專利名稱：鈦合金部件及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦合金部件，可以用于多種領(lǐng)域的多種制品，并且其冷加工性能良好。而且，本發(fā)明涉及一種可以高效生產(chǎn)鈦合金部件的方法。
最近，加工性能較好的鈦合金(如Ti-22V-4Al商品名“DAT51”等)、鈦制品在我們周圍不斷增加。然而，還不可能說(shuō)加工性能已經(jīng)足夠了，當(dāng)加工率增大時(shí)，通常產(chǎn)生延展性突然降低的情況。所以，在可以獲得加工性能良好的鈦合金時(shí)，改善了鈦制品的材料生產(chǎn)率，因此，可能要增加產(chǎn)品量，進(jìn)一步擴(kuò)大用途等。
此外，為了要使鈦制品的用途擴(kuò)大，除了這種加工性能以外，還需要表現(xiàn)出低楊氏模量和高強(qiáng)度的鈦合金。當(dāng)可以獲得這種鈦合金時(shí)，各種制品的設(shè)計(jì)自由度急劇提高到用傳統(tǒng)材料不能獲得的程度。例如，當(dāng)表現(xiàn)出低楊氏模量和高強(qiáng)度的鈦合金用在高爾夫球棍頭中，可能降低面部分的自然頻率(natural frequencies)，因此，可能使面部分的自然頻率與高爾夫球的自然頻率同步。因此，據(jù)說(shuō)可以獲得明顯延長(zhǎng)高爾夫球推動(dòng)距離的高爾夫球棍。此外，例如，當(dāng)表現(xiàn)出低楊氏模量和高強(qiáng)度的鈦合金用于眼鏡架(特別是鬢角部分)時(shí)，可以獲得極好的固定感覺(jué)，以及重量輕和抗過(guò)敏性等等，據(jù)說(shuō)大大提高了實(shí)用性能。
因此，在開(kāi)發(fā)不僅提供極好的加工性，而且提供低楊氏模量以及高強(qiáng)度的鈦合金時(shí)，使用鈦合金部件(鈦合金制品)的需求越來(lái)越多。
本發(fā)明的內(nèi)容由于這種情況，開(kāi)發(fā)了本發(fā)明，所以，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種鈦合金部件，它提供用傳統(tǒng)鈦合金不能獲得的極好的加工性能、低楊氏模量和高強(qiáng)度。
為了解決這一課題，本發(fā)明人一直認(rèn)真地研究，不斷地進(jìn)行各種系統(tǒng)試驗(yàn)，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了一種全新的鈦合金，可以滿足那些要求并且是傳統(tǒng)上不能獲得的，完成了本發(fā)明。
(鈦合金部件)(1)在織構(gòu)方面的鈦合金部件首先，本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種鈦合金具有特定的織構(gòu)，并且獲得了根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件的開(kāi)發(fā)。
即，根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件特征在于，它包含40重量％或更多的鈦(Ti)，除了鈦以外的一種IVa族元素和/或一種Va族元素，其中，包括IVa族元素和/或Va族元素以及鈦的總量為90重量％或更多；它包含體心四方晶體或體心立方晶體的晶粒，其中，在c軸上的原子間距對(duì)于在a軸上的原子間距的比值(c/a)在0.9-1.1范圍內(nèi)；和它具有一種織構(gòu)，在20°＜α’＜90°和0°＜β＜360°范圍內(nèi)，用Schlutz反射法在包括加工方向的晶面平行地測(cè)量晶粒的(110)或(101)晶面的極點(diǎn)圖(polar figure)，并且當(dāng)把極點(diǎn)圖上平均分布的各個(gè)測(cè)量值(X)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理時(shí)，在織構(gòu)中通過(guò)下列公式確定的關(guān)于平均值(Xm)的二次動(dòng)差(secondary moment)(ν2)用平均值的平方(Xm2)除得的值(ν2/Xm2)為0.3或更大，通過(guò)下列公式確定的關(guān)于平均值(Xm)的三次動(dòng)差(tertiary moment)(ν3)用平均值的立方(Xm3)除得的值(ν3/Xm3)為0.3或更大，平均值的1.6倍或更大的值(1.6Xm)另外包括在55°＜α’＜65°的范圍內(nèi)和沿著加工方向的β范圍內(nèi)測(cè)量的測(cè)量值中；
二次動(dòng)差ν2＝{∑(X-Xm)2}/N三次動(dòng)差ν3＝{∑(X-Xm)3}/N(注意，N是取樣數(shù)量。)。
這種鈦合金部件，從組成觀點(diǎn)來(lái)看，它包含鈦、一種IVa族元素和/或一種Va族元素，從晶體結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來(lái)看，主要是一種體心立方晶體，從金相學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，具有在傳統(tǒng)的β鈦合金等中不能獲得的特定織構(gòu)。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這種鈦合金部件加工性能良好，尤其是冷加工性能良好，并且它提供表現(xiàn)出低楊氏模量和高強(qiáng)度的特性。
目前，在鈦合金部件具有這種織構(gòu)等情況下，還不必清楚為什么它在冷加工性能方面可以改善并表現(xiàn)出低楊氏模量和高強(qiáng)度的原因。
順便提一下，在本說(shuō)明書中提出的“鈦合金部件”涉及鈦合金和加工后的部件，加工后的部件通過(guò)使鈦合金經(jīng)過(guò)某種加工來(lái)制造。加工后的部件的形式可以是工件，如板部件、線部件等，通過(guò)加工工件等制造的中間部件或中間制品，通過(guò)加工中間部件等制造的進(jìn)一步的最終產(chǎn)品。無(wú)論如何，加工程度根本無(wú)關(guān)緊要。在加工過(guò)程中，除了冷加工以外，還涉及熱加工。
關(guān)于上述鈦合金部件的組成，鈦含量為40重量％或更多，使IVa族元素和/或Va族元素以及鈦的總和為90重量％或更多，以便同時(shí)獲得良好的冷加工性能和低楊氏模量。
進(jìn)一步優(yōu)選的是，鈦含量為45重量％或更多，使IVa族元素和/或Va族元素以及鈦的總和為95重量％或更多。
注意，不特別限制IVa族元素和/或Va族元素，只要它們是各自族里的元素。在IVa族元素中，有鋯(Zr)和鉿(Hf)，在Va族元素中，有鈮(Nb)、鉭(Ta)和釩(V)。從比重和原料成本觀點(diǎn)來(lái)看，適當(dāng)進(jìn)行選擇是合適的。
使晶體結(jié)構(gòu)成為體心四方結(jié)構(gòu)或體心立方結(jié)構(gòu)，其“c/a”在0.9-1.1范圍內(nèi)，然而，不必要求在兩者之間嚴(yán)格區(qū)分。認(rèn)為它基本具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)就足夠了。
(2)在特定組成方面的鈦合金部件其次，通過(guò)進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明確定，提供良好加工性能和低楊氏模量的上述鈦合金部件由滿足特定參數(shù)的特定組合物組成，并且完成了本發(fā)明。
即，根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件特征在于它包含鈦和一種合金元素；它具有特定的組成，其中，關(guān)于d電子軌道的能級(jí)“Md”，取代元素的組成平均值為2.43＜Md＜2.49，關(guān)于鍵合順序(bond order)“Bo”，取代元素的組成平均值為2.86＜Bo＜2.90，“Md”和“Bo”每一個(gè)是通過(guò)“DV-Xα”簇團(tuán)法(cluster method)獲得的參數(shù)。
目前，詳細(xì)的產(chǎn)生機(jī)理等還不清楚，當(dāng)鈦合金部件由在上述非常有限的2.43＜Md＜2.49和2.86＜Bo＜2.90范圍內(nèi)的特定組合物組成時(shí)，可以理解它表現(xiàn)出上述良好的特性。
(3)在位錯(cuò)密度方面的鈦合金部件而且，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，提供上述良好加工性能、低楊氏模量或高強(qiáng)度的鈦合金部件(尤其是冷加工部件)在晶體內(nèi)部幾乎沒(méi)有位錯(cuò)(晶格線缺陷)，并且完成了本發(fā)明。
即根據(jù)本發(fā)明的鈦合金特征在于，在進(jìn)行50％或更大的冷加工時(shí)，它表現(xiàn)出1011/cm2或更少的位錯(cuò)密度。
傳統(tǒng)上，金屬的塑性變形解釋為滑移變形或?qū)\晶變形。特別地，在傳統(tǒng)的β鈦合金中，滑移變形是主要的，這種滑移變形用上述位錯(cuò)的移動(dòng)來(lái)解釋。冷加工率增大越多，位錯(cuò)增大越多，因此，一般產(chǎn)生加工硬化。所以，當(dāng)傳統(tǒng)的鈦合金材料經(jīng)過(guò)大加工率的冷加工，而不進(jìn)行中間退火等時(shí)，經(jīng)常產(chǎn)生裂紋等。
然而，在根據(jù)本發(fā)明的鈦合金的情況下，即使不經(jīng)過(guò)熱處理等，也可能使其重復(fù)經(jīng)過(guò)冷加工，甚至當(dāng)冷加工率增大時(shí)，不產(chǎn)生裂紋等。目前，其原因還不確定，然而，由于上述位錯(cuò)密度，可以認(rèn)為，塑性變形通過(guò)與傳統(tǒng)金屬材料不同的機(jī)理產(chǎn)生。
總之，由于根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件冷加工性能明顯好，有效地改善鈦合金部件的(材料)產(chǎn)率以及生產(chǎn)率，而且，它可以用于各種制品，并增大其設(shè)計(jì)自由度。
(4)鈦合金部件的生產(chǎn)方法與上述鈦合金部件一起，本發(fā)明人還開(kāi)發(fā)了一種可以高效生產(chǎn)這種鈦合金部件的方法。
即根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)鈦合金部件的一種方法特征在于，它包括制備原料的制備步驟，原料包含鈦和一種合金元素，具有特定的組成，其中，相對(duì)于d電子軌道的能級(jí)“Md”，取代元素的組成平均值2.43＜Md＜2.49，相對(duì)于鍵合順序“Bo”，取代元素的組成平均值2.86＜Bo＜2.90，“Md”和“Bo”每一個(gè)是通過(guò)“DV-Xα”簇團(tuán)法獲得的參數(shù)；和成型包含在制備步驟后的原料的鈦合金部件的部件成型步驟。
根據(jù)本發(fā)明的制備步驟，表現(xiàn)出上述的良好加工性能、高強(qiáng)度或低楊氏模量的鈦合金部件的組成可以容易確定，并且可以安全高效地生產(chǎn)鈦合金部件。
注意，在本說(shuō)明書中提出的“高強(qiáng)度”表示，后面將要解釋的抗拉強(qiáng)度或拉伸彈性極限強(qiáng)度大。此外，“低楊氏模量”表示，相對(duì)于傳統(tǒng)金屬材料的楊氏模量，后面將會(huì)解釋的平均楊氏模量小。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是表示通過(guò)Schlutz反射法測(cè)量極點(diǎn)圖的方法的略圖的示意圖。
圖2是表示關(guān)于一個(gè)實(shí)施例的試樣No.2的X射線衍射結(jié)果的圖。
圖3是關(guān)于一個(gè)實(shí)施例的試樣No.1的極點(diǎn)圖。
圖4是關(guān)于一個(gè)實(shí)施例的試樣No.4的極點(diǎn)圖。
圖5是關(guān)于一個(gè)實(shí)施例的試樣No.5的極點(diǎn)圖。
圖6是關(guān)于一個(gè)實(shí)施例的試樣No.2的極點(diǎn)圖。
圖7是關(guān)于一個(gè)實(shí)施例的試樣No.3的極點(diǎn)圖。
圖8是對(duì)比試樣的極點(diǎn)圖。
圖9是關(guān)于加權(quán)函數(shù)“W”的定義的解釋圖。
圖10是表示關(guān)于一個(gè)實(shí)施例的試樣No.1的金屬結(jié)構(gòu)的TEM(明場(chǎng)像)照片。
圖11是表示關(guān)于一個(gè)實(shí)施例的試樣No.1’的金屬結(jié)構(gòu)的TEM(明場(chǎng)像)照片。
圖12是表示關(guān)于一個(gè)實(shí)施例的試樣No.1的金屬結(jié)構(gòu)的TEM(暗場(chǎng)像-16.3°)照片。
圖13是表示關(guān)于一個(gè)實(shí)施例的試樣No.1的金屬結(jié)構(gòu)的TEM(暗場(chǎng)像6.1°)照片。
圖14A是示意表示根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的圖。
圖14B是示意表示傳統(tǒng)鈦合金的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式A.實(shí)施方式下文中，在給出實(shí)施方式的同時(shí)，詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件。
注意，可以選擇性地且合適地組合包括上述織構(gòu)的上述鈦合金部件的各個(gè)組成元素、表現(xiàn)出上述位錯(cuò)密度的鈦合金部件、具有通過(guò)d電子軌道的能級(jí)和鍵合順序確定的組成的鈦合金部件、和在各個(gè)鈦合金部件之間的鈦合金部件生產(chǎn)工藝或者在這些合金部件和生產(chǎn)工藝之間進(jìn)行選擇和組合。而且，注意，關(guān)于后面將會(huì)描述的各個(gè)限制性的元素，可以選擇性地把鈦合金部件的各個(gè)組成元素與生產(chǎn)過(guò)程適當(dāng)?shù)叵嗷ソY(jié)合。
(1)織構(gòu)該織構(gòu)是在多晶體經(jīng)過(guò)(強(qiáng))加工制造的一種變形的織構(gòu)，并且其中各個(gè)晶體具有擇優(yōu)的取向。在這種織構(gòu)中，除了加工后的織構(gòu)以外，涉及在使加工后的織構(gòu)再結(jié)晶時(shí)形成的再結(jié)晶織構(gòu)等。
這種織構(gòu)的測(cè)量通過(guò)各種方法進(jìn)行，但是，織構(gòu)的狀態(tài)在本文中從極點(diǎn)圖說(shuō)明，極點(diǎn)圖通過(guò)使用一般的Schlutz反射法的立體投影獲得。用這種Schlutz反射法進(jìn)行的極點(diǎn)圖測(cè)量方法的略圖表示于圖1中。
此外，在極點(diǎn)圖上的各個(gè)測(cè)量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，并且為了容易與其它材料進(jìn)行客觀比較，使用關(guān)于平均值(Xm)的二次或三次動(dòng)差(ν2，ν3)分別用平均值的平方或立方(Xm2，Xm3)除得的值(ν2/Xm2，ν3/Xm3)。
這里，ν2/Xm2表示測(cè)量值的偏差。當(dāng)ν2/Xm2小于0.3時(shí)，(110)面或(101)面在極點(diǎn)圖上的偏差不大，彈性各向異性不夠，并且它不是優(yōu)選的。
此外，在ν3/Xm3為正數(shù)范圍內(nèi)的較大值情況下，表明測(cè)量值突出到大于平均值(Xm)的范圍內(nèi)。當(dāng)ν3/Xm3小于0.3時(shí)，意味著(110)面或(101)面在極點(diǎn)圖中的特定部分中的密度不大，材料具有的彈性各向異性不足，并且不是優(yōu)選的。
另一方面，當(dāng)ν2/Xm2為0.3或更大和當(dāng)ν3/Xm3為0.3或更大時(shí)，(110)面或(101)面的偏差足夠大，在特定部分中的密度足夠，并且被認(rèn)為是優(yōu)選的材料，它表現(xiàn)出足夠大的彈性各向異性。當(dāng)ν2/Xm2為0.4或更大、0.5或更大或者0.6或更大且當(dāng)ν3/Xm3為0.4或更大、0.5或更大或者0.6或更大，是更優(yōu)選的。
根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件特征在于，(110)面或(101)面聚集的這部分限制在極點(diǎn)圖的一部分中，可以認(rèn)為這反映這種鈦合金部件的彈性各向異性的“各向異性”特征。
特別地，當(dāng)“平均值的1.6倍或更多倍的值(1.6Xm)”另外包括在“在沿著加工方向55°＜α’＜65°范圍內(nèi)和β范圍內(nèi)測(cè)量的測(cè)量值中”時(shí)，可以判斷它是具有優(yōu)選的各向異性的材料特征的一種部件。當(dāng)具有平均值的1.8倍或更多，甚至平均值的2.5倍或更多的值時(shí)，是更希望的。
注意，當(dāng)鈦合金除了這種織構(gòu)以外，還具有其中晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)密度為1011/cm2或更小的50％或更大冷加工后的結(jié)構(gòu)時(shí)，是合適的，因?yàn)槭沟脳钍夏Ａ糠浅５汀?br> (2)組成①當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件包含一種間隙元素時(shí)，例如，一種或多種由氧(O)、氮(N)和碳(C)組成的間隙元素組的元素時(shí)，總量為0.25-2.0重量％，是合適的。然后，在使總量在0.3-1.8重量％范圍內(nèi)，進(jìn)一步在0.6-1.5重量％范圍內(nèi)時(shí)，是更優(yōu)選的。特別地，在使總量超過(guò)0.6重量％，并達(dá)到2.0重量％或更小，1.8重量％或更小或者1.5重量％或更小時(shí)，是更加優(yōu)選的。
氧、氮和碳是間隙元素，一般來(lái)說(shuō)，高強(qiáng)度的鈦合金通過(guò)固溶增強(qiáng)獲得。同時(shí)，隨著這些元素溶解量的增大，已知鈦合金變脆。所以，在傳統(tǒng)鈦合金的情況下，允許包含的氧量等最高到0.25重量％的程度。此外，在鈦合金的情況下，必須特別注意，以便控制氧量等在該范圍內(nèi)，并產(chǎn)生了提高制造成本的原因。
然而，本發(fā)明人不同意這種常識(shí)并且發(fā)現(xiàn)，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的鈦合金空前地含有大量O、N或C時(shí)，它是明顯韌性的，并顯出高的彈性變形能力。該發(fā)現(xiàn)在鈦合金領(lǐng)域是劃時(shí)代的，并且在科學(xué)上也是非常有意義的。詳細(xì)原因等目前還不清楚，但是本發(fā)明人現(xiàn)在正向著清楚說(shuō)明的方向認(rèn)真地研究。注意，在本發(fā)明的鈦合金部件的情況下，由于通過(guò)大量引入氧、氮或碳改善了性能，所以，已經(jīng)排除了嚴(yán)格控制氧含量等的必要。所以，本發(fā)明的鈦合金部件的這種特性在改善生產(chǎn)率以及經(jīng)濟(jì)效益方面也是優(yōu)選的。
在任何情況下，不用說(shuō)，當(dāng)氧、氮或碳太少時(shí)，不可能足夠高地強(qiáng)化鈦合金部件，相反，導(dǎo)致鈦合金部件的韌性和延展性降低，不是優(yōu)選的。
注意，除非另外說(shuō)明，上述各種元素的組成范圍以“從‘x’到‘y’重量％的形式給出，這包括下限值(x)和上限值(y)。
(3)d-電子軌道的能級(jí)和鍵合順序d-電子軌道的能級(jí)和鍵合順序是通過(guò)DV-Xα簇團(tuán)法確定的間隙(合金)元素中固有的參數(shù)。
DV-Xα簇團(tuán)法是電子軌道法之一，是一種能夠巧妙模擬合金元素周圍的局部電子狀態(tài)方法(參考文獻(xiàn)；ADACHI Hirohiko著，SankyoPublishing Co.，Ltd.(1991)出版的量子材料化學(xué)導(dǎo)論)。
具體地，通過(guò)使用對(duì)應(yīng)于各個(gè)晶格的簇團(tuán)(晶體中的虛構(gòu)分子)做出一種模型，改變中心間隙合金元素“M”，研究在“M”與母合金“X”(在本情況下，“X”是Ti)之間的化學(xué)結(jié)合狀態(tài)。然后，DV-Xα簇團(tuán)法是一種通過(guò)這種方法得到合金參數(shù)的方法，合金參數(shù)表示作為合金元素的“M”在母合金中表現(xiàn)的個(gè)性。當(dāng)它限于主要由過(guò)渡金屬組成的材料時(shí)，兩個(gè)參數(shù)，即d-電子軌道的能級(jí)“Md”(的組成平均值)和鍵合順序“Bo”(的組成平均值)，據(jù)說(shuō)實(shí)際上是有效的。
注意，d-電子軌道的能級(jí)“Md”表示間隙合金元素“M”的d-軌道的能級(jí)，是與原子的電負(fù)性和原子半徑具有相關(guān)性的一個(gè)參數(shù)。鍵合順序“Bo”是表示在母合金元素“X”與間隙合金元素“M”之間電子云重疊程度的一個(gè)參數(shù)。
如上所述，雖然詳細(xì)原因還不清楚，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件由表現(xiàn)出2.43＜Md＜2.49和2.86＜Bo＜2.90的多種元素構(gòu)成時(shí)，獲得了上述良好特性。
因此，2.45＜Md＜2.48，更進(jìn)一步，2.46＜Md＜2.47，和2.865＜Bo＜2.885，更進(jìn)一步，2.87＜Bo＜2.88是更優(yōu)選的。
注意，作為滿足這些參數(shù)的特定組成，例如包含含量為20-50重量％的一種Va族元素、其余為鈦的鈦合金是預(yù)期的。然而，由于上述參數(shù)范圍窄，所以，注意并不是在該范圍內(nèi)包括的所有鈦合金均滿足上述參數(shù)。
此外，當(dāng)參考上述織構(gòu)觀察這些參數(shù)時(shí)，如果“Md”值為2.49或更大或者“Bo”值為2.86或更小，體心立方晶體(bcc)或體心四方晶體(bct)變得不穩(wěn)定。因而，由于部分織構(gòu)轉(zhuǎn)變成密堆六方晶體(hcp)，冷加工性能降低。此外，如果“Md’值為2.43或更小或者“Bo”值為2.90或更大，在原子之間的結(jié)合力增大，導(dǎo)致冷加工性能降低和楊氏模量升高。
(4)冷加工和位錯(cuò)密度①“冷”指的是鈦合金的再結(jié)晶溫度(引起再結(jié)晶的最低溫度)或更低。例如，50％或更大的冷加工指的是由下式定義的冷加工率為50％或更大的一種情況。
冷加工率＝(S0-S)/S0×100(％)(S0冷加工前的橫截面積，S冷加工后的橫截面積)。
注意，在冷加工鈦合金(材料)時(shí)獲得的組織在本說(shuō)明書中稱為冷加工后的組織。
②位錯(cuò)密度是單位面積的位錯(cuò)數(shù)，例如可以利用電子束或X射線的衍射現(xiàn)象，通過(guò)觀察內(nèi)部變形的結(jié)構(gòu)來(lái)確定。
如上所述，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件經(jīng)過(guò)冷加工時(shí)，它表現(xiàn)出的這種低位錯(cuò)密度使得難以通過(guò)普通方法觀察，并且認(rèn)為塑性變形由一種不同于傳統(tǒng)金屬材料的未知機(jī)理產(chǎn)生。因此，因?yàn)橥ㄟ^(guò)加工沒(méi)有產(chǎn)生裂紋等，可以進(jìn)行很大程度的(冷)加工。因而，認(rèn)為根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件，即使具有傳統(tǒng)上難以成型的構(gòu)形的部件，也可以進(jìn)行塑性加工，并且通過(guò)冷加工具有良好的材料生產(chǎn)率。
到目前為止，已經(jīng)參考進(jìn)行50％或更大的冷加工的情況，進(jìn)行了描述，然而，冷加工程度甚至可以為70％或更大，更進(jìn)一步為90％或更大，而且為99％或更大。因而，位錯(cuò)密度可以為107/cm2或更小。
(5)生產(chǎn)方法如上所述，根據(jù)本分明的方法包括制備步驟和部件成型步驟。
制備步驟是其中通過(guò)選擇和確定組成元素的種類和各種元素含量以便滿足上述參數(shù)“Md”和“Bo”來(lái)制備原料的一個(gè)步驟。
然而，在該制備步驟中的原料組成不必完全與最終鈦合金部件的元素組成一致。這是因?yàn)榭赡艽嬖谠陔S后的部件成型步驟等中混入或去掉的合金元素。所以，在這種情況下，可以制備原料，使得最終的鈦合金部件的元素組成滿足上述2.43＜Md＜2.49和2.86＜Bo＜2.90。注意，作為間隙離子，例如有鈮、鉭、釩、鋯、鉿等，合適的是原料可以包括這些元素的至少一種或多種。
部件成型步驟可以是一種熔化法，其中原料首先熔化，然后成型部件，或者一種燒結(jié)法，在其中燒結(jié)原料粉末。
例如，在熔化法的情況下，部件成型方法可以是一種錠制造步驟，其中，一種錠部件用經(jīng)過(guò)上述制備步驟的上述原料制造。這種錠制造步驟可以通過(guò)利用電弧熔化、等離子熔化、感應(yīng)槽(induction scull)等熔化鈦合金，并把所得的鈦合金熔體澆鑄到模具中等等來(lái)實(shí)現(xiàn)。
此外，在燒結(jié)法的情況下，上述制備步驟可以是一種粉末制備步驟，其中，原料粉末構(gòu)成上述特定的組成，上述部件成型步驟是一種燒結(jié)步驟，其中，用經(jīng)過(guò)粉末制備步驟的原料粉末制造燒結(jié)部件。
在粉末制備步驟中使用的原料粉末可以是一種鈦粉末、一種包含合金元素粉末的混合粉末、或一種合金粉末、或者一種具有上述特定組成(或接近特定組成的組成)的合金粉末。
可以通過(guò)把混合物填充在用于成型的模具中(填充步驟)，加壓并成型混合粉末，成為成型體(成型步驟)和加熱成型體進(jìn)行燒結(jié)(加熱步驟)，來(lái)進(jìn)行燒結(jié)步驟。而且，可以通過(guò)使用CIP(冷等靜壓)進(jìn)行成型步驟。此外，可以通過(guò)HIP(熱等靜壓)進(jìn)行成型步驟和加熱步驟。
注意，在熔化鈦的情況下，需要專門的設(shè)備，并且必須進(jìn)行多重熔化，等等。在熔化過(guò)程中，特別是在大量含有Va元素等情況下，控制組成也是困難的，在熔化和澆鑄過(guò)程中容易發(fā)生宏觀成分偏析。所以，在高效生產(chǎn)穩(wěn)定質(zhì)量的鈦合金部件方面，目前認(rèn)為燒結(jié)法是更優(yōu)選的。無(wú)論如何，通過(guò)熔融法，例如通過(guò)使用一種將在后面所述的實(shí)施例中描述的方法等，同樣可以生產(chǎn)足夠質(zhì)量的鈦合金部件。
此外，在使用燒結(jié)法時(shí)，可以獲得精細(xì)的鈦合金部件，即使產(chǎn)品構(gòu)形復(fù)雜，制造凈形狀也使可能的。
②當(dāng)這樣獲得的上述燒結(jié)部件或錠部件經(jīng)過(guò)上述冷加工時(shí)，可以使所得的鈦合金部件表現(xiàn)出明顯更高的強(qiáng)度和明顯更低的楊氏模量。
所以，合適的是，根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法可以提供在其中冷加工上述燒結(jié)部件或錠部件的冷加工步驟。
而且，可以適當(dāng)?shù)丶由蠠峒庸げ襟E。特別是在燒結(jié)部件的情況下，通過(guò)進(jìn)行熱加工可以使結(jié)構(gòu)致密化。優(yōu)選的是在加熱和燒結(jié)步驟后，在冷加工步驟之前進(jìn)行這種熱加工。
進(jìn)行冷加工步驟和熱加工步驟，以便符合希望的鈦合金部件構(gòu)形時(shí)，進(jìn)一步改善了生產(chǎn)率。注意，冷加工步驟和熱加工步驟可以認(rèn)為包括在本發(fā)明提出的部件成型步驟中。
③此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在冷加工步驟后進(jìn)行時(shí)效處理步驟，獲得了一種高強(qiáng)度鈦合金部件，它在后面所述的高彈性變形能力、高拉伸彈性極限強(qiáng)度等方面是良好的。
然而，在進(jìn)行時(shí)效處理步驟之前，可以在再結(jié)晶溫度或更高溫度進(jìn)行固溶退火步驟，但是，由于通過(guò)冷加工在鈦合金內(nèi)產(chǎn)生加工應(yīng)變的影響消失，通過(guò)在冷加工步驟后直接進(jìn)行時(shí)效處理步驟，獲得了明顯更高的性能。
關(guān)于時(shí)效處理?xiàng)l件，有(a)低溫短時(shí)間時(shí)效處理(150-300℃)和(b)高溫長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效處理(300-600℃)等。
根據(jù)前者，在改善拉伸彈性極限強(qiáng)度的同時(shí)，可以保持或降低平均楊氏模量，從而獲得具有高彈性變形能力的鈦合金。根據(jù)后者，伴隨著拉伸彈性極限強(qiáng)度的提高，平均楊氏模量略有升高，但是平均楊氏模量仍然為95GPa或更小。即，即使在這種情況下，平均楊氏模量的升高量非常小，從而獲得表現(xiàn)出高彈性變形能力和高拉伸彈性極限強(qiáng)度的鈦合金。
而且，本發(fā)明人通過(guò)進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選的是，在150-600℃范圍內(nèi)的處理溫度下，時(shí)效處理步驟可以是其中用處理溫度(“T”℃)和處理時(shí)間(“t”小時(shí))基于下列公式確定的參數(shù)P在8.0-18.5范圍內(nèi)的一個(gè)步驟。
P＝(T+273)·(20+log10t)/1000該參數(shù)“P”是Larson-Miller參數(shù)，由熱處理溫度和熱處理時(shí)間結(jié)合確定，表明時(shí)效處理步驟(熱處理)的條件。
當(dāng)該參數(shù)“P”小于8.0時(shí)，即使進(jìn)行時(shí)效處理，也不能獲得優(yōu)選的材料特性，當(dāng)參數(shù)“P”大于18.5時(shí)，導(dǎo)致拉伸彈性極限強(qiáng)度的降低、平均楊氏模量的提高或彈性變形能力的降低，不是優(yōu)選的。
注意，在該時(shí)效處理步驟之前進(jìn)行的冷加工步驟可以是一種其中冷加工率為10％或更大的冷加工步驟。
然后，根據(jù)鈦合金部件的希望特性，可以使上述時(shí)效處理步驟成為一個(gè)其中上述處理溫度在150-300℃范圍內(nèi)并且上述參數(shù)“P”在8.0-12.0范圍內(nèi)的步驟，使得在該時(shí)效處理步驟之后獲得的鈦合金部件表現(xiàn)出1,000MPa或更大的拉伸彈性極限強(qiáng)度，2.0％或更大的彈性變形能力，和75GPa或更小的平均楊氏模量。
而且，同樣可以使上述時(shí)效處理步驟成為一個(gè)其中上述處理溫度在300-500℃范圍內(nèi)且上述參數(shù)“P”在12.0-14.5范圍內(nèi)的步驟，使得在該處理步驟之后獲得的鈦合金部件表現(xiàn)出1,400MPa或更大的拉伸彈性極限強(qiáng)度、1.6％或更大的彈性變形能力和95GPa或更小的平均楊氏模量。
注意，在本說(shuō)明書中，“從‘x’到‘y’的數(shù)字范圍，除非另外說(shuō)明，包括下限值“x”和上限值“y”。
(5)拉伸彈性極限強(qiáng)度，彈性變形能力和平均楊氏模量彈性極限強(qiáng)度定義為在拉伸試驗(yàn)中，當(dāng)永久伸長(zhǎng)(應(yīng)變)達(dá)到0.2％時(shí)施加的應(yīng)力。彈性變形能力是在該拉伸彈性極限強(qiáng)度下試件的變形量。平均楊氏模量不表示嚴(yán)格意義上的楊氏模量的“平均值”，而是指表示根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件的楊氏模量。具體地，在上述拉伸試驗(yàn)中獲得的應(yīng)力-應(yīng)變圖中，對(duì)應(yīng)于上述拉伸彈性極限強(qiáng)度的1/2的應(yīng)力位置上曲線的斜率(切線的斜率)。
順便提一下，在上述拉伸試驗(yàn)中，拉伸強(qiáng)度是試件最終斷裂前的負(fù)荷被試驗(yàn)前在試件平行部分的橫截面積除得的應(yīng)力。
下文中，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件的拉伸彈性極限強(qiáng)度和平均楊氏模量將使用圖14A和14B詳細(xì)描述如下。
圖14A是示意表示根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的圖，圖14B是示意表示傳統(tǒng)鈦合金(Ti-6Al-4V合金)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的圖。
①如圖14B所示，在傳統(tǒng)金屬材料中，首先，伸長(zhǎng)率與拉伸應(yīng)力(在①’-①之間)成正比線性增大。因此，通過(guò)直線的斜率獲得傳統(tǒng)金屬材料的楊氏模量。換言之，楊氏模量是拉伸應(yīng)力(公稱應(yīng)力)被與其成正比關(guān)系的應(yīng)變(公稱應(yīng)變)除得的值。
在直線范圍內(nèi)(在①’-①之間)，其中應(yīng)力和應(yīng)變處于正比關(guān)系，變形是彈性的，例如，去掉應(yīng)力時(shí)，作為試件變形的伸長(zhǎng)率返回到0。然而，在進(jìn)一步施加拉伸應(yīng)力超過(guò)直線范圍時(shí)，傳統(tǒng)金屬材料開(kāi)始塑性變形，即使在去掉應(yīng)力時(shí)，試件的伸長(zhǎng)率也不返回到0，產(chǎn)生了永久伸長(zhǎng)。
一般地，永久伸長(zhǎng)率變成0.2％時(shí)的應(yīng)力“σp”稱為0.2％彈性極限應(yīng)力(JIS Z 2241)。在應(yīng)力-應(yīng)變圖上，該0.2％彈性極限應(yīng)力也是在直線(②’-②)與應(yīng)力-應(yīng)變曲線之間的交點(diǎn)(位置②)，直線(②’-②)通過(guò)在彈性變形范圍內(nèi)按0.2％伸長(zhǎng)率(應(yīng)變)平行移動(dòng)直線(①’-①升高部分的切線)獲得的。
在傳統(tǒng)金屬材料情況下，基于經(jīng)驗(yàn)規(guī)則“當(dāng)伸長(zhǎng)率超過(guò)約0.2％時(shí)，變成永久伸長(zhǎng)”，一般認(rèn)為0.2％彈性極限應(yīng)力拉伸彈性極限強(qiáng)度。相反，在0.2％彈性極限應(yīng)力內(nèi)，認(rèn)為在應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系一般是線性的或彈性的。
②然而，從圖14A的應(yīng)力-應(yīng)變圖中可以看出，這種傳統(tǒng)概念不能用于根據(jù)本發(fā)明的該合金部件。然而，原因還不清楚，在本發(fā)明的鈦合金部件情況下，應(yīng)力-應(yīng)變圖在彈性變形范圍內(nèi)不變成線性的，而是變成向上凸起的曲線(①’-②)，在去除應(yīng)力時(shí)，伸長(zhǎng)率沿著相同的曲線①-①’返回為0，或者產(chǎn)生沿②-②’的永久伸長(zhǎng)。
因此，在根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件中，即使在彈性變形范圍(①’-①)內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變不是線性關(guān)系(即非線性的)，在應(yīng)力增大時(shí)，應(yīng)變突然增大。此外，在去除應(yīng)力的情況下是相同的，應(yīng)力和應(yīng)變不呈線性關(guān)系，當(dāng)應(yīng)力減小時(shí)，應(yīng)變突然減小。這些特性被認(rèn)為是由于本發(fā)明的鈦合金部件的高彈性變形能力產(chǎn)生的。
順便提一下，在根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件的情況下，從圖14A中同樣意識(shí)到，應(yīng)力增大越多，應(yīng)力-應(yīng)變圖上的切線斜率減小越多。因此，在彈性變形范圍內(nèi)，由于應(yīng)力和應(yīng)變不是線性變化的，所以，通過(guò)傳統(tǒng)方法確定本發(fā)明的鈦合金部件的楊氏模量是不合適的。
而且，在根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件情況下，由于應(yīng)力和應(yīng)變不是線性變化的，通過(guò)與傳統(tǒng)方法相同的方法估計(jì)0.2％彈性極限應(yīng)力(σp’)拉伸彈性極限強(qiáng)度不是合適的。即，通過(guò)傳統(tǒng)方法確定的0.2％彈性極限應(yīng)力變得明顯小于固有的拉伸彈性極限強(qiáng)度。所以，在本發(fā)明的鈦合金部件情況下，不可能認(rèn)為0.2％彈性極限應(yīng)力拉伸彈性極限強(qiáng)度。
所以，返回到原始定義，如上所述確定了根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件的拉伸彈性極限強(qiáng)度(σe)(圖14中的位置②)。此外，作為本發(fā)明的鈦合金部件的楊氏模量，考慮引入上述平均楊氏模量。
注意，在圖14A和圖14中，“σt”是拉伸強(qiáng)度，“εe”是在根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件的拉伸彈性極限強(qiáng)度(σe)時(shí)的應(yīng)變，“εp”是在傳統(tǒng)金屬材料的0.2％彈性極限應(yīng)力時(shí)的應(yīng)變。
③如上所述，目前還不清楚為什么根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件表現(xiàn)出這種異常的、良好的特性。無(wú)論如何，根據(jù)本發(fā)明人進(jìn)行的努力探索和研究，可以認(rèn)為如下。
本發(fā)明人研究了根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件的一種試樣。結(jié)果表明，當(dāng)該鈦合金部件經(jīng)過(guò)冷加工時(shí)，如上所述，幾乎不向其中引入位錯(cuò)，表現(xiàn)出一種其(110)面在部分方向上強(qiáng)烈取向的結(jié)構(gòu)。此外，在用TEM(透射電子顯微鏡)觀察時(shí)，在使用111衍射斑的暗場(chǎng)像中，觀察到圖像的對(duì)比度隨著試樣的傾斜而移動(dòng)。這表明，所觀察的(111)面被明顯彎曲了，并且通過(guò)高倍晶格像的直接觀察，觀察到了這一現(xiàn)象。此外，在該(111)面上的曲線的曲率半徑非常小，使其在500-600納米范圍內(nèi)。這表明本發(fā)明的鈦合金部件具有在傳統(tǒng)金屬材料中還不知道的這樣一種結(jié)構(gòu)，它不是通過(guò)引入位錯(cuò)而是通過(guò)晶面的彎曲減小了加工的影響。
此外，在其中110衍射斑被強(qiáng)激發(fā)的狀態(tài)下，在非常有限的部分，觀察到位錯(cuò)，然而，在去掉110衍射斑的激發(fā)時(shí)，幾乎觀察不到位錯(cuò)。這表明在位錯(cuò)附近的位移矢量在<110>方向上明顯偏離，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件具有非常強(qiáng)的彈性各向異性。認(rèn)為這種各向異性與本發(fā)明的鈦合金部件的良好冷加工性能、低楊氏模量、高彈性變形能力和高強(qiáng)度的新發(fā)現(xiàn)等明顯相關(guān)。
因此，按照根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件，通過(guò)合適選擇組成、熱處理等，有可能使楊氏模量為70GPa或更小，65GPa或更小，60GPa或更小，更進(jìn)一步為55GPa或更小。此外，有可能使拉伸彈性極限強(qiáng)度為750MPa或更大，800MPa或更大，850MPa或更大，900MPa或更大，1,000MPa或更大，1,400MPa或更大，1,500MPa或更大，更進(jìn)一步為2,000MPa或更大。
(6)用途通過(guò)利用良好的加工性能、低楊氏模量、高強(qiáng)度、各向異性等，并且進(jìn)一步通過(guò)結(jié)合重量輕、抗腐蝕性等，根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件可以以各種形式應(yīng)用于各種制品，例如，用于汽車、零件、體育用品和休閑制品、醫(yī)療設(shè)備等的制品，制品的部件，其原料(線材、板材等)等是有效的。具體地，它構(gòu)成下列制備的全部或一部分，或者用作這些制品的原料。
例如，它們是高爾夫球棍(特別是面部分和長(zhǎng)打棒的桿部分)、與生物體相關(guān)的制品(人工骨骼、人工關(guān)節(jié)等)、導(dǎo)管、便攜制品(眼鏡、時(shí)鐘(手表)、條狀發(fā)夾(頭發(fā)飾物)、項(xiàng)鏈、手鐲、耳環(huán)、pierces、戒指、領(lǐng)帶別針、胸針、袖扣、有帶扣的腰帶、打火機(jī)、鋼筆、鑰匙圈、鑰匙、圓珠筆、自動(dòng)鉛筆等)、便攜式信息終端(蜂窩電話、便攜式錄音機(jī)、移動(dòng)個(gè)人計(jì)算機(jī)等的外殼等，等等)、用于懸掛的卷簧或發(fā)動(dòng)機(jī)氣門、動(dòng)力傳送帶(CVT的環(huán)等)，等等。
B.實(shí)施例下文中，表示了實(shí)施例和對(duì)比實(shí)施例，并且具體解釋本發(fā)明。
(實(shí)施例)通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)方法，制造關(guān)于該實(shí)施例的下面所述的各個(gè)試樣。
(1)燒結(jié)部件(試樣No.1-10)作為原料，可以使用市場(chǎng)上可以得到的氫化-和脫氫的Ti粉末(-#325，-#100)、和作為間隙元素的Nb粉末(-#325)、Ta粉末(-#325)、V粉末(-#325)、Hf粉末(-#325)和Zr粉末(-#325)。氧是一種間隙元素，從上述包含氧的Ti粉末或高氧含量的Ti粉末制備，通過(guò)熱處理上述Ti粉末使氧包含在高氧含量Ti粉末中。無(wú)論如何，由于不容易控制氧含量，除非有意調(diào)節(jié)氧含量，氧可以作為一種不可避免的雜質(zhì)，以0.15-0.20重量％的量混入到鈦合金中。順便說(shuō)一下，可以通過(guò)在200-400℃在空氣中加熱上述Ti粉末30分鐘-128小時(shí)，獲得高氧含量Ti粉末。
這些原料經(jīng)過(guò)合適的選擇，并配合和混合，以滿足上述參數(shù)“Md”和“Bo”，制備由與希望的各個(gè)試樣一致的各種組成構(gòu)成的混合物粉末(粉末制備步驟)。各個(gè)試樣的特定組成將在后面描述，注意，在混合各種原料粉末過(guò)程中，使用“V”型混合機(jī)，然而，可以使用球磨機(jī)、振動(dòng)磨、高能球磨機(jī)等。
這些原料粉末經(jīng)過(guò)在4噸/平方厘米的壓力下的CIP成型(冷等靜壓成型)，從而獲得成型后的物體(成型步驟)。把所得的成型后的物體在1×10-5乇的真空內(nèi)，在1,300℃加熱燒結(jié)16小時(shí)，從而制造了燒結(jié)部件(鈦合金錠)(燒結(jié)步驟或部件成型步驟)。
①冷旋鍛(cold-swaged)部件(試樣No.1和4-10)通過(guò)上述燒結(jié)過(guò)程制造的φ55mm的鈦合金錠，通過(guò)熱加工(熱加工步驟)加工到φ15mm。通過(guò)冷旋鍛(第一冷加工步驟)加工到φ4mm，在900℃進(jìn)行應(yīng)變消除退火(退火處理步驟)。所得的φ4mm工件通過(guò)冷旋鍛加工，以便獲得希望的冷加工率(第二冷加工步驟)下文中，對(duì)于各個(gè)試樣，將解釋組成和冷加工率。
(a)試樣No.1和4通過(guò)進(jìn)一步把上述工件從φ4mm冷加工到φ2mm，制備了試樣No.1(Ti-30Nb-10Ta-5Zr-0.4O(氧為0.4重量％)比例為重量％，下文中同樣表示)和試樣No.4(Ti-35Nb-2.5Ta-7.5Zr-0.4O)。兩個(gè)試樣的冷加工率都是75％。
(b)試樣No.5通過(guò)進(jìn)一步把上述工件從φ4mm冷加工到φ2.83mm，制備了試樣No.5(Ti-35Nb-9Zr-0.4O)。該試樣的冷加工率為50％。
(c)試樣No.6-1-6-5通過(guò)進(jìn)一步把上述工件從φ4mm冷加工到φ1.26mm，制備了僅在氧含量方面相互不同的試樣No.6-1-6-5(Ti-12Nb-30Ta-7Zr-2V-xO“x”是一個(gè)變量)。使各個(gè)試樣的冷加工率為90％。注意，各個(gè)試樣的氧含量列于表2中。
(d)試樣No.7-10試樣No.7-10在組成方面相互不同，但是相同的是它們通過(guò)進(jìn)一步把上述工件從φ4mm冷加工到φ1.79mm制得。使各個(gè)試樣的冷加工率為80％。
各個(gè)試樣的組成如下試樣No.7(Ti-28Nb-12Ta-2Zr-4Hf-0.8O)，試樣No.8(Ti-17Nb-23Ta-8Hf-0.53O)，試樣No.9(Ti-14Nb-29Ta-5Zr-2V-3Hf-1O)，試樣No.10(Ti-30Nb-14.5Ta-3Hf-1.2O)。
②冷軋部件(試樣編號(hào)No.2和3)冷軋其組成與試樣No.1相同的鈦合金錠(厚度4mm)，從而獲得厚度為0.9mm(試樣No.2)的板狀部件和厚度為0.4mm(試樣No.3)的板狀部件(冷加工步驟)。各自的冷加工率分別是94％和97.3％。
使用冷軋機(jī)進(jìn)行該情況下的冷加工，沒(méi)有中間退火。具體地，在試樣No.2的情況下，工件通過(guò)一個(gè)0.5mm的軋槽，直到它具有0.9mm的板厚。通過(guò)進(jìn)一步加工該板狀部件并調(diào)節(jié)軋槽直到它具有0.4mm的板厚，來(lái)制備試樣No.3。
(2)錠部件(試樣No.11和12)作為原料，使用市場(chǎng)上可以獲得的粒狀海綿鈦(顆粒直徑為3mm或更小)。作為間隙合金元素的原料，使用把Nb粉末(-#325)、Ta粉末(-#325)、V粉末(-#325)和Zr粉末(-#325)混合制備的原料，用模具以2噸/平方厘米的壓力成型所得的混合粉末，并把它們破碎呈顆粒直徑為3mm的顆粒。在這種情況下，基于希望的試樣，通過(guò)配合并混合上述原料，調(diào)節(jié)間隙元素的組成，以便滿足上述參數(shù)“Md”和“Bo”。
所得的各種顆粒原料以預(yù)定的比例均勻混合，通過(guò)感應(yīng)槽法熔化，在1,800℃保溫20分鐘，然后用模具澆鑄制成錠(一種部件成型步驟，一種錠制造步驟或熔化與澆鑄步驟)。
這里，間隙合金成分原料用粉末成型后的物質(zhì)制造，因?yàn)殚g隙合金元素各自的熔點(diǎn)非常高，并且因?yàn)樗鼈兛赡墚a(chǎn)生偏析，因此，可以盡可能避免所得的鈦合金部件的質(zhì)量降低。注意，作為間隙元素的氧通過(guò)在上述海綿鈦中包含的O(氧)制備。
通過(guò)在1,000℃的熱加工(熱加工步驟)把通過(guò)這種熔融法制造的φ55mm×220mm模具注錠加工到φ15mm。在通過(guò)冷旋鍛(第一冷加工步驟)加工到φ4mm厚，在900℃進(jìn)行應(yīng)變消除退火(退火處理步驟)。所得的φ4mm工件通過(guò)進(jìn)一步冷加工(第二冷加工步驟)加工到φ1.26mm。在這種情況下，冷加工率為90％。
因此，制造了錠部件的試樣No.11和12。試樣No.11和試樣No.12在間隙合金元素方面與上述試樣No.6相同，只在氧含量(Ti-12Nb-7Zr-2V-xO“x”是一個(gè)變量)方面彼此不同。各種試樣的氧含量在表2中給出。
(3)時(shí)效處理的部件(試樣No.13和14)對(duì)與試樣No.6-3相同的試樣進(jìn)一步進(jìn)行時(shí)效處理，從而制造了試樣No.13和14。
試樣No.13是在試樣No.6-3中的第二冷加工步驟后，經(jīng)過(guò)在250℃時(shí)效處理30分鐘(參數(shù)“P”＝10.3)的試樣。
試樣No.14是在試樣No.6-3中的第二冷加工步驟后，經(jīng)過(guò)在400℃時(shí)效處理24小時(shí)(參數(shù)“P”＝14.4)的試樣。
(對(duì)比實(shí)施例)作為對(duì)比實(shí)施例，制備了其組成為Ti-22V-41Al(重量％)的冷旋鍛材料(商品名DAT51)。通過(guò)熱加工把這種鈦合金的圓棒(φ150mm)加工到φ6mm。然后，通過(guò)冷旋鍛，最終變成φ4mm的線材，制備了對(duì)比試樣。
(測(cè)量)(晶體結(jié)構(gòu))使用旋轉(zhuǎn)配對(duì)陰極型x射線衍射設(shè)備，在40kV和70mA的CoKα射線并且加單色鏡(monochromater)的條件下，通過(guò)普通θ-2θ法測(cè)量試樣No.1-12的晶體結(jié)構(gòu)。作為代表性的實(shí)施例，在圖2中表示了試樣No.2的結(jié)果。
在所有的試樣中，由于衍射，確定了3條衍射線，這種晶體結(jié)構(gòu)被理解為體心立方晶體。然而，嚴(yán)格來(lái)講，在象圖2一樣的情況下，存在是體心四方晶體的可能性，但是，在它們之間難以準(zhǔn)確分辨，并且不需要準(zhǔn)確分辨。
(2)織構(gòu)關(guān)于試樣No.1-12以及對(duì)比實(shí)施例的織構(gòu)，使用上述Schlutz反射法測(cè)量了極點(diǎn)圖。在這種情況下的測(cè)量條件在表1中給出。
表1極點(diǎn)圖的測(cè)量條件所用的X射線CoKα射線(40kV，70mA)測(cè)量方法 Schlutz反射法狹縫 發(fā)散狹縫(DS) 1/2°散射狹縫(SS) 2°接收器狹縫(RS) 4mm(帶Fe濾波器)Schlutz狹縫提供測(cè)量范圍 α(見(jiàn)圖1) 20°-90°(每5°)β(見(jiàn)圖1) 0°-360°(每5°)然而，為了可以容易測(cè)量，用下列方法調(diào)節(jié)各種試樣的形式等。
(a)在試樣No.1和4-12中，把6段線材切成約15mm，相對(duì)于加工方向在相同的方向上排列，包埋在樹(shù)脂中，并研磨直到截面積最大，從而制備了測(cè)量用試樣。
在這種情況下使用的(110)衍射線的衍射角為2θ＝44.9°(試樣No.1和4)或2θ＝44.7°(試樣No.5)，在所有試樣中，制成背底的部分的衍射角為2θ＝49.0°。
在這種情況下，分別在圖3中表示了試樣No.1的(110)極點(diǎn)圖，圖4中表示了試樣No.4的(110)極點(diǎn)圖，圖5中表示了試樣No.5的(110)極點(diǎn)圖。
注意，在相同的圖中，例如，標(biāo)記“1刻度1,000cps”表示在等高線之間的間隔的一份相當(dāng)于x射線衍射強(qiáng)度的1,000cps(在500cps的情況下同樣如此，下文同)。
(b)在試樣No.2和試樣No.3中，通過(guò)放電加工，把各個(gè)板狀部件切出約φ26mm的圓盤形狀，從而制備測(cè)量用試樣。
其測(cè)量條件，(110)衍射反射的衍射角和制成背底部分的衍射角與上述情況相同。
在這種情況下，在圖6中表示試樣No.2的(110)極點(diǎn)圖，在圖7中表示試樣No.3的(110)極點(diǎn)圖。
(c)在對(duì)比實(shí)施例中，把在加工方向上切出的4段線材與試樣No.1類似地包埋在樹(shù)脂中，等等，并研磨直到截面積變成最大，從而制備了測(cè)量用試樣。
在這種情況下所用的(110)衍射反射的衍射角為2θ＝46.2°，制成背底的部分的衍射角為2θ＝49.0°。
在這種情況下，在圖8A中表示(110)極點(diǎn)圖。
②其次，為了客觀定量地評(píng)價(jià)對(duì)于各種試樣通過(guò)這種測(cè)量獲得的測(cè)量值(X)的分布(分散程度)，對(duì)于各種試樣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，從而計(jì)算關(guān)于平均值(Xm)的二次動(dòng)差(ν2)和三次動(dòng)差(ν3)。它們的定義如上所述。
然而，在對(duì)這些測(cè)量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理的情況下，需要各個(gè)測(cè)量值在極點(diǎn)圖上是相當(dāng)?shù)倪@一前提。在本實(shí)施例中，由于以相等的角度5°分別移動(dòng)α’和β’進(jìn)行測(cè)量，如表1所示，測(cè)量點(diǎn)在極點(diǎn)圖上不是平均分布的。所以，為了修正這一點(diǎn)并使各個(gè)測(cè)量點(diǎn)相當(dāng)，引入加權(quán)函數(shù)“W”，因此，上述各個(gè)方程乘以“W”，代替上述各個(gè)方程中的(1/N)。當(dāng)然，當(dāng)極點(diǎn)圖上的測(cè)量點(diǎn)平均分布時(shí)，“W”總是一個(gè)恒定值，因此，可以重新寫成W＝w/(Nw)＝1/N，加權(quán)函數(shù)“W”等于“1/N”。
該加權(quán)函數(shù)“W”使用在圖9中的標(biāo)明的測(cè)量點(diǎn)(例如，“wi”、“Wj”和“Wk”)在極圖中表示的面積“w”定義，如下列方程中所示。這些方程一起列出平均值Xm＝∑WX關(guān)于平均值(Xm)的二次動(dòng)差ν2＝∑W(X-Xm)2關(guān)于平均值(Xm)的三次動(dòng)差ν3＝∑W(X-Xm)3加權(quán)函數(shù) W＝w/(∑w)
注意，為了更容易進(jìn)行不同試樣之間的比較，決定確定上述二次動(dòng)差(ν2)和三次動(dòng)差(ν3)分別用平均值的平方(Xm2)和平均值的立方(Xm3)除得的值。
而且，用極點(diǎn)圖的整個(gè)區(qū)域確定和(∑)的范圍是理想的，但是，在如同試樣No.1的線材的情況下，進(jìn)行這種極點(diǎn)圖的測(cè)量是非常困難的。因此，表1中給出的測(cè)量范圍被認(rèn)為是(20°＜α’＜90°和0°＜β＜360°)的范圍的和。
表2中給出了在各個(gè)試樣上所獲得的結(jié)果。
③而且，對(duì)于各個(gè)試樣，在55°＜α’＜65°范圍內(nèi)和沿著加工方向的β的范圍內(nèi)測(cè)量的測(cè)量值中的最大值(最大值)在表2中與其一起給出。然而，注意，在表2中，它們以平均值(Xm)為基礎(chǔ)以倍數(shù)給出。
(3)位錯(cuò)密度等①為了進(jìn)行試樣No.1上的TEM(透射電子顯微鏡)觀察，使用FIB(聚焦離子束)設(shè)備或離子磨設(shè)備形成了觀察用的薄膜。
圖10表示了用TEM觀察晶粒內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)的照片。從圖10所示的照片可以明顯看出，根本沒(méi)有觀察到作為線缺陷的位錯(cuò)。此外，當(dāng)通過(guò)衍射對(duì)比度法觀察晶粒時(shí)，沒(méi)有清楚證實(shí)的位錯(cuò)。
此外，在加工的試樣No.1的中間階段制造的試樣(試樣No.1’)上，通過(guò)TEM觀察晶粒內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)的照片表示于圖11。該試樣No.1’是通過(guò)熱旋鍛把φ55mm的錠加工到φ15mm制造的試樣。
在該圖11所示的照片中，在金屬結(jié)構(gòu)中觀察到位錯(cuò)。當(dāng)這種情況下的位錯(cuò)密度在下列條件下粗略計(jì)算時(shí)，約為1010/cm2。所以，可以認(rèn)為位錯(cuò)密度最大為1011/cm2或更小。
觀察范圍長(zhǎng)度(3微米)×寬度(4微米)×試樣薄膜厚度(0.07微米)位錯(cuò)線總長(zhǎng)度3微米×24線。
②此外，圖12和圖13表示了用TEM在上述試樣No.1上觀察的暗場(chǎng)像的金屬結(jié)構(gòu)照片。這兩個(gè)照片是觀察同一地方的照片，但是，通過(guò)傾斜試樣使相互之間傾斜角約為20°來(lái)觀察這些照片。
在兩個(gè)照片中，電子衍射譜圖表示(111)面。然而，在其中使用(110)衍射斑的暗場(chǎng)像中，可以理解，移動(dòng)了200納米的閃光部分(glittering portion)。這表明所觀察的(111)面是彎曲的，在從兩個(gè)照片計(jì)算時(shí)，曲率半徑達(dá)到500-600納米的程度。
類似地，在對(duì)作為對(duì)比實(shí)施例的對(duì)比試樣確定位錯(cuò)密度時(shí)，它變成1015/cm2或更大。
(4)其它①d-電子軌道的能級(jí)“Md”和鍵合順序“Bo”在各個(gè)試樣上，通過(guò)DV-Xα法，計(jì)算d-電子軌道的能級(jí)“Md”的組成平均值和鍵合順序“Bo”的組成平均值，結(jié)果在表2和表3中給出。
②力學(xué)性能在各個(gè)試樣上，確定力學(xué)性能，如平均楊氏模量、拉伸強(qiáng)度等等。結(jié)果一起在表2和表3中給出。
通過(guò)用Istron試驗(yàn)機(jī)測(cè)量負(fù)荷與應(yīng)變之間的關(guān)系，從應(yīng)力-應(yīng)變曲線上確定這些力學(xué)性能。Instron試驗(yàn)機(jī)是Instron(制造商名稱)制造的一種萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用電動(dòng)機(jī)控制。
(評(píng)價(jià)與檢驗(yàn))(1)在極點(diǎn)圖上在對(duì)比根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件的試樣No.1-5的極點(diǎn)圖(圖3-7)并與對(duì)比試樣的極點(diǎn)圖(圖8)比較時(shí)，清楚了下列問(wèn)題。
①關(guān)于試樣No.1-5，清楚了(110)面在部分方向上強(qiáng)烈取向。即推定該合金部件具有強(qiáng)烈的彈性各向異性。
例如，在觀察圖3時(shí)，總體上，關(guān)于測(cè)量面，測(cè)量值的偏差非常大，此外，測(cè)量值在某些部分突出。這種突出表明，(110)面或(101)面在沿著加工方向大約α’＝60°處聚集，即在從試樣的法線方向傾斜30°的方向上。
(110)面或(101)面的這種強(qiáng)烈取向可以解釋為反映了試樣No.1的強(qiáng)烈的彈性各向異性。由于冷加工具有這種高各向異性的材料，認(rèn)為在試樣No.1中，表現(xiàn)出非常高剛性的晶面(高剛性晶面)匹配，因此排列成圓柱形外部結(jié)構(gòu)，并使得鈦合金部件容易彎曲變形，在縱向表現(xiàn)出高強(qiáng)度。
此外，在比較試樣No.2和試樣No.3的極點(diǎn)圖(圖6和圖7)時(shí)，清楚了加工率增大越多，在極點(diǎn)圖中的測(cè)量值偏差增大越多。即表明與上述情況類似，加工率增大越多，高剛性晶面在特定方向取向越大，認(rèn)為強(qiáng)烈顯示了根據(jù)本發(fā)明的鈦合金部件的特別的優(yōu)點(diǎn)，即是易變形的并表現(xiàn)出高強(qiáng)度。
然后，表現(xiàn)出這種強(qiáng)各向異性的鈦合金部件具有高剛性晶面，同時(shí)它具有容易變形的低剛性晶面，由于這種晶面容易變形，認(rèn)為獲得了良好的加工性能。
注意，在現(xiàn)階段，這些檢驗(yàn)僅僅是假設(shè)，本文注意到在細(xì)節(jié)上還不清楚。
②同時(shí)，在觀察對(duì)比試樣的極點(diǎn)圖(圖8)時(shí)，清楚了測(cè)量值的偏差比較輕微，相信彈性各向異性小于本發(fā)明的鈦合金部件。
(2)ν2/Xm2和ν3/Xm3ν2/Xm2表明該值越大，測(cè)量值(X)的偏差越大。此外，ν3/Xm3表明該值在正數(shù)范圍內(nèi)越大，測(cè)量值(X)在大大突出到平均值(Xm)以外的部分中的分布越大。
①在考察試樣No.1-12時(shí)，ν2/Xm2和ν3/Xm3都表現(xiàn)出較大的值。這是因?yàn)殛P(guān)于極點(diǎn)圖中總體的測(cè)量面，測(cè)量值偏差大，并且表明本發(fā)明的鈦合金部件的(110)晶面在特定方向上強(qiáng)烈取向。因此，通過(guò)使用ν2/Xm2和ν3/Xm3，客觀并且定量評(píng)價(jià)織構(gòu)中的取向度是可能的。
與在極點(diǎn)圖中所描述的相同，在對(duì)比試樣No.2和試樣No.3時(shí)，清楚了在本發(fā)明鈦合金部件中，冷加工比增大越多，ν2/Xm2和ν3/Xm3增大越多，(110)晶面在特定方向上強(qiáng)烈取向。
②在考察對(duì)比試樣時(shí)，ν3/Xm3較小。這表明測(cè)量值在特定位置的突出小，認(rèn)為與試樣No.1等對(duì)比，在織構(gòu)中的取向度小。
(3)在金屬結(jié)構(gòu)照片上①通過(guò)圖12和13所示的金屬結(jié)構(gòu)照片觀察的(111)晶面的彎曲已經(jīng)提及，即使在高分辨率觀察中，也觀察到了略微彎曲的晶面。
因此，認(rèn)為本發(fā)明的鈦合金部件通過(guò)晶面彎曲而不引入位錯(cuò)，可能減輕加工的影響，從而可以改善(冷)加工性能。
②此外，在圖11所示的金屬結(jié)構(gòu)照片中，在其中110衍射斑被強(qiáng)激發(fā)的狀態(tài)下，觀察到了位錯(cuò)，但是，在去除110衍射斑的激發(fā)后，幾乎觀察不到位錯(cuò)。
這表明在圖11所示的位錯(cuò)周圍的位移矢量在<110>方向上明顯偏離，可以說(shuō)，這是本發(fā)明的鈦合金部件的非常強(qiáng)的各向異性的表現(xiàn)。
相信這種特性是上述晶面彎曲并且最終具有橡膠狀加工性能的產(chǎn)生根源。無(wú)論如何，細(xì)節(jié)還不清楚。
(4)其它①d-電子軌道的能級(jí)“Md”和鍵合順序“Bo”在試樣1-4的鈦合金部件中，它們都表現(xiàn)出“Md”和“Bo”在2.43＜Md＜2.49和2.86＜Bo＜2.90，并且可以理解建立了在優(yōu)選的冷加工性能與低楊氏模量之間的相容性。
②力學(xué)性能清楚了在把試樣No.1等等與對(duì)比試樣比較時(shí)，本發(fā)明的鈦合金部件表現(xiàn)出明顯低的楊氏模量，此外，它表現(xiàn)出足夠大的拉伸強(qiáng)度。而且，從試樣No.13、14等可以理解，它們展示了良好的彈性極限強(qiáng)度和彈性伸長(zhǎng)。所以，本發(fā)明的鈦合金提供了一種非凡的彈性變形能力(到達(dá)約2.5％的程度)。另一方面，對(duì)比實(shí)施例的彈性變形能力最多達(dá)到1％，并且這是不夠的。
③最后，研究了本發(fā)明的鈦合金部件和傳統(tǒng)鈦合金部件的加工性能。
傳統(tǒng)鈦合金部件(DAT51)在冷加工后，表現(xiàn)出在拉伸性能方面的很小降低，但是，當(dāng)冷加工比在10-15％范圍內(nèi)時(shí)，在伸長(zhǎng)方面產(chǎn)生突然降低?？梢哉J(rèn)為這是由于位錯(cuò)密度的增大引起的(1015/cm2或更大)。
同時(shí)，在本發(fā)明的鈦合金部件中，即使冷加工率為99％或更大，在伸長(zhǎng)方面不存在突然降低等，冷加工性能非常好。
因此，本發(fā)明的鈦合金具有在傳統(tǒng)材料中不能得到的特性，例如冷加工性能良好、易變形并且表現(xiàn)出高強(qiáng)度。通過(guò)單獨(dú)或協(xié)同利用這些性能，可能使其用途擴(kuò)大到不可估量的程度。
表2織構(gòu)I.E.的組成*1*2*3*4 備注試樣編號(hào)#ν2/Xm2ν3/Xm3*5(x Xm)*6″ Md″*7″Bo″ (GPa) (MPa)(％)實(shí)施例 1 0.5930.9404.3102.462 2.876 461,150 752 0.4810.3422.8102.462 2.876 431,150 94與試樣No.1組成相同3 1.6324.8355.4882.462 2.876 421,170 97.3 與試樣No.1組成相同4 0.4460.4223.3992.467 2.880 481,050 755 0.4080.3261.8902.471 2.879 47950 506-1 1.4784.7625.0072.465 2.875 40700 90O0.156-2 1.3393.8724.6732.465 2.875 401,080 90O0.256-3 1.4154.3155.1172.465 2.875 421,215 90O0.506-4 1.3655.1725.3132.465 2.875 441,400 90O0.656-5 1.5034.0724.9882.465 2.875 441,420 90O0.757 0.5120.8533.3792.460 2.875 481,378 808 1.3164.0275.5732.468 2.870 461,165 809 0.4730.4983.0152.463 2.879 521,420 80101.5894.7315.8422.469 2.870 551,580 80111.3584.2156.3312.465 2.875 43950 90 O0.24， 錠部件121.5263.9135.7862.465 2.875 461,120 90 O0.46， 錠部件對(duì)比實(shí)施例 0.4800.2893.2382.485 2.968 80900 55.5 DAT51注*1代表“間隙元素的組成”*2代表“平均楊氏模量”*3代表“拉伸強(qiáng)度”*4代表“加工比”*5代表“最大值”*6代表“d-軌道的能級(jí)”*7代表“鍵合順序”
表3

注*1代表“間隙元素的組成”*2代表“平均楊氏模量”*3代表“拉伸強(qiáng)度”*4代表“加工比”*5代表“最大值”*6代表“d-軌道的能級(jí)”*7代表“鍵合順序”
權(quán)利要求
1.一種鈦合金部件，特征在于它包含40重量％或更多的鈦(Ti)，除了鈦以外的一種IVa族元素和/或Va族元素，其中，包括IVa族元素和/或Va族元素以及鈦的總量為90重量％或更多；它包含體心四方或體心立方晶體的晶粒，其中，在c-軸上的原子間距相對(duì)于在a-軸上的原子間距的比值(c/a)在0.9-1.1范圍內(nèi)；和它具有一種織構(gòu)，通過(guò)Schlutz反射法在20°＜α’＜90°和0°＜β＜360°范圍內(nèi)，在包括加工方向的晶面平行地測(cè)量晶粒的(110)或(101)晶面的極點(diǎn)圖，并且對(duì)平均分布在極點(diǎn)圖上的各個(gè)測(cè)量值(X)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理時(shí)，在織構(gòu)中，由下列公式定義的關(guān)于平均值(Xm)的二次動(dòng)差(ν2)用平均值的平方(Xm2)除得的值(ν2/Xm2)為0.3或更大，由下列公式定義的關(guān)于平均值(Xm)的三次動(dòng)差(ν3)用平均值的立方(Xm3)除得的值(ν2/Xm3)為0.3或更大，并且為平均值的1.6倍或更大的值(1.6Xm)另外包括在55°＜α’＜65°范圍內(nèi)和沿加工方向的β范圍內(nèi)測(cè)量的測(cè)量值中；二次動(dòng)差ν2＝{∑(X-Xm)2}/N三次動(dòng)差ν3＝{∑(X-Xm)3}/N其中，N是取樣數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鈦合金部件，包含一種或多種由氧(O)、氮(N)和碳(C)組成的間隙元素組中的元素，總量為0.25-2.0重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的鈦合金部件，包含一種或多種所述間隙元素組中的元素，總量為0.6-1.5重量％。
4.一種生產(chǎn)鈦合金部件的方法，特征在于它包括制備原料的制備步驟，所述原料包括鈦和一種合金元素，并且具有特定的組成，其中，關(guān)于d-電子軌道的能級(jí)“Md”，取代元素的組成平均值為2.43＜Md＜2.49，關(guān)于鍵合順序“Bo”，取代元素的組成平均值為2.86＜Bo＜2.90，“Md”和“Bo”每一個(gè)是用“DV-Xα”簇團(tuán)法獲得的參數(shù)；和在制備步驟之后成型包含原料的鈦合金部件的部件成型步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的生產(chǎn)鈦合金部件的方法，其中，所述制備步驟是一種其中制備特定組成的原料粉末的粉末制備步驟；和所述部件成型步驟是一種其中用粉末制備步驟后的原料粉末制造燒結(jié)部件的燒結(jié)步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的生產(chǎn)鈦合金部件的方法，其中，所述部件成型步驟是一種其中用所述制備步驟后的所述原料制造一種錠部件的錠制造過(guò)程。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的生產(chǎn)鈦合金部件的方法，還包括一個(gè)在其中冷加工所述燒結(jié)部件或錠部件的冷加工步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的生產(chǎn)鈦合金部件的方法，其中，所述冷加工步驟是一種其中冷加工率為10％或更大的步驟；且該方法還包括在所述冷加工步驟后的一個(gè)時(shí)效處理步驟，在其中進(jìn)行時(shí)效處理，使得在150℃-600℃范圍內(nèi)的處理溫度下，LarsonMiller參數(shù)“P”(下文簡(jiǎn)稱為參數(shù)“P”)在8.0-18.5范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的生產(chǎn)鈦合金部件的方法，其中，所述時(shí)效步驟是一種其中在150℃-300℃范圍內(nèi)的所述溫度下，所述參數(shù)“P”在8.0-12.0范圍內(nèi)的步驟；且在時(shí)效處理步驟后所得的鈦合金部件具有1,000MPa或更大的拉伸彈性強(qiáng)度、2.0％或更大的彈性變形能力和75GPa或更小的平均楊氏模量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的生產(chǎn)鈦合金部件的方法，其中，所述時(shí)效處理步驟是一種其中在300℃-600℃范圍內(nèi)的所述溫度下，所述參數(shù)“P”在12.0-14.5范圍內(nèi)的步驟；且在時(shí)效處理步驟后所得的鈦合金部件具有1,400MPa或更大的拉伸彈性強(qiáng)度、1.6％或更大的彈性變形能力和95GPa或更小的平均楊氏模量。
11. 一種鈦合金部件，在進(jìn)行50％或更大的冷加工時(shí)，表現(xiàn)出1011/cm2或更小的位錯(cuò)密度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的鈦合金部件，包含40重量％或更多的鈦；一種除了鈦以外的IVa族元素和/或Va族元素，其中包括IVa族元素和/或Va族元素以及鈦的總量為90重量％或更多；和一種或多種包括氧、氮和碳的間隙元素組中的元素，總量為0.25-2.0重量％。
13.一種鈦合金部件，特征在于它包含鈦和一種合金元素；且它具有特定的組成，其中，關(guān)于d-電子軌道的能級(jí)“Md”，取代元素的組成平均值為2.43＜Md＜2.49，關(guān)于鍵合順序“Bo”，取代元素的組成平均值為2.86＜Bo＜2.90，“Md”和“Bo”每一個(gè)是用“DV-Xα”簇團(tuán)法獲得的參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的鈦合金部件，在進(jìn)行50％或更大的冷加工時(shí)，表現(xiàn)出1011/cm2或更小的位錯(cuò)密度。
全文摘要
一種鈦合金部件,特征在于:它包含40重量%或更多的鈦(Ti),除了鈦以外的一種或多種IVa族元素和/或Va族元素,其中,包括IVa族元素和/或Va族元素以及鈦的總量為90重量%或更多,一種或多種總含量0.25－2.0重量%的含量并選自由氧、氮和碳組成的間隙元素組中的元素,并且特征在于其基本結(jié)構(gòu)是一種體心四方晶體或體心立方晶體,其中,在c－軸上的原子間距相對(duì)于在a－軸上的原子間距的比值(c/a)在0.9－1.1范圍內(nèi)。這種鈦合金部件具有傳統(tǒng)鈦合金沒(méi)有的這種加工性能,它是容易變形的,表現(xiàn)出高強(qiáng)度,可以用于各種制品中。
文檔編號(hào)C22C1/04GK1380906SQ01801361
公開(kāi)日2002年11月20日 申請(qǐng)日期2001年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月2日
發(fā)明者古田忠彥, 妹尾與志木, 黃晸煥, 西野和彰, 齋藤卓 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田中央研究所