JP5858417B2 - Ti合金の接合継手、Ti合金の加工方法及び構造体 - Google Patents
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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
[Al]eq=[Al]+([Zr]/6)+([Sn]/3)+10[O] ([]内は重量%) (1)
[Mo]eq=[Mo]+([Ta]/5)+([Nb]/3.6)+([W]/2.5)+([V]/1.5)+1.25[Cr]+1.25[Ni]+1.7[Mn]+1.7[Co]+2.5[Fe] ([]内は重量%) (2)
(1)接合部の温度をβトランザスを通過して変化しないようにしつつ接合する。
(i)接合部の最高到達温度をβトランザス以下とする。
(ii)接合前の接合部が100%β相であるTi合金を接合する。
(2)接合部の冷却速度を40℃/s以上、より好ましくは100℃/s以上とする。
α安定化元素:Al、C、O、N等。添加量が多くなるほど、βトランザスが上昇し、加工性が低下する。
β安定化元素:V、Cr、Mo、Nb、Ta、Fe等。添加量がおおくなるほど、βトランザスが低下し、加工性が向上する。
Al:引張強度、弾性率、クリープ強さを著しく増加させる。7重量%以上の添加ではα2(TiAl3)が形成され、著しく脆化する。5重量%以下の添加により、β相が安定化し、熱間加工性が向上する。
O,C及びN:α安定化元素。拡散速度大。α安定化元素の添加による加工性の影響を低減。
V:β安定化元素。加工性向上。
Mo:拡散速度抑制、粒径が微細化する。硬化。超塑性発生温度低下。
Fe:拡散速度大。β安定化元素。加工性向上。
Cr:熱間加工性が向上。脆性改善。
Si:0.1〜0.2%添加で転位のピン止め効果(転移運動抑制)があり、クリープ強さを向上させる。
Bi:0.1〜2.0%添加で、転位のピン止め効果があり、クリープ強さを向上させる。
Sn(中立的):クリープ強度改善(0.2〜1%)。
Zr(中立的):αおよびβ相強化(固溶強化)(2〜8%)。
[Al]eq=[Al]+([Zr]/6)+([Sn]/3)+10[O] ([]内は重量%) (1)
[Mo]eq=[Mo]+([Ta]/5)+([Nb]/3.6)+([W]/2.5)+([V]/1.5)+1.25[Cr]+1.25[Ni]+1.7[Mn]+1.7[Co]+2.5[Fe] ([]内は重量%) (2)
以下、Ti‐6Al‐4V合金、合金A及び合金Bを接合条件を変えつつ、図1に示した摩擦攪拌接合により接合した。試料として、Ti‐6Al‐4V合金は長さ300mm×幅35mm×厚さ2mmの物を用い、合金A及び合金Bは長さ300mm×幅50mm×厚さ2mmの物を用いた。使用した回転ツール5は、材質はWC合金からなり、ショルダー径は15mm、プローブ6の径は6mm、プローブ6の長さは1.8mmの物を用いた。シールドガスとしてはArガスを使用した。回転ツール5の前進角はいずれの測定においても3°とした。この装置により、図12に示すように、例えば接合条件が、回転ツール5の回転速度が400rpm、接合速度が25mm/minのときに、最高到達温度は887℃となった。なお、接合部3の温度の測定は、図13に示すように、接合部3の中央部であって、回転ツール5が挿入される表面とは反対側の裏面に熱電対20を設置することにより測定した。
以下、純Tiを接合条件を変えつつ、図1に示した摩擦攪拌接合により接合した。試料として、純Tiの試料は厚さ2mmの物を用いた。使用した回転ツール5は、材質はWC合金からなり、ショルダー径は15mm、プローブ6の径は6mm、プローブ6の長さは1.8mmの物を用いた。シールドガスとしてはArガスを使用した。接合条件として、回転ツール5の回転速度を300rpmとし、接合速度を75mm/minとした場合は、接合中の接合部3の温度は、図28に示すようになり、最高到達温度がβトランザス以下の温度となる。
以下、Ti‐6Al‐4V合金について、接合条件を変えつつ、図1に示した摩擦攪拌接合により接合した。試料として、純Tiの試料は厚さ2mmの物を用いた。使用した回転ツール5は、材質はWC合金からなり、ショルダー径は15mm、プローブ6の径は6mm、プローブ6の長さは1.8mmの物を用いた。シールドガスとしてはArガスを使用した。
Claims (8)
- Ti合金の加工部に棒状の回転ツールを挿入し、前記回転ツールを回転させて前記Ti合金を加工するTi合金の加工方法であって、
前記加工部の温度を、最密立方格子の構造を有するα相、及び前記α相と体心立方格子の構造を有するβ相との2相が共存しているα+β相のいずれから、100%前記β相へ変態する温度であるβトランザスを通過して変化しないように、
前記加工部の温度が前記βトランザス以下の温度になるように前記回転ツールの回転速度と移動速度とを制御しつつ前記Ti合金を加工する、Ti合金の加工方法。 - Ti合金の加工後の加工部の冷却速度が40℃/s以上になるように前記回転ツールの回転速度と移動速度とを制御しつつ前記Ti合金を加工する、請求項1に記載のTi合金の加工方法。
- Ti合金の加工後の加工部の冷却速度が100℃/s以上になるように前記回転ツールの回転速度と移動速度とを制御しつつ前記Ti合金を加工する、請求項1又は2に記載のTi合金の加工方法。
- 最密立方格子の構造を有するα相、及び前記α相と体心立方格子の構造を有するβ相との2相が共存しているα+β相のいずれから、100%前記β相へ変態する温度であるβトランザスを上昇させるAl以外の物質が少なくとも前記加工部に添加されたTi合金を加工する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のTi合金の加工方法。
- 前記βトランザスを上昇させる物質として、H、He、Li、Be、B、C、N及びOから選択される少なくともいずれか1つの物質が少なくとも前記加工部に添加されたTi合金を加工する、請求項4に記載のTi合金の加工方法。
- 前記加工部のAl濃度を5.0重量%以下とし、かつ前記βトランザスを上昇させる物質として、下式(1)で示されるAl当量[Al]eqが4.0重量%以上となる物質が前記加工部に添加されたTi合金を加工する、請求項4又は5に記載のTi合金の加工方法。
[Al]eq=[Al]+([Zr]/6)+([Sn]/3)+10[O] ([]内は重量%) (1) - Vより拡散係数が大きい物質が少なくとも前記加工部に添加されたTi合金を加工する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のTi合金の加工方法。
- 前記加工部のV濃度を3.5重量%以下とし、且つ下式(2)で示されるMo当量[Mo]eqが5.0重量%以上となる物質が前記加工部に添加されたTi合金を加工する、請求項7に記載のTi合金の加工方法。
[Mo]eq=[Mo]+([Ta]/5)+([Nb]/3.6)+([W]/2.5)+([V]/1.5)+1.25[Cr]+1.25[Ni]+1.7[Mn]+1.7[Co]+2.5[Fe] ([]内は重量%) (2)
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