DE60030246T2

DE60030246T2 - Titanlegierung und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE60030246T2
Application number: DE60030246T
Authority: DE
Inventors: K.K. Toyota Chuo Kenkyusho Takashi Aichi-gun SAITO; K.K. Toyota Chuo Kenkyusho Tadahiko Aichi-gun FURUTA; K.K. Toyota Chuo Kenkyusho Kazuaki Aichi-gun NISHINO; K.K. Toyota Chuo Kenkyusho Hiroyuki Aichi-gun TAKAMIYA
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: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2020-06-10
Also published as: US6607693B1; CN1318111A; EP1114876A1; EP1114876B1; CN1177947C; KR20010074813A; HK1040266A1; WO2000077267A1; KR100417943B1; DE60030246D1; HK1040266B; EP1114876A4; JP3375083B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Titanlegierung und ein Verfahren zur Herstellung der Titanlegierung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Titanlegierung, die in verschiedenen Produkten verwendet werden kann und einen niedrigen Youngschen Modul, eine starke elastische Verformbarkeit und eine hohe Festigkeit aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Titanlegierung.
Da Titanlegierungen bezüglich der spezifischen Festigkeit gut sind, werden sie in den Gebieten der Luftfahrt, des Militärs, der Raumfahrt und der Tiefseeerkundung, usw., eingesetzt. Auch auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge wurden Titanlegierungen in Ventilhalteeinrichtungen, Pleuelstangen, usw., von Rennmotoren eingesetzt. Da ferner Titanlegierungen eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen, werden sie häufig in einer korrosiven Umgebung eingesetzt. Beispielsweise werden sie als Materialien für chemische Anlagen, Konstruktionen für den Einsatz im Meer und dergleichen verwendet, und ferner werden sie zu dem Zweck einer Inhibierung der Korrosion, usw., aufgrund von Frostschutzmitteln, als Unterteil für vordere Stoßfänger, als Unterteil für hintere Stoßfänger, und dergleichen, eines Kraftfahrzeugs verwendet. Darüber hinaus werden Titanlegierungen im Hinblick auf das geringe Gewicht (spezifische Festigkeit) und die antiallergenen Eigenschaften (Korrosionsbeständigkeit) in Zubehörteilen, wie z. B. Armbanduhren, usw., verwendet. Folglich werden Titanlegierungen in verschiedenen Gebieten verwendet und als repräsentative Titanlegierungen können Ti-5Al-2,5Sn (α-Legierung), Ti-6Al-4V (α-β-Legierung), Ti-13V-11Cr-3Al (β-Legierung), usw., genannt werden.
Ferner wurden die herkömmlichen Titanlegierungen häufig verwendet, während auf die gute spezifische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit geachtet wurde, wobei jedoch eine Titanlegierung (z. B. die β-Legierung) in letzter Zeit häufig im Hinblick auf den niedrigen Youngschen Modul verwendet wurde. Beispielsweise werden Titanlegierungen mit niedrigem Youngschen Modul in Produkten, die mit dem Organismus verträglich sind (z. B. in künstlichen Knochen, usw.), Zubehörteilen (z. B. in Brillengestellen, usw.), Sportartikeln (z. B. in Golfschlägern, usw.), Federn und dergleichen verwendet. Bei der Betrachtung eines konkreten Beispiels erreicht in dem Fall, bei dem die Titanlegierung mit niedrigem Youngschen Modul in einem künstlichen Knochen verwendet wird, der Youngsche Modul den Youngschen Modul eines menschlichen Knochens (in einem Ausmaß von etwa 30 GPa), und der künstliche Knochen wird zusätzlich zu der spezifischen Festigkeit und der Korrosionsbeständigkeit bezüglich der Verträglichkeit mit dem Organismus gut. Ferner passt ein Gestell einer Brille, das die Titanlegierung mit niedrigem Youngschen Modul umfasst, flexibel an einen menschlichen Körper, ohne dass ein Druckgefühl auftritt, und es ist bezüglich einer Schlagabsorptionseigenschaft gut. Wenn ferner die Titanlegierung mit niedrigem Youngschen Modul in einem Schaft oder einem Kopf eines Golfschlägers verwendet wird, wird davon ausgegangen, dass ein flexibler Schaft und ein Kopf mit einer niedrigen intrinsischen Frequenz erhalten werden kann, so dass sich die Schlagdistanz eines Golfballs verlängert. Darüber hinaus kann dann, wenn eine Feder, die eine Titanlegierung mit einem niedrigen Youngschen Modul, einer starken elastischen Verformbarkeit und einer hohen Festigkeit umfasst, erhalten wird, eine niedrige Federkonstante erreicht werden, ohne die Anzahl von Windungen zu erhöhen, usw., und die Feder kann ein geringes Gewicht aufweisen und kompakt sein.
Unter diesen Umständen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Entwicklung einer Titanlegierung in Betracht gezogen, welche die Nutzung in verschiedenen Gebieten weiter erweitern soll, und die einen niedrigen Youngschen Modul, eine starke elastische Verformbarkeit und eine hohe Festigkeit über den herkömmlichen Niveaus aufweist. Zunächst wurde der Stand der Technik bezüglich Titanlegierungen ermittelt, die einen niedrigen Youngschen Modul aufweisen, und die folgenden Veröffentlichungen wurden gefunden.
➀ Japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 10-219,375
Diese Veröffentlichung betrifft eine Titanlegierung, die Nb und Ta in einer Gesamtmenge von 20 bis 60 Gew.-% enthält. Konkret werden Ausgangsmaterialien geschmolzen, so dass die Zusammensetzung erreicht wird, und ein Knopfblock wird gegossen. Als nächstes werden ein Kaltwalzen, eine feste Lösung-Behandlung und eine Alterungsbehandlung mit dem Knopfblock durchgeführt. Auf diese Weise wird eine Titanlegierung, die einen niedrigen Youngschen Modul von 75 GPa oder weniger aufweist, erhalten.
Wie es jedoch aufgrund der Beispiele, die in dieser Veröffentlichung beschrieben sind, ersichtlich ist, wird die Zugfestigkeit zusammen mit dem niedrigen Youngschen Modul vermindert, und eine Titanlegierung, die einen niedrigen Youngschen Modul, eine starke elastische Verformbarkeit und eine hohe Festigkeit aufweist, wird nicht erhalten. Darüber hinaus liegt bezüglich der Kaltumformungseigenschaften, die zur Verarbeitung der Titanlegierung zu Produkten erforderlich ist, keinerlei Offenbarung vor.
➁ Japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 2-163,334
Diese Veröffentlichung offenbart eine „Titanlegierung, die 10 bis 40 Gew.-% Nb, 1 bis 10 Gew.-% V, 2 bis 8 Gew.-% Al, 1 Gew.-% Fe, Cr bzw. Mn, 3 Gew.-% oder weniger Zr, 0,05 bis 0,3 Gew.-% O und als Rest Ti umfasst, und die gute Kaltumformungseigenschaften aufweist".
Konkret wird die Titanlegierung mit guten Kaltumformungseigenschaften durch die Durchführung eines Plasmaschmelzens, eines Vakuumlichtbogenschmelzens, eines Warmschmiedens und eines feste Lösung-Behandelns mit einem Ausgangsmaterial, bei dem es sich um die Zusammensetzung handelt, erhalten.
Bezüglich des Youngschen Moduls und der Zugfestigkeit findet sich jedoch in der Veröffentlichung keine Offenbarung. Darüber hinaus wird durch die Titanlegierung In(h₀/h): 1,35 bis 1,45 als maximales Verformungsverhältnis erhalten, bei dem keine Komprimierungsrisse auftreten, und wenn dieses in ein später beschriebenes Kaltumformungsverhältnis umgerechnet wird, beträgt es nicht mehr als höchstens etwa 50%.
➂ Japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 8-299,428
In dieser Veröffentlichung wird ein medizinisches Behandlungsgerät beschrieben, das aus einer Titanlegierung ausgebildet ist, die 20 bis 40 Gew.-% Nb, 4,5 bis 25 Gew.-% Ta, 2,5 bis 13 Gew.-% Zr und als Rest Ti umfasst, und die einen Youngschen Modul von 65 GPa oder weniger aufweist.
➃ Japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 6-73,475, japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 6-233,811 und veröffentlichte japanische Übersetzungsveröffentlichung (KOHYO) Nr. 10-501,719 der internationalen PCT-Patentanmeldungsveröffentlichung.
In diesen Veröffentlichungen sind Titanlegierungen mit niedrigen Youngschen Moduli und hohen Festigkeiten beschrieben, jedoch ist bezüglich einer Titanlegierung, die einen Youngschen Modul von 75 GPa oder weniger und eine Zugfestigkeit von 700 MPa oder mehr aufweist, nur Ti-13Nb-13Zr beschrieben. Darüber hinaus liegt bezüglich der Streckgrenze und der elastischen Verformbarkeit keinerlei Offenbarung vor. Darüber hinaus umfasst der Schutzbereich der Ansprüche 35 bis 50 Gew.-% Nb, jedoch ist keinerlei konkretes Beispiel beschrieben, das dem entspricht.
➄ Japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 61-157,652
In dieser Veröffentlichung ist „ein dekorativer Metallgegenstand, der Ti in einer Menge von 40 bis 60 Gew.-% und als Rest im Wesentlichen Nb umfasst", beschrieben. Konkret wird nach dem Lichtbogenschmelzen eines Ausgangsmaterials mit der Zusammensetzung Ti-45Nb dieses Ausgangsmaterial einem Gießen, einem Schmieden und einem Walzen unterzogen und die resultierende Nb-Legierung wird einem Kalttiefziehen unterzogen, wobei ein dekorativer Metallgegenstand erhalten wird. In der Veröffentlichung findet sich jedoch keinerlei Offenbarung bezüglich konkreter Kaltumformungseigenschaften.
Darüber hinaus findet sich keine Beschreibung bezüglich des Youngschen Moduls, der Zugfestigkeit, usw., der Nb-Legierung.
➅ Japanische Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 6-240,390
In dieser Veröffentlichung ist „ein Material für einen Golf-Driverkopf, der Vanadium in einer Menge von 10 Gew.-% bis weniger als 25 Gew.-% umfasst, wobei der Sauerstoffgehalt auf 0,25 Gew.-% oder weniger eingestellt ist und der Rest Titan und unvermeidliche Verunreinigungen sind", beschrieben. Der Youngsche Modul der verwendeten Legierung beträgt nicht mehr als etwa 80 bis 90 GPa.
➆ Japanische Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 5-111,554
In dieser Veröffentlichung ist „ein Kopf eines Golfschlägers, der durch ein Wachsausschmelz-Präzisionsgussverfahren mit einer Ni-Ti-Legierung, die eine Superelastizität aufweist, erzeugt wird", beschrieben. In dieser Veröffentlichung ist angegeben, dass Nb, V, usw., in einem geringen Ausmaß zugesetzt werden können, jedoch findet sich keinerlei Beschreibung ihrer konkreten Zusammensetzungen, und darüber hinaus findet sich keinerlei Offenbarung bezüglich des Youngschen Moduls, der elastischen Verformbarkeit und der Zugfestigkeit.
➇ Zur Erläuterung sind zusätzlich die Youngschen Modus herkömmlicher Titanlegierungen angegeben, wobei die α-Legierung etwa 115 GPa aufweist, die α + β-Legierung (z. B. eine Ti-6Al-4V-Legierung) etwa 110 GPa aufweist und die β-Legierung (z. B. Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn), bei der es sich um ein Material handelt, das einer feste Lösung-Behandlung unterzogen worden ist, etwa 80 GPa aufweist, und etwa 110 GPa aufweist, wenn sie einer Alterungsbehandlung unterzogen worden ist. Darüber hinaus ergab sich bei einer Untersuchung durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung, dass die Nickel-Titan-Legierung der vorstehend genannten Veröffentlichung ➆ einen Youngschen Modul von etwa 90 GPa aufwies.
➈ Japanische Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 62-287028
In dieser Veröffentlichung enthält eine hochfeste Titanlegierung Titan und eine oder mehrere Art(en) beta-Phase-stabilisierender Elemente, die aus 15 bis 40 Gew.-% Molybdän, 10 bis 30 Gew.-% Tantal, 25 bis 45 Gew.-% Niob und 5 bis 40 Gew.-% Vanadium ausgewählt sind. Das Gemisch wird gepresst und gesintert und der resultierende Sinterpresskörper wird einem Gesenkschmieden und einem Drahtziehen oder Walzen unterzogen.
➉ GB-Patent Nr. 1,175,683
Diese Veröffentlichung beschreibt eine Titanlegierung, die 25 bis 40 Gew.-% Vanadium, 5 bis 15 Gew.-% Chrom, 0 bis 10 Gew.-% Aluminium und als Rest Titan und übliche Verunreinigungen enthält. Die Legierung wird durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur über 760°C gebildet.
11 US-Patentveröffentlichung Nr. 3,161,503
Diese Veröffentlichung beschreibt eine Titanlegierung, die im Wesentlichen aus 40 bis 70 Gew.-% Tantal, einem beta-Stabilisator, der aus einem oder mehreren von Vanadium, Molybdän, Chrom, Eisen und Mangan ausgewählt ist, und als Rest Titan besteht. Die Legierung wird durch Schmelzen der Bestandteile gebildet.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Umstände gemacht. Insbesondere ist eine Aufgabe, wie es vorstehend beschrieben worden ist, die Bereitstellung einer Titanlegierung, welche die Nutzung in verschiedenen Gebieten erweitern soll, und die einen niedrigen Youngschen Modul, eine starke elastische Verformbarkeit und eine hohe Festigkeit aufweist, die über herkömmlichen Niveaus liegen.
Ferner ist eine Aufgabe die Bereitstellung einer Titanlegierung, die einen niedrigen Youngschen Modul und eine starke elastische Verformbarkeit sowie eine hohe Festigkeit aufweist, und die gute Kaltumformungseigenschaften zeigt, so dass sie einfach zu verschiedenen Produkten ausgebildet werden kann.
Ferner ist eine Aufgabe die Bereitstellung eines Herstellungsverfahrens, das zur Erzeugung einer solchen Titanlegierung geeignet ist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben intensive Untersuchungen zur Lösung dieser Aufgaben durchgeführt und wiederholt verschiedene systematische Experimente durchgeführt, und als Ergebnis die Entwicklung einer Titanlegierung abgeschlossen, die eine vorgegebene Menge eines Elements der Gruppe Va und Titan umfasst, und die einen niedrigen Youngschen Modul sowie eine starke elastische Verformbarkeit und eine hohe Festigkeit aufweist.
(1) Insbesondere wird eine Titanlegierung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Durch die Kombination von Titan und einer geeigneten Menge eines Elements der Gruppe Va zeigt die Titanlegierung in unkonventioneller Weise einen niedrigen Youngschen Modul und weist eine starke elastische Verformbarkeit sowie eine hohe Festigkeit auf. Ferner kann die vorliegende Titanlegierung vielfältig in verschiedenen Produkten angewandt werden und es ist möglich, eine Verbesserung ihrer funktionellen Eigenschaften und eine Vergrößerung ihrer Gestaltungsfreiheit vorzunehmen.
Dabei wird das Element der Gruppe Va auf 30 bis 50 Gew.-% eingestellt, da eine ausreichende Senkung des durchschnittlichen Youngschen Moduls nicht erreicht wird, wenn es in einer Menge von weniger als 30 Gew.-% vorliegt. Andererseits werden dann, wenn dessen Menge 60 Gew.-% übersteigt, eine zufrieden stellende elastische Verformbarkeit und Zugfestigkeit nicht erhalten, und die Dichte der Titanlegierung steigt an, so dass die spezifische Festigkeit vermindert wird. Darüber hinaus ist es dann, wenn dessen Menge 60 Gew.-% übersteigt, wahrscheinlich, dass nicht nur eine Verminderung der Festigkeit, sondern auch eine Verminderung der Zähigkeit und der Duktilität verursacht wird, da es wahrscheinlich ist, dass eine Materialabscheidung stattfindet, so dass die Homogenität des Materials beeinträchtigt wird.
Ferner haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung bestätigt, dass diese Titanlegierung mit guten Kaltumformungseigenschaften ausgestattet ist.
Es ist nach wie vor nicht klar, warum die Titanlegierung mit dieser Zusammensetzung einen niedrigen Youngschen Modul und eine starke elastische Verformbarkeit zeigt, und warum sie bezüglich der Kaltumformungseigenschaften gut ist. Gemäß den Untersuchungen und For schungen, die bisher von den Erfindern der vorliegenden Erfindung bezüglich ihrer Eigenschaften durchgeführt worden sind, kann von dem Folgenden ausgegangen werden.
Insbesondere wurde als Ergebnis einer Untersuchung, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung mit einer Probe der erfindungsgemäßen Titanlegierung durchgeführt worden ist, gezeigt, dass selbst dann, wenn diese Titanlegierung einer Kaltumformungsverarbeitung unterzogen worden ist, eine Versetzung kaum eingeführt wird, und dass die Titanlegierung eine Struktur aufwies, deren (100)-Ebene sehr stark in einer Richtung orientiert war. Ferner wurde in dem Dunkelfeldbild, bei dem der 111-Beugungspunkt eingesetzt wurde und das mittels eines TEM (Transmissionselektronenmikroskop) untersucht wurde, festgestellt, dass sich der Kontrast des Bilds zusammen mit der Neigung der Probe veränderte. Dies zeigt, dass die untersuchte (111)-Ebene gekrümmt ist und dies wurde auch durch eine direkte Bilduntersuchung des Gitters mit einer starken Vergrößerung bestätigt. Darüber hinaus war der Krümmungsradius dieser Kurve der (111)-Ebene extrem klein und betrug etwa 500 bis 600 nm. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäße Titanlegierung die Einflüsse von Umformvorgängen nicht durch die Einführung von Versetzungen, sondern durch eine Krümmung der Kristallebene vermindert, und dass sie eine Qualität aufweist, die bei herkömmlichen Metallmaterialien nicht bekannt war.
Ferner wurde die Versetzung in einem sehr extremen Teil festgestellt, während der 111-Beugungspunkt stark angeregt war, wobei sie jedoch kaum festgestellt wurde, wenn die Anregung des 111-Beugungspunkts verschwand. Dies zeigt, dass die Verschiebungskomponenten um die Versetzung in der <110>-Richtung beträchtlich vorgespannt sind und dies legt nahe, dass die erfindungsgemäße Titanlegierung eine sehr starke Elastizitätsanisotropie aufweist. Der Grund dafür ist nicht klar, jedoch wird davon ausgegangen, dass diese Elastizitätsanisotropie eng mit den guten Kaltumformungseigenschaften, dem Auftreten des niedrigen Youngschen Moduls, der starken elastischen Verformbarkeit und der hohen Festigkeit und dergleichen der erfindungsgemäßen Titanlegierung zusammenhängt.
Es sollte beachtet werden, dass das Element der Gruppe Va eines oder eine Mehrzahl von Vanadium, Niob und Tantal sein kann. Alle diese Elemente sind β-Phase-stabilisierende Elemente, jedoch bedeutet dies nicht zwangsläufig, dass die erfindungsgemäße Titanlegierung eine herkömmliche β-Legierung ist.
Ferner sind Wärmebehandlungen nicht notwendigerweise erforderlich, jedoch ist es möglich, durch Wärmebehandlungen eine weitere Erhöhung der Festigkeit zu erreichen.
Darüber hinaus kann der durchschnittliche Youngsche Modul vorzugsweise 70 GPa oder weniger, 65 GPa oder weniger, 60 GPa oder weniger und 55 GPa oder weniger, in dieser Reihenfolge, betragen. Die Streckgrenze kann vorzugsweise 750 MPa oder mehr, 800 MPa oder mehr, 850 MPa oder mehr und 900 MPa oder mehr, in dieser Reihenfolge, betragen.
Dabei ist die „Streckgrenze" als eine Spannung definiert, bei der eine permanente Dehnung in einem Zugtest, bei dem eine Belastung nach und nach und wiederholt auf einen Prüfkörper ausgeübt und wieder entfernt wird, 0,2% erreicht. Dies wird später detaillierter beschrieben.
Darüber hinaus bezieht sich der „durchschnittliche Youngsche Modul" nicht auf den „Durchschnitt" eines Youngschen Moduls im strengen Sinn, jedoch auf einen Youngschen Modul, der die erfindungsgemäße Titanlegierung repräsentiert. Insbesondere wird in einem Spannung- (Belastung-) Beanspruchung- (Dehnung-) Diagramm, das durch den vorstehend genannten Zugtest erhalten wird, ein Gradient (Gradient der Tangentenlinie) einer Kurve an einer Spannungsposition, die ½ der Streckgrenze entspricht, als durchschnittlicher Youngscher Modul bezeichnet.
Die „Zugfestigkeit" ist eine Spannung, die durch Dividieren einer Belastung unmittelbar vor einem schließlichen Bruch des Prüfkörpers durch eine Querschnittsfläche des parallelen Abschnitts des Prüfkörpers vor dem Test erhalten wird.
Es sollte beachtet werden, dass die „starke elastische Verformbarkeit" in der vorliegenden Anmeldung bedeutet, dass die Dehnung des Prüfkörpers innerhalb der vorstehend genannten Streckgrenze stark ist. Ferner bedeutet der „niedrige Youngsche Modul" in der vorliegenden Anmeldung, dass der vorstehend genannte durchschnittliche Youngsche Modul bezüglich des herkömmlichen und allgemeinen Youngschen Moduls kleiner ist. Ferner bedeutet die „hohe Festigkeit" in dieser Anmeldung, dass die vorstehend genannte Streckgrenze oder die vorstehend genannte Zugfestigkeit hoch ist.
Es sollte beachtet werden, dass die „Titanlegierung" in der vorliegenden Erfindung verschiedene Formen umfasst, und dass es sich dabei nicht nur um Werkstücke handelt (wie z. B. Blöcke, Brammen, Barren, Sinterkörper, gewalzte Produkte, geschmiedete Produkte, Drahtstäbe, Platten, Stäbe, usw.), sondern auch um Titanlegierungselemente (beispielsweise Zwischenverarbeitungsprodukte, Endprodukte, Teile davon, usw.), zu denen sie verarbeitet werden (nachstehend sind die Bedeutungen identisch).
(2) Alternativ wird die Titansinterlegierung nach Anspruch 2 bereitgestellt.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Sinterlegierungen (Titansinterlegierungen), die Titan und geeignete Mengen von Elementen der Gruppe Va umfassen, mechanische Eigenschaften aufweisen, die derart sind, dass ein niedriger Youngscher Modul und eine starke elastische Verformbarkeit und eine hohe Festigkeit vorliegen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bestätigt, dass diese Titanlegierung mit guten Kaltumformungseigenschaften ausgestattet ist. Der Grund dafür, warum ein Element der Gruppe Va auf 30 bis 50 Gew.-% eingestellt wird, ist mit dem vorstehend genannten Grund identisch.
Es ist nach wie vor nicht klar, warum die Titanlegierung mit dieser Zusammensetzung einen niedrigen Youngschen Modul, eine starke elastische Verformbarkeit und eine hohe Festigkeit aufweist, und warum sie bezüglich der Kaltumformungseigenschaften gut ist, jedoch wird gegenwärtig davon ausgegangen, dass die Gründe dafür den vorstehend genannten Gründen entsprechen.
Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Titanlegierung nach Anspruch 10 bereitgestellt.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren (dieses wird nachstehend gegebenenfalls als „Sinterverfahren" bezeichnet) ist zur Herstellung der vorstehend genannten Titanlegierungen geeignet.
Wie es aus den vorstehend genannten Patentveröffentlichungen, usw., ersichtlich ist, werden herkömmliche Titanlegierungen häufig durch Gießen nach dem Schmelzen eines Titanausgangsmaterials (z. B. eines Titanschwamms) und eines Legierungsausgangsmaterials und danach Walzen der resultierenden Blöcke hergestellt (dieses Verfahren wird gegebenenfalls als „Schmelzverfahren" bezeichnet).
Da jedoch Titan einen hohen Schmelzpunkt aufweist und bei erhöhten Temperaturen sehr aktiv ist, ist es schwierig, das Schmelzen als solches durchzuführen, und es treten häufig Fälle auf, bei denen spezielle Vorrichtungen zur Durchführung des Schmelzens erforderlich sind. Ferner ist es schwierig, die Zusammensetzungen während des Schmelzens einzustellen und es ist erforderlich, Mehrfachschmelzvorgänge, usw., durchzuführen. Ferner ist es weniger wahrscheinlich, dass bei einer Titanlegierung, wie z. B. der erfindungsgemäßen Ti tanlegierung, die große Mengen der Legierungskomponenten (insbesondere der β-stabilisierenden Elemente) enthält, Makroabscheidungen der Komponenten vermieden werden, und eine Titanlegierung mit einer stabilen Qualität kann nur schwer erhalten werden.
Andererseits gibt es bei dem erfindungsgemäßen Sinterverfahren keine Nachteile, wie z. B. bei dem Schmelzverfahren, da es nicht erforderlich ist, die Ausgangsmaterialien zu schmelzen, und es ist möglich, die erfindungsgemäße Titanlegierung effizient herzustellen.
Da insbesondere die Ausgangsmaterialpulver durch den Mischschritt einheitlich gemischt werden, kann eine homogene Titanlegierung einfach erhalten werden. Da ferner ein Rohpresskörper (Grünling), der von Beginn an eine gewünschte Form aufweist, durch den Pressschritt gepresst werden kann, können die Herstellungsschritte signifikant vermindert werden. Es sollte beachtet werden, dass der Rohpresskörper bzw. Grünling zu Werkstückformen, wie z. B. Platten, Stäben, usw., gepresst werden kann, und zu Formen von Endprodukten oder zu Formen von Zwischenprodukten, bevor die Endprodukte erhalten werden, gepresst werden kann. Ferner sind in dem Sinterschritt keine speziellen Vorrichtungen erforderlich, wie z. B. diejenigen des Schmelzverfahrens, da der Grünling bei Temperaturen gesintert werden kann, die beträchtlich niedriger sind als die Schmelzpunkte von Titanlegierungen. Darüber hinaus kann eine wirtschaftliche und effiziente Produktion durchgeführt werden.
Es sollte beachtet werden, dass das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren bezüglich des Mischschritts zwei oder mehr Ausgangsmaterialpulver nutzt und es auf dem so genannten Verfahren der gemischten Elemente (Mischverfahren) beruht.
Es sollte beachtet werden, dass die Zusammensetzungsbereiche der vorstehend genannten jeweiligen Elemente in Form von „x bis y Gew.-%" angegeben sind, falls nichts anderes angegeben ist, was bedeutet, dass der untere Grenzwert (x Gew.-%) und der obere Grenzwert (y Gew.-%) umfasst sind.
1A ist eine Zeichnung, die schematisch ein Spannung-Dehnung-Diagramm einer erfindungsgemäßen Titanlegierung veranschaulicht.
1B ist eine Zeichnung, die schematisch ein Spannung-Dehnung-Diagramm einer herkömmlichen Titanlegierung veranschaulicht.
Titanlegierung
(1) Durchschnittlicher Youngscher Modul und Streckgrenze
Der durchschnittliche Youngsche Modul und die Streckgrenze, die bei der erfindungsgemäßen Titanlegierung von Bedeutung sind, werden nachstehend unter Verwendung der 1A und 1B detailliert beschrieben. Die 1A ist eine Zeichnung, die schematisch ein Spannung-Dehnung-Diagramm der erfindungsgemäßen Titanlegierung veranschaulicht, und die 1B ist eine Zeichnung, die schematisch ein Spannung-Dehnung-Diagramm einer herkömmlichen Titanlegierung (Ti-6Al-4V-Legierung) veranschaulicht.
➀ Wie es in der 1B veranschaulicht ist, nimmt bei dem herkömmlichen Metallmaterial die Dehnung bezogen auf die Zunahme der Zugfestigkeit linear zu (zwischen ➀'–➀). Der Youngsche Modul des herkömmlichen Metallmaterials wird durch den Gradienten der Geraden bestimmt. Mit anderen Worten: Der Youngsche Modul ist ein Wert, der durch Dividieren der Zugspannung (Nennspannung) durch die Dehnung (Nenndehnung), die in einem proportionalen Verhältnis dazu steht, bestimmt wird.
Auf der Geraden (zwischen ➀'–➀), wo die Spannung und die Dehnung (Beanspruchung) in einer proportionalen Beziehung zueinander stehen, ist die Verformung elastisch, so dass beispielsweise dann, wenn die Spannung entfernt wird, die Dehnung, welche die Verformung eines Prüfkörpers ist, auf 0 zurückkehrt. Wenn jedoch über den Bereich der Geraden hinaus weiter eine Zugspannung ausgeübt wird, beginnen die herkömmlichen Metallmaterialien, sich plastisch zu verformen, und selbst dann, wenn die Spannung entfernt wird, kehrt die Dehnung nicht auf 0 zurück und es entsteht eine permanente Dehnung.
Üblicherweise wird eine Spannung σ p, bei der eine permanente Spannung 0,2% wird, als 0,2%-Dehngrenze (JIS Z 2241) bezeichnet. Diese 0,2%-Dehngrenze ist auch eine Spannung an dem Schnittpunkt (Position ➁) zwischen einer Geraden (➁'–➁), die durch Parallelverschiebung der Geraden (➀'–➀: die Tangentenlinie des ansteigenden Abschnitts) im elastischen Verformungsbereich um eine Dehnung von 0,2% erhalten wird, und der Spannung-Dehnung-Kurve auf dem Spannung-Dehnung-Diagramm.
In dem Fall herkömmlicher Metallmaterialien wird üblicherweise davon ausgegangen, dass die 0,2%-Dehngrenze der Streckgrenze entspricht, und zwar auf der Basis der empirischen Regel, dass sie dann, „wenn die Spannung etwa 0,2% übersteigt, zu einer permanenten Spannung wird". Umgekehrt wird angenommen, dass die Beziehung zwischen der Spannung und der Dehnung innerhalb der 0,2%-Dehngrenze im Allgemeinen linear oder elastisch ist.
➁ Wie es jedoch aus dem Spannung-Dehnung-Diagramm von 1A ersichtlich ist, kann ein solches herkömmliches Konzept nicht auf die erfindungsgemäße Titanlegierung angewandt werden. Die Gründe dafür sind nicht klar, jedoch wird im Fall der erfindungsgemäßen Titanlegierung das Spannung-Dehnung-Diagramm im elastischen Verformungsbereich nicht linear, sondern bildet eine nach oben konvex ausgebildete Kurve (➀'–➁), und wenn die Spannung entfernt wird, kehrt die Dehnung entlang der gleichen Kurve ➀'–➀ auf 0 zurück oder es entsteht eine permanente Dehnung entlang ➁–➁'.
Folglich stehen bei der erfindungsgemäßen Titanlegierung die Spannung und die Dehnung selbst in dem elastischen Verformungsbereich (➀–➀') nicht in einer linearen Beziehung zueinander, und wenn die Spannung zunimmt, nimmt die Dehnung abrupt zu. Darüber hinaus gilt das Gleiche in dem Fall, wenn die Spannung entfernt wird, wobei die Spannung und die Dehnung nicht in einer linearen Beziehung zueinander stehen, so dass dann, wenn die Spannung abnimmt, die Dehnung abrupt abnimmt. Es wird davon ausgegangen, dass diese Eigenschaften sich als starke elastische Verformbarkeit der erfindungsgemäßen Titanlegierung zeigen.
Ferner ist es im Fall der erfindungsgemäßen Titanlegierung aus der 1A auch ersichtlich, dass die Spannung umso stärker zunimmt, je größer die Abnahme des Gradienten der Tangentenlinie in dem Spannung-Dehnung-Diagramm ist. Folglich ist es im elastischen Verformungsbereich nicht angemessen, den Youngschen Modul der vorliegenden Erfindung mit dem herkömmlichen Verfahren zu definieren, da sich die Spannung und die Dehnung nicht linear ändern.
Darüber hinaus ist es in dem Fall der erfindungsgemäßen Titanlegierung auch nicht angemessen, die 0,2%-Dehngrenze (σ p'), die der Streckgrenze entspricht, mit dem gleichen Verfahren, wie es herkömmlich eingesetzt wird, zu bewerten, da sich die Spannung und die Dehnung nicht linear ändern. D. h., die 0,2%-Dehngrenze, die mit dem herkömmlichen Verfahren bestimmt wird, weist einen beträchtlich kleineren Wert auf als die inhärente Streckgrenze, und es ist möglich, davon auszugehen, dass die 0,2%-Dehngrenze der Streckgrenze entspricht.
Daher wird, wobei auf die ursprüngliche Definition Bezug genommen wird, festgelegt, dass die Streckgrenze (σ e) der erfindungsgemäßen Titanlegierung in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmt wird (Position ➁ in der 1A), und es wird ferner festgelegt, den vorstehend genannten durchschnittlichen Youngschen Modul hier als Youngschen Modul der erfindungsgemäße Titanlegierung einzuführen.
Es sollte beachtet werden, dass in der 1A und in der 1B σ t die Zugfestigkeit, ε e die Dehnung bei der Streckgrenze (σ e) der erfindungsgemäßen Titanlegierung ist und ε p die Dehnung bei der 0,2%-Dehngrenze (σ p) des herkömmlichen Metallmaterials ist.
(2) Zusammensetzung
➀ Die erfindungsgemäße Titanlegierung kann, wenn die Gesamtmenge als 100 Gew.-% angesetzt wird, vorzugsweise ein oder mehrere Element(e), das bzw. die aus der Metallelementgruppe bestehend aus Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) und Scandium (Sc) ausgewählt ist bzw. sind, in einer Gesamtmenge von 20 Gew.-% oder mehr enthalten.
Zirkonium und Hafnium sind dahingehend effektiv, die Youngsche Elastizität zu vermindern und die Festigkeit zu erhöhen. Darüber hinaus stören diese Elemente die Verminderung des Youngschen Moduls durch das Element der Gruppe Va nicht, da sie der gleichen Gruppe (IVa) von Elementen wie Titan angehören und da sie neutrale Elemente sind, die vollständig eine feste Lösung bilden.
Ferner vermindert Scandium, wenn es in Titan gelöst wird, einzeln die Bindungsenergie zwischen den Titanatomen zusammen mit dem Element der Gruppe Va und es ist ein effektives Element zur weiteren Verminderung des Youngschen Moduls (Referenzmaterial: Proc. 9th World Conf. on Titanium (1999), wird veröffentlicht).
Wenn diese Elemente in einer Gesamtmenge von mehr als 20% vorliegen, ist dies nicht bevorzugt, da es die Verminderung der Festigkeit und der Zähigkeit durch eine Materialabscheidung und einen Anstieg der Kosten verursacht.
Um den Youngschen Modul, die Festigkeit, die Zähigkeit, usw., ausgewogen bereitzustellen, können diese Elemente vorzugsweise in einer Gesamtmenge von 1 Gew.-% oder mehr, mehr bevorzugt von 5 bis 15 Gew.-% vorliegen.
Da diese Elemente ferner bezüglich vieler Aspekte der Eigenschaften einem Element der Gruppe Va entsprechen, können sie innerhalb eines vorgegebenen Bereichs durch ein Element der Gruppe Va ersetzt werden.
D. h., es ist bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Titanlegierung ein oder mehrere Element(e), das bzw. die aus der Metallelementgruppe bestehend aus Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) und Scandium (Sc) ausgewählt ist bzw. sind, in einer Gesamtmenge von 20 Gew.-% oder weniger, ein Element der Gruppe Va (der Vanadiumgruppe) in einer Gesamtmenge von 30 bis 50 Gew.-% zusammen mit dem einen oder den mehreren Element(en) der Metallelementgruppe und als Rest im Wesentlichen Titan umfasst, einen durchschnittlichen Youngschen Modul von 75 GPa oder weniger und eine Streckgrenze von 700 MPa oder mehr aufweist.
Alternativ ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Titanlegierung eine Sinterlegierung ist, die ein oder mehrere Element(e), das bzw. die aus der Metallelementgruppe bestehend aus Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) und Scandium (Sc) ausgewählt ist bzw. sind, in einer Gesamtmenge von 20 Gew.-% oder weniger, ein Element der Gruppe Va (der Vanadiumgruppe) in einer Gesamtmenge von 30 bis 50 Gew.-% zusammen mit dem einen oder den mehreren Element(en) der Metallelementgruppe und als Rest im Wesentlichen Titan umfasst Zirkonium, usw., wird auf eine Gesamtmenge von 20 Gew.-% oder weniger eingestellt, wie es vorstehend erwähnt worden ist. Darüber hinaus können diese Elemente entsprechend in einer Gesamtmenge von vorzugsweise 1 Gew.-% oder weniger und mehr bevorzugt von 5 bis 15 Gew.-% oder weniger vorliegen.
➁ Es ist bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Titanlegierung ein oder mehrere Element(e) enthält, das bzw. die aus der Metallelementgruppe bestehend aus Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Cobalt (Co) und Nickel (Ni) ausgewählt ist bzw. sind. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Gesamtmenge als 100 Gew.-% angesetzt wird, dass das vorstehend genannte Chrom und das vorstehend genannte Molybdän jeweils in einer Menge von 20 Gew.-% oder weniger vorliegen, und dass das vorstehend genannte Mangan, das vorstehend genannte Eisen, das vorstehend genannte Cobalt und das vorstehend genannte Nickel jeweils in einer Menge von 10 Gew.-% oder weniger vorliegen.
Das Chrom und das Molybdän sind effektive Elemente zur Verbesserung der Festigkeit und der Warmschmiedbarkeit der Titanlegierung. Wenn die Warmschmiedbarkeit verbessert wird, können Verbesserungen der Produktivität und der Materialausbeute der Titanlegierung erreicht werden. Wenn das Chrom oder das Molybdän in einer Menge von mehr als 20 Gew.-% vorliegen, ist es wahrscheinlich, dass eine Materialabscheidung stattfindet, so dass es schwierig ist, ein homogenes Material zu erhalten. Wenn diese Elemente in einer Menge von 1 Gew.-% oder mehr vorliegen, ist es bevorzugt, die Verbesserungen der Festigkeit, usw., durch die Verstärkung aufgrund der festen Lösung zu erreichen, und die Menge beträgt mehr bevorzugt 3 bis 15 Gew.-%.
Das Mangan, das Eisen, das Cobalt und das Nickel sind wie Molybdän, usw., effektive Elemente zur Verbesserung der Festigkeit und der Warmschmiedbarkeit der Titanlegierung. Demgemäß können diese Elemente anstelle des Chroms, des Molybdäns, usw., oder zusätzlich zu dem Chrom, dem Molybdän, usw., enthalten sein. Wenn die Menge dieser Elemente jedoch 10 Gew.-% übersteigt, ist dies nicht bevorzugt, da sich intermetallische Verbindungen zwischen diesen und dem Titan bilden, so dass die Duktilität abnimmt. Wenn diese Elemente in einer Menge von 1 Gew.-% oder mehr vorliegen, ist es bevorzugt, die Verbesserungen der Festigkeit, usw., durch die Verstärkung aufgrund der festen Lösung zu erreichen, und die Menge beträgt mehr bevorzugt 2 bis 7 Gew.-%.
➂ In dem Fall, bei dem die erfindungsgemäße Titanlegierung die Sinterlegierung ist, ist es angemessen, dass zusätzlich zu der vorstehend genannten Metallelementgruppe Zinn zugesetzt wird.
Insbesondere ist es besser, dass die erfindungsgemäße gesinterte Titanlegierung bzw. Titansinterlegierung ein oder mehrere Element(e) enthält, das bzw. die aus der Metallelementgruppe bestehend aus Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Cobalt (Co), Nickel (Ni) und Zinn (Sn) ausgewählt ist bzw. sind. Insbesondere ist es, wenn die Gesamtmenge als 100 Gew.-% angesetzt wird, viel besser, dass das vorstehend genannte Chrom und das vorstehend genannte Molybdän jeweils in einer Menge von 20 Gew.-% oder weniger vorliegen, und dass das vorstehend genannte Mangan, das vorstehend genannte Eisen, das vorstehend genannte Cobalt, das vorstehend genannte Nickel und das vorstehend genannte Zinn in einer Menge von 10 Gew.-% oder weniger vorliegen.
Das Zinn ist ein α-stabilisierendes Element und ein effektives Element zur Verbesserung der Festigkeit der Titanlegierung. Demgemäß kann das Zinn in einer Menge von 10 Gew.-% oder weniger zusammen mit den Elementen, wie z. B. Molybdän, usw., enthalten sein. Wenn die Menge des Zinns 10 Gew.-% übersteigt, nimmt die Duktilität der Titanlegierung ab, so dass eine Verminderung der Produktivität verursacht wird. Wenn das Zinn in einer Menge von 1 Gew.-% oder mehr oder ferner von 2 bis 8 Gew.-% vorliegt, wird vorzugsweise eine starke Erhöhung der Festigkeit zusammen mit einer Verminderung des Youngschen Moduls erreicht. Es sollte beachtet werden, dass die Elemente, wie z. B. Molybdän, usw., mit den vorstehend genannten Elementen identisch sind.
➃ Es ist bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Titanlegierung Aluminium enthält. Konkret ist es ferner bevorzugt, dass dann, wenn die Gesamtmenge als 100 Gew.-% angesetzt wird, das vorstehend genannte Aluminium in einer Menge von 0,3 bis 5 Gew.-% enthalten ist.
Das Aluminium ist ein effektives Element zur Verbesserung der Festigkeit einer Titanlegierung. Demgemäß können 0,3 bis 5 Gew.-% Aluminium anstelle des Molybdäns, des Eisens, usw., oder zusätzlich zu diesen Elementen enthalten sein. Wenn das Aluminium in einer Menge von weniger als 0,3 Gew.-% vorliegt, ist der Vorgang der Verstärkung durch eine feste Lösung unzureichend, so dass eine ausreichende Verbesserung der Festigkeit nicht erreicht werden kann. Wenn das Aluminium darüber hinaus in einer Menge von mehr als 5 Gew.-% vorliegt, vermindert es die Duktilität der Titanlegierung. Wenn das Aluminium in einer Menge von 0,5 bis 3 Gew.-% vorliegt, ist dies vorzugsweise im Hinblick auf das Erreichen einer stabilen Verbesserung der Festigkeit mehr bevorzugt.
Es sollte beachtet werden, dass es mehr bevorzugt ist, wenn das Aluminium zusammen mit dem Zinn zugesetzt wird, da die Festigkeit stärker verbessert werden kann, ohne die Zähigkeit der Titanlegierung zu vermindern.
➄ Wenn die Gesamtmenge als 100 Gew.-% angesetzt wird, enthält die erfindungsgemäße Titanlegierung 0,10 bis 0,6 Gew.-% Sauerstoff (O) und gegebenenfalls 0,05 bis 1,0 Gew.-% Kohlenstoff (C) und/oder 0,05 bis 0,8 Gew.-% Stickstoff (N).
Der Sauerstoff, der Kohlenstoff und der Stickstoff sind feste Lösung-Verstärkungselemente des Zwischengittertyps und effektive Elemente bei der Stabilisierung der α-Phase der Titanlegierung, so dass deren Festigkeit verbessert wird.
Wenn die Menge des Sauerstoffs weniger als 0,08 Gew.-% beträgt und wenn die Menge des Kohlenstoffs oder des Stickstoffs weniger als 0,05 Gew.-% beträgt, ist die Verbesserung der Festigkeit der Titanlegierung nicht zufrieden stellend. Wenn darüber hinaus Sauerstoff in einer Menge von mehr als 0,6 Gew.-% vorliegt, Kohlenstoff in einer Menge von mehr als 1,0 Gew.-% vorliegt und Stickstoff in einer Menge von mehr als 0,8 Gew.-% vorliegt, ist dies nicht bevorzugt, da eine Versprödung der Titanlegierung verursacht wird. Wenn Sauerstoff in einer Menge von 0,1 Gew.-% oder mehr und ferner von 0,15 bis 0,45 Gew.-% vorliegt, ist dies bezüglich der Ausgewogenheit zwischen der Festigkeit und der Duktilität der Titanlegierung mehr bevorzugt. Entsprechend ist es bezüglich der Ausgewogenheit zwischen der Festigkeit und der Duktilität mehr bevorzugt, wenn Kohlenstoff in einer Menge von 0,1 bis 0,8 Gew.-% und Stickstoff in einer Menge von 0,1 bis 0,6 Gew.-% vorliegen.
➅ Es ist bevorzugt, dass dann, wenn die Gesamtmenge als 100 Gew.-% angesetzt wird, die erfindungsgemäße Titanlegierung 0,01 bis 1,0 Gew.-% Bor (B) enthält.
Bor ist ein effektives Element zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Warmumformbarkeit der Titanlegierung. Das Bor löst sich kaum in der Titanlegierung und im Wesentlichen dessen gesamte Menge wird als Titan-Mischteilchen (TiB-Teilchen, usw.) abgeschieden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass diese abgeschiedenen Teilchen das kristalline Kornwachstum der Titanlegierung beträchtlich inhibieren, so dass die Struktur der Titanlegierung fein aufrechterhalten wird.
Wenn das Bor in einer Menge von weniger als 0,01 Gew.-% vorliegt, ist der Effekt nicht ausreichend, und wenn die Menge 1,0 Gew.-% übersteigt, findet durch eine Vermehrung der abgeschiedenen Teilchen mit hoher Steifigkeit ein Anstieg des gesamten Youngschen Moduls der Titanlegierung und eine Verschlechterung der Kaltumformbarkeit statt.
Es sollte beachtet werden, dass in dem Fall, bei dem 0,01 Gew.-% Bor zugesetzt werden, es sich um 0,055 Vol.-% bei der Umrechnung in die TiB-Teilchen handelt, während es sich in dem Fall, bei dem 1 Gew.-% Bor zugesetzt werden, um 5,5 Vol.-% bei der Umrechnung in die TiB-Teilchen handelt. Demgemäß ist es anders gesagt bezüglich der erfindungsgemäßen Titanlegierung bevorzugt, dass die Titanboridteilchen im Bereich von 0,055 Vol.-% bis 5,5 Vol.-% vorliegen.
Ferner können die vorstehend genannten jeweiligen Komponentenelemente optional innerhalb der vorgegebenen Bereiche kombiniert werden. Konkret kann die erfindungsgemäße Titanlegierung durch zweckmäßiges und selektives Kombinieren der vorstehend genannten Zr, Hf, Sc, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Sn, Al, O, C, N und B innerhalb der vorstehend genannten Bereiche hergestellt werden. Dies schließt jedoch nicht aus, weitere Elemente innerhalb Bereichen zuzusetzen, die nicht zu einer Abweichung von den wesentlichen Merkmalen der erfindungsgemäßen Titanlegierung führen.
(2) Kaltumformungsstruktur
Die Kaltumformungsstruktur ist eine Struktur, die durch Kaltumformen der Titanlegierung erhalten wird. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass die vorstehend genannte Titanlegierung bezüglich der Kaltumformbarkeit sehr gut war und dass die Titanle gierung, die einem Kaltumformen unterzogen worden ist, einen beträchtlich niedrigen Youngschen Modul, eine starke elastische Verformbarkeit und eine hohe Festigkeit aufwies.
Das „Kaltumformen" wird bei einer Temperatur durchgeführt, die ausreichend niedriger ist als die Rekristallisationstemperatur (die niedrigste Temperatur, welche die Rekristallisation verursacht) der Titanlegierung. Die Rekristallisationstemperatur hängt von den Zusammensetzungen ab, jedoch beträgt sie im Allgemeinen etwa 600°C und üblicherweise kann die erfindungsgemäße Titanlegierung vorzugsweise im Bereich von Normaltemperatur bis 300°C kaltumgeformt werden.
Ferner ist die Kaltverarbeitungsstruktur von X% oder mehr eine Kaltverarbeitungsstruktur, die erzeugt wird, wenn das Kaltumformungsverhältnis, das durch die folgende Gleichung definiert ist, X% oder mehr beträgt. Kaltumformungsverhältnis „X" = (S0 – S)/S0 × 100(%)(S₀: Querschnittsfläche vor dem Kaltumformen, S: Querschnittsfläche nach dem Kaltumformen).
Durch ein solches Kaltumformen wird in der Titanlegierung eine Dehnung verursacht. Es wird davon ausgegangen, dass diese Dehnung eine Änderung des Mikroaufbaus in der Zusammensetzungsstruktur auf einem atomaren Niveau verursacht, und dass sie zur Verminderung des Youngschen Moduls der vorliegenden Erfindung beiträgt.
Ferner wird angenommen, dass die Akkumulation der elastischen Dehnung, die mit der Änderung des Mikroaufbaus auf einem atomaren Niveau einhergeht, die aus der Kaltumformung resultiert, zur Verbesserung der Festigkeit der Titanlegierung beiträgt.
Konkret ist es bevorzugt, dass die Titanlegierung eine Kaltumformungsstruktur von 10% oder mehr, einen durchschnittlichen Youngschen Modul von 70 GPa oder weniger und eine Streckgrenze von 750 MPa aufweist.
Durch die Kaltumformung können die Verminderung des Youngschen Moduls, die Verstärkung der elastischen Verformbarkeit und die Erhöhung der Festigkeit der Titanlegierung weiter verbessert werden.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Titanlegierung die vorstehend genannte Kaltumformungsstruktur von 50% oder mehr, einen Youngschen Modul von 65 GPa oder weniger und eine Streckgrenze von 800 MPa oder mehr aufweist. Darüber hinaus ist es mehr bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Titanlegierung die vorstehend genannte Kaltumformungsstruktur von 70% oder mehr, einen Youngschen Modul von 60 GPa oder weniger und eine Streckgrenze von 850 MPa oder mehr aufweist. Darüber hinaus ist es noch mehr bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Titanlegierung die vorstehend genannte Kaltumformungsstruktur von 90% oder mehr, einen Youngschen Modul von 55 GPa oder weniger und eine Streckgrenze von 900 MPa oder mehr aufweist.
Die Details, warum mit der erfindungsgemäßen Titanlegierung ein Kaltumformungsverhältnis von 99% oder mehr bereitgestellt werden kann, sind noch nicht klar, jedoch unterscheidet sie sich dadurch deutlich von den herkömmlichen Titanlegierungen. Bei einem Vergleich mit einer herkömmlichen Titanlegierung (z. B. Ti-22V-4Al: sogenanntes DAT51, usw.), die bezüglich der Kaltumformungseigenschaften gut ist, ist das Kaltumformungsverhältnis der erfindungsgemäßen Titanlegierung ein herausragender Wert.
Folglich ist die erfindungsgemäße Titanlegierung das am besten geeignete Material für verschiedene kaltumgeformte und geformte Produkte, die nicht nur einen niedrigen Youngschen Modul, sondern auch eine starke elastische Verformbarkeit und eine hohe Festigkeit aufweisen müssen, da die erfindungsgemäße Titanlegierung bezüglich der Kaltumformungseigenschaften extrem gut ist, und da eine Tendenz dahingehend besteht, dass deren Materialeigenschaften und mechanischen Eigenschaften weiter verbessert sind.
(3) Sinterlegierung (Titansinterlegierung bzw. gesinterte Titanlegierung)
Eine Sinterlegierung ist eine Legierung, die durch Sintern eines Ausgangsmaterialpulvers erhalten wird. In dem Fall, bei dem die erfindungsgemäße Titanlegierung eine Sinterlegierung ist, zeigt sie einen niedrigen Youngschen Modul, eine starke elastische Verformbarkeit, eine hohe Festigkeit und eine gute Kaltumformbarkeit.
Beispielsweise kann die Titansinterlegierung einen durchschnittlichen Youngschen Modul von 75 GPa oder weniger und eine Streckgrenze von 700 MPa oder mehr aufweisen.
Ferner können bei der erfindungsgemäßen Titanlegierung der Youngsche Modul, die Festigkeit, die Dichte, usw., durch Einstellen der Porenmenge in deren Struktur eingestellt werden. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass die Sinterlegierung 30 Vol.-% oder weniger Poren ent hält. Dadurch, dass die Poren in einer Menge von 30 Vol.-% oder weniger vorliegen, ist es selbst dann, wenn sie die gleiche Legierungszusammensetzung aufweist, entsprechend möglich, den durchschnittlichen Youngschen Modul stark zu senken.
Wenn die Sinterlegierung eine Struktur aufweist, bei der die Poren durch Warmumformen auf 5 Vol.-% oder weniger verdichtet werden, ist dies bevorzugt, da dadurch neue Vorteile der Sinterlegierung erhalten werden können.
Wenn die Sinterlegierung durch Warmumformen verdichtet wird, kann die Titanlegierung zusätzlich zu dem niedrigen Youngschen Modul, der starken elastischen Verformbarkeit und der hohen Festigkeit eine gute Kaltumformbarkeit aufweisen. Ferner ist es mehr bevorzugt, dass die Poren auf 1 Vol.-% oder weniger vermindert sind.
Es sollte beachtet werden, dass Warmumformen für eine plastische Verformung steht, die bei Rekristallisationstemperaturen oder höher durchgeführt wird, wie z. B. ein Warmschmieden, ein Warmwalzen, ein Warmgesenkschmieden, HIP, usw.
Ferner sind mit Poren Hohlräume gemeint, die in Sinterlegierungen vorliegen, und diese werden mit der relativen Dichte bewertet. Die relative Dichte wird durch einen Prozentwert (ρ/ρ₀) × 100(%) ausgedrückt, wobei die Dichte ρ einer gesinterten Substanz durch die wahre Dichte ρ₀ (in dem Fall, bei dem die restlichen Poren 0% betragen) dividiert wird, wobei die Vol.-% der Poren durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. Vol.-% der Poren = {1 – (ρ/ρ0)} × 100(%)
Beispielsweise ist es in dem Fall, bei dem ein Metallpulver einem CIP (kaltisostatischen Pressen) unterzogen wird, möglich, die volumetrische Menge der Poren durch Einstellen des hydrostatischen Drucks (z. B. 2 bis 4 Tonnen/cm²) einfach einzustellen.
Die Größe der Poren ist nicht speziell beschränkt, jedoch wird beispielsweise dann, wenn der durchschnittliche Durchmesser 50 μm oder weniger beträgt, die Einheitlichkeit der Sinterlegierung beibehalten, die Verminderung der Festigkeit wird unterdrückt und die Titanlegierung weist eine geeignete Duktilität auf. Dabei steht der durchschnittliche Durchmesser für den durchschnittlichen Durchmesser von Kreisen, der durch Ersetzen der Poren, die mit einer zweidimensionalen Bildverarbeitung gemessen werden, durch Kreise mit äquivalenten Querschnittsflächen berechnet wird.
Verfahren zur Herstellung der Titanlegierung
(1) Ausgangsmaterialpulver
Das Ausgangsmaterialpulver, das in dem Fall des Sinterverfahrens benötigt wird, enthält mindestens Titan und ein Element der Gruppe Va. Es kann jedoch in verschiedenen Formen vorliegen. Beispielsweise kann das Ausgangsmaterialpulver ferner Zr, Hf, Sc, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Sn, Al, O, C, N oder B enthalten.
Konkret ist es z. B. bevorzugt, dass dann, wenn die Gesamtmenge 100 Gew.-% beträgt, das Ausgangsmaterialpulver ein oder mehrere Element(e), das bzw. die aus der Metallelementgruppe bestehend aus Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) und Scandium (Sc) ausgewählt ist bzw. sind, in einer Gesamtmenge von 20 Gew.-% oder weniger enthält.
Ferner ist es bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren die Schritte umfasst: Einen Mischschritt des Mischens von mindestens zwei oder mehr Ausgangsmaterialpulvern, die ein oder mehrere Element(e), das bzw. die aus der Metallelementgruppe bestehend aus Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) und Scandium (Sc) ausgewählt ist bzw. sind, in einer Gesamtmenge von 20 Gew.-% oder weniger und ein Element der Gruppe Va (Vanadiumgruppe) in einer Gesamtmenge von 30 bis 50 Gew.-% zusammen mit dem einen oder den mehreren Element(en) der Metallelementgruppe enthalten, einen Pressschritt des Pressens eines Mischpulvers, das durch den Mischschritt erhalten worden ist, zu einem Grünling mit einer vorgegebenen Form, und einen Sinterschritt des Sinterns des in dem Pressschritt erhaltenen Grünlings durch Erwärmen bzw. Erhitzen.
Alternativ ist es bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren die Schritte umfasst: Einen Einbringschritt des Einbringens eines Ausgangsmaterialpulvers, das mindestens Titan, ein oder mehrere Element(e), das bzw. die aus der Metallelementgruppe bestehend aus Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) und Scandium (Sc) ausgewählt ist bzw. sind, in einer Gesamtmenge von 20 Gew.-% oder weniger, und ein Element der Gruppe Va (Vanadiumgruppe) in einer Gesamtmenge von 30 bis 50 Gew.-% zusammen mit dem einen oder den mehreren Element(en) der Metallelementgruppe enthält, in einen Behälter mit einer vorgegebenen Form, und einen Sinterschritt des Sinterns des Ausgangsmaterialpulvers in dem Behälter unter Verwendung eines heißisostatischen Pressverfahrens (HIP-Verfahrens) nach dem Einbringschritt.
Es ist bevorzugt, dass das Ausgangsmaterialpulver ferner mindestens ein oder mehrere Element(e) enthält, das bzw. die aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Mangan, Cobalt, Nickel, Molybdän, Eisen, Zinn, Aluminium, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Bor ausgewählt ist.
Wenn das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren den Mischschritt umfasst, ist es bevorzugt, dass das Ausgangsmaterial zwei oder mehr reine Metallelementpulver und/oder -legierungspulver umfasst.
Als ein konkret verwendbares Pulver kann z. B. ein Schwammpulver, ein Hydrid-Dehydrid-Titanpulver, ein Titanhydridpulver, ein zerstäubtes Pulver, usw., verwendet werden. Die Teilchenkonfiguration und der Teilchendurchmesser (Teilchendurchmesserverteilung) des Pulvers sind nicht speziell beschränkt, und ein käufliches Pulver kann als solches verwendet werden. Bezüglich des verwendbaren Pulvers ist es im Hinblick auf die Kosten und die Dichte eines Sinterkörpers jedoch bevorzugt, dass der durchschnittliche Teilchendurchmesser 100 μm oder weniger beträgt. Wenn darüber hinaus der Teilchendurchmesser des Pulvers 45 μm (#325) oder weniger beträgt, ist es wahrscheinlich, dass ein Sinterkörper mit einer viel höheren Dichte erhalten wird.
In dem Fall, bei dem in dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren das HIP-Verfahren eingesetzt wird, ist es bevorzugt, dass das Ausgangsmaterialpulver ein Legierungspulver umfasst, das Titan und mindestens ein Element der Gruppe Va enthält. Dieses Legierungspulver ist ein Pulver, das die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Titanlegierung aufweist und z. B. mit einem Gaszerstäubungsverfahren, einem REP-Verfahren (Drehelektrodenverfahren), einem PREP-Verfahren (Plasma-Drehelektrodenverfahren) oder einem Verfahren hergestellt wird, bei dem ein Block, der durch das Schmelzverfahren erzeugt worden ist, hydriert und danach pulverisiert wird, und darüber hinaus mit einem MA-Verfahren (mechanischen Legierungsverfahren), usw., hergestellt wird.
(2) Mischschritt
Der Mischschritt ist ein Schritt, bei dem das Ausgangsmaterialpulver gemischt wird. Beim Mischen kann ein V-förmiger Mischer, eine Kugelmühle und eine Schwingungsmühle, eine Hochenergie-Kugelmühle (z. B. eine Reibmühle), usw., verwendet werden.
(3) Pressschritt
Der Pressschritt ist ein Schritt, bei dem ein Mischpulver, das in dem Mischschritt erhalten worden ist, zu einem Grünling mit einer vorgegebenen Form ausgebildet wird. Die Form des Grünlings kann den Endformen von Produkten entsprechen, oder es kann sich in dem Fall, bei dem nach dem Sinterschritt eine weitere Verarbeitung durchgeführt wird, um eine Barrenform, usw., handeln.
Als Pressschritt kann z. B. ein Formwerkzeugpressen, ein CIP (kaltisostatisches Pressen), ein RIP-Formen (isostatisches Kautschukformpressen), usw., verwendet werden.
(4) Einbringschritt
Der Einbringschritt ist ein Schritt, bei dem das vorstehend genannte Ausgangsmaterialpulver, das mindestens Titan und das Element der Gruppe Va enthält, in einen Behälter mit einer vorgegebenen Form eingebracht wird, wobei es erforderlich ist, das heißisostatische Pressverfahren (HIP-Verfahren) zu verwenden. Die innere Form des Behälters, in den das Ausgangsmaterialpulver eingebracht wird, entspricht einer gewünschten Produktform. Ferner kann der Behälter z. B. aus einem Metall, aus einer Keramik oder aus Glas hergestellt sein. Ferner kann das Ausgangsmaterialpulver nach dem Vakuumentgasen in den Behälter eingebracht und darin eingeschlossen werden.
(5) Sinterschritt
Der Sinterschritt ist ein Schritt, bei dem der Grünling, der in dem vorstehend genannten Pressschritt erhalten worden ist, zum Sintern erhitzt wird, wodurch ein Sinterkörper erhalten wird, oder bei dem das Pulver in dem vorstehend genannten Behälter unter Verwendung des heißisostatischen Pressverfahrens (HIP) nach dem vorstehend genannten Einbringschritt mit Druck beaufschlagt und verfestigt wird.
In dem Fall, bei dem der Grünling gesintert wird, ist es bevorzugt, dass dies in einer Vakuum- oder Inertgasatmosphäre durchgeführt wird. Ferner ist es bevorzugt, dass das Sintern bei dem Schmelzpunkt der Legierung oder weniger und in einem Temperaturbereich durchgeführt wird, bei dem die Komponentenelemente ausreichend verteilt werden, z. B. beträgt der Temperaturbereich 1200°C bis 1400°C. Ferner ist es bevorzugt, dass die Sinterzeit 2 bis 16 Stunden beträgt. Demgemäß ist es im Hinblick auf eine beabsichtigte Verdichtung der Titanlegierung und darauf, die Herstellung effizient zu machen, zweckmäßig, dass der Sinterschritt unter den Bedingungen von 1200°C bis 1400°C und für 2 bis 16 Stunden durchgeführt wird.
In dem Fall, bei dem das Sintern mit dem HIP-Verfahren durchgeführt wird, ist es bevorzugt, dass das Sintern in einem Temperaturbereich durchgeführt wird, bei dem die Verteilung einfach ist, das Pulver einen geringen Verformungswiderstand aufweist und es weniger wahrscheinlich ist, dass es mit dem vorstehend genannten Behälter reagiert. Beispielsweise beträgt der Temperaturbereich 900°C bis 1300°C. Ferner ist es bevorzugt, dass der Formgebungsdruck ein Druck ist, bei dem das eingebrachte Pulver eine angemessene Kriechverformung ausführen kann, z. B. beträgt der Druckbereich 50 bis 200 MPa (500 bis 2000 atm). Es ist bevorzugt, dass die Verarbeitungszeit des HIP eine Zeit ist, innerhalb derer das Pulver die Kriechverformung ausreichend ausführen kann, so dass es verdichtet wird und sich die Legierungskomponenten zwischen den Pulvern verteilen können, wobei die Zeit z. B. 1 bis 10 Stunden beträgt.
(6) Verarbeitungsschritt
➀ Durch die Durchführung der Warmumformung ist es möglich, die Struktur durch Vermindern der Poren, usw., in der Sinterlegierung zu verdichten.
Demgemäß ist es bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ferner einen Warmumformungsschritt aufweist, bei dem die Struktur des Sinterkörpers durch Warmumformen des Sinterkörpers verdichtet wird, der nach dem vorstehend genannten Sinterschritt erhalten wird. Dieses Warmumformen kann zur Bildung grober Produktformen durchgeführt werden.
➁ Da die Titanlegierung, die mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erhalten wird, bezüglich der Kaltumformbarkeit gut ist, können durch Kaltumformen des erhaltenen Sinterkörpers verschiedene Produkte hergestellt werden.
Somit ist es zweckmäßig, dass das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ferner einen Kaltumformungsschritt aufweist, bei dem die nach dem Sinterschritt erhaltene gesinterte Substanz durch Kaltumformen zu Werkstücken oder Produkten ausgebildet wird. Ferner ist es zweckmäßig, dass nach der Durchführung einer Rohverarbeitung durch das vorstehend genannte Warmumformen eine Feinverarbeitung durch Kaltumformen durchgeführt wird.
Verwendung der Titanlegierung
Da die erfindungsgemäße Titanlegierung einen niedrigen Youngschen Modul, eine starke elastische Verformbarkeit und eine hohe Festigkeit aufweist, kann sie vielfältig auf Produkte angewandt werden, welche diese Eigenschaften aufweisen. Da sie ferner auch mit einer guten Kaltumformbarkeit ausgestattet ist, können dann, wenn die Titanlegierung für kaltumgeformte Produkte verwendet wird, Verarbeitungsrisse, usw., stark vermindert werden, so dass die Materialausbeute verbessert wird. Darüber hinaus können sogar Produkte, die aus den herkömmlichen Titanlegierungen hergestellt sind und für eine Konfiguration Schneidvorgänge erfordern, durch Kaltschmieden, usw., aus der erfindungsgemäßen Titanlegierung ausgebildet werden, und sie ist für eine Massenproduktion von Titanprodukten und zur Senkung der Kosten sehr effektiv.
Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Titanlegierung auf Industriemaschinen, Automobile, Motorräder, Fahrräder, elektrische Haushaltsgeräte, Luft- und Raumfahrt-Geräte, Schiffe, Zubehörteile, Sport- und Freizeitgegenstände, Produkte, die den lebenden Körper betreffen, Teile für medizinische Geräte, Spielzeuge und dergleichen angewandt werden.
Bezüglich einer (Schrauben-) Feder eines Automobils zeigt die erfindungsgemäße Titanlegierung einen Youngschen Modul von 1/3 bis 1/5 bezogen auf einen herkömmlichen Federstahl und darüber hinaus kann die Anzahl der Windungen auf 1/3 bis 1/5 vermindert werden, da die elastische Verformbarkeit das Fünffache oder mehr beträgt. Da darüber hinaus die vorliegende Titanlegierung ein spezifisches Gewicht von 70%, bezogen auf Stähle aufweist, die üblicherweise als Feder verwendet werden, kann eine beträchtliche Gewichtsverminderung realisiert werden.
Ferner ist es bezüglich eines Gestells einer Brille als Zubehörteil, da die erfindungsgemäße Titanlegierung einen niedrigeren Youngschen Modul aufweist als herkömmliche Titanlegierungen, wahrscheinlich, dass es sich an den Bügeln, usw., biegt, so dass es sich gut an ein Gesicht anpasst, und ferner ist es bezüglich der Schlagabsorptionseigenschaften und der Wiederherstellungseigenschaften der Konfiguration gut. Da die erfindungsgemäße Titanlegierung ferner eine hohe Festigkeit aufweist und bezüglich der Kaltumformbarkeit gut ist, kann sie einfach zu einem feinen Linienmaterial für das Gestell einer Brille und dergleichen ausgebildet werden, und eine Verbesserung der Materialausbeute kann erreicht werden. Darüber hinaus werden bei dem Gestell einer Brille, das aus dem feinen Linienmaterial hergestellt ist, die Anpassbarkeit, das geringe Gewicht, die Trageeigenschaften, usw., der Brille weiter verbessert.
Bei einem Golfschläger als Beispiel für Sport- und Freizeitgegenstände beispielsweise in dem Fall, bei dem ein Schaft eines Golfschlägers die erfindungsgemäße Titanlegierung umfasst, ist es wahrscheinlich, dass sich der Schaft biegt, dass sich die Elastizitätsenergie, die auf einen Golfball übertragen wird, erhöht, und es kann erwartet werden, dass sich die Schlagdistanz des Golfballs verbessert. In dem Fall, bei dem der Kopf eines Golfschlägers, insbesondere ein Flächenteil, die erfindungsgemäße Titanlegierung umfasst, kann die intrinsische Frequenz des Kopfs durch den niedrigen Youngschen Modul und die dünnere Struktur aufgrund der hohen Festigkeit beträchtlich vermindert werden, und bei dem Golfschläger, der mit dem Kopf ausgestattet ist, wird erwartet, dass er die Schlagdistanz des Golfballs stark verlängert. Es sollte beachtet werden, dass die Theorien bezüglich Golfschlägern z. B. in der japanischen geprüften Patentoffenlegungsschrift (KOKOKU) Nr. 7-98,077, der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 98/46312, usw., beschrieben sind.
Darüber hinaus ist es mit der erfindungsgemäßen Titanlegierung aufgrund der hervorragenden Eigenschaften möglich, das Schlaggefühl, usw., von Golfschlägern zu verbessern, und die Gestaltungsfreiheit von Golfschlägern kann beträchtlich vergrößert werden.
Ferner kann die erfindungsgemäße Titanlegierung auf dem Gebiet der medizinischen Behandlung in künstlichen Knochen, künstlichen Gelenken, künstlichen Transplantationsgeweben, Befestigungsvorrichtungen für Knochen und dergleichen verwendet werden, die in einem lebenden Körper angeordnet sind, und auf Funktionselemente (Katheter, Zangen, Ventile, usw.), usw., von medizinischen Geräten angewandt werden. Beispielsweise weist in dem Fall, bei dem ein künstlicher Knochen, der die erfindungsgemäße Titanlegierung umfasst, der künstliche Knochen einen niedrigen Youngschen Modul auf, der etwa demjenigen von menschlichen Knochen entspricht, wobei die Ausgewogenheit derjenigen menschlicher Knochen entsprechen soll, so dass er bezüglich der Verträglichkeit mit dem lebenden Körper gut ist und darüber hinaus eine ausreichend hohe Festigkeit als Knochen aufweist.
Ferner ist die erfindungsgemäße Titanlegierung für Dämpfungselemente geeignet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Schallgeschwindigkeit, die in dem Material übertragen wird, durch Vermindern des Youngschen Moduls vermindert werden kann, wie es sich aus der Beziehungsgleichung E = ρV2 (E: Youngscher Modul, ρ: Materialdichte, V: in dem Material übertragene Schallgeschwindigkeit) ergibt.
Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung in verschiedenen Produkten in verschiedenen Gebieten eingesetzt werden, z. B. in Ausgangsmaterialien (Drähten, Stangen, quadratischen Stäben, Platten, Folien, Fasern, Geweben, usw.), tragbaren Gegenständen (Uhren (Armbanduhren), Haarspangen (Haarzubehör), Halsketten, Armreifen, Ohrringen, Piercings, Ringen, Krawattennadeln, Broschen, Manschettenknöpfen, Gürteln mit Schnallen, Feuerzeugen, Federn für Füllfederhalter, Clips für Füllfederhalter, Schlüsselringen, Schlüsseln, Kugelschreibern, Druckbleistiften, usw.), tragbaren Informationsendgeräten (Mobiltelefonen, tragbaren Aufzeichnungsgeräten, Etuis, usw., für mobile Personalcomputer, usw., und dergleichen), Federn für Motorenventile, Fahrwerksfedern, Stoßfängern, Dichtungen, Diaphragmen, Balgen, Schläuchen, Schlauchbändern, Pinzetten, Angelruten, Angelhaken, Nähnadeln, Nähmaschinennadeln, Spritzennadeln, Spikes, Metallbürsten, Stühlen, Sofas, Betten, Kupplungen, Schlägern, verschiedenen Drähten, verschiedenen Klemmverbindungen, Clips für Papiere, usw., Dämpfungsmaterialien, verschiedenen Metallfolien, Expandern, Trampolins, verschiedenen Fitnessgeräten, Rollstühlen, Pflegegeräten, Rehabilitationsgeräten, Büstenhaltern, Korsetts, Kameragehäusen, Blendenkomponententeilen, Abdunkelungsvorhängen, Vorhängen, Jalousien, Ballons, Luftfahrzeugen, Zelten, verschiedenen Membranen, Helmen, Fischernetzen, Teesieben, Regenschirmen, Bekleidung für Feuerwehrleute, schusssicheren Westen, verschiedenen Behältern, wie z. B. Kraftstofftanks, usw., Innenauskleidungen von Reifen, Verstärkungselementen von Reifen, Fahrradrahmen, Bolzen, Linealen, verschiedenen Torsionsstäben, Spiralfedern, Kraftübertragungsriemen (Ring, usw., eines CVT), usw.
Ferner können die erfindungsgemäße Titanlegierung und die Produkte mit verschiedenen Herstellungsverfahren, wie z. B. Gießen, Schmieden, superplastisches Formen, Warmumformen, Kaltumformen, Sintern und dergleichen hergestellt werden.
Beispiele
Nachstehend werden verschiedene konkrete Beispiele angegeben, deren Zusammensetzungen, Kaltumformungsverhältnisse, usw., variiert werden, und die erfindungsgemäße Titanlegierung und dessen Herstellungsverfahren werden detaillierter beschrieben.
A. Testproben Nr. 1 bis 84
Als erstes wurden unter Verwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für die Titanlegierung, usw., die Testproben Nr. 1 bis 84 hergestellt.
(1) Testproben Nr. 1 bis 13
Die Testproben Nr. 1 bis 3 betreffen Titanlegierungen, die 30 bis 50 Gew.-% eines Elements der Gruppe Va und Titan umfassen.
➀ Testprobe Nr. 1
Als Ausgangsmaterialpulver wurden käufliche Hydrid-Dehydrid-Ti-Pulver (-#325, -#100), die einem in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Titanpulver entsprachen, ein Niobpulver (Nb-Pulver) (-#325), ein Vanadiumpulver (V-Pulver) (-#325) und ein Tantalpulver (Ta-Pulver) (-#325) hergestellt. Es sollte beachtet werden, dass die vorstehend genannten identischen Pulver nachstehend einfach als das „Titanpulver", „Niobpulver", „Vanadiumpulver", „Tantalpulver", usw., bezeichnet werden. Es sollte beachtet werden, dass die Menge des enthaltenen Sauerstoffs zu diesem Zeitpunkt durch den im Titanpulver enthaltenen Sauerstoff eingestellt wurde. Darüber hinaus sollte beachtet werden, dass die chemischen Zusammensetzungen in der Tabelle 1 in Gew.-% angegeben sind und dass die Beschreibung, dass Titan als Rest enthalten ist, abgekürzt ist.
Diese jeweiligen Pulver wurden hergestellt und so gemischt, dass das Zusammensetzungsverhältnis von Tabelle 1 erhalten wurde (Mischschritt). Dieses Mischpulver wurde einem CIP (kaltisostatischen Pressen) bei einem Druck von 4 t/cm² unterzogen, wodurch ein säulenförmiger Grünling von ∅ 40 × 80 mm erhalten wurde (Pressschritt). Der durch den Pressschritt erhaltene Grünling wurde zum Sintern in einem Vakuum von 1 × 10^–5 Torr bei 1300°C × 16 Stunden erhitzt, wodurch ein Sinterkörper hergestellt wurde (Sinterschritt). Darüber hinaus wurde dieser Sinterkörper einer Warmumformung in Luft bei 750 bis 1150°C unterzogen (Warmumformungsschritt), zu einem Rundstab von ∅ 10 mm verarbeitet und als Testprobe Nr. 1 bezeichnet.
➁ Testprobe Nr. 2
Als Ausgangsmaterialien wurden ein Schwammtitan, Niob mit hoher Reinheit und ein Vanadiumblock hergestellt. Diese Ausgangsmaterialien wurden in einer Menge von 1 kg so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 1 erhalten wurde (Mischschritt). Diese Ausgangsmaterialien wurden unter Verwendung eines Induktionsofens geschmolzen (Schmelzschritt), mit einem Formwerkzeug gegossen (Gießschritt) und danach wurde ein Blockmaterial von ∅ 60 × 60 mm erhalten. Es sollte beachtet werden, dass die Schmelzbehandlung durch fünfmaliges Durchführen einer Behandlung des erneuten Schmelzens durchgeführt wurde, um eine Homogenisierung zu erreichen. Dieses Blockmaterial wurde in Luft bei 700 bis 1150°C warmgeschmiedet (Warmumformungsschritt), zu einem Rundstab von ∅ 10 mm verarbeitet und als Testprobe Nr. 2 bezeichnet.
➂ Testprobe Nr. 3 und Testproben Nr. 8 bis 11
Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, und das Tantalpulver so verwendet, dass die chemischen Zusammensetzungen von Tabelle 1 erhalten wurden. Danach wurden die jeweiligen Testproben in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➃ Testprobe Nr. 7
Als Ausgangsmaterialien wurden ein Schwammtitan, Niob mit hoher Reinheit und ein Tantalblock hergestellt. Diese Ausgangsmaterialien wurden in einer Menge von 1 kg so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 1 erhalten wurde (Mischschritt). Danach wurde die Testprobe Nr. 7 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 2 hergestellt.
➄ Testproben Nr. 5, 6, 12 und 13
Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und das Vanadiumpulver so verwendet, dass die chemischen Zusammensetzungen von Tabelle 1 erhalten wurden. Danach wurden die jeweiligen Testproben in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
(2) Testproben Nr. 14 bis 24
Bei den Testproben Nr. 14 bis 24 wurde ein Teil des Elements der Gruppe Va der Testproben Nr. 6 bis 10 und 12 gemäß der Tabelle 2 durch Zirkonium, Hafnium und Scandium ersetzt.
➀ Testprobe Nr. 14
Bei der Testprobe Nr. 14 wurde ein Teil des Tantals in der Testprobe Nr. 9 durch Zirkonium ersetzt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und ein Zirkoniumpulver (Zr-Pulver) (-#325) so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 2 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 14 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➁ Testprobe Nr. 15
Bei der Testprobe Nr. 15 wurde ein Teil des Niobs in der Testprobe Nr. 7 durch Zirkonium ersetzt. Als Ausgangsmaterialien wurden ein Schwammtitan, Niob mit hoher Reinheit und ein Tantalblock hergestellt. Diese Ausgangsmaterialien wurden in einer Menge von 1 kg so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 2 erhalten wurde (Mischschritt). Danach wurde die Testprobe Nr. 15 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 2 hergestellt.
➂ Testprobe Nr. 16
Bei der Testprobe Nr. 16 wurde ein Teil des Niobs in der Testprobe Nr. 10 durch Zirkonium ersetzt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und das Zirkoniumpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 2 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 16 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➃ Testprobe Nr. 17
Bei der Testprobe Nr. 17 wurde ein Teil des Tantals in der Testprobe Nr. 10 durch Zirkonium ersetzt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und das Zirkoniumpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 2 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 17 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➄ Testprobe Nr. 18
Bei der Testprobe Nr. 18 wurde das Tantal in der Testprobe Nr. 10 durch Zirkonium ersetzt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver und das Zirkoniumpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 2 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 18 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➅ Testprobe Nr. 19
Bei der Testprobe Nr. 19 wurde ein Teil des Niobs und des Tantals in der Testprobe Nr. 9 durch Zirkonium ersetzt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und das Zirkoniumpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 2 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 19 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➆ Testprobe Nr. 20
Bei der Testprobe Nr. 20 wurde ein Teil des Niobs und des Vanadiums in der Testprobe Nr. 9 durch Zirkonium ersetzt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Vanadiumpulver, das Tantalpulver und das Zirkoniumpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 2 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 20 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➇ Testprobe Nr. 21
Bei der Testprobe Nr. 21 wurde ein Teil des Vanadiums in der Testprobe Nr. 6 durch Zirkonium und Hafnium ersetzt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Vanadiumpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und ein Hafniumpulver (Hf-Pulver) (-#325) so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 2 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 21 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➈ Testprobe Nr. 22
Bei der Testprobe Nr. 22 wurde ein Teil des Niobs und des Tantals in der Testprobe Nr. 10 durch Hafnium ersetzt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Vanadiumpulver, das Tantalpulver und das Hafniumpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 2 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 22 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➉ Testprobe Nr. 23
Bei der Testprobe Nr. 23 wurde ein Teil des Niobs in der Testprobe Nr. 12 durch Zirkonium ersetzt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Vanadiumpulver, das Tantalpulver und das Zirkoniumpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 2 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 23 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
11 Testprobe Nr. 24
Bei der Testprobe Nr. 24 wurde ein Teil des Niobs und des Tantals in der Testprobe Nr. 9 durch Scandium ersetzt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und ein Scandiumpulver (Sc-Pulver) (-#325) so verwendet, dass das Zusammensetzungsverhältnis von Tabelle 2 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 24 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
(3) Testproben Nr. 25 bis 31
Die Testproben Nr. 25 bis 31 wurden dadurch hergestellt, dass den Testproben Nr. 11, 14, 16, 17, 18 und 23 ferner Chrom, Mangan, Cobalt, Nickel, Molybdän und Eisen zugesetzt wurden.
➀ Testprobe Nr. 25
Die Testprobe Nr. 25 wurde durch Zugeben von Chrom zur Testprobe Nr. 23 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Vanadiumpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und ein Chrompulver (Cr-Pulver) (-#325) so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 25 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➁ Testprobe Nr. 26
Die Testprobe Nr. 26 wurde durch Zugeben von Molybdän zur Testprobe Nr. 14 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver, das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und ein Molybdänpulver (Mo-Pulver) (-#325) so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 26 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➂ Testprobe Nr. 27
Die Testprobe Nr. 27 wurde durch Zugeben von Molybdän zur Testprobe Nr. 11 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und das Molybdänpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 27 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➃ Testprobe Nr. 28
Die Testprobe Nr. 28 wurde durch Zugeben von Cobalt zur Testprobe Nr. 18 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Zirkoniumpulver und ein Cobaltpulver (Co-Pulver) (-#325) so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 28 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➄ Testprobe Nr. 29
Die Testprobe Nr. 29 wurde durch Zugeben von Nickel zur Testprobe Nr. 16 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und ein Nickelpulver (Ni-Pulver) (-#325) so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 29 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➅ Testprobe Nr. 30
Die Testprobe Nr. 30 wurde durch Zugeben von Mangan zur Testprobe Nr. 17 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und ein Manganpulver (Mn-Pulver) (-#325) so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 30 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➆ Testprobe Nr. 31
Die Testprobe Nr. 31 wurde durch Zugeben von Eisen zur Testprobe Nr. 14 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und ein Eisenpulver (Fe-Pulver) (-#325) so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 31 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
(4) Testproben Nr. 32 bis 38
Die Testproben Nr. 32 bis 34 wurden durch weiteres Zumischen von Aluminium zu den Testproben Nr. 14, 16 und 18 hergestellt. Die Testproben Nr. 35 bis 38 wurden ferner durch Zumischen von Zinn (und Aluminium) zu den Testproben Nr. 8, 16 und 18 hergestellt.
➀ Testprobe Nr. 32
Die Testprobe Nr. 32 wurde durch Zugeben von Aluminium zur Testprobe Nr. 16 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und ein Aluminiumpulver (Al-Pulver) (-#325) so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 32 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➁ Testprobe Nr. 33
Die Testprobe Nr. 33 wurde durch Zugeben von Aluminium zur Testprobe Nr. 18 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Zirkoniumpulver und das Aluminiumpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 33 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➂ Testprobe Nr. 34
Die Testprobe Nr. 34 wurde durch Zugeben von Aluminium zur Testprobe Nr. 14 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und das Aluminiumpulver so verwendet, dass das Zusammensetzungsverhältnis von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 34 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➃ Testprobe Nr. 35
Die Testprobe Nr. 35 wurde durch Zugeben von Zinn zur Testprobe Nr. 8 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und ein Zinnpulver (Sn-Pulver) (-#325) so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 35 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➄ Testprobe Nr. 36
Die Testprobe Nr. 36 wurde durch Zugeben von Zinn zur Testprobe Nr. 16 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und das Zinnpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 36 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➅ Testprobe Nr. 37
Die Testprobe Nr. 37 wurde durch Zugeben von Zinn zur Testprobe Nr. 18 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Zirkoniumpulver und das Zinnpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 37 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➆ Testprobe Nr. 38
Die Testprobe Nr. 38 wurde durch Zugeben von Zinn und Aluminium zur Testprobe Nr. 16 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver, das Zinnpulver und das Aluminiumpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 3 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 38 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
(5) Testproben Nr. 39 bis 46
Bei den Testproben Nr. 39 bis 46 wurden die Sauerstoffmengen in den Testproben Nr. 4, 10, 14, 17 und 18 aktiv variiert.
➀ Testproben Nr. 39 und 40
Bei den Testproben Nr. 39 und 40 wurde die Sauerstoffmenge in der Testprobe Nr. 4 erhöht. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver und das Tantalpulver so verwendet, dass die chemischen Zusammensetzungen von Tabelle 4 erhalten wurden. Danach wurden die Testproben Nr. 39 und 40 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➁ Testproben Nr. 41 und 42
Bei den Testproben Nr. 41 und 42 wurde die Sauerstoffmenge in der Testprobe Nr. 10 erhöht. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver und das Tantalpulver so verwendet, dass die chemischen Zusammensetzungen von Tabelle 4 erhalten wurden. Danach wurden die Testproben Nr. 41 und 42 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➂ Testproben Nr. 43 und 44
Bei den Testproben Nr. 43 und 44 wurde die Sauerstoffmenge in der Testprobe Nr. 14 erhöht. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und das Zirkoniumpulver so verwendet, dass die chemischen Zusammensetzungen von Tabelle 4 erhalten wurden. Danach wurden die Testproben Nr. 43 und 44 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➃ Testprobe Nr. 45
Bei der Testprobe Nr. 45 wurde die Sauerstoffmenge in der Testprobe Nr. 18 erhöht. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver und das Zirkoniumpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 4 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 45 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➄ Testprobe Nr. 46
Bei der Testprobe Nr. 46 wurde die Sauerstoffmenge in der Testprobe Nr. 17 erhöht. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und das Zirkoniumpulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 4 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 46 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
(6) Testproben Nr. 47 bis 54
Die Testproben Nr. 47 bis 54 wurden durch weiteres Zusetzen von Kohlenstoff, Stickstoff und Bor zu den Testproben Nr. 10, 16, 17 und 18 hergestellt.
➀ Testproben Nr. 47 und 48
Die Testproben Nr. 47 und 48 wurden durch Zugeben von Kohlenstoff zur Testprobe Nr. 18 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Zirkoniumpulver und ein TiC-Pulver (-#325) so verwendet, dass die chemischen Zusammensetzungen von Tabelle 4 erhalten wurden. Danach wurden die Testproben Nr. 47 und 48 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➁ Testprobe Nr. 49
Die Testprobe Nr. 49 wurde durch Zugeben von Kohlenstoff zur Testprobe Nr. 16 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Zirkoniumpulver und das TiC-Pulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 4 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 49 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➂ Testproben Nr. 50 und 51
Die Testproben Nr. 50 und 51 wurden durch Zugeben von Stickstoff zur Testprobe Nr. 17 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und ein TiN-Pulver (-#325) so verwendet, dass die chemischen Zusammensetzungen von Tabelle 4 erhalten wurden. Danach wurden die Testproben Nr. 50 und 51 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➃ Testprobe Nr. 52
Die Testprobe Nr. 52 wurde durch Zugeben von Bor zur Testprobe Nr. 17 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und ein TiB₂-Pulver (-#325) so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 4 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 52 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➄ Testprobe Nr. 53
Die Testprobe Nr. 53 wurde durch Zugeben von Bor zur Testprobe Nr. 16 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und das TiB₂-Pulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 4 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 53 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
➅ Testprobe Nr. 54
Die Testprobe Nr. 54 wurde durch Zugeben von Bor zur Testprobe Nr. 10 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und das TiB₂-Pulver so verwendet, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 4 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. 54 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 1 hergestellt.
(7) Testproben Nr. 55 bis 74
Die Testproben Nr. 55 bis 74 wurden durch die Durchführung einer Kaltumformung mit den Testproben Nr. 2, 7, 14, 15, 16, 17, 18, 22, 26, 32 und 53 hergestellt.
➀ Testprobe Nr. 55
Die Testprobe Nr. 55 wurde durch Durchführen der Kaltumformung mit der Testprobe Nr. 2 hergestellt. Als Ausgangsmaterialien wurden ein Schwammtitan, Niob mit hoher Reinheit und ein Vanadiumblock hergestellt. Diese Ausgangsmaterialien wurden in einer Menge von 1 kg so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 5A erhalten wurde (Mischschritt). Diese Ausgangsmaterialien wurden unter Verwendung eines Induktionsofens geschmolzen (Schmelzschritt), mit einem Formwerkzeug gegossen (Gießschritt) und danach wurde ein Blockmaterial von ∅ 60 × 60 mm erhalten. Es sollte beachtet werden, dass die Schmelzbehandlung durch fünfmaliges Durchführen einer Behandlung des erneuten Schmelzens durchgeführt wurde, um eine Homogenisierung zu erreichen. Dieses Blockmaterial wurde in Luft bei 700 bis 1150°C warmgeschmiedet (Warmumformungsschritt) und zu einem Rundstab von ∅ 20 mm verarbeitet. Dieser Rundstab von ∅ 20 mm wurde mit einer Kaltgesenkschmiedevorrichtung einem Kaltumformen unterzogen, wodurch die Testprobe Nr. 55 erzeugt wurde, die das in der Tabelle 5A angegebene Kaltumformungsverhältnis aufwies.
➁ Testprobe Nr. 56
Die Testprobe Nr. 56 wurde durch Durchführen der Kaltumformung mit der Testprobe Nr. 7 hergestellt. Als Ausgangsmaterialien wurden ein Schwammtitan, Niob mit hoher Reinheit und ein Tantalblock hergestellt. Diese Ausgangsmaterialien wurden in einer Menge von 1 kg so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 5A erhalten wurde (Mischschritt). Danach wurde die Testprobe Nr. 56, die das in der Tabelle 5A angegebene Kaltumformungsverhältnis aufwies, in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 55 erzeugt.
➂ Testproben Nr. 57 und 58
Die Testproben Nr. 57 und 58 wurden durch Durchführen der Kaltumformung mit der Testprobe Nr. 15 hergestellt. Als Ausgangsmaterialien wurden ein Schwammtitan, Niob mit hoher Reinheit, Tantal und ein Zirkoniumblock hergestellt. Diese Ausgangsmaterialien wurden in einer Menge von 1 kg so gemischt, dass die chemischen Zusammensetzungen von Tabelle 5A erhalten wurden (Mischschritt). Danach wurden die Testproben Nr. 57 und 58, welche die in der Tabelle 5A angegebenen Kaltumformungsverhältnisse aufwiesen, in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 55 erzeugt.
➃ Testproben Nr. 59 bis 62
Die Testproben Nr. 59 bis 62 wurden durch Durchführen der Kaltumformung mit der Testprobe Nr. 14 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und das Zirkoniumpulver verwendet und so hergestellt und gemischt, dass das Zusammensetzungsverhältnis von Tabelle 5A erhalten wurden (Mischschritt). Dieses Mischpulver wurde einem CIP (kaltisostatischen Pressen) bei einem Druck von 4 t/cm² unterzogen, wodurch ein säulenförmiger Grünling von ∅ 40 × 80 mm erhalten wurde (Pressschritt). Der durch den Pressschritt erhaltene Grünling wurde zum Sintern in einem Vakuum von 1 × 10^–5 Torr bei 1300°C × 16 Stunden erhitzt, wodurch ein Sinterkörper hergestellt wurde (Sinterschritt). Darüber hinaus wurde dieser Sinterkörper einer Warmumformung in Luft bei 750 bis 1150°C unterzogen (Warmumformungsschritt) und zu einem Rundstab von ∅ 20 mm verarbeitet. Dieser Rundstab von ∅ 20 mm wurde mit einer Kaltgesenkschmiedevorrichtung einem Kaltumformen unterzogen, wodurch die Testproben Nr. 59 bis 62, welche die in der Tabelle 5A angegebenen Kaltumformungsverhältnisse aufwiesen, erzeugt wurden.
➄ Testproben Nr. 63 bis 66
Die Testproben Nr. 63 bis 66 wurden durch Durchführen der Kaltumformung mit der Testprobe Nr. 16 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und das Zirkoniumpulver verwendet und so hergestellt und gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 5A erhalten wurde (Mischschritt). Da nach wurden die Testproben, welche die in der Tabelle 5A angegebenen Kaltumformungsverhältnisse aufwiesen, in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 59 erzeugt.
➅ Testproben Nr. 67 bis 70
Die Testproben Nr. 67 bis 70 wurden durch Durchführen der Kaltumformung mit der Testprobe Nr. 18 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver und das Zirkoniumpulver verwendet und so hergestellt und gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 5A erhalten wurde (Mischschritt). Danach wurden Testproben, welche die in der Tabelle 5A angegebenen Kaltumformungsverhältnisse aufwiesen, in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 59 erzeugt.
➆ Testproben Nr. 71 bis 73
Die Testprobe Nr. 71 wurde durch Durchführen der Kaltumformung mit der Testprobe Nr. 53 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und das TiB₂-Pulver verwendet und so hergestellt und gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 5B erhalten wurde (Mischschritt). Danach wurden die Testproben, welche das in der Tabelle 5B angegebene Kaltumformungsverhältnis aufwiesen, in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 59 erzeugt.
➇ Testprobe Nr. 74
Die Testprobe Nr. 74 wurde durch Durchführen der Kaltumformung mit der Testprobe Nr. 17 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und das Zirkoniumpulver verwendet und so hergestellt und gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 5B erhalten wurde (Mischschritt). Danach wurde die Testprobe Nr. 74, welche das in der Tabelle 5B angegebene Kaltumformungsverhältnis aufwies, in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 59 erzeugt.
➈ Testprobe Nr. 75
Die Testprobe Nr. 75 wurde durch Durchführen der Kaltumformung mit der Testprobe Nr. 22 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und das Hafniumpulver verwendet und so hergestellt und gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 5B erhalten wurde (Mischschritt). Danach wurde die Testprobe Nr. 75, welche das in der Tabelle 5B angegebene Kaltumformungsverhältnis aufwies, in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 59 erzeugt.
➉ Testprobe Nr. 76
Die Testprobe Nr. 76 wurde durch Durchführen der Kaltumformung mit der Testprobe Nr. 26 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und das Molybdänpulver verwendet und so hergestellt und gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 5B erhalten wurde (Mischschritt). Danach wurde die Testprobe Nr. 76, welche das in der Tabelle 5B angegebene Kaltumformungsverhältnis aufwies, in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 59 erzeugt.
11 Testprobe Nr. 77
Die Testprobe Nr. 77 wurde durch Durchführen der Kaltumformung mit der Testprobe Nr. 32 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und das Aluminiumpulver verwendet und so hergestellt und gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 5B erhalten wurde (Mischschritt). Danach wurde eine Testprobe, welche das in der Tabelle 5B angegebene Kaltumformungsverhältnis aufwies, in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. 59 erzeugt.
(8) Testproben Nr. 78 bis 81
Die Testproben Nr. 78 bis 81 wurden durch Vermindern des Formgebungsdrucks bei dem CIP unter die Werte der vorstehend genannten jeweiligen Testproben hergestellt, wodurch die Porenanteile in den Sinterkörpern erhöht wurden.
➀ Testproben Nr. 78 und 79
Die Testproben Nr. 78 und 79 wiesen die gleiche chemische Zusammensetzung auf wie diejenige der Testprobe Nr. 8. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, und das Tantalpulver hergestellt. Es sollte beachtet werden, dass die Menge des enthaltenen Sauerstoffs zu diesem Zeitpunkt durch den im Titanpulver enthaltenen Sauerstoff eingestellt wurde. Diese jeweiligen Pulver wurden hergestellt und so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 6 erhalten wurde (Mischschritt). Dieses Mischpulver wurde einem CIP (kaltisostatischen Pressen) bei einem Druck von 3,8 t/cm² bei der Herstellung der Testprobe Nr. 78 und einem Druck von 3,5 t/cm² bei der Herstellung der Testprobe Nr. 79 unterzogen, wodurch säulenförmige Grünlinge von ∅ 10 × 80 mm erhalten wurden (Pressschritt). Die durch den Pressschritt erhaltenen Grünlinge wurden zum Sintern in einem Vakuum von 1 × 10^–5 Torr bei 1300°C × 16 Stunden erhitzt, wodurch Sinterkörper hergestellt wurden (Sinterschritt), und diese werden als Testproben Nr. 78 und 79 bezeichnet. Es sollte beachtet werden, dass dann, wenn die Porenverhältnisse zu diesem Zeitpunkt berechnet wurden, die Testprobe Nr. 78 2% und die Testprobe Nr. 79 5% aufwies.
➁ Testprobe Nr. 80
Die Testprobe Nr. 80 wies die gleiche chemische Zusammensetzung auf wie diejenige der Testprobe Nr. 18. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, und das Zirkoniumpulver hergestellt. Diese jeweiligen Pulver wurden hergestellt und so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 6 erhalten wurde (Mischschritt). Dieses Mischpulver wurde einem CIP (kaltisostatischen Pressen) bei einem Druck von 3,0 t/cm² unterzogen, wodurch ein säulenförmiger Grünling von ∅ 10 × 80 mm erhalten wurde (Pressschritt). Der durch den Pressschritt erhaltene Grünling wurde zum Sintern in einem Vakuum von 1 × 10^–5 Torr bei 1300°C × 16 Stunden erhitzt, wodurch ein Sinterkörper hergestellt wurde (Sinterschritt), und dieser wird als Testprobe Nr. 80 bezeichnet. Es sollte beachtet werden, dass dann, wenn das Porenverhältnis zu diesem Zeitpunkt berechnet wurde, das Porenverhältnis 10% betrug.
➂ Testprobe Nr. 81
Die Testprobe Nr. 81 wies die gleiche chemische Zusammensetzung auf wie diejenige der Testprobe Nr. 16. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Tantalpulver und das Zirkoniumpulver hergestellt. Es sollte beachtet werden, dass die Menge des enthaltenen Sauerstoffs zu diesem Zeitpunkt durch den im Titanpulver enthaltenen Sauerstoff eingestellt wurde. Diese jeweiligen Pulver wurden hergestellt und so gemischt, dass das Zusammensetzungsverhältnis von Tabelle 6 erhalten wurde (Mischschritt). Dieses Mischpulver wurde einem CIP (kaltisostatischen Pressen) bei einem Druck von 2,5 t/cm² unterzogen, wodurch ein säulenförmiger Grünling von ∅ 10 × 80 mm erhalten wurde (Pressschritt). Der durch den Formgebungsschritt erhaltene Grünling wurde zum Sintern in einem Vakuum von 1 × 10^–5 Torr bei 1300°C × 16 Stunden erhitzt, wodurch ein Sinterkörper hergestellt wurde (Sinterschritt) und dieser wird als Testprobe Nr. 81 bezeichnet. Es sollte beachtet werden, dass dann, wenn das Porenverhältnis zu diesem Zeitpunkt berechnet wurde, das Porenverhältnis 25% betrug.
(9) Testproben Nr. 82 bis 84
Bei den Testproben Nr. 82 bis 84 wurden Titanlegierungen unter Verwendung des HIP-Verfahrens erzeugt.
➀ Testprobe Nr. 82
Als Ausgangsmaterialpulver wurde ein Mischpulver, das unter Verwendung des Titanpulvers, des Niobpulvers und des Tantalpulvers so gemischt wurde, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 6 erhalten wurde, in einen aus reinem Titan hergestellten Behälter eingebracht und nach dem Entgasen bei 1 × 10^–2 Torr wurde der Behälter verschlossen (Einbringschritt). Der Behälter, in dem das Mischpulver eingeschlossen war, wurde 2 Stunden unter der Bedingung von 1000°C × 200 MPa gehalten und mit dem HIP-Verfahren gesintert (Sinterschritt). Der so erhaltene Sinterkörper von ∅ 20 × 80 mm wurde als Testprobe Nr. 82 bezeichnet.
➁ Testprobe Nr. 83
Der Rundstab von ∅ 20 mm, der als Testprobe Nr. 82 erhalten worden ist, wurde durch eine Kaltgesenkschmiedevorrichtung einer Kaltumformung unterzogen, wodurch die Testprobe Nr. 83 erzeugt wurde, die das in der Tabelle 6 angegebene Kaltumformungsverhältnis aufwies.
➂ Testprobe Nr. 84
Die Testprobe Nr. 84 wurde durch Durchführen der Kaltumformung mit der Testprobe Nr. 78 hergestellt. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver und das Tantalpulver verwendet und so hergestellt und gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 6 erhalten wurde (Mischschritt). Dieses Mischpulver wurde einem CIP (kaltisostatischen Pressen) bei einem Druck von 3,8 t/cm² unterzogen, wodurch ein säulenförmiger Grünling von ∅ 20 × 80 mm erhalten wurde (Pressschritt). Der durch den Pressschritt erhaltene Grünling wurde zum Sintern in einem Vakuum von 1 × 10^–5 Torr bei 1300°C × 16 Stunden erhitzt, wodurch ein Sinterkörper hergestellt wurde (Sinterschritt). Dieser Sinterkörper von ∅ 20 mm wurde durch eine Kaltgesenkschmiedevorrichtung der Kaltumformung unterzogen, wodurch die Testprobe Nr. 84 erzeugt wurde, die das in der Tabelle 6 angegebene Kaltumformungsverhältnis aufwies.
B. Testproben Nr. C1 bis C5 und Testproben Nr. D1 bis D3
Als nächstes wurden die Testproben Nr. C1 bis C5 und die Testproben Nr. D1 bis D3, die chemische Zusammensetzungen aufwiesen, die nicht in den vorstehend genannten chemischen Zusammensetzungsbereich fielen, oder die mit Verfahren erhalten wurden, die von den vorstehend genannten Herstellungsverfahren verschieden waren, hergestellt.
(1) Testproben Nr. C1 bis C5
➀ Die Testprobe Nr. C1 betrifft eine Titanlegierung, in der das Element der Gruppe Va in einer Menge von weniger als 30 Gew.-% vorlag. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver hergestellt. Es sollte beachtet werden, dass die Menge des enthaltenen Sauerstoffs zu diesem Zeitpunkt durch den im Titanpulver enthaltenen Sauerstoff eingestellt wurde. Diese jeweiligen Pulver wurden hergestellt und so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 7 erhalten wurde. Das so erhaltene Mischpulver wurde einem CIP (kaltisostatischen Pressen) bei einem Druck von 4 t/cm² unterzogen, wodurch ein säulenförmiger Grünling von ∅ 40 × 80 mm erhalten wurde (Pressschritt). Dieser Grünling wurde zum Sintern in einem Vakuum von 1 × 10^–5 Torr bei 1300°C × 16 Stunden erhitzt, wodurch ein Sinterkörper hergestellt wurde. Darüber hinaus wurde dieser Sinterkörper bei 700 bis 1150°C in Luft warmgeschmiedet, so dass ein Rundstab von ∅ 10 mm hergestellt wurde, und dieser wurde als Testprobe Nr. C1 bezeichnet.
➁ Testprobe Nr. C2
Die Testprobe Nr. C2 betrifft eine Titanlegierung, in der das Element der Gruppe Va in einer Menge von mehr als 60 Gew.-% vorlag. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver, das Niobpulver, das Vanadiumpulver und das Tantalpulver verwendet und so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 7 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. C2 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. C1 erzeugt.
➂ Testprobe Nr. C3
Die Testprobe Nr. C3 betrifft eine Titanlegierung, in der Aluminium in einer Menge von mehr als 5 Gew.-% vorlag. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver, das Niobpulver, das Tantalpulver, das Zirkoniumpulver und das Aluminiumpulver verwendet und so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 7 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. C3 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. C1 erzeugt.
➃ Testprobe Nr. C4
Die Testprobe Nr. C4 betrifft eine Titanlegierung, in der Sauerstoff in einer Menge von mehr als 0,6 Gew.-% vorlag. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver, das Niobpulver und das Tantalpulver verwendet und so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 7 erhalten wurde. Es sollte beachtet werden, dass die Menge des enthaltenen Sauerstoffs zu diesem Zeitpunkt durch den im Titanpulver enthaltenen Sauerstoff eingestellt wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. C4 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. C1 erzeugt.
➄ Testprobe Nr. C5
Die Testprobe Nr. C5 betrifft eine Titanlegierung, in der Bor in einer Menge von mehr als 1,0 Gew.-% vorlag. Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver, das Niobpulver, das Tantalpulver und das TiB₂-Pulver verwendet und so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 7 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. C5 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. C5 erzeugt.
(2) Testproben Nr. D1 bis D3
Die Testproben Nr. D1 bis D3 wurden mit dem so genannten Schmelzverfahren erzeugt.
➀ Testprobe Nr. D1
Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, das Hafniumpulver und das Zinnpulver hergestellt und geschmolzen und durch Knopfschmelzen zu einer Titanlegierung ausgebildet, deren Komponentenzusammensetzung in der Tabelle 7 angegeben ist. Ein so erhaltener Block wurde in Luft bei 950 bis 1050°C warmgeschmiedet und zu einem Rundstab von ∅ 10 × 50 mm verarbeitet.
➁ Testprobe Nr. D2
Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Vanadiumpulver, und das Aluminiumpulver verwendet und so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 7 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. D2 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. D1 hergestellt.
➂ Testprobe Nr. D3
Als Ausgangsmaterialpulver wurden das Titanpulver und das Niobpulver, und das Zirkoniumpulver verwendet und so gemischt, dass die chemische Zusammensetzung von Tabelle 7 erhalten wurde. Danach wurde die Testprobe Nr. D3 in der gleichen Weise wie die Testprobe Nr. D1 hergestellt.
Eigenschaften der jeweiligen Testproben
Bezüglich der vorstehend genannten jeweiligen Testproben wurden verschiedene charakteristische Werte mit den nachstehend angegebenen Verfahren bewertet.
➀ Durchschnittlicher Youngscher Modul, Streckgrenze, elastische Verformbarkeit und Zugfestigkeit
Mit den jeweiligen Testproben wurde ein Zugtest unter Verwendung eines Instron-Testgeräts durchgeführt, die Belastungen und Dehnungen wurden gemessen und die Spannung-Dehnung-Diagramme wurden erstellt.
Bei dem Instron-Testgerät handelte es sich um ein Universal-Zugtestgerät, das von Instron (Name des Herstellers) hergestellt worden ist, und dessen Ansteuerungssystem war ein Steuersystem mittels Elektromotor. Die Dehnungen wurden durch die Ausgangssignale eines Dehnungsmessgeräts gemessen, das an eine Seitenoberfläche der Prüfkörper gebunden war.
Der durchschnittliche Youngsche Modul, die Streckgrenze und die Zugfestigkeit wurden mit den vorstehend genannten Verfahren auf der Basis der Spannung-Dehnung-Diagramme bestimmt. Darüber hinaus wurde die elastische Verformung durch Ermitteln von Dehnungen, die den Streckgrenzen entsprachen, aus den Spannung-Dehnung-Diagrammen bestimmt.
➁ Andere Werte
Das Porenverhältnis steht für die Vol.-% der vorstehend genannten Poren und das Kaltumformungsverhältnis steht für das Kaltumformungsverhältnis, das durch die vorstehend beschriebene Gleichung festgelegt ist. Diese Ergebnisse sind zusammen in den Tabellen 1 bis 7 angegeben.
Bewertung der jeweiligen Testproben
➀ Durchschnittlicher Youngscher Modul und Streckgrenze
Alle Testproben Nr. 1 bis 13 enthielten 30 bis 50 Gew.-% Elemente der Gruppe Va, die durchschnittlichen Youngschen Moduli betrugen 75 GPa oder weniger und die Streckgrenzen betrugen 700 MPa oder mehr. Demgemäß ist ersichtlich, dass ein ausreichend niedriger Youngscher Modul und eine hohe Festigkeit (hohe Elastizität) erreicht wurden.
Dagegen zeigten die Testprobe Nr. C1 und die Testproben Nr. D1 bis D3, deren Gehalt an Element der Gruppe Va weniger als 30 Gew.-% betrug, und die Testprobe Nr. C2, deren Gehalt an Element der Gruppe Va mehr als 60% betrug, alle Youngsche Moduli, die größer als 75 GPa waren und der niedrige Youngsche Modul wurde nicht erreicht.
Ferner ist bei einem Vergleich der Testproben Nr. 14 bis 24, bei denen Zr, Hf oder Sc in den vorgegebenen Mengen der Elemente der Gruppe Va enthalten waren, mit den Testproben Nr. 6 bis 12 ersichtlich, dass die Testproben Nr. 14 bis 24 in allen Fällen weiter verminderte Youngsche Moduli und weiter erhöhte Festigkeiten (erhöhte Elastizität) aufwiesen.
Wenn ferner die Testproben Nr. 25 bis 38, bei denen Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Al oder Sn enthalten war, mit den Testproben verglichen werden, die frei von diesen Elementen waren, sind die Testproben Nr. 25 bis 38 bezüglich der Streckgrenze verbessert, während der niedrige Youngsche Modul erreicht wurde. Daher ist ersichtlich, dass diese Elemente zur Erhöhung der Festigkeit (zur Erhöhung der Elastizität) der erfindungsgemäßen Titanlegierung effektiv sind.
Wie es jedoch bei der Testprobe Nr. 3, usw., ersichtlich ist, trat eine Zunahme der Youngschen Moduli auf, wenn der Al-Gehalt 5 Gew.-% überstieg, obwohl die Streckgrenzen verbessert waren. Daraus ist ersichtlich, dass der Al-Gehalt vorzugsweise 5 Gew.-% oder weniger beträgt, um einen niedrigen Youngschen Modul und eine hohe Festigkeit (hohe Elastizität) bereitzustellen.
Ferner ergibt sich aus den Testproben Nr. 39 bis 46, dass Sauerstoff ein effektives Element zur Verminderung des Youngschen Moduls und zur Erhöhung der Festigkeit (zur Erhöhung der Elastizität) ist. Darüber hinaus ergibt sich aus den Testproben Nr. 47 bis 51, dass Kohlenstoff und Stickstoff entsprechend effektive Elemente zur Bereitstellung eines niedrigen Youngschen Moduls und einer hohen Festigkeit (hohen Elastizität) sind.
Darüber hinaus ergibt sich aus den Testproben Nr. 52 bis 54, dass Bor ebenfalls ein effektives Element zur Verminderung des Youngschen Moduls und zur Erhöhung der Festigkeit (zur Erhöhung der Elastizität) ist. Ferner ergibt sich aus den Testproben Nr. 71 bis 73, dass die Kaltumformbarkeit durch Zugeben einer geeigneten Bormenge nicht beeinträchtigt wird.
➁ Elastische Verformbarkeit
Alle Testproben Nr. 1 bis 84 zeigten eine Verformbarkeit von 1,3 oder mehr und es ist ersichtlich, dass sie bezogen auf die Testproben Nr. C1 bis C5 und D1 bis D3 (die elastische Verformbarkeit betrug 1,0 oder weniger) eine hervorragende Verformbarkeit aufwiesen.
➂ Kaltumformungsverhältnis
Aus den Testproben Nr. 55 bis 77, die der Kaltumformung unterzogen worden sind, ist allgemein ersichtlich, dass der Youngsche Modul zu einer Abnahme neigte und dass die Streckgrenze zu einer Zunahme neigte, wenn sich das Kaltumformungsverhältnis erhöhte. Es ist ersichtlich, dass die Kaltumformung dahingehend effektiv ist, den Youngschen Modul zu vermindern und die elastische Verformbarkeit der Titanlegierung sowie die Erhöhung der Festigkeit (Erhöhung der Elastizität) kompatibel zu machen.
➃ Porenverhältnis
Aus den Testproben Nr. 78 bis 81 ist ersichtlich, dass selbst dann, wenn 30 Vol.-% oder weniger Poren vorlagen, die hohe Festigkeit (hohe Elastizität) zusätzlich zu dem niedrigen Youngschen Modul erhalten wurde. In den Testproben Nr. 80 und 81, deren Porenverhältnisse weiter erhöht waren, wurde eine Verbesserung der spezifischen Festigkeit durch eine Verminderung der Dichte erreicht.
➄ Sinterverfahren und Schmelzverfahren
Durch einen Vergleich der Testproben Nr. 1 bis 84, die mit dem Sinterverfahren hergestellt worden sind, mit den Testproben Nr. D1 bis D3, die mit dem Schmelzverfahren hergestellt worden sind, ist ersichtlich, dass es wahrscheinlich war, Titanlegierungen zu erhalten, die aufgrund des Sinterverfahrens einen niedrigen Youngschen Modul, eine starke elastische Verformung und eine hohe Festigkeit (hohe Elastizität) aufwiesen.
Dagegen können bei den Testproben Nr. D1 bis D3 bei Titanlegierungen, die mit dem Schmelzverfahren erhalten worden sind, der niedrige Youngsche Modul und die hohe Festigkeit (hohe Elastizität) nur schwer kompatibel gemacht werden. Dies bedeutet jedoch nicht, wie es aus den Testproben Nr. 2, 7, usw., ersichtlich ist, dass Titanlegierungen, die durch das Schmelzverfahren hergestellt worden sind, aus der vorliegenden Erfindung ausgeschlossen sind.
Die beschriebene, erfindungsgemäße Titanlegierung kann in verschiedenen Produkten vielfältig verwendet werden, die einen niedrigen Youngschen Modul, eine starke elastische Verformbarkeit und eine hohe Festigkeit (hohe Elastizität) aufweisen müssen, und da sie darüber hinaus eine hervorragende Kaltumformbarkeit aufweist, kann eine Verbesserung der Produktivität erreicht werden.
Darüber hinaus kann eine solche Titanlegierung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Titanlegierung einfach erhalten werden.

Claims

Titanlegierung, die eine Menge von 30 bis 50 Gew.-% Vanadium (V), Niob (Nb) und/oder Tantal (Ta), wobei der Niob-Gehalt (Nb-Gehalt) im Bereich von 20 bis 40 Gew.-% liegt, und, falls vorhanden, der Vanadium-Gehalt (V-Gehalt) im Bereich von 2 bis 8 Gew.-% und der Tantal-Gehalt (Ta-Gehalt) im Bereich von 2 bis 13 Gew.-% liegt, 0,1 bis 0,6 Gew.-% Sauerstoff (O), gegebenenfalls ein oder mehrere Element(e), das bzw. die aus der Gruppe bestehend aus 0,05 bis 1,0 Gew.-% Kohlenstoff (C) und 0,05 bis 0,8 Gew.-% Stickstoff (N) ausgewählt ist bzw. sind, gegebenenfalls eines der folgenden (i) bis (v) oder eine Kombination von zwei oder mehr der folgenden (i) bis (v): (i) Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) und/oder Scandium (Sc) in einer Gesamtmenge von 20 Gew.-% oder weniger, (ii) Chrom (Cr) und/oder Molybdän (Mo) in einer Gesamtmenge von 20 Gew.-% oder weniger, (iii) Mangan (Mn), Eisen (Fe), Cobalt (Co) und/oder Nickel (Ni) in einer Gesamtmenge von 10 Gew.-% oder weniger, (iv) 0,3 bis 5 Gew.-% Aluminium (Al), (v) 0,01 bis 1,0 Gew.-% Bor (B) umfasst, und wobei der Rest Titan und unvermeidliche Verunreinigungen sind, wobei die Legierung einen Youngschen Modul von 75 GPa oder weniger bei der Hälfte der Streckgrenze der Legierung aufweist, wobei die Streckgrenze 700 MPa oder mehr beträgt, und wobei der Youngsche Modul der Legierung mit einer Zunahme der Dehnung über den elastischen Verformungsbereich (➀'–➁) der Legierung kontinuierlich abnimmt.
Gesinterte Titanlegierung, die eine Menge von 30 bis 50 Gew.-% Vanadium (V), Niob (Nb) und/oder Tantal (Ta), wobei der Niob-Gehalt (Nb-Gehalt) im Bereich von 20 bis 40 Gew.-% liegt, und, falls vorhanden, der Vanadium-Gehalt (V-Gehalt) im Bereich von 2 bis 8 Gew.-% und der Tantal-Gehalt (Ta-Gehalt) im Bereich von 2 bis 13 Gew.-% liegt, 0,1 bis 0,6 Gew.-% Sauerstoff (O), gegebenenfalls ein oder mehrere Element(e), das bzw. die aus der Gruppe bestehend aus 0,05 bis 1,0 Gew.-% Kohlenstoff (C) und 0,05 bis 0,8 Gew.-% Stickstoff (N) ausgewählt ist bzw. sind, gegebenenfalls eines der folgenden (i) bis (v) oder eine Kombination von zwei oder mehr der folgenden (i) bis (v): (i) Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) und/oder Scandium (Sc) in einer Gesamtmenge von 20 Gew.-% oder weniger, (ii) Chrom (Cr) und/oder Molybdän (Mo) in einer Gesamtmenge von 20 Gew.-% oder weniger, (iii) Mangan (Mn), Eisen (Fe), Cobalt (Co), Nickel (Ni) und/oder Zinn (Sn) in einer Gesamtmenge von 10 Gew.-% oder weniger, (iv) 0,3 bis 5 Gew.-% Aluminium (Al), (v) 0,01 bis 1,0 Gew.-% Bor (B) umfasst, und wobei der Rest Titan und unvermeidliche Verunreinigungen sind, wobei der Youngsche Modul der Legierung mit einer Zunahme der Dehnung über den elastischen Verformungsbereich (➀'–➁) der Legierung kontinuierlich abnimmt.
Titanlegierung nach Anspruch 2, bei welcher der Youngsche Modul bei der Hälfte der Streckgrenze 75 GPa oder weniger und die Streckgrenze 700 MPa oder mehr beträgt.
Titanlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ein Kaltumformungsverhältnis von 10% oder mehr aufweist, wobei der Youngsche Modul bei der Hälfte der Streckgrenze 70 GPa oder weniger und die Streckgrenze 750 MPa oder mehr beträgt.
Titanlegierung nach Anspruch 4, bei der das Kaltumformungsverhältnis 50% oder mehr, der Youngsche Modul bei der Hälfte der Streckgrenze 65 GPa oder weniger und die Streckgrenze 800 MPa oder mehr betragen.
Titanlegierung nach Anspruch 5, bei der das Kaltumformungsverhältnis 70% oder mehr, der Youngsche Modul bei der Hälfte der Streckgrenze 60 GPa oder weniger und die Streckgrenze 850 MPa oder mehr betragen.
Titanlegierung nach Anspruch 6, bei der das Kaltumformungsverhältnis 90% oder mehr, der Youngsche Modul bei der Hälfte der Streckgrenze 55 GPa oder weniger und die Streckgrenze 900 MPa oder mehr betragen.
Titanlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Legierung gesintert ist und die gesinterte Legierung Poren in einer Menge von 30 Vol.-% oder weniger enthält.
Titanlegierung nach Anspruch 8, wobei die gesinterte Legierung eine Struktur aufweist, bei der die Poren durch Warmumformung zu einer Menge von 5 Vol.-% oder weniger verdichtet worden sind.
Verfahren zur Herstellung der Titanlegierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: Mischen von mindestens zwei Ausgangsmaterialpulvern, die jeweils Titan und mindestens ein Element der Gruppe Va, das aus Vanadium (V), Niob (Nb) und/oder Tantal (Ta) ausgewählt ist, und Sauerstoff (O) umfassen, Pressen des Pulvergemischs zu einem Grünling mit einer vorgegebenen Form, Sintern des Grünlings durch Erhitzen, und Kaltumformen des Sinterkörpers zu einem Werkstück, wobei die Legierung einen Youngschen Modul von 75 GPa oder weniger bei der Hälfte der Streckgrenze der Legierung aufweist, wobei die Streckgrenze 700 MPa oder mehr beträgt, und wobei der Youngsche Modul der Legierung mit einer Zunahme der Dehnung über den elastischen Verformungsbereich (➀'–➁) der Legierung kontinuierlich abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Pulvergemisch ferner ein oder mehrere Element(e), das bzw. die aus der Metallelementgruppe ausgewählt ist bzw. sind, die aus Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) und Scandium (Sc) besteht, in einer Gesamtmenge von 20 Gew.-% oder weniger enthält, wenn insgesamt 100 Gew.-% vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Pulvergemisch ferner ein oder mehrere Element(e) enthält, das bzw. die aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Mangan, Cobalt, Nickel, Molybdän, Eisen, Zinn, Aluminium, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Bor ausgewählt ist bzw. sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem das Pulvergemisch zwei oder mehr reine Metallpulver und/oder Legierungspulver umfasst.