JPH0637701B2 - βチタン合金製鍛造品の製造方法 - Google Patents
βチタン合金製鍛造品の製造方法Info
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- JPH0637701B2 JPH0637701B2 JP6954887A JP6954887A JPH0637701B2 JP H0637701 B2 JPH0637701 B2 JP H0637701B2 JP 6954887 A JP6954887 A JP 6954887A JP 6954887 A JP6954887 A JP 6954887A JP H0637701 B2 JPH0637701 B2 JP H0637701B2
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- Japan
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- titanium alloy
- temperature
- hardness
- sec
- treatment
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/80—After-treatment
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は自動車鍛造品類に好適なβチタン合金製鍛造
品の製造方法に係り、軽量でかつ高強度のβチタン合金
製鍛造品を低コストで製造し得る方法に関する。
品の製造方法に係り、軽量でかつ高強度のβチタン合金
製鍛造品を低コストで製造し得る方法に関する。
従来技術とその問題点 従来、冷間鍛造で製造される自動車用鍛造品類、特に自
動車エンジン用バルブリテーナーは肌焼鋼または構造用
鋼を浸炭・焼入れ・焼戻しして製造されていたが、最近
エンジンの高トルク、高回転数化の要請が強くなり、材
料のチタン化によるバルブテーナーの軽量化、高強度化
が進められつつある。
動車エンジン用バルブリテーナーは肌焼鋼または構造用
鋼を浸炭・焼入れ・焼戻しして製造されていたが、最近
エンジンの高トルク、高回転数化の要請が強くなり、材
料のチタン化によるバルブテーナーの軽量化、高強度化
が進められつつある。
しかしながら、冷間鍛造性の良好な純Tiは、耐摩耗性が
要求されるバルブリテーナー等の部品では鍛造後の硬度
が不足し、また(α+β)型Tiは硬度は高いが冷間鍛造
性が悪いため熱間鍛造でしか製造できず、コストが高く
つく。
要求されるバルブリテーナー等の部品では鍛造後の硬度
が不足し、また(α+β)型Tiは硬度は高いが冷間鍛造
性が悪いため熱間鍛造でしか製造できず、コストが高く
つく。
一方、β型チタン合金は冷間鍛造性が良好で、かつ鍛造
後の硬度も高く、後工程で時効処理を施すことによりさ
らに硬度のアップが可能で、リテーナー材料としては好
適である。しかし、変形抵抗が大きく、油等の使用下で
は焼付きが発生し易いという問題がある。
後の硬度も高く、後工程で時効処理を施すことによりさ
らに硬度のアップが可能で、リテーナー材料としては好
適である。しかし、変形抵抗が大きく、油等の使用下で
は焼付きが発生し易いという問題がある。
そこで、一般的にチタンの潤滑処理方法として行なわれ
る酸化処理を施して素材表面に酸化皮膜を形成し、その
酸化皮膜を潤滑下地皮膜に利用して鍛造することが考え
られるが、β型チタン合金は高温の焼鈍ではガスを吸収
し、硬く脆い表面硬化層(異常層)が発達し易く、これ
が冷間鍛造時の割れの原因となる。また、低温の焼鈍で
は時効が生じ、硬度が過度に高くなって変形能が著しく
劣化する。さらに、焼鈍後の冷却速度も変形能維持のた
めに重要な条件の一つである。しかしながら、従来はそ
れらの適正な条件が判明しておらず、β型チタン合金の
リテーナー等の自動車用部品への適用はなされていない
のが現状である。
る酸化処理を施して素材表面に酸化皮膜を形成し、その
酸化皮膜を潤滑下地皮膜に利用して鍛造することが考え
られるが、β型チタン合金は高温の焼鈍ではガスを吸収
し、硬く脆い表面硬化層(異常層)が発達し易く、これ
が冷間鍛造時の割れの原因となる。また、低温の焼鈍で
は時効が生じ、硬度が過度に高くなって変形能が著しく
劣化する。さらに、焼鈍後の冷却速度も変形能維持のた
めに重要な条件の一つである。しかしながら、従来はそ
れらの適正な条件が判明しておらず、β型チタン合金の
リテーナー等の自動車用部品への適用はなされていない
のが現状である。
この発明はかかる現状にかんがみてなされたものであ
り、軽量でかつ高強度のβチタン合金製鍛造品の製造を
可能とする方法を提案せんとするものである。
り、軽量でかつ高強度のβチタン合金製鍛造品の製造を
可能とする方法を提案せんとするものである。
問題点を解決するための手段 この発明者は、β型チタン合金の適性な焼鈍条件につい
て詳細に検討した結果、表面硬化層を生じることなく酸
化皮膜を形成し、かつ十分軟化し時効しない適正焼鈍条
件を見出し、その条件で焼鈍処理した後、加工速度を遅
くして冷間鍛造することにより、Hv 320以上の高硬度
が得られ、割れ、焼付き等もなく、所要の硬度を満足す
る冷間鍛造品の製造が可能となり、さらに時効と表面硬
化を兼ねた適正な窒化処理を施すことにより、低コスト
で特性の優れた内部硬度Hv 350以上の冷間鍛造品の製
造を可能としたβチタン合金製鍛造品の製造方法を提案
したものである。
て詳細に検討した結果、表面硬化層を生じることなく酸
化皮膜を形成し、かつ十分軟化し時効しない適正焼鈍条
件を見出し、その条件で焼鈍処理した後、加工速度を遅
くして冷間鍛造することにより、Hv 320以上の高硬度
が得られ、割れ、焼付き等もなく、所要の硬度を満足す
る冷間鍛造品の製造が可能となり、さらに時効と表面硬
化を兼ねた適正な窒化処理を施すことにより、低コスト
で特性の優れた内部硬度Hv 350以上の冷間鍛造品の製
造を可能としたβチタン合金製鍛造品の製造方法を提案
したものである。
すなわち、この発明は切削または予備冷間鍛造を施した
後脱スケールして得たβ型チタン合金スラグを 600〜 7
50℃の温度で10〜60分間酸化処理し、続いて 1℃/sec以
上の冷却速度で急冷することにより表面に酸化被膜を形
成し、潤滑処理後、冷間鍛造により歪速度 100sec-1以
下の加工速度で本成形することにより内部硬度をHv 3
20以上とするとすることを特徴とし、また、前記本成形
後、脱スケールを施し、 400〜 550℃の温度で窒化処理
することにより内部硬度をHv 350以上とすることを特
徴とするものである。
後脱スケールして得たβ型チタン合金スラグを 600〜 7
50℃の温度で10〜60分間酸化処理し、続いて 1℃/sec以
上の冷却速度で急冷することにより表面に酸化被膜を形
成し、潤滑処理後、冷間鍛造により歪速度 100sec-1以
下の加工速度で本成形することにより内部硬度をHv 3
20以上とするとすることを特徴とし、また、前記本成形
後、脱スケールを施し、 400〜 550℃の温度で窒化処理
することにより内部硬度をHv 350以上とすることを特
徴とするものである。
この発明において、β型チタン合金スラグの酸化処理の
温度条件として、 600〜 750℃の温度範囲に限定したの
は、 600℃未満では時効により硬化し、冷間鍛造性が劣
化し本成形時に割れが生じ、他方 750℃を超えると表面
硬化層が厚くなり、本成形時に割れが生じるためであ
る。また、酸化処理での保持時間を10〜60分としたの
は、10分未満では酸化皮膜の生成が不十分で、鍛造時に
焼付きが生じたり、軟化不十分により冷間鍛造性が劣化
し、他方60分を超えると表面硬化層が発達して層厚が
0.04 mm以上となり、割れの原因となるのみならず不経
済である。また、冷却速度を 1℃/sec以上としたのは、
冷却中における時効硬化を防止するためである。
温度条件として、 600〜 750℃の温度範囲に限定したの
は、 600℃未満では時効により硬化し、冷間鍛造性が劣
化し本成形時に割れが生じ、他方 750℃を超えると表面
硬化層が厚くなり、本成形時に割れが生じるためであ
る。また、酸化処理での保持時間を10〜60分としたの
は、10分未満では酸化皮膜の生成が不十分で、鍛造時に
焼付きが生じたり、軟化不十分により冷間鍛造性が劣化
し、他方60分を超えると表面硬化層が発達して層厚が
0.04 mm以上となり、割れの原因となるのみならず不経
済である。また、冷却速度を 1℃/sec以上としたのは、
冷却中における時効硬化を防止するためである。
また、冷間鍛造時の歪速度を 100sec-1以下としたの
は、この値を超える加工速度では据込み限界圧縮率が50
%程度に劣化し、本成形時に割れが生じるためである。
は、この値を超える加工速度では据込み限界圧縮率が50
%程度に劣化し、本成形時に割れが生じるためである。
なお、内部硬度をHv 320以上としたのは、この硬度未
満では例えばバルブリテーナーとしての硬度が不足する
とともに、磨耗が生じ易くなると考えられるためであ
る。
満では例えばバルブリテーナーとしての硬度が不足する
とともに、磨耗が生じ易くなると考えられるためであ
る。
さらに、この発明において、本成形品の窒化処理の温度
条件を 400〜 550℃と限定したのは、 400℃未満では必
要十分な層厚の窒化層が得られず、他方 550℃を超える
と母材部が過時効となり、Hv 350以上の硬度が得られ
ないためである。この場合、内部硬度をHv 350以上と
したのは、高品質、高強度のリテーナーにこの程度の硬
度が要求されるためである。
条件を 400〜 550℃と限定したのは、 400℃未満では必
要十分な層厚の窒化層が得られず、他方 550℃を超える
と母材部が過時効となり、Hv 350以上の硬度が得られ
ないためである。この場合、内部硬度をHv 350以上と
したのは、高品質、高強度のリテーナーにこの程度の硬
度が要求されるためである。
発明の図面に基づく開示 第1図はこの発明の製造工程を示すブロック図である。
すなわち、第1図(a) は冷間鍛造性に優れ、本成形品の
硬度がHv 320以上となるβ型チタン合金素材、例えば
Ti -15V-3Cr-3Al-3Sn,Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zrより切
削、または予備冷間鍛造を施して脱スケールしてスラグ
を成形する。ここで、スラグとは型鍛造用素材を意味す
る。第2図はバルブリテーナーとそのスラグを例示した
もので、図 (a)はスラグを、図 (b)はバルブリテーナー
をそれぞれ示す。冷鍛スラグは、MoS2、油等で潤滑処理
し、単純な据込み加工と打抜き加工により成形した後、
ショックブラスト、酸洗等で脱スケールする。
硬度がHv 320以上となるβ型チタン合金素材、例えば
Ti -15V-3Cr-3Al-3Sn,Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zrより切
削、または予備冷間鍛造を施して脱スケールしてスラグ
を成形する。ここで、スラグとは型鍛造用素材を意味す
る。第2図はバルブリテーナーとそのスラグを例示した
もので、図 (a)はスラグを、図 (b)はバルブリテーナー
をそれぞれ示す。冷鍛スラグは、MoS2、油等で潤滑処理
し、単純な据込み加工と打抜き加工により成形した後、
ショックブラスト、酸洗等で脱スケールする。
次に、酸化処理工程において、例えば大気炉中にて 600
〜 750℃の温度域で10〜60分間加熱保持し、冷却速度 1
℃/sec以上で急冷する。この処理によりスラグ表面に酸
化皮膜が形成される。その後、フッ素樹脂等で潤滑処理
し、冷間鍛造工程において歪速度 100sec-1以下の加工
速度で本成形を行なうと、平均硬度がHv 320以上の冷
間鍛造品(バルブリテーナー)が製造される。なお、バ
ルブスプリングが当る面は、さらに高硬度となるように
金型設計、スラグ形状に留意する。
〜 750℃の温度域で10〜60分間加熱保持し、冷却速度 1
℃/sec以上で急冷する。この処理によりスラグ表面に酸
化皮膜が形成される。その後、フッ素樹脂等で潤滑処理
し、冷間鍛造工程において歪速度 100sec-1以下の加工
速度で本成形を行なうと、平均硬度がHv 320以上の冷
間鍛造品(バルブリテーナー)が製造される。なお、バ
ルブスプリングが当る面は、さらに高硬度となるように
金型設計、スラグ形状に留意する。
さらに、この発明ではいっそうの摩耗防止をはかるため
に、前記本成形品を脱スケールした後、 400〜 550℃の
温度域で窒化処理する。窒化処理はイオン窒化、軟窒化
等が適当である。この窒化処理により、内部硬度はHv
350以上に向上する。
に、前記本成形品を脱スケールした後、 400〜 550℃の
温度域で窒化処理する。窒化処理はイオン窒化、軟窒化
等が適当である。この窒化処理により、内部硬度はHv
350以上に向上する。
なお、上記温度範囲(400〜 550℃) に保持し、内外面共
にHv 350以上とし、窒化処理を施さないで使用するこ
とも可能である。
にHv 350以上とし、窒化処理を施さないで使用するこ
とも可能である。
実施例1 第1表に示す合金組成を有するβチタン合金のインゴッ
トを溶製し、これを1050℃の温度に加熱し、 940℃の温
度で圧延して20φの線材を製造し、この線材を切削工
程、または切断−フッ素樹脂潤滑−冷間鍛造−フッ硝酸
脱スケール工程を経て、それぞれ第2図 (a)に示す切削
スラグと冷鍛スラグとし、このスラグを第2表に示す温
度で酸化処理(酸化時間は20分)し、 1.5℃/secの冷却
速度で空冷後、フッ素樹脂潤滑を施し、歪速度10sec-1
の加工速度で本成形して得られた第2図 (b)に示すバル
ブリテーナーの冷間鍛造性と硬度測定結果を第2表に併
せて示す。両スラグ共、同じ鍛造後の硬度と冷間鍛造性
を示した。
トを溶製し、これを1050℃の温度に加熱し、 940℃の温
度で圧延して20φの線材を製造し、この線材を切削工
程、または切断−フッ素樹脂潤滑−冷間鍛造−フッ硝酸
脱スケール工程を経て、それぞれ第2図 (a)に示す切削
スラグと冷鍛スラグとし、このスラグを第2表に示す温
度で酸化処理(酸化時間は20分)し、 1.5℃/secの冷却
速度で空冷後、フッ素樹脂潤滑を施し、歪速度10sec-1
の加工速度で本成形して得られた第2図 (b)に示すバル
ブリテーナーの冷間鍛造性と硬度測定結果を第2表に併
せて示す。両スラグ共、同じ鍛造後の硬度と冷間鍛造性
を示した。
第2表から明らかなごとく、酸化処理温度がこの発明の
温度範囲( 600〜 750℃)を外れた 500℃では大きな割
れが発生し、他方 800℃では微小クラックが認められ
た。これに対し、本発明例はいずれも割れ、クラック共
に発生せず良好な冷間鍛造性を示した。また硬度はいず
れもHv 320以上となっている。
温度範囲( 600〜 750℃)を外れた 500℃では大きな割
れが発生し、他方 800℃では微小クラックが認められ
た。これに対し、本発明例はいずれも割れ、クラック共
に発生せず良好な冷間鍛造性を示した。また硬度はいず
れもHv 320以上となっている。
実施例2 実施例1の供試材Bより製造した切削スラグを 650℃の
酸化温度で、酸化時間を種々変え、 1.5℃/secの冷却速
度(一定)で空冷後、実施例1と同様の潤滑処理を施し
て歪速度10sec-1の加工速度で本成形して得られたリテ
ーナーの冷間鍛造性と硬度測定結果を第3表に示す。
酸化温度で、酸化時間を種々変え、 1.5℃/secの冷却速
度(一定)で空冷後、実施例1と同様の潤滑処理を施し
て歪速度10sec-1の加工速度で本成形して得られたリテ
ーナーの冷間鍛造性と硬度測定結果を第3表に示す。
第3表より明らかなごとく、酸化時間が本発明の範囲
(10〜60分)を外れた 5分では焼付きが発生し、他方 1
00分では微小すじが認められた。これに対し、本発明例
はいずれも良好な冷間鍛造性を示した。
(10〜60分)を外れた 5分では焼付きが発生し、他方 1
00分では微小すじが認められた。これに対し、本発明例
はいずれも良好な冷間鍛造性を示した。
実施例3 実施例1の供試材Bより製造した切削スラグを 650℃の
酸化温度で20分間酸化処理した後、冷却速度を種々変え
て冷却し、実施例1と同じ潤滑処理および本成形を行な
って得られたバルブリテーナーの冷間鍛造性および硬度
測定結果を第4表に示す。
酸化温度で20分間酸化処理した後、冷却速度を種々変え
て冷却し、実施例1と同じ潤滑処理および本成形を行な
って得られたバルブリテーナーの冷間鍛造性および硬度
測定結果を第4表に示す。
第4表より、冷却速度が 1℃/sec未満では割れが発生す
ることがわかる。
ることがわかる。
実施例4 実施例1の供試材Bより製造した切削スラグを 650℃の
酸化温度で20分間酸化処理し、 1.5℃/sec の冷却速度
で冷却し、実施例1と同じ潤滑処理を施した後、歪速度
を種々変えて本成形を行なって得られたバルブリテーナ
ーの冷間鍛造性および硬度測定結果を第5表に示す。
酸化温度で20分間酸化処理し、 1.5℃/sec の冷却速度
で冷却し、実施例1と同じ潤滑処理を施した後、歪速度
を種々変えて本成形を行なって得られたバルブリテーナ
ーの冷間鍛造性および硬度測定結果を第5表に示す。
第5表より、歪速度が 100sec-1を超える加工速度では
割れが発生することがわかる。
割れが発生することがわかる。
実施例5 実施例1の供試材Bより製造した切削スラグを 650℃の
温度で20分間酸化処理した後、 1.5℃/sec で冷却し、
実施例1と同じ潤滑処理および本成形して得られたバル
ブリテーナーを脱スケールした後、第6表に示す温度で
イオン窒化処理を施した製品の窒化深さと窒化後の硬度
測定結果を第6表に示す。
温度で20分間酸化処理した後、 1.5℃/sec で冷却し、
実施例1と同じ潤滑処理および本成形して得られたバル
ブリテーナーを脱スケールした後、第6表に示す温度で
イオン窒化処理を施した製品の窒化深さと窒化後の硬度
測定結果を第6表に示す。
第6表より、 400℃未満の温度では十分な層厚の窒化層
が得られず、また 550℃を越える温度ではリテーナーの
内部が過時効により軟化し、Hv350 以上の内部硬度が
得られないことがわかる。
が得られず、また 550℃を越える温度ではリテーナーの
内部が過時効により軟化し、Hv350 以上の内部硬度が
得られないことがわかる。
発明の効果 以上説明したごとく、この発明方法によれば、β型チタ
ン合金スラグより内部硬度がHv 320以上でかつ冷間鍛
造性の優れたβチタン合金製鍛造品を低コストで製造で
きるので、これまでβチタン合金を素材に適用できなか
ったバルブリテーナーを勿論のこと、ギア類、シャフト
類、ボルト類等の各種鍛造品にもβ型チタン合金を適用
することが可能となり、自動車用部品のみならず、航空
機等の部品にもその用途が拡大されるという大なる効果
を奏するものである。
ン合金スラグより内部硬度がHv 320以上でかつ冷間鍛
造性の優れたβチタン合金製鍛造品を低コストで製造で
きるので、これまでβチタン合金を素材に適用できなか
ったバルブリテーナーを勿論のこと、ギア類、シャフト
類、ボルト類等の各種鍛造品にもβ型チタン合金を適用
することが可能となり、自動車用部品のみならず、航空
機等の部品にもその用途が拡大されるという大なる効果
を奏するものである。
第1図はこの発明の製造工程を示すブロック図、第2図
はバルブリテーナーのスラグとバルブリテーナーの形状
を示す縦断面図である。
はバルブリテーナーのスラグとバルブリテーナーの形状
を示す縦断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】切削、または予備冷間鍛造を施した後脱ス
ケールして得たβ型チタン合金スラグを600〜750
℃の温度で10〜60分間酸化処理し、続いて1℃/s
ec以上の冷却速度で急冷することにより表面に酸化皮
膜を形成し、潤滑処理後、冷間鍛造により歪速度100
sec-1以下の加工速度で本成形することにより内部硬
度をHv320以上とすることを特徴とするβチタン合
金製鍛造品の製造方法。 - 【請求項2】切削、または予備冷間鍛造を施した後脱ス
ケールして得たβ型チタン合金スラグを600〜750
℃の温度で10〜60分間酸化処理し、続いて1℃/s
ec以上の冷却速度で急冷することにより表面に酸化皮
膜を形成し、潤滑処理後、冷間鍛造により歪速度100
sec-1以下の加工速度で本成形し、該成形品の脱スケ
ール後、400〜550℃の温度で窒化処理することに
より内部硬度をHv350以上とすることを特徴とする
βチタン合金製鍛造品の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6954887A JPH0637701B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | βチタン合金製鍛造品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6954887A JPH0637701B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | βチタン合金製鍛造品の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63235460A JPS63235460A (ja) | 1988-09-30 |
JPH0637701B2 true JPH0637701B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=13405883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6954887A Expired - Lifetime JPH0637701B2 (ja) | 1987-03-23 | 1987-03-23 | βチタン合金製鍛造品の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0637701B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5051140A (en) * | 1989-03-23 | 1991-09-24 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Surface treatment method for titanium or titanium alloy |
JP2584553B2 (ja) * | 1991-07-04 | 1997-02-26 | 日本鋼管株式会社 | チタン材の切削加工方法 |
JP5063019B2 (ja) * | 2006-03-29 | 2012-10-31 | 本田技研工業株式会社 | 耐摩耗性チタン部材 |
-
1987
- 1987-03-23 JP JP6954887A patent/JPH0637701B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63235460A (ja) | 1988-09-30 |
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