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近年来,新型低模量β钛合金在医用植入材料领域的应用受到广泛研究。由于其还具有高弹性容许应变(σ0.2/E),因此在航空航天用弹性元件及可变机翼材料等方面同样显示出重要的应用前景。本文参照三大电子参数理论开发了低模量Ti-32.5Nb-6.8Zr-2.7Sn-0.3O（TNZS-0.3O,wt.%）合金。随后,系统研究了0、0.3和0.6wt.%三种不同氧（O）含量TNZS-xO（x=0,0.3,0.6）合金在冷轧形变（50%和90%形变）及宽温度范围（350-750℃）热处理的显微组织和力学性能的变化规律,并揭示O在其中的作用效应和机制,以便获得在医用植入及航空航天弹性材料领域具有潜在应用价值的新型β钛合金材料。不含O的TNZS合金冷轧后,晶粒沿轧向被拉长,并形成过渡晶界。随形变率增加,晶界数量和位错密度均增加,同时还发现{001}<110>α-fiber织构的取向强度(ITexture)增加,{111}<112>γ-fiber织构的ITexture减小,其他三种织构基本保持不变。50%形变后,观察到{112}<111>孪晶存在。90%形变后,形成平行于轧制方向的亚微米宽度的条带组织和强{001}<110>α-fiber织构。在轧制过程中,TNZS合金不发生相变,位错滑移贯穿着形变全过程。随形变率增加,合金强度升高是由于晶粒细化和位错密度增加所致,而弹性模量降低主要归因于具有低模量的{001}<110>α-fiber织构的不断增强所致。TNZS-0.3O与TNZS-0.6O合金在形变时组织和性能的变化规律总体上与TNZS合金相似,但还存在如下差异:（1）随O含量增加,{112}<111>孪晶的片层厚度降低（O抑制孪晶的长程发展）。随形变率增加,还发现TNZS-0.3O合金的{111}<110>α-fiber织构、TNZS-0.6O合金的{112}<110>α-fiber和{111}<110>α-fiber织构的ITexture均不同程度增加,但对弹性模量降低起主导作用的机制依然是{001}<110>α-fiber织构的增强。（2）在相同状态下,每增加0.1 wt.%的O,合金的抗拉强度约提高80 MPa,弹性模量约提高2.6 GPa。还发现,90%形变TNZS-0.3O合金(σb=1093 MPa,σ0.2/E=1.81%)及50-90%形变TNZS-0.6O合金(σb=1280-1322MPa,σ0.2/E=1.88-2.03%)的σ0.2/E优于传统航空弹性钛合金(σ0.2/E=1.0-1.35%),能满足1-3Ma战机可变机翼材料对σ0.2/E的基本要求(σ0.2/E≥1.40%,翼面温升<300℃)。90%形变TNZS合金经350℃×24h热处理后,ω与α两相同时在合金中析出。升高温度,ω相的含量逐渐减少,α相的析出量逐渐增多,其析出峰值温度(Tαmax)为400℃。热处理温度高于Tαmax后,α相开始分解,其完全分解温度(T（α+β）/β)为575℃。继续升温,形变组织发生位错攀移,并在600℃开始再结晶（即Tr）。在Tαmax处热处理,形变织构的类型及取向强度基本不变,{001}<110>α-fiber织构仍占主导。经Tr热处理后,{001}<110>α-fiber织构明显减弱。继续升温（>Tr）,织构回复至形变前状态。研究发现,在350℃-T（α+β）/β之间,合金的强度和弹性模量主要受ω相及α相的含量控制,与Iα（101）/Iβ（110）随温度的变化呈正相关关系,并在Tαmax处达到最大值。在T（α+β）/β处,强度的降低趋于稳定,而弹性模量具有最小值。在T（α+β）/β-Tr之间,位错攀移,弹性模量无明显变化。在Tr及以上温度,再结晶发生以及具有低模量的{001}<110>α-fiber织构减弱使弹性模量有所回升。最终,合金的织构及力学性能基本回复至形变前状态。另外,强化相析出导致合金的延伸率降低,而β基体的高温回复和再结晶发生导致延伸率回升。90%形变TNZS-0.3O与TNZS-0.6O合金在热处理时组织和性能的变化规律总体上与TNZS合金相似,但还存在如下差异:（1）O的加入显著提高了合金的Tαmax、T（α+β）/β、Tr。（2）O的加入能抑制ω相析出。（3）添加O提高了合金的弹性模量和强度,但对强度的提高更显著,因而提高了合金在450℃及以上温度热处理后的σ0.2/E。研究发现,90%形变TNZS-0.3O合金经400-500℃热处理（E=68.7-72.1 GPa,σb=1028-1327 MPa）能满足医用植入材料的性能要求（E≤80 GPa,σb≥800 MPa）。90%形变TNZS-0.3O与TNZS-0.6O合金经500℃热处理后,σ0.2/E分别为1.67%和1.86%,尤其是后者经650℃热处理后的σ0.2/E仍达到1.32%,有望满足3-5Ma战机可变机翼（翼面温升<600℃）材料对σ0.2/E的要求。可以通过仔细调节TNZS-xO合金的O含量变化、冷加工和热处理工艺来控制合金的显微组织,使其力学性能在较宽范围内变化,以便达到不同的应用需求。