JPS63130755A - α＋β型チタン合金の加工熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、α＋β型チタン合金の熱間加工方法および熱
処理方法、特に高歪の加工と熱処理との組み合わせによ
り強度と延性を大幅に改善できるα＋β型チタン合金の
加工熱処理方法に関するものである。

（従来の技術） α＋β型チタン合金は、疲労強度／比重の比が実用金属
中で最も大きいことから、航空・宇宙用材料として広く
用いられているが、十分な延性（伸び、絞り）を保つた
めに、そのミクロ組織は微細な等軸組織であることが要
求されている。

ところで、微細な等軸組織を得るには、α＋β域におけ
る十分な加工と加熱が必要とされるが、一般にα＋β型
チタン合金は低温のα＋β域での加工性が悪く　（変形
抵抗が高い、変形能が小さい）、高歪の加工が困難であ
り、そのため加熱回数も多くなり加工コスト上昇は免れ
ない。

したがって、α＋β域での加工量を可及的に少なくする
ため、β域とα＋β域とに分けて加工を行うこと、ある
いは微細等軸化は熱処理によって実現すること、あるい
はそれらを組合わせること等が試みられてきた。例えば
、第１図に示すように、β域で加工後、α＋β域で加工
を行うとともに、加工終了後、βトランザス−（３０〜
８５℃）の温度域に加熱し、空冷以上の冷却速度で冷却
してから７０５〜７９０℃で時効を行うのである。

また、特公昭５９−３５９８７号に開示されている方法
は異常組織の改善を目的にしているが、第２図に示すよ
うに、β域への加熱あるいはβ域で加工を行った後、８
５０〜１０００℃への加熱を２〜１０回も繰り返す方法
である。

しかしながら、前述のような従来技術はいずれもコスト
高となるのは免れず、またそのようにして得た材料の機
械的特性も十分ではなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の１つの目的は、コスト高の要因となるα＋β域
での加工を行なわない、α＋β型チタン合金の安価な加
工熱処理法を提供することである。

本発明の別の目的は、α＋β域での加工を行なわずに、
従来のα＋β加工材と同等の強度、延性を有するα＋β
型合金の加工熱処理法を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、かかる目的を達成すべく、種々検討した
ところ、α＋β型チタン合金の加工を、加工性の良好な
（変形抵抗が小さい、変形能が大きい）β単相となるβ
変態点以上の高温でのみ行い、その後は熱処理のみによ
って組織の調整を行うことにより、強度と延性の良好な
α＋β型チタン合金を低い加工コストで製造できること
を知り、本発明を完成した。

ここに、本発明の要旨とするところは、α＋β型チタン
合金を、β変態点以上の温度で１回の加熱により断面減
少率が８０％以上となる加工を加えた後、５℃／秒以上
の速度で急冷し、その後、５００〜７５０℃の温度で０
．５〜８時間の時効を行うことを特徴とする、α＋β型
チタン合金の加工熱処理方法である。

（作用） ここで、本発明にかかる加工熱処理法を添付図面のうち
第３図の線図によって説明すると、断面減少率が８０％
以上となるように圧延、鍛造等により熱間で加工してか
ら５℃／秒以上の冷却速度で急冷する。通常、室温まで
冷却するが、後続の時効処理を連続して行う場合には、
５００　”ｃ以下まで急冷してから、再加熱して以下の
時効処理を行ってもよい。このように、冷却の後、５０
０〜７５０　’Ｃに０．５〜８時間時効処理する。

次に、本発明において各加工、熱処理条件を上述のよう
に限定した理由を説明する。

加工温度をβ変態点以上と限定したのは、β変態点以上
ではｂｃｃ　（体心立方格子）のβ相単相であり、加工
が容易で１回の加熱で高歪加工が可能となるからである
。１回の加熱により８０％以上の断面減少率での加工を
行うことと限定したのは、加工による亜結晶粒の形成に
より実質上β結晶粒の微細化が達成されることによるも
のであり、これより低い加工度ではβ結晶粒の微細化が
十分に達成されないためである。なお、この点、従来に
あってはα＋β域での加工によりαおよびβ結晶粒の微
細化を図っていた。

加工後の冷却速度を５℃／秒以上と限定したのは、これ
以下の冷却速度では加工により形成された亜結晶粒界が
消失し、またβ粒界に初析α相が析出することにより、
延性の著しい低下をみるからである。なお、通常、この
ときの冷却は水冷で行う。

冷却後、マルテンサイト組織が得られるが、０．２％耐
力を上昇させるためには時効によりマルテンサイト中に
微細なβ相を析出させることが必要である。時効温度を
５００℃以上としたのは、それ以下の温度での時効では
β相の析出が十分に得られないためであり、７５０℃以
下としたのはそれ以上の時効では析出するβ相が粗大化
し、０．２％耐力の上昇が得られずかえって耐力は低下
する傾向があるためである。また、時効時間を０．５時
間以上としたのはこれ以下の時効時間ではβ相が十分析
出しないためであり、８時間以下としたのは、これ以上
の時効では析出するβ相が粗大化し、どちらも十分な０
．２％耐力の上昇が得られないためである。

かくして、本発明により、強度および延性のすくれたα
＋β型チタン合金を短い加工時間で製造することが可能
となった。

以下に、実施例により本発明の効果をさらに具体的に説
明する。

１スｉ）セ１」クリ−，１一 本例における供試＋Ａ’　（Ｔｉ　　６　ＡＱ４Ｖ合金
）の化学組成を第１表に示す。本供試材のβ変態点は９
９０℃であった。本供試材のβ鍛造およびα＋β鍛造さ
れた直径１００ｍｍのヒレソトを用い１１００〜１００
０℃のβ相単相域で１ヒーｌ−による連続圧延を行った
後、第２表に示した方法で冷却し時効処理を行った。

時効処理後に各供試材の機械的特性を評価した。

機械的性質の試験結果を第２表にまとめて示す。

実験隘１〜３および隘１０は本発明にかかる方法で製造
した場合であり、実験１に４〜９は本発明の範囲外の条
件での製造例である。実験阻４はβ相域での加工度が低
く、同陽５は加工後の冷却が空冷で冷却速度が小さい場
合であり、いずれも伸び、絞りの値が低い。

実験陽６は加工後の冷却を炉冷にしており冷却速度がさ
らに小さく、０．２％耐力、引張強さも低く、伸び、絞
りも低い。同１’ｈ７は時効温度、時効時間が本発明の
範囲外であり、０．２％耐力が低い。

同Ｎ［１，８は時効温度が高く、間隔９は時効時間が長
い場合であり、いずれも０．２％耐力が低い。

これに対し、実験Ｎｌｌ〜３および隘１０に示した本発
明にかかる製造条件で製造したものは、参考に示したＡ
ＭＳ　４９２８規格の引張性質規格を十分満足する、通
常のα＋β域での圧延及び熱処理材とは＼同等の引張性
質を有している。

実施例２ 本例での供試材（Ｔｉ−６へＱ−２３ｎ　−４Ｚｒ　−
２Ｍ。

合金）の化学組成を第３表に示す。本供試材のβ変態点
は９９０℃である。第３表の化学組成を有する直径１０
０ｍｍのインゴットを用い、１１００〜１０００℃のβ
相単相域で１ヒートによる連続圧延を行った後、冷却し
時効処理を行った。

時効処理後の機械的性質を第４表にまとめて示す。

実験阻１〜３およびＮｏ、１０は本発明にががる方法に
よる製造例であり、間隔４〜９は本発明の範囲外での製
造例である。

第４表に示す結果からも明らかなように、本発明により
実施例１と同様に、規格を十分満足する良好な機械的性
質の製品が短い加工時間と低加工コストで得られた。

（発明の効果） 上述した如く、本発明によればα＋β型チタン合金につ
いて加工の困難なα＋β域での多数回の加熱と加工の繰
返しを行うことなく、−回の加工と熱処理により、従来
の製造法によって得られる強度と延性をもった製品をコ
スト安く得られるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、従来例にみられる加工熱処理法
のヒートパターンを示す線図；および第３図は、本発明
にかかる加工熱処理法のヒートパターンを示す線図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. α＋β型チタン合金を、β変態点以上の温度で１回の加
   熱により断面減少率が８０％以上となる加工を加えた後
   、５℃／秒以上の速度で急冷し、その後、５００〜７５
   ０℃の温度で０．５〜８時間の時効を行うことを特徴と
   する、α＋β型チタン合金の加工熱処理方法。