JPS62174358A - チタン合金材の製造方法 - 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、β型チタン合金であるＴｔ−１ｓｖ〜３Ｃｒ
−３Ｓｎ−３ＡＩ合金材の製造方法に関するものであり
、特には強度と延性に優れた当該チタン合金材の冷間加
工品を製造するべく冷間加工前の溶体化処理（軟化焼鈍
、中間部Ｍ）を従来より高い温度で行うことを特徴とす
るものである。

本方法により従来のる清快によるよりも優れた機械的性
質を示す冷間加工品の製造が可能となり、Ｔｌ−１５Ｖ
−３Ｃｒ−５Ｓｎ−３ＡＩ合金材の有用性が一段と向上
する。

発明の背景 チタン及びチタン合金はその優れた比強度、耐食性及び
耐熱性を保有しているために、宇宙航空機材料、各種化
学プラント、海水淡水化装ｆＡ等広範な用途に利用され
ている。

チタン合金としては従来Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｖ等に代表さ
れるα＋β型合金が広く用いられてきたが、α＋β型合
金は成形性に乏しく、加工の多くを切削に頼るため最終
製品に至るまでの歩留シが非常に低いという欠点を有し
ている。そこで、α＋β型合金に比較して冷間加工性に
優れしかも高強度が得られることからβ型チタン合金の
Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａ１　の利用が近年
拡がりつつある。

同、本明細書においてＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−
５ＡＩチタン合金とは次の組成範囲にあるものを包括す
る。

ｖ　：１４〜１６ｗｔ係 Ｃｒ　　：　２．５〜５．５　ｗｔ％ Ｓｎ　：２．５〜五５　Ｗｔチ Ａ１：２．５〜五５ｗｔチ 残部　Ｔｉ　及び不可避的不純物 β型チタン合金は厳密に言えば準安定β型合金であυ、
β域からの急冷によって常温でもβ単一組となシ、時効
硬化性をもつ０ 従来技術と問題点 Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−５Ｓｎ−３Ａ１　合金は、通常
、加工工程の後に溶体化時効処理を行い最終製品となる
が、その溶体化処理は７５０〜８３０℃の溶体化温度に
加工品を３分から６０分保持した後空冷以上の冷却速度
による急冷を施すことにより実施されている。これは、
β変態点を越えての加熱とその後の急冷によｐａ相のな
い組織が得られるため、爾後の時効処理において均一な
分布のα相の析出を促進できるためである。

従来、本合金の上記加工工程において冷間加工が実施さ
れる場合には、上記の溶体化処理に準じて冷間加工前溶
体化処理（軟化焼鈍、中間焼鈍〕が行われていたつこれ
により、素材は冷間加工をするに十分な軟化状態に至り
、良好に冷間加工を実施することができる。

従って、従来方法では、本合金の冷間加工品は、素材 ↓ ↓ 冷間加工 ↓ ７５０〜ｂ 溶体化処理 ↓ 時効−処理 ↓ 冷間加工品 という流れを経由して製造されていた。本合金において
は、時効処理後の材料強度を上げるためには微細なα相
を均一に析出させることが効果的である。しかし、従来
方法により製造された材料を検査してみるとそれを十分
に達成しているとは言い難い。即ち、粗大な析出物の生
成や組織の不均一化を画ることか出来るなら、本合金の
強度及び延性を含めて機械的性質の一段の向上が期待さ
れる。

発明の概要 上記の状況に鑑みて、本発明は、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ
−３Ｓｎ−５Ａ１合金の冷間加工品の溶体化時効処理後
の機械的性質を従来より向上させることを目的とする。

本発明者等は、前記した工程を総合的に考察しながら、
時効処理後の徹細なα相の均一な析出を妨げる原因の究
明に努めた。その結果、α相はβ変態点以下で安定に存
在するが、場合によっては周囲を不純物で固着されてお
り、変態点以上の温度でも変態が完了せず残留すること
がある。このα相は非常に微量なため、変形抵抗には影
響しないが、安定であるため冷間加工後の溶体化処理の
後にも残留し、次の時効処理の際に粗大な析出物を生成
する原因となっていることが判明した。また、残留α相
は、微量とはいえ、その周辺での加工度自体の不均一化
をもたらし、そのため溶体化に際して均一な組織を得る
ことを妨げ、結局は時効後の組織の均一化を妨げる原因
となっていることも判明したっ冷間加工後の溶体化時効
処理後の組織は実は冷間加工前の溶体化処理時の組織の
影昏を受けているのであるっ こうした観点の下で、本発明者は、冷間加工前の溶体化
処理の役割をただ単に軟化させるという従来の考え方か
ら一歩進め、冷間加工後溶体化時効処理を行った際の機
株的性鋼の９４整の機能をも果すものとしてとらえるべ
く概念の拡大を画った即ち、従来の製造方法では、との
冷間加工前溶体化処理は変形抵抗を十分に下げ冷間加工
を可能にすることのみを目的としているが、本発明では
それに加えて残留α相の完全な分解と均一な組織を得る
こともこの溶体化処理によシ行おうとするものでちる。

鋭意研究の結果、冷間加工前溶体化処理を、従来行われ
ていたβ変態点以上８５０℃以下での温度域より高い８
３０℃を超え１１５０℃以下の温度域に５分〜５時間保
持することによって実施す六０ 斯くして、本発明は、Ｖ１４〜１６　ｗｔ％、Ｃｒ　　
２．５〜３．５　　ｗｔ　’１、Ｓｎ　　２．５〜五５
　　ｗｔ　％、Ａｌ１．５〜５．５ｗｔチ、そして残部
Ｔｉ及び不可避的不純物から成るチタン合金材の製造方
法において、冷間加工前に８３０℃を超え１１５０℃蜘
下の温度（（加熱後、同温匪に３分間〜５時間保托した
後冷却して溶体化処理を行い、続いて冷間力［０工し、
更に再溶体化処理した技時効処理することを特徴とする
、強度及び延性に優れたチタン合金材の製造方法を提供
する。溶体化処理の冷却速度は１．８℃／分以上とする
ことが好ましい。

発明の詳細な説明 本発明の対象とするチタン合金材は、Ｔｉ−１５Ｖ−３
Ｃｒ−３３ｎ−３Ａｌ”’Ｑ：ｖＦ）、これは穀初に定
義した組成範囲をとるうまた、酸素は（Ｌ５ｗｔチ以下
とすることが好ましい。

この酸素をＱ、　３　ｗｔ％以下含有するとチタン合金
材の強度が増加する。

ただしα５ｗｔチを超えると延性の低下を招き好ましく
ないので、上限をａ　３　ｗｔ％とじた。

チタン合金製品は、一般に、鋳造されたインゴットを、
その鋳造組絨を破壊すると共に、その後の工程に適した
中間素材を生成するためのインゴ□　　ットブレイクダ
ウン工程を出発工程とするうインゴットブレイクダウン
は、インゴットを分塊圧延或いは鍛造することによシ実
施される。次いで、・　　生成するスラブ材は熱間圧延
工程を経由し、最終寸法に仕上げる冷間圧延を最後に行
うことが多く、その際溶体化処理が冷間圧延前に施され
る。圧延工程後の材料は、最終的に、製品の用途に応じ
て、与するのは、圧延工程の最終段階を構成する溶体化
処理−冷間圧延と最終熱処理工程としての再溶体化処理
及び時効処理であυ、その前歴は本発明においては一切
問わない。

最近、良質のチタン合金材の製造の為インゴットブレイ
クダウン工程及び圧延工程において様々の改善案が提唱
されており（例えば特願昭６０−４５８４５．６０−４
３８４４等多数）、それらのいずれをも本発明と併用し
つる。

本発明では、従来よυ高い８５０℃を超え１１５０℃以
下の温度域から選択される溶体化温度において３分〜５
時間保持することによって冷間加工前の溶体化が実施さ
れる。残留α相の完全な分ｈ７と均一な組成をイ（）る
には少くとも８３０℃９山′ぜゆス９弓ｆｋ’カベ、θ
、ｊ卑であ入、太介仝でｋＦ−結晶粒の粗大化は材料の
脆化を引起し、加工割れを銹発するため、温度の上限は
１１５０℃と設定される。

選択された温度に応じて３分〜５時間の保持時間が選択
される。保持時間もα相の消滅を画シしかも結晶粒粗大
化を防止するものとしてその範囲を決定した。

溶体化の後の冷却は空冷以上であればよいが、好ましく
は１．８℃／分以上とされる。１．８℃／分よシ遅い冷
却速度では冷却中にα相の析出が開始されやすく、上述
の処理の効果が失われる恐れがちる。

こうして、溶体化処理された材料はα相が完全に消失し
た状態となっており、通常の実施態様に従って冷間圧延
される。

冷間圧延後実施される再俗体化及び時効処理は従来条件
の下で実施される。再俗体化は７５０〜８５０℃の溶体
化Ｑ度で３〜６０分保持し、空冷以上の冷却速度による
冷却を、宿すことによって実施される。時効処理は、４
００〜６００℃の温度において８〜１４時間行われる。

４００℃未満ではα相の析出が非常に遅くなり、他方６
００℃を越えると析出するα相は粗くなり、機械的性質
の低下を招く。本発明に従えば、従来見られた再溶体化
後のα相の残留が完全に排除されるため、また組織の均
一性が向上しているため、時効処理に際して微粒のα相
が均一に析出する。そのため、強度及び延性を含めて、
非常に良好な機秋的性質が発現する。

本発明においては、加工は圧延に限らず、冷間ブレス、
鍛造停のすべての塑性加工を対象とし、そのいずれにお
いても仕れた冷間加工品を提供するものである。

発明の効果 Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−５ＡＩ　合金冷間加工
品の機械的性質の改善を実現し、当該加工品の有用性を
拡大した。

実施例１及び比較例１ 表１に示す化学成分をもつ熱間圧延板を供試材Ａとして
用いて４釉の処理を行った。供試材Ａは熱間圧延のまま
の状態のものであり表２に示す機械的性質を有した。

表　２ 供試材料Ａに次の４種の処理を施した：即ち、供試材Ａ
を用いて、（１）溶体化処理無し材（参考用）　、（２
）　７８８℃×２０分−空冷溶体化処理材（従来法）　
、（３）　８５０℃×２０分−空冷溶体化処理材（本発
明〕、及び（４）　９　Ｑ　Ｏ℃Ｘ２０分−空冷溶体化
処理材（本発明）　、　（５）　１０００℃×２０分−
空冷溶体化処理材（本発明〕を作製し、いずれにも同一
の１０チ冷間圧延−７８８℃×２０分、空冷溶体化処理
−５１０℃×８時間時効処理を施した。引張状Ｆ４２の
結果を表３に示す。

ネ、　３ （３）〜　ｔ＝１・の本発明に従う処理を受けたものは
、（２）の従来法のものよシ強度及び延性ともに優れた
性質を示している。

実施例２及び比較例２ 実施例１と同じ化学成分の熱間圧延材ではあるが、機緘
的特性が若干Ａとは異なった素材Ｂを用いた。素材Ｂの
機械的性質は次の通シであった：表　４ 供試材Ｂに７８８℃×２０分−空冷の溶体化の後７８チ
の冷間圧延を加えた後で、（１）７３０ｔ？：Ｘ２０分
−空冷、（２）　７８８℃×２０分−空冷、（３）８５
０℃×２０分−空冷、及び（４）９０口ＣＸ２０分−空
冷、（５）　１０００℃×２０分−空冷、という溶体化
処理を施し、これらに冷間加工度１０％で冷間圧延を施
し、その後７８８℃×２０分−空冷の溶体化処理と５１
０℃×８時間の時効処理を施しそして後引張試験に供し
た。処理内容をまとめると次の通シとなる： 供胆材Ｂ（ＳＴ材） ↓ 結果を表５に示す。

衣　５ 表５から、本発明の処理を行ったもの（３）〜（５）は
、１ｓＯＫｑｆ／−を超える引張強さを示しておシ、従
来材よりａれていることがわかる。

比＝リセ≧−ごｔ？クリ−３ 供試材Ａに対して冷間加工前の溶体化処理の溶体化温度
を本発明の上限を越え７’（１２００℃において６０分
施し、空冷後６０％冷間圧延を加えたところ材料が脆化
しているため２つに割れてしまった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）Ｖ１４〜１６ｗｔ％、Ｃｒ２．５〜３．５ｗｔ％、
   Ｓｎ２．５〜３．５ｗｔ％、Ａｌ２．５〜３．５ｗｔ％
   そして残部Ｔｉ及び不可避的不純物から成るチタン合金
   材の製造方法において、冷間加工前に８３０℃を超え、
   １１５０℃以下の温度に加熱後、同温度に３分間〜５時
   間保持した後冷却して溶体化処理を行い、続いて冷間加
   工し、更に再溶体化処理した後時効処理することを特徴
   とする、強度及び延性に優れたチタン合金材の製造方法
   。 ２）冷間加工前の溶体化処理の冷却速度が１．８℃／分
   以上である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）チタン合金材中の酸素含有量が０．３ｗｔ％以下で
   ある特許請求の範囲第１又は２項記載の方法。