制备出测试样56。制备出作为原材料的海绵钛、高纯铌和钽团块。对量为1kg的这些原材料进行复合，使其具有表5A中所示的化学组成(复合步骤)。之后，采用与测试样55相同的方法，制备出具有表5A中所示冷加工比的测试样56。

③测试样57和58

通过对测试样15实施冷加工制备出测试样57和58。制备出作为原材料的海绵钛、高纯铌、钽和锆的团块。对量为1kg的这些原材料进行复合，使其有表5A中所示的化学组成(复合步骤)。之后，采用与测试样55相同的方法，制备出具有表5A中所示冷加工比的测试样57和58。

④测试样59-62

通过对测试样14进行冷加工制备出测试样59-62。制备并且对作为原材料粉末的钛粉末和铌粉末，钽粉末以及锆粉末，并进行混合，使其具有表5A中所示的组成比(混合步骤)。在4吨/cm²的压力下，对所获混合物粉末进行CIP(冷等静压)处理，获得40×80mm的柱形生坯(压制步骤)。对在所述压制步骤获得的生坯在1×10^-5乇的真空中，1300℃温度下进行加热烧结，时间为16小时，制备出烧结体(烧结步骤)。而且，在空气中，750-1150℃之间，对所述烧结体进行热加工(热加工步骤)，加工成20mm的圆棒。采用冷锻机对所获得的20mm的圆棒进行冷加工，制备出具有表5A中所示冷加工比的测试样59-62。

⑤测试样63-66

通过对测试样16进行冷加工，获得测试样63-66。制备并混合作为原材料粉末的钛粉末和铌粉末，钽粉末以及锆粉末，以使其具有表5A中所述化学组成(混合步骤)。之后，采用与测试样59相同的方法制备出具有表5A所示冷加工比的各测试样。

⑥测试样67-70

通过对测试样18进行冷加工来获得测试样67-70。采用钛粉末和铌粉末，以及锆粉末作为原材料粉末，进行制备和混合，使其具有表5A中所示的化学组成(混合步骤)。之后，采用与测试样59相同的方法，制备出具有表5A中所示冷加工比的各测试样。

⑦测试样71-73

通过对测试样53进行冷加工来获得测试样71。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末，锆粉末以及TiB₂粉末作为原材料粉末进行制备和混合，使其具有表5B中所示的化学组成(混合步骤)。之后，采用与测试样59相同的方法制备出具有表5B中所示的冷加工比的测试样。

⑧测试样74

通过对测试样17进行冷加工来获得测试样74。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末以及锆粉末作为原材料粉末进行制备和混合，使其具有表5B中所示的化学组成(混合步骤)。之后，采用与测试样59相同的方法制备出具有表5B中所示的冷加工比的测试样74。

⑨测试样75

通过对测试样22进行冷加工来获得测试样75。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末以及铪粉末作为原材料粉末，进行制备和混合，使其具有表5B中所示的化学组或(混合步骤)。之后，采用与测试样59相同的方法制备出具有表5B中所示的冷加工比的测试样75。

⑩测试样76

通过对测试样26进行冷加工来获得测试样76。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末，锆粉末以及钼粉末作为原材料粉末，进行制备和混合，使其具有表5B中所示的化学组或(混合步骤)。之后，采用与测试样59相同的方式，制备出具有表5B中所示的冷加工比的测试样76。

测试样77

通过对测试样32进行冷加工来获得测试样77。采用钛粉末和铌粉末，钽粉末，锆粉末以及铝粉末作为原材料粉末进行制备和混合，使其具有表5B中所示的化学组或(混合步骤)。之后，采用与测试样59相同的方法，制备出具有表5B中所示的冷加工比的测试样。

(8)测试样78-81

通地使CIP中的成型压力低于前述各测试样，以增大烧结体中的孔隙率来获得测试样78-81。

①测试样78-79

测试样78和79的化学组成与测试样8相同。制备出作为原材料粉末的钛粉末和铌粉末以及钽粉末。注意：这时，氧含量通过钛粉末中含有的氧进行调整。对上述各种粉末进行制备和混合，以获得表6中所示的化学组成(混合步骤)。对所述混合物粉末进行CIP(冷等静压)处理，制备测试样78时的压力为3.8吨/cm²，制备测试样79时的压力为3.5吨/cm²，由此获得10×80mm的柱形生坯(压制步骤)。对在所述压制步骤获得的生坯在1×10^-5乇的真空中，1300℃下进行加热烧结，时间达16小时，制备出烧结体(烧结步骤)，并且标记为测试样78和79。注意：此时计算孔隙率，发现测试样78为2％，而测试样79为5％。

②测试样80

测试样80的化学组成与测试样18相同。制备出作为原材料粉末的钛粉末和铌粉末，以及锆粉末。对上述各种粉末进行制备和混合，以获得表6中所示的化学组成(混合步骤)。在3.0吨/cm²的压力下对所述混合物粉末进行CIP(冷等静压)处理，获得了10×80mm的柱形生坯(压制步骤)。在1×10^-5乇的真空中，对在所述压制步骤获得的生坯在1300℃下进行加热烧结，时间达16小时，制备出烧结体(烧结步骤)，并且标记为测试样80。注意：此时计算得到的该测试样的孔隙率为10％。

③测试样81

测试样81的化学组成与测试样16相同。制备出作为原材料粉末的钛粉末和铌粉末，钽粉末以及锆粉末。注意：这时，氧含量由钛粉末中含的氧进行调整。对所述各种粉末进行制备和混合，以获得表6中所示的组成比(混合步骤)。在2.5吨/cm²的压力下，对所述混合物粉末进行CIP(冷等静压)处理，获得10×80mm的柱形生坯(压制步骤)。在1×10^-5乇的真空中，对在所述成型步骤获得的生坯在1300℃下进行加热烧结，时间达16小时，制备出烧结体(烧结步骤)，并且标记为测试样81。注意：此时计算出的该测试样的孔隙率为25％。

(9)测试样82-84

通过采用HIP法制备钛合金，来获得测试样82-84。

①测试样82

作为原材料粉末，将采用钛粉末，铌粉末和钽粉末复合并具有表6中的化学组成的混合物粉末装填入纯钛制的容器内，并且，在用1×10^-2乇的真空脱气后，将所述容器密封(装填步骤)。对所述封装有混合物粉末的容器在1000℃×200MPa的条件下保持2小时，并且，采用HIP法进行烧结(烧结步骤)。如此获得的20×80mm的烧结体记为测试样82。

②测试样83

对作为测试样82获得的20mm的圆棒用冷锻机进行冷加工，制备出具有表6中所示的冷加工比的测试样83。

③测试样84

通过对测试样78进行冷加工来获得测试样84。采用钛粉末和铌粉末，以及钽粉末作为原材料粉末进行制备和混合，以获得表6中的化学组成(混合步骤)。在3.8吨/cm²的压力下，对所述混合的粉末进行CIP(冷等静压)处理，获得20×80mm的柱形生坯(压制步骤)。在1×10^-5乇的真空中，对在所述压制步骤获得的生坯在1300℃的温度下进行加热烧结，时间达16小时，制备出烧结体(烧结步骤)。采用冷锻机对所述20mm的烧结体进行冷加工，制备出具有表6中所示的冷加工比的测试样84。

B.测试样C1-C5和测试样D1-D3

下面，制备出化学组成不属于上述化学组成范围，或者采用与上述制备方法不同的方法获得的测试样C1-C5和测试样D1-D3。

(1)测试样C1-C5

①测试样C1涉及Va族元素含量低于30重量％的钛合金。制备出作为原材料粉末的钛粉末和铌粉末。此时，氧含量由钛粉末中含有的氧进行调整。对上述各种粉末进行制备和混合，以获得表7中的化学组成。在4吨/c^m2的压力下，对所获得的混合物粉末进行CIP(冷等静压)处理，获得40×80mm的柱形生坯。在1×10^-5乇的真空中，在1300℃下，对所述生坯进行加热烧结，时间达16小时，制备出烧结体。而且，在空气中，700-1150℃之间，将所述烧结体热锻成10mm的圆棒，并标记为测试样C1。

②测试样C2

测试样C2涉及Va族元素含量超过60重量％的钛合金。采用钛粉末，铌粉末，钒粉末和钽粉末作为原材料粉末，复合出表7中的化学组成。之后，采用与测试样C1相同的方法制备出测试样C2。

③测试样C3

测试样C3涉及铝含量超过5重量％的钛合金。采用钛粉末，铌粉末，钽粉末，锆粉末和铝粉末作为原材料粉末，复合出表7中的化学组成。之后，采用与测试样C1相同的方法制备出测试样C3。

④测试样C4

测试样C4涉及氧含量超过0.6重量％的钛合金。采用钛粉末，铌粉末和钽粉末作为原材料粉末，复合出表7中的化学组成。注意：氧含量由钛粉末含有的氧进行调整。之后，采用与测试样C1相同的方法制备出测试样C4。

⑤测试样C5

测试样C5涉及硼含量超过1.0重量％的钛合金。采用钛粉末、铌粉末，钽粉末和TiB₂粉末作为原材料粉末，复合出表7中的化学组成。之后，采用与测试样C1相同的方法，制备出测试样C5。

(2)测试样D1-D3

测试样D1-D3采用所谓的熔化法制备。

①测试样D1

制备出作为原材料粉末的钛粉末和铌粉末，铪粉末以及锡粉末，并且采用圆穴型电子束熔炼法(button melting)熔制成具有表7中所示的组元组成的钛合金。在空气中，950-1050℃下，将所获得的铸锭热锻成10×50mm的圆棒。

②测试样D2

采用钛粉末和钒粉末，以及铝粉末为原材料粉末，复合出表7中的化学组成。之后，采用与测试样D1相同的方法制备出测试样D2。

③测试样D3

采用钛粉末和铌粉末，以及锆粉末作为原材料粉末，复合出表7中的化学组成。之后，采用与测试样D1相同的方法制备出测试样D3。

(各测试样的特性)

上述各测试样的各种性能采用下述的方法确定。

①平均杨氏模量，拉伸弹性极限强度，弹性变形性能以及抗拉强度

采用Instron试验机对上述各个测试样进行拉伸试验，测量载荷及延伸率，并确定应力—应变图。

Instron(制造商名)制造的Instron试验机是一种万能拉伸试验机，其驱动系统采用电动马达控制系统。延伸率由粘贴在试样侧面上的应变片的输出值来确定。

平均杨氏模量，拉伸弹性极限强度和抗拉强度则依据应力—应变图，采用前述方法来确定。另外，弹性变形性能通过由应力—应变图上计算出对应于拉伸弹性极限强度的应变值来确定。

②其它性能

孔隙率指的是前述孔隙的体积％，冷加工比指的是由前述方程确定的冷加工比。

这些结果全部列于表1-表7中。

【表1】

钛合金组成(重量％-余量：Ti) *1

测试样 Va族元素 *2 *3 *4 *5 备注

编号 Nb V Ta 总量 Zr Hf Sc Sn Cr Mn Co Ni Mo Fe Al O C N B (Gpa) (Mpa) (％) (Mpa)

1 20 2 8 30 0.22 74 703 1.3 721

2 27 4 31 0.10 74 705 1.3 729

3 25 8 33 0.19 69 715 1.4 736

4 30 5 35 0.23 67 725 1.4 745

5 30 2 5 37 0.29 65 730 1.4 758

6 25 8 6 39 0.28 64 732 1.5 759

7 30 10 40 0.11 62 707 1.5 730

8 30 10 40 0.26 64 735 1.5 761

9 37 6 43 0.27 59 721 1.5 746

10 35 10 45 0.22 58 728 1.6 751

11 35 13 48 0.27 62 735 1.5 762

12 40 6 4 50 0.28 65 721 1.4 745

13 30 7 4 41 0.35 72 715 1.3 739

注：*1代表“材料性能”。

*2代表“平均杨氏模量”。

*3代表“拉伸弹性极限强度”。

*4代表“弹性变形性能”。

*5代表“抗拉强度”。

【表2】

钛合金组成(重量％-余量：Ti) *1

测试样 Va族元素 *2 *3 *4 *5 备注

14 37 3 40 3 0.28 58 731 1.6 757 *6

15 25 10 35 5 0.11 57 721 1.6 745 *7

16 30 10 40 5 0.26 57 735 1.6 764 *8

17 35 2 37 8 0.25 55 745 1.7 775 *9

18 35 35 10 0.25 56 742 1.6 765 *10

19 26 4 30 13 0.26 58 742 1.6 772 *11

20 23 5 4 32 18 0.27 63 741 1.5 776 *12

21 25 3 6 34 2 3 0.28 61 735 1.5 764 *13

22 33 7 40 5 0.22 55 737 1.6 759 *14

23 30 6 4 40 10 0.27 62 728 1.5 758 *15

24 35 5 40 3 0.27 57 729 1.6 761 *16

注：*1代表“材料性能”。

*2代表“平均杨氏模量”。

*3代表“拉伸弹性极限强度”。

*4代表“弹性变形性能”。

*5代表“抗拉强度”。

*6代表“测试样9中的部分Ta→Zr”。

*7代表“测试样7中的部分Nb→Zr”。

*8代表“测试样10中的部分Nb→Zr”。

*9代表“测试样10中的部分Ta→Zr”。

*10代表“测试样10中的Ta→Zr”。

*11代表“测试样9中的部分Nb和Ta→Zr”。

*12代表“测试样12中的部分Nb和V→Zr”。

*13代表“测试样6中的部分V→Zr和Hf”。

*14代表“测试样10中的部分Nb和Ta→Zr”。

*15代表“测试样12中的部分Nb→Zr”。

*16代表“测试样9中的部分Nb和Ta→Sc”。

【表3】

钛合金的组成(重量％-余量：Ti) *1

测试样 Va族元素 *2 *3 *4 *5 备注

编号 Nb V Ta 总量 Zr Hf Sc Sn Cr Mo Co Ni Mn Fe Al O C N B (Gpa) (Mpa) (％) (Mpa)

25 30 6 4 40 10 2 0.27 62 743 1.5 776 *6

26 37 3 40 3 3 0.28 57 753 1.6 785 *7

27 35 13 48 8 0.27 63 764 1.5 795 *8

28 35 35 10 3 0.25 59 745 1.6 776 *9

29 30 10 40 5 2 0.26 57 748 1.6 783 *10

30 35 2 37 8 2 0.25 55 753 1.7 787 *11

31 37 3 40 3 4 0.26 61 749 1.5 775 *12

32 30 10 40 5 0.5 0.23 61 747 1.5 768 *13

33 35 35 10 1.5 0.25 63 759 1.5 791 *14

34 37 3 40 3 3.5 0.28 69 790 1.5 817 *15

35 30 10 40 2 0.26 64 745 1.5 770 *16

36 30 10 40 5 4 0.23 60 761 1.6 791 *17

37 35 35 10 7 0.25 63 771 1.5 801 *18

38 30 10 40 5 2 1.5 0.24 65 774 1.5 826 *19

注：*1代表“材料性能”。 *14代表“18^#样中添加Al”。

*2代表“平均杨氏模量”。 *15代表“14^#样中添加Al”。

*3代表“拉伸弹性极限强度”。 *16代表“8^#样中添加Sn”。

*4代表“弹性变形性能”。 *17代表“16^#样中添加Sn”。

*5代表“抗拉强度”。 *18代表“18^#样中添加Sn”。

*6代表“23^#样中添加Cr”。 *19代表“16^#样中添加Sn和Al”。

*7代表“14^#样中添加Mo”。

*8代表“11^#样中添加Mo”。

*9代表“18^#样中添加Co”。

*10代表“16^#样中添加Ni”。

*11代表“17^#样中添加Mn”。

*12代表“14^#样中添加Fe”。

*13代表“16^#样中添加Al”。

【表4】

钛合金的组成(重量％-余量：Ti) *1

测试 Va族元素 *2 *3 *4 *5 备注

样编 Nb V Ta 总 Zr Hf Sc Sn Cr Mn Co Ni Mo Fe Al O C N B (Gpa) (Mpa) (％) (Mpa)

号量

39 30 5 35 0.35 67 741 1.4 765 *6

40 30 5 35 0.41 69 763 1.4 791 *7

41 35 10 45 0.38 64 767 1.5 793 *8

42 35 10 45 0.52 65 815 1.6 846 *9

43 37 3 40 3 0.37 62 760 1.5 795 *10

44 37 3 40 3 0.55 66 823 1.6 851 *11

45 35 35 10 0.36 60 777 1.6 803 *12

46 35 2 37 8 0.57 66 823 1.6 854 *13

47 35 35 10 0.26 0.22 65 785 1.5 811 *14

48 35 35 10 0.26 0.65 71 833 1.5 863 *15

49 30 10 40 5 0.22 0.21 65 773 1.5 806 *16

50 35 2 37 8 0.25 0.21 64 776 1.6 807 *17

51 35 2 37 8 0.25 0.55 73 814 1.3 829 *18

52 35 2 37 8 0.25 0.05 60 778 1.6 806 *19

53 30 10 40 5 0.22 0.37 69 827 1.5 853 *20

54 35 10 45 0.22 0.82 74 848 1.4 876 *21

注：*1代表“材料性能”。 *12代表“18^#样中O含量增加”。

*2代表“平均杨氏模量”。 *13代表“17^#样中O含量增加”。

*3代表“拉伸弹性极限强度”。 *14代表“18^#样中C含量添加”。

*4代表“弹性变形性能”。 *15代表“18^#样中C含量添加”。

*5代表“抗拉强度”。 *16代表“16^#样中C含量添加”。

*6代表“4^#样中O含量增加”。 *17代表“17^#样中N含量添加”。

*7代表“4^#样中O含量增加”。 *18代表“17^#样中N含量添加”。

*8代表“10^#样中O含量增加”。 *19代表“17^#样中B含量添加”。

*9代表“10^#样中O含量增加”。 *20代表“16^#样中B含量添加”。

*10代表“14^#样中O含量增加”。 *21代表“10^#样中B含量添加”。

*11代表“14^#样中O含量增加”。

【表5A】

钛合金的组成(重量％-余量：Ti) *1

测试 Va族元素 *2 *3 *4 *5 备注

号量

55 27 4 31 0.10 69 752 1.4 783 *6

56 30 10 40 0.11 60 765 1.6 792 *7

57 25 10 35 5 0.11 56 788 1.8 826 *8

58 25 10 35 5 0.11 54 846 1.9 883 *9

59 37 3 40 3 0.28 57 780 1.7 806 *10

60 37 3 40 3 0.28 54 836 1.9 866 *11

61 37 3 40 3 0.28 51 987 2.3 1037 *12

62 37 3 40 3 0.28 48 1035 2.5 1080 *13

63 30 10 40 5 0.26 56 775 1.7 811 *14

64 30 10 40 5 0.26 54 835 1.9 869 *15

65 30 10 40 5 0.26 49 897 2.2 933 *16

66 30 10 40 5 0.26 44 985 2.6 1025 *17

67 35 35 10 0.25 54 778 1.8 820 *18

68 35 35 10 0.25 50 837 2.0 872 *19

69 35 35 10 0.25 48 894 2.2 935 *20

70 35 35 10 0.25 44 996 2.6 1038 *21

注：*1代表“材料性能”。 *12代表“14^#样：冷加工比75％”。

*2代表“平均杨氏模量”。 *13代表“14^#样：冷加工比95％”。

*3代表“拉伸弹性极限强度”。 *14代表“16^#样：冷加工比15％”。

*4代表“弹性变形性能”。 *15代表“16^#样：冷加工比53％”。

*5代表“抗拉强度”。 *16代表“16^#样：冷加工比75％”。

*6代表“2^#样：冷加工比30％”。 *17代表“16^#样：冷加工比95％”。

*7代表“7^#样：冷加工比25％”。 *18代表“18^#样：冷加工比22％”。

*8代表“15^#样：冷加工比40％”。 *19代表“18^#样：冷加工比59％”。

*9代表“15^#样：冷加工比60％”。 *20代表“18^#样：冷加工比77％”。

*10代表“14^#样：冷加工比15％”。 *21代表“18^#样：冷加工比95％”。

*11代表“14^#样：冷加工比51％”。

【表5B】

钛合金的组成(重量％-余量：Ti) *1

测试 Va族元素 *2 *3 *4 *5 备注

样编 Nb V Ta 总量 Zr Hf Sc Sn Cr Mn Co Ni Mo Fe Al O C N B (Gpa) (Mpa) (％) (Mpa)

号

71 30 10 40 5 0.22 0.37 67 859 1.6 935 *6

72 30 10 40 5 0.22 0.37 65 907 1.7 987 *7

73 30 10 40 5 0.22 0.37 63 947 1.8 1030 *8

74 35 2 37 8 0.25 46 912 2.3 945 *9

75 33 7 40 5 0.22 52 879 2 915 *10

76 37 3 40 3 3 0.28 55 984 2.2 1026 *11

77 30 10 40 5 0.5 0.23 59 876 1.9 911 *12

注：*1代表“材料性能”。

*2代表“平均杨氏模量”。

*3代表“拉伸弹性极限强度”。

*4代表“弹性变形性能”。

*5代表“抗拉强度”。

*6代表“53^#样：冷加工比50％”。

*7代表“53^#样：冷加工比75％”。

*8代表“53^#样：冷加工比95％”。

*9代表“17^#样：冷加工比90％”。

*10代表“22^#样：冷加工比75％”。

*11代表“26^#样：冷加工比95％”。

*12代表“32^#样：冷加工比75％”。

【表6】

钛合全的组成(重量％-余量：Ti) *1

测试 Va族元素 *2 *3 *4 *5 备注

号

78 30 10 40 0.26 60 724 1.5 731 *6

79 30 10 40 0.26 56 721 1.6 725 *7

80 35 35 10 0.25 50 708 1.7 422 *8

81 30 10 40 5 0.26 48 705 1.8 711 *9

82 30 5 35 0.21 66 743 1.4 776 *10

83 30 5 35 0.21 56 997 2.1 1055 *11

84 30 10 40 0.35 58 986 2.1 1033 *12

注：*1代表“材料性能”。

*2代表“平均杨氏模量”。

*3代表“拉伸弹性极限强度”。

*4代表“弹性变形性能”。

*5代表“抗拉强度”。

*6代表“8^#样：孔隙率：2％”。

*7代表“8^#样：孔隙率：5％”。

*8代表“18^#样：孔隙率：10％”。

*9代表“16^#样：孔隙率：25％”。

*10代表“经HIP处理”。

*11代表“HIP+冷加工比95％”。

*12代表“烧结+冷加工比95％”。

【表7】

钛合金的组成(重量％-余量：Ti) *1

测试 Va族元素 *2 *3 *4 *5 备注

号

C1 25 25 0.27 77 669 0.9 683 *6

C2 45 7 10 62 0.28 78 675 0.9 691 *7

C3 37 3 40 3 5.2 0.26 79 935 1.0 944 *8

C4 35 10 45 0.66 78 874 1.0 879 *9

C5 35 10 45 0.23 1.2 85 958 1.0 965 *10

D1 20 20 5 5 0.25 115 1030 0.9 1210

D2 4 4 6 0.14 115 830 0.7 895

D3 13 13 13 0.11 81 864 1.0 994

注：*1代表“材料性能”。

*2代表“平均杨氏模量”。

*3代表“拉伸弹性极限强度”。

*4代表“弹性变形性能”。

*5代表“抗拉强度”，

*6代表“Nb+V+Ta＜30％”。

*7代表“Nb+V+Ta＞60％”。

*8代表“Al＞5％”。

*9代表“O＞0.6％”。

*10代表“B＞1.0％”。

(各测试样的评价)

①平均杨氏模量和拉伸弹性极限强度

测试样1-13全都含有30-60重量％的Va族元素，平均杨氏模量低于或等于75GPa，拉伸弹性极限强度为700MPa或更高。因此可知：获得了足够低的杨氏模量和高的强度(高弹性)。

而对于Va族元素含量低于30重量％的测试样C1和测试样D1-D3，以及Va族元素含量超过60重量％的测试样C2而言，所有试样的杨氏模量均超过75GPa，未获得低杨氏模量。

下面，对在预定量的Va族元素中包括Zr、Hf或Sc的测试样14-24与测试样6-12进行比较，可明显看出：在全部情形下测试样14-24能够具有进一步降低的杨氏模量和进一步增加的强度(提高的弹性)。

另外，将含有Cr，Mo，Mn，Fe，Co，Ni，Al或Sn的测试样25-38与不含这些元素的测试样比较，发现，测试样25-38在获得低的杨氏模量的同时，拉伸弹性极限强度也得以改善。因此，可认为这些元素能有效提高根据本发明的钛合金的强度(提高弹性)。

然而，由测试样C3等可知，虽然Al含量超过5重量％时拉伸弹性极限强度能得以改善，但也会导致平均杨氏模量的增加。因此可知，优选Al含量为5重量％或更低，以便获得低的杨氏模量和高的强度(高的弹性)。

而且，由测试样39-46可知，氧是一种能有效降低杨氏模量和提高强度(提高弹性)的元素。另外，由测试样47-51可知，碳和氮是类似的能有效降低杨氏模量和提高强度(提高弹性)的元素。

此外，由测试样52-54可知，硼也是一种能有效降低杨氏模量和提高强度(提高弹性)的元素。另外，由测试样71-73可知，添加适量的硼不会损害冷加工性能。

②弹性变形性能

测试样1-84的变形性能均为1.3或更高，而且，与测试样C1-C5和D1-D3(弹性变形性能低于或等于1.0)相比，可知测试样1-84均有优异的变形性能。

③冷加工比

一般由进行冷加工的测试样55-77可知，随着冷加工比的提高，杨氏模量趋于下降，而拉伸弹性极限强度趋于增加。可以了解到，冷加工对于在使所述钛合金的杨氏模量降低和弹性变形性能提高以及强度增加(弹性增加)之间建立平衡很有效。

④孔隙率

由测试样78-81可知，甚至当所存在的孔隙率为30体积％或更低时，除能获得低的杨氏模量之外，也能获得高强度(高弹性)。而且，对于孔隙率进一步增大的测试样80和81，密度的下降可使比强度得以改善。

⑤烧结法和熔化法

通过对由烧结法制备的测试样1-84和由熔化法制备的测试样D1-D3进行比知，可知：采用烧结法可获得具有低杨氏模量，高弹性变形性能以及高强度(高弹性)的钛合金。

而对于与测试样D1-D3类似采用熔化法获得的钛合金，难于实现低的杨氏模量与高的强度(高弹性)间的平衡。然而，这并非意味着：正如从测试样2，7等所看到的那样，采用熔化法制备的钛合金不包括在本发明的范围内。

正如到目前为止所介绍的那样，本发明的钛合金可以广泛用于要求具有低的杨氏模量，高的弹性变形性能和高的强度(高的弹性)的各种产品，而且，由于该合金的冷加工性能优异，因此能够使生产率得到改善。

另外，采用本发明的钛合金制备方法，能够容易获得这种钛合金。

Claims

1.一种钛合金，其特征在于所述钛合金含有含量为30-60重量％的Va族(钒族元素)，余者基本为钛，具有75GPa或更低的平均杨氏模量，700MPa或更高的拉伸弹性极限强度，由拉伸试验得到的应力-应变曲线的切线斜率，在应力在0至拉伸弹性极限强度之间变化的弹性变形区域内，随应力增加连续下降。

2.根据权利要求1的钛合金，其中，将整体计为100重量％时，所述合金含有总量为20重量％或更低的一种或更多种选自由锆(Zr)、铪(Hf)和钪(Sc)构成的金属元素组的元素。

3.一种钛合金，其特征在于所述钛合金含有总量为20重量％或更低的一种或更多种选自于由锆(Zr)、铪(Hf)及钪(Sc)构成的金属元素组的元素，和加之所述金属元素组的一种或更多种元素，总量为30-60重量％的Va族(钒族)元素，余者基本为钛，具有75GPa或更低的平均杨氏模量，700MPa或更高的拉伸弹性极限度，由拉伸试验得到的应力-应变曲线的切线斜率，在应力在0至拉伸弹性极限强度之间变化的弹性变形区域内，随应力增加连续下降。

4.根据权利要求1的钛合金，所述合金还含有(将全体计为100重量％时)：

一种或更多种选自于由铬(Cr)、钼(Mo)，锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)构成的金属元素组的元素，其中所述铬和所述钼的含量分别为20重量％或更低，所述锰、所述铁、所述钴和所述镍的含量分别为10重量％或更低，

含量为0.3-5重量％的铝(Al)；或者

其组合。

5.根据权利要求2的钛合金，所述合金还含有(将全体计为100重量％时)：

含量为0.3-5重量％的铝(Al)；或者

其组合。

6.根据权利要求3的钛合金，所述合金还含有(将全体计为100重量％时)：

含量为0.3-5重量％的铝(Al)；或者

其组合。

7.根据权利要求1-6中之任何一项的钛合金，将全体计为100重量％时，该钛合金含有0.08-0.6重量％的氧(O)。

8.根据权利要求1-6中之任何一项的钛合金，所述合金还包含至少一种以下元素(将全体计为100重量％时)：

0.05-1.0重量％的碳(C)；

0.05-0.8重量％的氮(N)；

0.01-1.0重量％的硼(B)。

9.根据权利要求7的钛合金，所述合金还包含至少一种以下元素(将全体计为100重量％时)：

0.05-1.0重量％的碳(C)；

0.05-0.8重量％的氮(N)；

0.01-1.0重量％的硼(B)。

10.根据权利要求1-6中之任何一项的钛合金，所述合金还包含至少一种以下元素(将全体计为100重量％时)：

0.05-1.0重量％的碳(C)；

0.05-0.8重量％的氮(N)。

11.根据权利要求7的钛合金，所述合金还包含至少一种以下素(将全体计为100重量％时)：

0.05-1.0重量％的碳(C)；

0.05-0.8重量％的氮(N)。

12.根据权利要求1-6中之任何一项的钛合金，具有冷加工比为10％或更高的冷加工组织，70GPa或更低的平均杨氏模量，以及750MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

13.根据权利要求7的钛合金，具有冷加工比为10％或更高的冷加工组织，70GPa或更低的平均杨氏模量，以及750MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

14.根据权利要求8的钛合金，具有冷加工比为10％或更高的冷加工组织，70GPa或更低的平均杨氏模量，以及750MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

15.根据权利要求9的钛合金，具有冷加工比为10％或更高的冷加工组织，70GPa或更低的平均杨氏模量，以及750MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

16.根据权利要求12的钛合金，具有冷加工比为50％或更高的所述冷加工组织，65GPa或更低的平均杨氏模量，以及800MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

17.根据权利要求13的钛合金，具有冷加工比为50％或更高的所述冷加工组织，65GPa或更低的平均杨氏模量，以及800MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

18.根据权利要求10的钛合金，具有冷加工比为50％或更高的所述冷加工组织，65GPa或更低的平均杨氏模量，以及800MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

19.根据权利要求11的钛合金，具有冷加工比为50％或更高的所述冷加工组织，65GPa或更低的平均杨氏模量，以及800MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

20.根据权利要求16的钛合金，具有冷加工比为70％或更高的所述冷加工组织，60GPa或更低的平均杨氏模量，以及850MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

21.根据权利要求17的钛合金，具有冷加工比为70％或更高的所述冷加工组织，60GPa或更低的平均杨氏模量，以及850MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

22.根据权利要求18的钛合金，具有冷加工比为70％或更高的所述冷加工组织，60GPa或更低的平均杨氏模量，以及850MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

23.根据权利要求19的钛合金，具有冷加工比为70％或更高的所述冷加工组织，60GPa或更低的平均杨氏模量，以及850MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

24.根据权利要求20的钛合金，具有冷加工比为90％或更高的所述冷加工组织，55GPa或更低的平均杨氏模量，以及900MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

25.根据权利要求21的钛合金，具有冷加工比为90％或更高的所述冷加工组织，55GPa或更低的平均杨氏模量，以及900MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

26.根据权利要求22的钛合金，具有冷加工比为90％或更高的所述冷加工组织，55GPa或更低的平均杨氏模量，以及900MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

27.根据权利要求23的钛合金，具有冷加工比为90％或更高的所述冷加工组织，55GPa或更低的平均杨氏模量，以及900MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

28.一种钛合金，其特征在于所述钛合金是含有30-60重量％的V_a族(钒族)元素，余者基本为钛的烧结合金，所述合金具有75GPa或更低的平均杨氏模量，700MPa或更高的拉伸弹性极限强度，由拉伸试验得到的应力-应变曲线的切线斜率，在应力在0至拉伸弹性极限强度之间变化的弹性变形区域内，随应力增加连续下降。

29.根据权利要求28的钛合金，其中，将全体计为100重量％时，含有总量为20重量％或更低的一种或更多种选自于由锆(Zr)、铪(Hf)和钪(Sc)构成的金属元素组的元素。

30.一种钛合金，其特征在于，所述钛合金是含有总量为20重量％或更低的一种或更多种选自于由锆(Zr)、铪(Hf)和钪(Sc)构成的金属元素组的元素，和加之上述金属元素组中的一种或更多种元素后总量为30-60重量％的Va族(钒族)元素，余者基本为钛的烧结合金，具有75GPa或更低的平均杨氏模量，700MPa或更高的拉伸弹性极限强度，由拉伸试验得到的应力-应变曲线的切线斜率，在应力在0至拉伸弹性极限强度之间变化的弹性变形区域内，随应力增加连续下降。

31.根据权利要求28的钛合金，所述合金还含有(将全体计为100重量％时)：

一种或更多种选自于由铬(Cr)、钼(Mo)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)和锡(Sn)构成的金属元素组的元素，其中，所述铬和所述钼的含量分别为20重量％或更低，所述锰、所述铁、所述钴、所述镍和所述锡的含量分别为10重量％或更低，

含量为0.3-5重量％的铝(Al)；或者

其组合。

32.根据权利要求29的钛合金，所述合金还含有(将全体计为100重量％时)：

含量为0.3-5重量％的铝(Al)；或者

其组合。

33.根据权利要求30的钛合金，所述合金还含有(将全体计为100重量％时)：

含量为0.3-5重量％的铝(Al)；或者

其组合。

34.根据权利要求28-33中之任何一项的钛合金，将全体计为100重量％时，含有0.08-0.6重量％的氧(O)。

35.根据权利要求28-33中之任何一项的钛合金，所述合金还包含至少一种以下元素(将全体计为100重量％时)：

0.05-1.0重量％的碳(C)；

0.05-0.8重量％的氮(N)；

0.01-1.0重量％的硼(B)。

36.根据权利要求34的钛合金，所述合金还包含至少一种以下元素(将全体计为100重量％时)：

0.05-1.0重量％的碳(C)；

0.05-0.8重量％的氮(N)；

0.01-1.0重量％的硼(B)。

37.根据权利要求28-33中之任何一项的钛合金，所述合金还包含至少一种以下元素(将全体计为100重量％时)：

0.05-1.0重量％的碳(C)；

0.05-0.8重量％的氮(N)。

38.根据权利要求34的钛合金，所述合金还包含至少一种以下元素(将全体计为100重量％时)：

0.05-1.0重量％的碳(C)；

0.05-0.8重量％的氮(N)。

39.根据权利要求28-33中之任何一项的钛合金，具有75GPa或更低的平均杨氏模量，以及700MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

40.根据权利要求34的钛合金，具有75GPa或更低的平均杨氏模量，以及700MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

41.根据权利要求35的钛合金，具有75GPa或更低的平均杨氏模量，以及700MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

42.根据权利要求36的钛合金，具有75GPa或更低的平均杨氏模量，以及700MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

43.根据权利要求37的钛合金，具有75GPa或更低的平均杨氏模量，以及700MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

44.根据权利要求38的钛合金，具有75GPa或更低的平均扬氏模量，以及700MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

45.根据权利要求28-33中之任何一项的钛合金，其中，所述烧结合金含有30体积％或更低的孔隙量。

46.根据权利要求34的钛合金，其中，所述烧结合金含有30体积％或更低的孔隙量。

47.根据权利要求35的钛合金，其中，所述烧结合金含有30体积％或更低的孔隙量。

48.根据权利要求36的钛合金，其中，所述烧结合金含有30体积％或更低的孔隙量。

49.根据权利要求39的钛合金，其中，所述烧结合金含有30体积％或更低的孔隙量。

50.根据权利要求40的钛合金，其中，所述烧结合金含有30体积％或更低的孔隙量。

51.根据权利要求41的钛合金，其中，所述烧结合金含有30体积％或更低的孔隙量。

52.根据权利要求42的钛合金，其中，所述烧结合金含有30体积％或更低的孔隙量。

53.根据权利要求28-33中之任何一项的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

54.根据权利要求34的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

55.根据权利要求35的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

56.根据权利要求36的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

57.根据权利要求39的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

58.根据权利要求40的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

59.根据权利要求41的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

60.根据权利要求42的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

61.根据权利要求45的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

62.根据权利要求46的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

63.根据权利要求47的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

64.根据权利要求48的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

65.根据权利要求49的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

66.根据权利要求50的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

67.根据权利要求51的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

68.根据权利要求52的钛合金，其中，所述烧结合金具有通过热加工将孔隙致密处理至其量为5体积％或更低的组织。

69.根据权利要求39的钛合金，具有冷加工比为10％或更高的冷加工组织，70GPa或更低的平均杨氏模量以及750MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

70.根据权利要求40的钛合金，具有冷加工比为10％或更高的冷加工组织，70GPa或更低的平均杨氏模量以及750MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

71.根据权利要求41的钛合金，具有冷加工比为10％或更高的冷加工组织，70GPa或更低的平均杨氏模量以及750MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

72.根据权利要求42的钛合金，具有冷加工比为10％或更高的冷加工组织，70GPa或更低的平均杨氏模量以及750MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

73.根据权利要求69的钛合金，具有冷加工比为50％或更高的冷加工组织，65GPa或更低的平均杨氏模量以及800MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

74.根据权利要求70的钛合金，具有冷加工比为50％或更高的冷加工组织，65GPa或更低的平均杨氏模量以及800MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

75.根据权利要求43的钛合金，具有冷加工比为50％或更高的冷加工组织，65GPa或更低的平均杨氏模量以及800MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

76.根据权利要求44的钛合金，具有冷加工比为50％或更高的冷加工组织，65GPa或更低的平均杨氏模量以及800MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

77.根据权利要求73的钛合金，具有冷加工比为70％或更高的冷加工组织，60GPa或更低的平均杨氏模量以及850MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

78.根据权利要求74的钛合金，具有冷加工比为70％或更高的冷加工组织，60GPa或更低的平均杨氏模量以及850MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

79.根据权利要求75的钛合金，具有冷加工比为70％或更高的冷加工组织，60GPa或更低的平均杨氏模量以及850MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

80.根据权利要求76的钛合金，具有冷加工比为70％或更高的冷加工组织，60GPa或更低的平均杨氏模量以及850MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

81.根据权利要求77的钛合金，具有冷加工比为90％或更高的冷加工组织，55GPa或更低的平均杨氏模量以及900MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

82.根据权利要求78的钛合金，具有冷加工比为90％或更高的冷加工组织，55GPa或更低的平均杨氏模量以及900MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

83.根据权利要求79的钛合金，具有冷加工比为90％或更高的冷加工组织，55GPa或更低的平均杨氏模量以及900MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

84.根据权利要求80的钛合金，具有冷加工比为90％或更高的冷加工组织，55GPa或更低的平均杨氏模量以及900MPa或更高的拉伸弹性极限强度。

85.一种钛合金制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

对至少两种或更多种含有钛以及30-60重量％的Va族元素的原材料粉末进行混合的混合步骤；

将由所述混合步骤获得的混合物粉末压制成具有预定形状的生坯的压制步骤；以及

通过加热对在所述压制步骤获得的生坯进行烧结的烧结步骤。

86.根据权利要求85的钛合金制备方法，其中，所述原材料粉末含有，将全体计为100重量％时，总量为20重量％或更低的一种或更多种选自于由锆(Zr)、铪(Hf)和钪(Sc)构成的金属元素组的元素。

87.一种钛合金制备方法，其特征在于所述方法包括下述步骤：

对至少两种或更多种原材料粉末进行混合的混合步骤，所述原材料粉末含有总量为20重量％或更低的一种或更多种选自于由锆(Zr)、铪(Hf)和钪(Sc)构成的金属元素组的元素，以及加之所述金属元素组的一种或更多种元素后总量为30-60重量％的Va族(钒族)元素；

将在所述混合步骤获得的混合物粉末压制成具有预定形状的生坯的压制步骤，以及

88.一种钛合金制备方法，其特征在于所述方法包括下述步骤：

将含有钛以及30-60重量％的至少一种Va族元素的原材料粉末装填入具有预定形状的容器的装填步骤；以及

一个在所述装填步骤后，采用热等静压法(HIP法)对所述容器内的原材料粉末进行烧结的烧结步骤。

89.根据权利要求88的钛合金制备方法，其中，将全体计为100重量％时，所述原材料粉末含有总量为20重量％或更低的一种或更多种选自于由锆(Zr)、铪(Hf)和钪(Sc)构成的金属元素组的元素。

90.一种钛合金制备方法，其特征在于所述方法包括下述步骤：

将原材料粉末装填入具有预定形状的容器的装填步骤，所述原材料粉末至少含有钛、总量为20重量％或更低的一种或更多种选自于由锆(Zr)、铪(Hf)和钪(Sc)构成的金属元素组的元素，以及加之所述金属元素组的一种或更多种元素后总量为30-60重量％的Va族(钒族)元素；

在所述装填步骤后，采用热等静压法(HIP法)对所述容器内的原材料粉末进行烧结的烧结步骤。

91.根据权利要求85-90中之任何一项的钛合金制备方法，其中所述原材料粉末还含有至少一种或更多种选自于铬、锰、钴、镍、钼、铁、锡、铝、氧、碳、氮和硼的元素。

92.根据权利要求85-87中之任何一项的钛合金制备方法，其中所述原材料粉末含有两种或更多种纯金属粉末和/或合金粉末。

93.根据权利要求88-90中之任何一项的钛合金制备方法，其中所述原材料粉末包括含有钛和至少一种Va族元素的合金粉末。

94.根据权利要求85-90中之任何一项的钛合金制备方法，其进一步包括：

对在所述烧结步骤后获得的烧结体进行热加工，以使烧结体的结构致密化的热加工步骤；

将在所述烧结步骤后获得的烧结体冷加工成工件或产品的冷加工步骤；或者

其组合。

95.根据权利要求91的钛合金制备方法，其进一步包括：

其组合。