JPH06306526A - 焼結チタン合金用母合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は主にAl: ４〜５％，V:2.5 〜3.5
％，Mo:1.5〜2.5 ％，Fe:1.5〜2.5 ％を含有するチタン
合金を素粉末混合法により製造する際に用いる溶解性と
破砕性に優れた母合金を目的とする。 【構成】 Ti: 12〜22％，Ｖ: 18〜26％，Mo: 12〜18
％，Fe:12 〜18％を含み残部がAl及び不可避的不純物か
らなる焼結チタン合金用母合金である。また、上記合金
を１００ミクロン以下に粉砕した粉末状の合金である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Al，Ｖ，Mo及びFeを含
有するチタン合金、主にAl: ４〜５％、V:2.5 〜3.5
％、Mo:1.5〜2.5 ％、Fe:1.5〜2.5 ％を含むチタン合金
を素粉末混合法により製造する場合に用いる母合金に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】チタン合金は比強度が高く、耐食性に優
れていることから、種々の用途に用いられている。代表
的なチタン合金としてAlとＶをそれぞれ約６％、約４％
含むTi−6Al −4V合金がある。しかし、チタン合金は酸
素との親和力が大きく、溶解るつぼ材や鋳型材との反応
が激しいために溶解・鋳造が難しく、更に加工性が悪い
ために、従来行なわれている溶解，鋳造，鍛造により最
終形状の製品を製造するとコストが著しく高くなる。

【０００３】これらの問題を解決するために、粉末冶金
法の一手法である素粉末混合法によるチタン合金の製造
が行われている。この素粉末混合法はチタンの微粉末
と、各種金属及びその他の合金の粉末とを混合し、これ
を成型後に焼結して、目的とする焼結チタン合金を製造
する方法である。例えば特公平２−５０１７２号公報に
開示されているように、チタン粉末と予め合金化した母
合金粉末を用いて素粉末混合法により焼結チタン合金を
得る方法が提案されている。

【０００４】一方、Ti−6Al −4V合金に替わる新合金が
開発されているが、その一つにAl:４〜５％、V:2.5 〜
3.5 ％、Mo:1.5〜2.5 ％及びFe:1.5〜2.5 ％を含む新チ
タン合金がある（特開平３−２７４２３８号公報）。こ
の新合金はTi−6Al −4V合金に較べて強度と延性にすぐ
れており、また高温における比強度が大きいので自動車
用部品等に広く用いられつつある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この新合金を前述の素
粉末混合法で製造する場合、もっとも単純な方法は、そ
れぞれの金属粉末を所定の割合に混合し、続いて焼結す
る方法であるが、多くの合金成分を含んでいるため、ま
たそれぞれの比重が異なることにより均一に混合され
ず、合金成分の不均一が生ずる。また、たとえ均一に混
合できたとしてもAlの融点が低いために焼結時にAlのみ
が先行して溶解し、焼結が不完全となり、焼結合金の結
晶の粗大化が生ずる。

【０００６】そこでこれらの問題を解決するため予め上
記Al，Ｖ，Mo等を合金化した母合金粉末を得て、これを
純チタン粉末と混合して焼結する方法がある。しかし、
従来の素粉末混合法により提案されている方法に準じて
溶製した母合金インゴットをクラッシャー、振動ミル等
により粉砕したが、この方法では振動ミルの部材の硬さ
よりも母合金素材の硬さが大きく、振動ミルの寿命が著
しく低下したばかりでなく、振動ミル部材の磨耗に起因
する不純物が母合金粉末に混合し、焼結した合金の品質
を低下させるという問題があった。

【０００７】この様な問題を解決する母合金に関する技
術として、破砕性の良い母合金が特開平２−１７５８３
１号公報，特開平２−１７５８３４号公報等に開示され
ているが、Al，Ｖ，Mo，Feを同時に含むものではなく、
また、その破砕性について具体的には何らの言及がな
い。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は主にAl: ４〜５
％、V: 2.5〜3.5 ％、Mo:1.5〜2.5 ％、Fe:1.5〜2.5 ％
を含むチタン合金を素粉末混合法により、性質の優れた
焼結チタン合金を製造するために用いる母合金で、通常
の母合金を破砕方法で容易に微細な母合金粉末が得ら
れ、かつ、不純物の混入が著しく少ない母合金を開発し
たものである。

【０００９】本発明の母合金は、主に上記チタン合金用
母合金の製造に使用されるが、この合金以外でも、Al :
V : Mo ：Fe が４〜５:2.5〜3.5 :1.5〜2.5 :1.5〜2.
5 の比を有するチタン合金用の母合金としても使用でき
る。

【００１０】本発明は以下のような構成を有する。 （１）請求項１の発明は下記の成分組成( 成分組成はｗ
ｔ％である）を有する焼結チタン合金用母合金である。 （ａ）Ti: 12〜22 %、 V: 18〜26 %、Mo: 12〜22
%、 Fe:12〜18 %を含有し、（ｂ）残部がAl及び不
可避的不純物からなる。

【００１１】

【作用】本発明の合金の成分組成の限定理由を以下に述
べる。Ti：12〜22％とする。Al : V : Mo ：Feの比が4.
5:3:2:2 であるAl-Ti 合金を溶製し、その硬度を調査し
た結果を図 1に示す。図１から、Tiが12〜22 % の範囲
において合金の硬さはビッカース硬さ（Hv）600 以下で
あることが明らかである。即ち、チタン添加量を12％以
上にした理由は12％未満ではこの合金のビッカース硬さ
が600 以上になり、通常の振動ミルの部材硬さ（ビッカ
ース硬さがおよそ600 ）よりも大きくなり破砕が困難な
ばかりか、振動ミル部材の磨耗に起因する不純物が破砕
された母合金に混入するからである。もちろん、部材硬
さの大きい高価な振動ミルを用いれば母合金硬さが大き
くても破砕は可能であるが、コストがかかり実用的では
ない。

【００１２】また、チタン添加量を22％以下とした理由
はTiが22％を超えると母合金の硬さが増加し、また活性
なTiが増加するためるつぼ溶解ができないという理由に
よるものである。Ｖ，Mo，Fe：Ｖ，Mo，Feの含有量はそ
れぞれ18〜26 % 、12〜18 %、12〜18 %とする。

【００１３】本発明の母合金が主たる目的とするチタン
合金、即ちＶ：2.5 〜3.5 ％，Mo:1.5〜2.5 ％、Fe:1.5
〜2.5 ％を含む焼結チタン合金を製造する為の母合金粉
末であるためこれらの上記成分比に対応して本発明の母
合金のこれらの成分を決定したためである。

【００１４】Al：Alは上述したTi，Ｖ，Mo，Feを除いた
残部として構成し、平均的成分組成は約31％である。Al
は素粉末混合法において単味で用いると前述のように、
Alが先に融解し、生成する合金の結晶の粗大化を招く
が、母合金の1 成分とするときは、るつぼ溶解等をした
ときに他の融点の高い合金成分を容易に溶解させる効果
を有するためである。

【００１５】上記成分組成の合金でも塊状ままでは、素
粉末混合法用の原料としては使用できない。上記成分組
成の合金を、通常行われているをクラッシャーや振動ミ
ル等で100 ミクロン以下に破砕した粉末状の合金であれ
ば、素粉末混合法に適した原料として使用できる。この
粒度以下の粉末であれば焼結時に合金の成分が十分拡散
し、均一なチタン合金が製造できるためである。

【００１６】

【実施例】

実施例１ Ti: 18％，Al: 32％，V:23％，Mo: 13.5％，Fe: 13.5％
となるようにこれらの純金属を適当に破砕し、マグネシ
アるつぼに投入し不活性ガス雰囲気下で高周波誘導溶解
し、金型に鋳造した。この時得られた母合金のインゴッ
トのビッカース硬さは約520 であり、振動ミルの部材か
たさ600 よりも小さいものであった。

【００１７】そのためこのインゴットをクラッシャー、
振動ミル等により破砕し、直径100ミクロン以下の粉末
とした。この母合金粉末と純チタン粉末を14.1：85.9の
比で混合し、原料粉末とし、これを５ton/cm² でプレス
成型し、1400℃で220 分間真空焼結し、焼結チタン合金
を得た。この焼結チタン合金の密度比は約99.7％で、そ
の機械的性質は、表１に示すように同じ成分組成の溶解
・鍛造材( 参考例) と同等であり、良好な品質が得られ
た。

【００１８】実施例２ Ti: 12％，Al: 34％，V:23％，Mo: 15.5％，Fe: 15.5％
とに配合したこれらの純金属を不活性ガス雰囲気下でア
ーク溶解し、金型に鋳造した。この時得られた母合金の
ビッカース硬さは約590 で振動ミルの部材硬さ(Hv)600
よりも小さいものであった。このインゴットをクラッシ
ャー、振動ミル等により粉砕し、直径100 ミクロン以下
とし母合金粉末とした。この母合金粉末と純チタン粉末
を13.1：86.8の比で混合し、実施例１と同様な方法で焼
結チタン合金を得た。この焼結チタン合金の密度比は約
99.5％で、その機械的特性は表１に示すように、実施例
１とほぼ同等の良好な品質の焼結チタン合金がえられ
た。

【００１９】実施例３ Ti: 22％，Al: 31％，V:21％，Mo: 13％，Fe: 13％に配
合したこれらの金属材料をマグネシアるつぼを用いて不
活性ガス雰囲気下で高周波誘導溶解し、金型に鋳造し
た。この時得られた母合金のビッカース硬さは約560
で、振動ミルの部材硬ささ600 よりも小さかった。この
インゴットをクラッシャー、振動ミル等により粉砕し、
100 ミクロン以下とし母合金粉末とした。この母合金粉
末と純チタン粉末を14.5：85.5の比で混合し実施例１と
同様な方法で焼結チタン合金を得た。この焼結チタン合
金の密度比は約99.5％で、その機械的特性は表１に示す
ように実施例１とほぼ同等の良好な品質の焼結チタン合
金がえられた。

【００２０】比較例１ Al: 39％，V:26％，Mo: 17.5％，Fe: 17.5％に配合した
これらの金属材料をマグネシアるつぼを用いて不活性ガ
ス雰囲気下で高周波誘導溶解し、金型に鋳造した。この
時得られた母合金のビッカース硬さは約650 で振動ミル
の部材かたさ600 よりも硬さが大きいものであった。こ
のインゴットをクラッシャー、振動ミル等により粉砕し
たが、粉砕性が良くないため100 ミクロン以下の微細な
母合金粉末を得るために振動ミルの処理時間が通常作業
の４倍の時間を要し、歩留りも50％であった。この母合
金粉末と純チタン粉末を11.5：88.5の比で混合し、実施
例１と同様の方法で焼結チタン合金を製造したが、焼結
合金の密度比は約99.4％であったが、その機械的特性
は、表１の比較例に示すように、良い結果は得られなか
った。この時に用いた母合金粉末を詳細に分析した結
果、振動ミルの部材から混入したと考えられるCr，Niが
検出された。

【００２１】比較例２ Ti: 25％，Al: 29％，V:20％，Mo: 13％，Fe: 13％に配
合したこれらの金属材料をマグネシアるつぼを用いて不
活性ガス雰囲気下で高周波誘導溶解し、金型に鋳造し
た。この時、溶解後のるつぼと溶解剤が反応し、インゴ
ットを分析した結果るつぼから混入と思われるMgが２％
検出され、母合金として用いることができなかった。こ
の理由は、Tiの組成が22 % を超えていたからである。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、素粉末混合法による焼
結チタン合金用の良好な母合金が得られ、この母合金は
粉砕により不純物が混入せず、又通常用いられる粉砕方
法により粉砕することができる。また、この合金を100
ミクロン以下に粉砕した合金は、予め合金成分が均一に
分散しているため、均一な焼結チタン合金が単純な操作
で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Al : V : Mo ：Feの比が4.5:3:2:2 であるAl-T
i 合金のTi %と硬さ(Hv)との関係を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田島 秀紀 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の成分組成（成分組成はｗｔ％であ
   る）を有する焼結チタン合金用母合金。 （ａ）Ti: 12〜22 %、 V: 18〜26 %、 Mo: 12〜18 %、 Fe:12〜18 %を含有し、 （ｂ）残部がAl及び不可避的不純物からなる。