JP2000080457A - チタン合金部材の硬化熱処理方法 - Google Patents
チタン合金部材の硬化熱処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】耐磨耗性や耐エロージョン性を改善するため、
製造効率よくチタン合金部材を部分的に硬化処理させる
ことが可能なチタン合金部材の硬化熱処理方法を提供す
る。 【解決手段】チタン合金からなる部材の部分的な硬化処
理において、前記チタン合金部材に対し、高周波加熱を
用いた溶体化処理を施す工程と、溶体化処理を施された
チタン合金部材に対し、高周波加熱を用いた時効処理を
施す工程とを備えたことを特徴とする、チタン合金部材
の硬化熱処理方法。
製造効率よくチタン合金部材を部分的に硬化処理させる
ことが可能なチタン合金部材の硬化熱処理方法を提供す
る。 【解決手段】チタン合金からなる部材の部分的な硬化処
理において、前記チタン合金部材に対し、高周波加熱を
用いた溶体化処理を施す工程と、溶体化処理を施された
チタン合金部材に対し、高周波加熱を用いた時効処理を
施す工程とを備えたことを特徴とする、チタン合金部材
の硬化熱処理方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波加熱を用い
た熱処理によるチタン合金部材の硬化熱処理方法に関す
る。
た熱処理によるチタン合金部材の硬化熱処理方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】チタン材は、最も広く使用されている構
造用材料であるステンレス鋼を含めた鋼材に比較して、
高耐食性で軽量且つ高強度であるため、厳しい腐食環境
下において耐久性を要求される場合や、回転・反復運動
をするような部材での慣性力によるエネルギーロスを最
小限に抑制することが望まれる場合、構造用材料として
使用されている。しかしながら、高耐食性とはいっても
エロージョンコロージョンが支配的な環境下では表面硬
化処理などの対策が必要であり、また擦過する部分では
チタン材はもともと活性な金属であって焼き付きを起こ
し易くやはり表面硬化処理が必要となる。
造用材料であるステンレス鋼を含めた鋼材に比較して、
高耐食性で軽量且つ高強度であるため、厳しい腐食環境
下において耐久性を要求される場合や、回転・反復運動
をするような部材での慣性力によるエネルギーロスを最
小限に抑制することが望まれる場合、構造用材料として
使用されている。しかしながら、高耐食性とはいっても
エロージョンコロージョンが支配的な環境下では表面硬
化処理などの対策が必要であり、また擦過する部分では
チタン材はもともと活性な金属であって焼き付きを起こ
し易くやはり表面硬化処理が必要となる。
【０００３】このような環境下において、ステンレス鋼
を含めた鋼材では硬質Ｃｒメッキや無電解Ｎｉメッキを
はじめとするメッキや、またはステライトなどの肉盛り
が可能であって、このような表面処理方法によって耐磨
耗性や耐エロージョン性などの対策を採ってきている。
ところがチタン材においては、チタンが貴な金属である
ためメッキをすることが困難であり、またＦｅ、Ｎｉ、
ＣｏやＣｒなどを基とする合金とは脆弱な金属間化合物
を形成し易く、これらの金属を肉盛りした場合には接合
界面に金属間化合物が形成され、処理した部材の使用中
にその硬化層が剥離したりするおそれがある。
を含めた鋼材では硬質Ｃｒメッキや無電解Ｎｉメッキを
はじめとするメッキや、またはステライトなどの肉盛り
が可能であって、このような表面処理方法によって耐磨
耗性や耐エロージョン性などの対策を採ってきている。
ところがチタン材においては、チタンが貴な金属である
ためメッキをすることが困難であり、またＦｅ、Ｎｉ、
ＣｏやＣｒなどを基とする合金とは脆弱な金属間化合物
を形成し易く、これらの金属を肉盛りした場合には接合
界面に金属間化合物が形成され、処理した部材の使用中
にその硬化層が剥離したりするおそれがある。
【０００４】このため、該環境下におけるチタン材の使
用に際しては、Ｍｏなどの溶射やＴｉＮなどの硬質層の
イオンプレーティングが行われている。これらは真空や
アルゴンガスなどの不活性雰囲気下において、チタンと
脆弱な金属間化合物を形成しない金属を溶融しながら吹
き付けたり、硬質の被膜を蒸着させる方法である。
用に際しては、Ｍｏなどの溶射やＴｉＮなどの硬質層の
イオンプレーティングが行われている。これらは真空や
アルゴンガスなどの不活性雰囲気下において、チタンと
脆弱な金属間化合物を形成しない金属を溶融しながら吹
き付けたり、硬質の被膜を蒸着させる方法である。
【０００５】また時効硬化能があるチタン合金では、溶
体化処理とその後の時効処理といった熱処理によって、
高硬度化を達成することが可能である。例えば、代表的
なβ型チタン合金であるＴｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ
−３Ｓｎ合金では、８００℃×１ｈｒ→水冷の溶体化処
理後の４８０〜５４０℃×１０〜２０ｈｒ→空冷の時効
処理によって、ビッカース硬度でＨＶ＝４２０〜４３０
程度、また代表的なα＋β型チタン合金であるＴｉ−６
Ａｌ−４Ｖ合金では、９５０℃×１ｈｒ→水冷の溶体化
処理後の４８０〜５１０℃×１〜６ｈｒ→空冷の時効処
理によって、ＨＶ＝４００程度の高硬度を達成可能であ
る。
体化処理とその後の時効処理といった熱処理によって、
高硬度化を達成することが可能である。例えば、代表的
なβ型チタン合金であるＴｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ
−３Ｓｎ合金では、８００℃×１ｈｒ→水冷の溶体化処
理後の４８０〜５４０℃×１０〜２０ｈｒ→空冷の時効
処理によって、ビッカース硬度でＨＶ＝４２０〜４３０
程度、また代表的なα＋β型チタン合金であるＴｉ−６
Ａｌ−４Ｖ合金では、９５０℃×１ｈｒ→水冷の溶体化
処理後の４８０〜５１０℃×１〜６ｈｒ→空冷の時効処
理によって、ＨＶ＝４００程度の高硬度を達成可能であ
る。
【０００６】さらに、チタン材同士の溶接は可能である
ため、時効硬化能を有するチタン合金を肉盛り溶接した
り、ＭＩＧやＴＩＧといった溶接方法にて接合すること
は可能である。時効硬化能を有するチタン材を部材に溶
接後、時効処理を施すことによって、その部分を硬化さ
せることが可能となり、この方法によって耐磨耗性や耐
エロージョン性を達成することも、試みられている。ま
た、溶体化−時効処理によって硬化させたチタン材を、
ＭＩＧやＴＩＧなどによって溶接する方法も行われてい
る。
ため、時効硬化能を有するチタン合金を肉盛り溶接した
り、ＭＩＧやＴＩＧといった溶接方法にて接合すること
は可能である。時効硬化能を有するチタン材を部材に溶
接後、時効処理を施すことによって、その部分を硬化さ
せることが可能となり、この方法によって耐磨耗性や耐
エロージョン性を達成することも、試みられている。ま
た、溶体化−時効処理によって硬化させたチタン材を、
ＭＩＧやＴＩＧなどによって溶接する方法も行われてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、耐磨耗
性や耐エロージョン性を達成するために不活性雰囲気下
での処理が必須となる溶射やイオンプレーティングなど
の表面処理方法を採用する場合、不活性雰囲気とするた
めのチャンバーなどの隔離された部屋に被処理物を挿入
しなければならず、被処理物が大型となった場合には現
実的には不可能な処理方法である。
性や耐エロージョン性を達成するために不活性雰囲気下
での処理が必須となる溶射やイオンプレーティングなど
の表面処理方法を採用する場合、不活性雰囲気とするた
めのチャンバーなどの隔離された部屋に被処理物を挿入
しなければならず、被処理物が大型となった場合には現
実的には不可能な処理方法である。
【０００８】また、時効硬化能を有するチタン合金を部
材の素材として用い、溶体化−時効処理によって硬化さ
せる場合には、部材全体が硬化されてしまう。擦過され
る部分やエロージョンを受ける部分は部材の一部分であ
ることが殆どで、また部材としては耐磨耗性や耐エロー
ジョン性の他に延性や靭性などの特性も要求されるた
め、部材全体を硬化してしまった場合には、耐磨耗性や
耐エロージョン性の観点では対応をとることが可能であ
っても、部材本体に要求される延靭性などの特性を満足
させることが不可能となる。さらに、溶体化処理時には
水冷などの急速冷却をするため、部材に熱歪みが発生
し、その歪みを矯正する付加的な工程も必要となり、作
業効率や製造コストの面においても不都合が生じる。ま
たさらに、通常時効処理では短くて１ｈｒ、長い場合に
は１０〜２０ｈｒの時効処理時間が必要であり、処理に
長時間を要するという不都合もある。
材の素材として用い、溶体化−時効処理によって硬化さ
せる場合には、部材全体が硬化されてしまう。擦過され
る部分やエロージョンを受ける部分は部材の一部分であ
ることが殆どで、また部材としては耐磨耗性や耐エロー
ジョン性の他に延性や靭性などの特性も要求されるた
め、部材全体を硬化してしまった場合には、耐磨耗性や
耐エロージョン性の観点では対応をとることが可能であ
っても、部材本体に要求される延靭性などの特性を満足
させることが不可能となる。さらに、溶体化処理時には
水冷などの急速冷却をするため、部材に熱歪みが発生
し、その歪みを矯正する付加的な工程も必要となり、作
業効率や製造コストの面においても不都合が生じる。ま
たさらに、通常時効処理では短くて１ｈｒ、長い場合に
は１０〜２０ｈｒの時効処理時間が必要であり、処理に
長時間を要するという不都合もある。
【０００９】さらに、肉盛りやその他の溶接による時効
処理によって高硬度化するチタン材或いは高硬度化した
チタン材を張り付ける場合には、その接合部近傍の本体
では熱影響によって組織変化が生じ、やはり延性の劣化
という問題が生じる。
処理によって高硬度化するチタン材或いは高硬度化した
チタン材を張り付ける場合には、その接合部近傍の本体
では熱影響によって組織変化が生じ、やはり延性の劣化
という問題が生じる。
【００１０】以上のように、表面処理、従来の溶体化−
時効処理或いは溶接・溶着といったこれまでの耐磨耗性
や耐エロージョン性を改善する方法においては、現実
性、製造効率、部材の特性面において、数々の課題を有
している。
時効処理或いは溶接・溶着といったこれまでの耐磨耗性
や耐エロージョン性を改善する方法においては、現実
性、製造効率、部材の特性面において、数々の課題を有
している。
【００１１】本発明の目的は、上記の問題点を解決する
ために、耐磨耗性や耐エロージョン性を改善するため、
製造効率よくチタン合金部材を部分的に硬化処理させる
ことが可能なチタン合金部材の硬化熱処理方法を提供す
ることにある。
ために、耐磨耗性や耐エロージョン性を改善するため、
製造効率よくチタン合金部材を部分的に硬化処理させる
ことが可能なチタン合金部材の硬化熱処理方法を提供す
ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。 （１）本発明の方法は、チタン合金からなる部材の部分
的な硬化処理において、 前記チタン合金部材に対し、
高周波加熱を用いた溶体化処理を施す工程と、溶体化処
理を施されたチタン合金部材に対し、高周波加熱を用い
た時効処理を施す工程と、を備えたことを特徴とするチ
タン合金部材の硬化熱処理方法である。
達成するために、本発明は以下に示す手段を用いてい
る。 （１）本発明の方法は、チタン合金からなる部材の部分
的な硬化処理において、 前記チタン合金部材に対し、
高周波加熱を用いた溶体化処理を施す工程と、溶体化処
理を施されたチタン合金部材に対し、高周波加熱を用い
た時効処理を施す工程と、を備えたことを特徴とするチ
タン合金部材の硬化熱処理方法である。
【００１３】（２）本発明の方法は、前記高周波加熱を
用いた溶体化処理工程と時効処理工程とを備えたチタン
合金部材の部分硬化処理方法において、前記溶体化処理
工程の昇温速度は５℃／秒以上で溶体化処理温度はＴβ
（β変態点）以上であり、且つ前記時効処理工程の昇温
速度は５℃／秒以上として時効処理温度は４００〜６０
０℃で、時効処理時間は１〜１０分であり、少なくとも
硬さがビッカース硬度で４４０ＨＶ以上であることを特
徴とする、上記（１）に記載のチタン合金部材の硬化熱
処理方法である。
用いた溶体化処理工程と時効処理工程とを備えたチタン
合金部材の部分硬化処理方法において、前記溶体化処理
工程の昇温速度は５℃／秒以上で溶体化処理温度はＴβ
（β変態点）以上であり、且つ前記時効処理工程の昇温
速度は５℃／秒以上として時効処理温度は４００〜６０
０℃で、時効処理時間は１〜１０分であり、少なくとも
硬さがビッカース硬度で４４０ＨＶ以上であることを特
徴とする、上記（１）に記載のチタン合金部材の硬化熱
処理方法である。
【００１４】（３）本発明の方法は、硬化されるチタン
合金部材の化学成分として、少なくとも重量％で、Ａ
ｌ：４〜５％と、Ｖ：２．５〜３．５％と、Ｍｏ：１．
８〜２．２％、と、Ｆｅ：１．７〜２．３％と、Ｏ：
０．１５％以下とを含有していることを特徴とする、上
記（１）または（２）に記載のチタン合金部材の硬化熱
処理方法である。
合金部材の化学成分として、少なくとも重量％で、Ａ
ｌ：４〜５％と、Ｖ：２．５〜３．５％と、Ｍｏ：１．
８〜２．２％、と、Ｆｅ：１．７〜２．３％と、Ｏ：
０．１５％以下とを含有していることを特徴とする、上
記（１）または（２）に記載のチタン合金部材の硬化熱
処理方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、前記課題を解決するた
めになされたもので、耐磨耗性や耐エロージョン性など
部分的な硬化処理が必要とされる場合の処理方法につい
て詳細な検討を行った結果、チタン合金部材に対し、部
分的に高周波加熱を用いた溶体化処理及び時効処理を行
うことが有効であるという知見を得た。
めになされたもので、耐磨耗性や耐エロージョン性など
部分的な硬化処理が必要とされる場合の処理方法につい
て詳細な検討を行った結果、チタン合金部材に対し、部
分的に高周波加熱を用いた溶体化処理及び時効処理を行
うことが有効であるという知見を得た。
【００１６】この知見に基づき本発明者らは、化学成分
を特定したチタン合金部材に対して部分的に施す、高周
波加熱を用いた溶体化処理条件及び時効処理条件を一定
範囲内に制御するようにして、耐磨耗性や耐エロージョ
ン性を改善するため、製造効率よくチタン合金部材を部
分的に硬化処理させることが可能なチタン合金部材の硬
化熱処理方法を見出し、本発明を完成させた。以下に本
発明の実施の形態について説明する。
を特定したチタン合金部材に対して部分的に施す、高周
波加熱を用いた溶体化処理条件及び時効処理条件を一定
範囲内に制御するようにして、耐磨耗性や耐エロージョ
ン性を改善するため、製造効率よくチタン合金部材を部
分的に硬化処理させることが可能なチタン合金部材の硬
化熱処理方法を見出し、本発明を完成させた。以下に本
発明の実施の形態について説明する。
【００１７】本発明は、チタン合金からなる部材の部分
的な硬化処理において、高周波加熱を用いた急速加熱の
溶体化処理及び時効処理を行うことを特徴とするチタン
合金の硬化処理方法である。硬化させたい部分の形状に
合致させた高周波加熱コイル等を用いることにより、必
要な部分のみを該硬化処理することが可能となる。本発
明においては、溶体化処理、ならびに溶体化処理に引き
統き行われる時効処理においても、高周波加熱を用いた
急速加熱処理を行う。これによって時効時の昇温過程で
の析出を制御することが可能となり、極めて短時間の時
効処理にて高硬度を達成することが可能となる。
的な硬化処理において、高周波加熱を用いた急速加熱の
溶体化処理及び時効処理を行うことを特徴とするチタン
合金の硬化処理方法である。硬化させたい部分の形状に
合致させた高周波加熱コイル等を用いることにより、必
要な部分のみを該硬化処理することが可能となる。本発
明においては、溶体化処理、ならびに溶体化処理に引き
統き行われる時効処理においても、高周波加熱を用いた
急速加熱処理を行う。これによって時効時の昇温過程で
の析出を制御することが可能となり、極めて短時間の時
効処理にて高硬度を達成することが可能となる。
【００１８】その際の溶体化処理条件として、溶体化処
理の温度はＴβ（β変態点）以上である。これによっ
て、その後の時効処理にて高硬度を達成するために析出
物を再固溶させ、かつ過飽和の状態を達成することがで
きる。さらに溶体化処理時の昇温速度が５℃／秒以上で
あるため、β域での滞留時間が短く、比較的細かなβ粒
径となるので、時効後の延性低下も小さい。加えてその
後の時効処理条件として、熱処理時の昇温速度は５℃／
秒以上であり、かつ時効処理の温度は４００〜６００℃
で、かつ時効処理の時間は１〜１０分である。昇温速度
を５℃／秒以上とすることによって、時効時の昇温過程
での析出を抑制することが可能となり、かつ短時間で高
硬度を達成することが可能となる。また、時効温度が４
００℃未満や時効時間が１分未満では充分な時効が達成
されず高硬度が得られず、逆に時効温度が６００℃より
高温では時効析出物が粗大となりやはり高硬度が得られ
ず、また時効時間が１０分より長時間では高周波加熱を
用いた熱処理であるので単品での処理となるため、作業
効率の面で不都合が生じる。
理の温度はＴβ（β変態点）以上である。これによっ
て、その後の時効処理にて高硬度を達成するために析出
物を再固溶させ、かつ過飽和の状態を達成することがで
きる。さらに溶体化処理時の昇温速度が５℃／秒以上で
あるため、β域での滞留時間が短く、比較的細かなβ粒
径となるので、時効後の延性低下も小さい。加えてその
後の時効処理条件として、熱処理時の昇温速度は５℃／
秒以上であり、かつ時効処理の温度は４００〜６００℃
で、かつ時効処理の時間は１〜１０分である。昇温速度
を５℃／秒以上とすることによって、時効時の昇温過程
での析出を抑制することが可能となり、かつ短時間で高
硬度を達成することが可能となる。また、時効温度が４
００℃未満や時効時間が１分未満では充分な時効が達成
されず高硬度が得られず、逆に時効温度が６００℃より
高温では時効析出物が粗大となりやはり高硬度が得られ
ず、また時効時間が１０分より長時間では高周波加熱を
用いた熱処理であるので単品での処理となるため、作業
効率の面で不都合が生じる。
【００１９】さらに、硬化されるチタン合金として、そ
の化学組成が少なくとも重量％にてＡｌを４〜５％、Ｖ
を２．５〜３．５％、Ｍｏを１．８〜２．２％、Ｆｅを
１．７〜２．３％、Ｏを０．１５％以下含有しているチ
タン合金である。当組成とすることで、急速加熱による
極短時間での溶体化−時効処理による高硬度化を一層容
易に達成することが可能となる。
の化学組成が少なくとも重量％にてＡｌを４〜５％、Ｖ
を２．５〜３．５％、Ｍｏを１．８〜２．２％、Ｆｅを
１．７〜２．３％、Ｏを０．１５％以下含有しているチ
タン合金である。当組成とすることで、急速加熱による
極短時間での溶体化−時効処理による高硬度化を一層容
易に達成することが可能となる。
【００２０】チタン合金において、Ａｌ及びＯはα相を
安定化させるのに必須の元素であり、またＡｌが４％未
満では強度への充分な寄与がなく、逆にＡｌが５％越
え、Ｏが０．１５％越えでは延靭性が劣化するので望ま
しくない。またＶ、Ｍｏ及びＦｅはβ相を安定化させる
元素であり、Ｖが２．５％未満では充分にβ相が安定せ
ず、３．５％越えではβ相が安定しすぎて溶体化−極短
時間の時効処理にて充分な高硬度化が達成できない。Ｍ
ｏ及びＦｅはそれぞれ１．８％、１．７％未満では充分
にβ相が安定せず、それぞれ２．２％、２．３％越えで
はβ相が安定しすぎて溶体化−極短時間の時効処理にて
充分な高硬度化が達成できない。このため、高周波加熱
による急速加熱の溶体化−時効処理において、その素材
を少なくとも重量％にてＡｌを４〜５％、Ｖを２．５〜
３．５％、Ｍｏを１．８〜２．２％、Ｆｅを１．７〜
２．３％、Ｏを０．１５％以下含有しているチタン合金
である。以下に、本発明の実施例を挙げ、本発明の効果
を立証する。
安定化させるのに必須の元素であり、またＡｌが４％未
満では強度への充分な寄与がなく、逆にＡｌが５％越
え、Ｏが０．１５％越えでは延靭性が劣化するので望ま
しくない。またＶ、Ｍｏ及びＦｅはβ相を安定化させる
元素であり、Ｖが２．５％未満では充分にβ相が安定せ
ず、３．５％越えではβ相が安定しすぎて溶体化−極短
時間の時効処理にて充分な高硬度化が達成できない。Ｍ
ｏ及びＦｅはそれぞれ１．８％、１．７％未満では充分
にβ相が安定せず、それぞれ２．２％、２．３％越えで
はβ相が安定しすぎて溶体化−極短時間の時効処理にて
充分な高硬度化が達成できない。このため、高周波加熱
による急速加熱の溶体化−時効処理において、その素材
を少なくとも重量％にてＡｌを４〜５％、Ｖを２．５〜
３．５％、Ｍｏを１．８〜２．２％、Ｆｅを１．７〜
２．３％、Ｏを０．１５％以下含有しているチタン合金
である。以下に、本発明の実施例を挙げ、本発明の効果
を立証する。
【００２１】
【実施例】（実施例１）図１に示すφ８ｍｍ×１００ｍ
ｍ長の形状を有する部材を硬化処理するため、高周波加
熱を用いた急速加熱による溶体化及び時効処理による硬
化処理を施した。溶体化後の冷却にはＨｅガス冷却を用
いた（冷却速度：２０℃／秒）。表１にはその際の条件
と合わせて、図１に示す硬化処理後の部材の特性を示す
（Ａ０２，Ａ０４，Ａ０５，Ａ０７，Ａ０８：本発明
例、Ａ０１，Ａ０３，Ａ０６，Ａ０９：比較例）。なお
本実施例においては、チタン合金部材の素材として２相
のα＋β型Ｔｉ合金であるＡＭＳ４８９９（公称組成：
Ｔｉ−４．５％Ａｌ−３％Ｖ−２％Ｍｏ−２％Ｆｅ合
金、β変態点：９００℃）を用いた。
ｍ長の形状を有する部材を硬化処理するため、高周波加
熱を用いた急速加熱による溶体化及び時効処理による硬
化処理を施した。溶体化後の冷却にはＨｅガス冷却を用
いた（冷却速度：２０℃／秒）。表１にはその際の条件
と合わせて、図１に示す硬化処理後の部材の特性を示す
（Ａ０２，Ａ０４，Ａ０５，Ａ０７，Ａ０８：本発明
例、Ａ０１，Ａ０３，Ａ０６，Ａ０９：比較例）。なお
本実施例においては、チタン合金部材の素材として２相
のα＋β型Ｔｉ合金であるＡＭＳ４８９９（公称組成：
Ｔｉ−４．５％Ａｌ−３％Ｖ−２％Ｍｏ−２％Ｆｅ合
金、β変態点：９００℃）を用いた。
【００２２】表１より明らかなように、高周波加熱を用
いた溶体化及び時効処理において、本発明の範囲内であ
る溶体化処理時の昇温速度が５℃／秒以上、溶体化処理
温度がＴβ（β変態点）以上であれば、その後時効処理
によりＨＶ＝４４０以上の高硬度が達成可能である。ま
た、前記溶体化処理に引き続いた時効処理において、本
発明の範囲内である時効処理時の昇温速度が５℃／秒以
上、時効温度が４００〜６００℃、時効時間が１〜１０
分であれば、ＨＶ＝４４０以上の高硬度が達成可能であ
る。さらに溶体化時の昇温速度が本発明範囲内の５℃／
秒以上であるため、β域での滞留時間が短く、比較的細
かなβ粒径となるので、高硬度化された部分から採取さ
れた引張試験片による引張試験での伸びが３％以上あ
り、本発明（本発明例Ａ０２，Ａ０４，Ａ０５，Ａ０
７，Ａ０８）によれば高硬度を達成し且つ実用上充分な
延性も確保することが可能となる。
いた溶体化及び時効処理において、本発明の範囲内であ
る溶体化処理時の昇温速度が５℃／秒以上、溶体化処理
温度がＴβ（β変態点）以上であれば、その後時効処理
によりＨＶ＝４４０以上の高硬度が達成可能である。ま
た、前記溶体化処理に引き続いた時効処理において、本
発明の範囲内である時効処理時の昇温速度が５℃／秒以
上、時効温度が４００〜６００℃、時効時間が１〜１０
分であれば、ＨＶ＝４４０以上の高硬度が達成可能であ
る。さらに溶体化時の昇温速度が本発明範囲内の５℃／
秒以上であるため、β域での滞留時間が短く、比較的細
かなβ粒径となるので、高硬度化された部分から採取さ
れた引張試験片による引張試験での伸びが３％以上あ
り、本発明（本発明例Ａ０２，Ａ０４，Ａ０５，Ａ０
７，Ａ０８）によれば高硬度を達成し且つ実用上充分な
延性も確保することが可能となる。
【００２３】しかしながら、溶体処理温度が本発明範囲
外のＴβ（β変態点）未満（比較例Ａ０１）では、次工
程での時効での析出物を再固溶させ過飽和の状態にする
ことが充分ではなく硬度上昇はあるものの、充分な高硬
度を達成することができなかった。また、溶体化処理時
の昇温速度が本発明範囲外の５℃／秒未満（比較例Ａ０
３，Ａ０６）では、β組織の粗大化のため延性が３％未
満となった。さらに時効処理時の昇温速度が本発明範囲
外の５℃／秒未満（比較例Ａ０９）では時効温度に昇温
中の析出を抑制することができず、短時間時効にて高硬
度を達成できず、時効温度が４００℃未満（比較例Ａ０
１）や時効時間が１分未満（比較例Ａ０３）では時効が
充分に進まず、時効処理によって高硬度が達成できなか
った。時効温度が６００℃より高温（比較例Ａ０９）で
は時効が進みすぎ、極めて短時間で過時効の状態にな
り、高硬度を達成できなかった。
外のＴβ（β変態点）未満（比較例Ａ０１）では、次工
程での時効での析出物を再固溶させ過飽和の状態にする
ことが充分ではなく硬度上昇はあるものの、充分な高硬
度を達成することができなかった。また、溶体化処理時
の昇温速度が本発明範囲外の５℃／秒未満（比較例Ａ０
３，Ａ０６）では、β組織の粗大化のため延性が３％未
満となった。さらに時効処理時の昇温速度が本発明範囲
外の５℃／秒未満（比較例Ａ０９）では時効温度に昇温
中の析出を抑制することができず、短時間時効にて高硬
度を達成できず、時効温度が４００℃未満（比較例Ａ０
１）や時効時間が１分未満（比較例Ａ０３）では時効が
充分に進まず、時効処理によって高硬度が達成できなか
った。時効温度が６００℃より高温（比較例Ａ０９）で
は時効が進みすぎ、極めて短時間で過時効の状態にな
り、高硬度を達成できなかった。
【００２４】
【表１】
【００２５】（実施例２）実施例１と同様に図１に示す
φ８ｍｍ×１００ｍｍ長の形状を有する部材（各種チタ
ン合金）を硬化処理するため、高周波加熱を用いた急速
加熱による溶体化及び時効処理による硬化処理を施し
た。
φ８ｍｍ×１００ｍｍ長の形状を有する部材（各種チタ
ン合金）を硬化処理するため、高周波加熱を用いた急速
加熱による溶体化及び時効処理による硬化処理を施し
た。
【００２６】図２に、各種チタン合金の短時間側からの
時効曲線を示す。チタン合金の化学組成が本発明の範囲
内であるＴｉ−４．５％Ａｌ−３％Ｖ−２％Ｍｏ−２％
Ｆｅ合金では、極短時間での時効処理による高硬度化
（４４０ＨＶ以上）が可能であった。
時効曲線を示す。チタン合金の化学組成が本発明の範囲
内であるＴｉ−４．５％Ａｌ−３％Ｖ−２％Ｍｏ−２％
Ｆｅ合金では、極短時間での時効処理による高硬度化
（４４０ＨＶ以上）が可能であった。
【００２７】一方、チタン合金の化学組成が本発明の範
囲外であるＴｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ合金及びＴｉ−１５
％Ｖ−３％Ａｌ−３％Ｃｒ−３％Ｓｎ合金では、いずれ
も極短時間での時効処理による高硬度化が達成されてい
ない。
囲外であるＴｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ合金及びＴｉ−１５
％Ｖ−３％Ａｌ−３％Ｃｒ−３％Ｓｎ合金では、いずれ
も極短時間での時効処理による高硬度化が達成されてい
ない。
【００２８】（実施例３）図３に示す８ｍｍ厚×２００
ｍｍ幅×１０００ｍｍ長の形状を有する部材において、
長さ方向中央部の２０ｍｍ幅×２０ｍｍ長の部分を硬化
処理するため、高周波加熱を用いた急速加熱による極短
時間の溶体化及び時効処理による硬化処理を施した。溶
体化処理の条件は、本発明範囲内の１０℃／秒の昇温速
度にて９５０℃まで昇温しファン冷却後、１０℃／秒の
昇温速度にて昇温し５００℃×５分→空冷の時効処理を
施した。ファン冷却時の冷却速度は、非熱処理部への抜
熱のため、水冷並の３０℃／秒であったが、非熱処理部
に拘束されていたため、冷却歪は生じなかった。なお本
実施例においては、チタン合金部材の素材として２相の
α＋β型Ｔｉ合金であるＡＭＳ４８９９（公称組成：Ｔ
ｉ−４．５％Ａｌ−３％Ｖ−２％Ｍｏ−２％Ｆｅ合金、
β変態点：９００℃）を用いた。また図３に示す部材の
位置Ａの部分は硬化処理が必要な部分であり、位置Ｂの
部分は硬化処理が必要ではない部分である。
ｍｍ幅×１０００ｍｍ長の形状を有する部材において、
長さ方向中央部の２０ｍｍ幅×２０ｍｍ長の部分を硬化
処理するため、高周波加熱を用いた急速加熱による極短
時間の溶体化及び時効処理による硬化処理を施した。溶
体化処理の条件は、本発明範囲内の１０℃／秒の昇温速
度にて９５０℃まで昇温しファン冷却後、１０℃／秒の
昇温速度にて昇温し５００℃×５分→空冷の時効処理を
施した。ファン冷却時の冷却速度は、非熱処理部への抜
熱のため、水冷並の３０℃／秒であったが、非熱処理部
に拘束されていたため、冷却歪は生じなかった。なお本
実施例においては、チタン合金部材の素材として２相の
α＋β型Ｔｉ合金であるＡＭＳ４８９９（公称組成：Ｔ
ｉ−４．５％Ａｌ−３％Ｖ−２％Ｍｏ−２％Ｆｅ合金、
β変態点：９００℃）を用いた。また図３に示す部材の
位置Ａの部分は硬化処理が必要な部分であり、位置Ｂの
部分は硬化処理が必要ではない部分である。
【００２９】当実施例に示す高周波加熱を用いた急速加
熱による極短時間の溶体化及び時効処理による部分硬化
処理においては、位置Ａの部分は処理前の素材に比較し
て大きく硬度が上昇しており、充分に溶体化−時効処理
による硬化処理の効果が得られている。また硬化処理が
必要とされない位置Ｂにおいては硬度上昇がほとんどな
く、延性も保持されている。また時効処理の時間も短
く、作業効率面でも良好である。さらに熱処理を受ける
部分が硬化処理が必要な部分のみであり、且つ熱処理も
短時間であるため、熱処理後の部材の表面手入れについ
ても省略ないし著しい簡略化が可能であった。
熱による極短時間の溶体化及び時効処理による部分硬化
処理においては、位置Ａの部分は処理前の素材に比較し
て大きく硬度が上昇しており、充分に溶体化−時効処理
による硬化処理の効果が得られている。また硬化処理が
必要とされない位置Ｂにおいては硬度上昇がほとんどな
く、延性も保持されている。また時効処理の時間も短
く、作業効率面でも良好である。さらに熱処理を受ける
部分が硬化処理が必要な部分のみであり、且つ熱処理も
短時間であるため、熱処理後の部材の表面手入れについ
ても省略ないし著しい簡略化が可能であった。
【００３０】以上のような実施例により、チタン合金か
らなる部材の部分的な硬化処理において、高周波加熱を
用いた急速加熱による極短時間の溶体化処理及び時効処
理を行うことによって、効率よくチタン合金の硬化処理
が可能となるとともに、母材部分の材料特性を劣化させ
ず、さらに硬化処理が施された部分においても実用上充
分な延性を保持することが達成可能となる。また、その
高周波加熱を用いたチタン合金の部分硬化処理の条件と
しては、溶体化処理のための熱処理温度をＴβ（β変態
点）以上でさらに溶体化処理時の昇温速度を５℃／秒以
上とし、且つ時効処理のための熱処理時の昇温速度を５
℃／秒以上として時効処理の温度を４００〜６００℃
で、時効処理の時間を１〜１０分とし、少なくとも硬さ
がビッカース硬度で４４０以上であることが望ましい。
さらに、高硬度化されるチタン合金部材を形成するチタ
ン材の化学組成としては、重量％にてＡｌを４〜５％、
Ｖを２．５〜３．５％、Ｍｏを１．８〜２．２％、Ｆｅ
を１．７〜２．３％、Ｏを０．１５％以下含有している
ことが望ましい。
らなる部材の部分的な硬化処理において、高周波加熱を
用いた急速加熱による極短時間の溶体化処理及び時効処
理を行うことによって、効率よくチタン合金の硬化処理
が可能となるとともに、母材部分の材料特性を劣化させ
ず、さらに硬化処理が施された部分においても実用上充
分な延性を保持することが達成可能となる。また、その
高周波加熱を用いたチタン合金の部分硬化処理の条件と
しては、溶体化処理のための熱処理温度をＴβ（β変態
点）以上でさらに溶体化処理時の昇温速度を５℃／秒以
上とし、且つ時効処理のための熱処理時の昇温速度を５
℃／秒以上として時効処理の温度を４００〜６００℃
で、時効処理の時間を１〜１０分とし、少なくとも硬さ
がビッカース硬度で４４０以上であることが望ましい。
さらに、高硬度化されるチタン合金部材を形成するチタ
ン材の化学組成としては、重量％にてＡｌを４〜５％、
Ｖを２．５〜３．５％、Ｍｏを１．８〜２．２％、Ｆｅ
を１．７〜２．３％、Ｏを０．１５％以下含有している
ことが望ましい。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、熱
処理条件及びチタン合金組成を特定することにより、効
率よくチタン合金の硬化処理が達成可能となり、工業上
有用な効果がもたらされる。
処理条件及びチタン合金組成を特定することにより、効
率よくチタン合金の硬化処理が達成可能となり、工業上
有用な効果がもたらされる。
【図１】実施例１及び２に係る被硬化物と熱処理の状況
を示す図。
を示す図。
【図２】実施例２に係るチタン合金の時効曲線を示す
図。
図。
【図３】実施例３に係る被硬化物と熱処理の状況を示す
図。
図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９１ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９１Ａ ６９１Ｂ ６９１Ｃ (72)発明者 高橋 和秀 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 加藤 彰 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 大内 千秋 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 チタン合金からなる部材の部分的な硬化
処理において、 前記チタン合金部材に対し、高周波加熱を用いた溶体化
処理を施す工程と、 溶体化処理を施されたチタン合金部材に対し、高周波加
熱を用いた時効処理を施す工程と、 を備えたことを特徴とするチタン合金部材の硬化熱処理
方法。 - 【請求項２】 前記高周波加熱を用いた溶体化処理工程
と時効処理工程とを備えたチタン合金部材の部分硬化処
理方法において、 前記溶体化処理工程の昇温速度は５℃／秒以上で溶体化
処理温度はＴβ以上であり、且つ前記時効処理工程の昇
温速度は５℃／秒以上として時効処理温度は４００〜６
００℃で、時効処理時間は１〜１０分であり、少なくと
も硬さがビッカース硬度で４４０ＨＶ以上であることを
特徴とする、請求項１に記載のチタン合金部材の硬化熱
処理方法。 - 【請求項３】 硬化されるチタン合金部材の化学成分と
して、少なくとも重量％で、Ａｌ：４〜５％と、Ｖ：
２．５〜３．５％と、Ｍｏ：１．８〜２．２％、と、Ｆ
ｅ：１．７〜２．３％と、Ｏ：０．１５％以下とを含有
していることを特徴とする、請求項１または２に記載の
チタン合金部材の硬化熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24846698A JP3736135B2 (ja) | 1998-09-02 | 1998-09-02 | チタン合金部材の硬化熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24846698A JP3736135B2 (ja) | 1998-09-02 | 1998-09-02 | チタン合金部材の硬化熱処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000080457A true JP2000080457A (ja) | 2000-03-21 |
| JP3736135B2 JP3736135B2 (ja) | 2006-01-18 |
Family
ID=17178569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24846698A Expired - Fee Related JP3736135B2 (ja) | 1998-09-02 | 1998-09-02 | チタン合金部材の硬化熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3736135B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114934247A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-08-23 | 贵州大学 | 一种适用于规则轮廓tc4钛合金的表面高频感应处理硬化方法 |
| CN115740500A (zh) * | 2022-12-06 | 2023-03-07 | 上海祉元社企业管理合伙企业(有限合伙) | 一种3d打印制造含易偏析元素高强钛合金的方法 |
-
1998
- 1998-09-02 JP JP24846698A patent/JP3736135B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114934247A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-08-23 | 贵州大学 | 一种适用于规则轮廓tc4钛合金的表面高频感应处理硬化方法 |
| CN114934247B (zh) * | 2022-03-30 | 2023-06-30 | 贵州大学 | 一种适用于规则轮廓tc4钛合金的表面高频感应处理硬化方法 |
| CN115740500A (zh) * | 2022-12-06 | 2023-03-07 | 上海祉元社企业管理合伙企业(有限合伙) | 一种3d打印制造含易偏析元素高强钛合金的方法 |
| CN115740500B (zh) * | 2022-12-06 | 2023-10-24 | 上海祉元社企业管理合伙企业(有限合伙) | 一种3d打印制造含易偏析元素高强钛合金的方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3736135B2 (ja) | 2006-01-18 |
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