JPH0653902B2

JPH0653902B2 - 快削チタン合金及びその製造法

Info

Publication number: JPH0653902B2
Application number: JP23026485A
Authority: JP
Inventors: 貞行中村; 篤良木村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1985-10-16
Filing date: 1985-10-16
Publication date: 1994-07-20
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: JPS6289834A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は特に熱間加工性の優れた快削チタン合金とその
製造法に関する。

（従来の技術及び問題点）純チタンやこれに種々の合金元素を添加したチタン合金
は、軽量であり、かつ、高強度を有する材料であること
から、主として航空機用に多く使用されている。しか
し、これらの純チタンやチタン合金は鋼に比べて被削性
が著しく劣っているため、高強度、靭性、耐食性などの
特性を活かして自動車、電子機器をはじめとする大量生
産を必要とする分野に適用するのに支障があり、困難で
あった。

このため、鋼の被削性を改善するためにＰbが添加され
ているのと同様、チタン合金にＰbを添加して被削性を
改善する試みがあるが、チタン合金にＰbを添加する
と、Ｐbの大部分が固溶してしまい、被削性改善の効果
は鋼の場合ほど大きくなく、有効な解決策とは云えな
い。

（発明の目的）本発明の目的は、上述の実情に鑑みて、被削性を著しく
改善し得る快削チタン合金を提供することを目的とし、
併せてかゝる快削チタン合金の製造法をも提供すること
を目的とするものである。

（発明の構成）上記目的を達成するため、本発明者らは、純チタン及び
チタン合金に及ぼす各種元素の影響について試験を行っ
た後、鋼中のＰbと同じような被削性改善の働きをする
合金元素は希土類元素であることを見い出した。しか
し、希土類元素を純チタン及びチタン合金に添加する
と、熱間での延性を著しく低下させ、熱間加工が極めて
困難になることが判明したため、更に、希土類元素を含
有するチタン合金の熱間加工性を改善し得る合金元素を
探究した結果、Ｂが極めて有効な元素であることを見い
出し、こゝに熱間加工性の優れた快削チタン合金の発明
をなすに至ったものである。また更に、かゝる快削チタ
ン合金に好適な溶解法を見い出したものである。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

本発明の快削チタン合金は、希土類元素とＢを少なくと
も含有するチタン合金であり、勿論、チタン合金として
の固有の特性（高強度など）を具備せしめるために各種
の合金元素を必要に応じて添加することが可能であり、
その具体的な合金元素及びその添加範囲の限定理由を次
に示す。

希土類元素：本発明に云う希土類元素とは、Ｓc、Ｙ及びランタニド
元素（原子番号５７〜７１）であり、これらの元素はチ
タン合金中ではその大部分が金属介在物としてＢの存在
下で結晶粒内に析出し、被削性を改善する作用を有す
る。被削性を改善するためには、希土類元素の１種又は
２種以上を合計で０．００５％以上を添加する必要があ
る。しかし、１０％を超えて添加すると、Ｂによる熱間
加工性向上の効果が有効でなくなり、また強度の低下を
もたらすので、上限値を１０％とする。

Ｂ：Ｂは希土類元素を含有するチタン合金の熱間加工性を改
善する作用を有する。その理由は、必ずしも明確でない
が、希土類元素の粒界への析出を抑制するためと考えら
れる。この熱間加工性改善効果を得るには０．０００５
％以上のＢを添加する必要がある。しかし、多量に添加
すると、Ｂ自身の介在物を形成し、熱間加工性を劣化さ
せるので、上限値を５％とする。

任意添加元素：主としてチタン合金の強度を高めるためにＡｌ、Ｓn、
Ｃr、Ｆe、Ｐd、Ｎi、Ｂe、Ｃo、Ｃu、Ｔa、Ｍn、Ｈf、
Ｗ、Ｓi、Ｎb、Ｚr、Ｍo、Ｖ及びＯのうち１種又は２種
以上を必要に応じて適量で添加することができる。

すなわち、上記元素のうちのＡｌからＮbまでの各元素
は、Ｔiと化合物を形成してチタン合金の強度を高める
ので、添加する場合には、Ａｌは１０％以下、Ｓnは１
５％以下、Ｃrは１５％以下、Ｆeは１０％以下、Ｐdは
５％以下、Ｎiは１０％以下、Ｂeは１０％以下、Ｃoは
１０％以下、Ｃuは１０％以下、Ｔaは１５％以下、Ｍn
は１０％以下、Ｈfは１０％以下、Ｗは１５％以下、Ｓi
は０．５％以下及びＮbは２０％以下で添加する。各元
素とも上限値を超えて添加すると靭延性が著しく低下す
る。なお、Ｐdは強度のみならず耐食性を向上させる効
果もある。

また、Ｚr、Ｍo及びＶはいずれもチタン合金の結晶粒を
制御し、適正な強度と靭延性を得る目的で添加すること
ができる。添加する場合には、Ｚrは１０％以下、Ｍoは
１５％以下、Ｖは２０％以下で添加する。いずれも上限
値を超えて添加すると、β相が安定化して、上記添加目
的を達成することができない。

また、Ｏは純チタンやチタン合金に含有するとその強度
を大いに高めることができる。しかし、一方で靭延性を
ひどく低下させるので、含有せしめる場合には、１％以
内にとゞめる必要がある。

上記の任意添加元素の量は、その種類によっても多少異
なるが、多くなるにつれてチタン合金の比重が高まり、
チタン合金の利点である軽量さが失われてくるので、一
般にその含有量を合計で５０％以下にすべきである。

本発明の快削チタン合金は、任意の方法で製造すること
はできるが、希土類元素及びＢの添加を考慮し、ＰＰＣ
炉（積層凝固式プラズマ溶解炉）を用いて溶解するのが
好適である。希土類元素やＢは偏析し易い元素である
が、Ａｒ雰囲気下でプラズマにより少量ずつ溶かしなが
ら上方へ凝固させ、積層凝固の鋳塊をつくるならば、偏
析がなく均一なチタン合金が得られる。

また、Ｔiの窒化物や多量の酸化物はチタン合金の被削
性にとって有害であるから、更に真空炉で再溶解して精
製するのが好ましい。この再溶解により更に偏析を少な
くする効果もある。

（実施例）第１表に示す組成のチタン合金をＰＰＣ炉を用いて溶解
し、径５０mmの丸棒に鍛造し、焼なまし処理を施した。
但し、同表中のNo.１０はＰＰＣ炉の溶解に続いて真空
炉で再溶解をした後、上記の鍛造、焼なましを行った。
なお、同表においてNo.の番号に＊印を付したものは比
較例であることを示している。

被削性は、各試料を次の条件で切削し、工具：径５mmのドリル送り：０．０５mm／rev 穴深さ：２０mm １０００mm寿命速度を求めて評価した。なお、この「１
０００mm寿命速度」とは、ドリル寿命が延べ穴深さ１０
００mmになる切削速度（回転速度）であって、工具使用
時の作業能率を表わす。

この被削性は、純チタンNo.４＊の試料についての１０
００mm寿命速度の値を標準にとり、これを１００とした
ときの比率「穴あけ性指数」で表わし、併せて第１表に
示した。

また、各試料について熱間鍛造時の割れの有無を調べ、
その結果も第１表に示した。

同表よりわかるとうり、純チタン又はチタン合金に希土
類元素（ＲＥＮ）のみを添加した比較例（No.５、９）
では被削性が改善されたにしても熱間鍛造割れが発生し
たのに対し、希土類元素及びＢを添加した本発明例では
いずれも被削性が改善され、かつ、熱間鍛造割れが全く
発生せず、Ｂの添加効果が明確にあらわれている。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、熱間加工性の優
れた快削チタン合金を提供することができるので、チタ
ン合金の諸特性を活かして各種分野に供することができ
る。また上記快削チタン合金に相応しい溶解法により製
造できるので、製造上の問題もない。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で(以下、同じ)、０．００５〜１０
％の希土類元素と０．０００５〜５％のＢを含有し、残
余が実質的にＴiである快削チタン合金。
【請求項２】０．００５〜１０％の希土類元素と０．０
００５〜５％のＢを含有し、更に、１０％以下のＡｌ、
１５％以下のＳn、１５％以下のＣr、１０％以下のＦ
e、５％以下のＰd、１０％以下のＮi、１０％以下のＢ
e、１０％以下のＣo、１０％以下のＣu、１５％以下の
Ｔa、１０％以下のＭn、１０％以下のＨf、１０％以下
のＷ、0.5％以下のＳi、２０％以下のＮb、１０％以下
のＺr、１５％以下のＭo、２０％以下のＶ及び１％以下
のＯのうちの１種又は２種以上を合計で５０％以下の範
囲で含有し、残余が実質的にＴiである快削Ｔi合金。
【請求項３】少なくとも０．００５〜１０％の希土類元
素と０．０００５〜５％のＢを含有するチタン合金をＰ
ＰＣ炉にて溶解することを特徴とする快削チタン合金の
製造法。
【請求項４】少なくとも０．００５〜１０％の希土類元
素と０．０００５〜５％のＢを含有するチタン合金をＰ
ＰＣ炉にて溶解し、更に真空溶解炉を用いた再溶解を行
うことを特徴とする快削チタン合金の製造法。