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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein aus Titan bestehendes Fahrzeugteil,
das durch leichtes Gewicht und hohe Festigkeit gekennzeichnet ist.
Insbesondere betrifft es ein Fahrzeugteil, das aus kommerziell reinem Titan
des JIS Typ 2 oder Typ 3 oder aus einem niedrig legierten Titan
besteht, das aus einem von diesen Typen plus einem kleinen Anteil
von Fe besteht.
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Stand der
Technik
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Titanmaterialien
können
in Legierungstitan und kommerziell reines Titan klassifiziert werden.
Von diesen hat das kommerziell reine Titan die Eigenschaften, dass
es in der Verarbeitbarkeit vergleichsweise überlegen ist sowie einen moderaten
Grad an Festigkeitseigenschaften und überlegene Korrosionsbeständigkeit aufweist
und relativ gut zu schweißen
ist. Es wurde in verschiedene Formen, wie z.B. mitteldicke Platten, warmgewalzte
und kaltgewalzte Bänder,
aus denselben geschnittene dünne
Bleche, geschweißte
Rohre, die durch Formen und Schweißen dieser dünnen Bleche
erhalten werden, runde Stangen mit großem Durchmesser, quadratische
Stangen, Streifen- und Drahtwickel, Stangen mit mittlerem und kleinem
Durchmesser und aus denselben geschnittene Drähte und durch Extrusion hergestellte
nahtlose Rohre zur Verwendung auf den Gebieten verarbeitet, welche
von deren leichten Gewicht, ho hen Festigkeit, hohen Korrosionsbeständigkeit und
anderen Eigenschaften Gebrauch machen, wie z.B. bei Flugzeug-, Chemie-,
Schiffsstrukturen, elektrischem Antrieb, usw., wo derartige Eigenschaften
erforderlich sind. Ferner wurde in der letzten Zeit ein erheblicher
Fortschritt in der Anwendung für
Fahrzeuge und andere Konsumgüter
erzielt. Von verschiedenen Titanteilen wird auf diesen Gebieten
nun häufiger
Gebrauch gemacht.
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Derartiges
kommerziell reines Titan wird abhängig von den zugesetzten Elementen
und den Festigkeitseigenschaften in den JIS Typ 1 bis Typ 4 klassifiziert.
In dem am üblichsten
genutzten JIS Typ 2 ist das Material auf ein Maximum von 0,20 Gewichtsprozent
Sauerstoff, ein Maximum von 0,5 Gewichtsprozent Stickstoff und ein
Maximum von 0,25 Gewichtsprozent Fe beschränkt. Ferner ist der eine höhere Festigkeit
als der JIS Typ 2 aufweisende JIS Typ 3 auf ein Maximum von 0,30
Gewichtsprozent Sauerstoff, ein Maximum von 0,07 Gewichtsprozent
Stickstoff, und ein Maximum von 0,30 Gewichtsprozent Fe beschränkt. (Man
beachte, dass in der nachstehenden Beschreibung die Anteile chemischer
Komponenten in Gewichtsprozent angegeben sind).
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Tatsächlich enthalten
jedoch diese kommerziell reinen Titanarten des JIS Typs 2 und Typs
3 derzeit höchstens
0,015% Stickstoff und höchstens
0,1% Fe. Mit der Ausnahme, dass sie 0,07 bis 0,3% Sauerstoff und
unvermeidbare Verunreinigungen enthalten, sind sie buchstäblich reines
Titan.
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Dieses
herkömmliche
kommerziell reine Titan des JIS Typs 2 und JIS Typs 3, wie vorstehend
erläutert, wird
zu Produkten mit verschiedenen Querschnittsformen und Abmessungen
geformt und in einem breiten Spektrum von Gebieten eingesetzt. Wenn
sie bei Schalldämpfern,
Abgasrohren, Motorradhintergabeln, Rahmen und anderen Fahrzeugteilen
usw. eingesetzt werden, werden sie durch Biegen, Schmieden, Flachwalzen (Kaltwalzen
von Stange und Draht mit runden Querschnitten in Blechformen) Rohrschrumpfen,
Ziehen, Rohrdehnen, Stanzen, Bohrungs-Aufweitung und andere Kaltbearbeitungstechniken
in komplizierte Formen verarbeitet. Daher wird die Verformbarkeit
bzw. Duktilität
in der Bearbeitung verbraucht und manchmal wird die Duktilität des Teils
nach der Bearbeitung teilweise klein. Andererseits werden Fahrzeugteile
möglicherweise
unter zunehmend erschwerten Umgebungen in der Zukunft eingesetzt,
so dass Teile mit einer großen
Restduktilität sehr
gesucht sind.
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Um
die Restduktilität
eines Teils nach der Verarbeitung zunehmen werden zu lassen, ist
es erforderlich, die Ausgangsduktilität des Materials zu verbessern.
Bezüglich
des letzteren in hochfesten Titanlegierungen gibt es als ein Verfahren
zur Sicherstellung einer hohen Duktilität, wie es in der Japanischen
nationalen Veröffentlichung
(Tokohyo) Nr. 8-833292 (Internationale Veröffentlichung Nr. WO96/33292)
beschrieben ist, ein Verfahren der gleichzeitigen Zusetzung von
Fe und Stickstoff. Dieses Verfahren soll sogar auf Titanmaterialien
mit einem Festigkeitsgrad, der der niedrigsten Festigkeit des JIS
Typs 2 oder Typs 3 entspricht, angewendet werden können, wobei
aber, wenn man fast 1% an Fe wie in diesem Verfahren zusetzt, ein
großer
Anteil einer β-Phase
(bcc-Kristallstruktur)
mit einer sich von der α-Phase
(hcp-Kristallstruktur)
der Matrix unterscheidenden Kristallstruktur erzeugt wird, der Elastizitätsmodul
und die Wärmeausdehnungseigenschaften
anders als in dem üblichen
Fall, welcher nur die α-Phase
als die Haupt-Phase enthält,
werden, und das Problem entsteht, dass es erforderlich ist, die
Form des Teils oder den Produktionsprozess oder das Verarbeitungsver fahren
so neu anzupassen, dass eine Kompatibilität mit den umgebenden Teilen
sichergestellt wird.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Fahrzeugteil aus Titan bereit,
das aus einem Titanmaterial mit einer Festigkeit gleich dem des
herkömmlichen
JIS Typs 2 und Typs 3 und einer Phasenstruktur besteht, welches die
Konstruktion ähnlicher
Teile und Verfahren wie herkömmliches
Titan des JIS Typs 2 und des Typs 3 ermöglicht und eine hohe Restduktilität nach der
Verarbeitung aufweist.
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Die
in umfassenden Untersuchungen mit der Beziehung zwischen der Zusammensetzung
und den Eigenschaften von Titanmaterialien mit verschiedenen chemischen
Zusammensetzungen befassten Erfinder entdeckten eine Beziehung von
Festigkeit und Duktilität
mit Komponenten, wie z.B. dem Sauerstoffäquivalentwert, der Fe-Konzentration
und Stickstoffkonzentration und gelangten zu der vorliegenden Erfindung,
indem sie den Bereich der chemischen Zusammensetzung einschränkten, welcher
die Bereitstellung eines Fahrzeugteils aus Titan mit nahezu demselben
Festigkeitsgrad und derselben Phasenkonfiguration wie das herkömmliche
Titanmaterial des JIS Typs 2 und des Typs 3 und mit einer höheren Restduktilität nach der
Bearbeitung des Produktes im Vergleich zu der Vergangenheit ermöglicht.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf dieser technischen Idee und hat
als ihren Kern Nachstehendes:
- (1) Titanfahrzeugteil,
dadurch gekennzeichnet, dass es in Gewichtsprozent enthält: Fe:
0,15 bis 0,5%, Stickstoff 0,015 bis 0,04%, Sauerstoff und den Rest
aus Titan und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei, wenn der Fe-Anteil
[Fe] ist, der Stickstoffanteil [N] ist, und der Sauerstoffanteil
[O] ist, der Sauerstoffäquivalentwert
Q = [O] + 2,77 [N] + 0,1 [Fe] gleich Q: 0,11 bis 0,28% ist.
- (2) Titanfahrzeugteil gemäß (1), dadurch
gekennzeichnet, dass der Sauerstoffäquivalentwert Q gleich 0,11 bis
0,20% ist
- (3) (2) Titanfahrzeugteil gemäß (1) oder (2), dadurch gekennzeichnet,
dass das Fahrzeugteil ein Schalldämpfer, ein Abgasrohr, eine
Motorradhintergabel oder eine Motorradvordergabel-Innenrohr ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt
einen Schalldämpfer
und ein Abgasrohr eines Motorrades als ein Testbeispiel der vorliegenden
Erfindung dar.
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2 stellt
einen Motorradrahmen eines Motorrades als ein Testbeispiel der vorliegenden
Erfindung dar.
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3 stellt
eine Motorradhintergabel eines Motorrades als ein Testbeispiel der
vorliegenden Erfindung dar.
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4 stellt
ein Motorradvordergabel-Innenrohr eines Motorrades als ein Testbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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5 stellt
das Aussehen eines Motorrades als ein Testbeispiel der vorliegenden
Erfindung dar.
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Beste Ausführungsart
der Erfindung
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Die
Erfinder befassten sich in umfangreichen Untersuchungen mit der
Beziehung zwischen der Zusammensetzung und den Eigenschaften in
Titanmaterialien verschiedener Zusammenset zungen und entdeckten
als Ergebnis das nachstehende wichtige Phänomen. D.h.,
- [1]]
Wenn der Anteil des zugesetzten Fe 0,5% überschreitet, wird ein großer Anteil
einer β-Phase
(bcc-Kristallstruktur),
der sich in der Kristallstruktur von der α-Phase der Matrix unterscheidet,
erzeugt, und der Elastizitätsmodul
und die Wärmeausdehnungseigenschaften
werden anders als in dem üblichen
Fall, welcher nur die herkömmliche α-Phase als eine Hauptphase
enthält,
aber wenn der Anteil des zugesetzten Fe nicht größer als 0,5% ist, ist der Anteil
der Erzeugung der β-Phase
klein, und es besteht keine Notwendigkeit, die Form des Teils, das
Herstellungsverfahren, usw. neu anzupassen, um die Kompatibilität mit den
umgebenden Teilen sicherzustellen. D.h., dass es möglich ist,
Fahrzeugteile mit denselben Auslegungen und Herstellungsverfahren
wie in der Vergangenheit herzustellen.
- [2] Selbst mit einem maximalen Anteil an Fe von 0,5% mit geringer
Erzeugung der β-Phase
ermöglicht, wenn
der zugesetzte Anteil 0,15% oder mehr ist, die Hinzufügung von
bis zu 0,04% Stickstoff die Erzielung einer Erhöhung in der Festigkeit ohne
eine Reduzierung in der Duktilität
zu bewirken. Alternativ ist es möglich,
die Duktilität
zu verbessern, ohne eine Reduzierung der Festigkeit zu bewirken.
D.h., es ist möglich, das
Gleichgewicht von Festigkeit und Duktilität zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung wurde auf der Basis der vorstehenden zwei
Entdeckungen erzielt. Man beachte, dass in der vorstehenden Entdeckung
[2], wenn der Anteil des zugesetzten Fe 0,6% überschreitet, der Effekt zunächst verschwindet,
aber wenn er über
0,9% liegt, der Anteil der in dem Gleichgewicht von Festigkeit und
Duktilität überlegenen β-Phase stär ker zunimmt,
so dass wieder eine Verbesserung in der Beziehung von Festigkeit
und Duktilität
aufgrund der kombinierten Hinzufügung
von Fe und Stickstoff auftritt. Dieser Effekt ist jedoch wirksam
bei der hochfesten Legierung, wie sie beispielsweise in der Japanischen
nationalen Veröffentlichung
(Tokuhyo) Nr. 8-833292 beschrieben ist, ist aber besonders stark
für ein
Titanmaterial mit einer Festigkeit der JIS Typ 2 oder Typ 3 Klasse,
die durch die vorliegende Erfindung abgedeckt wird und beeinträchtigt umgekehrt
die in dieser Klasse von Titanmaterialien gesuchte Duktilität oder Bearbeitbarkeit,
so dass er bevorzugt nicht auf ein Material mit einem Festigkeitsgrad
angewendet wird, welcher von der vorliegenden Erfindung abgedeckt
wird.
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Ferner
führt er,
wie vorstehend in [1] erläutert,
in diesem Falle, da der Anteil der β-Phase groß ist, zu der Notwendigkeit,
die Teileform oder das Produktionsverfahren neu anzupassen, um eine
Kompatibilität
mit den umgebenden Teilen sicherzustellen. Eine ausreichende Bearbeitung
kann nicht notwendigerweise mit einem herkömmlichen Produktionsverfahen
durchgeführt
werden.
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Die
Gründe
für die
Beschränkung
der Inhalte an Sauerstoff, Stickstoff und Fe in der vorstehenden
Offenbarung [1] werden anschließend
erläutert.
In [1] wurde der Anteil des zugesetzten Fe zu 0,15 bis 0,5% gemacht.
Wenigstens 0,15% wurden zugesetzt, um die Duktilität zu verbessern,
ohne die Festigkeit durch die kombinierte Addition mit Stickstoff
zu reduzieren, oder um die Festigkeit ohne Reduzierung der Duktilität zu verbessern,
ist es erforderlich, wenigstens 0,15% an Fe gemäß Beschreibung in der vorstehenden
Entdeckung [2] hinzuzufügen.
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Wenn
jedoch mehr als 0,5% hinzugefügt
werden, verschwindet nicht nur der Effekt, sondern es wird, wie
es in [1] er läutert
ist, ein großer
Anteil einer sich in der Kristallstruktur von der α-Phase (hcp-Kristallstruktur) der
Matrix unterscheidenden β-Phase
(bcc-Kristallstruktur) erzeugt, und der Elastizitätsmodul
und die Wärmeausdehnungseigenschaften
werden deutlich gegenüber
dem Fall, welcher nur die herkömmliche α-Phase als die
Hauptphase enthält,
anders, so dass eine Notwendigkeit entsteht, die Teileform oder
das Produktionsverfahren usw. neu anzupassen, um die Kompatibilität mit den
umgebenden Teilen sicherzustellen, und es schwierig wird, ein Fahrzeugteil
mittels einer Auslegung oder eines Produktionsverfahrens wie in
der Vergangenheit herzustellen.
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Ferner
war gemäß [1] der
Anteil des zugesetzten Stickstoffs 0,015 bis 0,04%. Der Grund ist
folgender. Wenn der Anteil des zugesetzten Stickstoffs kleiner als
0,015% ist, ist keine Verbesserung in der Beziehung zwischen der
Festigkeit und Duktilität
aufgrund der kombinierten Zusetzung von Fe und Stickstoff zu erkennen, und
es ist nicht möglich,
die Duktilität
zu erhöhen,
ohne die Festigkeit zu reduzieren oder die Festigkeit zu erhöhen, ohne
die Duktilität
zu beeinträchtigen.
Daher wurde in der vorliegenden Erfindung der Anteil des zugesetzten
Stickstoffs auf wenigstens 0,015% festgelegt. Ferner werden, wenn
der Anteil des zugesetzten Stickstoffs 0,04% überschreitet, Verbindungen
aus Ti und Stickstoff erzeugt, die zu einem erheblichen Abfall in
der Duktilität
führen
und den Effekt einer Verbesserung der Beziehung zwischen der Festigkeit
und Duktilität
beseitigen. Daher wurde der obere Grenzwert bezüglich des Anteils des zugesetzten
Stickstoffs auf 0,04% festgelegt.
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Ferner
wurde gemäß [1] der
Anteil des zugesetzten Sauerstoffs auf einen Wert festgelegt, welcher
einen Sauerstoffäquivalentwert Q = [O] + 2,77 [N] + 0,1 [Fe] von 0,8 bis 0,28 ergibt.
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Hier
stellen [Fe], [N] und [O] den Anteil von Fe, den Anteil von Stickstoff
und den Anteil von Sauerstoff dar. Der "Sauerstoffäquivalentwert" ist ein Indikator,
der zusammenfassend die Fähigkeit
von Sauerstoff, Stickstoff und Fe darstellt, die Festigkeit von
Titan zu erhöhen.
Wenn die Fähigkeit
einer Gewichtsprozenteinheit von Sauerstoff zur Verstärkung von
Titan zu "1" gemacht wird, zeigt
sich, dass eine Gewichtsprozenteinheit von Stickstoff eine 2,77-fache
Verstärkungsfähigkeit
dieser zeigt, oder dass eine Gewichtsprozenteinheit von Fe nur das
0,1-fache dieser zeigt.
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In
der vorliegenden Erfindung wurde Q auf einen Bereich von 0,11 bis
0,28 festgelegt, da es die Festlegung des Wertes von Q auf diesen
Bereich ermöglicht,
einen Festigkeitsgrad gleich dem des derzeitigen JIS Typs 2 und
Typs 3 zu erzielen, der von der vorliegenden Erfindung überdeckt
wird. D.h., wenn Q kleiner als 0,11 ist, ist die Festigkeit zu gering
und es ist nicht möglich,
ein Material mit einer Festigkeit der allgemeinen JIS Typ 2 Klasse
zu erzielen, die derzeit vermarktet wird, und es ist erforderlich,
die relative Konzentration von Sauerstoff in dem Titan zu verringern,
und es ist erforderlich, einen teueren Schwamm mit geringem Sauerstoffgehalt
zu verwenden. Ferner wird, wenn Q über 0,28 liegt, die Festigkeit
zu hoch und es entsteht das Problem, dass die Kaltbearbeitung im
Vergleich zu der JIS Typ 3 Klasse, die sich derzeit auf dem Markt
befindet, schwieriger wird.
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Ein
aus der chemischen Zusammensetzung, die wie vorstehend beschrieben
beschränkt
ist, bestehendes Titanmaterial besitzt eine Festigkeit gleich der
des herkömmlichen
JIS Typs 2 bis JIS Typs 3 und hat eine höhere Duktilität als diese.
Aus diesem Titanmaterial bestehende Fahrzeugteile besitzen eine
höhere Restduktilität nach der
Kaltverarbeitung im Ver gleich zu einem Fahrzeugteil, das aus dem
herkömmlichen
JIS Typ 2 oder Typ 3 besteht und kann mit höherer Zuverlässigkeit
eingesetzt werden. Ferner besteht, da die Phasenkonfiguration Teilekonstruktionen ähnlich denen
des herkömmlichen
JIS Typs 2 und Typs 3 ermöglicht,
keine Notwendigkeit, die Teileform usw. neu anzupassen, um eine
Kompatibilität
mit den umgebenden Teilen sicherzustellen und eine Herstellung mittels
Konstruktionen und Produktionsverfahren wie in der Vergangenheit wird
möglich.
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Anschließend wurde
gemäß [2] der
Wertebereich des Sauerstoffäquivalentwertes
Q auf einen Bereich von 0,11 bis 0,20 festgelegt. Eine größere Duktilität ist in
dem Produktionsverfahren bei einem Fahrzeugteil aus Titan des Bereichs
der vorliegenden Erfindung in dem Falle eines weichen Materials
erforderlich, das oft einer stärkeren
Kaltbearbeitung unterworfen wird. D.h., wenn die vorliegende Erfindung
auf ein Fahrzeugteil aus Titan mit einem Q-Wert in dem Bereich von
0,11 bis 0,20 des dem JIS Typ 2 entsprechenden weichen Festigkeitsgrades
angewendet wird, offenbart sich der Effekt besonders stark.
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Man
beachte, dass das in der vorliegenden Erfindung besprochene Titan
außer
Sauerstoff, Stickstoff, Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen
im Wesentlichen aus Ti besteht. Hier bezeichnen die "unvermeidlichen Verunreinigungen" die weniger als
0,05% Ni oder Cr, die weniger als 0,015% Kohlenstoff, die weniger
als 100 ppm Wasserstoff, usw., die aus dem verwendeten Rohschwamm-Titan
oder Schrott-Titan oder von der Oberfläche aus in der Mitte des Herstellungsverfahrens
eindringen.
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Ferner
sind gemäß [1] oder
[2], wenn der Anteil des zugesetzten Fe maximal 0,3% ist, die Zusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung diejenigen, die zu dem JIS Typ 2 oder
Typ 3 gehören.
Wie in dem Abschnitt des Stands der Technik erläutert, hat kommerziell reines
Titan des JIS Typs 2 und Typs 3, welches tatsächlich auf dem Markt zirkuliert,
einen hohen Fe-Anteil
von etwa 0,1% oder ähnlich
und einen hohen Stickstoffanteil von 0,015% oder ähnlich.
Obwohl es demselben JIS-Standard entspricht, ist das Material unterschiedlich.
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Ferner
ist, wenn der Fe-Anteil 0,3% überschreitet,
das Ergebnis ein niedrig legiertes Titanmaterial, das nicht unter
die Kategorie des JIS Typs 2 oder Typs 3 fällt.
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Anschließend beschränkt sich
gemäß (3) das
Fahrzeugteil auf einen Schalldämpfer,
ein Abgasrohr, einen Motorradrahmen, eine Motorradhintergabel und
ein Motorradvordergabel-Innenrohr.
Diese Teile haben das in den 1 bis 4 dargestellte
Aussehen. Beispielsweise wird, wenn als Beispiel ein Motorrad verwendet
wird, das Material für
die in 5 dargestellten Stellen (Schalldämpfer (A),
Abgasrohr (B), Rahmen (C), Hintergabel (D) oder Vordergabel-Innenrohr
(E)) verwendet. Diese Teile führen
die in der Tabelle 1 dargestellten Funktionen durch. Indem diese
Teile aus Titan hergestellt werden, wird der Rahmen im Gewicht leichter,
der Kraftstoffverbrauch und die Bedienbarkeit verbessert. Ferner
werden gemäß Darstellung
in der Tabelle 1 diese Teile durch Kaltbearbeitung, wie z.B. Pressen
(Schrumpfen, Dehnen, Stanzen Stanzstreckung), Biegen, Rohraufweiten
usw. geformt. Es gibt Fahrzeugteile, in welchen besonders gute Effekte
der vorliegenden Erfindung erwartet werden können.
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Ausführungsformen
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Anschließend wird
die vorliegende Erfindung im Detail mittels Ausführungsformen auf der Basis
von Testbeispielen erläutert.
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(Test 1)
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Titanrohre
(1 mm Dicke, 48 mm Durchmesser) mit den in den Tests Nr. 1 bis 11
von Tabelle 2 usw. dargestellten Zusammensetzungen wurden verwendet,
um Schalldämpfer
herzustellen, und Produktionseigenschaften durch das genau gleiche
Verfahren wie bei dem JIS Typ 2 zu bewerten. Teststreifen von 10
mm Breite und 150 mm Länge
wurden in der Längsrichtung
herausgeschnitten und Zugspannungstests wurden mit einer Messlänge von
50 mm durchgeführt,
um die Zugfestigkeit und Längung
zu messen. Die Stellen, aus denen die Teststücke entnommen wurden, sind
in 1 dargestellt. Die Testergebnisse sind in Tabelle
2 dargestellt.
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In
Tabelle 2 konnten die Test Nr. 5, 8, 9 und 11 der Beispiele der
vorliegenden Erfindung ausreichend zu Schalldämpfern verarbeitet werden und
hatten denselben Festigkeitsgrad und wenigstens eine 2% höhere Restlängung im
Vergleich zu herkömmlichem
kommerziell reinem Titan (Vergleichsbeispiel) mit denselben Sauerstoffäquivalentwerten,
ohne absichtlich zugesetztem Fe oder Stickstoff und nur unvermeidliche
Mengen von Fe und Stickstoff im Ausgangsschwammtitan enthaltend.
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D.h.,
der Test Nr. 5 ergibt eine wenigstens 2% höhere Restlängung im Vergleich zu dem Test
Nr. 4, während
die Tests Nr. 8, 9 und 11 dieselbe im Vergleich zu dem Test Nr.
6 ergeben, d.h., dass sich der Effekt der vorliegenden Erfindung
zeigt. Ferner ergeben die Tests Nr. 1 und 3 extrem hohe Restlängungen
von wenigstens 18%. Insbesondere hat die Test Nr. 3 eine gleiche
Zugfestigkeit und wenigstens eine 2% höhere Restlängung im Vergleich zu herkömmlichen
kommerziell reinem Titan mit demselben Sauerstoffäquivalentwert ohne
absichtlich zugeführtem
Fe oder Stickstoff und welches nur unvermeidbare Mengen an Fe und
Sauerstoff enthält,
die im Ausgangsschwammtitan vorhanden sind. Jedoch ergeben beide
Tests Nr. 1 und 3 nur unzureichende Festigkeitsgrade weit unterhalb
der Zugfestigkeit des JIS Typ 2 Materials des Tests Nr. 4 für den gebräuchlichsten
Einsatz. Das verwendete Schwammtitan ist ferner aufgrund der Verwendung
von hoch reinem Material, das nur ein Maximum von 0,05 Gewichtsprozent
Sauerstoff enthält,
in den Produktionskosten höher. Der
Effekt der vorliegenden Erfindung kann nicht ausreichend dargestellt
werden. Dieses beruht darauf, dass der Sauerstoffäquivalentwert
Q niedriger als 0,11, der untere Grenzwert in der vorliegenden Erfindung,
war.
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Die
Tests Nr. 7 und 10 ergeben nur Zugfestigkeiten und Restlängungen
gleich denen von herkömmlichen
kommerziell reinem Titan (Test Nr. 6) mit demselben Sauerstoffäquivalentwert,
ohne absichtlich zugesetztem Fe oder Stickstoff und nur unvermeidbare
Anteile von Fe und Stickstoff enthaltend, die im Ausgangsschwammtitan
vorhanden sind. Der Effekt der vorliegenden Erfindung zeigt sich
nicht ausreichend. Dieses beruht darauf, dass der Anteil von Fe,
der in dem Falle des Tests Nr. 7 zugeführt war, oder der Anteil von
Stickstoff, der in dem Falle des Tests Nr. 10 hinzugefügt war,
kleiner als der untere Grenzwert der vorliegenden Erfindung war.
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(Test 2)
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Titanrohre
(2,0 mm Dicke, 32 mm Durchmesser) mit den in Tests Nr. 12 bis 22
von Tabelle 3 usw. dargestellten Zusammensetzungen werden verwendet,
um Motorradrahmen herzustellen und um die Produktionseigenschaften
mittels des genau desselben Verfahrens wie bei dem JIS Typ 2 oder
Typs 3 zu bewerten. Teststreifen von 10 mm Breite und 150 mm Länge werden
in der Längsrichtung
aus den in 2 dargestellten Stellen ausgeschnitten,
die Enden der Teststücke
zu Greifteilen durch Biegen verarbeitet und Zugspannungstests an
einer Messlänge
von 50 mm durchgeführt,
um die Zugfestigkeit und Längung
zu messen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Man
beachte, dass sich im Anfangsstadium des Zugspannungstests die gekrümmten Teststücke verformten,
um aus dem gekrümmten
Zustand gerade zu werden und dann gelängt wurden und brachen.
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In
der Tabelle 3 konnten die Tests Nr. 13, 14, 17, 19 und 20 von Beispielen
der vorliegenden Erfindung alle ausreichend zu Schalldämpfern verarbeitet
werden und hatten wenigstens 2 % höhere Restlängungswerte im Vergleich zu
herkömmlichen
kommerziell reinem Titan (Vergleichsbeispiel) mit denselben Sauerstoffäquivalentwerten
und Festigkeitsgraden, ohne absichtlich zugesetztem Fe oder Stickstoff
und nur unvermeidliche Verunreinigungen von Fe und Stickstoff enthaltend,
die im Ausgangsschwammtitan vorhanden sind.
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D.h.,
die Tests Nr. 13 und 14 ergeben denselben Festigkeitsgrad und eine
wenigstens 2% höhere
Längung
im Vergleich zu dem Test Nr. 12 (herkömmlicher JIS Typ 2), der Test
Nr. 17 ergibt dasselbe im Vergleich zum Test Nr. 16 (herkömmlicher
JIS Typ 3) und die Tests Nr. 19 und 20 ergeben dasselbe im Vergleich
zur Test Nr. 18 (herkömmlicher
JIS Typ 3). D.h., der Effekt der vorliegenden Erfindung zeigt sich.
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Andererseits
führt der
Test Nr. 15 zu einer Rissbildung während der Bearbeitung. Der
Grund war folgender: der Anteil des zugesetzten Fe überschritt
den oberen Grenzwert der vorliegenden Erfindung, so dass ein großer Anteil
einer zur Kristallstruktur aus der α-Phase (hcp-Kristallstruktur)
der Matrix unterschiedlichen β-Phase
(bcc-Kristallstruktur) erzeugt wurde, und der Elastizitätsmodul
und die Wärmeausdehnungseigenschaft
deutlich anders als im herkömmlichen
reinen Titan wurden, das nur die α-Phase
als die Hauptphase enthält.
Da die Teile mit derselben Auslegung und demselben Produktionsverfahren
wie diejenigen aus herkömmlichem
reinem Titan ohne Anpassung der Form des Teils oder Anpassung des
Formungsverfahrens zur Sicherung der Kompatibilität mit den
umgebenden Teilen hergestellt wurden, ergab sich jedoch eine Rissbildung während der
Bearbeitung.
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Ferner
führte
der Test Nr. 21 ebenfalls zu einer Rissbildung während der Verarbeitung. Dieses
beruht darauf, dass, weil der Anteil des zugesetzten Stickstoffs
den oberen Grenzwert der vorliegenden Erfindung überschritt und daher Verbindungen
aus Ti und Stickstoff erzeugt wurden, die Duktilität beeinträchtigt war
und der Effekt der vorliegenden Erfindung nicht erzielt werden konnte.
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Der
Test Nr. 22 führte
ebenfalls zu einer Rissbildung während
der Bearbeitung, wobei dieses jedoch darauf beruhte, dass Q 0,28 überschritt
und deswegen die Festigkeit zu hoch wurde, die Duktilität relativ
fiel und die Kaltbearbeitung im Vergleich zu der derzeit auf dem üblichen
Markt zirkulierenden JIS Typ 3 Klasse schwierig wurde.
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(Test 3)
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Titanrohre
(1,0 mm Dicke, 38 mm Durchmesser) mit den in Tests Nr. 23 bis 24
von Tabelle 4 usw. dargestellten Zusammensetzungen wurden verwendet,
um Abgasrohre herzustellen und um die Produktionseigenschaften mittels
genau desselben Verfahrens wie bei dem JIS Typ 2 zu bewerten. Gekrümmte Teststreifen von
10 mm Breite und 150 mm Länge
wurden in der Längsrichtung
aus den in 1 dargestellten Stellen ausgeschnitten,
die Enden der Teststücke
zu Greifteilen durch Biegen verarbeitet und Zugspannungstests an
einer Messlänge
von 50 mm durchgeführt,
um die Zugfestigkeit und Längung
zu messen. Die Testergebnisse sind zusammen in Tabelle 4 dargestellt.
Man beachte, dass sich im Anfangsstadium des Zugspannungstests die gekrümmten Teststücke verformten,
um aus dem gekrümmten
Zustand gerade zu werden und dann gelängt wurden und brachen.
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In
Tabelle 4 konnte der Test Nr. 24 eines Beispiels der vorliegenden
Erfindung ohne Bewirkung einer Rissbildung usw. mittels genau desselben
Verfahrens wie mit dem üblichen
reinen Titan JIS Typ 2 (Test Nr. 23) bearbeitet werden, hatte einen
Festigkeitsgrad gleich dem von normalem reinen Titan (Test Nr. 23),
hatte aber eine dessen überschreitende
Restlängung.
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(Test 4)
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Titanrohre
(1,5 mm Dicke, 32 mm Durchmesser) mit den in Tests Nr. 25 bis 26
von Tabelle 4 usw. dargestellten Zusammensetzungen wurden verwendet,
um Motorradhintergabeln herzustellen und um die Produktionseigenschaften
mittels des genau desselben Verfahrens wie bei dem JIS Typ 2 zu
bewerten. Teststreifen von 10 mm Breite und 150 mm Länge wurden
in der Längsrichtung
aus den in 3 dargestellten Stellen ausgeschnitten,
die Enden der Teststücke
zu Greifteilen durch Biegen verarbeitet und Zugspannungstests an einer
Messlänge
von 50 mm durchgeführt,
um die Zugfestigkeit und Längung
zu messen. Die Testergebnisse sind zusammen in Tabelle 4 dargestellt.
Man beachte, dass sich im Anfangsstadium des Zugspannungstests die
gekrümmten
Teststücke
verformten, um aus dem gekrümmten
Zustand gerade zu werden und dann gelängt wurden und brachen.
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In
Tabelle 4 konnte der Test Nr. 26 eines Beispiels der vorliegenden
Erfindung ohne Bewirkung einer Rissbildung usw. mittels genau desselben
Verfahrens wie mit dem üblichen
reinen Titan JIS Typ 2 (Test Nr. 25) bearbeitet werden, hatte einen
Festigkeitsgrad gleich dem von normalem reinen Titan (Test Nr. 25),
hatte aber eine dessen überschreitende
Restlängung.
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(Test 5)
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Titanrohre
(3 mm Dicke, 32 mm Durchmesser) mit den in Tests Nr. 27 bis 28 von
Tabelle 4 usw. dargestellten Zusammensetzungen wurden verwendet,
um Motorradvordergabel-Innenrohre herzustellen und um die Produktionseigenschaften
mittels genau desselben Verfahrens wie bei dem JIS Typ 3 zu bewerten.
Teststreifen von 10 mm Breite und 150 mm Länge wurden in der Längsrichtung
aus den in 4 dargestellten Stellen ausgeschnitten,
die Enden der Teststücke
zu Greifteilen durch Biegen verarbeitet und Zugspannungstests an
einer Messlänge
von 50 mm durchgeführt,
um die Zugfestigkeit und Längung
zu messen. Die Testergebnisse sind zusammen in Tabelle 4 dargestellt.
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In
Tabelle 4 konnte der Test Nr. 28 eines Beispiels der vorliegenden
Erfindung ohne Bewirkung einer Rissbildung usw. mittels genau desselben
Verfahrens wie mit dem üblichen
reinen Titan JIS Typ 3 (Test Nr. 27) bearbeitet werden, hatte einen
Festigkeitsgrad gleich dem von normalem reinen Titan (Test Nr. 275),
hatte aber eine dessen überschreitende
Restlängung.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie
vorstehend erläutert,
ist es durch Anwenden der vorliegenden Erfindung möglich, ein
Fahrzeugteil aus Titan bereitzustellen, das aus einem Titanmaterial
mit einer Festigkeit gleich dem herkömmlichen JIS Typ 2 und Typ
3 und einer Phasenstruktur besteht, welche eine Herstellung durch
dieselben Teile und Verfahren wie bei einem herkömmlichen Titanmaterial des
JIS Typs 2 und Typs 3 zulassen, und möglich, im industriellen Sinne
extrem vorteilhafte Effekte zu erzielen.
