CN114629267A - 非磁性构件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供能够兼备高比电阻和高强度的非磁性构件。本发明为一种非磁性构件,其是在交变磁场中使用的非磁性构件,具备钛合金,所述钛合金以相对于合金整体的质量比例计包含Al当量成为5.5~11的α相稳定化元素和Mo当量成为6~17的β相稳定化元素。在该β相稳定化元素中包含Fe和Mn。钛合金能成为在体心立方晶格结构组织(bcc组织)中以岛状分布有密排六方晶格结构组织(hcp组织)的复合组织。例如相对于复合组织整体具有30~70体积%的hcp组织。本发明的非磁性构件由于能够兼备高比电阻和高强度,因此能够用于各种的电磁用构件,也能够谋求其涡流损耗的降低。

Description

非磁性构件及其制造方法
技术领域
本发明涉及在交变磁场中使用的非磁性构件等。
背景技术
利用电磁的设备(简称为“电磁设备”。)有电动机(除了马达以外也包括发电机。)、促动器等各种设备,大多利用了交变磁场。这样的电磁设备,为了实现节能化,要求降低在交变磁场中使用时的高频损失。尤其是在(超)高旋转的电动机等中,强烈要求降低与其转速(交变磁场的频率)的平方成比例地变大的涡流损耗。例如,马达的转子芯、定子芯等,为了抑制在与交变磁场正交的方向上产生的涡流,大多将被绝缘层被覆了的电磁钢板层叠来构成。
但是,在交变磁场中使用的构件(称为“电磁用构件”。),也有难以采用那样的构成的构件。在该情况下,需要由电阻率(简称为“比电阻”。)高的材质构成电磁用构件来降低涡流损耗。
再者,配置于磁路中的电磁用构件,不一定为磁性材料,也有为非磁性材料的情况。另外,电磁用构件不仅要求满足电特性(例如比电阻)、磁特性(例如导磁率),而且也要求满足规定的机械特性(刚性、强度、延展性等)。在下述的专利文献中有与这样的电磁用构件关联的记载。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2001-339886
专利文献2:日本特开2008-29153
专利文献3:日本特开2020-43746
专利文献4:日本特开平5-5142
专利文献5:日本专利第3712614号(WO2000/005425)
专利文献6:日本特开2005-320618
专利文献7:日本特表2005-524774(WO2003/095690)
专利文献8:美国专利第4731115号
发明内容
在专利文献1、2中,作为由非磁性材料构成的电磁用构件(称为“非磁性构件”。)的一例,有关于由碳纤维强化塑料(CFRP)构成的保护管(套管)的记载。保护管嵌套于在马达的转子轴(旋转轴)的外周侧设置的圆筒状的永久磁铁的外周侧。通过保护管,能防止在高旋转时大的离心力作用的永久磁铁的损坏。但是,在使转速进一步增加的情况下,由CFRP构成的保护管的机械特性未必充分。
在专利文献3中提出了一种由钛基复合材料构成的非磁性构件。该钛基复合材料,是使强化粒子分散于由Ti-6%Al-4%V等构成的基质(基体:matrix))中而成的,所述强化粒子由C的一部分缺失的TiCy(0<y<1)构成。该非磁性构件为高比电阻、高强度和高刚性。
顺便说一下,在专利文献4~8中也有关于钛合金或钛基复合材料的记载,但是没有关于电磁用构件和其比电阻等的具体的记载。
本发明是鉴于这样的情况而完成的,其目的是提供使用了与以往不同的钛合金的非磁性构件等。
本发明人为了解决该课题而进行了深入研究,结果成功地得到包含与以往不同的组成、并显现高比电阻和高强度的钛合金。通过使该成果发展,以至于完成以下所述的本发明。
非磁性构件
(1)本发明为一种非磁性构件,其是在交变磁场中使用的非磁性构件,具备钛合金,所述钛合金以相对于合金整体的质量比例计包含Al当量成为5.5~11的α相稳定化元素和Mo当量成为6~17的β相稳定化元素,在该β相稳定化元素中包含Fe和Mn。
(2)本发明的非磁性构件(电磁用构件),具备显现高比电阻和高强度的钛合金。因此,即使是在高频率(例如高转速)域的交变磁场中使用时,也能谋求在非磁性构件中产生的涡流损耗的降低。另外,即使是由于高速运动(旋转、往复运动等)而会有大的力(离心力、惯性力等)作用时,也能实现非磁性构件的薄壁化、轻量化、小型化等。
再者,本发明涉及的钛合金显现高比电阻和高强度的原因未必确定。目前认为:高Al当量的α相稳定化元素和高Mo当量的β相稳定化元素协同地作用,从而得到了以高维度兼备比电阻和强度的钛合金。特别是认为:通过作为磁性元素的Fe固溶于Ti而使非磁性的钛合金的比电阻提高。另外认为:通过以Al当量和Mo当量在规定范围内为前提而包含Mn,钛合金的强度显著提高了。
制造方法
本发明也能作为上述的非磁性构件、钛合金的制造方法来把握。例如,在钛合金由烧结材料构成的情况下,非磁性构件通过以下工序得到:由粉末得到烧结体的烧结工序;和使该烧结体成为与该非磁性构件对应的期望形状的加工工序。另外,由该烧结材料构成的钛合金,即使未必在加工工序后实施特别的热处理(例如固溶处理、时效处理)也能显现优异的高比电阻、高强度。当然,本发明涉及的钛合金不限于烧结材料,也可以是熔炼材料。
其他
(1)在本说明书中所说的α相稳定化元素是使纯钛的同素异形转变温度(约885℃)上升、使α相区域扩大的合金元素。β相稳定化元素是使其同素异形转变温度下降、使β相区域扩大的合金元素。换言之,α相稳定化元素是在Al当量的计算式中出现的元素,β相稳定化元素是在Mo当量的计算式中出现的元素。只要是影响到同素异形转变温度或当量的合金元素,即使是一般被视为中性元素(无限固溶型元素)的合金元素(Sn、Zr等),在本说明书中也作为α相稳定化元素或β相稳定化元素来对待。当然,本发明涉及的钛合金可以进一步包含未影响到同素异形转变温度或当量的中性元素(未影响到同素异形转变温度的合金元素)。
在本说明书中所说的“非磁性”(导磁率)的程度,只要是不使电磁设备的磁路短路的范围即可。再者,在本说明书中,将具有非磁性的钛合金并且在交变磁场中使用的电磁用构件称为非磁性构件。非磁性构件可以不是其整体为钛合金,可以未必是其整体为非磁性。总之,本发明的非磁性构件只要至少一部分的部位由钛合金构成即可。
(2)只要没有特别说明,在本说明书中所说的“x~y”包含下限值x和上限值y。能够将本说明书中记载的各种的数值或者数值范围中所包含的任意的数值作为新的下限值或上限值而新设如“a~b”那样的范围。另外,在本说明书中所说的“x~yμΩm”意指xμΩm~yμΩm。关于其他的单位系(MPa、GPa等)也是同样的。
附图说明
图1A是试样2的钛合金的组织照片(SEM像)。
图1B是将其组织放大了的照片(SEM像)。
图2是试样3的钛合金的组织照片(SEM像)。
图3是表示比电阻的测定方法的说明图。
具体实施方式
能够对上述的本发明的构成要素附加从本说明书中任意选择的一个或两个以上的构成要素。在本说明书中说明的内容,不仅适用于非磁性构件,而且也适用于其制造方法等。另外,即使是方法的构成要素,也能成为关于物的构成要素。关于是否哪个实施方式为最佳,根据对象、要求性能等而不同。
钛合金
(1)组成
钛合金,包含Al当量成为5.5~11、6~10、7~9.5、8~9、进而8以上且小于9的α相稳定化元素、和Mo当量成为6~17、6.5~15、7~12、进而8~11.5的β相稳定化元素即可。若Al当量过小,则比电阻变得不充分,若其过大,则伸长率变小。若Mo当量过小,则强度变得不充分,若其过大,则伸长率变小。
在此,Al当量([Al]eq)和Mo当量([Mo]eq)如以下那样算出(出处:轻金属第55卷第2号(2005)、PP.97~102)。
[Al]eq=[Al]+[Zr]/6+[Sn]/3+10[O]+16.4[N]+11.7[C]
[Mo]eq=[Mo]+[Ta]/5+[Nb]/3.5+[W]/2.5+[V]/1.5+1.25[Cr]+1.25[Ni]+1.7[Mn]+1.7[Co]+2.5[Fe]
但是,在本发明中,只要没有特别说明,就基于作为α相稳定化元素的主要元素的Al、Zr和Sn来规定Al当量([Al]eq=[Al]+[Zr]/6+[Sn]/3)。
在本说明书中所说的组成比例(浓度),只要没有特别说明,就为质量比例(质量%),单单地用“%”表示。在上述的计算式中示出的[]表示各合金元素相对于钛合金整体的质量比例(%)。再者,在为在钛合金(基质)中包含强化粒子(例如TiC、TiB等)的钛基复合材料的情况下,以相对于其基质整体的质量比例来算出Al当量和Mo当量。
α相稳定化元素,例如除了Al以外也可以为Zr、Sn(中性元素)等。关于代表性的Al,例如可以相对于钛合金整体(100质量%)包含7~10%、进而8~9%。
β相稳定化元素,例如为Mo、V、Mn、Fe等。关于代表性的Mo,例如可以相对于钛合金整体包含1~5%、进而1.5~4%,关于V,可以相对于钛合金整体包含4~8%、进而5~7%。
另外,以相对于钛合金整体的质量比例计,可以包含0.5~3.5%、0.9~3%、进而1~2.5%的有助于比电阻的提高的Fe,可以包含0.2~3%、0.4~2.5%、进而0.5~1.5%的有助于强度的提高的Mn。
进而,相对于钛合金整体,可以包含0.1~1%、0.2~0.7%、进而0.3~0.5%的有助于被切削性等的提高的S。再者,S不是必需的,但若含有S则能期望被切削性的提高。但是,若S过多,则钛合金会脆化。
在钛合金中包含在技术和经济上难以除去或不可避免的杂质(例如O、N等)。例如,可以包含相对于钛合金整体为0.1~0.7%、进而为0.2~0.5%左右的氧(O)。
(2)组织
钛合金的金属组织(简称为“组织”。)能够受到制造过程、热处理的影响而变化。组织,例如,根据是熔炼材料呢还是烧结材料呢而不同,即使是烧结材料,也根据热处理的有无、其热处理条件而不同。不过,本发明涉及的钛合金,由于Al当量和Mo当量都充分大,因此,具体的形态暂且不论,容易成为α相和β相混存的金属组织。
作为一例,在由烧结材料构成的钛合金中,能得到在体心立方晶格结构(bodycentered cubic lattice)的组织(称为“bcc组织”。)中以岛状分布有密排六方晶格结构(hexagonal close-packed lattice)的组织(称为“hcp组织”。)的复合组织(参照图1A)。bcc组织主要由β相构成,hcp组织主要由α相构成。更具体地说,bcc组织主要由作为基础元素的Ti、和β相稳定化元素(Mo、Fe、V等)中的一种以上构成。hcp组织主要由作为基础元素的Ti、和α相稳定化元素(Al等)中的一种以上构成。再者,在bcc组织中也可以包含α相稳定化元素中的一种以上。同样地,在hcp组织中也可以包含β相稳定化元素中的一种以上。
hcp组织,例如相对于复合组织整体占30~70体积%、37~67体积%进而43~60体积%。顺便说一下,该hcp组织例如成为针状或粒状的超微细组织的集合体。各超微细组织,例如,最大长度为2μm以下、进而1μm以下,纵横比(最大长度/最小长度)为3~20、进而5~10。再者,各组织(相)的体积比例、尺寸、纵横比,使用解析软件ImageJ(开源程序)对二维的光学显微镜照片(像)进行分析(计算)而求出。
上述的复合组织是在以往的钛合金中未观察到的组织。但是,钛合金的组织与钛合金的特性(比电阻、强度等)的相关性目前还不明确。
(3)特性
钛合金发挥优异的电特性或机械特性。例如,发挥出2~5μΩm、2.1μΩm~4μΩm、进而2.2μΩm~3μΩm这样的比电阻。这样的比电阻,与纯Ti的比电阻(0.4μΩm左右)、代表性的钛合金(Ti-6%Al-4%V)的比电阻(1.7μΩm左右)比较,非常大。再者,在本说明书中所说的比电阻值,只要没有特别说明,就是对于规定尺寸的试样(体材料(bulk material))采用直流四端子法进行测定而求出(参照图3)。
钛合金例如能发挥出抗拉强度(断裂强度)为1200~1700MPa、1250~1650MPa、进而1350~1550MPa、屈服强度σ0.2为1150~1600MPa、进而1200~1500MPa这样的高强度。另外,钛合金例如也能发挥出杨氏模量为115~135GPa、进而120~130GPa这样的高刚性。
进而,钛合金例如具有0.2~2%、进而0.4~1.5%左右的伸长率,也能够塑性加工成非磁性构件。
制造方法
钛合金(非磁性构件)例如能够采用烧结法、熔炼法、(粉末)积层造形法(所谓的3D打印技术)等来制造。作为其一例,以下对采用烧结法制造钛合金的情况进行说明。
烧结法是将粉末的成型体加热而得到烧结体的方法。若成型体或烧结体接近于非磁性构件的形态(也就是说,为近净形状(near net shape)),则能够削减后加工。当然,也可以对烧结体在冷状态或热状态下进行锻造、压制等塑性加工。
(1)粉末
通常,使用配合(称量)多种原料粉末而得到的混合粉末进行成型、烧结。在原料粉末中,除了单质粉末以外,也能使用合金粉末、化合物粉末等。作为单质粉末,例如有Ti源粉末(纯Ti粉末)。作为合金粉末,例如有Al-V粉末、Ti-Al粉末、Fe-Mo粉末(钼铁粉末)等。作为化合物粉末,例如有Mn-S粉末(硫化锰粉末)、Fe-Mn粉末(锰铁粉末)等。再者,即使是合金元素相同的同种粉末,其组成比例也各种各样。只要根据所期望的配合组成来选择适当的原料粉末即可。总之,通过相比于单质粉末而使用合金粉末、化合物粉末,能谋求原料成本的降低、组织的均匀化、稳定化等。
各粉末的平均粒径(中值粒径:D50)可以为例如1~20μm、进而3~15μm。混合粉末的制备使用V型混合机、球磨机、振动磨机等来进行(混合工序)。
(2)成型工序
将混合粉末进行模具成型、CIP(Cold Isostatic Pressing/冷等静压加工法)成型、RIP(Rubber Isostatic Pressing/橡胶等静压加工法)成型等而成为所期望的形状的成型体。成型体的形状可以为接近于最终的构件(非磁性构件)的形状,在烧结工序后实施加工时也可以为坯料状(中间坯形状)等。成型压力可被适当调整,例如可为200~600MPa、进而300~400MPa。
(3)烧结工序
成型体通过在真空中、非活性气体中进行加热而成为烧结体。烧结温度例如可为1150℃~1400℃、进而1200~1350℃。烧结时间例如可为3~25小时、进而10~20小时。通过适当的烧结温度和烧结时间,能够高效率地得到高特性的钛合金。再者,也可以通过HIP(Hot Isostatic Pressing/热等静压加工法)成型来同时地进行上述的成型工序和烧结工序。
(4)冷却工序
烧结工序后的冷却,例如可以以0.1~10℃/s进行炉冷、强制冷却(非活性气体的导入等)。可以通过冷却速度的控制来调整钛合金的组织、特性。
(5)加工工序
烧结体可以原样地作为非磁性构件,也可以进行塑性加工、切削加工等而制成为非磁性构件。塑性加工可以为冷加工,也可以为热加工。通过热加工,能够抑制裂纹等而成品率良好地得到非磁性构件。热加工后的冷却可以为炉冷,但即使是空冷也是充分的。
再者,本发明涉及的钛合金,无需实施固溶处理、时效处理等热处理,便能够实现所期望的组织、特性。这样的非热处理型钛合金有助于非磁性构件的制造成本的降低。
非磁性构件/电动装置
本发明的非磁性构件,为高比电阻、高强度、低导磁率,因此作为在交变磁场中使用的电磁用构件是适宜的。不限制其具体的用途,能够使用于例如组装于电动机(电磁设备、电动装置)的永久磁铁(励磁源)的保护构件(保护管、保护壳)等(参照已述的日本特开2020-43746号公报)。再者,作为这样的电动机的一例,有要求高旋转的离心式的压缩机。这样的压缩机被使用于例如发动机的增压器、燃料电池的空气压缩机。
实施例
制作成分组成不同的各种试样(烧结钛合金),评价了它们的电特性(比电阻)和机械特性(抗拉强度、屈服强度σ0.2、杨氏模量、伸长率)。以下列举这样的具体例来更详细地说明本发明。
试样的制作
(1)原料粉末
Ti粉末使用了将市售的氢化脱氢粉末(トーホーテック株式会社制)用筛(#350,平均粒径75μm)分级而得到的粉末。
成为合金元素源的合金粉末使用了以下的粉末中的一种或多种。
(a)Al-40%V粉末(平均粒径:9μm/キンセイマテック株式会社制)
(b)Ti-36%Al粉末(平均粒径:9μm/大同特殊钢株式会社制)
(c)Fe-60%Mo粉末(平均粒径:45μm/太阳矿工株式会社制)
(d)MnS粉末(平均粒径:9μm/福田金属株式会社制)
(e)Fe-78%Mn粉末(平均粒径:10μm/福田金属株式会社制)
在本实施例中示出的组成,只要没有特别说明,就为相对于各原料粉末或混合粉末的整体的质量比例(质量%),单单地用“%”表示。各粉末的平均粒径采用激光衍射-散射式粒度分布测定装置(MT3300EX/日机装株式会社制)求出。再者,在各粉末中可很少量地含有在粒子表面不可避免地吸附或结合的氧(杂质)。
(2)混合工序
以成为表1(将试样C4和C5除外。)中所示的整体组成(Al当量、Mo当量)的方式称量、配合各原料粉末。将各配合粉末在V型混合器中混合1小时,从而得到各试样所对应的混合粉末。
(3)成型工序
将各混合粉末装入到聚氯乙烯管(PVC)中进行CIP成型,得到圆棒状的成型体(Φ16mm×150mm左右)。此时的成型压力设为4t/cm2(392MPa)。
(4)烧结工序
将各成型体在真空中(1×10-5torr)加热(1300℃×16小时)而使其烧结。直至达到烧结温度为止的升温速度设为约5℃/min,经过烧结时间后的冷却速度设为10℃/s。
(5)加工工序
进而,将各试样涉及的烧结体在大气气氛中进行了热加工(锻造)。加热温度设为1200℃,加工率设为56%。在此所说的加工率以截面缩小率(Aw/Ao)算出。Aw为加工后的截面面积,Ao为加工前的截面面积。
再者,热加工后的烧结体(加工品)在大气气氛中空冷而使其降温,在该空冷后完全不进行热处理。使用这样得到的各供试材料(坯料)进行了各种的测定和观察。
(6)熔炼材料(比较例)
表1所示的试样C4和试样C5,是将市售的熔炼材料(大同特殊钢株式会社制)原样地作为供试材料。
测定
(1)电特性(比电阻)
各试样的比电阻如图3所示那样求出。具体地说,首先,在从各供试材料制作出的棱柱体(3.014mm(t)×3.014mm(w)×20mm)上如以下那样形成了电极。将各棱柱体的中央部分(电压电极间(L):10mm)用掩蔽带掩蔽。在掩蔽后的两端部分和进一步靠外的其两外侧部分的4个部位(参照图3)卷绕端子线(银线:Φ0.20mm)。对卷绕了各端子线的部分和棱柱体的两端面分别涂布银糊(藤仓化成株式会社制,ドータイトD-550)。将涂布后的棱柱体在大气中进行100℃×12小时的加热而使其干燥。这样地准备了具备电流电极和电压电极的试件。
利用对各试件在室温域内采用直流四端子法测定出的电压值(V)及电流值(I)和试件(棱柱体)的截面形状(S=t×w)来算出各试样的比电阻(电阻率)(参照图3的式(1))。将这样得到的各试样的比电阻(测定值)一并示于表1中。
(2)机械特性(杨氏模量、抗拉强度、伸长率)
使用从供试材料制作出的圆棒拉伸试件(平行部直径:Φ2.4mm,标距(gauge)长度:14mm),利用自动绘图仪(株式会社岛津制作所制,AUTOGRAPH AG-1,50kN)来进行了拉伸试验。
拉伸试验在室温大气中以应变速度5×10-4/s来进行。基于由载荷-行程线图算出的应力-应变关系来求出各试样的各机械特性(参照JIS Z2241:2011),所述载荷-行程线图是在该拉伸试验中由测力传感器和视频引伸计获得的。将它们的结果一并示于表1中。再者,抗拉强度基于断裂时的载荷和试件的初始形状算出。伸长率是断裂时的试件的应变。
观察
(1)用SEM(Scanning Electron Microscope)观察了拉伸试验前的供试材料的组织。作为其一例,将试样2涉及的观察像(SEM像)示于图1A、图1B中。另外,将试样3涉及的SEM像示于图2中。再者,图1B和图2均显示了放大的岛状组织。
(2)将观察拉伸试验前的组织的SEM像用ImageJ进行图像解析,对各试样求出岛状组织的存在比例。将其结果一并示于表1中。
(3)X射线衍射
将拉伸试验前的组织进行了X射线衍射解析(XRD/Cu-Kα)。其结果可知:岛状组织为密排六方晶格结构的hcp组织,将其包围的基础(base)组织为体心立方晶格结构的bcc组织。
评价
(1)特性
由表1明确可知,Al当量和Mo当量均在规定范围、并且包含Fe和Mn的试样1~5的钛合金为高比电阻且高强度。
另外,如试样5那样不含S的钛合金,即使不实施热处理也为高比电阻、并且为高强度且高延展性。具体地说,该钛合金显现出1600MPa以上的抗拉强度、1%以上的伸长率,以更高维度兼备一般处于背反关系的强度和伸长率。
另一方面,Mo当量小的试样C1、C2,强度不充分。另外,Al当量小的试样C4、C5,至少比电阻不充分。另外,试样C3,Al当量和Mo当量在规定范围内,为高比电阻,但是,由于不包含Mn,因此强度(特别是屈服强度σ0.2)不充分。
(2)组织
由图1A和表1明确可知,试样1~5成为许多的岛状的hcp组织(仅称为“岛状组织”。)被bcc组织围绕的复合组织。另外,由图1B和图2也可知,岛状组织由针状或纤维状的(超)微细组织的集合体构成。由SEM像也可知各微细组织的最大长度为2μm以下、纵横比为5以上。
再者,通过实际加工确认出:试样1~4的钛合金,与试样C1~C5的钛合金相比,被切削性都优异。
由以上所述可知,Al当量和Mo当量均在规定范围、并且包含Fe和Mn的钛合金为高比电阻且高强度,适合于非磁性的电磁用构件(非磁性构件)。也可知:这样的钛合金成为微细的组织集合而成的hcp组织(岛状组织)分散于bcc组织中的特异的组织。
Figure BDA0003404898340000131

Claims (10)

1.一种非磁性构件,是在交变磁场中使用的非磁性构件,
具备钛合金,所述钛合金以相对于合金整体的质量比例计包含Al当量成为5.5~11的α相稳定化元素和Mo当量成为6~17的β相稳定化元素,在该β相稳定化元素中包含Fe和Mn。
2.根据权利要求1所述的非磁性构件,以相对于所述钛合金整体的质量比例计包含0.2~3%的所述Mn。
3.根据权利要求1或2所述的非磁性构件,所述钛合金以相对于其整体的质量比例计还包含0.1~1%的S。
4.根据权利要求1~3的任一项所述的非磁性构件,所述钛合金由在体心立方晶格结构组织中以岛状分布有密排六方晶格结构组织的复合组织构成,所述体心立方晶格结构组织称为bcc组织,所述密排六方晶格结构组织称为hcp组织。
5.根据权利要求4所述的非磁性构件,具有相对于所述复合组织整体为30~70体积%的所述hcp组织。
6.根据权利要求1~5的任一项所述的非磁性构件,所述钛合金的比电阻为2μΩm以上。
7.根据权利要求1~6的任一项所述的非磁性构件,所述钛合金的屈服强度σ0.2为1150MPa以上。
8.根据权利要求1~7的任一项所述的非磁性构件,所述钛合金由烧结材料构成。
9.一种非磁性构件的制造方法,是权利要求8所述的非磁性构件的制造方法,具备:
由粉末得到烧结体的烧结工序;和
使该烧结体成为与该非磁性构件对应的期望形状的加工工序,
在该加工工序后至少不实施固溶处理而得到所述钛合金。
10.根据权利要求9所述的非磁性构件的制造方法,所述粉末至少包含钼铁粉末和硫化锰粉末。
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Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06200341A (ja) * 1993-01-06 1994-07-19 Sumitomo Metal Ind Ltd 快削高剛性Ti合金
JPH09194969A (ja) * 1996-01-09 1997-07-29 Sumitomo Metal Ind Ltd 高強度チタン合金およびその製造方法
JP2004131761A (ja) * 2002-10-08 2004-04-30 Jfe Steel Kk チタン合金製ファスナー材の製造方法
JP2005089834A (ja) * 2003-09-18 2005-04-07 Nippon Steel Corp 電熱線用チタン合金及びその製造方法
JP2006183104A (ja) * 2004-12-28 2006-07-13 Aichi Steel Works Ltd 冷間加工性に優れた高強度チタン合金
CN101386932A (zh) * 2007-09-14 2009-03-18 大同特殊钢株式会社 低密度钛合金、高尔夫球头以及制造低密度钛合金部件的方法
JP2010216011A (ja) * 2009-02-19 2010-09-30 Nippon Steel Corp 低ヤング率を有する準安定β型チタン合金およびその製造方法
JP2012031476A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Kobe Steel Ltd 強度異方性に優れた高強度α+β型チタン合金板および高強度α+β型チタン合金板の製造方法
JP2012031475A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Kobe Steel Ltd 曲げ加工性および曲げ異方性に優れた高強度α+β型チタン合金板並びに高強度α+β型チタン合金板の製造方法
CN108842095A (zh) * 2018-05-22 2018-11-20 南京工业大学 低成本高强α+β钛合金及其制备方法
CN110396622A (zh) * 2019-07-30 2019-11-01 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种中强超高韧性钛合金及其制备方法
US20190338397A1 (en) * 2018-05-07 2019-11-07 Ati Properties Llc High Strength Titanium Alloys
JP2020043746A (ja) * 2018-09-14 2020-03-19 株式会社豊田中央研究所 非磁性部材とその製造方法および電動装置とその界磁子
CN111850346A (zh) * 2020-08-06 2020-10-30 西部金属材料股份有限公司 一种无需固溶时效处理的高强钛合金及其制备方法
CN112048640A (zh) * 2020-09-01 2020-12-08 北京无线电测量研究所 一种钛合金及其制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4731115A (en) * 1985-02-22 1988-03-15 Dynamet Technology Inc. Titanium carbide/titanium alloy composite and process for powder metal cladding
JP3056306B2 (ja) 1990-11-30 2000-06-26 株式会社豊田中央研究所 チタン基複合材料およびその製造方法
DE69909100T2 (de) 1998-07-21 2004-05-06 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho, Nagakute Kompositmaterial auf titanbasis, verfahren zu dessen herstellung und motorventil
JP2001339886A (ja) 2000-05-24 2001-12-07 Sumitomo Special Metals Co Ltd ロータおよびその製造方法、ならびに回転機
US6786985B2 (en) 2002-05-09 2004-09-07 Titanium Metals Corp. Alpha-beta Ti-Ai-V-Mo-Fe alloy
JP4264411B2 (ja) 2004-04-09 2009-05-20 新日本製鐵株式会社 高強度α+β型チタン合金
JP4259548B2 (ja) 2006-07-24 2009-04-30 トヨタ自動車株式会社 モータ用ロータおよびその製造方法
KR102539690B1 (ko) * 2018-11-15 2023-06-02 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 티타늄 합금 선재 및 티타늄 합금 선재의 제조 방법
KR102574153B1 (ko) * 2019-03-06 2023-09-06 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 봉재

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06200341A (ja) * 1993-01-06 1994-07-19 Sumitomo Metal Ind Ltd 快削高剛性Ti合金
JPH09194969A (ja) * 1996-01-09 1997-07-29 Sumitomo Metal Ind Ltd 高強度チタン合金およびその製造方法
JP2004131761A (ja) * 2002-10-08 2004-04-30 Jfe Steel Kk チタン合金製ファスナー材の製造方法
JP2005089834A (ja) * 2003-09-18 2005-04-07 Nippon Steel Corp 電熱線用チタン合金及びその製造方法
JP2006183104A (ja) * 2004-12-28 2006-07-13 Aichi Steel Works Ltd 冷間加工性に優れた高強度チタン合金
CN101386932A (zh) * 2007-09-14 2009-03-18 大同特殊钢株式会社 低密度钛合金、高尔夫球头以及制造低密度钛合金部件的方法
JP2010216011A (ja) * 2009-02-19 2010-09-30 Nippon Steel Corp 低ヤング率を有する準安定β型チタン合金およびその製造方法
JP2012031476A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Kobe Steel Ltd 強度異方性に優れた高強度α+β型チタン合金板および高強度α+β型チタン合金板の製造方法
JP2012031475A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Kobe Steel Ltd 曲げ加工性および曲げ異方性に優れた高強度α+β型チタン合金板並びに高強度α+β型チタン合金板の製造方法
US20190338397A1 (en) * 2018-05-07 2019-11-07 Ati Properties Llc High Strength Titanium Alloys
CN108842095A (zh) * 2018-05-22 2018-11-20 南京工业大学 低成本高强α+β钛合金及其制备方法
JP2020043746A (ja) * 2018-09-14 2020-03-19 株式会社豊田中央研究所 非磁性部材とその製造方法および電動装置とその界磁子
CN110396622A (zh) * 2019-07-30 2019-11-01 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种中强超高韧性钛合金及其制备方法
CN111850346A (zh) * 2020-08-06 2020-10-30 西部金属材料股份有限公司 一种无需固溶时效处理的高强钛合金及其制备方法
CN112048640A (zh) * 2020-09-01 2020-12-08 北京无线电测量研究所 一种钛合金及其制备方法

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Publication number Publication date
US20220186342A1 (en) 2022-06-16
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