JP2859102B2 - 準安定βチタン系合金 - Google Patents
準安定βチタン系合金Info
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- C22C14/00—Alloys based on titanium
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Description
−アルミニウムの準安定なβ−チタン系合金に関するも
のである。
普通の成分より軽い重量の成分を使用することは有利で
ある。増加された燃料効率をもつ自動車両を作る全見地
から、これは望ましいことである。最終的に、高強度チ
タン系合金から、自動車両スプリング、特に自動車コイ
ルスプリングを作る事は有利であると認められている。
更に、これに関し、約180ksi の引張り強度に熱処理
できる高強度準安定β−チタン系合金が、この目的によ
く適し、鋼から作られた当価で、普通の自動車コイルス
プリングに較べ、約52%の重量節約及び約22%の容
量減少を達成するであろう。
用によく適合しているけれども、鋼に比し、コストは手
がでない程高い。従って低コスト合金の含量で、自動車
コイルスプリングのような自動車成分の製造における使
用に、強度と延性の望まれた組合せをもつチタン合金が
要求されている。
の目的は、低コストで、強度と延性の良好な組合せをも
つ準安定なβチタン系合金を提供することである。発明
の更に別の目的は、比較的低コスト合金元素から作られ
えるこれらの特性をもつチタン合金を提供することであ
る。発明により、準安定βチタン系合金は、16より大
きいMoEq.(以下に定義されたモリブデン当量)をもつ合
金で、Ti−Fe−Mo−Alを包含している。特に、MoEq. は
16.5より大で、好ましくは16.5〜21、又は20.5
であり、更に好ましくは約16.5である。合金は、望ま
しくは室温引張りテストで最少40%の断面積減少(%
RA)を示す。重量%で、合金の好ましい組成限定は、
Fe4〜5%、Mo4〜7%、Al1〜2%、O20.25%まで
及び残りTiである。
準安定β合金の比較的高いコストは、バナジウム、モリ
ブデン及びニオブのようなβ−安定化元素の高コストに
依存している。これら元素の合金への添加は、代表的に
β安定化元素のマスター合金の使用によりアルミニウム
でなされる。それ故、低コストマスター合金を使用する
ように、このタイプの低コスト合金を作ることは有利で
ある。鉄は既知のβ安定化剤であり、比較的低コストで
あるけれども、普通に使用されるとき、熔融の間に望ま
しくない偏析を生じ、熱処理応答を、それ故合金の延性
を、かえって劣化する。
は、これら示された元素の夫々へのβ安定化ポテンシャ
ルに関して、確認されている。これはモリブデン当量
(MoEq.)として定義されている。MoEq. の使用により、
表1に示されたように、モリブデンに関してβ安定化元
素の夫々のβ安定化ポテンシャルの比較のための基本線
を与えるため、モリブデンが使用されている。普通の基
本としてβ安定化をMoEq. で試験することにより、チタ
ンの種々の準安定β合金を比較することが可能である。
たβ安定化元素を示しているA、B─とチタンの普通の
準安定β合金の比較を提供している。この式に関し、α
−安定剤アルミニウムがモリブデンに関して−1.0の値
に振り分けられ、錫及びジルコニウムはα及びβ安定化
の見地から中性と考えられ、それ故、式に含まれていな
いことは注意さるべきである。
B)(MoEq.B)+・・・−1(重量・%Al)
義及び請求項の目的のため、MoEq.がこの式により決定
される。
質温度以上からの急冷で、100%β構造を保持するこ
とが知られている。一方10/2/3として示された第
6の合金は、時には急冷で部分的にマルテンサイトにか
わる。従って、上記式1により、一般に9.5以上の合金
MoEq. 値は、β変質温度以上からの急冷で完全にβ構造
を保持すると期待されるであろう。実質的に完全にβ構
造に急冷されたとき、これらの合金は、その状態におい
て高度に延性であると知られている。かくして、たやす
く普通の冷間引抜き法により棒又は棒材に作られ、その
後普通の冷間巻線によりスプリングに作られるであろ
う。
じて、前記の自動車スプリング使用にコスト的に効果的
である合金を提供するため、モリブデン及び鉄のマスタ
ー合金、代表的に60%Mo40%Fe、が表3に示された
合金の製造に使用された。
す利点を与え、代表的に、この目的に使用されたMo−Al
マスター合金に伴われた大量のAl添加を避けている。こ
れまで、モリブデン及び鉄のマスター合金は、第1に鋼
製造において、使用を発見した。アルミニウム及びモリ
ブデンマスター合金に対して含まれたモリブデンのポン
ドあたり13.50〜14.50ドルであるのに比し、この
マスター合金は、代表的に含まれたモリブデンのポンド
あたり3.55〜4.15ドルのコストである。このタイプ
のチタン系合金に意味のある鉄添加の使用から生じる前
記に論じられた偏析の問題は、モリブデン鉄マスター合
金の使用により減ぜられる。モリブデンが、鉄に反対の
方向に偏析し、鉄偏析に対し意味のある程度に補償する
からである。
ームアークレメルティング(doublevacuum arc remelti
ng)(VAR)加工法により、30−ポンドヒート(pou
ndheats)として製造された。各々の合金の6インチ直径
インゴットが、断面積1.25インチ平方に熱間鍛造さ
れ、最終的に、公称0.50インチ直径に熱間圧延され
た。それから、熱処理の関数として引張りテストのた
め、まるい棒が断片に切断された。
している。これらの合金は表4に記された2つの方法に
より均一相処理された。特に、ST(1)として示され
た方法で、材料は、各々特定合金のβ変質温度を50°
F こえる温度で均一相処理された。ST(2)として示
された方法で、材料は、各々の合金の夫々のβ変質温度
より50°F 下で均一相処理された。これら両法で、均
一相処理は、望まれた温度で10分加熱され、その後0.
5インチ直径引張り標本の水急冷を含んだ。急冷後、標
本は機械加工され、室温でテストされた。表4に示され
た各値は、2テストの平均を示している。
トを作るのに使用された。図1で、延性はRA%として
示されている。表4からのデータ及び図1は、MoEq. が
14〜15の範囲にあるとき、いずれの均一相処理方法
により処理された合金も厳しい延性低下を示している。
然しながら、この低下は、β変質以下の均一相処理に対
するより、β変質以上の均一相処理に更に厳しいことが
注意されるべきである。自動車スプリングの製造に代表
的に使用された冷間引抜き及びスプリング巻線操作のた
め、RA最少40%の延性が望まれ、それは、発明の前
記限定内のMoEq. を要求している。
3の合金で、可能な強度/延性の組合せを論証するた
め、以下の時効サイクルが、β−50°F 均一相処理後
の各合金の1/2 インチ棒に適用された:900°F /2
4時間;1000°F /8時間;1100°F /8時間
及び1200°F /8時間。結果は表5,表6に示され
ている。
析により解析されえ、式2をえる。
終の引張り強度に等しい。各合金に、この特性方程式を
作ることで、いかなるUTS水準でも予期された“計
算”延性を決定することが可能である。
準でのそのような計算された延性を提供している。図2
は、表7のデータのプロットである。図2のカーブか
ら、均一相処理材料のための図1における延性カーブの
場合におけるように、約14.5〜15.5のMoEq.範囲内
で延性低下が示されていることがみられるであろう。図
1に示された均一相処理サンプルとは逆に、MoEq.が1
6.5を越すとき、延性に僅かな減少があるにもかかわら
ず、それらは約20.5までの受入れられる延性値であ
る。図1及び2に示されたデータは、発明によるMoEq.
の範囲の批判を論証している。
組合せで、自動車コイルスプリングの製造に望まれた性
質を与えることが可能であることがわかるであろう。特
に、均一相処理条件において、合金はスプリング製造に
付随する製造操作に必要な延性を提供する。その後合金
は時効化され、マルテンサイト、αまたは共析分解生成
物への変態の度合に達し、この使用に望まれた増加した
強度を与える。
として、MoEq.の延性への関係を示しているグラフ図で
ある。
ルと延性との関係を示しているグラフ図である。
Claims (18)
- 【請求項1】 重量%で、Fe及びMoが各々少なくと
も4%、Alが1〜2%まででありTi−Fe−Mo−
Alのみよりなり、16より大きいMoEq.をもつ準
安定β−チタン系合金。 - 【請求項2】 16.5より大きいMoEq.をもつ請
求項1の合金。 - 【請求項3】 16.5から21のMoEq.をもつ請
求項1の合金。 - 【請求項4】 16.5から20.5のMoEq.をも
つ請求項1の合金。 - 【請求項5】 16.5のMoEq.をもつ請求項1の
合金。 - 【請求項6】 均一相処理状態において、40%の最少
RA%を示す請求項1の合金。 - 【請求項7】 重量%で、Fe4〜5%、Mo4〜7
%、Al1〜2%、O 2 0.25%まで及び残りTi及
び付随的不純物のみよりなる準安定β−チタン系合金。 - 【請求項8】 16以上のMoEq.をもつ請求項7の
合金。 - 【請求項9】 16.5以上のMoEq.をもつ請求項
7の合金。 - 【請求項10】 16.5から21のMoEq.をもつ
請求項7の合金。 - 【請求項11】 16.5から20.5のMoEq.を
もつ請求項7の合金。 - 【請求項12】 16.5のMoEq.をもつ請求項7
の合金。 - 【請求項13】 重量%で、Fe4〜5%、Mo4〜7
%、Al1〜2%、O 2 0.25%まで及び残りTiの
みよりなり、均一相処理状態で40%の最少RA%を示
す準安定β−チタン系合金。 - 【請求項14】 16以上のMoEq.をもつ請求項1
3の合金。 - 【請求項15】 16.5以上のMoEq.をもつ請求
項13の合金。 - 【請求項16】 16.5から21のMoEq.をもつ
請求項13の合金。 - 【請求項17】 16.5から20.5のMoEq.を
もつ請求項13の合金。 - 【請求項18】 16.5のMoEq.をもつ請求項1
3の合金。
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