JPS6289834A - 快削チタン合金及びその製造法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は特に熱間加工性の優れた快削チタン合金とその
製造法に関する。

（従来の技術及び問題点） 純チタンやこれに種々の合金元素を添加したチタン合金
は、軽量であり、かつ、高強度を有する材料であること
から、主として航空機用に多く使用されている。しかし
、これらの純チタンやチタン合金は鋼に比尺て被削性が
著しく劣っているため、高強度、靭性、耐食性などの特
性を活かして自動車、電子機器をはじめとする大量生産
を必要とする分野に適用するのに支障があり、困難であ
った。

このため、鋼の被削性を改善するためにｐｂが添加され
ているのと同様、チタン合金にｐｂを添加して被削性を
改善する試みがあるが、チタン合金にｐｂを添加すると
、ｐｂの大部分が固溶してしまい、被剛性改善の効果は
鋼の場合はど大きくなく、有効な解決策とは云えない。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述の実情に鑑みて、被削性を著しく
改善し得る快削チタン合金を提供することを目的とし、
併せてか−る快削チタン合金の製造法をも提供すること
を目的とするものである。

（発明の構成） 上記目的を達成するため１本発明者らは、純チタン及び
チタン合金に及ぼす各種元素の影響について試験を行っ
た結果、鋼中のｐｂと同じような被削性改善の働きをす
る合金元素は希土類元素であることを見い出した。しか
し、希土類元素を純チタン及びチタン合金に添加すると
、熱間での延性を著しく低下させ、熱間加工が極めて困
難になることが判明したため、更に、希土類元素を含有
するチタン合金の熱間加工性を改善し得る合金元素を探
究した結果、Ｂが極めて有効な元素であることを見い出
し、ニーに熱間加工性の優れた快削チタン合金の発明を
なすに至ったものである。また更に、かへる快削チタン
合金に好適な溶解法を見い出したものである。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

本発明の快削チタン合金は、希土類元素とＢを少なくと
も含有するチタン合金であり、勿論、チタン合金として
の固有の特性（高強度など）を具備せしめるために各種
の合金元素を必要に応じて添加することが可能であり、
その具体的な合金元素及びその添加範囲の限定理由を次
に示す。

希土類元素： 本発明に云う希土類元素とは、Ｓｃ、Ｙ及びランタニド
元素（原子番号５７〜７１）であり、これらの元素はチ
タン合金中ではその大部分が金属介在物としてＢの存在
下で結晶粒内に析出し、被剛性を改善する作用を有する
。被剛性を改善するためには、希土類元素の１種又は２
種以上を合計で０．００５％以上を添加する必要がある
。しかし。

１０％を超えて添加すると、Ｂによる熱間加工性向上の
効果が有効でなくなり、また強度の低下をもたらすので
、上限値を１０％とする。

Ｂ： Ｂは希土類元素を含有するチタン合金の熱間加工性を改
善する作用を有する。その理由は、必ずしも明確でない
が、希土類元素の粒界への析出を抑制するためと考えら
れる。この熱間加工性改善効果を得るには０．０００５
％以上のＢを添加する必要がある。しかし、多量に添加
すると、Ｂ自身が介在物を形成し、熱間加工性を劣化さ
せるので、上限値を５％とする。

任意添加元素： 主としてチタン合金の強度を高めるためにＡＱ。

Ｓｎ、Ｃｒ、　Ｆｅ、　Ｐｄ、　Ｎｉ、　Ｂｅ、Ｇｏ、
Ｃｕ、　Ｔａ。

Ｍｎ、Ｈｆ、Ｗ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏ％Ｖ及びＯの
うちの１種又は２種以上を必要に応じて適量で添加する
ことができる。

すなわち、上記元素のうちのＡＱからＮｂまでの各元素
は、Ｔｉと化合物を形成してチタン合金の強度を高める
ので、添加する場合には、ＡＱは１０％以下、Ｓｎは１
５％以下、Ｃｒは１５％以下、Ｆｅは１０％以下、Ｐｄ
は５％以下、Ｎｉは１０％以下、Ｂｅは１０％以下、Ｃ
Ｏは１０％以下、Ｃｕは１０％以下、Ｔａは１５％以下
、Ｍｎは１０％以下、Ｈｆは１０％以下、Ｗは１５％以
下、Ｓｉは０．５％以下及びＮｂは２０％以下で添加す
る。各元素とも上限値を超えて添加すると靭延性が著し
く低下する。なお、Ｐｄは強度のみならず耐食性を向上
させる効果もある。

また、Ｚｒ、Ｍｏ及びＶはいずれもチタン合金の結晶粒
を制御し、適正な強度と靭延性を得る目的で添加するこ
とができる。添加する場合には。

Ｚｒは１０％以下、Ｍｏは１５％以下、■は２０％以下
で添加する。いずれも上限値を超えて添加すると、β相
が安定化して、上記添加目的を達成することかできない
。

また、○は純チタンやチタン合金に含有するとその強度
を大いに高めることができる。しかし、一方で靭延性を
ひどく低下させるので、含有せしめる場合には、１％以
内にと望める必要がある。

上記の任意添加元素の量は、その種類によっても多少異
なるが、多くなるにつれてチタン合金の比重が高まり、
チタン合金の利点である軽量さが失われてくるので、一
般にその含有量を合計で５０％以下にすべきである。

本発明の快削チタン合金は、任意の方法で製造すること
はできるが、希土類元素及びＢの添加を考慮し、ＰＰＣ
炉（積層凝固式プラズマ溶解炉）を用いて溶解するのが
好適である。希土類元素やＢは偏析し易い元素であるが
、Ａｒ雰囲気下でプラズマにより少量ずつ溶かしながら
上方へ凝固させ、積層凝固の鋳塊をつくるならば、偏析
がなく均一なチタン合金が得られる。

また、Ｔｉの窒化物や多量の酸化物はチタン合金の被削
性にとって有害であるから、更に真空炉で再溶解して精
製するのが好ましい。この再溶解により更に偏析を少な
くする効果もある。

（実施例） 第１表に示す組成のチタン合金をＰＰＣ炉を用いて溶解
し、径５０ｍｍの丸棒に鍛造し、焼なまし処理を施した
６但し、同表中のＮＱ　１０はＰＰＣ炉の溶解に続いて
真空炉で再溶解をした後、上記の鍛造、焼なましを行っ
た。なお、同表においてＮαの番号に申開を付したもの
は比較例であることを示している。

被削性は、各試料を次の条件で切削し、工　具：径５１
ＩＩＩ！ｌのドリル 送　　リ　：　　０．０５ｍｍ／ｒｅｖ穴深さ：２０ｍ
ｍ １０００ｍｍ寿命速度を求めて評価した。なお、この「
１０００ｍｍ寿命速度」とは、ドリル寿命が延べ穴深さ
１０００ｍ＋ａになる切削速度（回転速度）であって、
工具使用時の作業能率を表わす。

この被削性は、純チタンＮα４申の試料についての１０
００ｍ＋ａ寿命速度の値を標準にとり、これを１００と
したときの比率「穴あけ性指数Ｊで表わし、併せて第１
表に示した。

また、各試料について熱間鍛造時の割れの有無を調べ、
その結果も第１表に示した。

［以下余白１ 同表よりわかるとうり、純チタン又はチタン合金に希土
類元素（ＲＥ　Ｍ）のみを添加した比較例（Ｎα５．９
）では被削性が改善されたにしても熱間鍛造割れが発生
したのに対し、希土類元素及びＢを添加した本発明例で
はいずれも被削性が改善され、かつ、熱間鍛造割れが全
く発生せず、Ｂの添加効果が明確にあられれている。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、熱間加工性の優
れた快削チタン合金を提供することができるので、チタ
ン合金の諸特性を活かして各種分野に供することができ
る。また上記快削チタン合金に相応しい溶解法により製
造できるので、製造上の問題もない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　重量％で（以下、同じ）、０．００５〜１０％の希
   土類元素と０．０００５〜５％のＢを含有し、残余が実
   質的にＴｉである快削チタン合金。 ２　０．００５〜１０％の希土類元素と０．０００５〜
   ５％のＢを含有し、更に、１０％以下のＡｌ、１５％以
   下のＳｎ、１５％以下のＣｒ、１０％以下のＦｅ、５％
   以下のＰｄ、１０％以下のＮｉ、１０％以下のＢｅ、１
   ０％以下のＣｏ、１０％以下のＣｕ、１５％以下のＴａ
   、１０％以下のＭｎ、１０％以下のＨｆ、１０％以下の
   Ｗ、０．５％以下のＳｉ、２０％以下のＮｂ、１０％以
   下のＺｒ、１５％以下のＭｏ、２０％以下のＶ及び１％
   以下のＯのうちの１種又は２種以上を合計で５０％以下
   の範囲で含有し、残余が実質的にＴｉである快削Ｔｉ合
   金。 ３　少なくとも０．００５〜１０％の希土類元素と０．
   ０００５〜５％のＢを含有するチタン合金をＰＰＣ炉に
   て溶解することを特徴とする快削チタン合金の製造法。 ４　少なくとも０．００５〜１０％の希土類元素と０．
   ０００５〜５％のＢを含有するチタン合金をＰＰＣ炉に
   て溶解し、更に真空溶解炉を用いた再溶解を行うことを
   特徴とする快削チタン合金の製造法。