JPH0790526A - β型Ti合金溶接部の熱処理方法 - Google Patents

β型Ti合金溶接部の熱処理方法

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JPH0790526A
JPH0790526A JP23973293A JP23973293A JPH0790526A JP H0790526 A JPH0790526 A JP H0790526A JP 23973293 A JP23973293 A JP 23973293A JP 23973293 A JP23973293 A JP 23973293A JP H0790526 A JPH0790526 A JP H0790526A
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JP
Japan
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welding
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alloy
treatment
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JP23973293A
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English (en)
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Hiroshige Inoue
上 裕 滋 井
Takashi Tanaka
中 隆 田
Nobutaka Yurioka
信 孝 百合岡
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、β型Ti合金溶接部において延性
の低下を抑制し、かつ高強度の溶接部を同時に確保する
ための熱処理による機械的特性の改善方法に関する。 【構成】 重量%で、V:14.0〜16.0%、A
l:2.5〜3.5%、Cr:2.5〜3.5%、S
n:2.5〜3.5%を基本成分として含有するβ型T
i合金同士を共金系のβ型Ti合金溶接材料を用いて作
製された溶接部、あるいは該β型Ti合金同士を溶接材
料を用いない溶融溶接により作製された溶接部を800
〜850℃で10分〜1時間の溶体化処理を行った後、
100℃/secで200℃以下まで冷却し、その後5
00〜550℃で8〜12時間の時効処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、β型Ti合金溶接部の
機械的性質の中でも特に、強度と延性を同時に改善する
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】β型Ti合金は、溶体化状態で優れた冷
間加工性を有し、さらに、溶体化処理後、時効処理を施
すことにより高強度が得られるため、次世代の宇宙航空
材料として注目されている。例えば、「鉄と鋼」72−
6,(1986)に示されているように、β変態点直上
の低温β域(約800〜850℃)で溶体化処理した後
急冷し、約500℃で時効処理を行うことにより、高強
度化がなされている。しかし、高強度を得るには長時間
の時効が必要であるため、最近では、「鉄と鋼」77−
1,(1991)に示されているように、溶体化処理し
たものに冷間加工を施した後、時効処理を行ったり、低
温と高温の二段階の時効処理を行い、効率化が図られて
いる。しかしながら、β型Ti合金の溶接部は、上述の
時効処理により高強度化された母材を再度溶融するた
め、溶接部の強度は母材よりも低くなり、溶接構造物と
してほとんど使用されていない。
【0003】また、溶接部に再度時効処理を施すと、強
度は母材と同等まで回復するが、延性が著しく低下す
る。そこで、β型Ti合金溶接部の機械的特性の改善方
法としては、特開昭63−242489号公報に開示さ
れているように所定量のYまたはBを添加した溶接材料
で溶接する方法、特開昭63−199854号公報に開
示されているように溶接部をβ変態点以下の温度で加工
熱処理する方法、特開平2−127981号公報に開示
されているようにα+β型Ti合金成分の溶接材料で溶
接する方法、特開平2−127980号公報に開示され
ているように溶接部に時効処理を施す方法、などが示さ
れている。しかしながら、これらの方法は、溶接部の延
性あるいは靭性のみを改善する方法であり、溶接部の強
度を同時に向上させるものではない。
【0004】さらに、特開昭62−167866号公報
にはα+β型Ti合金溶接部を溶体化処理した後、時効
処理を施す方法が示されているが、これは溶接部の高硬
度化が目的であり、強度かつ延性の改善方法には適用で
きない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、β型Ti合
金溶接部において延性の低下を抑制し、かつ高強度の溶
接部を同時に確保するための熱処理による機械的特性の
改善方法を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の課
題を解決するために、β型Ti合金溶接部の機械的特性
に及ぼす熱処理条件の影響について系統的に検討を行っ
た。すなわち、TIG溶接によって作製した溶接部を温
度及び時間を種々変化させた条件で熱処理した後、引張
り試験を実施した。この結果、下記方法による熱処理を
行うことにより、溶接部の延性の低下を抑制し、かつ高
強度が確保されることを見出した。
【0007】すなわち、本発明は、重量%で、V:1
4.0〜16.0%、Al:2.5〜3.5%、Cr:
2.5〜3.5%、Sn:2.5〜3.5%を基本成分
として含有するβ型Ti合金同士を、重量%で、V:1
4.0〜16.0%、Al:2.5〜3.5%、Cr:
2.5〜3.5%、Sn:2.5〜3.5%を基本成分
として含有する共金系のβ型Ti合金溶接材料を用いて
作製された溶接部、あるいは該β型Ti合金同士を溶接
材料を用いない溶融溶接により作製された溶接部を80
0〜850℃で10分〜1時間の溶体化処理を行った
後、100℃/sec以上で200℃以下まで冷却し、
その後500〜550℃で8〜12時間の時効処理を行
うことにより、溶接部の延性を改善し、かつ高強度が確
保されるようにしたものである。
【0008】以下に、本発明を詳細に説明する。まず、
本発明におけるβ型Ti合金の成分限定理由について述
べる。β型Ti合金(以下、「Ti−15V−3Al−
3Cr−3Sn合金」という)は、近年開発された代表
的な実用β型Ti合金の一つであり、他のβ型Ti合金
に比べて溶接高温割れ感受性が小さく、溶接性が良好な
合金である。したがって、V:14.0〜16.0%、
Al:2.5〜3.5%、Cr:2.5〜3.5%、S
n:2.5〜3.5%を基本成分として含有するβ型T
i合金と限定した。
【0009】次いで、本発明の合金の熱処理条件につい
て述べる。 (1)800〜850℃で10分〜1時間保定の後、1
00℃/sec以上で200℃以下まで冷却する溶体化
処理 Ti−15V−3Al−3Cr−3Sn合金に対して共
金系溶接材料を用いて溶接した場合、あるいは溶接材料
を用いないで溶融溶接した場合の両者とも、溶接のまま
の溶接金属組織はβ粒が粗大化し、さらに、β粒内では
溶接凝固時のデンドライト状の凝固組織と凝固時の偏析
がそのまま残存している。すなわち、デンドライト境界
にはV,Cr,Feが濃化し、Al,Snが減少してい
る。このような凝固偏析が残存した状態で時効処理を施
すと、微細α粒が不均一に析出するため、延性が低下す
る。
【0010】そこで、β変態点以上のβ単相域で保定
し、その後急冷する溶体化処理を行うことにより、溶質
元素の拡散を促進させ、凝固偏析を消滅させる。この場
合、溶体化温度はTi−15V−3Al−3Cr−3S
n合金のβ変態点(約760〜780℃)直上の800
℃以上とし、さらに、850℃を超えるとβ粒が粗大化
し、また大気雰囲気熱処理の場合、高温酸化が促進され
機械的特性が劣化する。したがって、溶体化温度を80
0〜850℃に限定した。
【0011】また、保定時間は、10分より短くなると
凝固偏析は完全に消滅せず、1時間超の熱処理をしても
凝固偏析を均一化する効果は10分〜1時間熱処理と同
等であるので、10分〜1時間に限定した。さらに、冷
却速度は、100℃/secより小さくなると、冷却中
にα粒が不均一析出し、延性が低下するため、100℃
/sec以上が必要である。また、200℃を超える温
度で冷却を停止すると、表面酸化が起こり機械的特性が
劣化するため、200℃以下まで冷却することとした。
【0012】(2)500〜550℃で8〜12時間保
定の時効処理 時効温度が500℃より低いと微細α粒の他にω相が析
出して硬さが著しく高くなり、延性も低下する。また、
550℃を超えるとα粒が針状になり、かつ粗大化する
ため高強度が得られない。したがって、時効温度を50
0〜550℃に限定した。また、保定時間が8時間より
短いと微細α粒の析出が十分ではないため、高強度が得
られず、かつ延性が低下する。一方、12時間を超えて
も、微細α粒の析出が飽和するため、強度および延性は
8〜12時間熱処理と同等であるので、保定時間を8〜
12時間に限定した。
【0013】
【実施例】本発明を実施例に基いてさらに説明する。実
施例を用いた本発明のβ型Ti合金板および共金系溶接
材料の化学組成を表1に示す。また、表2に溶接材料を
使用した場合と使用しない場合のTIG溶接の溶接条件
を示す。β型Ti合金板に図1(a)に示すV開先(開
先角度θ:60゜、ルート間隔d:1〜2mm、板厚
t)を設け、共金系溶接材料で、表2に示す条件でTI
G溶接して作製した溶接継手を図1(b)に示す。ま
た、β型Ti合金板に図2(a)に示すI開先(ルート
間隔d:1〜2mm、板厚t)を設け、溶接材料を用い
ないでTIG溶接した溶接継手を図2(b)に示す。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】これらの溶接継手を800℃で30分の溶
体化処理を行った後、300℃/secで室温まで冷却
し、その後450〜600℃で2〜24時間の時効処理
を施したもの(溶体化処理あり)と、溶接のままの溶接
継手を450〜600℃で2〜24時間の時効処理を施
したもの(溶体化処理なし)について、ひずみ速度1.
04×10-4/secで引張り試験を実施した。その結
果を、表3に示す。
【0017】
【表3】
【0018】表3から分るように、溶接材料の使用の有
無にかかわらず、450℃の時効処理では溶体化処理の
有無に関係なく、破断伸びはほとんどなく延性は著しく
低下している。また、600℃の時効処理では溶体化処
理の有無に関係なく、引張り強度は溶接のままとほぼ同
程度で高強度を得ることはできない。一方,500〜5
50℃時効では、溶体化処理の有無に関係なく、強度は
上昇しているが、溶体化処理を施さないものは破断伸び
がほとんどなく、延性は低下している。しかし、溶体化
処理を施したものは破断伸びが8時間以上の時効処理で
大きくなり、延性が改善されている。
【0019】
【発明の効果】本発明により、β型Ti合金溶接部の延
性を改善し、かつ高強度の溶接部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における溶接材料を用いた場合の溶接部
の断面図で(a)は開先形状、(b)は溶接後の状態を
示す。
【図2】本発明における溶接材料を用いない場合の溶接
部の断面図で(a)は開先形状、(b)は溶接後の状態
を示す。
【符号の説明】
1,2 Ti合金板 3,4,5,6,7 ビード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 14/00 Z // B23K 103:14

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、V:14.0〜16.0%、A
    l:2.5〜3.5%、Cr:2.5〜3.5%、S
    n:2.5〜3.5%を基本成分として含有するβ型T
    i合金同士を、重量%で、V:14.0〜16.0%、
    Al:2.5〜3.5%、Cr:2.5〜3.5%、S
    n:2.5〜3.5%を基本成分として含有する共金系
    のβ型Ti合金溶接材料を用いて作製された溶接部を8
    00〜850℃で10分〜1時間の溶体化処理を行った
    後、100℃/sec以上で200℃以下まで冷却し、
    その後500〜550℃で8〜12時間の時効処理を行
    うことを特徴とするβ型Ti合金溶接部の熱処理方法。
  2. 【請求項2】重量%で、V:14.0〜16.0%、A
    l:2.5〜3.5%、Cr:2.5〜3.5%、S
    n:2.5〜3.5%を基本成分として含有するβ型T
    i合金同士を、溶接材料を用いない溶融溶接により作製
    された溶接部を800〜850℃で10分〜1時間の溶
    体化処理を行った後、100℃/sec以上で200℃
    以下まで冷却し、その後500〜550℃で8〜12時
    間の時効処理を行うことを特徴とするβ型Ti合金溶接
    部の熱処理方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101966631B (zh) 2009-07-28 2012-08-22 中国科学院金属研究所 一种适用于520°c以上高温钛合金焊接用低成本钛合金焊丝
CN106695064A (zh) * 2015-11-13 2017-05-24 中国科学院金属研究所 一种优化亚稳态钛合金强韧性匹配的方法
CN110551956A (zh) * 2019-07-03 2019-12-10 西北工业大学 一种tc4钛合金的加工方法
CN112872644A (zh) * 2021-02-24 2021-06-01 沈阳中钛装备制造有限公司 β型钛合金焊接方法
KR20250078168A (ko) * 2023-11-24 2025-06-02 한국생산기술연구원 상온 및 고온에서 물성이 우수한 합금 용접부 3단 열처리 방법 및 이 방법으로 열처리된 합금 용접부를 포함하는 합금
KR20250078169A (ko) * 2023-11-24 2025-06-02 한국생산기술연구원 합금 용접부의 베타 열처리 방법 및 이 방법으로 열처리된 합금 용접부를 포함하는 합금

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