JPH0457734B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、良好な熱間加工性を示すα相とβ
相の容量比がほぼ１：１の組織を相対的に低温の
700℃附近の温度で示し、したがつて700℃附近、
すなわち650〜750℃の範囲内の温度での恒温鍛造
が可能なTi合金材、並びにこのTi合金材を用い
て低温の恒温鍛造および溶体化処理で所定形状の
Ti合金部材を製造する方法に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、高温強度および耐熱性（耐酸化性）など
が要求される、例えば航空機のジエツトエンジン
の構造部材の製造に、これらの特性を具備した
Ti合金材、例えば重量％で（以下％は重量％を
示す）、 (a) Ti−６％Al−４％Ｖの代表組成を有するTi
合金材、 (b) Ti−８％Al−１％Ｖ−１％Moの代表組成を
有するTi合金材、 (c) 特開昭60−251240号公報に記載される通り
の、Ti−5.2〜6.0％Al−0.4〜1.0％Ｖ−1.2〜2.8
％Sn−3.2〜5.6％Zr−0.5〜1.2％Mo−0.5〜1.4
％Cr−0.8〜1.5％Fe−0.10〜0.15％酸素の組成
をもつたTi合金材、 (d) 特開昭61−69936号公報に記載される通りの、
Ti−5.3〜6.1％Al−1.6〜2.2％Ｖ−1.2〜1.6％
Sn−5.0〜7.5％Zr−1.3〜1.8％Mo−0.8〜1.6％
Cr−0.8〜1.7％Fe−0.10〜0.15％酸素の組成を
もつたTi合金材、 (e) 特開昭61−69937号公報に記載される通りの、
Ti−6.2〜6.8％Al−1.2〜1.6％Ｖ−1.2〜1.6％
Sn−0.8〜1.2％Zr−2.7〜3.1％Mo−1.9〜2.3％
Cr−1.4〜1.8％Fe−0.10〜0.15％酸素の組成を
もつたTi合金材、 以上(a)〜(e)のα＋β型Ti合金材が用いられて
いる。 また、これらのTi合金材を用いて所定形状の
Ti合金部材を製造するには、これら(a)〜(e)のTi
合金材の良好な熱間加工性を示すα相とβ相の容
量比がほぼ１：１となる温度が850〜950℃の温度
範囲にあることから、通常850℃以上の所定の温
度で恒温鍛造により所定形状とし、ついでこれに
850〜950℃の範囲内の所定温度で溶体化処理を施
し、さらに引続いて500〜600℃の範囲内の所定温
度で時効処理を施す方法がとられている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 このように上記の従来Ti合金材を用いて所定
形状のTi合金部材を製造するに際しては、恒温
鍛造を850℃以上の高温で行なわなければならな
いために、これに用いられる金型にはより一層の
高温強度と耐熱性が要求されるようになり、それ
だけ高価な金型の使用を予儀なくされるばかりで
なく、金型寿命も短く、また溶体化処理も上記の
通り850℃以上の高温で行なう必要があるために、
スケール発生などの問題もある。 〔問題点を解決するための手段〕 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、低温での恒温鍛造および溶体化処理で所定形
状のTi合金部材を製造することができるTi合金
材を開発すべく研究を行なつた結果、 Al：２〜５％、Ｖ：５〜12％、 Mo：0.5〜８％、Fe：0.1〜３％、 を含有し、残りがTiと不可避不純物からなり、
かつ条件式： 14％≦1.5×Ｖ（％）＋Mo（％）＋1.1×Fe（％）≦
21％、を満足する組成を有するTi合金材は、α
相とβ相の容量比がほぼ１：１となる組織を650
〜750℃の範囲内の低温で示し、したがつて650〜
750℃での恒温鍛造で所定形状のTi合金部材の製
造を可能とし、かつこれに施される溶体化処理も
700〜800℃の低温でよく、しかもこの結果得られ
たTi合金部材は上記の従来α＋β型Ti合金材を
用いて、上記の高温での恒温鍛造と溶体化処理で
製造されたTi合金部材と同等のすぐれた高温強
度と耐熱性を有するという研究結果を得たのであ
る。 したがつて、この発明は、上記研究結果にもと
づいてなされたものであつて、 Al：２〜５％、Ｖ：５〜12％、 Mo：0.5〜８％、Fe：0.1〜３％、 を含有し、残りがTiと不可避不純物からなり、
かつ条件式： 14％≦1.5×Ｖ（％）＋Mo（％）＋1.1×Fe（％）≦
21％、を満足する組成を有するTi合金材、並び
にこのTi合金材を用い、これに、 650〜750℃の範囲内の温度で恒温鍛造を施して
所定形状とした後、 700〜800℃の範囲内の温度で溶体化処理を施
し、 引続いて300〜600℃の範囲内の温度で時効処理
を施すことによりTi合金部材を製造する方法に
特徴を有するものである。 つぎ、この発明のTi合金材の成分組成並びに
製造条件を上記の通りに限定した理由を説明す
る。 Ａ 成分組成 (a) Al Al成分にはα相を強化する作用があるが、
その含有量が２％未満ではα相の強度、ひいて
はTi合金材全体の強度を所望の値に保持する
ことができず、一方その含有量が５％を越える
と、β変態点を低く抑えるためのβ安定化元素
であるＶおよびMoの含有量を多くしなければ
ならなくなり、この結果Ti合金材の熱間加工
性が劣化し、具体的には変形抵抗が増大し、鍛
造の際に大きな圧力が必要になることから、そ
の含有量を２〜５％と定めた。 (b) Ｖ Ｖ成分には、特にβ変態点を低く抑え、かつ
β相安定化領域を広げる作用があるほか、余り
Ti合金材の延性を害することなく、Moほどで
はないがβ相を強化する作用があるが、その含
有量が５％未満では、β変態点を低く抑えるこ
とができないばかりでなく、700℃附近でのα
相とβ相の容量比をほぼ１：１にすることが不
可能となり、この結果恒温鍛造温度および溶体
化処理温度が従来条件と余り変らない高温とな
り、一方その含有量が12％を越えると、Ti合
金材の熱間加工性が劣化し、具体的には変形抵
抗が増し、大きな鍛造圧力を必要とするように
なることから、その含有量を５〜12％と定め
た。 (c) Mo Mo成分には、特にβ相を強化すると共に、
β変態点を低く抑え、かつβ相安定化領域を広
げる作用があるが、その含有量が0.5％未満で
は、β相強化、ひいてはTi合金材全体を強化
する効果が低く、一方その含有量が８％を越え
ると、変形抵抗が増大するようになることか
ら、その含有量を0.5〜８％と定めた。 (d) Fe Fe成分には、Ti合金材の強度を一段と向上
させる作用があるが、その含有量が0.1％未満
では所望の強度向上効果が得られず、一方その
含有量が３％を越えるとTi合金材の熱間加工
性が低下するようになることから、その含有量
を0.1〜３％と定めた。 (e) 条件式 上記Ti合金材の構成成分であるAl，Ｖ，
Mo，およびFeは、それぞれ上記の含有量が必
要であるが、さらに熱間加工性を低下させるこ
となく高強度を確保するためには、β相安定化
能力が、Moを１とすると、Ｖ：1.5倍、Fe：
1.1倍となることから、これらの係数をそれぞ
れの成分含有量にかけた総和で14％以上とする
ことが不可欠であり、したがつて、この総和が
14％未満では変態点の低下が不十分で、熱間加
工性が低下するようになり、またその総和が21
％を越えても変形抵抗が増大し、良好な熱間加
工性を確保することができなくなることから、
上記の通りに定めた。 Ｂ 製造条件 (a) 恒温鍛造温度 Ti合金部材の製造に際しては、まず上記成
分組成のTi合金を溶製し、インゴツトに鋳造
した後、このインゴツトに高温で熱間鍛造や熱
間圧延、さらに熱間押し出し加工などを施し
て、例えば所定断面形状の棒材を調製し、この
棒材より恒温鍛造に適した形状のTi合金材を
切り出し、これに恒温鍛造を施す工程がとられ
るが、このTi合金材においては、上記の通り
の組成によつて650〜750℃の温度範囲でα相と
β相の容量比がほぼ１：１の組織を示し、良好
な恒温鍛造を可能とするものであり、したがつ
てその温度が650℃未満でも、また750℃を越え
てもα相とβ相の等量割合がいずれかにずれ
て、良好な恒温鍛造を行なうことができないこ
とから、その温度を650〜750℃と定めた。 (b) 溶体化処理温度 その温度が700℃未満では、α相安定化元素
であるAlがβ相中に充分固溶せず、この結果
時効処理で所望の強度を確保するのが困難にな
り、一方その温度が800℃を越えると、この温
度はβ変態点を越えるか、あるいはこれの附近
の温度となるために、初析α相の量が少なすぎ
て組織が不均一になることから、その温度を
700〜800℃と定めた。 (c) 時効処理温度 その温度が300℃未満では、拡散速度が遅い
ために、β相中に微小なα相の析出が起らず、
所望の時効硬化をはかることができず、一方そ
の温度が600℃を越えると過時効となり、強度
が低下するようになることから、その温度を
300〜600℃と定めた。 〔実施例〕 つぎに、この発明のTi合金材、およびこのTi
合金材を用いて所定形状を有するTi合金部材を
製造する方法を実施例により説明する。 通常の真空アーク溶解炉を用いた２段溶解によ
り、それぞれ第１表に示される成分組成をもつた
Ti合金を溶製し、鋳造して直径：200mm×長さ：
500mmの寸法をもつたインゴツトとした後、この
インゴツトに1000℃で熱間鍛造を施して、直径：
150mmの棒状スラブとし、この棒状スラブより厚
さ：75mmのTi合金材を切り出し、このTi合金材
にそれぞれ第１表に示される温度で恒温鍛造、溶
体化処理、および時効処理を施すことにより本発
明法１〜６、比較法１〜14、および従来法１〜10
をそれぞれ実施し、直径：400mm×厚さ：10.5mm
の寸法をもつたTi合金部材を製造した。 なお、比較法１〜14は、Ti合金材の成分組成
および製造条件のうちのいずれかの条件（第１表
に※印を付す）がこの発明の範囲から外れたもの
である。 つぎに、この結果得られた各種のTi合金部材
について、常温および300℃で引張試験を行ない、
引張強さ、0.2％耐力、および伸びを測定し、第
１表に示した。また、第１表には恒温鍛造温度と

【表】

〔発明の効果〕

第１表に示される結果から、本発明法１〜６に
よれば、これに用いられるTi合金材が低温で小
さい変形抵抗、すなわち低温で良好な熱間加工性
を示すので、低温での恒温鍛造および溶体化処理
で、高温での恒温鍛造および溶体化処理によらな
ければ割れが発生して所定の形状のTi合金部材
を製造することができない従来法１〜10にて製造
されたTi合金部材と同等あるいはこれ以上の高
強度を有するTi合金部材を製造することができ、
一方比較法１〜14に見られるように、これに用い
られるTi合金材の成分組成および製造条件のう
ちのいずれかの条件でもこの発明の範囲から外れ
ると、変形抵抗が大きくなつたり、あるいは強度
が低下したりして、所望の高強度をもつたTi合
金部材を低温条件で製造することができないこと
が明らかである。 上述のように、この発明のTi合金材は、低温
ですぐれた熱間加工性を示すので、これを用いて
恒温鍛造によりTi合金部材を製造するに際して
は、低温での恒温鍛造が可能となることから、こ
れに用いられる金型に対する要求も緩和されたも
のになり、比較的安価な金型の使用が可能となる
ばかりでなく、その使用寿命の延命化をはかるこ
とができ、さらに部材表面のスケール発生も少な
くなることから、脱スケール処理も容易となるな
ど工業上有用な効果をもたらすのである。

【特許請求の範囲】

１ 重量％で、 Pd：0.03〜0.1％、Fe：0.2％以下、 酸素：0.3％以下、 残部不可避的不純物およびチタン から成る組成を有することを特徴とする耐水素吸
収性に優れた耐隙間腐食用チタン合金。