JPS62284060A - チタン合金熱延板の製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、α＋β型チタン合金において結晶粒を微細化
して、強度、延性等の異方性を少なくするα＋β型チタ
ン合金熱延板の製造方法に関する。

ｆ。

（従来の技術） チタン合金は強度材料として航空機工業、自動車工業等
の分野での使用範囲が広がっているが、構造材料として
使用する場合に強度、延性等の異方性を少なくすること
が必要である。

特にα＋β型チタン合金熱延板は加熱条件、圧延条件等
により材質の異方性がでやすい。従来、この異方性の改
善のために熱延時にクロス圧延を行ったり、複雑多重な
熱処理を伴う後処理が必要であった。また、これらは製
造コスト高になる欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、α＋β組織のチタン合金の鍛造われの少ない
成分範囲を明かにして、その熱延板の材質異方性をクロ
ス圧延を行うことなく、従来よりも簡易な熱処理によっ
て改善することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、Ａ１：２．４５〜９重量％、■：３〜６重量
％を含有し、含有重量％でＡｆｉ／Ｖ成分比が０．８〜
１．７のチタン合金鋳塊を鍛造し、α＋β域において仕
上げ熱延後、β変態点以下１００〜５０℃のα十β領域
に１℃／ｓｅｃ以上で急速加熱し、１〜５時間保持しそ
の後５００　’ｃまで１°Ｃ／ｓｅｃ以下の冷却速度で
冷却し以後徐冷することを特徴とする、鍛造われが少な
く、材質異方性の少ないチタン合金熱延板の製造方法で
ある。

（作　用） 本発明者等は、一般に用いられているα＋β型チタン合
金を中心にして、Ａｎ含有量やＶ含有量を変えたチタン
合金鋳塊を実験室プラズマ炉で溶製し、鍛造し鍛造われ
を調べ、つぎに圧延により製造した熱延板について、種
々の熱処理条件にて熱処理を行い機械的性質および金属
組織を調べた。

鍛造は鋳塊の表面疵を研削削除し、１１００℃と９００
℃に加熱して直ちに鍛造してスラブを作り、鍛造われを
調べた。熱延板の製造条件は例えばＴｉ−６ＡＩ！−４
Ｖ合金（β変態点（以下Ｔβとする。）は約９９０℃）
の場合では、スラブをβ域１１００℃に加熱後熱延し、
あるいはさらにα＋β域９５０℃に加熱後熱延した。熱
処理は加熱速度を０．０１〜ｂ 温度である７００℃ないし、Ｔβ以下の温度を選び、冷
却条件は水焼入れ（ＷＱ）および空冷（ＡＣ）から炉冷
（ＦＣ）に至る各種の冷速を選んで試験した。これらの
熱処理材の一部には冷却時の歪の影響を調査するために
通常の安定化焼鈍（７００Ｘ　２ｈｒ　ＡＣ）が施され
た。機械的性質は熱延板の圧延方向（Ｌ方向）およびび
その直角方向（Ｃ方向）の６．２５１ｍφの丸棒試験片
（＾ＳＴＭＥ８に準する）を用いて評価した。材質の異
方性は強度および延性（断面収縮率）のＣ，Ｌ方向の比
で評価し、異方性パラメーターとした。材質の異方性パ
ラメーターが０．９７から１．０３の範囲であれば、等
方向な金属組織であり、また組成により、材質の異方性
パラメーターが大きくなると、金属組織の等方性の欠除
や集合組織の形成等が影響していることを確認した。

α＋βチタン合金を中心にして、ＡＩＬ含有量を変えた
チタン合金鋳塊を実験室プラズマ炉で溶製し、鍛造し鍛
造われを調べた結果、へ１７２．４５〜９重量％、■：
３〜６重量％を含有し、含有重量％でＡＪ／Ｖ成分比が
０．８〜１．７のチタン合金鋳塊は鍛造われが生じない
ことを見いだした。

これら各種の試料の熱延や熱処理条件をかえて金属組織
と機械的性質の対応を調べた結果、等方向な微細な等軸
α＋β相組織の熱延板は材質異方性が小さく、高い延性
を示すことを見いだした。

また特にα相体積比率が約５０％の時に材質異方性が最
っとも小さいことを発見した。第１図は本発明によるα
相体積比率約５０％のα＋β相の金属組織写真である。

写真中の粒状の白地はα組粒で、灰色地は針状α相とβ
相からなる。写真の画像処理で、粒状の白地の体積比率
を計測した。この金属組織は組成、鍛造あるいは熱延の
温度、および熱処理条件に大きく依存する。以下に好ま
しい組織を具現出来る条件を説明する。第２図はチタン
合金中のＡｊ！、　　Ｖの含有量とチタン合金の性質を
示す図で枠内斜線部が好ましい範囲である。

ＡＪはα＋β型チタン合金の主要な元素であり、合金の
強度を高める。しかし鍛造割れを抑制しまた本発明の熱
処理で材質の等方向性質を確保するためには、第２図の
０印で示したごと＜Ａｆｉは■とのバランスで添加する
ことが望ましく、２．４５〜９％が好ましい。ＡＩｌを
９％以上添加すると欠陥の多い鋳塊になる。

■は構造材料として使用する場合に、等方向な微細な等
軸α＋β相組織および材質を等方向にするには３〜６％
添加する。特に初品のα相体積比率が約５０％を確保す
るために、■は＾ｌとのバランスで添加することが望ま
しく、第２図のＢ−Ｂ、Ａ−Ａ線が示すごと＜Ａｊ！’
／Ｖ比は０．８〜１．７が好ましい。

つぎに鍛造、熱延条件について説明する。

鋳塊を鍛造あるいは熱延する場合、β域あるいはα＋β
域に加熱し鍛造し、続いてβ域あるいはα＋β域に加熱
し直ちに熱延し９３０℃から７００℃のα＋β域におい
て仕上げを行い、α＋β相組織の熱延板を製造できる。

特に鍛造にあたり鍛造性は鋳塊の組成に依存しており、
ＡＮ／Ｖ成分比が１．７５以上で鍛造性が悪くなる。ま
た等方向な微細な等軸α＋β相組織の熱延板を得るため
に、熱延される材料はＴβ直上から直下の５０”ｃの範
囲の加熱温度が好ましく、熱延仕上りはα＋β域の９３
０°Ｃから７００°Ｃが好ましい。中でも熱延仕上り温
度の効果が大きいことを確認した。

次にα＋β型チタン合金熱延板の熱処理条件について説
明する。

熱処理の加熱速度は１℃／ｓｅｃ以上の急速加熱が組織
の微細化に好ましい。これは加熱速度を０．０１〜ｂ った結果の知見によるもので、加熱速度が１℃／ｓｅｃ
未満では所望の組織と材質が得にくい。これは加熱速度
が早いほどα＋β相の微細なβ相の焼鈍温度での植生頻
度が増加することによる知見から、急速加熱が好ましい
。

焼鈍温度は組成によりβ変態点が異なるために変るが、
α相の体積比率が５０％の等方向な微細な等軸α＋β相
組織は、β変態点以下１００〜５０℃のα＋β領域に保
持することにより現出する。また焼鈍保持時間は１〜５
時間が好ましい。

第３図に焼鈍温度と焼鈍保持時間を変えた際のα相の体
積比率を一例としてＴｉ−４Ａｊ！５Ｖの結果で示した
。β変態点以下１００〜５０℃のα＋β領域の温度に保
持することにより現出するが、５時間以上の焼鈍保持時
間ではα相の体積比率が５０％の等方向な微細な等軸α
＋β相３、■織は得にくい。

焼鈍後の冷却は保持温度から５００℃まで１℃／ｓｅｃ
以下の冷速で空冷し、以後は室温までをさらに徐冷する
ことが、これによって冷却時の歪の影響を少なくして、
材質を安定したものとする。

（実施例） 次に本発明を実施例によってさらに説明する。

α＋β型チタン合金についてＡｌ、ＶのＡＮ／ＶＮ／化
を変化したチタン合金鋳塊を実験室プラズマ炉で６　ｋ
ｇ円柱状鋳塊を第１表のように多数溶製し、断面減面率
で５０％の鍛造を行い、鍛造われを調べ、続いて圧延に
より１２ｍｍ厚の熱延板を製造し、それらの熱延板につ
いて、次に示す種々の熱処理条件にて熱処理を行い機械
的性質および金属組織を調べた。また溶製した合金のβ
変態点、Ｔβは溶体化温度を種々変え３時間の保定を行
い、続いて水焼入れした試験材の断面金属組織から実測
した。鍛造の加熱温度は１１００℃である。但し鍛造わ
れを調べるために、鍛造の加熱温度を９００℃として、
鍛造した。熱延温度は９９０℃であり、６パスで６５％
の熱延を行い、７５０℃で仕上げた。ついで熱処理する
ときの加熱速度は１℃／ｓｅｃである。他の熱処理条件
は第２表に示すように各Ｃ９種の条件を採用した。さら
に熱延板のα相体積比率が約５０％のα＋β相の生成す
る焼鈍温度を選択した結果を第４図に示す。その温度で
焼鈍して材質とその異方性を調べた結果を第２表に示す
。

これらの結果から明らかなように材質の異方性の小さい
成分範囲は、ＡＪと■のＡｌ：　２．４５〜９重量％、
■＝３〜６重量％を含有し、含有重量％でＡｌ／Ｖｌ／
化が０．８〜１．７のチタン合金であることが認められ
る。さらにそれらの成分範囲では厳しい鍛造条件でも鍛
造われが起こらないことが判明した。

（発明の効果） 以上の説明から明らなごとく、本発明の方法では、鋳塊
の鍛造われの少ない成分範囲を明かにできた。また本発
明ではクロス圧延を行うことなく、従来よりも簡易な工
程で、強度、延性等の異方性の少ない、α＋β型チタン
合金の熱延板を製造することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるチタン合金の金属組織の図面に代
る写真、第２図は等方向な微細な等軸α＋β相組織で材
質が等方向で鍛造われが発生しないチタン合金のＡ７！
、Ｖの好ましい成分範囲を示す図、第３図は等輪島組織
の具現される焼鈍温度と焼鈍保持時間の関係を示す図、
第４図はα相体積比率約５０％のα＋β相の金属＆Ｉｌ
織の現出と焼鈍温度の関係を示す図である。 第　　　　１　　　　図 第　　　　２　　　　図 ×印：　９００℃鍛造でワレの発生する組成Ｏ印：　９
００℃鍛造でワレの発生のしない組成Ｏ印；α＋β相組
織で、材質が等方向である組成焼鈍保持時間（ｈｒ　） Ｔｉ　−４ＡＩ　−５Ｖ　（第１表Ａ−１１）園内数字
はα分率（％） 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ａｌ：２．４５〜９重量％、Ｖ：３〜６重量％を含有し
   、含有重量％でＡｌ／Ｖ成分比が０．８〜１．７のチタ
   ン合金鋳塊を鍛造し、α＋β域において仕上げ熱延後、
   β変態点以下１００〜５０℃のα＋β領域に１℃／ｓｅ
   ｃ以上で急速加熱し、１〜５時間保持しその後５００℃
   まで１℃／ｓｅｃ以下の冷却速度で冷却し以後徐冷する
   ことを特徴とする、鍛造われが少なく、材質異方性の少
   ないチタン合金熱延板の製造方法。