图；
[0035] 图9是根据本公开的用于颗粒大小细化的多次镦粗和拉伸方法的非限制性实施 方案的方面的示意性图示；
[0036] 图10是列出根据本公开的用于多次镦粗并且拉伸加工钛合金以便细化颗粒大小 的方法的非限制性实施方案的步骤的流程图；
[0037] 图11 (a)是商业上锻造和加工的Ti-6-2-4-2合金的微观结构的显微照片；
[0038] 图11(b)是通过本公开的实施例1中描述的热管理高应变MAF实施方案加工的 Ti-6-2-4-2合金的微观结构的显微照片；
[0039] 图12 (a)是描绘商业上锻造和加工的Ti-6-2-4-6合金的微观结构的显微照片； [0040] 图12(b)是通过本公开的实施例2中描述的热管理高应变MAF实施方案加工的 Ti-6-2-4-6合金的微观结构的显微照片；
[0041] 图13是通过本公开的实施例3中描述的热管理高应变MAF实施方案加工的 Ti-6-2-4-6合金的微观结构的显微照片；
[0042] 图14是通过本公开的实施例4中描述的热管理高应变MAF实施方案加工的 Ti-6-2-4-2合金的微观结构的显微照片，其在各轴上施加相等应变；
[0043] 图15是通过本公开的实施例5中描述的热管理高应变MAF实施方案加工的 Ti-6-2-4-2合金的微观结构的显微照片，其中阻塞减少用于最小化在各主要减少之后发生 的工件的凸出；
[0044] 图16 (a)是通过本公开的实施例6中描述的利用0转变MAF的热管理高应变MAF 实施方案加工的Ti-6-2-4-2合金的中心区域的微观结构的显微照片；以及
[0045] 图16 (b)是通过本公开的实施例6中描述的利用0转变MAF的热管理高应变MAF 实施方案加工的Ti-6-2-4-2合金的表面区域的微观结构的显微照片。
[0046] 在考虑以下根据本公开的某些非限制性实施方案的详述之后，读者将了解前述细 节以及其它内容。
[0047] 某些非限制性实施方案的详述
[0048] 在非限制实施方案的本说明中，除了操作实施例中或另作说明的地方之外，否则 表示数量或特点的所有数字均理解成在所有情况下均由术语"约"修饰。因此，除非指出相 反意思，否则以下说明中的所有数值参数均为近似值，所述近似值可取决于意图根据本公 开的方法获得的所需特性而变化。在最低限度并且不试图限制对权利要求书范围的等价范 围的原则的应用，每个数值参数均应当至少根据报道的有效数字的数值和通过应用普通四 舍五入技术来解读。
[0049] 同样地，本文引用的任何数值范围意在包括其中纳入的所有子范围。例如，"1至 10"的范围意在包括在引用的最小值1与引用的最大值1〇(含1和10)之间的所有子范围， 即具有等于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值。本文引用的任何最大数值限 制意在包括纳入其中的所有较小数值限制，且本文引用的任何最小数值限制意在包括纳入 其中的所有较大数值限制。因此，申请人保留修正本公开（包括权利要求书）的权力，以便 明确引用纳入本文所明确引用的范围内的任何子范围。所有这类范围意在在本文中以固有 方式公开，以使得修正以明确引用任何这类子范围将符合美国法典35篇112条的第一段和 美国法典35篇132条（a)款的要求。
[0050]除非另外指明，否则如本文使用的语法冠词"一个（种）（one)"、"一个（种）（a)"、 "一个（种）（an) "以及"所述（the) "意在包括"至少一个（种）"或"一个或多个（一种或 多种）"。因此，冠词在本文中用来指代冠词的语法对象的一个或一个以上（即，指代"至少 一个"）。例如，"一个部件"意指一个或多个部件，并且因此可能涵盖多于一个部件，并且所 描述的实施方案的实施中可能采用或使用多于一个部件。
[0051] 本公开包括各个实施方案的描述。应理解的是，本文描述的所有实施方案是示例 性的、说明性的以及非限制性的。因此，本发明并不局限于各个示例性、说明性以及非限制 性实施方案的描述。事实上，本发明仅由权利要求书限定，所述权利要求书可修正以引用本 公开中明确地或固有地描述的、或本公开以其它方式明确地或固有地支持的任何特征。
[0052] 据称以引用的方式全部或部分并入本文的任何专利、出版物或其它公开材料必是 仅在以下程度上并如本文：并入的材料不得与本公开内容中阐述的现有定义、声明或其它 公开材料冲突。因此，并且在必要的程度上，如本文中阐明的公开内容优先于以引用方式并 入本文的任何冲突材料。据称以引用的方式并入本文中、但与本文阐明的现有定义、声明或 其它公开材料冲突的任何材料或其部分，仅在并入材料与现有公开材料之间不出现冲突的 程度上并入。
[0053] 本公开的一个方面涉及用于钛合金的多轴锻造过程的非限制性实施方案，包括在 锻造步骤期间使用高应变率以便细化颗粒大小。这些方法实施方案在本公开中通常被称为 "高应变率多轴锻造"或"高应变率MAF"。如本文所用，术语"减少"和"撞击"可互换地是指 单独的压力锻造步骤，其中在模具表面之间锻造工件。如本文所用，短语"间隔物高度"是 指在沿一个正交轴减少之后沿所述轴测量的工件的尺寸或厚度。例如，在沿具体轴压力锻 造减少至4. 0英寸的间隔物高度之后，沿所述轴测量的压力锻造的工件的厚度将是约4. 0 英寸。间隔物高度的概念和使用对于具有压力锻造领域中的普通技能的技术人员来说是熟 知的并且不必在本文进一步讨论。
[0054] 据以前所确定，对于合金如Ti-6A1-4V合金（ASTM5级；UNSR56400)(其还可被称 为"Ti-6-4"合金），其中工件被锻造至少至3. 5的总应变的高应变率多轴锻造可用于制备 超细颗粒还料。所述工艺公开于2010年9月15日提交的名称为"ProcessingRoutesfor TitaniumandTitaniumAlloys"（ "'538 申请"）的美国专利申请序列号 12/882, 538 中， 所述美国专利申请的内容以引用的方式整体并入本文。施加至少3. 5的应变可能需要大量 加工时间和复杂性，这增加了成本并且增加了未预料到的问题的机会。本公开公开了高应 变率多轴锻造过程，所述过程可使用至少1. 0直至小于3. 5范围内的总应变来提供超细颗 粒结构。
[0055] 根据本公开的方法涉及施加多轴锻造及其衍生物，如' 538申请中公开的针对钛 合金的多次镦粗和拉伸（MUD)工艺，所述钛合金表现出比Ti-6-4合金更慢的有效a沉淀 和生长动力学。具体地说，Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M〇-0. 08Si合金（UNSR54620)(其还可被称 为"Ti-6-2-4-2"合金）由于额外的颗粒固定元素如Si而具有比Ti-6-4合金更慢的有效 a动力学。此外，Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo合金（UNSR56260)(其还可被称为"Ti-6-2-4-6" 合金）由于增加的0稳定化含量而具有比T-6-4合金更慢的有效的动力学。应认识到， 就成合金元素而言，a相的生长和沉淀是钛基合金中的成合金元素的扩散速率的函数。钼 已知具有所有钛成合金添加剂的较慢扩散速率中的一种。此外，0稳定剂如钼降低合金的 0转变温度（％)，其中较低Te导致合金的加工温度下在所述合金中的原子的一般较慢扩 散。Ti-6-2-4-2和Ti-6-2-4-6合金的相对慢的有效a沉淀和生长动力学的结果是当与对 Ti-6-4合金的这类加工的作用相比，在根据本公开的实施方案的MAF之前使用的0热处理 产生细小和稳定的a条板大小。另外，在0热处理和冷却之后，Ti-6-2-4-2和Ti-6-2-4-6 合金具有细小的0颗粒结构，所述结构限制a颗粒生长的动力学。
[0056]a生长的有效动力学可通过鉴别在紧低于0转变的温度下最慢的扩散物质来评 价。这种方法已在理论上概述并且在文献中实验验证（参见Semiatin等，Metallurgical andMaterialsTransactionsA:PhysicalMetallurgyandMaterialsScience 38(4)，2007,第910-921页）。在钛和钛合金中，针对所有潜在成合金元素的扩散率数据不 容易获得；然而，文献调查如在Lutjering和Williams的Titanium(第二版，2007)中通常 接受一些常见成合金元素的以下相对排序：
[0057] DMo< D Nb< D A1~D v~D Sn~D Zr~D Hf< D Cr~D Ni~D CrDc。~D血~D Fe
[0058] 因此，含有钼的合金如Ti-6-2-4-6合金和Ti-6-2-4-2合金在比Ti-6-4合金（其 中动力学通过铝的扩散来控制）相对更低的应变下显示实现超细颗粒微结构所要求的所 希望的缓慢a动力学。基于周期表族关系，还可合理地假定钽和钨属于缓慢扩散体族。
[0059] 除了包括缓慢扩散元素以便降低a相的有效动力学，降低合金中通过铝扩散控 制的0转变温度将具有类似的作用。l〇〇°C的0转变温度降低将使0相中铝的扩散率在 0转变温度下降低大约一个数量级。合金如ATI425?合金（Ti-4Al-2. 5V;UNS54250)和 Ti-6-6-2合金（Ti-6A1-6V-2SN;UNS56620)中的a动力学可能通过铝扩散来控制；然而， 这些合金相对于Ti-6A1_4V合金的较低0转变温度也产生所希望的较慢有效a动力学。 Ti-6Al-7Nb合金（UNSR56700)(通常是Ti-6A1-4V合金的生物医学型式）由于铌含量也可 表现出较慢的有效a动力学。
[0060] 起初预期不同于Ti-6-4合金的a+0合金可在与' 538申请中所公开的那些条件 相似的条件下在将产生相似的a相体积分数的温度下进行加工。例如，根据使用PANDAT软 件（可从Computherm,LLC,Madison,Wisconsin,USA获得的可商购的计算工具）的预测，预 测在 1500°F(815. 6°C)下的Ti-6-4 合金应具有与在 1600°F(871. 1°C)下的Ti-6-2-4-2 合金和在1200°F(648.9°C)下的Ti-6-2-4-6合金两者大约相同的a相体积分数，参见图 1。然而，Ti-6-2-4-2和Ti-6-2-4-6合金当使用预测将产生相似的a相体积分数的温度以 在'538申请中加工Ti-6-4合金的方式进行加工时严重断裂。需要导致较低的a平衡体 积分数和/或显著减小的每道次应变的更高温度来成功地加工Ti-6-2-4-2和Ti-6-2-4-6 合金。
[0061] 高应变率MAF过程的变化，包括a/ 0锻造温度、应变率、每次撞击应变在撞击、再 加热的次数和持续时间之间保持时间，并且中间热处理可各自影响所产生的微观结构和断 裂的存在和程度。最初尝试较低的总应变以便抑制断裂，而无将产生超细颗粒结构的任何 预期。然而，当检查时，使用较低总