JP5442857B2 - 高強度用の近β型チタン合金およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2009年5月29日に出願された米国仮特許出願第61/182,619号、および、2009年7月6日に出願された英国特許出願第0911684.9号の優先権を主張するものであり、その全ては、本願明細書に全てが記されているかのごとく、参照により組み込まれるものとする。
Aleq=Al+27O
式中、AlおよびOはそれぞれ、チタン合金中のアルミニウムおよび酸素の重量パーセンテージを表す。特定の実施形態において、アルミニウム当量は約9.3である。他の実施形態において、チタン合金のβ変態温度(Tβ)は約1557°F〜約1627°F(約847℃〜約886℃)であり、華氏(°F)でのβ変態温度は以下のように表される。
Tβ = 1594 + 39.3Al + 330O + 1145C + 1020N
- 21.8V - 32.5Fe - 17.3Mo - 70Si - 27.3Cr
この式中、C、N、およびSiはそれぞれチタン合金中の炭素、窒素、およびシリコンの重量%を表す。特定の実施形態において、β遷移温度は約1590°F(約865℃)である。また特定の実施形態においては、アルミニウムの重量%は約5.5%、バナジウムの重量%は約5.0%、鉄の重量%は約0.8%、モリブデンの重量%は約5.0%、クロムの重量%は約2.3%、かつ/あるいは酸素の重量%は約0.14%である。
Aleq=Al+27O ・・・(3)
式中、AlおよびOはそれぞれ、チタン合金中のアルミニウムおよび酸素の重量百分率を表す。特定の実施形態においては、アルミニウム当量は約9.3である。さらに別の実施形態において、合金のβ変態温度(Tβ)は約1557°F〜約1627°F(約847℃〜約886℃)であり、華氏(°F)でのβ変態温度は式(4)で以下のように表される。
Tβ = 1594 + 39.3Al + 330O + 1145C + 1020N
- 21.8V - 32.5Fe - 17.3Mo - 70Si - 27.3Cr (4)
式中、C、N、およびSiはそれぞれチタン合金中の炭素、窒素、およびシリコンの重量%を表す。特定の実施形態においては、β遷移温度は約1590°F(約865℃)である。
本明細書に開示される代表的な合金により達成される引張特性の具体例は、以下に説明する実施例において一覧表に示す。合金はまた、ASTM E606にしたがい、平滑軸疲労試験片を+0.6%と−0.6%との間で交互に歪ませて検査すると、最低で200,000サイクルを達しうるような優れた疲労寿命を達成可能である。
引張降伏強度(TYS):材料が、応力および歪みの比例性から所定の限定的な偏差(0.2%)を示す際の工学的引張応力。
最大抗張力(UTS):破断まで行われる引張試験中の最大負荷と試験片の元の断面積とから計算される、材料が耐えうる最大の工学的引張応力。
弾性率:引張試験における、比例限度未満の応力と、対応する歪みの比。
伸び:引張試験における、破壊後の標点距離(初期標点距離の百分率として表される)の増加率。
断面積減少(RA):引張試験における、破壊後の引張試験片の断面積(元の断面積の百分率として表される)の減少率。
疲労寿命:検出可能なひび割れが始まる前に、試験片が耐える所定の歪みまたは応力の付与サイクル数。
ASTM E606:歪み制御疲労試験のための規格。
α安定化剤:チタンに溶解すると、β変態温度を上昇させる元素。
β安定化剤:チタンに溶解すると、β変態温度を低下させる元素。
β変態温度:チタン合金がα+β型からβ型結晶構造への同素変態を終える際の最低温度。
共析化合物:チタンに富むβ相の分解により形成されるチタンと遷移金属の金属間化合物。
同形β安定化剤:β型チタンに近い相関係をもち、チタンとともに金属間化合物を形成しないβ安定化元素。
共析β安定化剤:チタンとともに金属間化合物を形成可能なβ安定化元素。
Claims (14)
- 重量百分率で、5.3〜5.7のアルミニウム、4.8〜5.2のバナジウム、0.7〜0.9の鉄、4.6〜5.3のモリブデン、2.0〜2.5のクロム、および0.12〜0.16の酸素ならびに所望によりN、C、Nb、Sn、Zr、Ni、Co、Cu、およびSiから選択される一つまたは複数の追加元素ならびに残余重量%のチタンを含有するチタン合金であって、各追加元素がそれぞれ0.1%未満の量で存在し、追加元素の総含有量が0.5重量%未満であるチタン合金。
- 請求項1または2に記載のチタン合金であって、アルミニウムの重量%が5.5であるチタン合金。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載のチタン合金であって、バナジウムの重量%が5.0であるチタン合金。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のチタン合金であって、鉄の重量%が0.8であるチタン合金。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のチタン合金であって、モリブデンの重量%が5.0であるチタン合金。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のチタン合金であって、クロムの重量%が2.3であるチタン合金。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載のチタン合金であって、酸素の重量%が0.14であるチタン合金。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載のチタン合金を含み、着陸装置またはファスナである航空機コンポーネント。
- 高強度、深焼き性、および優れた延性を必要とする用途に用いるチタン合金の製造方法であって、
請求項1〜8のいずれか一項に記載のチタン合金を用意するステップと、
サブトランザス温度でチタン合金の溶体化処理を行うステップと、および
チタン合金の析出硬化を行うステップと
を有するチタン合金の製造方法。 - 請求項10に記載のチタン合金の製造方法であって、さらに、合金の真空アーク再融解ステップを有する方法。
- 請求項10または請求項11に記載のチタン合金の製造方法であって、さらに、β変態温度未満でチタン合金を鍛造しまた圧延するステップを有する方法。
- 着陸装置またはファスナである航空機コンポーネントを製造する製造方法であって、該方法は、請求項10〜12のいずれか一項に記載のチタン合金の製造方法を有する、航空機コンポーネントの製造方法。
- 着陸装置またはファスナである航空機コンポーネントの製造に、請求項1〜8のいずれか一項に記載のチタン合金を使用する、チタン合金の使用方法。
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