JPH01129941A - 冷間加工用低強度・高延性Ｔｉ合金 - 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］ 本発明は低強度・高延性であって冷間加工性に優れたＴ
ｉ合金に間するものである。

［従来の技術］ Ｔｉ合金は軽く、強くしかも耐食性に優れているため航
空機や宇宙開発機器を中心に利用範囲が拡がりつつあり
、最近では自動車や家庭用電化製品等の民生品における
冷間加工部品として使用することも検討されはじめてい
る。、冷間加工を効率良く行なうには変形抵抗が小さく
延性が大であることが必要である。しかしながら従来量
も多く利用されているＴ　１−６Ａ　ｌ−４Ｖに代表さ
れるα＋β型Ｔｉ合金は、延性に乏しく冷間加工に適さ
ない。そこでこの様なα＋β型Ｔｉ合金よりも加工性を
高めたβ型Ｔｉ合金も開発されてはいるが、これは強度
が大きくてもさほど問題とならない冷間圧延性或は板金
成形性を改良したものであって、変形抵抗を小さく抑え
たものとはなっていない。変形抵抗を小さくするには強
度が小さいことが必要であるが、従来のβ型Ｔｉ合金は
冷間加工用に調質したものであってもその引張強度は９
０　Ｋｇｆ／ｍｍ２程度と大きい値を示した。そこで強
度を更に低くしたＴｉ−２２Ｖ−４Ａｌ合金も開発され
ている（特開昭６ｌ−２５０１３８）。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら上記合金であっても８０　Ｋｇｆ／ｍｍ２
程度の引張強度を有しており、冷間加工用としては十分
に低強度のものとは言い難い。例えば据込み鍛造に代表
される冷間鍛造を行なう場合は、Ｔｉ合金素材が工具に
よって強く拘束されるため変形抵抗は急激に上昇する。

その結果引張における変形抵抗が僅か数キロ違っても、
加工時には数十キロものオーダーで違ってくることがあ
る。

このため型の寿命を良好に保つ上でも鍛造素材の変形抵
抗を小さくすること、例えば上記した引張強度８０　Ｋ
ｇｆ／ｍｍ２程度のものよりも更に強度の低いＴｉ合金
を開発することが望まれていた。

本発明はこの様な状況の下でなされたものであって、そ
の目的は従来のＴｉ合金より更に強度を低下さ′せると
ともに、加工の際の割れ発生限界に大きく影響する絞り
性を高めることによって、冷間加工性、特に冷間鍛造性
を向上させて、冷間での部品加工をより容易に行なうこ
とのできるＴｉ合金を提供する点にある。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明はＳｎ及びＺｒから選らばれる１種又は２種とＭ
Ｏを下記の量含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からな
ることを要旨とするものである。

（イ）Ｍｏ及びＳｎを含む場合 ６％≦Ｍｏ≦１８％ ０．５％≦Ｓｎ≦１０％ （ロ）Ｍｏ及びＺｒを含む場合 ６％≦Ｍｏ＜１２％ ０．５％≦Ｚｒ≦１０％ （八）Ｍｏ、Ｓｎ及びＺｒを含む場合 ６％≦Ｍｏ≦１８％ ０．３％≦Ｓｎ＋Ｚｒ≦８％ また上記構成に加えて更にＡｌを０．５〜７％含有せし
めることも本発明の重要な構成要件の１つである。

［作用及び実施例］ Ｔｉにβ安定化元素であるＭｏを約１０％程度以上添加
してβ温度域より焼入れを行なうと、β相のＴｉ合金を
得ることができ、これは常温において応力誘起変態或は
双晶変形を起こし、変形抵抗が低下することはよく知ら
れている。例えばＭｏを１０％添加したＴｉ合金の引張
強度は約７０にｇｆｌｏｍ”であり、また延性、特に加
工時の割れ発生限界と相間々係を有する引張応力下での
絞りは６０％程度はあって、他のＴｉ合金に比べれば強
度が低く、絞り性も良好であるから冷間加工に適してい
ると言える。、シかしながら強度をより低下させ且つ絞
り性を向上させることができれば型の寿命や焼付は等の
点で一層好ましいことは言うまでもない。

そこで本発明者等はＴｉにＭＯを添加することによって
起こる変形抵抗の低下作用を利用しつつ、更に一層の強
度低下をはかり、且つ延性も良好に維持することのでき
る添加元素について追跡・研究を重ねた。その結果ＭＯ
の含有量を応力誘起変態或は双晶変形の起こる範囲とし
、更にＳｎ及びＺｒから選ばれる１種又は２種を一定量
含有させれば所期の目的が達成されることを知見した。

これらの添加元素の適正添加範囲を調査する為下記の実
験を行なった。

第１〜３表左欄に示す種々の合金組成のボタン鋳塊（各
１３０ｇ）をタングステンアーク溶解法により溶製し、
７００℃で７５％の熱間圧延を行なった後、９００℃で
１０分間保持し水冷を行なった。これより平行部径２　
ａｖ、平行部長さ７ｍｍの引張試験片を採取し、ひずみ
速度２０％／分で引張試験を行ない、強度調査のため０
．２％耐力及び引張強さを測定し、又延性調査のため伸
び及び絞りを測定した。測定結果を第１〜３表右欄にそ
れぞれ示す。

第　　１　　　表 ※合金組成残部：Ｔｉ及び不可避不純物第　　２　　表 ※合金組成残部：Ｔｉ及び不可避不純物第３表 ※合金組成残部：Ｔｉ及び不可避不純物第１〜３表の結
果より添加元素の適正添加量範囲は次の様に定めた。

Ｍｏの添加量 Ｓｎを含む場合；　　６％≦Ｍｏ≦１８％Ｓｎを含まな
い場合；６％≦Ｍｏ＜１２％・上記実験によればＭｏの
添加量が６％未満のものは、焼入れの際にマルテンサイ
ト変態が顕著に起こり、その結果強度が大となり延性も
低下した（Ｎｏ、２０．４３，４４．６３）。

一方Ｓｎを含む場合においてＭｏが１８％を超えるもの
、及びＳｎを含まない場合においてＭ。

が１２％以上のものは、応力誘起変態及び双晶変形の発
生領域を完全に逸脱してすべり変形が起こるため強度が
上昇した（２３，２４，４０゜４１．６６）。

しかしＭｏの添加量が、Ｓｎを含む場合において６％≦
Ｍｏ≦１８％であるもの、及びＳｎを含まない場合にお
いて６％≦Ｍｏ＜１２％であるものは強度が低下し、延
性が向上したものが得られた（　Ｎ　ｏ、　１〜１７．
２５〜３９．４６〜６１）。

この結果ＭＯの適正添加量は、Ｓｎを含むものについて
は６％≦Ｍｏ≦１８％であり、Ｓｎを含まムいものにつ
いては６％≦Ｍｏ＜１２％であるとの結論に達した。

尚実験によれば、Ｍｏの全量又は一部をＶと置きかえて
もＭｏと同様の添加効果が得られることがわかった。こ
の場合重量％であられした置換量の等価関係はＭｏ−１
，５Ｖであった。

Ｓｎ及びＺｒの添加量 いずれか一方のみを添加する場合：いずれも０．５〜１
０％ 両方を添加する場合；総和で０．３〜８％ＭＯの存在下
でＳｎ或はＺｒを添加すると強度の低下及び延性の向上
をはかることができた（Ｎｏ、１８と１〜３．２５〜２
８，４６，４７、又Ｎｏ、１９と５〜１１．３０〜３６
．５１〜５７をそれぞれ比較参照）。

但しＳｎ又はＺｒを単独添加する場合はその添加量が０
．５％未満のものは添加量が不十分で、強度の十分な低
下及び延性の十分な向上をはかることができなかった（
Ｎｏ、２１及び４２）。添加量が０．５％以上になると
、添加量に比例して強度が低下し、一方延性は向上した
。この様な添加効果は添加量が７％前後で極値を示し、
７％を超えると添加効果が低減するが、１０％以下の添
加量であれば添加効果は十分得られた。しかし１０％を
超えると急激に強度が上昇し、一方延性は急激に低下し
た（Ｎｏ、５〜ｉｔと２２．　Ｎｏ、３０〜３６と４５
を比較参照）、従ってＳｎ或はＺｒのいずれか一方のみ
を添加する場合の添加量は０．５〜１０％であるとの結
論を得た。

一方Ｓｎ及びＺｒを共同添加する場合においては、これ
らを単独添加する場合よりもＳｎ及びＺｒの影響が大き
く十分な添加効果を得る為の下限値は０．３％（Ｎｏ、
５０と６２を比較参照）、上限値は８％（Ｎｏ、５５〜
５７と６４．６５を比較参照）であった、従ってＳｎ及
びＺｒを共に添加する場合の添加量は０．３〜８％との
結論を得た。

ＳｎとＺｒは共に同じ様な添加効果（強度低下及び延性
向上）を示すが強度低下をはかる意味からは、Ｚｒより
もＳｎの添加効果の方が大であり（Ｎｏ、５３と５４或
は５６と５８を比較参照）、従ってＺｒよりもＳｎの添
加量を多くすることが好ましい。尚Ｓｎ或はＺｒを単独
で一定量添加した場合は、Ｓｎの方が効果的であるが、
添加効果が現われる範囲はＳｎ及びＺｒのいずれも変ら
ず、添加効果が得られる範囲としては双方とも０．５〜
１０％である。

次に本発明者等は上記本発明に係るＴｉ合金に更にＡｌ
を添加してその添加効果を追跡した。その結果Ａｌを一
定量添加すれば、延性には影響を与えないで強度を一層
低下させることを知見した。

そこでＡｌの適正添加量を調査する目的で第４〜６表左
欄に示す合金組成の供試材を用いて引張試験を行なった
。引張試験片の調整方法、試験条件及び試験項目は、前
記したＡｌを添加しない場合の実験と同じとした。

測定結果を第４〜６表右欄にそれぞれ示す。

第　　４　　表 ※合金組成残部：Ｔｌ及び不可避不純物第　　５　　表 ※合金組成残部：Ｔｌ及び不可避不純物第　　６　　表 ※合金組成残部：Ｔｌ及び不可避不純物Ａｌの添加量 第４〜６表により適正添加量は次の様に定めた。

０．５％≦Ａｌ≦７％ Ａｌ添加量が０．５％未満のものはＡｌ無添加のものと
強度が殆んど変らずＡｌの添加効果は得られなかった（
Ｎｏ、７１と９．Ｎｏ、８０と３３及びＮｏ、８２と２
９をそれぞれ比較参照）。又添加量が７％を超えると焼
入れマルテンサイト変態が顕著に起こる為、強度上昇並
びに延性低下が激しくなった（Ｎｏ、７２．８１．８３
及び８９）。

一方添加量が０．５〜７％のものは、Ａｔ無添加の場合
に比べて０．２％耐力及び引張強さは更に低下した（Ｎ
ｏ、６７〜７０と９．Ｎｏ、７８〜７９と２９、及びＮ
ｏ、８４〜８７と５１をそれぞれ比較参照）。この結果
Ａｌの適正添加量の範囲は０．５〜７％であるとの結論
に達した。

尚本発明の合金を４００℃、４５０℃、５００℃及び５
５０℃の各温度で８時間の時効処理に付した後、ビッカ
ース硬度を測定した結果、いずれの場合もＴ　１−６Ａ
　ｌ−４Ｖ合金のビッカース硬度（３００；引張強さで
１００　Ｋｇｆ／ｍ＋ｓ”相当）と同等以上の特性が得
られた。即ち本発明に係るＴｉ合金は、時効処理を行な
えば従来のＴｉ合金と同等の強度特性を得ることができ
る。

［発明の効果］ 本発明は上記の様に構成されているので冷間加工、特に
冷間鍛造等を行なう上で極めて有利な低強度・高延性Ｔ
ｉ合金が得られることとなり、その結果優れた特性を有
するＴｉ合金が航空・宇宙産業分野に限定されることな
く、広く一般民生品の用途にまで容易に利用できること
となった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）Ｓｎ及びＺｒから選らばれる１種又は２種とＭｏ
   を下記の量含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなる
   ことを特徴とする冷間加工用低強度・高延性Ｔｉ合金。 （イ）Ｍｏ及びＳｎを含む場合 ６％≦Ｍｏ≦１８％ （％は重量％の意味、以下同じ） ０．５％≦Ｓｎ≦１０％ （ロ）Ｍｏ及びＺｒを含む場合 ６％≦Ｍｏ＜１２％ ０．５％≦Ｚｒ≦１０％ （ハ）Ｍｏ、Ｓｎ及びＺｒを含む場合 ６％≦Ｍｏ≦１８％ ０．３％≦Ｓｎ＋Ｚｒ≦８％ （２）Ｓｎ及びＺｒから選らばれる１種又は２種とＭｏ
   及びＡｌを下記の量含み、残部がＴｉ及び不可避不純物
   からなることを特徴とする冷間加工用低強度・高延性Ｔ
   ｉ合金。 （イ）Ｍｏ、Ａｌ及びＳｎを含む場合 ６％≦Ｍｏ≦１８％ ０．５％≦Ａｌ≦７％ ０．５％≦Ｓｎ≦１０％ （ロ）Ｍｏ、Ａｌ及びＺｒを含む場合 ６％≦Ｍｏ＜１２％ ０．５％≦Ａｌ≦７％ ０．５％≦Ｚｒ≦１０％ （ハ）Ｍｏ、Ａｌ、Ｓｎ及びＺｒを含む場合６％≦Ｍｏ
   ≦１８％ ０．５％≦Ａｌ≦７％ ０．３％≦Ｓｎ＋Ｚｒ≦８％