JP2001107163A - 粒子分散型Ti合金の製造方法 - Google Patents

粒子分散型Ti合金の製造方法

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JP2001107163A
JP2001107163A JP28093699A JP28093699A JP2001107163A JP 2001107163 A JP2001107163 A JP 2001107163A JP 28093699 A JP28093699 A JP 28093699A JP 28093699 A JP28093699 A JP 28093699A JP 2001107163 A JP2001107163 A JP 2001107163A
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powder
dispersed
tib
particle
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Akira Horata
亮 洞田
Takao Okochi
敬雄 大河内
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】TiB粒子の分散性が良い、疲労強度に優れた
粒子分散型Ti合金を得ることができる粒子分散型Ti
合金の製造方法を提供する。 【解決手段】TiB粒子を分散させた粒子分散型Ti合
金の製造方法であって、所望のTi合金よりもTi含有
量が低いTi含有合金元素粉末、或は所望のTi合金よ
りもTi含有量及びTi以外の合金元素のうちで一部の
合金元素含有量が低いTi含有合金元素粉末と、不足分
のTi粉末と、必要な場合にはTi以外の不足分の合金
元素粉末と、所要量のTiB2粉末とを混合し、焼結し
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は粒子分散型Ti合金
の製造方法に関する。Ti合金中にTiB(硼化チタ
ン)粒子を分散させると、疲労強度やヤング率等が高く
なることが知られている。本発明はかかるTiB粒子を
分散させた粒子分散型Ti合金の製造方法の改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、TiB粒子を分散させた粒子分散
型Ti合金の製造方法として、Ti以外の合金元素粉末
と、Ti粉末と、所要量のTiB2粉末とを混合し、焼
結することが行なわれている(特開平5−17121
4)。この場合、Ti以外の合金元素粉末及びTi粉末
の各混合量は、これらによって所望のTi合金が得られ
る量である。ところが、かかる従来法には、得られる粒
子分散型Ti合金中におけるTiB粒子の分散性が悪い
という問題がある。混合したTiB2粉末は、焼結時
に、TiB2+Ti→2TiBの反応により、Ti粉末
中にTiB粒子を生成するが、Ti以外の合金元素粉末
中にはTiB粒子を生成しないので、結果として得られ
る粒子分散型Ti合金中におけるTiB粒子の分散性が
悪いのである。TiB粒子の分散性が悪いと、そのよう
な粒子分散型Ti合金は疲労強度が劣る。
【0003】上記のようなTiB粒子の分散性に関する
問題を改善するため、混合するTi以外の合金元素粉末
をより微細化することも考えられるが、このようにして
も、Ti以外の合金元素粉末中にTiB粒子が生成しな
いという本質的な問題は改善されず、むしろこのように
すると、微細化時に、Ti以外の合金元素粉末が汚染さ
れ、結果として所期の物性を有する粒子分散型Ti合金
は得られない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来法では、得られる粒子分散型Ti合金
中におけるTiB粒子の分散性が悪い点である。
【0005】
【課題を解決するための手段】しかして本発明者らは、
上記の課題を解決するべく研究した結果、従来法のよう
にTi以外の合金元素粉末と、Ti粉末と、TiB2
末とを混合して焼結するのではなく、予め所要量よりも
少量のTiを含有する合金元素粉末を作製しておき、か
かるTi含有合金元素粉末と、不足分のTi粉末と、T
iB2粉末とを混合して焼結するか、或は予め所要量よ
りも少量のTi及びTi以外の合金元素を含有する合金
元素粉末を作製しておき、かかるTi含有合金元素粉末
と、不足分のTi粉末と、不足分のTi以外の合金元素
粉末と、TiB2粉末とを混合して焼結すると、Ti含
有元素粉末中にもTiB粒子が生成し、結果としてTi
B粒子の分散性が良い粒子分散型Ti合金の得られるこ
とを見出した。
【0006】すなわち本発明は、TiB粒子を分散させ
た粒子分散型Ti合金の製造方法であって、所望のTi
合金よりもTi含有量の低いTi含有合金元素粉末と、
不足分のTi粉末と、所要量のTiB2粉末とを混合
し、焼結することを特徴とする粒子分散型Ti合金の製
造方法に係る。
【0007】また本発明は、TiB粒子を分散させた粒
子分散型Ti合金の製造方法であって、所望のTi合金
よりもTi含有量及びTi以外の合金元素のうちで一部
の合金元素含有量が低いTi含有合金元素粉末と、不足
分のTi粉末と、不足分のTi以外の合金元素粉末と、
所要量のTiB2粉末とを混合し、焼結することを特徴
とする粒子分散型Ti合金の製造方法に係る。
【0008】本発明において対象となるTi合金は、α
型、α+β型或はβ型のTi合金であるが、Ti−5A
l−2Sn−2Zr−4Cr−4MoやTi−6Al−
2Sn−4Zr−2Mo等のα+β型のTi合金が好ま
しい。
【0009】本発明では先ず、所望のTi合金よりもT
i含有量が低いTi含有合金元素粉末を作製する。例え
ばTi−5Al−2Sn−2Zr−4Cr−4MoのT
i合金の場合には、5Al−2Sn−2Zr−4Cr−
4Moの重量比としつつ、Tiを10〜30重量%含有
するTi含有合金元素粉末を作製するのである。或は所
望のTi合金よりもTi含有量及びTi以外の合金元素
のうちで一部の合金元素含有量が低いTi含有合金元素
粉末を作製する。例えばTi−5Al−2Sn−2Zr
−4Cr−4MoのTi合金の場合には、5Al−2S
n−2Zr−4Crの重量比としつつ、Tiを10〜5
0重量%含有し、Moを含有しないTi含有合金元素粉
末を作製するのである。かかるTi含有合金元素粉末
は、それ自体は公知の例えばガス噴霧法で作製できる。
【0010】本発明では次に、上記のようなTi含有合
金元素粉末と、不足分のTi粉末と、必要な場合には不
足分のTi以外の合金元素粉末と、所要量のTiB2
末とを混合し、焼結する。この場合、Ti含有合金元素
粉末及びTi粉末、並びに必要な場合にはTi以外の合
金元素粉末の各混合量は、これらによって所望のTi合
金が得られる量である。またTiB2粉末の混合量は、
得られる粒子分散型Ti合金中におけるTiB粒子の体
積率が通常は5〜40%、好ましくは10〜30%とな
る量である。そしてこれらの混合粉の焼結には、それ自
体は公知の方法が適用でき、例えば熱間静水圧処理+熱
処理、冷間静水圧処理+熱処理等の方法が適用できる。
【0011】以上説明したように本発明では、予め所望
のTi合金よりもTi含有量が低いTi含有合金元素粉
末、或は所望のTi合金よりもTi含有量及びTi以外
の合金元素のうちで一部の合金元素含有量が低いTi含
有合金元素粉末を作製しておき、かかるTi含有合金元
素粉末と、不足分のTi粉末と、必要な場合には不足分
のTi以外の合金元素粉末と、所要量のTiB2粉末と
を混合して焼結する。このようにすると、混合したTi
2粉末から、焼結時に、TiB2+Ti→2TiBの反
応により、Ti粉末中だけではなく、Ti含有合金元素
粉末中にもTiB粒子が生成するので、結果としてTi
B粒子の分散性が良い粒子分散型Ti合金が得られる。
【0012】上記のようなTi含有合金元素粉末の作製
においては、Ti含有量を高くするほど、得られる粒子
分散型Ti合金中におけるTiB粒子の分散性は良くな
るが、酸素含有量も増え、酸素含有量が0.4%前後を
境にして、これよりも酸素含有量が高くなると、得られ
る粒子分散型Ti合金の疲労強度が低くなる。得られる
粒子分散型Ti合金中におけるTiB粒子の分散性を良
くすると同時に、酸素含有量を0.4%以下に抑えて、
その疲労強度をも高くするためには、Ti含有合金元素
粉末中におけるTi含有量は5〜50重量%にするのが
好ましい。
【0013】また所望のTi合金よりもTi含有量及び
Ti以外の合金元素のうちで一部の合金元素含有量が低
いTi含有合金元素粉末を作製する場合には、かかる一
部の合金元素として、Mo、Nb、Ta、W等の高融点
の合金元素を選ぶのが好ましい。高融点の合金元素含有
量を低くした分だけ低い温度でTi含有元素粉末を作製
できるため、酸素含有量を低く抑えたTi含有元素粉末
を作製でき、結果として得られる粒子分散型Ti合金の
疲労強度を高くできるからである。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態としては、下記
の1)〜5)が挙げられる。 1)Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Cr−4Moの
Ti合金中に体積率10%でTiB粒子を分散させた粒
子分散型Ti合金を得るため、予めAl−11.1Sn
−11.3Zr−22.2Cr−22.4Mo−5.1
TiのTi含有合金元素粉末をガス噴霧法で作製してお
き、このTi含有合金元素粉末と、不足分のTi粉末
と、所要量のTiB2粉末とを混合し、その混合粉末
を、950℃×1200気圧×2時間の条件で熱間静水
圧処理した後、引き続き1100℃×4時間の条件で熱
処理して、所望の粒子分散型Ti合金を得る方法。
【0015】2)Ti−5Al−2Sn−2Zr−4C
r−4MoのTi合金中に体積率10%でTiB粒子を
分散させた粒子分散型Ti合金を得るため、予めAl−
10.5Sn−10.6Zr−21.2Cr−21.4
Mo−10.2TiのTi含有合金元素粉末をガス噴霧
法で作製しておき、このTi含有合金元素粉末と、不足
分のTi粉末と、所要量のTiB2粉末とを混合し、そ
の混合粉末を、950℃×1200気圧×2時間の条件
で熱間静水圧処理した後、引き続き1100℃×4時間
の条件で熱処理して、所望の粒子分散型Ti合金を得る
方法。
【0016】3)Ti−6Al−2Sn−4Zr−2M
oのTi合金中に体積率15%でTiB粒子を分散させ
た粒子分散型Ti合金を得るため、予めAl−11.4
Sn−22.7Zr−11.4Mo−20.5TiのT
i含有合金元素粉末をガス噴霧法で作製しておき、この
Ti含有合金元素粉末と、不足分のTi粉末と、所要量
のTiB2粉末とを混合し、その混合粉末を、950℃
×1200気圧×2時間の条件で熱間静水圧処理した
後、引き続き1100℃×4時間の条件で熱処理して、
所望の粒子分散型Ti合金を得る方法。
【0017】4)Ti−6Al−2Sn−4Zr−2M
oのTi合金中に体積率15%でTiB粒子を分散させ
た粒子分散型Ti合金を得るため、予めAl−10.0
Sn−20.0Zr−10.0Mo−30.1TiのT
i含有合金元素粉末をガス噴霧法で作製しておき、この
Ti含有合金元素粉末と、不足分のTi粉末と、所要量
のTiB2粉末とを混合し、その混合粉末を、950℃
×1200気圧×2時間の条件で熱間静水圧処理した
後、引き続き1100℃×4時間の条件で熱処理して、
所望の粒子分散型Ti合金を得る方法。
【0018】5)Ti−5Al−2Sn−2Zr−4C
r−4MoのTi合金中に体積率10%でTiB粒子を
分散させた粒子分散型Ti合金を得るため、予めAl−
9.2Sn−9.1Zr−18.4Cr−40.0Ti
のTi含有合金元素粉末をガス噴霧法で作製しておき、
このTi含有合金元素粉末と、不足分のTi粉末と、不
足分のMo粉末と、所要量のTiB2粉末とを混合し、
その混合粉末を、950℃×1200気圧×2時間の条
件で熱間静水圧処理した後、引き続き1100℃×4時
間の条件で熱処理して、所望の粒子分散型Ti合金を得
る方法。
【0019】
【実施例】実施例1 Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Cr−4MoのTi
合金中に体積率10%でTiB粒子を分散させた粒子分
散型Ti合金を得るため、予めAl−11.4Sn−1
1.5Zr−22.8Cr−22.7Mo−3.0Ti
のTi含有合金元素粉末bをガス噴霧法で作製してお
き、このTi含有合金元素粉末bと、不足分のTi粉末
(Ti含有合金元素粉末と合わせたときに、Ti−5A
l−2Sn−2Zr−4Cr−4Moとなる量のTi粉
末)と、所要量のTiB2粉末とを混合し、その混合粉
末を、950℃×1200気圧×2時間の条件で熱間静
水圧処理した後、引き続き1100℃×4時間の条件で
熱処理して、所望の粒子分散型Ti合金を得た。
【0020】実施例2〜8 予めTi含有量を順次増やした表1記載のTi含有合金
元素粉末c〜iを作製しておき、これらのTi含有合金
元素粉末c〜iを用いて、実施例1と同様に粒子分散型
Ti合金を得た。
【0021】実施例9 Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Cr−4MoのTi
合金中に体積率10%でTiB粒子を分散させた粒子分
散型Ti合金を得るため、予めAl−9.2Sn−9.
1Zr−18.4Cr−40.0TiのTi含有合金元
素粉末jをガス噴霧法で作製しておき、このTi含有合
金元素粉末jと、不足分のTi粉末及びMo粉末(Ti
含有合金元素粉末と合わせたときに、Ti−5Al−2
Sn−2Zr−4Cr−4Moとなる量のTi粉末及び
Mo粉末)と、所要量のTiB2粉末とを混合し、その
混合粉末を、950℃×1200気圧×2時間の条件で
熱間静水圧処理した後、引き続き1100℃×4時間の
条件で熱処理して、所望の粒子分散型Ti合金を得た。
【0022】比較例1 Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Cr−4MoのTi
合金中に体積率10%でTiB粒子を分散させた粒子分
散型Ti合金を得るため、予めAl−11.7Sn−1
1.7Zr−23.3Cr−23.4Moの合金元素粉
末a(Tiを含有しない合金元素粉末)をガス噴霧法で
作製しておき、この合金元素粉末aと、所要量のTi粉
末と、所要量のTiB2粉末とを混合し、その混合粉末
を、950℃×1200気圧×2時間の条件で熱間静水
圧処理した後、引き続き1100℃×4時間の条件で熱
処理して、粒子分散型Ti合金を得た。
【0023】評価 各例で予め作製したTi含有合金元素粉末(但し、比較
例1はTiを含有しない合金元素粉末、以下同じ)の組
成及び酸素含有量等を表1に示した。また各例で得た粒
子分散型Ti合金について、TiB粒子の分散性、酸素
含有量及び疲労強度を表2に示した。TiB粒子の分散
性は下記の基準で評価し、また疲労強度は、完全両振引
圧疲労試験法により、直径8mm×長さ20mmの試験片に
ついて、繰り返し107回における高サイクル疲労強度
で示した。
【0024】TiB粒子の分散性の評価基準 (Ti含有合金元素粉末中へのBの拡散密度/Ti粉末
中へのBの拡散密度)×100(%)を求め、次の基準
で評価した。 ◎:30%以上 ○:15%以上30%未満 △:5%以上15%未満 ×:5%未満
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】表1及び表2において、 種類:Ti含有合金元素粉末の種類
【0028】
【発明の効果】既に明らかなように、以上説明した本発
明には、TiB粒子の分散性が良い、疲労強度に優れた
粒子分散型Ti合金を得ることができるという効果があ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 TiB粒子を分散させた粒子分散型Ti
    合金の製造方法であって、所望のTi合金よりもTi含
    有量が低いTi含有合金元素粉末と、不足分のTi粉末
    と、所要量のTiB2粉末とを混合し、焼結することを
    特徴とする粒子分散型Ti合金の製造方法。
  2. 【請求項2】 TiB粒子を分散させた粒子分散型Ti
    合金の製造方法であって、所望のTi合金よりもTi含
    有量及びTi以外の合金元素のうちで一部の合金元素含
    有量が低いTi含有合金元素粉末と、不足分のTi粉末
    と、不足分のTi以外の合金元素粉末と、所要量のTi
    2粉末とを混合し、焼結することを特徴とする粒子分
    散型Ti合金の製造方法。
  3. 【請求項3】 Ti含有合金元素粉末がTiを5〜50
    重量%含有するものである請求項1又は2記載の粒子分
    散型Ti合金の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104195361A (zh) * 2014-09-29 2014-12-10 哈尔滨工业大学 一种原位自生TiB晶须增强钛基复合材料的制备方法
CN108531777A (zh) * 2018-06-05 2018-09-14 南京航空航天大学 一种TiB增强钛基复合材料的增强相调控方法
CN109930029A (zh) * 2019-03-18 2019-06-25 西安建筑科技大学 一种TiB2/Ti2AlNb复合材料及其制备方法

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