JPH0379736A - 高延性高強度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〉 この発明は、優れた延性を示すと共に、時効により高い
強度の確保が可能な高延性高強度Ｔｉ合金に関するもの
である。

〈従来技術とその課題〉 Ｔｉの特性である優れた比強度、耐食性、耐熱性等が注
目され、これまでに多くの種類のＴｉ合金が開発されて
きたが、それでもその用途は航空機関係を中心とした極
めて限られた分野に止まっているのが現状である。

このようなＴｉ合金の需要拡大を阻害する要因として、
Ｔｉ合金は一般的に高価であることの他、極めて延性に
乏しく、ブレス底形等による常温での板の加工ができな
いため部品の製造コストが膨大となってしまう点が挙げ
られる。

例えば、最も一般的なＴｉ合金であるＴｉ−６Ａｆ−４
Ｖ合金は常温での伸びが１０％程度に過ぎず、常温での
板の成形加工は全く不可能である。更に、延性改善を主
目的に最近開発されたＴｉ−１５Ｖ　　３Ｃｒ　−３Ｓ
ｎ　−３Ａｊ！合金（β型Ｔｉ合金）でさえも常温での
伸びは２０％程度であり、常温でのブレス成形用に供す
るには延性が不十分と言わざるを得なかった。

このように、現在知られているＴｉ合金は何れも板材成
形を手軽に適用できる程の延性が備わっておらず、この
ため軽量、高強度、高耐食性と言った他の金属材料に秀
でた性能を有していながらその市場を拡大することがで
きなかった。

そこで、本発明の目的は、常温での板の成形加工を十分
に可能にするほど延性に優れ、かつ時効により現状のＴ
ｉ合金と同等又はそれ以上の強度が得られる高延性、高
強度Ｔｉ合金の開発に置かれた。

く課題を解決するための手段〉 本発明者等は、上記目的の達成を目指し、特に「結晶構
造が稠密六方晶であるα型、結晶構造が体心立方晶であ
るβ型及び２相が混合したα＋β型の３つに分類される
Ｔｉ合金の中でも、−船釣に常温での延性はβ型が優れ
ている」との事実に着目し、このβ型Ｔｉ合金の更なる
延性改善の可能性を求めてその塑性変形挙動を詳細に検
討したところ、「β型Ｔｉ合金の延性はβ相の安定度と
密接に関連しており、β相を準安定な状態とした上で、
これに適量のＳｎ、　Ｚｒ及びＭのうちの２種以上を添
加すると、この合金を塑性変形させた場合にマルテンサ
イト変態を伴う所謂“変態誘起塑性（ＩＲＩＰ）“が現
われ、大幅に改善された延性を示すようになる」との知
見が得られたのである。

この発明は、上記知見等に基づいてなされたものであり
、 ｒＴｉ合金を、１〜９％（以降、成分割合を示す％は重
量％とする）のＣｒと１〜２０％のＶとを２．５Ｃｒ（
Ｘ）　＋　Ｖ　（り　＝　１５．０〜２２．５の範囲内
で含有すると共に、更に Ａｌ２２％以下。

Ｚｒ：６％以下。

Ｓｎ：６％以下 のうちの２種以上をも含み、残部が実質的にＴｉから成
る成分組成に構成するか、或いは１〜９％のＣｒと１〜
２０％のＶとを ２．５Ｃｒ（Ｘ）　＋　Ｖ　（χ）　＝　１５．０〜２
２．５の範囲内で含有すると共に、更に Ｍ：２％以下。

Ｚｒ：６％以下。

Ｓｎ：６％以下 のうちの２種以上をも含み、かつＯ含有量が０．１％以
下であって、残部が実質的にＴｉから成る成分組成に構
成することによって、優れた延性と時効による強度上昇
特性を備えしめた点」 に特徴を有するものである。

次に、本発明において合金の成分Ｍｉ戒を前記の如くに
限定した理由をその作用と共に説明する。

く作用〉 （ａ）　　Ｃｒ、及びＶ 本発明合金においてＣｒはＶと共にβ相を安定化する作
用を発揮する元素であり、その含有量はβ相を準安定な
状態に保つ上で非常に重要である。

即ち、２．５Ｃｒ（χ）　＋　Ｖ　（％）の値が１５．
０未満ではβ相が不安定となり過ぎて合金組織が常温に
おいてβ重相とはならず、このためＴｉ合金に十分な延
性を付与することができない。一方、２．５Ｃｒ（χ）
　＋　Ｖ　（＄）の値が２２．５を超える程にＣｒ及び
■を含有させると、今度はβ相が安定化しすぎて加工誘
起マルテンサイト変態が生じなくなり、やはり延性の低
下を来たす。

更に、Ｃｒ含有量が９％を、また■含有量が２０％をそ
れぞれ超えた場合にもβ相が安定化しすぎて前述のよう
に延性の低下を招く。特にＣｒについては、その含有量
が多くなるに従って偏析を起こしやすくなるので大型の
インゴットでは組成の均一性を確保することが困難とな
り、そのためＣｒ含有量はできるだけ低い方が望ましい
が、一方でＣｒは時効強度を高める好ましい効果を有し
てもおり、１％未満の含有量では該効果が期待できなく
なる。

これに対してＶは偏析防止の観点からＣｒ量を低下させ
ることによって生じる“β相の不安定化”を補う意味で
添加されるが、■含有量が１％未満ではＣｒ量の十分な
領域にまで低下させることができない。

このようなことから、Ｃｒ及びＶの含有量は、Ｃｒ含有
量が１〜９％、■含有量が１〜２０％で、かつ２．５Ｃ
ｒ（Ｘ）　＋　Ｖ　（Ｘ）の値が１５．０〜２２．５を
満足する範囲と定めた。

（ｂ）　　Ａｉ、Ｚｒ＋及びＳｎ これらの成分には、何れも、微量添加によってもＣｒ及
びＶの含有量が調整されたβ型Ｔｔ合金の延性を一段と
改善する作用があり、特にこれらの２種以上を複合添加
すると前記作用による効果が一層顕著となることから、
常温で十分な延性を確保するためには２種以上の添加が
欠かせないものであるが、以下その含有量の限定理由を
個々の成分別に説明する。

八１ ＾ｌには加工誘起マルテンサイト変態を阻害するω相の
析出を抑制することで変Ｂ誘起塑性（ＴＲＩＰ）を出現
させる重要な作用の他、時効熱処理後の強度を高める作
用がある。しかしながら、２％を超えて含有させるとマ
ルテンサイト変態における剪断抵抗を高め、逆に加工誘
起マルテンサイト変態を抑制して延性を低下させるよう
になることから、ＡＩ含有量の上限は２％と定めた。

Ｓｎ ＳｎにもＭと同様の作用があるが、Ｓｎの場合には６％
を超えて含有させるとＡｌと同じ不都合を生じて延性を
低下するようになることから、Ｓｎ含有量の上限と６％
と定めた。

Ｚｒ ＺｒもＡｌやＳｎと同様の作用を有しているが、ω相を
抑制する効果はＳｎやＡＩはど大きくはない。そのため
、特にＭやＳｎとの複合添加が推奨される成分である。

即ち、ＺｒはＭやＳｎと複合で添加した場合に加工誘起
マルテンサイト量を適度に調節する機能が有効に発揮さ
れ、延性改善効果がより顕著化する。しかし、６％を超
えて含有させるとＭやＳｎの場合と同じ不都合を生じて
延性を低下するようになることから、Ｚｒ含有量の上限
は６％と定めた。

（Ｃ）　　　○ チタン合金においてＯ（酸素）は不可避的に混入する元
素であるが、Ｏ含有量が多くなるに従いマルテンサイト
変態に対する剪断抵抗が高くなって加工誘起マルテンサ
イト変態が生じにくくなり、延性が低下する傾向となる
。そして、Ｏ含有量が０．１％を超えるとこの延性低下
が顕著になることから、高延性を期待する場合にはＯ含
有量を０．１％以下に制限すべきである。

続いて、本発明を実施例により比較例と対比しながら具
体的に説明する。

〈実施例〉 第１表に示されるような各種成分組成のＴｉ合金を溶製
し、得られた鋳塊を熱延及び冷延して１ｕ厚の板材を製
造した。

次いで、これら各Ｔｉ合全合板溶体化処理を施してから
引張試験片を切り出し、常温での引張試験によって機械
的性質を測定した。

これらの結果も第１表に併せて示した。

なお、第１表には、前記Ｔｔ合金板に５００℃。

２４時間の時効処理を施して時効後の硬さを測定した結
果も併記した。

第１表に示した結果からも明らかなように、本発明に係
るＴｉ合金は、従来合金や比較合金に比べて極めて優れ
た延性（伸び）を有していて常温でのプレス成形加工が
可能である上、時効により従来合金よりも高い強度（硬
さ）の得られることが分かる。

なお、合金種別０以外の比較合金は時効強度は優れてい
るものの、添加元素量が不適であるため延性に劣ってい
て常温でのプレス底形に適さないものである。また、比
較合金Ｏは延性に優れているが、Ｃｒ含有量が低すぎる
ため時効強度が不十分なものである。

〈効果の総括〉 以上に示した如く、この発明によれば、優れた延性を有
していて常温での板材のプレス成形加工が可能で、しか
も時効により十分な強度を確保できるＴｉ合金を提供さ
れるなど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合で、１〜９％のＣｒと１〜２０％のＶと
   を
2. ２．５Ｃｒ（％）＋Ｖ（％）＝１５．０〜２２．５の範
   囲内で含有すると共に、更に Ａｌ：２％以下、 Ｚｒ：６％以下、 Ｓｎ：６％以下 のうちの２種以上をも含み、残部が実質的にＴｉから成
   ることを特徴とする延性及び時効強度に優れたＴｉ合金
   。 （２）重量割合で、１〜９％のＣｒと１〜２０％のＶと
   を ２．５Ｃｒ（％）＋Ｖ（％）＝１５．０〜２２．５の範
   囲内で含有すると共に、更に Ａｌ：２％以下、 Ｚｒ：６％以下、 Ｓｎ：６％以下 のうちの２種以上をも含み、かつＯ含有量が０．１％以
   下であって、残部が実質的にＴｉから成ることを特徴と
   する延性及び時効強度に優れたＴｉ合金。