JPS63157852A - Ti−6Al−4V合金の浸炭処理法 - Google Patents

Ti−6Al−4V合金の浸炭処理法

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JPS63157852A
JPS63157852A JP30376386A JP30376386A JPS63157852A JP S63157852 A JPS63157852 A JP S63157852A JP 30376386 A JP30376386 A JP 30376386A JP 30376386 A JP30376386 A JP 30376386A JP S63157852 A JPS63157852 A JP S63157852A
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戸田 重行
Hajime Yoshioka
肇 吉岡
Toshio Shirai
白井 敏雄
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

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、Ti−6AL−4V合金の浸炭処理法に関し
、例えばTi−6Al−4V合金製一般部品(エンジン
パμブや特車等)の表面硬化のだめの真空浸炭焼入れ法
等として適用される上記浸炭処理法に関する。
〔従来の技術〕
チタン合金に対し、工業的に走った浸炭処理法はなく、
強いて言えば鋼材の場合と同様にRXガス浸次続入れ又
は真空浸炭焼入れが一般的であろう。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来法では浸炭工程に移る前の昇温過程でチタン酸
化膜が生じ、浸炭が著しく妨害され、浸炭深さは200
μm程度が限度である。浸炭鋼製部品で要求される上記
の5〜10倍の浸次深さを得ることはTi−,6Al−
4V合金に関しては従来の浸炭処理技術では殆んど不可
能である。
そこで本発明では、Ti−6Al−4V合金に関し、上
記限度以上の浸炭深さを得ることのできる浸炭処理法を
提案するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは、上記問題点を解決するために鋭意研究を
重ねた結果、■チタンは一度酸化膜を生成すると、鉄の
場合と異なシ、高温水素中にさらされても還元されない
から、浸炭雰囲気に入る前の昇温を従来の真空浸炭炉の
限界である10−2オーダトーμよシも高い真空度によ
シ無酸素状態として昇温中の酸化を防止しく従来の10
−2オ一ダトール程度では酸化は避けられない)、また
■チタンと炭素の二元系状態図では炭素の固溶度は高温
域にあるβ相よシも低温側のα相領域において大きい反
面、拡散は高温の方が容易であることから、高温でもα
相が安定に存在し得る組成にしておくことができれば炭
素の固溶及び内部への拡散を促進することができ、この
高温での安定なα相は2相安定化元素の一つである窒素
を予め表面部に添加しておくことにより発現し、更に■
チタンはメタン等の浸炭性ガスの分解で生じた水素を吸
収し、室温で脆くなるので、浸炭工程後に再度高真空加
熱を施して脱水素化処理を行い、最後に■高温状態から
アルゴンガス等の希ガス元素により急冷(すなわち焼入
れ)を行えばよいとの知見を得、本発明を開発するに至
った。
すなわち本発明は、 (1)  Ti−6Al−4V合金を2X10−’)−
/L’以上の高真空度下で室温から1050℃前後まで
昇温し、次いで当該温度を維持しながら浸炭性ガス注入
下で浸炭を行い、しかる後再度上記高真空度を復帰して
1100℃以上に昇温し、当該温度に一定時間保持した
後、希ガス元素を注入して冷却することを特徴とするT
i−6Al−4V合金の浸炭処理法 (2)  ’ri−6Al−4V合金を2X10−’)
−ル以上の高真空度下で室温から850℃前後まで昇温
し、次いで窒素注入下において当該温度から1050℃
前後まで昇温し、当該温度に到達した後再度上記真空度
にし、当該温度を維持しながら浸炭性ガス注入下で浸炭
を行い、しかる後もう一度上記高真空度を復帰して11
00℃以上に昇温し、当該温度に一定時間保持した後、
希ガス元素を注入して冷却することを特徴とするTi−
6Al−4V合金の浸炭処理法 に関するものである。
本発明において、真空度を2X10−4)−ル以上とす
るのは、これ以下であると酸化チタン被膜が生成し、浸
炭を妨害するからである。
また、本発明において、1050℃前後まで先ず昇温す
るのは、当該温度で浸炭が開始するからである。
本発明において、上記昇温途上の850℃前後から窒素
注入を行うのは、余シ低温であると窒素注入の効果が得
られないからである。
更に本発明において、メタン、エタン、プロパン等の浸
炭性ガス注入による浸炭処理後に、再度上記の高真空度
に復帰させ1100℃以上に昇温するのは、真空度や温
度が充分でないと前記した脱水素を充分に行うことがで
きないからである。
〔作用〕
本発明では、2X10−’)−1/以上の高真空度下で
加熱し、直接浸炭(T i +CH4* C2Hs又は
C3H8→Ti[C)+2H2)  開始までの炉気、
すなわち浸炭温度到達までの昇温過程で酸化チタン被膜
の生成を防止し、当該被膜による浸炭の妨害を避ける。
また本発明では、上記昇温過程の途上でα相安定元素の
一つである窒素を注入して初期窯化を行わせ、表面部に
おけるα相の安定化を図ると共に、α相温度域を高温側
に移行させ、浸炭し難いβ相での浸炭を回避する。
更に本発明では2X10−’  トール以上という高真
空度で熱処理するために、無酸素状態で長時間に亘シ浸
次処理を行うことができ、しかも高温化により拡散を速
めることができる。
〔実施例〕
(1)直径a4日、長さ160■のTi−6Al−4V
合金焼鈍材を約2X10””)−μ以上の真空度に保た
れた真空炉で室温から1050℃に加熱・昇温しだ後、
メタンを注入しTi+CH4→Ti[C)+2H2の水
素還元雰囲気(200〜400トールうで炭素を直接に
チタンと16時間(H)反応させて浸炭処理した。次い
で、メタンの注入を止め、約2X10−’  ト−IV
まで真空度を上げ、1100℃まで昇温し、2H保持後
、アルゴンガスを注入し、アルゴンガス冷却によシ焼入
れを施した。以下、これを処理材A(本発明例)と称す
る。
(2)上記(1)と同じTi−6AL−4V合金焼鈍材
を、上記(1)と同じ真空炉で室温から850℃に加熱
、昇温し、850℃から1050℃までの約1Hの昇温
中は窒素を注入し、1050℃に到達後は再度2X10
”ト−fL/まで真空度を上げ、メタンを注入しT i
 +CI(4→TiCC]+2H217)水素還元雰囲
気(200〜400 ) −/I/)で炭素を直接にチ
タンと16H反応させて浸炭処理した。そのあとは上記
(1)と同じ処理を施した。以下、これを処理材B(本
発明例)と称する。
(3)上記(1)と同じTi−6Al−4V合金焼鈍材
を、約2X10−2 トールの真空度に保たれた真空浸
炭炉で、室温から960℃に加熱、昇温した後、メタン
を注入しT1+cH4→T1〔c〕+2H2の水素還元
雰囲気(400〜600 ) −1v)で炭素を直接に
チタンと16H反応させて浸炭処理した。次いで、メタ
ンの注入を止め、再度約2X10−2 )−/L/まで
真空度を上げ、990℃まで昇温し、2H保持後、油中
冷却を施した。これは鋼の真空浸炭焼入れで適用されて
いる一般の真空浸炭焼入れ条件とはソ同じ処理条件であ
る。以下、これを処理材C(比較例)と称する。
以上3種の真空浸炭処理材について、浸炭深さの比較を
行うため、断面の1イクロビッヵース硬さを測定した。
第1図にその結果を示す。
参考のために従来のRXガス浸炭炉焼入れによる場合を
合せて示す。
第1図によると、Hv550の有効硬化深さは処理材B
が[180mで最も深く、処理材Aではα6 m 、処
理材Cは0.29mを示し浅い。RXガス浸炭炉焼入れ
ではさらに浅い。
処理打入が処理材Cに比べて深いことについては、処理
初期の昇温過程での真空度が処理材Cでは2X10−2
)−1であるのに対し処理材Aでは2X10−’)−μ
と高く、材料表面の酸化膜生成がほぼ完全に阻止される
ことにより、浸炭が比較的容易に行われたものと考えら
れる。
処理材Bが処理材Aに比べて深いのは、初期窒化によυ
β相に変態することなく、α相のま一高温側において安
定し、炭素の拡散が加速されるためと考えられる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、浸炭開始温度までの昇温を高真空度下
で行うため、浸炭を著しく妨害する酸化チタン被膜の生
成を防止でき、浸炭を良好に行うことができる。
また、本発明において、上記の昇温途上で窒素ガス注入
を行うため、被処理材の表面部に高温でも安定してα相
を存在させることができ、これによシ高温域で炭素固溶
度を上げることができると共に、高温であるために炭素
の内部拡散を促進することができる。
これらの点よシ、本発明ではTi−6Al−4V合金の
浸炭深さに関し従来の限界以上に深くすることができる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による浸炭深さを従来技術によるそれと
比較して示した図表である。 復代理人  内 1)  明 復代理人  萩 原 亮 − 復代理人  安 西 篤 夫

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Ti−6Al−4V合金を2×10^−^4トー
    ル以上の高真空度下で室温から1050℃前後まで昇温
    し、次いで当該温度を維持しながら浸炭性ガス注入下で
    浸炭を行い、しかる後再度上記高真空度を復帰して11
    00℃以上に昇温し、当該温度に一定時間保持した後、
    希ガス元素を注入して冷却することを特徴とする Ti−6Al−4V合金の浸炭処理法。
  2. (2)Ti−6Al−4V合金を2×10^−^4トー
    ル以上の高真空度下で室温から850℃前後まで昇温し
    、次いで窒素注入下において当該温度から1050℃前
    後まで昇温し、当該温度に到達した後再度上記真空度に
    し、当該温度を維持しながら浸炭性ガス注入下で浸炭を
    行い、しかる後もう一度上記高真空度を復帰して 1100℃以上に昇温し、当該温度に一定時間保持した
    後、希ガス元素を注入して冷却することを特徴とするT
    i−6Al−4V合金の浸炭処理法。
JP30376386A 1986-12-22 1986-12-22 Ti−6Al−4V合金の浸炭処理法 Expired - Lifetime JPH0723527B2 (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01267032A (ja) * 1988-04-19 1989-10-24 Mitsubishi Monsanto Chem Co ガスバリヤ性の優れた透明プラスチックフィルム
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