JPS6217145A - 超塑性加工に適した高強度耐熱チタン合金 - 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】 産業上の利用分野 本発明は超塑性特性と高温比強度及び延性に優れた超塑
性加工に適した高強度耐熱チタン合金に関する。

は、切削くずが約９０％にもなり極めて歩留りが悪いば
かりでなく、作業性も悪い。これを改善するためには合
金の超塑性加工が有利な手段である。

超塑性特性は加工温度でα相とβ相の体積比が１：１に
近いＴｉ合金が優れている。また超重、性加工温度は８
００〜９００℃の温度が適している。

、９００℃より高温では結晶粒の粗大化及び酸化が生じ
易くなるため、超塑性特性が劣化する。また８００℃よ
り低温では変形応力が高くなるため、超塑性加工が困難
となる。

従来技術 従来、超塑性加工に適した合金としては、Ｔｉ−６ＡＩ
　−４Ｖ合金、Ｔｉ　−６Ａｌ−２Ｓｎ　−４Ｚｒ　−
２Ｍｏ合金、Ｔｉ　−６ＡＩ　−２Ｓｎ　−４Ｚｒ　−
６Ｍｏ合金等が知られでいる。しかし、これらのチタン
合金はいずれもβ型Ｔｉ合金と比べて強度が低い欠点が
あった。

発明の目的 本発明は従来の超塑性加工番こ適したチタン合　　　金
の欠点を改善せんとするものであり、その目的は超塑性
特性が優れ、かつ高温比強度及び延性の優れた高強度耐
熱チタン合金を提供するにある。

発明の構成 本発明者は前記目的を達成すべく鋭意研究の結果、ある
特定範囲の組成において、８００℃におけるα相の量が
３０〜７０チになるよう調整すると、超塑性特性が優れ
ると同時に高温比強度及び延性の優れた高強度耐熱性チ
タン合金が得られることを究明し得た。この知見に基い
て本発明を完成した。

本発明の要旨は、重量％で、Ａｌ５．４〜６．６チ、■
１．３〜３．１％、５Ｔ１０．７〜１．１％、Ｚｒ　０
．７〜５．３％、Ｍｏ　２．２〜２．６％、Ｃｒ　２，
４〜３．７％、Ｆｅ　１．４〜２．８　％、Ｏ０．１０
〜０．１６％を含み、残部が実質的にＴｉよりなるチタ
ン合金であり、かつ８００℃におけるα相の体積率が３
０〜７０％であることを特徴とする超塑性加工に適した
高強度耐熱チタン合金にある。

本発明のチタン合金において、Ａｌは主としてα相に固
溶してα相を強化する作用をする。しかし、Ａｌ量が５
．４％（％は重ｆｉ：％、以下同じ）未満であるとα相
強化の効果が十分でなく、また６、６％を超えるとα相
量が増加して十分な超塑性特性が得られなくなるので、
ＡＩは５．４〜６６％の範囲であることが必要である。

■はα相及びβ相に固溶して、これらの相を強化する作
用をする。しかし、ｖ量が１．３％未満であると強化効
果が十分得られなく、また３１幅を超えるとα相量が減
少して十分な超塑性特性が得られなくなるので、■は１
６３〜３．１％の範囲であることが必要である。

ｚト Ｓｎ及び伽はα相及びβ相にほぼ同じ比重で固溶して、
これらの相を強化する作用をする。

しかし、Ｓｎ量が０．７％未満であると強化効果が十分
得られなく、また１、１チを超えると、比重が大きくな
り、比強度が低下する。

また、Ｚｒ量が０．７％未満では強化効果が得られなく
、また、５．３％を超えるとα相量が減少して十分な超
塑性特性が得られなくなる。従って、ｚト Ｓｎは０．７〜１．１チ、柳は０．７〜５．３チの範囲
で−あ五ことが必要である。

Ｍｏ、Ｃｒ及びＦｅは主としてβ相に固溶してβ相を強
化する作用をする。しかし、Ｍｏ量が２．２チ未満であ
ると十分な強化効果が得られなく、また２、６％を超え
ると比重が大きくなるため比強度が低下するのでＭｏ量
は２．２〜２．６係の範囲であることが必要である。Ｃ
ｒｔが２．４％未満であると十分な強化効果が得られな
くなり、また３、７％を超えるとα相量が減少して十分
な超塑性特性が得られなくなるので、Ｃｒｉは２．４〜
３．７％の範囲であることが必要である。

Ｆｅｔが１．４％未満であると、十分な強化効果が得ら
れなく、また２、８チを超えるとα相が減少して十分な
超塑性特性が得られなくなるので、Ｆｅ　ｆｔは１，４
〜２．８チの範囲であることが必要である。

Ｏは主としてα相に固溶してα相を強化する作用をする
。しかし、０景が０．１０％未満では強化作用が十分得
られなく、また０、１６％を超えるとα相量が増加して
十分な超塑性特性が得られなくなるので、ｏｉｉ：は０
，１０〜０．１６チの範囲であることが必要である。

本発明のチタン合金の組成各元素の割合は前記の通りで
あるが、この範囲内で、更に８ｏｏ℃でα相を３０〜７
０チ含み残部はβ相であることが必要である。それはα
相とβ相は互に結晶粒の成長を妨げ、超塑性特性を向上
させるからである。α相が３０チより少ないとβ相の結
晶粒が粗大化し易くなり超塑性特性が劣化する。またα
相が７０チを超えると、α相の結晶粒子が粗大化し易く
なり超塑性特性が劣化する。

α相とβ相の割合が前記割合にする好ましい各元素の範
囲としては、次の割合が挙げられる。

１）重！１チで、Ａｔ　６．０〜６．６　％、Ｖ２．７
〜３．１％、Ｓｎ０．７〜１．１％、ＺｒＱ、９〜１．
３％、Ｍｏ　２．２〜２．６　％、ｃｒ　２．４〜２．
８　’Ａ、Ｆｅ１．４〜１．ｉ、００．１０〜０．１’
５％を含み、残部は実質的にＴｉよりなる合金。

２）重ｉｓで、Ａｌ　５．−１〜６．０　％、Ｖ１．３
〜１．７％、Ｓｎ０．７〜１．１％、Ｚｒ　４．９〜５
．３　％、Ｍｏ２．２〜２．６％、Ｃｒ　３．３〜３．
７チ、Ｆｅ　２．４〜２．８　％、Ｏ０．１２〜０．１
６％を含み、残部は　　　′実質的にＴｉよりなる合金
。

例えばＺｒ量を多くすると、Ｖ量及びＡｌ量を少くする
必要がある。

実施例 本発明の下記表１に示す組成の合金と比較のための既存
合金を、アーク溶解、鍛造後、８００℃で約８５チの熱
間圧延を行い、＃→・引張試験片及び超塑性試験片を作
製して、各々の試験を行った。その結果は表２及び表３
に示す通りであった。

なお、高温引張試験片は、７５０〜８００℃で１時間熱
処理した後水冷し、再び５５０〜６００℃で４時間熱処
理した後空冷して試験正と供した。高温引張試験は３０
０℃で３×１０−４８−１の歪速度で行った。

また、超塑性試験片は、熱間圧延のままの状態で試験に
供した。この試験は８００℃で、アルゴン雰囲気中で６
．７　Ｘ　１０−’Ｓ−”の歪速度で行った。

表３　超塑性特性 は、既存のＴｉ　−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ　−６Ａｌ　−
２８ｎ−４Ｚｒ’Ｍ。

及びＴｉ　−６Ａｌ−２Ｓｎ−４２ｒ−６Ｍｏ合金に比
べて、延性及び比強度において著しく優れている。すな
わち、本発明Ｔｉ合金では、比強度が２８．７〜２９．
７ｋｇｆ／ｍｄ／ｇ／ａｄの値を示す条件で、１２．１
〜１３．５％の伸びが確保されているのに対して、Ｔｉ
　−６Ａｌ−４Ｖ及びＴｉ　−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ
−２Ｍｏ合金では、このような高比強度は得られない。

また、Ｔｉ　−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ　合金
の場合は、比強度が２９．９　ｋｇｆ／＋＋ｎ／ｇ／ｃ
ｊまで増大すると、伸びは５．２チまで低下する。

また、本発明のＴｉ合金は、４１０〜６８０チの超塑性
伸びを有し、最大変形応力も２．９〜３．３ｋｇｆ々ｄ
と十分低いので、超塑性加工に適した合金である。

この特性は既存のＴｉ　−６Ａｌ　−２８ｎ−４２ｒ−
６Ｍｏ合金に比べて著しく優れている。

発明の効果 本発明のＴｉ合金は、超塑性加工が可能であり、かつ高
温比強度及び延性ｔこ優れた特性を有する。

従って、超塑性加工を適用することにより、切削加工な
しに、しかも優れた特性を持つ例えばコンプレッサーロ
ーター等の部品を安価に、容易に製造することができる
。また、これを使用することにより、ジェットエンジン
や発電設備などの各種ガスタービンの軽量化及び高効率
化が可能になる等の優れた効果が得られる。

特許出願人　科学技術庁金属材料技術研究所長中　　川
　　龍　　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％で、Ａｌ５．４〜６．６％、Ｖ１．３〜３．１％
   、Ｓｎ０．７〜１．１％、Ｚｒ０．７〜５．３％、Ｍｏ
   ２．２〜２．６％、Ｃｒ２．４〜３．７％、Ｆｅ１．４
   〜２．８％、Ｏ０．１０〜０．１６％を含み、残部が実
   質的にＴｉよりなるチタン合金であり、かつ８００℃に
   おけるα相の体積率が３０〜７０％であることを特徴と
   する超塑性加工に適した高強度耐熱チタン合金。