JP3114503B2 - 局部的に耐磨耗性に優れた(α+β)型チタン合金の製造方法 - Google Patents
局部的に耐磨耗性に優れた(α+β)型チタン合金の製造方法Info
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た(α+β)型チタン合金の製造方法に関するものであ
る。
よび靱性に優れているため宇宙航空分野を中心に広く用
いられており、最近では工具や自動車部品などの民生分
野にも適用されている。しかし(α+β)型チタン合金
の耐磨耗性は必ずしも十分でなく、褶動部やエロージョ
ン部などの厳しい条件下に置かれる部材においては問題
となっている。
ー69956号公報や特開平5ー9703号公報には、
メッキ法や酸化法により表面に硬化層を設ける方法が、
また特開平5ー59509号公報には、β変態点直上で
5分以内の短時間溶体化処理後、時効処理を施して硬化
させる方法などが提案されている。
61ー69956号公報や特開平5ー9703号公報に
記載された方法では、硬化層の厚さが10〜50μmと
薄いため褶動部やエロージョン部などの厳しい条件下に
おいては十分な耐磨耗性が得られない。硬化層の厚みを
増大させれば耐磨耗性は改善されるが、褶動部やエロー
ジョン部などの厳しい条件下においては1mm以上の厚
さの硬化層が必要であり、メッキ法や酸化法でこのよう
な厚い層を形成するには莫大な時間がかかり非現実的で
ある。また特開平5ー59509号公報に提案された熱
処理による方法では、表層部などの耐磨耗性の必要な部
位のみならず耐磨耗性の必要性のない部位までも硬化
し、その部位の靱性が厚さ5mmのJIS4号試験片で
測定したシャルピー衝撃値で1kgf・m以下に劣化
し、構造部材として用いる場合には大きな問題となる。
なされたもので、表層部や端部などの耐磨耗性が要求さ
れる局所的な部位のみを十分な厚さで効果的に硬化して
耐磨耗性を持ち、それ以外の部位は構造部材として十分
な靱性すなわち厚さ5mmのJIS4号試験片で測定し
たシャルピー衝撃値で2.0kgf・m以上を有する
(α+β)型チタン合金の製造方法を提供することを目
的とする。
型チタン合金、好ましくは重量%で、Al:3.0〜
5.0、V:2.1〜5.0、Mo:0.85〜2.8
5、Fe:0.85〜3.15、O:0.01〜0.2
5を含有する(α+β)型チタン合金からなる部材全体
をβ変態点をTβとするときTβ−300℃以上Tβ−
100℃以下の温度範囲に加熱保持した後、前記部材の
うち耐磨耗性の必要な部位に溶体化処理を行い、ついで
前記部材全体を時効処理することによって解決される。
さ5.5mmの板材のサンプルを用い、サンプル全体を
500℃から925℃の各温度で1時間の熱処理後、サ
ンプルの一部に高周波加熱装置により920℃、3分間
の溶体化処理を施した後、サンプル全体を480℃、1
時間の時効処理して、溶体化処理した部分のビッカース
硬度と、溶体化処理の影響を受けない非熱影響部のシャ
ルピー衝撃値を厚さ5mmのJIS4号試験片を用い測
定した。その結果を図1に示す。溶体化処理部のビッカ
ース硬度は溶体化処理前の熱処理温度によらず、450
以上の値を示し耐摩耗性に対して十分な硬さである。ま
た表面から2mm以上の厚さにわたって400以上のビ
ッカース硬度を示した。一方、非熱影響部のシャルピー
衝撃値は溶体化処理前の熱処理温度の影響を大きく受
け、600℃から800℃の温度範囲において2.0k
gf・m以上となる。この温度範囲は(α+β)型チタ
ン合金のTβに依存するが、いずれのTβにおいてもT
β−300℃以上Tβ−100℃以下であれば2.0k
gf・m以上のシャルピー衝撃値が得られたので、溶体
化処理前の熱処理温度をこの範囲に限定する。
β)型チタン合金の成分範囲の限定理由を以下に説明す
る。
3.0重量%未満では十分な強度が得られない。一方、
5.0重量%を越えると加工性、特に冷間における加工
性が著しく劣化し、また疲労寿命強度も劣化する。した
がって3.0〜5.0重量%の範囲に限定する。
化させる元素であるが、2.1重量%未満ではその効果
が得られない。一方、5.0重量%を越えるとβ相の安
定度が大きくなり過ぎて十分な強度が得られない。した
がって2.1〜5.0重量%の範囲に限定する。
もに、粒成長を抑制する効果を有するが、0.85重量
%未満ではその効果は小さく、粒の粗大化が起こり延性
が低下し、かつ十分な強度が得られない。一方、2.8
5重量%を越えるとβ相の安定度が大きくなり過ぎて十
分な強度が得られない。したがって0.85〜2.85
重量%の範囲に限定する。
相を強化するとともに溶体化時効処理後の強度上昇に大
きく寄与するが、0.85重量%未満ではその効果は小
さく十分な強度が得られない。一方、3.15重量%を
越えるとβ相の安定度が大きくなり過ぎて十分な強度が
得られない。したがって0.85〜3.15重量%の範
囲に限定する。
寄与が十分でないばかりか、工業的にも得ることが難し
く、0.25重量%を越えると延性が劣化する。したが
って0.01〜0.25重量%の範囲に限定する。
すための重要な元素であり、耐磨耗性向上を図る上で必
要な溶体化処理部の硬度上昇に大きく寄与するばかり
か、溶体化処理を受けてない部位の優れた靱性を確保す
るには、いずれも本発明の成分範囲を同時に満たすこと
が望ましい。
8、Mo:1.89、Fe:1.99、O:0.08
3、C:0.01、N:0.007、H:0.0048
を含有するβ変態点が905℃の(α+β)型チタン合
金のインゴットをβ域に加熱、鍛造後、(α+β)域に
加熱し、熱間圧延により厚さ5.5mmの薄板のサンプ
ルを作成した。このサンプルを500℃から875℃の
各温度で1時間熱処理後、サンプルの一部を高周波加熱
装置により昇温速度20℃/秒にて920℃に加熱し、
3分間保持後、水冷により室温まで冷却した。そして4
80℃にて1時間の時効処理を施し、溶体化処理部のビ
ッカース硬度と溶体化処理の影響を受けてない非熱影響
部のシャルピー衝撃値(試験片はJIS4号、厚さ5m
m)を測定した。
温度が本発明の範囲内すなわちTβ−300℃(本成分
系のサンプルでは600℃)以上Tβ−100℃(本成
分系のサンプルでは800℃)以下であれば、溶体化処
理部はビッカース硬度が450以上で十分硬化され、ま
た非熱影響部では、シャルピー衝撃値が2.0kgf・
m以上と優れた靱性を示す。
含有量が異なる14種類の(α+β)型チタン合金と各
1種類のα型、β型のチタン合金の薄板サンプル(厚さ
5.5mm)に725℃で1時間の熱処理を行った後、
サンプルの一部を高周波加熱装置により昇温速度20℃
/秒にて920℃に加熱し、3分間保持後、水冷により
室温まで冷却した。そして480℃にて1時間の時効処
理を施し、溶体化処理部のビッカース硬度と溶体化処理
の影響を受けてない非熱影響部のシャルピー衝撃値(試
験片はJIS4号、厚さ5mm)を測定した。
金であれば、溶体化処理部のビッカース硬度が400以
上で、非熱影響部のシャルピー衝撃値が2.0kgf・
m以上と優れた特性を示すが、Al、V、Mo、Fe、
Oの含有量が本発明の好ましい範囲内であれば、溶体化
処理部のビッカース硬度が450以上で、非熱影響部の
シャルピー衝撃値が2.3kgf・m以上と、同じ(α
+β)型チタン合金であっても、特に優れた特性を示す
ことがわかる。なおα型やβ型のチタン合金では、非常
に優れたシャルピー衝撃値が得られるが、硬度が低く耐
摩耗性用としては不適である。
理およびそれに続く時効処理の条件を特に規定していな
いが、特開平5ー59509号公報に記載されているよ
うな熱処理条件に近い条件で行うことが好ましい。
1、Mo:2.03、Fe:1.87、O:0.10
7、C:0.009、N:0.005、H:0.004
1を含有するβ変態点が905℃の(α+β)型チタン
合金の厚さ5.5mmの薄板サンプルに720℃で1時
間の熱処理を行った後、溶体化処理および時効処理の条
件を変えて溶体化処理部およびそこから50mm離れた
ところすなわち溶体化処理の影響を受けない非熱影響部
の硬度、シャルピー衝撃値(試験片はJIS4号、厚さ
5mm)を測定した。
の温度が極端に低かったり、高かったりする場合、また
溶体化処理時の加熱、冷却速度が極端に遅かったり、そ
の保持時間が極端に長かったりする場合には、十分な硬
度やシャルピー衝撃値が得られないことがわかる。
属元素、耐クリープ性を向上させるSi、Biなどの元
素、切削性を向上させるSや希土類元素などの元素を添
加しても本発明の効果を損ねるものではない。
いるので、耐磨耗性の要求される表層部や端部など局所
的な部位のみが十分な厚さで効果的に硬化されて耐磨耗
性を持ち、それ以外の部位は構造部材として十分な靱性
すなわち厚さ5mmのJIS4号試験片で測定したシャ
ルピー衝撃値で2.0kgf・m以上を有する(α+
β)型チタン合金の製造方法を提供できる。
部のシャルピー衝撃値と溶体化処理前の熱処理温度との
関係を表す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 (α+β)型チタン合金からなる部材全
体をβ変態点をTβとするときTβ−300℃以上Tβ
−100℃以下の温度範囲に加熱保持した後、前記部材
の耐磨耗性が必要な部位に溶体化処理を行い、ついで前
記部材全体を時効処理することを特徴とする局部的に耐
磨耗性に優れた(α+β)型チタン合金の製造方法。 - 【請求項2】 重量%で、Al:3.0〜5.0、V:
2.1〜5.0、Mo:0.85〜2.85、Fe:
0.85〜3.15、O:0.01〜0.25を含有す
る(α+β)型チタン合金からなる部材を用いることを
特徴とする請求項1に記載の局部的に耐磨耗性に優れた
(α+β)型チタン合金の製造方法。
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JP06162236A JP3114503B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | 局部的に耐磨耗性に優れた(α+β)型チタン合金の製造方法 |
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JP06162236A JP3114503B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | 局部的に耐磨耗性に優れた(α+β)型チタン合金の製造方法 |
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ID=15750571
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JP06162236A Expired - Fee Related JP3114503B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | 局部的に耐磨耗性に優れた(α+β)型チタン合金の製造方法 |
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-
1994
- 1994-07-14 JP JP06162236A patent/JP3114503B2/ja not_active Expired - Fee Related
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