JPS6086256A - チタン合金の熱処理方法 - 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】 本発明はチタン合金の熱処理方法に関し、さらに詳しく
は、熱間加工性を向」ニさせることができるチタニウム
合金の熱処理方法に関する。

チタン合金（α型およびα＋β型チタン合金）の鍛造、
圧延等の熱間加工の従来技術の基本工程は、鋳塊→β域
加熱加工（鍛造）→α十β域加熱加工（鍛造）→β域加
熱熱処理→ａ＋β域加熱仕上加工の順である。この工程
中、β域加熱鍛造、α＋β域加熱加熱鍛造びβ域加熱熱
処理は粗大な鋳塊組職を微細化することを目的としてい
る。

即ち、チタン合金に適当量の加工率を与えた後、熱処理
を施して粗大な鋳に組織を微細化してビレットとし、そ
の後α十β域加熱仕」二加工を行なうことが、最終製品
において良好なＷＩ細等軸組織および磯十戒的性質をＩ
ｊｌ−ることができる基本的要件である。

しかしなが呟この工程においては、仕上加工時に表面割
れが多発しく特にａ型子２ン合金において著しい）、歩
留りす３よび生産性が悪いのが通例であるが、チタン合
金の加工性の悪さに基因するものとして放１ｎされてい
た。しかし、」１記工程のβ域加熱熱処理後に急冷する
と仕」１加工時の割れが少なくなるため、小型部品では
急冷する場合が多いが、大型部品では急冷時の熱歪によ
る割れ或いは操業上の支障等のため自然放冷されるのが
一般的である。

しかして、上記の加熱仕上加工時の表面割れについて説
明すると、チタン合金、例えば、　Ｔｉ−６Ａ　Ｉ−／
１．　Ｖ系合金の棒圧延時のミクロ組織顕微鏡写真およ
び割れ模型図を第１図（ａ）（＋１＞に示す。

即ち、ビレットは１０５０℃に２時間保持後、約２０’
（’、／分の冷却速度で冷却するβ処理が施されて第３
す、針状組織である（後述する第２図（（１）絹雲１）
。このｆｔ５１図（ａ）の顕微鏡写真よりわかるように
、割れ部近傍には多くの微小な内部割れか存在し、それ
はβ熱処理時に形成された前β＃ｆ（ρｒｉｏｒβ−ｇ
ｒａｉｎ）の粒界に沿っている。またそれ以外の領域に
は割れは認められない。この粒界とは、β加熱時は粒界
であ１）、その後α＋β域まで冷却される過程で形成さ
れたα相であり、ｃｏｎｔ　１ｎｕｏｕｓａともいう。

本発明は」１記に説明したチタン合金、例えば、Ｔｉ−
６ＡＩ−４Ｖ系合金の仕上圧延時における表面割れが発
生して製品となり難い場合が多いことに鑑みなされたも
のであり、チタン合金の仕上熱間加工性を良好にするこ
とがでｂるチタン合金の熱処理方法を提供するものであ
る。

本発明に係るチタニウム合金の熱処理方法は、（１）チ
タン合金鋳塊をβ域において加熱加工した後、α＋β域
において加熱化」二加工を施すことを特徴とするチタン
合金の熱処理方法を第１の発明とし、（２）チタン合金
鋳塊をβ域において加熱加工後、或いはさらにα＋β域
において加熱加工後、次式を満足する条件にお（ミて熱
処理をし、後α＋β域において加熱仕上加工を施すこと
を特徴とするチタニウノ、合金の熱処理方法を第２の発
明とする２つの発明よりなるものである。

θ≧Ｔ、　＋　４０　’Ｃのとき ｄθ／ｄｉ≧２（θ−Ｔｐ）−８０ Ｔρ≦θ＜’ｒβ＋４０″Ｃのとト ｄθ／ｃ＋ｔ＞０（任意の値で可） ただし、θ　：　熱処理温度（’Ｃ） Ｔ、：　β変態温度（’Ｃ） ｄθ／ｄＬ　；　冷ノＪ１速度（’Ｃ／分）本発明に係
るチタン合金の熱処理方法について詳細に説明する。

本発明に係るチタン合金の熱処理方法においては、熱間
加工性を判断する場合に実加工時と同等の歪速度域にお
ける引張試験での絞りの値が約７０％以−にである場合
に良好な加工性を有するものであることか従来より経験
的に知られている。

本発明に係るチタン合金の熱媒Ｊｌｌｊ方法において、
チタン合金製品の材質としては微細な等軸α組織を有す
ることが要求され、このような組織をイ：するためには
、α＋β域での加熱化」二加工量を充分に確保するか、
また、加工量に制限かあるような場合には−１−記した
特定式を１１４足する熱処理を施してからα＋β域での
加熱化」二加工を行なうのである。

本発明に係るチタン合金の熱処理方法−二おいて、チタ
ン合金鋳塊をβ域加熱加工後にそのままでα＋β域にお
いて加熱化」二加工（仕上熱間加工）を行なうのは、β
域に加熱後充分鍛造された（鍛造中α＋β域にまで温度
が下るけれどもβ鍛造という。

）鋳塊は、鋳塊のＩＩ＋大なβ粒は破壊されて、ｆｊＳ
２図（ｂ）に示すＤｅｆｏｒｍｅｄβと呼ばれる滲１状
組織を有している。この組織は第３図（ｄ）の曲線２に
示されるように良好な延性を有するとともに、次にα＋
β域における加熱化」二加工を施すことにより等軸組織
となる。従って、チタン合金ｇＪ塊をβ域において加熱
鍛造した後、直ちにα＋β域において加熱化−に加工を
施すことにより終始良好な熱間加工性が確保されること
になる。

次に、本発明に係るチタン合金の熱処理方法において、
チタン今金鋳塊番β域において加熱加工後、或いはさら
にα＋β域において加熱加工後、θ≧１ン＋４０°Ｃの
とき ｄθ／ｄｔ≧２（θ−ＴＩ９）−８０ Ｔρ≦θ〈Ｔｉ＋４０°Ｃのとき ｄθ／ｄｔ　＞　（任意の値で可） ただし　θ；熱処理温度（’Ｃ） Ｔｐ；β変態温度（”Ｃ） ｄθ／ｄｔ　；冷却速度（”Ｃ／分） の式を１１４足する熱処理後、α＋β域において加熱イ
ヒｌ二加工を施すことはついて説明すると、この場合は
Ｄｅｆｏｒｍｅｄβ糺糀および部分的に存在する鋳塊の
粗大β粒か残留している場合は、その後の最終１１−程
であるα＋β域における加熱仕−に加工により等軸化さ
れないため上記式を満足する熱処理（β処理）を施す必
要がある。そして、この熱処理後の冷却速度および熱処
理温度を種々変化させたチタン合金（’Ｉ”１−６Ａｌ
　ｄＶ系合金）に対する高温引張試験結果を第４図（ａ
）（＋１）および第５図に示す。

引張温度は第３図（ｄ）の脆化域である８００〜８５０
°Ｃを選んだ。第４図（ａ）（１〕）および第５図から
冷却速度か遅い程、また、熱処理温度が高い程、低い延
性を示すことは明らかであり、従って、８４、０−・８
５　Ｑ　”Ｃにｔ彊する絞り（ＲＡ）の値は整理すると
（１）式で表わされることを見出した。

ＲＡ（％）＝０．１ｄθ／ｄｔ−０，２（θ−Ｔρ）＋
７８・・・（１） ただし　θ；熱処理（β処理）温度（°Ｃ）Ｔ４；β変
態温度（”Ｃ） ｄθ／ｄｔ、　；冷却速度（°Ｃ／分）そこでこの（１
）式にＲＡ≧７０を代入することにより（２）式が１１
１られる。

ｄθ／ｄＩ≧２（θ−Ｔ　）−８０・・・・（２）ρ 即ち、次工程のα＋β域における加熱仕」二加工におい
て表面割れを生ザしぬることなく良好ニ加工するために
は（２）式で規定される熱処理温度（β処理温度）およ
び冷却速度が必要となる。

なお、（２）式が成立するのはθ−Ｔ／１１＞４０°Ｃ
の場合であり、θ−Ｔβ≦・１０℃の場合はｄθ／ｄｔ
〉０である任意の値でよいのである。

次に、本発明に係るチタン合金の熱処理方法において、
チタン合金のミクロ組織および高温変形能について説明
する。

第２図に示す種々の組織な有するチタン合金（Ｔｉ　６
Ａｌ　４Ｖ系合金）に対する高温引張試験結果を第３図
（４）に示す。歪速度は棒圧延時と同等のＦｅｃ’であ
る。

第２図（ａ）の等輔α絹織、或いは、第２図（１））の
Ｄｃｒｏｒ＋ｎＱｄβと呼ばれる釘状糾に＆では第３図
（ｄ）の曲線１および曲線２に示すように連続的な変化
であり、通常のα＋β加工温度域であるβ変態温度−２
００℃がらβ変態温度の範囲でｌｉ：絞りの値か８０％
以」二の高延性を有している。また、第２図（（・）お
よび第２図（ｄ）に示すようにβ粒が識別でトるような
釧状組織では、第３図（ｄ）の曲線３および曲線４に示
すように延性−ｊ１１α・＋４１遭移温度が存在し、そ
れ以下では絞りが５０％稈ノ交になる。しかし、熱処理
後（β処理後）急冷した微細なぐ１状組織（第２図（ｃ
）に示すようにβ粒径は約１　ｍａｎ程度で第２図（ｄ
）と略同等であるが、β粒界の幅およびβ粒内の鉗状ａ
品が細がい。）になった場合では延性の低下は少ない。

このことは、熱処理条件（β処理条件）を選ぶことによ
り脆化を防止でとる可能性を示している。また、第２図
（ｄ）、第３図（ｄ）の曲線４では前β粒界で割れが発
生し破断していることが第３図（ｅ）の顕微鏡写真の組
織の破断部より明らかであり、第１図（ａｌｌｌ）の表
面割れとも一致している。さらに、β変態温度（Ｔｉ−
６Ａｌ　４Ｖ系合金の９９５℃）以−１−では初期組着
＆とは無関係に高延性を有しており、鋳塊をβ域に加熱
して加工するに際して加工性に何ら問題が生じない事実
とも合致している。

次に、１４図（ａ）（＋１）および第５図について説明
する。

＋５４図（ａ）は冷却条件Ｎｏ、の冷却速度、プラト一
部（変態潜熱に起因して生じる降温停止域）の時間およ
びそれぞれの冷却条件で１７−られたβ粒径、β粒界の
幅を示したもので、曲線５はβ粒径、曲線６はβ粒界の
幅、曲線７はプラト一部より高温域の冷却速度、曲線８
はプラト一部より低温域の冷却速度および曲線９はプラ
ト一部の時間を示す。

なお、β処理温度は１０５０°Ｃである。

第４図（）〕）は冷却条件Ｎｏ、と絞りおよび引張強さ
の関係を示し、図中−〇、ム−は８００℃における引張
、−〇、△−は８５０℃引張の場合である。曲線１（）
および１１は引張強さを示し、曲線１２および１ｊ（は
絞りを示している。

第５図はβ処理温度と絞り、β粒径、β粒界の輻および
引張強さの関係を示してあ１）、曲線１４はβ粒界の１
１県、曲線１５はβ粒径、曲線１Ｇは引張強さおよび曲
線１７は絞りを示している。なお、β処理後の冷却速度
は第！１図の冷却条件Ｎ０１４と同じである。

この第・′１図（ａ）（＋１）、第５図から冷却速度が
遅く、β処理温度か高いと延性が低下することがわかる
。

本発明に係るチタン合金の熱処理方法の実施例を説明す
る。

実施例 以下説明する例において使用する供試材のチタン合金は
Ｔｉ−６Ａ１４Ｖ系合金（ＴｆＩ＝　９９５℃）である
。

（１）従来法 ａ）　８４０φ關から４００”＋ｎ＋ｎまでβ鍛造（１
１８０°Ｃ加熱）＋１）　４００”ｍｍから１］５％＋
ｎまでα十β鍛造（９５０’Ｃ加熱）ｃ）　１］、５”
ｍ＋ｎ時にβ処理（１０５０°Ｃで２時間保持後約２０
℃／分で冷却） ｄ）’１１５ΦｌｌｌＩｎから２６φ１ｎＩｏまでα＋
β圧延（９５０°Ｃ加熱）最終圧延時に無数の表面割れ
を生し良好な製品は得られなかった。

く２）本発明方法 １］５”ｍｍまでの処理は（１）の工程ａ）、ｂ）と同
し。

中 ］、１５　＋ｏｍ時にβ処理せず。

］１５”＋ｎｍから２６φｍ１１１まで（１）の工程ｄ
）と同しα＋β圧延（９５０℃加熱） 表面割れの発生はなく良好な製品か摺られた。

（３）本発明方法 ４００”ＩＱＩｌｌまでは（１）の工程ａ）と同じ。

４００中齢から１１５中＋ｎｍまでβ圧延（１１５０℃
加熱）１１５ｃｊ？ｍ＋＋＋時にβ処理せず。

１］５％ｍから２６φＩＩＩ　ｍまで（１）の工程ｄ）
と同じα＋β圧延（９５０°Ｃ加熱） 表面割れは発生せず良好な製品が得られた。

（４）本発明方法 ＋＋５”ｍｍまでの処理は（１）の工程ａ）Ｊ））と同
じ。

１１５”＋ｎｍ時にβ処理（１０５０℃で２時間保持後
約８０’Ｃ／分で冷、ｔ、ｌｌ　） １１５”ｍ　ｍから２６φ１０１０まで（１）の工程ｄ
）と同じα＋β圧延（９５０°Ｃ加熱） 表面割れは発生せず良好な製品が巷−られた。

なお、−１−配本発明方法（２）〜（４）の何れも製品
は微細な等軸組織であり、眠械的性質も良好であった。

以」−説明したように本発明に係るチタニウム合金の熱
処理方法は」−記の構成を有しているから、チタニウム
合金の熱間加工性を向−１ユさせ、仕上加工時に表面割
れの発生することのなり１ｓれた効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（１＋）なチタン合金の金属組織の割れを
示す顕＠鏡写真、第２図はチタン合金の種々の金属組織
を示す顕微鏡写真、第３図（ｄ）は変形温度と絞Ｉ）の
関係を示す図および第３図（ａ）　（ｂ）（ｃ）は第３
図（ｄ）Ａ、Ｂ、Ｃの金属組織を示す顕微鏡写真、１４
図（ａ）（ｌｌ）は冷却条件と各（Φ機械的性質を示す
図。第５図は熱処理（β処理）温度と機械的・姓質の関
係を示す図である。 、１１．賞−ネ関 シ゛３　陥・ （ＣＩ） 支形温度　（Ｏｏ） シ“４；λ丁 （（２’） ン＋　芝Ｐ　条　インｒ　Ｎｏ。 ’）’ｉ　！Ｐ　４：゛イ’ｆ　Ｎｏ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）チタン合金鋳塊をβ域において加熱加工した後、
   α＋β域において加熱仕」二加工を施すことを特徴とす
   るチタン合金の熱処理方法。
2. （２）チタン合金鋳塊をβ域において加熱加工後、或い
   はさらにα＋β域において加熱加工後、次式を満足する
   条件において熱処理をし、後α＋β域において加熱仕上
   加工を施すことを特徴とするチタン合金の熱処理方法。 θ≧Ｔ、　＋　４．０℃のとき ｄθ／ｄＬ≧２（θ−Ｔβ）８ｔ） Ｔβ≦θ〈Ｔβ＋４０　’Ｃのとき ｄθ／ｄＬ　＞　０　（任意の値で可）ただし　θ；熱
   処理温度（°Ｃ） Ｔ、；β変態温度（°Ｃ） ｄθ／ｄｔ　；冷却速度（°Ｃ／分）