JPH0762196B2 - 高耐摩耗チタン合金材 - Google Patents
高耐摩耗チタン合金材Info
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- JPH0762196B2 JPH0762196B2 JP63282435A JP28243588A JPH0762196B2 JP H0762196 B2 JPH0762196 B2 JP H0762196B2 JP 63282435 A JP63282435 A JP 63282435A JP 28243588 A JP28243588 A JP 28243588A JP H0762196 B2 JPH0762196 B2 JP H0762196B2
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- Japan
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- titanium
- phase
- titanium alloy
- wear resistance
- alloy material
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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、特に摺動摩耗や高速液滴エロージョンに対
する高い対抗性が要求される耐摩耗性部材、例えば自動
車動弁部品（エンジンバルブ，スプリング，リテーナ
ー）や蒸気タービン翼部材として好適な、軽量かつ熱間
圧延が可能で、しかもチタン部材への接合性にも優れた
高耐摩耗チタン合金材に関するものである。
する高い対抗性が要求される耐摩耗性部材、例えば自動
車動弁部品（エンジンバルブ，スプリング，リテーナ
ー）や蒸気タービン翼部材として好適な、軽量かつ熱間
圧延が可能で、しかもチタン部材への接合性にも優れた
高耐摩耗チタン合金材に関するものである。
＜従来技術とその課題＞ 近年、製造技術の著しい進展に伴って工業規模での量産
が比較的容易となったチタン合金は、比強度が高く耐食
性や耐熱性にも優れることから種々機械部品への適用が
進められてきたが、一方でドライな環境中での耐摩耗性
が十分でなく、そのままでは機械部品の摺動部に使用す
ることが困難であると言う問題点をも有していた。その
ため、耐摩耗性を要求される部材（例えばエンジンバル
ブのような自動車動弁部品）に適用する場合には、その
表面に耐摩耗処理を行うことが欠かせなかった。
が比較的容易となったチタン合金は、比強度が高く耐食
性や耐熱性にも優れることから種々機械部品への適用が
進められてきたが、一方でドライな環境中での耐摩耗性
が十分でなく、そのままでは機械部品の摺動部に使用す
ることが困難であると言う問題点をも有していた。その
ため、耐摩耗性を要求される部材（例えばエンジンバル
ブのような自動車動弁部品）に適用する場合には、その
表面に耐摩耗処理を行うことが欠かせなかった。
ところで、従来から優れた耐摩耗性を示す材料として
“ステライト〔商品名〕”の存在が知られており、耐摩
耗性を必要とする部材表面への肉盛材や接合材として広
く用いられている。そこで、チタン合金部材表面の耐摩
耗性改善にも上記ステライトの適用が有効であると考え
られたが、このステライトは鉄系材料への肉盛や接合は
可能であるもののチタン合金部材に対しての同様処理は
不可能であり、従ってステライト適用による耐摩耗性改
善策はチタン合金部材には不適であった。
“ステライト〔商品名〕”の存在が知られており、耐摩
耗性を必要とする部材表面への肉盛材や接合材として広
く用いられている。そこで、チタン合金部材表面の耐摩
耗性改善にも上記ステライトの適用が有効であると考え
られたが、このステライトは鉄系材料への肉盛や接合は
可能であるもののチタン合金部材に対しての同様処理は
不可能であり、従ってステライト適用による耐摩耗性改
善策はチタン合金部材には不適であった。
そのため、チタン合金部材表面の耐摩耗性を改善するに
は、従来、”窒化処理",“メッキ処理（NiメッキやCrメ
ッキ等）",“蒸着法（PVD法やCVD法）”或いは“浸炭処
理”によって該合金部材表面に耐摩耗性被覆膜を形成さ
れる方法が採用されていた。
は、従来、”窒化処理",“メッキ処理（NiメッキやCrメ
ッキ等）",“蒸着法（PVD法やCVD法）”或いは“浸炭処
理”によって該合金部材表面に耐摩耗性被覆膜を形成さ
れる方法が採用されていた。
また、最近では、チタン製品の表面にTiO2等の金属酸化
物，金属炭化物，金属窒化物又は酸素等の硬質化物質を
付着させてから該付着部に高エネルギービームを照射
し、その表層部において硬質化物質を融合一体化させる
方法（特開昭61−231151）や、チタン製品の表層部を高
エネルギービーム照射により溶解し、その溶解池中に硬
質材（TiN等）や固溶強化材（酸素ガス等）を噴射・混
入させる方法（特開昭62−56561）等の、一種の硬化肉
盛によるチタン製品表面の耐摩耗性向上手段も提案され
ている。
物，金属炭化物，金属窒化物又は酸素等の硬質化物質を
付着させてから該付着部に高エネルギービームを照射
し、その表層部において硬質化物質を融合一体化させる
方法（特開昭61−231151）や、チタン製品の表層部を高
エネルギービーム照射により溶解し、その溶解池中に硬
質材（TiN等）や固溶強化材（酸素ガス等）を噴射・混
入させる方法（特開昭62−56561）等の、一種の硬化肉
盛によるチタン製品表面の耐摩耗性向上手段も提案され
ている。
しかしながら、従来の窒化処理や浸炭処理等を施す場合
には被処理材が高温に曝されるために熱歪を生じがちで
あると言う問題があり、またメッキ処理や蒸着処理等で
得られる硬質被覆膜では剥離等を生じやすいとの不都合
が指摘されていた。そして、上述したチタン合金の硬化
肉盛手段では肉盛部の硬度は高くなるが、必ずしも相手
材（例えば鉄系材料）とのマッチッグ性は良くなく、肉
盛材，相手材に摩耗が認められることがあった。
には被処理材が高温に曝されるために熱歪を生じがちで
あると言う問題があり、またメッキ処理や蒸着処理等で
得られる硬質被覆膜では剥離等を生じやすいとの不都合
が指摘されていた。そして、上述したチタン合金の硬化
肉盛手段では肉盛部の硬度は高くなるが、必ずしも相手
材（例えば鉄系材料）とのマッチッグ性は良くなく、肉
盛材，相手材に摩耗が認められることがあった。
一方、ウエットな環境中では、チタン合金の耐摩耗性は
ドライな環境におけるほど問題になることはないが、そ
れでも厳しい摩耗条件（例えば発電用蒸気タービンのよ
うな高流速下での液滴エロージョン条件）の下では十分
な抵抗性を保持することはできず、やはり適当な摩耗対
策が不可欠であった。
ドライな環境におけるほど問題になることはないが、そ
れでも厳しい摩耗条件（例えば発電用蒸気タービンのよ
うな高流速下での液滴エロージョン条件）の下では十分
な抵抗性を保持することはできず、やはり適当な摩耗対
策が不可欠であった。
ところで、このような条件下で使用される鉄系材料製タ
ービン翼等の場合にはエロージョンシールド材としてス
テライト部材を肉盛又は接合する対策が採られている
が、前述したようにステライトはチタン合金に肉盛又は
接合することができず、そのため、例えばTi−6Al−4V
合金製蒸気タービン翼のエロージョンシールド材として
は、チタン合金の中でも比較的硬度の高いβ型チタン合
金（Ti−15Mo−5Zr合金やTi−15Mo−5Zr−3Al合金等）
の時効材が使用されていた。
ービン翼等の場合にはエロージョンシールド材としてス
テライト部材を肉盛又は接合する対策が採られている
が、前述したようにステライトはチタン合金に肉盛又は
接合することができず、そのため、例えばTi−6Al−4V
合金製蒸気タービン翼のエロージョンシールド材として
は、チタン合金の中でも比較的硬度の高いβ型チタン合
金（Ti−15Mo−5Zr合金やTi−15Mo−5Zr−3Al合金等）
の時効材が使用されていた。
しかし、β型チタン合金の時効材ではウエットな環境中
における液滴エロージョンに対してステライトと同程度
の高い耐エロージョン性を期待することができず、耐エ
ロージョン性の面からもチタン合金に一段と優れた耐摩
耗性を付与し得る手段の開発が強く求められていた。
における液滴エロージョンに対してステライトと同程度
の高い耐エロージョン性を期待することができず、耐エ
ロージョン性の面からもチタン合金に一段と優れた耐摩
耗性を付与し得る手段の開発が強く求められていた。
そこで、このような状況を踏まえた本発明の目的は、ド
ライな環境においてもウエットな環境においても、格別
に面倒な表面処理を要することなくそのまま又は肉盛に
より優れた耐摩耗性を発揮するチタン合金材を提供する
ことにある。
ライな環境においてもウエットな環境においても、格別
に面倒な表面処理を要することなくそのまま又は肉盛に
より優れた耐摩耗性を発揮するチタン合金材を提供する
ことにある。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明者等は、上記目的を達成すべく、特に各種のチタ
ン合金の特性に再検討を加えながら種々の観点からの研
究を重ねたところ、次に示すような知見を得るに至っ
た。即ち、 （ａ） 従来、チタン合金としては室温で“α相単相",
“α＋β２相”及び“β層単相”の３通りの相組織を呈
するものが実用されてきたが、これらの中にあって“β
相チタン”は、そのまま又は時効状態での耐摺動摩耗性
並びに耐エロージョン性が“α相チタン”や“α＋β２
相チタン”と比べて一段上回っていること， （ｂ） しかしながら、β相チタンの耐摩耗性や耐エロ
ージョン性はステライトと比較すればまだまだ低く、そ
のままでは機械装置等の耐摩耗部材としての使用はおぼ
つかなかったが、該β相チタン中にTiC硬質粒子を均一
に晶出及び／又は析出・分散させた場合にはその耐摩耗
性及び耐エロージョン性能は非常に向上し、ステライト
と同等程度の優れた特性が得られること， （ｃ） β相チタン中に炭化チタン硬質粒子が均一に晶
出及び／又は析出・分散したチタン合金材は、β相チタ
ン合金となる成分中に0.2重量％以上の炭素を含有させ
て（従来の実用チタン合金の炭素量は0.01重量％程度）
溶解・凝固させることにより容易かつ安定に製造するこ
とが可能であること， （ｄ） また、添加する炭素量の上限を５重量％に抑え
れば得られるチタン合金材の熱延性，靱性並びに延性等
の劣化を抑えることができ、実用合金としての格別な不
都合がもたらされないこと， （ｅ） 更に、β相チタン中に炭化チタン硬質粒子が晶
出及び／又は析出・分散したチタン合金材を350〜550℃
の温度で時効処理すると、β相中に微細α相チタンを析
出して時効硬化し、その耐摩耗性が一段と向上するこ
と， （ｆ） しかも、上記チタン合金の溶解時にW2C,NbC,Ti
N等の硬質セラミックス（150μｍ以下が好ましい）を混
入或いは形成させ、β相チタン中に炭化チタン晶出物及
び／又は析出物と硬質セラミックス微粒とが分散したチ
タン合金材とすれば、その耐摩耗性を更に向上させ得る
こと， （ｇ） 加えて、β相チタン中に炭化チタン晶出物及び
／又は析出物と硬質セラミックスとが分散したチタン合
金材を、前記と同様、350〜550℃の温度で時効処理する
と、やはりβ相中に微細α相チタンを析出して時効硬化
し、その耐摩耗性がより一層向上すること， （ｈ） 上述のようなチタン合金材は密度が小さく軽量
で、しかも他のチタン合金への溶接も容易であるので、
チタン合金表面に接合して耐摩耗性を改善するための接
合部材としても十分に適用が可能であること。
ン合金の特性に再検討を加えながら種々の観点からの研
究を重ねたところ、次に示すような知見を得るに至っ
た。即ち、 （ａ） 従来、チタン合金としては室温で“α相単相",
“α＋β２相”及び“β層単相”の３通りの相組織を呈
するものが実用されてきたが、これらの中にあって“β
相チタン”は、そのまま又は時効状態での耐摺動摩耗性
並びに耐エロージョン性が“α相チタン”や“α＋β２
相チタン”と比べて一段上回っていること， （ｂ） しかしながら、β相チタンの耐摩耗性や耐エロ
ージョン性はステライトと比較すればまだまだ低く、そ
のままでは機械装置等の耐摩耗部材としての使用はおぼ
つかなかったが、該β相チタン中にTiC硬質粒子を均一
に晶出及び／又は析出・分散させた場合にはその耐摩耗
性及び耐エロージョン性能は非常に向上し、ステライト
と同等程度の優れた特性が得られること， （ｃ） β相チタン中に炭化チタン硬質粒子が均一に晶
出及び／又は析出・分散したチタン合金材は、β相チタ
ン合金となる成分中に0.2重量％以上の炭素を含有させ
て（従来の実用チタン合金の炭素量は0.01重量％程度）
溶解・凝固させることにより容易かつ安定に製造するこ
とが可能であること， （ｄ） また、添加する炭素量の上限を５重量％に抑え
れば得られるチタン合金材の熱延性，靱性並びに延性等
の劣化を抑えることができ、実用合金としての格別な不
都合がもたらされないこと， （ｅ） 更に、β相チタン中に炭化チタン硬質粒子が晶
出及び／又は析出・分散したチタン合金材を350〜550℃
の温度で時効処理すると、β相中に微細α相チタンを析
出して時効硬化し、その耐摩耗性が一段と向上するこ
と， （ｆ） しかも、上記チタン合金の溶解時にW2C,NbC,Ti
N等の硬質セラミックス（150μｍ以下が好ましい）を混
入或いは形成させ、β相チタン中に炭化チタン晶出物及
び／又は析出物と硬質セラミックス微粒とが分散したチ
タン合金材とすれば、その耐摩耗性を更に向上させ得る
こと， （ｇ） 加えて、β相チタン中に炭化チタン晶出物及び
／又は析出物と硬質セラミックスとが分散したチタン合
金材を、前記と同様、350〜550℃の温度で時効処理する
と、やはりβ相中に微細α相チタンを析出して時効硬化
し、その耐摩耗性がより一層向上すること， （ｈ） 上述のようなチタン合金材は密度が小さく軽量
で、しかも他のチタン合金への溶接も容易であるので、
チタン合金表面に接合して耐摩耗性を改善するための接
合部材としても十分に適用が可能であること。
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、 「チタン合金材を、少なくともその表面部が“β相チタ
ン素地に炭化チタンが晶出及び／又は析出・分散して成
る常温ミクロ組織",“β相チタン素地に炭化チタンが晶
出及び／又は析出すると共に更にα相チタンが析出・分
散して成る常温ミクロ組織",“β相チタン素地に炭化チ
タン晶出物及び／又は析出物と硬質セラミックスとが分
散して成る常温ミクロ組織”或いは“β相チタン素地に
炭化チタン晶出物及び／又は析出物とαチタン析出相と
硬質セラミックスとが分散して成る常温ミクロ組織”の
何れかの組織を有する構成とすることにより、優れた耐
摩耗性・耐エロージョン性を備えしめた点」に特徴を有
するものである。
ン素地に炭化チタンが晶出及び／又は析出・分散して成
る常温ミクロ組織",“β相チタン素地に炭化チタンが晶
出及び／又は析出すると共に更にα相チタンが析出・分
散して成る常温ミクロ組織",“β相チタン素地に炭化チ
タン晶出物及び／又は析出物と硬質セラミックスとが分
散して成る常温ミクロ組織”或いは“β相チタン素地に
炭化チタン晶出物及び／又は析出物とαチタン析出相と
硬質セラミックスとが分散して成る常温ミクロ組織”の
何れかの組織を有する構成とすることにより、優れた耐
摩耗性・耐エロージョン性を備えしめた点」に特徴を有
するものである。
なお、ここで言う“β相チタン素地”とは、β相安定化
元素であるCr,Mo,W,Nb,Ta,V,Fe,Mn等を多量に含有し、
常温において体心立方構造のチタンβ相を呈している素
地であって、β相チタン単相の実用合金としては、例え
ばTi−3Al−8V−6Cr−4Mo−4Zr,Ti−15V−3Al−3Sn−3C
r,Ti−10V−2Fe−3Al等がある。ただ、チタン合金のβ
相安定化元素としては、特に共析型β安定化元素である
ＷやCrが有効なようである。従って、〔α＋β〕系チタ
ン合金であるTi−6Al−4Vに例えば25重量％のＷや10重
量％のCrを含有させることによりβ相チタン素地を有す
るチタン合金を得ることができ、またα系である純チタ
ンにW,Crを多量に含有させてもβ相チタン素地が得られ
る。
元素であるCr,Mo,W,Nb,Ta,V,Fe,Mn等を多量に含有し、
常温において体心立方構造のチタンβ相を呈している素
地であって、β相チタン単相の実用合金としては、例え
ばTi−3Al−8V−6Cr−4Mo−4Zr,Ti−15V−3Al−3Sn−3C
r,Ti−10V−2Fe−3Al等がある。ただ、チタン合金のβ
相安定化元素としては、特に共析型β安定化元素である
ＷやCrが有効なようである。従って、〔α＋β〕系チタ
ン合金であるTi−6Al−4Vに例えば25重量％のＷや10重
量％のCrを含有させることによりβ相チタン素地を有す
るチタン合金を得ることができ、またα系である純チタ
ンにW,Crを多量に含有させてもβ相チタン素地が得られ
る。
β相チタン素地中に炭化チタン硬質粒子が均一に晶出及
び／又は析出したチタン合金を得るには、前述したよう
にβ相チタン合金となる原料成分中に0.2〜５重量％の
炭素を含有させて溶解・凝固させれば良い。また、β相
チタン素地中に炭化チタン硬質粒子が均一に晶出及び／
又は析出した表面部を有するチタン合金を得るには、チ
タン合金粉末に、溶融分解してβチタン相を形成する炭
化物（例えばW2C,Cr3C2）粉末を混合した混合粉をチタ
ン合金表面に肉盛して形成することもできる。この場
合、炭素含有量を0.2重量％以上とするのは、この値を
下回る炭素量では炭素がβ相チタン中に固溶してしまっ
て炭化チタンとして晶出及び／又は析出しないからであ
り、また炭素含有量の上限を５重量％とするのは、この
値を超えて含有させると合金の凝固中に割れが生じた
り、熱延性，延性及び靱性を極端に劣化するようになる
からである。
び／又は析出したチタン合金を得るには、前述したよう
にβ相チタン合金となる原料成分中に0.2〜５重量％の
炭素を含有させて溶解・凝固させれば良い。また、β相
チタン素地中に炭化チタン硬質粒子が均一に晶出及び／
又は析出した表面部を有するチタン合金を得るには、チ
タン合金粉末に、溶融分解してβチタン相を形成する炭
化物（例えばW2C,Cr3C2）粉末を混合した混合粉をチタ
ン合金表面に肉盛して形成することもできる。この場
合、炭素含有量を0.2重量％以上とするのは、この値を
下回る炭素量では炭素がβ相チタン中に固溶してしまっ
て炭化チタンとして晶出及び／又は析出しないからであ
り、また炭素含有量の上限を５重量％とするのは、この
値を超えて含有させると合金の凝固中に割れが生じた
り、熱延性，延性及び靱性を極端に劣化するようになる
からである。
なお、合金中に炭素を混入させる手段としては、溶解の
際にW2C,Cr3C2,NbC等のTiCよりも炭化物としての安定性
の乏しい炭化物粉末やバルクを添加して合金化する方法
を採用することが望ましい。
際にW2C,Cr3C2,NbC等のTiCよりも炭化物としての安定性
の乏しい炭化物粉末やバルクを添加して合金化する方法
を採用することが望ましい。
さて、第１図（ａ）は本提案の第１発明に係わるチタン
合金材のミクロ組織を模式的に示した概略図で、β相チ
タンの素地（マトリックス）中に炭化チタン（TiC）晶
出粒子及び／又は析出粒子が均一分散した組織を示して
いる。炭化チタン晶出物及び／又は析出物の形状は、通
常、楕円球状粒子，球状粒子或いは網目状粒子となって
いるが、その大きさとしては、組織均一性や耐摩耗均一
性の観点から0.5〜５μｍ程度の微粒子であることが望
ましい。
合金材のミクロ組織を模式的に示した概略図で、β相チ
タンの素地（マトリックス）中に炭化チタン（TiC）晶
出粒子及び／又は析出粒子が均一分散した組織を示して
いる。炭化チタン晶出物及び／又は析出物の形状は、通
常、楕円球状粒子，球状粒子或いは網目状粒子となって
いるが、その大きさとしては、組織均一性や耐摩耗均一
性の観点から0.5〜５μｍ程度の微粒子であることが望
ましい。
β相チタン素地中に炭化チタンが均一に晶出及び／又は
析出し、かつ更にα相チタンが均一に析出したチタン合
金を得るには、β相チタン素地中に炭化チタンを晶出及
び／又は析出したチタン合金材を350〜550℃の温度で時
効処理すれば良い。この処理によって、β相チタン素地
中に炭化チタンを晶出及び／又は析出したチタン合金材
は、微細α相チタンを析出して時効硬化し、耐摩耗性が
更に向上する。この場合、時効処理温度が350℃未満で
は、時効に長い時間を要したり時効硬化が生じなかった
りする恐れがあり、一方、550℃を超える温度で時効処
理すると過時効となり、時効硬化による硬度アップが図
れない懸念がある。
析出し、かつ更にα相チタンが均一に析出したチタン合
金を得るには、β相チタン素地中に炭化チタンを晶出及
び／又は析出したチタン合金材を350〜550℃の温度で時
効処理すれば良い。この処理によって、β相チタン素地
中に炭化チタンを晶出及び／又は析出したチタン合金材
は、微細α相チタンを析出して時効硬化し、耐摩耗性が
更に向上する。この場合、時効処理温度が350℃未満で
は、時効に長い時間を要したり時効硬化が生じなかった
りする恐れがあり、一方、550℃を超える温度で時効処
理すると過時効となり、時効硬化による硬度アップが図
れない懸念がある。
第１図（ｂ）は、“第１図（ａ）で示した本提案の第１
発明に係わるチタン合金材を350〜550℃の範囲で時効し
たもの”のミクロ組織を模式的に示した概略図で、炭化
チタン晶出物及び／又は析出物が分散したβ相チタンの
素地中に非常に微細なα相（0.1μｍ程度）が均一に析
出・分散したものとなっている。
発明に係わるチタン合金材を350〜550℃の範囲で時効し
たもの”のミクロ組織を模式的に示した概略図で、炭化
チタン晶出物及び／又は析出物が分散したβ相チタンの
素地中に非常に微細なα相（0.1μｍ程度）が均一に析
出・分散したものとなっている。
β相チタン素地中に炭化チタンが晶出及び／又は析出・
分散し、かつ硬質セラミックスも分散したチタン合金材
を得るには、0.2〜５重量％の炭素を含有するβ相チタ
ン合金材を硬質セラミックスの溶融温度以下で溶融し、
その溶解池に硬質セラミックスを投入して凝固させれば
良い。この場合、硬質セラミックスの投入処理はβ相チ
タン合金材の全部を溶融させて実施しても良いし、必要
な表層部のみを溶融させて実施しても良い。なお、投入
する硬質セラミックスとしてはWC,W2C,TiN,Cr3C2,NbC,S
iC,TiN,Al2O3等から成る150μｍ以下の微粒が好まし
い。なぜなら、硬質セラミックス粒子の大きさが150μ
ｍより大きいと、該チタン合金材を摺動部材に適用した
場合、摺動中に硬質セラミックス粒子が脱落することが
あり、耐摩耗性の劣化が懸念されるようになるからであ
る。
分散し、かつ硬質セラミックスも分散したチタン合金材
を得るには、0.2〜５重量％の炭素を含有するβ相チタ
ン合金材を硬質セラミックスの溶融温度以下で溶融し、
その溶解池に硬質セラミックスを投入して凝固させれば
良い。この場合、硬質セラミックスの投入処理はβ相チ
タン合金材の全部を溶融させて実施しても良いし、必要
な表層部のみを溶融させて実施しても良い。なお、投入
する硬質セラミックスとしてはWC,W2C,TiN,Cr3C2,NbC,S
iC,TiN,Al2O3等から成る150μｍ以下の微粒が好まし
い。なぜなら、硬質セラミックス粒子の大きさが150μ
ｍより大きいと、該チタン合金材を摺動部材に適用した
場合、摺動中に硬質セラミックス粒子が脱落することが
あり、耐摩耗性の劣化が懸念されるようになるからであ
る。
第１図（ｃ）は、第１図（ａ）で示した本提案の第１発
明に係るチタン合金材に更に150μｍ以下の硬質セラミ
ックスを分散して成るチタン合金材のミクロ組織を模式
的に示した概略図で、β相チタン素地中に炭化チタン晶
出物及び／又は析出物が均一分散し、更に硬質セラミッ
クス微粒子が均一に分散したものとなっている。
明に係るチタン合金材に更に150μｍ以下の硬質セラミ
ックスを分散して成るチタン合金材のミクロ組織を模式
的に示した概略図で、β相チタン素地中に炭化チタン晶
出物及び／又は析出物が均一分散し、更に硬質セラミッ
クス微粒子が均一に分散したものとなっている。
β相チタン素地中に炭化チタンが晶出及び／又は析出す
ると共に更にα相チタンが析出・分散し、かつ硬質セラ
ミックスも分散したチタン合金材を得るには、β相チタ
ン中に炭化チタン晶出物及び／又は析出物と硬質セラミ
ックスが分散している合金材を350〜550℃の温度で時効
処理すれば良い。
ると共に更にα相チタンが析出・分散し、かつ硬質セラ
ミックスも分散したチタン合金材を得るには、β相チタ
ン中に炭化チタン晶出物及び／又は析出物と硬質セラミ
ックスが分散している合金材を350〜550℃の温度で時効
処理すれば良い。
第１図（ｄ）は、第１図（ｃ）で示した本提案の第３発
明に係わるチタン合金材を350〜550℃の範囲で時効した
もののミクロ組織を模式的に示した概略図で、炭化チタ
ン晶出物及び／又は析出物と硬質セラミックス微粒子が
分散したβ相チタン素地中に極めて微細なα相（0.1μ
ｍ程度）が均一に析出・分散したものとなっている。
明に係わるチタン合金材を350〜550℃の範囲で時効した
もののミクロ組織を模式的に示した概略図で、炭化チタ
ン晶出物及び／又は析出物と硬質セラミックス微粒子が
分散したβ相チタン素地中に極めて微細なα相（0.1μ
ｍ程度）が均一に析出・分散したものとなっている。
＜作用＞ 本発明に係わるチタン合金材は、少なくともその表面部
が、耐摩耗性（耐摺動摩耗性，耐エロージョン性）に優
れたβ相チタン素地中にHv1000以上の硬度を有する炭化
チタンや硬質セラミックスが微細分散した組織を有して
おり、更には微細α相チタンが均一分散して時効硬化し
たものであるので、これらによる作用が相乗され、チタ
ン合金であるにも係わらずドライ環境或いはウエット環
境においてステライトと同等以上の耐摩耗性を発揮する
こととなる。
が、耐摩耗性（耐摺動摩耗性，耐エロージョン性）に優
れたβ相チタン素地中にHv1000以上の硬度を有する炭化
チタンや硬質セラミックスが微細分散した組織を有して
おり、更には微細α相チタンが均一分散して時効硬化し
たものであるので、これらによる作用が相乗され、チタ
ン合金であるにも係わらずドライ環境或いはウエット環
境においてステライトと同等以上の耐摩耗性を発揮する
こととなる。
また、上記チタン合金材はチタン基であるので、ステラ
イトとは異なり、チタン合金への溶接はTIG溶接等によ
って欠陥なく安定に行うことができる。しかも、本発明
チタン合金材は、溶製材を1000℃前後に加熱することで
容易に熱間圧延することができる。
イトとは異なり、チタン合金への溶接はTIG溶接等によ
って欠陥なく安定に行うことができる。しかも、本発明
チタン合金材は、溶製材を1000℃前後に加熱することで
容易に熱間圧延することができる。
更に、本発明チタン合金材の密度は含有元素を調整する
ことで５以下にすることができ、チタン合金材に期待さ
れる軽量特性を損なうこともない。
ことで５以下にすることができ、チタン合金材に期待さ
れる軽量特性を損なうこともない。
続いて、本発明の効果を実施例によって具体的に説明す
る。
る。
＜実施例＞ まず、第１表に示す成分組成のチタン合金がボタン溶解
で溶製し、20mm厚×50mm幅×100mm長のインゴットとし
た。なお、使用した合金原料はスポンジTi,スポンジZr,
電解Sn,Al−Ｖ母合金,Al−Mo母合金，純Al,W2C粉末,Cr3
C2粉末,NbC粉末,TiN粉末であった。
で溶製し、20mm厚×50mm幅×100mm長のインゴットとし
た。なお、使用した合金原料はスポンジTi,スポンジZr,
電解Sn,Al−Ｖ母合金,Al−Mo母合金，純Al,W2C粉末,Cr3
C2粉末,NbC粉末,TiN粉末であった。
次に、これらインゴットを1050℃に加熱してから10mm厚
の板にまで３パスで熱間圧延すると共に、熱間圧延によ
る割れ等の欠陥発生状況を調査した。
の板にまで３パスで熱間圧延すると共に、熱間圧延によ
る割れ等の欠陥発生状況を調査した。
更に、合金6,7,8,11,12,14,16,17及び18については、熱
間圧延後に時効を施しα相を析出させた。
間圧延後に時効を施しα相を析出させた。
次いで、上述の如く得られた圧延板（10mm厚）の常温で
の硬度（ビッカース硬度）を測定すると共に、直径10mm
φ×長さ40mmの摺動摩耗試験用試験片並びに10mm厚×10
mm幅×15mm長のエロージョン用試験片を採取し、それぞ
れの試験に 供した。また、同材料よりＸ線回析用試験片をも採取
し、ディフラクトメーターによって“相”の同定を行っ
た。
の硬度（ビッカース硬度）を測定すると共に、直径10mm
φ×長さ40mmの摺動摩耗試験用試験片並びに10mm厚×10
mm幅×15mm長のエロージョン用試験片を採取し、それぞ
れの試験に 供した。また、同材料よりＸ線回析用試験片をも採取
し、ディフラクトメーターによって“相”の同定を行っ
た。
なお、これとは別に耐摩耗材料として使用されているス
テライトNo.6〔商品名〕についても同様の試験を行っ
た。
テライトNo.6〔商品名〕についても同様の試験を行っ
た。
「摩耗試験」は第２図で示すようなピンオンディスク方
式によって実施したが、試験条件は 試験片の押圧荷重:2kg, 試験片と相手材（ディクク）との摺動速度： 62.8m/min, 摺動距離:2.5×104m, 相手材（ディクス）:60キロ級高張力鋼， 摩擦面の潤滑：なし であり、このときの重量減少量で耐摩耗性を評価した。
式によって実施したが、試験条件は 試験片の押圧荷重:2kg, 試験片と相手材（ディクク）との摺動速度： 62.8m/min, 摺動距離:2.5×104m, 相手材（ディクス）:60キロ級高張力鋼， 摩擦面の潤滑：なし であり、このときの重量減少量で耐摩耗性を評価した。
「エロージョン試験」には第３図で示したような水ジェ
ット方式を採用し、予めバフ研磨にて鏡面研磨した試験
片表面に 水噴射ノズル径:1.2mmφ， 噴射水流速:370m/sec, ノズル−試験片間距離:65mm, 噴射角度:90゜， 噴射時間:600sec なる条件で高速水を噴射した後、高速水噴射にて生じた
痕跡の深さを測定し耐エロージョン性を評価した。
ット方式を採用し、予めバフ研磨にて鏡面研磨した試験
片表面に 水噴射ノズル径:1.2mmφ， 噴射水流速:370m/sec, ノズル−試験片間距離:65mm, 噴射角度:90゜， 噴射時間:600sec なる条件で高速水を噴射した後、高速水噴射にて生じた
痕跡の深さを測定し耐エロージョン性を評価した。
これらの結果を第１表に併せて示した。
第１表に示される結果からも、本発明に係わるチタン合
金材は熱間圧延性に優れる上、その表面部の摺動摩耗量
及びエロージョン深さが共に十分に小さくて比較例であ
るステライトNo.6と同程度あり、ドライな環境において
もウエットな環境においても優れた耐摩耗性を示すこと
が明らかである。
金材は熱間圧延性に優れる上、その表面部の摺動摩耗量
及びエロージョン深さが共に十分に小さくて比較例であ
るステライトNo.6と同程度あり、ドライな環境において
もウエットな環境においても優れた耐摩耗性を示すこと
が明らかである。
＜効果の総括＞ 以上に示した如く、この発明によれば、ドライな環境中
においてもウエットな環境中においても優れた耐摩耗性
を発揮すると共に、熱間加工性が良好で、かつ軽量なチ
タン合金材を提供することができ、自動車の動弁部品や
人工骨等の摺動部材，或いは蒸気タービン翼等に適用し
て優れた性能が確保される上、他のチタン及びチタン合
金材への溶接も可能なためそれらの耐摩耗用シールド材
としての使用も可能であるなど、産業上極めて有用な効
果がもたらされる。
においてもウエットな環境中においても優れた耐摩耗性
を発揮すると共に、熱間加工性が良好で、かつ軽量なチ
タン合金材を提供することができ、自動車の動弁部品や
人工骨等の摺動部材，或いは蒸気タービン翼等に適用し
て優れた性能が確保される上、他のチタン及びチタン合
金材への溶接も可能なためそれらの耐摩耗用シールド材
としての使用も可能であるなど、産業上極めて有用な効
果がもたらされる。
第１図は、本発明に係るチタン合金材のミクロ組織を模
式的に示した概略図であり、第１図（ａ），第１図
（ｂ），第１図（ｃ）及び第１図（ｄ）はそれぞれ別の
例を示している。 第２図は、摺動摩耗試験方法を説明した概念図である。 第３図は、エロージョン試験方法を説明した概念図であ
る。
式的に示した概略図であり、第１図（ａ），第１図
（ｂ），第１図（ｃ）及び第１図（ｄ）はそれぞれ別の
例を示している。 第２図は、摺動摩耗試験方法を説明した概念図である。 第３図は、エロージョン試験方法を説明した概念図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 志田 善明 大阪府大阪市東区北浜５丁目15番地 住友 金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−180026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−56561（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−231151（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】少なくとも表面部が、β相チタン素地に炭
化チタンが晶出及び／又は析出・分散して成ることを特
徴とする、高耐摩耗チタン合金材。 - 【請求項２】少なくとも表面部が、β相チタン素地に炭
化チタンが晶出及び／又は析出・分散し、更にα相チタ
ンが析出・分散して成ることを特徴とする、高耐摩耗チ
タン合金材。 - 【請求項３】少なくとも表面部が、β相チタン素地に炭
化チタン晶出物及び／又は析出物と硬質セラミックスと
が分散して成ることを特徴とする、高耐摩耗チタン合金
材。 - 【請求項４】少なくとも表面部が、β相チタン素地に炭
化チタン晶出物及び／又は析出物とαチタン析出相と硬
質セラミックスとが分散して成ることを特徴とする、高
耐摩耗チタン合金材。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63282435A JPH0762196B2 (ja) | 1988-11-10 | 1988-11-10 | 高耐摩耗チタン合金材 |
| US07/433,963 US5068003A (en) | 1988-11-10 | 1989-11-09 | Wear-resistant titanium alloy and articles made thereof |
| DE3937526A DE3937526C2 (de) | 1988-11-10 | 1989-11-10 | Verschleißfeste Titanlegierung, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung |
| US07/739,442 US5141574A (en) | 1988-11-10 | 1991-08-02 | Process of forming dispersions in titanium alloys by melting and precipitation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63282435A JPH0762196B2 (ja) | 1988-11-10 | 1988-11-10 | 高耐摩耗チタン合金材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02129330A JPH02129330A (ja) | 1990-05-17 |
| JPH0762196B2 true JPH0762196B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=17652378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63282435A Expired - Lifetime JPH0762196B2 (ja) | 1988-11-10 | 1988-11-10 | 高耐摩耗チタン合金材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0762196B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69128692T2 (de) * | 1990-11-09 | 1998-06-18 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Titanlegierung aus Sinterpulver und Verfahren zu deren Herstellung |
| JPH0549656A (ja) * | 1991-06-24 | 1993-03-02 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐摩耗性に優れたチタン合金製人工関節 |
| US5545248A (en) * | 1992-06-08 | 1996-08-13 | Nippon Tungsten Co., Ltd. | Titanium-base hard sintered alloy |
| JP4493029B2 (ja) * | 2005-09-21 | 2010-06-30 | 株式会社神戸製鋼所 | 被削性及び熱間加工性に優れたα−β型チタン合金 |
| EP2581468A1 (de) | 2011-10-14 | 2013-04-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht auf eine Strömungsmaschinenkomponente |
| JP5934972B2 (ja) * | 2011-10-17 | 2016-06-15 | 長野県 | 無潤滑摺動部材 |
| CN111225989B (zh) * | 2017-10-06 | 2022-03-15 | 莫纳什大学 | 改进的可热处理钛合金 |
| CN115287559A (zh) * | 2022-07-14 | 2022-11-04 | 武汉大学 | 利用高压水射流的钛合金材料梯度微纳结构的制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61231151A (ja) * | 1985-04-08 | 1986-10-15 | Kobe Steel Ltd | チタン又はチタン合金の表面硬化処理方法 |
| JPS6256561A (ja) * | 1985-09-06 | 1987-03-12 | Honda Motor Co Ltd | ＴｉまたはＴｉ合金の表面硬化方法 |
| JPS62180026A (ja) * | 1986-02-03 | 1987-08-07 | Hitachi Ltd | 蒸気タ−ビンの低圧タ−ビン動翼 |
-
1988
- 1988-11-10 JP JP63282435A patent/JPH0762196B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02129330A (ja) | 1990-05-17 |
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