JP2002332531A - Titanium alloy and manufacturing method - Google Patents

Titanium alloy and manufacturing method

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JP2002332531A
JP2002332531A JP2002097217A JP2002097217A JP2002332531A JP 2002332531 A JP2002332531 A JP 2002332531A JP 2002097217 A JP2002097217 A JP 2002097217A JP 2002097217 A JP2002097217 A JP 2002097217A JP 2002332531 A JP2002332531 A JP 2002332531A
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titanium
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忠彦 古田
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和影 西野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide titanium alloy having a low Young's modulus, high strength and high elastic deformability. SOLUTION: The titanium alloy contains at least a group Va (vanadium family) element and titanium(Ti) as a principal component. Further, this alloy exhibits the characteristic that, within the elastic deformation region where the stress to be applied ranges from 0 to the tensile elastic limit strength defined as the stress when permanent deformation truly reaches 0.2% at the tensile test, the slope of a tangent on a stress-strain diagram obtained by the tensile test is decreased with the increase in stress.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、チタン合金および
その製造方法に関するものである。詳しくは、各種製品
に利用できる、低ヤング率で高弾性変形能かつ高強度な
チタン合金とその製造方法に関するものである。
[0001] The present invention relates to a titanium alloy and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a titanium alloy having a low Young's modulus, a high elastic deformability and a high strength, which can be used for various products, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】チタン合金は比強度に優れるため、航
空、軍事、宇宙、深海探査等の分野で従来から使用され
てきた。自動車分野でも、レーシングエンジンのバルブ
リテーナやコネクテング・ロッド等にチタン合金が使用
されている。また、チタン合金は耐食性にも優れるた
め、腐食環境下で使用されることも多い。例えば、化学
プラントや海洋建築物等の資材に、また、凍結防止剤に
よる腐食防止等を目的として自動車のフロント・バンパ
・ロウアーやリア・バンパ・ロウアー等に使用されてい
る。さらに、その軽量性(比強度)と耐アレルギー性
(耐食性)に着目して、腕時計等の装身具にチタン合金
が使用されている。このように、多種多様な分野でチタ
ン合金が使用されており、代表的なチタン合金として、
例えば、Ti−5Al−2.5Sn(α合金)、Ti−
6Al−4V(α−β合金)、Ti−13V−11Cr
−3Al(β合金)等がある。
2. Description of the Related Art Titanium alloys have been used in the fields of aviation, military, space, deep sea exploration, etc. because of their excellent specific strength. Also in the automotive field, titanium alloys are used for racing engine valve retainers, connecting rods, and the like. Also, titanium alloys are often used in a corrosive environment because of their excellent corrosion resistance. For example, it is used for materials such as chemical plants and marine buildings, and also for front bumper lowers and rear bumper lowers of automobiles for the purpose of preventing corrosion by a deicing agent. Furthermore, attention has been paid to their lightness (specific strength) and allergy resistance (corrosion resistance), and titanium alloys have been used for accessories such as watches. As described above, titanium alloys are used in various fields, and as a representative titanium alloy,
For example, Ti-5Al-2.5Sn (α alloy), Ti-
6Al-4V (α-β alloy), Ti-13V-11Cr
-3Al (β alloy).

【0003】ところで、従来のチタン合金は、主にその
優れた比強度や耐食性が注目されて使用されることが多
かったが、最近では、チタン合金(例えば、β合金)の
低ヤング率が注目されて使用されることも多い。例え
ば、生体適合品(例えば、人工骨等)、装身具(例え
ば、眼鏡のフレーム等)、スポーツ用品(例えば、ゴル
フクラブ等)、スプリングなどに低ヤング率のチタン合
金が使用されている。具体例を挙げて説明すると、人工
骨に低ヤング率のチタン合金を使用した場合、そのヤン
グ率が人骨のヤング率(約30GPa程度)に近づき、
その人工骨は比強度、耐食性に加え生体適合性に優れた
ものとなる。また、低ヤング率のチタン合金からなる眼
鏡フレームは、圧迫感を与えずに身体に柔軟にフィット
し、また、衝撃吸収性にも優れる。また、ゴルフクラブ
のシャフトやヘッドに低ヤング率のチタン合金を使用す
ると、しなやかなシャフトや固有振動数の低いヘッドが
得られ、ゴルフボールの飛距離が伸びると言われてい
る。また、低ヤング率で高弾性変形能かつ高強度のチタ
ン合金からなるスプリングが得られれば、その巻数等を
増加させずに低いバネ定数を達成でき、その軽量コンパ
クト化が可能となる。
[0003] Conventional titanium alloys have often been used mainly because of their excellent specific strength and corrosion resistance. Recently, however, the low Young's modulus of titanium alloys (eg, β alloys) has been attracting attention. Often used. For example, titanium alloys having a low Young's modulus are used for biocompatible articles (for example, artificial bones and the like), accessories (for example, frames for glasses), sports equipment (for example, golf clubs), springs, and the like. Explaining with a specific example, when a titanium alloy having a low Young's modulus is used for an artificial bone, the Young's modulus approaches the Young's modulus of human bone (about 30 GPa),
The artificial bone has excellent biocompatibility in addition to specific strength and corrosion resistance. In addition, the eyeglass frame made of a titanium alloy with a low Young's modulus fits the body flexibly without giving a feeling of oppression, and is also excellent in shock absorption. It is also said that the use of a titanium alloy having a low Young's modulus for a shaft or a head of a golf club results in a compliant shaft or a head having a low natural frequency, thereby increasing the flight distance of a golf ball. If a spring made of a titanium alloy having a low Young's modulus, a high elastic deformability and a high strength can be obtained, a low spring constant can be achieved without increasing the number of turns and the like, and the weight and size can be reduced.

【0004】このような事情を下に、本発明者は、各種
分野で利用拡大を一層図れる、従来レベルを超越した低
ヤング率で高弾性変形能かつ高強度のチタン合金を開発
することを考えた。そして、先ず、低ヤング率のチタン
合金に関する従来技術を調査したところ、次のような公
報が発見された。
[0004] Under these circumstances, the present inventor has conceived of developing a titanium alloy having a low Young's modulus, a high elastic deformability, and a high strength exceeding the conventional level, which can be further expanded in various fields. Was. Then, first, when the prior art relating to a titanium alloy having a low Young's modulus was investigated, the following gazette was found.

【0005】特開平10−219375号公報 この公報には、NbとTaとを合計で20〜60重量%
含むチタン合金が開示されている。具体的には、先ず、
その組成となるように原料を溶解し、ボタンインゴット
を鋳造する。次に、そのボタンインゴットに冷間圧延、
溶体化処理、時効処理を行う。これにより、75GPa
以下という低ヤング率をもつチタン合金を得ている。し
かし、この公報に開示された実施例から解るように、低
ヤング率と共に引張強度も低下しており、低ヤング率で
高弾性変形能かつ高強度のチタン合金は得られていな
い。また、チタン合金を製品に成形する際に必要となる
冷間加工性については、何ら開示されていない。
JP-A-10-219375 discloses that Nb and Ta are combined in a total amount of 20 to 60% by weight.
A titanium alloy is disclosed. Specifically, first,
The raw material is melted to have the composition, and a button ingot is cast. Next, cold-roll the button ingot,
Solution treatment and aging treatment are performed. With this, 75 GPa
A titanium alloy having the following low Young's modulus has been obtained. However, as can be seen from the examples disclosed in this publication, the tensile strength is lowered along with the low Young's modulus, and a titanium alloy having a low Young's modulus, a high elastic deformability and a high strength has not been obtained. Further, there is no disclosure about cold workability required for forming a titanium alloy into a product.

【0006】特開平2−163334号公報 この公報には、「Nb:10〜40重量%、V:1〜1
0重量%、Al:2〜8重量%、Fe、Cr、Mn:各
1重量%以下、Zr:3重量%以下、O:0.05〜
0.3重量%、残部がTiからなる冷間加工性に優れた
チタン合金」が開示されている。具体的には、その組成
となる原料をプラズマ溶解、真空アーク溶解、熱間鍛
造、固溶化処理することにより冷間加工性に優れたチタ
ン合金を得ている。しかし、そのヤング率や弾性変形能
ならびに引張強度については、公報に何ら記載されてい
ない。また、そのチタン合金によれば、圧縮割れの発生
しない最大の変形率として、ln(h0/h):1.3
5〜1.45が得られるとあるが、これを後述の冷間加
工率に換算すると、高々50%程度に過ぎない。
JP-A-2-163334 discloses that "Nb: 10 to 40% by weight, V: 1 to 1%".
0% by weight, Al: 2 to 8% by weight, Fe, Cr, Mn: 1% by weight or less, Zr: 3% by weight or less, O: 0.05 to 0%
0.3% by weight, with the balance being Ti, which is excellent in cold workability ". Specifically, a titanium alloy having excellent cold workability is obtained by subjecting the raw material having the composition to plasma melting, vacuum arc melting, hot forging, and solution treatment. However, there is no description in the gazette about its Young's modulus, elastic deformability and tensile strength. Further, according to the titanium alloy, ln (h 0 / h) : 1.3 as the maximum deformation rate at which no compression crack occurs.
Although it is said that 5 to 1.45 is obtained, it is only about 50% at most when converted to a cold working ratio described later.

【0007】特開平8−299428号公報 この公報には、20〜40重量%のNbと4.5〜25
重量%のTaと2.5〜13重量%のZrと残部が実質
的にTiとからなり、ヤング率が65GPa以下のチタ
ン合金で形成された医療器具が開示されている。
[0007] Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-299428 discloses that 20 to 40% by weight of Nb and 4.5 to 25% are used.
Disclosed is a medical device formed of a titanium alloy having a Young's modulus of 65 GPa or less, comprising Ta by weight, 2.5 to 13% by weight Zr, and the balance substantially Ti.

【0008】特開平6−73475号公報、特開平6
−233811号公報および特表平10−501719
号公報 これらの公報には、低ヤング率で高強度のチタン合金が
開示されているが、ヤング率が75GPa以下で引張強
度が700MPa以上のチタン合金は、Ti−13Nb
−13Zrが開示されているのみである。しかも、弾性
限強度や弾性変形能に関しては一切開示されていない。
また、請求の範囲には、Nb:35〜50重量%とある
が、それに相当する具体的な実施例は何ら開示されてい
ない。
JP-A-6-73475, JP-A-6-73475
No. 233811 and Japanese Patent Publication No. 10-501719
In these publications, a titanium alloy having a low Young's modulus and a high strength is disclosed.
Only -13Zr is disclosed. Moreover, there is no disclosure regarding the elastic limit strength or elastic deformability.
In the claims, Nb is 35 to 50% by weight, but no specific example corresponding thereto is disclosed.

【0009】特開昭61−157652号公報 この公報には、「Tiを40〜60重量%を含有し、残
部が実質上Nbよりなる金属装飾品」が開示されてい
る。具体的には、Ti−45Nbの組成原料をアーク溶
解後、鋳造、鍛造圧延し、得られたNb合金を冷間深絞
加工することにより金属装飾品を得ている。しかし、そ
の公報には、具体的な冷間加工性について何ら記載され
ていない。また、そのNb合金のヤング率や引張強度等
については何ら記載がない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-157652 discloses a metal decorative article containing 40 to 60% by weight of Ti and the balance substantially consisting of Nb. Specifically, a metal decorative article is obtained by arc-melting a Ti-45Nb composition raw material, casting, forging and rolling, and subjecting the obtained Nb alloy to cold deep drawing. However, that publication does not describe any specific cold workability. There is no description about the Young's modulus or tensile strength of the Nb alloy.

【0010】特開平6−240390号公報 この公報には、「10重量%から25重量%未満のバナ
ジウムを含み、酸素含有量を0.25重量%以下とし、
そしてが残部チタンおよび不可避的不純物からなるゴル
フドライバーヘッド用材料」が開示されている。しか
し、その使用合金のヤング率は、80〜90GPa程度
に過ぎない。
[0010] Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-240390 describes that "containing 10% to less than 25% by weight of vanadium and having an oxygen content of 0.25% by weight or less,
A golf driver head material comprising the remainder of titanium and inevitable impurities "is disclosed. However, the Young's modulus of the alloy used is only about 80 to 90 GPa.

【0011】特開平5−111554号公報 この公報には、「超弾性を有するNi−Ti合金のロス
トワックス精密鋳造法により製作したゴルフクラブのヘ
ッド」が開示されている。この公報には、Nb、V等を
若干添加しても良い旨が記載されているが、それらの具
体的な組成に関しては何ら記載されておらず、また、ヤ
ング率、弾性変形能ならびに引張強度に関しても何ら開
示されていない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-111554 discloses a golf club head manufactured by a lost wax precision casting method of a Ni-Ti alloy having superelasticity. This publication states that Nb, V, etc. may be added to some extent, but does not disclose any specific composition thereof, and furthermore, Young's modulus, elastic deformability and tensile strength. Is not disclosed at all.

【0012】参考までに、従来のチタン合金のヤング
率について付言しておくと、α合金で115GPa程度
であり、α+β合金(例えば、Ti−6Al−4V合
金)で110GPa程度であり、β合金(例えば、Ti
−15V−3Cr−3Al−3Sn)の溶体化処理材で
80GPa程度、時効処理後では110GPa程度であ
る。また、本発明者らが試験調査したところ、前記公報
のニッケル・チタン合金ではヤング率が90GPa程
度であった。
For reference, the Young's modulus of a conventional titanium alloy is to be added. The α alloy is about 115 GPa, the α + β alloy (for example, Ti-6Al-4V alloy) is about 110 GPa, and the β alloy ( For example, Ti
The solution treatment material of -15V-3Cr-3Al-3Sn) is about 80 GPa, and about 110 GPa after aging treatment. Further, as a result of a test and investigation by the present inventors, the nickel-titanium alloy of the above publication had a Young's modulus of about 90 GPa.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて為されたものである。つまり、前述したよ
うに、各種分野で利用拡大を一層図れる、従来レベルを
超越した低ヤング率で高弾性変形能かつ高強度のチタン
合金を提供することを目的とする。また、低ヤング率で
高弾性変形能を有すると共に高強度である、各種製品へ
の成形が容易な冷間加工性に優れたチタン合金を提供す
ることを目的とする。さらに、そのようなチタン合金の
製造に適した製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances. That is, as described above, it is an object of the present invention to provide a titanium alloy having a low Young's modulus, a high elastic deformability, and a high strength exceeding the conventional level, which can be further expanded in various fields. It is another object of the present invention to provide a titanium alloy having a low Young's modulus, a high elastic deformation capability, and a high strength, which is easily formed into various products and has excellent cold workability. It is another object of the present invention to provide a production method suitable for producing such a titanium alloy.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明者は、この課題を
解決すべく鋭意研究し各種系統的実験を重ねた結果、V
a族元素とチタンとからなる、低ヤング率かつ高弾性変
形能で高強度のチタン合金を開発するに至ったものであ
る。 (1)すなわち、本発明のチタン合金は、少なくともV
a族(バナジウム族)元素と主成分であるチタン(T
i)とを含み、加える応力が0から、引張試験で真に永
久歪みが0.2%に到達したときの応力として定義され
る引張弾性限強度までの範囲にある弾性変形域内で、該
引張試験により得られた応力−歪み線図上の接線の傾き
が応力の増加に伴って減少する特性を示すことを特徴と
する。チタンと適量のVa族元素との組合わせにより、
従来になく低ヤング率で高弾性変形能かつ高強度のチタ
ン合金が得られたものである。そして、本発明のチタン
合金は各種製品に幅広く利用することができ、それらの
機能性の向上や設計自由度の拡大を図れる。ここで、例
えば、Va族元素を30〜60質量%とすると好適であ
る。30質量%未満では十分な平均ヤング率の低下を図
れず、一方、60質量%を超えると十分な弾性変形能や
引張強度が得られず、チタン合金の密度が上昇して、比
強度の低下を招くからである。また、60質量%を越え
ると、材料偏析が生じ易くなり、材料の均質性が損われ
て、強度のみならず靱性や延性の低下も招き易くなるか
らである。
Means for Solving the Problems The inventor of the present invention has conducted intensive studies and solved various systematic experiments in order to solve this problem.
This has led to the development of a high-strength titanium alloy having a low Young's modulus, a high elastic deformation capability and a high strength, which comprises a group a element and titanium. (1) That is, the titanium alloy of the present invention has at least V
group a (vanadium group) element and titanium (T
i) wherein the applied stress is in the range of elastic deformation from 0 to the tensile elastic limit defined as the stress when the permanent set reaches 0.2% in the tensile test. It is characterized in that the inclination of the tangent line on the stress-strain diagram obtained by the test decreases with increasing stress. By combining titanium with an appropriate amount of Va group element,
A titanium alloy having a low Young's modulus, a high elastic deformation capacity and a high strength is obtained as never before. And the titanium alloy of the present invention can be widely used for various products, and it is possible to improve their functionality and expand the degree of design freedom. Here, for example, it is preferable that the group Va element be 30 to 60% by mass. If it is less than 30% by mass, a sufficient decrease in average Young's modulus cannot be achieved, while if it exceeds 60% by mass, sufficient elastic deformability and tensile strength cannot be obtained, and the density of the titanium alloy increases, resulting in a decrease in specific strength. This is because On the other hand, when the content exceeds 60% by mass, segregation of the material is liable to occur, and the homogeneity of the material is impaired.

【0015】そして、本発明者は、このチタン合金が優
れた冷間加工性を備えることも確認している。その組成
のチタン合金が何故、低ヤング率かつ高弾性変形能で高
強度となり、また冷間加工性に優れるのか、未だ定かで
はない。もっとも、これまでに為された本発明者による
懸命な調査研究から、それらの特性について、次のよう
に考えることができる。つまり、本発明者が本発明のチ
タン合金に係る一試料を調査した結果、このチタン合金
に冷間加工を施しても、転位がほとんど導入されず、一
部の方向に(110)面が非常に強く配向した組織を呈
していることが明らかになった。しかも、TEM(透過
電子顕微鏡)で観察した111回折点を用いた暗視野像
において、試料の傾斜と共に像のコントラストが移動し
ていくのが観察された。これは観察している(111)
面が湾曲していることを示唆しており、これは、高倍率
の格子像直接観察によっても確認された。しかも、この
(111)面の湾曲の曲率半径は500〜600nm程
度と極めて小さなものであった。このことは、本発明の
チタン合金は、転位の導入ではなく、結晶面の湾曲によ
って加工の影響を緩和すると言う、従来の金属材料では
全く知られていない性質を有することを意味している。
また、転位は、110回折点を強く励起した状態で、極
一部に観察されたが、110回折点の励起をなくすとほ
とんど観察されなかった。これは、転位周辺の変位成分
が著しく<110>方向に偏っていることを示してお
り、本発明のチタン合金は非常に強い弾性異方性を有す
ることを示唆している。理由は定かではないが、この弾
性異方性も、本発明に係るチタン合金の優れた冷間加工
性、低ヤング率、高弾性変形能、高強度の発現、等と密
接に関係していると考えられる。
The present inventors have also confirmed that this titanium alloy has excellent cold workability. It is not yet clear why the titanium alloy having the composition has a low Young's modulus, a high elastic deformability, a high strength, and excellent cold workability. However, based on the hard researches conducted by the present inventors so far, those characteristics can be considered as follows. In other words, as a result of the present inventor's investigation of one sample relating to the titanium alloy of the present invention, even if this titanium alloy was subjected to cold working, dislocations were hardly introduced, and the (110) plane was extremely in some directions. It was clarified that the structure exhibited a strongly oriented texture. Moreover, in the dark field image using the 111 diffraction points observed with a TEM (transmission electron microscope), it was observed that the contrast of the image moved with the inclination of the sample. This has been observed (111)
This suggests that the surface is curved, which was also confirmed by direct observation of the lattice image at high magnification. Moreover, the radius of curvature of the curvature of the (111) plane was as small as about 500 to 600 nm. This means that the titanium alloy of the present invention has a property that is not known at all with conventional metal materials, in that the effect of processing is reduced by the curvature of the crystal plane rather than the introduction of dislocation.
Further, dislocations were observed in a very small part in a state where the 110 diffraction point was strongly excited, but were hardly observed when the excitation at the 110 diffraction point was eliminated. This indicates that the displacement component around the dislocation is remarkably biased in the <110> direction, suggesting that the titanium alloy of the present invention has a very strong elastic anisotropy. Although the reason is not clear, this elastic anisotropy is also closely related to the excellent cold workability, low Young's modulus, high elastic deformability, and high strength of the titanium alloy according to the present invention. it is conceivable that.

【0016】なお、Va族元素は、バナジウム、ニオ
ブ、タンタルの一種でも複数種でも良い。これらの元素
はいずれもβ相安定化元素であるが、必ずしも、本発明
のチタン合金が従来のβ合金であることを意味するもの
ではない。また、熱処理は必ずしも必要ではないが、熱
処理を行なうことにより、一層の高強度化を図ることも
可能である。
The group Va element may be one or more of vanadium, niobium and tantalum. Each of these elements is a β-phase stabilizing element, but does not necessarily mean that the titanium alloy of the present invention is a conventional β alloy. Although heat treatment is not always necessary, it is possible to achieve higher strength by performing heat treatment.

【0017】本発明のチタン合金は、引張弾性限強度が
700MPa以上であると好適である。この引張弾性限
強度は、順に、750MPa以上、800MPa以上、
850MPa以上、900MPa以上となるほど好まし
い。「引張弾性限強度」とは、試験片への荷重の負荷と
除荷とを徐々に繰り返して行う引張試験において、永久
伸び(歪み)が0.2%に到達したときの負荷していた
応力を言う。つまり、引張弾性限強度は、引張試験で真
に永久歪みが0.2%に到達したときの応力として定義
される。また、平均ヤング率が75GPa以下であると
好適である。この平均ヤング率は、順に、70GPa以
下、65GPa以下、60GPa以下および55GPa
以下となるほど好ましい。
The titanium alloy of the present invention preferably has a tensile elastic limit strength of 700 MPa or more. This tensile elastic limit strength is, in order, 750 MPa or more, 800 MPa or more,
It is more preferable that the pressure be 850 MPa or more and 900 MPa or more. "Tensile elastic limit strength" refers to the stress applied when the permanent elongation (strain) reaches 0.2% in a tensile test in which loading and unloading of a test piece are gradually repeated. Say In other words, the tensile elastic limit strength is defined as the stress when the permanent set reaches 0.2% in the tensile test. Further, it is preferable that the average Young's modulus is 75 GPa or less. The average Young's modulus is, in order, 70 GPa or less, 65 GPa or less, 60 GPa or less, and 55 GPa.
It is more preferable to be as follows.

【0018】「平均ヤング率」とは、厳密な意味でのヤ
ング率の「平均」を指すものではなく、本発明のチタン
合金を代表するヤング率という意味である。具体的に
は、前記引張試験により得られた応力(荷重)−歪み
(伸び)線図において、引張弾性限強度の1/2に相当
する応力位置での曲線の傾き(接線の傾き)を平均ヤン
グ率とした。従って、平均ヤング率は、引張試験により
得られた応力−歪み線図上の接線の傾きから求まるヤン
グ率を代表するものであって、前記引張弾性限強度の1
/2に相当する応力位置での接線の傾きとして定義され
る。そして、高い引張弾性限強度と、低い平均ヤング率
と、前述した特異な応力−歪み関係との組合わせによっ
て、本発明のチタン合金は優れた高弾性変形能を発現す
る。
The "average Young's modulus" does not mean the "average" of the Young's modulus in a strict sense, but means the Young's modulus representative of the titanium alloy of the present invention. Specifically, in the stress (load) -strain (elongation) diagram obtained by the tensile test, the slope (tangent slope) of the curve at the stress position corresponding to に of the tensile elastic limit strength is averaged. The Young's modulus was used. Therefore, the average Young's modulus is representative of the Young's modulus obtained from the slope of the tangent line on the stress-strain diagram obtained by the tensile test, and is 1% of the tensile elastic limit strength.
/ 2 is defined as the slope of the tangent at the stress position corresponding to / 2. The combination of the high tensile elastic limit strength, the low average Young's modulus, and the above-described unique stress-strain relationship enables the titanium alloy of the present invention to exhibit excellent high elastic deformability.

【0019】ちなみに、「引張強度」は、前記引張試験
において、試験片の最終的な破断直前の荷重を、その試
験片の平行部における試験前の断面積で除して求めた応
力である。なお、本願でいう「高弾性変形能」は、前記
引張弾性限強度内における試験片の伸びが大きいことを
意味する。また、本願でいう「低ヤング率」とは、前記
平均ヤング率が、従来の一般的なヤング率に対して小さ
いことを意味する。さらに、本願でいう「高強度」と
は、前記引張弾性限強度または前記引張強度が大きいこ
とを意味する。
Incidentally, the "tensile strength" is a stress obtained by dividing the load immediately before the final fracture of the test piece by the cross-sectional area of the parallel portion of the test piece before the test in the tensile test. The term “high elastic deformation capability” as used in the present application means that the elongation of the test piece within the tensile elastic limit strength is large. In addition, the “low Young's modulus” in the present application means that the average Young's modulus is smaller than a conventional general Young's modulus. Further, “high strength” in the present application means that the tensile elastic limit strength or the tensile strength is large.

【0020】なお、本発明でいう「チタン合金」は、種
々の形態を含むものであり、素材(例えば、鋳塊、スラ
ブ、ビレット、焼結体、圧延品、鍛造品、線材、板材、
棒材等)に限らず、それを加工したチタン合金部材(例
えば、中間加工品、最終製品、それらの一部等)なども
意味するものである(以下同様)。
The "titanium alloy" referred to in the present invention includes various forms, and includes materials (for example, ingots, slabs, billets, sintered bodies, rolled products, forged products, wires, plates,
It is not limited to a bar or the like, but also means a titanium alloy member (eg, an intermediate processed product, a final product, a part thereof, etc.) obtained by processing the same (the same applies hereinafter).

【0021】(2)また、本発明のチタン合金は、焼結
合金であると好適である。本発明は、チタンと適量のV
a族元素とからなる焼結合金(焼結チタン合金)が低ヤ
ング率で高弾性変形能かつ高強度という機械的性質をも
つ、という発見に基づくものである。そして、本発明者
は、このチタン合金が優れた冷間加工性を備えることも
確認している。Va族元素が30〜60質量%であると
好ましいのは、前述した通りである。その組成のチタン
合金が何故、低ヤング率かつ高弾性変形能で高強度とな
り、また冷間加工性に優れるのか、未だ定かではない
が、現状では、その理由を前述したように考えている。
(2) The titanium alloy of the present invention is preferably a sintered alloy. The present invention uses titanium and an appropriate amount of V
It is based on the discovery that a sintered alloy (sintered titanium alloy) comprising a group a element has the mechanical properties of low Young's modulus, high elastic deformability and high strength. The present inventors have also confirmed that this titanium alloy has excellent cold workability. As described above, the content of the Va group element is preferably 30 to 60% by mass. It is not yet clear why the titanium alloy of the composition has high strength with low Young's modulus, high elastic deformability, and excellent cold workability, but at present, the reason is considered as described above.

【0022】(3)本発明のチタン合金の製造方法は、
チタンとVa族元素とを含む少なくとも二種以上の原料
粉末を混合する混合工程と、該混合工程により得られた
混合粉末を所定形状の成形体に成形する成形工程と、該
成形工程で得られた成形体を加熱して焼結させる焼結工
程とからなり、得られた焼結合金は、加える応力が0か
ら、引張試験で真に永久歪みが0.2%に到達したとき
の応力として定義される引張弾性限強度までの範囲にあ
る弾性変形域内で、該引張試験により得られた応力−歪
み線図上の接線の傾きが応力の増加に伴って減少する特
性を示すことを特徴とする。
(3) The method for producing a titanium alloy of the present invention comprises:
A mixing step of mixing at least two or more raw material powders containing titanium and a Va group element, a forming step of forming the mixed powder obtained by the mixing step into a molded body having a predetermined shape, and a forming step obtained by the forming step. Sintering step of heating and sintering the formed body. The obtained sintered alloy has a stress applied from 0 to a stress when the permanent set reaches 0.2% in a tensile test. Within the elastic deformation range in the range up to the defined tensile elastic limit strength, the characteristic that the slope of the tangent on the stress-strain diagram obtained by the tensile test shows a characteristic that decreases with an increase in stress. I do.

【0023】本発明の製造方法(以下、適宜、「焼結
法」と称する。)は、前述のチタン合金の製造に適する
ものである。前述した特許公報等からも解るように、従
来のチタン合金は、チタン原料(例えば、スポンジチタ
ン)と合金原料とを溶解後、鋳造し、その後得られた鋳
塊をさらに圧延して製造されることが多かった(以下、
この方法を、適宜、「溶解法」と称する。)。しかし、
チタンは融点が高く高温で非常に活性であるため、溶解
自体難しく、溶解に特殊な装置を必要とする場合が多
い。また、溶解中の組成コントロールが難しく、多重溶
解等を行う必要もある。さらに、本発明のチタン合金の
ように、合金成分(特に、β安定化元素)を多量に含有
するチタン合金は、溶解・鋳造時に成分のマクロ的な偏
析が避け難く、安定した品質のチタン合金を得ることは
難しい。
The production method of the present invention (hereinafter referred to as “sintering method” as appropriate) is suitable for producing the above-mentioned titanium alloy. As can be understood from the above-mentioned patent publications and the like, a conventional titanium alloy is produced by melting a titanium raw material (for example, titanium sponge) and an alloy raw material, casting the resultant, and then rolling the obtained ingot. (The following,
This method is appropriately referred to as “dissolution method”. ). But,
Since titanium has a high melting point and is very active at high temperatures, dissolution itself is difficult, and a special apparatus is often required for dissolution. Also, it is difficult to control the composition during dissolution, and it is necessary to perform multiple dissolution and the like. Furthermore, as in the titanium alloy of the present invention, a titanium alloy containing a large amount of an alloy component (particularly, a β-stabilizing element) is difficult to avoid macroscopic segregation of the component at the time of melting and casting, so that a titanium alloy of stable quality is obtained. It is difficult to get.

【0024】これに対し、本発明の焼結法によれば、原
材料を溶解させる必要がないため、溶解法のような欠点
がなく、本発明に係るチタン合金を効率良く製造するこ
とができる。具体的には、混合工程により、原料粉末が
均一に混合されるため、マクロ的に均一なチタン合金が
容易に得られる。また、成形工程により、当初から所望
の形状をもった成形体が成形されるため、その後の加工
工数の低減が図られる。なお、成形体は、板材や棒材等
の素材形状をしていても、最終製品の形状をしていて
も、また、それらに至る手前の中間品の形状をしていて
も良い。そして、焼結工程では、チタン合金の融点より
もかなり低い温度で成形体を焼結させることができ、溶
解法のような特殊な装置を必要とせず、また、経済的で
効率的な製造が可能となる。なお、本発明の製造方法
は、混合工程を考慮して原料粉末を二種以上としたもの
であり、いわゆる素粉末(混合)法に基づくものであ
る。
On the other hand, according to the sintering method of the present invention, there is no need to dissolve the raw materials, so there is no disadvantage such as the melting method, and the titanium alloy according to the present invention can be efficiently produced. Specifically, the raw material powder is uniformly mixed in the mixing step, so that a macroscopically uniform titanium alloy can be easily obtained. In addition, since a molded body having a desired shape is molded from the beginning by the molding step, the number of subsequent processing steps can be reduced. The molded body may be in the form of a material such as a plate or a bar, may be in the form of a final product, or may be in the form of an intermediate product before reaching them. And in the sintering process, the compact can be sintered at a temperature much lower than the melting point of the titanium alloy, no special equipment such as a melting method is required, and economical and efficient production is achieved. It becomes possible. The production method of the present invention uses two or more raw material powders in consideration of the mixing step, and is based on a so-called elementary powder (mixing) method.

【0025】(4)本発明のチタン合金の製造方法は、
チタンと少なくともVa族元素とを含む原料粉末を所定
形状の容器に充填する充填工程と、該充填工程後に熱間
静水圧法(HIP法)を用いて該容器中の該原料粉末を
焼結させる焼結工程とからなり、 得られた焼結合金
は、加える応力が0から、引張試験で真に永久歪みが
0.2%に到達したときの応力として定義される引張弾
性限強度までの範囲にある弾性変形域内で、該引張試験
により得られた応力−歪み線図上の接線の傾きが応力の
増加に伴って減少する特性を示すことを特徴とする。
(4) The method for producing a titanium alloy of the present invention comprises:
A filling step of filling a raw material powder containing titanium and at least a Va group element into a container having a predetermined shape, and after the filling step, sintering the raw material powder in the container by using a hot isostatic method (HIP method). The obtained sintered alloy has a range from 0 applied stress to a tensile elastic limit strength defined as a stress when a permanent set reaches 0.2% in a tensile test. Within the elastic deformation range, the inclination of the tangent line on the stress-strain diagram obtained by the tensile test shows a characteristic of decreasing with an increase in stress.

【0026】本発明の製造方法によれば、前述の混合工
程および/または成形工程を必ずしも必要としない。ま
た、本発明の製造方法によれば、いわゆる合金粉末法を
可能にする。このため、使用できる原料粉末の種類も広
がり、二種以上の純金属粉末や合金粉末を混合した混合
粉末のみならず、前述したまたは後述する、本発明のチ
タン合金の組成をもつ合金粉末を使用することができ
る。そして、HIP法を用いることにより、緻密な焼結
チタン合金を得ることもでき、製品形状が複雑であって
もネットシェイプが可能となる。なお、前記各元素の組
成範囲を「x〜y質量%」という形式で示したが、これ
は特に断らない限り、下限値(x質量%)および上限値
(y質量%)も含む意味である。
According to the production method of the present invention, the above-mentioned mixing step and / or molding step are not necessarily required. Further, according to the manufacturing method of the present invention, a so-called alloy powder method is made possible. For this reason, the types of raw material powders that can be used are also widened, and not only a mixed powder obtained by mixing two or more kinds of pure metal powders or alloy powders, but also an alloy powder having the above-described or later-described titanium alloy composition of the present invention is used. can do. By using the HIP method, a dense sintered titanium alloy can be obtained, and a net shape can be obtained even if the product shape is complicated. In addition, the composition range of each of the above elements is shown in the form of “x to y mass%”, and this means that the lower limit (x mass%) and the upper limit (y mass%) are also included unless otherwise specified. .

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】(チタン合金) (1)平均ヤング率と引張弾性限強度 本発明のチタン合金に関する平均ヤング率と引張弾性限
強度とについて、以下に図1A、Bを用いて詳述する。
図1Aは、本発明に係るチタン合金の応力−伸び(歪
み)線図を模式的に示した図であり、図1Bは、従来の
チタン合金(Ti−6Al−4V合金)の応力−伸び
(歪み)線図を模式的に示した図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Titanium Alloy) (1) Average Young's Modulus and Tensile Elastic Limit Strength The average Young's modulus and tensile elastic limit strength of the titanium alloy of the present invention are described in detail below with reference to FIGS. 1A and 1B. I do.
FIG. 1A is a diagram schematically illustrating a stress-elongation (strain) diagram of a titanium alloy according to the present invention, and FIG. 1B is a diagram illustrating a stress-elongation (titanium alloy (Ti-6Al-4V alloy)) of a conventional titanium alloy. FIG. 3 is a diagram schematically showing a (distortion) diagram.

【0028】図1Bに示すように、従来の金属材料で
は、先ず、引張応力の増加に比例して伸びが直線的に増
加する(’−間)。そして、その直線の傾きによっ
て従来の金属材料のヤング率は求められる。換言すれ
ば、そのヤング率は、引張応力(公称応力)をそれと比
例関係にある歪み(公称歪み)で除した値となる。この
ように応力と伸び(歪み)とが比例関係にある直線域
(’−間)では、変形が弾性的であり、例えば、応
力を除荷すれば、試験片の変形である伸びは0に戻る。
しかし、さらにその直線域を超えて引張応力を加える
と、従来の金属材料は塑性変形を始め、応力を除荷して
も、試験片の伸びは0に戻らず、永久伸びを生じる。
As shown in FIG. 1B, in the conventional metal material, first, the elongation linearly increases in proportion to the increase in the tensile stress (between '-'). Then, the Young's modulus of the conventional metal material is obtained from the inclination of the straight line. In other words, the Young's modulus is a value obtained by dividing the tensile stress (nominal stress) by the strain (nominal strain) proportional thereto. Thus, in the linear region (between '-') where the stress and the elongation (strain) are in a proportional relationship, the deformation is elastic. For example, when the stress is unloaded, the elongation, which is the deformation of the test piece, becomes zero. Return.
However, when a tensile stress is further applied beyond the linear range, the conventional metal material starts to plastically deform, and even when the stress is unloaded, the elongation of the test piece does not return to 0, and a permanent elongation occurs.

【0029】通常、永久伸びが0.2%となる応力σp
を0.2%耐力と称している(JIS Z 224
1)。この0.2%耐力は、応力−伸び(歪み)線図上
で、弾性変形域の直線(’−:立ち上がり部の接
線)を0.2%伸び(歪み)分だけ平行移動した直線
(’−)と応力―伸び(歪み)曲線との交点(位置
)における応力でもある。従来の金属材料の場合、通
常、「伸びが0.2%程度を超えると、永久伸びにな
る」という経験則に基づき、0.2%耐力≒引張弾性限
強度と考えれられている。逆に、この0.2%耐力内で
あれば、応力と歪みとの関係は概ね直線的または弾性的
であると考えられる。
Normally, the stress σp at which the permanent elongation becomes 0.2%
Is referred to as 0.2% proof stress (JIS Z 224).
1). The 0.2% proof stress is obtained by a straight line (') obtained by translating a straight line ('-: tangent line at the rising portion) in the elastic deformation region by 0.2% elongation (strain) on the stress-elongation (strain) diagram. It is also the stress at the intersection (position) of the-) and the stress-elongation (strain) curve. In the case of a conventional metal material, it is generally considered that 0.2% proof stress ≒ tensile elastic limit strength based on an empirical rule that “when elongation exceeds about 0.2%, permanent elongation is achieved”. Conversely, within this 0.2% proof stress, the relationship between stress and strain is considered to be generally linear or elastic.

【0030】ところが、図1Aの応力−伸び(歪み)
線図からも解るように、このような従来の概念は、本発
明のチタン合金には当てはまらない。理由は定かではな
いが、本発明のチタン合金の場合、弾性変形域において
応力―伸び(歪み)線図が直線とはならず、上に凸な曲
線(’−)となり、除荷すると同曲線−’に沿
って伸びが0に戻ったり、−’に沿って永久伸びを
生じたりする。このように、本発明のチタン合金では、
弾性変形域(’−)ですら、応力と伸び(歪み)と
が直線的な関係になく、応力が増加すれば、急激に伸び
(歪み)が増加する。また、除荷した場合も同様であ
り、応力と伸び(歪み)とが直線的な関係になく、応力
が減少すれば、急激に伸び(歪み)が減少する。このよ
うな特徴が本発明のチタン合金の高弾性変形能として発
現していると思われる。
However, the stress-elongation (strain) shown in FIG.
As can be seen from the diagram, such a conventional concept does not apply to the titanium alloy of the present invention. Although the reason is not clear, in the case of the titanium alloy of the present invention, the stress-elongation (strain) diagram does not become a straight line in the elastic deformation region, but becomes an upwardly convex curve ('-). Elongation returns to zero along-'or permanent elongation along-'. Thus, in the titanium alloy of the present invention,
Even in the elastic deformation region ('-), the stress and the elongation (strain) do not have a linear relationship. When the stress increases, the elongation (strain) rapidly increases. The same applies to the case where the load is unloaded. The stress and the elongation (strain) do not have a linear relationship. When the stress decreases, the elongation (strain) rapidly decreases. It is considered that such a feature appears as the high elastic deformation ability of the titanium alloy of the present invention.

【0031】ところで、本発明のチタン合金の場合、図
1Aからも解るように、応力が増加するほど応力−伸び
(歪み)線図上の接線の傾きが減少している。このよう
に、弾性変形域において、応力と伸び(歪み)とが直線
的に変化しないため、従来の方法で本発明のチタン合金
のヤング率を定義することは適切ではない。また、本発
明のチタン合金の場合、応力と伸び(歪み)とが直線的
に変化しないため、従来と同様の方法で0.2%耐力
(σp’)≒引張弾性限強度と評価することも適切では
ない。つまり、従来の方法により求まる0.2%耐力で
は、本来の引張弾性限強度よりも著しく小さい値となっ
てしまい、もはや、0.2%耐力≒引張弾性限強度と考
えることはできない。
In the case of the titanium alloy of the present invention, as can be seen from FIG. 1A, as the stress increases, the inclination of the tangent line on the stress-elongation (strain) diagram decreases. As described above, since the stress and the elongation (strain) do not change linearly in the elastic deformation region, it is not appropriate to define the Young's modulus of the titanium alloy of the present invention by a conventional method. Further, in the case of the titanium alloy of the present invention, since the stress and the elongation (strain) do not change linearly, it is also possible to evaluate 0.2% yield strength (σp ′) ≒ tensile elastic limit strength by the same method as in the past. Not appropriate. That is, with the 0.2% proof stress obtained by the conventional method, the value is significantly smaller than the original tensile elastic limit strength, and it can no longer be considered that 0.2% proof stress ≒ tensile elastic limit strength.

【0032】そこで、本来の定義に戻って、本発明のチ
タン合金の引張弾性限強度(σe)を前述したように求
めることとし(図1A中の位置)、また、本発明のチ
タン合金のヤング率として、前述の平均ヤング率を導入
することとした。なお、図1Aおよび図1B中、σtは
引張強度であり、εeは本発明のチタン合金の引張弾性
限強度(σe)における伸び(歪み)であり、εpは従
来の金属材料の0.2%耐力(σp)における伸び(歪
み)である。
Therefore, returning to the original definition, the tensile elastic limit strength (σe) of the titanium alloy of the present invention is determined as described above (the position in FIG. 1A). As the modulus, the above average Young's modulus was introduced. 1A and 1B, σt is the tensile strength, εe is the elongation (strain) in the tensile elastic limit strength (σe) of the titanium alloy of the present invention, and εp is 0.2% of the conventional metal material. Elongation (strain) in proof stress (σp).

【0033】(2)組成 本発明のチタン合金は、全体を100質量%とした場
合に、ジルコニウム(Zr)とハフニウム(Hf)とス
カンジウム(Sc)とからなる金属元素群中の1種以上
の元素を合計で20質量%以下含むと、好適である。ジ
ルコニウムとハフニウムとは、チタン合金の低ヤング率
化と高強度化に有効である。また、これらの元素は、チ
タンと同族(IVa族)元素であり、全率固溶型の中性
的元素であるため、Va族元素によるチタン合金の低ヤ
ング率化を妨げることもない。また、スカンジウムは、
チタンに固溶した場合、Va族元素と共にチタン原子間
の結合エネルギーを特異的に低下させ、ヤング率をさら
に低下させる有効な元素である(参考資料:Proc.
9th World Conf.on Titaniu
m、(1999)、to be publishe
d)。
(2) Composition When the titanium alloy of the present invention is 100% by mass as a whole, at least one kind of a metal element group consisting of zirconium (Zr), hafnium (Hf) and scandium (Sc) is used. It is preferable to contain the elements in a total amount of 20% by mass or less. Zirconium and hafnium are effective for lowering the Young's modulus and increasing the strength of a titanium alloy. In addition, since these elements are the same group (IVa) elements as titanium and are all-solid solution-type neutral elements, they do not prevent the reduction of the Young's modulus of the titanium alloy by the Va group elements. Also, scandium is
When dissolved in titanium, it is an effective element that specifically lowers the bonding energy between titanium atoms together with the group Va element and further lowers the Young's modulus (Reference material: Proc.
9th World Conf. on Titaniu
m, (1999), to be published
d).

【0034】それらの元素が合計で20質量%を越える
と、材料偏析による強度、靱性の低下やコスト上昇を招
くため、好ましくない。ヤング率、強度、靱性等のバラ
ンスを図る上で、それらの元素を合計で、1質量%以
上、さらには、5〜15質量%とすると、より好まし
い。また、これらの元素は、Va族元素と作用上、共通
する部分が多いため、所定の範囲内で、Va族元素と置
換することもできる。つまり、本発明のチタン合金は、
合計で20質量%以下のジルコニウム(Zr)とハフニ
ウム(Hf)とスカンジウム(Sc)とからなる金属元
素群中の1種以上の元素と、該金属元素群中の1種以上
の元素との合計が30〜60質量%となるVa族(バナ
ジウム族)元素と、残部が実質的にチタンとからなり、
平均ヤング率が75GPa以下で引張弾性限強度が70
0MPa以上であると、好適である。
If the total amount of these elements exceeds 20% by mass, the strength and toughness are reduced due to material segregation and the cost is increased. In order to balance the Young's modulus, strength, toughness, and the like, it is more preferable that the total of these elements be 1% by mass or more, and more preferably 5 to 15% by mass. In addition, these elements have many portions in common with the Va group elements in operation, and therefore can be replaced with a Va group element within a predetermined range. That is, the titanium alloy of the present invention is:
A total of at least one element in the metal element group consisting of zirconium (Zr), hafnium (Hf), and scandium (Sc) of 20% by mass or less, and one or more elements in the metal element group Consists of a Va group (vanadium group) element having a content of 30 to 60% by mass, and the balance substantially consisting of titanium;
Average Young's modulus is 75 GPa or less and tensile elastic limit strength is 70
It is preferable that the pressure be 0 MPa or more.

【0035】また、本発明のチタン合金は、合計で20
質量%以下のジルコニウム(Zr)とハフニウム(H
f)とスカンジウム(Sc)とからなる金属元素群中の
1種以上の元素と、該金属元素群中の1種以上の元素と
の合計が30〜60質量%となるVa族(バナジウム
族)元素と、残部が実質的にチタンとからなる焼結合金
であると、好適である。ジルコニウム等を合計で20質
量%以下としたのは、前述したとおりである。また、同
様に、それらの元素を合計で1質量%以上、さらには、
5〜15質量%とすると、より好ましい。
The titanium alloy of the present invention has a total of 20
Mass% or less of zirconium (Zr) and hafnium (H
f) and one or more elements in a group of metal elements consisting of scandium (Sc) and one or more elements in the group of metal elements, and a total of 30 to 60% by mass of a Va group (a vanadium group). It is preferable that the sintered alloy is composed of an element and substantially titanium. The reason why the total content of zirconium and the like is set to 20% by mass or less is as described above. Similarly, the total of those elements is 1% by mass or more, and furthermore,
More preferably, the content is 5 to 15% by mass.

【0036】本発明のチタン合金は、クロム(Cr)
とモリブデン(Mo)とマンガン(Mn)と鉄(Fe)
とコバルト(Co)とニッケル(Ni)とからなる金属
元素群中の1種類以上の元素を含むと、好適である。よ
り具体的には、全体を100質量%とした場合に、前記
クロムと前記モリブデンとはそれぞれ20質量%以下で
あり、前記マンガンと前記鉄と前記コバルトと前記ニッ
ケルとはそれぞれ10質量%以下であると、好適であ
る。
The titanium alloy of the present invention is made of chromium (Cr)
, Molybdenum (Mo), manganese (Mn), and iron (Fe)
It is preferable to include at least one element in a metal element group consisting of chromium, cobalt (Co), and nickel (Ni). More specifically, when the whole is 100% by mass, the chromium and the molybdenum are each 20% by mass or less, and the manganese, the iron, the cobalt, and the nickel are each 10% by mass or less. If there is, it is preferable.

【0037】クロムとモリブデンとは、チタン合金の強
度と熱間鍛造性とを向上させる上で有効な元素である。
熱間鍛造性が向上すると、チタン合金の生産性や歩留ま
りの向上が図れる。ここで、クロムやモリブデンが、2
0質量%を越えると、材料偏析が生じ易くなり、均質な
材料を得ることが困難となる。それらの元素を1質量%
以上とすると、固溶強化による強度等の向上を図る上で
好ましく、さらに、3〜15質量%とすると、より好ま
しい。
Chromium and molybdenum are effective elements for improving the strength and hot forgeability of the titanium alloy.
When the hot forgeability is improved, the productivity and yield of the titanium alloy can be improved. Here, chromium and molybdenum are 2
If the content exceeds 0% by mass, material segregation is likely to occur, and it is difficult to obtain a homogeneous material. 1% by mass of those elements
The above range is preferable in improving the strength and the like by solid solution strengthening, and more preferably 3 to 15% by mass.

【0038】マンガン、鉄、コバルト、ニッケルは、モ
リブデン等と同様、チタン合金の強度と熱間鍛造性を向
上させる上で有効な元素である。従って、モリブデン、
クロム等の代わりに、またはモリブデン、クロム等と共
にそれらの元素を含有させても良い。但し、それらの元
素が10質量%を越えると、チタンとの間で金属間化合
物を形成し、延性が低下してしまうため、好ましくな
い。それらの元素を1質量%以上とすると、固溶強化に
よる強度等の向上を図る上で好ましく、さらに、2〜7
質量%とすると、より好ましい。
Manganese, iron, cobalt and nickel are effective elements for improving the strength and hot forgeability of a titanium alloy, like molybdenum and the like. Therefore, molybdenum,
These elements may be contained instead of chromium or the like, or together with molybdenum, chromium, or the like. However, if the content of these elements exceeds 10% by mass, an intermetallic compound is formed with titanium and ductility is reduced, which is not preferable. When the content of these elements is 1% by mass or more, it is preferable to improve the strength and the like by solid solution strengthening.
It is more preferable to set it as mass%.

【0039】本発明のチタン合金が焼結チタン合金で
ある場合、前記金属元素群に錫を加えると、好適であ
る。すなわち、本発明の焼結チタン合金は、クロム(C
r)とモリブデン(Mo)とマンガン(Mn)と鉄(F
e)とコバルト(Co)とニッケル(Ni)と錫(S
n)とからなる金属元素群中の1種類以上の元素を含む
と好適である。具体的には、全体を100質量%とした
場合に、前記クロムと前記モリブデンとはそれぞれ20
質量%以下であり、前記マンガンと前記鉄と前記コバル
トと前記ニッケルと前記錫とはそれぞれ10質量%以下
であると、より好適である。
When the titanium alloy of the present invention is a sintered titanium alloy, it is preferable to add tin to the group of metal elements. That is, the sintered titanium alloy of the present invention is made of chromium (C
r), molybdenum (Mo), manganese (Mn), and iron (F
e), cobalt (Co), nickel (Ni), and tin (S
It is preferable to include at least one element in the metal element group consisting of n). Specifically, when the whole is 100% by mass, the chromium and the molybdenum are each 20%.
It is more preferable that the manganese, the iron, the cobalt, the nickel, and the tin are each 10% by mass or less.

【0040】錫はα安定化元素であり、チタン合金の強
度を向上させる上で有効な元素である。従って、10質
量%以下の錫を、モリブデン等の元素と共に含有させて
も良い。錫が10質量%を越えると、チタン合金の延性
が低下して加工性の低下を招く。錫を1質量%以上、さ
らには、2〜8質量%とすると、低ヤング率化と共に高
強度化を図る上で、より好ましい。なお、モリブデン等
の元素については、前述と同様である。
Tin is an α-stabilizing element and is an effective element for improving the strength of a titanium alloy. Therefore, 10% by mass or less of tin may be contained together with an element such as molybdenum. If the tin content exceeds 10% by mass, the ductility of the titanium alloy is reduced, leading to a reduction in workability. When the content of tin is 1% by mass or more, and more preferably, 2 to 8% by mass, it is more preferable to increase the strength while lowering the Young's modulus. Elements such as molybdenum are the same as described above.

【0041】本発明のチタン合金は、アルミニウム
(Al)を含むと好適である。具体的には、前記アルミ
ニウムが、全体を100質量%とした場合に0.3〜5
質量%であると、一層好適である。アルミニウムは、チ
タン合金の強度を向上させる上で有効な元素である。従
って、0.3〜5質量%のアルミニウムを、モリブデン
や鉄等の代りに、またはそれらの元素と共に含有させて
も良い。アルミニウムが0.3質量%未満では固溶強化
作用が不十分で、十分な強度の向上が図れない。また、
5質量%を越えると、チタン合金の延性を低下させる。
アルミニウムを0.5〜3質量%とすると、安定した強
度の向上を図る上で、より好ましい。なお、アルミニウ
ムを錫と共に添加すると、チタン合金の靱性を低下させ
ることなく、強度を向上させることができるため、より
好ましい。
The titanium alloy of the present invention preferably contains aluminum (Al). Specifically, the aluminum is 0.3 to 5 when the whole is 100% by mass.
It is more preferable that the content is mass%. Aluminum is an effective element for improving the strength of a titanium alloy. Therefore, 0.3 to 5% by mass of aluminum may be contained instead of or together with molybdenum or iron. If the aluminum content is less than 0.3% by mass, the solid solution strengthening effect is insufficient, and a sufficient improvement in strength cannot be achieved. Also,
If it exceeds 5% by mass, the ductility of the titanium alloy is reduced.
It is more preferable that the content of aluminum is 0.5 to 3% by mass in order to improve the strength stably. Note that it is more preferable to add aluminum together with tin because strength can be improved without lowering the toughness of the titanium alloy.

【0042】本発明のチタン合金は、全体を100質
量%とした場合に、0.08〜0.6質量%の酸素
(O)を含むと、好適である。また、全体を100質量
%とした場合に、0.05〜1.0質量%の炭素(C)
を含むと、好適である。また、全体を100質量%とし
た場合に、0.05〜0.8質量%の窒素(N)を含む
と、好適である。まとめると、全体を100質量%とし
た場合に、0.08〜0.6質量%の酸素(O)と0.
05〜1.0質量%の炭素(C)と0.05〜0.8質
量%の窒素(N)とからなる元素群中の1種類以上の元
素を含むと、好適である。
It is preferable that the titanium alloy of the present invention contains 0.08 to 0.6% by mass of oxygen (O) when the whole is 100% by mass. Further, when the whole is 100% by mass, 0.05 to 1.0% by mass of carbon (C)
Is preferable. Further, when the whole is set to 100% by mass, it is preferable that 0.05 to 0.8% by mass of nitrogen (N) is contained. In summary, assuming that the whole is 100% by mass, 0.08 to 0.6% by mass of oxygen (O) and 0.1% by mass.
It is preferable to include one or more elements in an element group consisting of 0.05 to 1.0% by mass of carbon (C) and 0.05 to 0.8% by mass of nitrogen (N).

【0043】酸素、炭素および窒素は、いずれも侵入型
の固溶強化元素であり、チタン合金のα相を安定にし、
強度を向上させる上で有効な元素である。酸素が0.0
8質量%未満、炭素または窒素が0.05質量%未満で
は、チタン合金の強度向上が十分ではない。また、酸素
が0.6質量%を超え、炭素が1.0質量%を超え、ま
たは窒素が0.8質量%を超えると、チタン合金の脆化
を招き好ましくない。酸素を0.1質量%以上、さらに
は0.15〜0.45質量%とすると、チタン合金の強
度と延性とのバランスにおいて、より好ましい。同様
に、炭素を0.1〜0.8質量%、窒素を0.1〜0.
6質量%とすると、その強度と延性とのバランスにおい
て、より好ましい。
Oxygen, carbon and nitrogen are all interstitial solid solution strengthening elements, stabilizing the α phase of the titanium alloy,
It is an effective element for improving the strength. Oxygen is 0.0
If the content is less than 8% by mass and the content of carbon or nitrogen is less than 0.05% by mass, the strength of the titanium alloy is not sufficiently improved. On the other hand, when the content of oxygen exceeds 0.6% by mass, the content of carbon exceeds 1.0% by mass, or the content of nitrogen exceeds 0.8% by mass, the titanium alloy is embrittled, which is not preferable. When the oxygen content is 0.1% by mass or more, and more preferably 0.15 to 0.45% by mass, the balance between the strength and ductility of the titanium alloy is more preferable. Similarly, 0.1 to 0.8% by mass of carbon and 0.1 to 0.1% by mass of nitrogen.
When the content is 6% by mass, the balance between the strength and the ductility is more preferable.

【0044】本発明のチタン合金は、全体を100質
量%とした場合に、0.01〜1.0質量%のホウ素
(B)を含むと、好適である。ホウ素は、チタン合金の
機械的な材料特性と熱間加工性とを向上させる上で有効
な元素である。ホウ素は、チタン合金に殆ど固溶せず、
そのほぼ全量がチタン化合物粒子(TiB粒子等)とし
て析出する。この析出粒子が、チタン合金の結晶粒成長
を著しく抑制して、チタン合金の組織を微細に維持する
からである。ホウ素が0.01質量%未満では、その効
果が十分ではなく、1.0質量%を超えると、高剛性の
析出粒子が増えることにより、チタン合金の全体的なヤ
ング率の上昇と冷間加工性の低下を招いてしまうからで
ある。
It is preferable that the titanium alloy of the present invention contains 0.01 to 1.0% by mass of boron (B) when the whole is 100% by mass. Boron is an element effective in improving the mechanical material properties and hot workability of a titanium alloy. Boron hardly dissolves in titanium alloy,
Almost all of them precipitate as titanium compound particles (TiB particles and the like). This is because these precipitated particles significantly suppress the crystal grain growth of the titanium alloy and maintain the structure of the titanium alloy finely. If the amount of boron is less than 0.01% by mass, the effect is not sufficient, and if the amount exceeds 1.0% by mass, precipitation of high-rigidity particles increases, thereby increasing the overall Young's modulus and cold working of the titanium alloy. This is because the property is lowered.

【0045】なお、0.01質量%のホウ素を添加した
場合、TiB粒子で換算すると、0.055体積%とな
り、一方、1質量%のホウ素を添加した場合は、TiB
粒子で換算すると、5.5体積%となる。従って、言換
えると、本発明のチタン合金は、ホウ化チタン粒子が
0.055体積%から5.5体積%の範囲にあると好ま
しい。ところで、上述の各組成元素は、所定の範囲内
で、任意に組合わせることができる。具体的には、前記
Zr、Hf、Sc、Cr、Mo、Mn、Fe、Co、N
i、Sn、Al、O、C、N、Bを、前記範囲内で、適
宜選択的に組合わせて、本発明のチタン合金とすること
もできる。もっとも、このことは、本発明のチタン合金
の趣旨を逸脱しない範囲内で、さらに別の元素を配合す
ることを排除するものではない。
When 0.01% by mass of boron is added, it is 0.055% by volume in terms of TiB particles. On the other hand, when 1% by mass of boron is added, TiB is added.
It is 5.5% by volume in terms of particles. Therefore, in other words, in the titanium alloy of the present invention, it is preferable that the titanium boride particles be in the range of 0.055% by volume to 5.5% by volume. Incidentally, the above-described respective composition elements can be arbitrarily combined within a predetermined range. Specifically, Zr, Hf, Sc, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, N
i, Sn, Al, O, C, N, and B may be appropriately and selectively combined within the above range to form the titanium alloy of the present invention. However, this does not preclude the addition of another element within a range that does not depart from the gist of the titanium alloy of the present invention.

【0046】(2)冷間加工組織 冷間加工組織とは、チタン合金を冷間加工したときに得
られる組織である。本発明者は、上述のチタン合金が冷
間加工性に非常に優れる共に、冷間加工が施こされたチ
タン合金が著しく低ヤング率で高弾性変形能、かつ高強
度となることを発見した。「冷間」とは、チタン合金の
再結晶温度(再結晶を起す最低の温度)よりも十分低温
であることを意味する。再結晶温度は、組成により変化
するが、概ね600℃程度であり、本発明のチタン合金
は、通常、常温〜300℃の範囲で冷間加工されると良
い。
(2) Cold Worked Structure The cold worked structure is a structure obtained when a titanium alloy is cold worked. The present inventor has discovered that the above-mentioned titanium alloy is extremely excellent in cold workability, and that the titanium alloy subjected to cold work has a remarkably low Young's modulus, high elastic deformability, and high strength. . The term "cold" means that the temperature is sufficiently lower than the recrystallization temperature of the titanium alloy (the lowest temperature at which recrystallization occurs). Although the recrystallization temperature varies depending on the composition, it is generally about 600 ° C., and the titanium alloy of the present invention is usually preferably cold-worked in a range from room temperature to 300 ° C.

【0047】また、X%以上の冷間加工組織とは、次式
により定義される冷間加工率がX%以上の場合にできる
冷間加工組織をいう。 冷間加工率 X=(S0−S)/S0 x100(%) (S0:冷間加工前の断面積、S:冷間加工後の断面
積)このような冷間加工によってチタン合金内に加工歪
みが付与される。この加工歪みが、原子レベルでのミク
ロ的な構造変化を構成組織内にもたらし、本発明のチタ
ン合金のヤング率の低減に寄与すると考えられる。ま
た、その冷間加工による原子レベルでのミクロ的な構造
変化に伴う弾性歪みの蓄積が、チタン合金の強度の向上
に寄与していると考えられる。
The cold worked structure of X% or more refers to a cold worked structure formed when the cold working ratio defined by the following formula is X% or more. Cold working ratio X = (S 0 −S) / S 0 × 100 (%) (S 0 : cross-sectional area before cold working, S: cross-sectional area after cold working) Titanium alloy Processing strain is imparted inside. It is considered that the processing strain causes a microstructural change at the atomic level in the constituent structure, and contributes to the reduction of the Young's modulus of the titanium alloy of the present invention. In addition, it is considered that the accumulation of elastic strain accompanying the microstructural change at the atomic level due to the cold working contributes to the improvement of the strength of the titanium alloy.

【0048】具体的には、10%以上の冷間加工組織を
有し、平均ヤング率が70GPa以下で引張弾性限強度
が750MPa以上であると、好適である。冷間加工を
付与することにより、チタン合金の低ヤング率化と高弾
性変形能化と高強度化とをより進行させることができ
る。さらに、本発明のチタン合金は、50%以上の前記
冷間加工組織を有し、平均ヤング率が65GPa以下で
引張弾性限強度が800MPa以上であると、好適であ
る。さらに、本発明のチタン合金が、70%以上の前記
冷間加工組織を有し、平均ヤング率が60GPa以下で
引張弾性限強度が850MPa以上であると、一層好適
である。さらに、本発明のチタン合金は、90%以上の
前記冷間加工組織を有し、平均ヤング率が55GPa以
下で引張弾性限強度が900MPa以上であると、格別
に好適である。
Specifically, it is preferable that the material has a cold worked structure of 10% or more, an average Young's modulus of 70 GPa or less, and a tensile elastic limit strength of 750 MPa or more. By imparting the cold working, it is possible to further reduce the Young's modulus, increase the elastic deformation capability, and increase the strength of the titanium alloy. Further, it is preferable that the titanium alloy of the present invention has the cold-worked structure of 50% or more, the average Young's modulus is 65 GPa or less, and the tensile elastic limit strength is 800 MPa or more. More preferably, the titanium alloy of the present invention has the cold-worked structure of 70% or more, the average Young's modulus is 60 GPa or less, and the tensile elastic limit strength is 850 MPa or more. Furthermore, it is particularly preferable that the titanium alloy of the present invention has the cold-worked structure of 90% or more, an average Young's modulus of 55 GPa or less, and a tensile elastic limit strength of 900 MPa or more.

【0049】本発明のチタン合金は、冷間加工率を99
%以上とすることもでき、詳細は定かではないものの、
従来のチタン合金とは明らかに異なるものである。従来
の冷間加工性に優れるチタン合金(例えば、Ti−22
V−4Al:通称DAT51等)と比較しても、本発明
に係るチタン合金の冷間加工率は、まさに驚異的な値で
ある。このように、本発明のチタン合金は、極めて冷間
加工性に優れ、しかも冷間加工によりその材料物性や機
械的特性が一層改善される傾向にあるため、低ヤング率
で高弾性変形能および高強度が求められる、各種の冷間
加工成形品に最適な材料である。
The titanium alloy of the present invention has a cold working rate of 99
% Or more, and although the details are not clear,
It is distinctly different from conventional titanium alloys. Conventional titanium alloys having excellent cold workability (for example, Ti-22
V-4Al: so-called DAT51), the cold working rate of the titanium alloy according to the present invention is just a surprising value. As described above, the titanium alloy of the present invention is extremely excellent in cold workability, and since the material properties and mechanical properties of the titanium alloy tend to be further improved by the cold work, a high elastic deformability and a low Young's modulus are obtained. It is the most suitable material for various cold-worked products requiring high strength.

【0050】(3)焼結合金(焼結チタン合金) 焼結合金は、原料粉末を焼結させて得られる合金であ
る。本発明のチタン合金が焼結チタン合金である場合、
低ヤング率、高弾性変形能、高強度および優れた冷間加
工性を発揮する。例えば、その焼結チタン合金は、平均
ヤング率が75GPa以下で引張弾性限強度が700M
Pa以上となり得る。さらに、本発明の焼結チタン合金
は、その組織中の空孔量を調整して、ヤング率、強度、
密度等を調整することができる。例えば、その焼結合金
が30体積%以下の空孔を含むと、好適である。空孔を
30体積%以下とすることにより、同一合金組成であっ
ても、その平均ヤング率を大幅に低下させることが可能
となるからである。
(3) Sintered Alloy (Sintered Titanium Alloy) A sintered alloy is an alloy obtained by sintering raw material powder. When the titanium alloy of the present invention is a sintered titanium alloy,
Demonstrates low Young's modulus, high elastic deformability, high strength and excellent cold workability. For example, the sintered titanium alloy has an average Young's modulus of 75 GPa or less and a tensile elastic limit strength of 700M.
Pa or more. Furthermore, the sintered titanium alloy of the present invention adjusts the amount of vacancies in its structure, and has a Young's modulus, strength,
Density and the like can be adjusted. For example, it is preferable that the sintered alloy contains 30% by volume or less of pores. This is because, by setting the porosity to 30% by volume or less, the average Young's modulus can be significantly reduced even with the same alloy composition.

【0051】一方、その焼結合金は、熱間加工により空
孔が5体積%以下に緻密化された組織であると、新たな
特長が付与され、好適である。すなわち、焼結合金を熱
間加工により緻密化すると、低ヤング率や、高弾性変形
能、高強度に加え、チタン合金に優れた冷間加工性を持
たせることができる。そして、空孔を1体積%以下に減
少させると、より好適である。なお、熱間加工とは、再
結晶温度以上での塑性加工を意味し、例えば、熱間鍛
造、熱間圧延、熱間スエージ、HIP等がある。
On the other hand, if the sintered alloy has a structure in which the pores are densified to 5% by volume or less by hot working, new features are imparted, which is preferable. That is, when the sintered alloy is densified by hot working, the titanium alloy can have excellent cold workability in addition to low Young's modulus, high elastic deformation capability, and high strength. It is more preferable to reduce the number of pores to 1% by volume or less. The hot working means plastic working at a recrystallization temperature or higher, and includes, for example, hot forging, hot rolling, hot swaging, and HIP.

【0052】また、空孔とは、焼結合金内に残留する空
隙を意味し、相対密度で評価される。相対密度とは、真
密度ρ0(残留空孔0%の場合)で焼結体の密度ρを割
った値の百分率(ρ/ρ0 )x100(%)で表さ
れ、空孔の体積%は次式で表される。 空孔の体積% ={1−(ρ/ρ0)}x100 (%) 例えば、金属粉末をCIP成形(冷間静水圧成形)する
場合、その静水圧(例えば、2〜4ton/cm2)を
調整することで容易に空孔の体積量を調整できる。空孔
の大きさは、特に、限定されるものではないが、例え
ば、その平均径が50μm以下であると、焼結合金の均
一性が保持され、強度低下も抑えられ、チタン合金は適
度の延性をもつ。ここで、平均径とは、2次元画像処理
で測定された空孔を断面積の等価な円に置換して算出し
た、その円の平均径を意味する。
The pores mean voids remaining in the sintered alloy, and are evaluated by relative density. The relative density is expressed as a percentage (ρ / ρ 0 ) × 100 (%) of a value obtained by dividing the density ρ of the sintered body by the true density ρ 0 (in the case of 0% of residual vacancies), Is represented by the following equation. Pore volume% = {1- (ρ / ρ 0)} x100 (%) For example, to CIP molding a metal powder (cold isostatic pressing), the hydrostatic pressure (e.g., 2~4ton / cm2) By adjusting the volume, the volume of the holes can be easily adjusted. Although the size of the pores is not particularly limited, for example, if the average diameter is 50 μm or less, the uniformity of the sintered alloy is maintained, the strength reduction is suppressed, and the titanium alloy has an appropriate size. It is ductile. Here, the average diameter means an average diameter of the circle calculated by replacing the holes measured by the two-dimensional image processing with a circle having an equivalent sectional area.

【0053】(チタン合金の製造方法) (1)原料粉末 焼結法の場合に必要となる原料粉末は、少なくともチタ
ンとVa族元素とを含んでいる。もっとも、それらは多
種多様な形態をとり得る。例えば、原料粉末が、さら
に、Zr、Hf、Sc、Cr、Mo、Mn、Fe、C
o、Ni、Sn、Al、O、C、N、Bを含んでも良
い。具体的には、例えば、原料粉末が、全体を100質
量%とした場合に、ジルコニウム(Zr)とハフニウム
(Hf)とスカンジウム(Sc)とからなる金属元素群
中の1種以上の元素を合計で20質量%以下含むと、好
適である。
(Method of Producing Titanium Alloy) (1) Raw Material Powder The raw material powder required for the sintering method contains at least titanium and a Va group element. However, they can take a wide variety of forms. For example, the raw material powder further contains Zr, Hf, Sc, Cr, Mo, Mn, Fe, C
o, Ni, Sn, Al, O, C, N, and B may be included. Specifically, for example, when the total amount of the raw material powder is 100% by mass, one or more elements in a metal element group composed of zirconium (Zr), hafnium (Hf), and scandium (Sc) are combined. Is preferably 20% by mass or less.

【0054】そして、本発明の製造方法は、チタンと、
合計で20質量%以下のジルコニウム(Zr)とハフニ
ウム(Hf)とスカンジウム(Sc)とからなる金属元
素群中の1種以上の元素と、該金属元素群中の1種以上
の元素との合計が30〜60質量%となるVa族(バナ
ジウム族)元素とを含む少なくとも二種以上の原料粉末
を混合する混合工程と、該混合工程により得られた混合
粉末を所定形状の成形体に成形する成形工程と、該成形
工程で得られた成形体を加熱して焼結させる焼結工程
と、からなると好適である。
The production method of the present invention comprises the steps of:
Total of at least one element in the metal element group consisting of zirconium (Zr), hafnium (Hf), and scandium (Sc) in a total amount of 20% by mass or less, and one or more elements in the metal element group Of mixing at least two or more types of raw material powders containing a Va group (vanadium group) element having a content of 30 to 60% by mass, and forming the mixed powder obtained by the mixing step into a molded body having a predetermined shape. It is preferable that the method comprises a forming step and a sintering step of heating and sintering the formed body obtained in the forming step.

【0055】また、本発明の製造方法は、チタンと、合
計で20質量%以下のジルコニウム(Zr)とハフニウ
ム(Hf)とスカンジウム(Sc)とからなる金属元素
群中の1種以上の元素と、該金属元素群中の1種以上の
元素との合計が30〜60質量%となるVa族(バナジ
ウム族)元素とを少なくとも含む原料粉末を所定形状の
容器に充填する充填工程と、該充填工程後に熱間静水圧
法(HIP法)を用いて該容器中の該原料粉末を焼結さ
せる焼結工程とからなると、好適である。原料粉末が、
さらに、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、モリ
ブデン、鉄、錫、アルミニウム、酸素、炭素、窒素およ
びホウ素の少なくとも一種以上の元素を含むと、好適で
ある。
Further, the production method of the present invention is characterized in that titanium and one or more elements in a metal element group consisting of zirconium (Zr), hafnium (Hf) and scandium (Sc) of not more than 20% by mass in total. Filling a raw material powder containing at least a Va group (vanadium group) element having a total of 30 to 60 mass% with one or more elements in the metal element group into a container having a predetermined shape; It is preferable that the method further comprises a sintering step of sintering the raw material powder in the container by using a hot isostatic method (HIP method) after the step. Raw material powder,
Further, it is preferable to include at least one element of chromium, manganese, cobalt, nickel, molybdenum, iron, tin, aluminum, oxygen, carbon, nitrogen, and boron.

【0056】本発明の製造方法が、混合工程を伴う場合
には、原料粉末が、純金属粉末および/または合金粉末
の2種以上からなると、好適である。具体的な使用粉末
として、例えばスポンジ粉末、水素化脱水素粉末、水素
化粉末、アトマイズ粉末などを使用できる。粉末の粒子
形状や粒径(粒径分布)などは、特に限定されるもので
はなく、市販の粉末をそのまま用いることができる。も
っとも、使用粉末は、コストや焼結体の緻密性の観点か
ら、平均粒径が100μm以下であると、好ましい。さ
らに、粉末の粒径が45μm(#325)以下であれ
ば、より緻密な焼結体を得やすい。
When the production method of the present invention involves a mixing step, it is preferable that the raw material powder is composed of two or more of pure metal powder and / or alloy powder. As specific powders to be used, for example, sponge powder, hydrodehydrogenated powder, hydrogenated powder, atomized powder and the like can be used. The particle shape and particle size (particle size distribution) of the powder are not particularly limited, and a commercially available powder can be used as it is. However, it is preferable that the powder used has an average particle diameter of 100 μm or less from the viewpoint of cost and the denseness of the sintered body. Further, when the particle size of the powder is 45 μm (# 325) or less, a denser sintered body can be easily obtained.

【0057】本発明の製造方法が、HIP法を用いる場
合には、原料粉末が、チタンと少なくともVa族元素と
を含む合金粉末からなると、好適である。この合金粉末
は、本発明に係るチタン合金の組成を備えた粉末であ
り、例えば、ガスアトマイズ法や、REP法(回転電極
法)、PREP法(プラズマ回転電極法)、あるいは溶
解法により製造されたインゴットを水素化した後粉砕す
る方法、さらにはMA法(機械的合金化法)等により、
製造される。
When the production method of the present invention uses the HIP method, it is preferable that the raw material powder is composed of an alloy powder containing titanium and at least a group Va element. This alloy powder is a powder having the composition of the titanium alloy according to the present invention, and manufactured by, for example, a gas atomizing method, a REP method (rotating electrode method), a PREP method (plasma rotating electrode method), or a melting method. Hydrogenation of the ingot followed by crushing, and also by MA (mechanical alloying)
Manufactured.

【0058】(2)混合工程 混合工程は、原料粉末を混合する工程である。それらの
混合には、V型混合機、ボールミル及び振動ミル、高エ
ネルギーボールミル(例えば、アトライター)等を使用
できる。
(2) Mixing Step The mixing step is a step of mixing raw material powders. For mixing them, a V-type mixer, a ball mill and a vibration mill, a high energy ball mill (for example, an attritor) and the like can be used.

【0059】(3)成形工程 成形工程は、混合工程で得られた混合粉末を所定形状の
成形体に成形する工程である。成形体の形状は、製品の
最終的な形状でも良いし、焼結工程後にさらに加工を施
す場合はビレット形状等でもよい。成形工程には、例え
ば、金型成形、CIP成形(冷間静水圧プレス成形)、
RIP成形(ゴム静水圧プレス成形)等を用いることが
できる。
(3) Forming Step The forming step is a step of forming the mixed powder obtained in the mixing step into a molded body having a predetermined shape. The shape of the molded body may be the final shape of the product, or may be a billet shape when further processing is performed after the sintering step. The molding process includes, for example, mold molding, CIP molding (cold isostatic press molding),
RIP molding (rubber isostatic press molding) or the like can be used.

【0060】(4)充填工程 充填工程は、チタンと少なくともVa族元素とを含む、
前述の原料粉末を所定形状の容器に充填する工程であ
り、熱間静水圧法(HIP法)を用いるために必要とな
る。原料粉末を充填する容器の内側形状は、所望の製品
形状に対応している。また、容器は、例えば、金属製で
も、セラミック製でも、ガラス製でもよい。また、真空
脱気して、原料粉末を容器に充填、封入するとよい。
(4) Filling Step The filling step contains titanium and at least a Va group element.
This is a step of filling the above-mentioned raw material powder into a container having a predetermined shape, which is necessary to use a hot isostatic method (HIP method). The inner shape of the container for filling the raw material powder corresponds to a desired product shape. Further, the container may be made of, for example, metal, ceramic, or glass. Further, it is preferable that the raw material powder is filled and sealed in a container by degassing under vacuum.

【0061】(5)焼結工程 焼結工程は、前記成形工程で得られた成形体を加熱して
焼結させ焼結体を得る工程、または、前記充填工程後に
熱間静水圧法(HIP)を用いて前記容器中の該粉末を
加圧固化させる工程である。成形体を焼結させる場合
は、真空又は不活性ガスの雰囲気でなされることが好ま
しい。また、焼結温度は、該合金の融点以下で、しかも
成分元素が十分に拡散する温度域で行われることが好ま
しく、例えば、その温度範囲は1200℃〜1400℃
である。また、その焼結時間は2〜16時間であること
が好ましい。従って、チタン合金の緻密化と生産性の効
率化を図る上で、1200℃〜1400℃かつ2〜16
時間の条件で焼結工程を行うと良い。
(5) Sintering Step The sintering step is a step of heating and sintering the molded body obtained in the molding step to obtain a sintered body, or a hot isostatic method (HIP) after the filling step. ) Is to solidify the powder in the container under pressure. When sintering the compact, it is preferable to perform the sintering in a vacuum or an inert gas atmosphere. Further, the sintering temperature is preferably lower than the melting point of the alloy and in a temperature range in which the component elements are sufficiently diffused. For example, the temperature range is 1200 ° C. to 1400 ° C.
It is. Further, the sintering time is preferably 2 to 16 hours. Therefore, in order to achieve the densification of titanium alloy and the improvement of productivity, 1200 ° C. to 1400 ° C. and 2 to 16 ° C.
The sintering step is preferably performed under the condition of time.

【0062】HIP法による場合、拡散が容易で粉末の
変形抵抗が小さく、しかも、前記容器と反応しにくい温
度領域で行われることが好ましい。例えば、その温度範
囲は900℃〜1300℃である。また、成形圧力は、
充填粉末が十分にクリープ変形できる圧力であることが
好ましく、例えば、その圧力範囲は50〜200MPa
(500〜2000気圧)である。HIPの処理時間
は、粉末が十分にクリープ変形して緻密化し、かつ、合
金成分が粉末間で拡散できる時間が好ましく、例えば、
その時間は1時間〜10時間である。
In the case of the HIP method, it is preferable that the heat treatment is carried out in a temperature range in which diffusion is easy, powder deformation resistance is small, and reaction with the container is difficult. For example, the temperature range is 900C to 1300C. The molding pressure is
Preferably, the pressure is such that the filling powder can sufficiently creep. For example, the pressure range is 50 to 200 MPa.
(500-2000 atm). The processing time of the HIP is preferably such that the powder is sufficiently creep-deformed and densified, and the alloy component can diffuse between the powders.
The time is 1 hour to 10 hours.

【0063】(6)加工工程 熱間加工を行うことにより、焼結合金の空孔等を低減
して組織を緻密化させることができる。従って、本発明
の製造方法は、さらに、前記焼結工程後に得られた焼結
体を熱間加工して該焼結体の組織を緻密化させる熱間加
工工程を有すると、好適である。この熱間加工は、概略
的な製品の形状を形成するために行っても良い。
(6) Working Step By performing hot working, the pores and the like of the sintered alloy can be reduced and the structure can be densified. Therefore, the manufacturing method of the present invention preferably further includes a hot working step of hot working the sintered body obtained after the sintering step to densify the structure of the sintered body. This hot working may be performed to form a general product shape.

【0064】本発明の製造方法により得られたチタン
合金は、冷間加工性に優れるため、得られた焼結体を冷
間加工して種々の製品を製造することができる。従っ
て、本発明の製造方法は、さらに、前記焼結工程後に得
られた焼結体を冷間加工して素材または製品に成形する
冷間加工工程を有すると、好適である。そして、前記熱
間加工により粗加工を行った後、冷間加工により仕上加
工を行っても良い。
Since the titanium alloy obtained by the production method of the present invention is excellent in cold workability, various products can be produced by cold working the obtained sintered body. Therefore, it is preferable that the manufacturing method of the present invention further includes a cold working step of cold working the sintered body obtained after the sintering step to form a material or a product. Then, after performing the rough working by the hot working, the finish working may be performed by the cold working.

【0065】(チタン合金の用途)本発明のチタン合金
は、低ヤング率、高弾性変形能、高強度であるため、そ
の特性にマッチする製品に幅広く利用できる。また、優
れた冷間加工性も備えるため、冷間加工製品に本発明の
チタン合金を利用すると、加工割れ等が著しく低減さ
れ、歩留りが向上する。また、従来のチタン合金では、
形状的に切削加工を必要とする製品でも、本発明のチタ
ン合金によれば、冷間鍛造等により成形可能となり、チ
タン製品の量産化、低コスト化を図る上でも非常に有効
である。例えば、本発明のチタン合金は、産業機械、自
動車、バイク、自転車、家電品、航空宇宙機器、船舶、
装身具、スポーツ・レジャ用品、生体関連品、医療器
材、玩具等に利用できる。
(Use of Titanium Alloy) The titanium alloy of the present invention has a low Young's modulus, a high elastic deformation capacity, and a high strength, so that it can be widely used for products matching the characteristics. In addition, since the titanium alloy of the present invention is used for a cold-worked product because it has excellent cold workability, work cracks and the like are significantly reduced, and the yield is improved. Also, with conventional titanium alloys,
According to the titanium alloy of the present invention, it is possible to form a product that requires cutting in shape by cold forging or the like, which is very effective for mass production and cost reduction of the titanium product. For example, the titanium alloy of the present invention is used for industrial machinery, automobiles, motorcycles, bicycles, home appliances, aerospace equipment, ships,
It can be used for jewelry, sports and leisure goods, biological related goods, medical equipment, toys, etc.

【0066】自動車の(コイル)スプリングを例にとる
と、本発明のチタン合金は従来のバネ鋼に対してヤング
率が1/3から1/5となり、しかも、弾性変形能は5
倍以上あるため、巻き数を1/3から1/5に低下させ
ることができる。さらに、本発明のチタン合金は、通常
スプリングに用いられる鋼に対して、比重が70%程度
しかないために、大幅な軽量化が実現できる。
Taking the (coil) spring of an automobile as an example, the titanium alloy of the present invention has a Young's modulus of 1/3 to 1/5 with respect to a conventional spring steel, and an elastic deformation capacity of 5%.
Since it is twice or more, the number of turns can be reduced from 1/3 to 1/5. Furthermore, since the titanium alloy of the present invention has a specific gravity of only about 70% of steel used for a normal spring, a significant reduction in weight can be realized.

【0067】また、装身具として眼鏡フレームを例にと
ると、本発明のチタン合金は従来のチタン合金より低ヤ
ング率であるため、蔓部分等が撓み易くなり、顔によく
フィットし、また、衝撃吸収性や形状の復元性にも優れ
る。さらに、高強度で冷間加工性に優れるため、細線材
から眼鏡フレーム等への成形も容易であり、歩留りの向
上も図れる。また、その細線材から眼鏡フレームによれ
ば、眼鏡のフィット性、軽量性、装着感等がより一層向
上する。
In the case of an eyeglass frame as an accessory, the titanium alloy of the present invention has a lower Young's modulus than a conventional titanium alloy, so that the vine and the like are easily bent, and fit well to the face. Excellent absorption and shape restoration. Furthermore, since it is high in strength and excellent in cold workability, it can be easily formed from a thin wire into an eyeglass frame or the like, and the yield can be improved. In addition, according to the spectacle frame from the thin wire material, the fit, the lightness, and the wearing feeling of the spectacles are further improved.

【0068】また、スポーツ・レジャ用品として、ゴル
フクラブを例にとり説明すると、例えば、ゴルフクラブ
のシャフトが本発明のチタン合金からなる場合、そのシ
ャフトはしなり易くなり、ゴルフボールへ伝達される弾
性エネルギーが増して、ゴルフボールの飛距離の向上が
期待できる。また、ゴルフクラブのヘッド、特にフェー
ス部分が本発明のチタン合金からなる場合、その低ヤン
グ率と高強度による薄肉化とによりヘッドの固有振動数
が従来のチタン合金に比べて著しく低減し、そのヘッド
を備えるゴルフクラブによれば、ゴルフボールの飛距離
を相当伸ばすことができると、期待される。なお、ゴル
フクラブに関する理論は、例えば、特公平7−9807
7号公報や国際公開WO98/46312号公報等に開
示されている。その他、本発明のチタン合金によれば、
その優れた特性により、ゴルフクラブの打感等も向上さ
せることが可能であり、ゴルフクラブの設計自由度を著
しく拡大させることができる。
Further, a golf club will be described as an example of a sports / regular article. For example, when the shaft of a golf club is made of the titanium alloy of the present invention, the shaft is easily bent and the elasticity transmitted to the golf ball is increased. Energy can be increased and the flight distance of the golf ball can be expected to be improved. Further, when the head of the golf club, particularly the face portion, is made of the titanium alloy of the present invention, the natural frequency of the head is significantly reduced as compared with the conventional titanium alloy due to its low Young's modulus and thinning due to high strength. According to the golf club having the head, it is expected that the flight distance of the golf ball can be considerably extended. The theory regarding the golf club is described in, for example, Japanese Patent Publication No. 7-9807.
No. 7 and International Publication WO98 / 46312. In addition, according to the titanium alloy of the present invention,
Due to its excellent characteristics, the feel at impact of the golf club and the like can be improved, and the degree of freedom in designing the golf club can be significantly increased.

【0069】また、医療分野では、人工骨、人工関節、
人工移植片、骨の固定具等の生体内に配設されるものや
医療器械の機能部材(カテーテル、鉗子、弁等)等に本
発明のチタン合金を利用できる。例えば、人工骨が本発
明のチタン合金からなる場合、その人工骨は人骨に近い
低ヤング率をもち、人骨との均衡が図られて生体適合性
に優れると共に、骨として十分な高強度を有する。
In the medical field, artificial bones, artificial joints,
The titanium alloy of the present invention can be used for things to be disposed in a living body such as artificial grafts and bone fasteners, and functional members (catheter, forceps, valves, etc.) of medical instruments. For example, when the artificial bone is made of the titanium alloy of the present invention, the artificial bone has a low Young's modulus close to human bone, is balanced with human bone, is excellent in biocompatibility, and has a sufficiently high strength as bone. .

【0070】また、本発明のチタン合金は、制振材にも
適する。E=ρV2 (E:ヤング率、ρ:材料密度、
V:材料内を伝わる音速)の関係式から解るように、ヤ
ング率を低下させることにより、その材料内を伝わる音
速を低減できるからである。
Further, the titanium alloy of the present invention is suitable for a vibration damping material. E = ρV2 (E: Young's modulus, ρ: Material density,
This is because, as can be seen from the relational expression of (V: sound speed transmitted through the material), the sound speed transmitted through the material can be reduced by lowering the Young's modulus.

【0071】その他、本発明のチタン合金は、例えば、
素材(線材、棒材、角材、板材、箔材、繊維、織物
等)、携帯品(時計(腕時計)、バレッタ(髪飾り)、
ネックレス、ブレスレット、イアリング、ピアス、指
輪、ネクタイピン、ブローチ、カフスボタン、バックル
付きベルト、ライター、万年筆のペン先、万年筆用クリ
ップ、キーホルダー、鍵、ボールペン、シャープペンシ
ル等)、携帯情報端末(携帯電話、携帯レコーダ、モバ
イルパソコン等のケース等)、エンジンバルブ用のスプ
リング、サスペンションスプリング、バンパー、ガスケ
ット、ダイアフラム、ベローズ、ホース、ホースバン
ド、ピンセット、釣り竿、釣り針、縫い針、ミシン針、
注射針、スパイク、金属ブラシ、椅子、ソファー、ベッ
ド、クラッチ、バット、各種ワイヤ類、各種バインダ
類、書類等クリップ、クッション材、各種メタルシー
ル、エキスパンダー、トランポリン、各種健康運動機
器、車椅子、介護機器、リハビリ機器、ブラジャー、コ
ルセット、カメラボディー、シャッター部品、暗幕、カ
ーテン、ブラインド、気球、飛行船、テント、各種メン
ブラン、ヘルメット、魚網、茶濾し、傘、消防服、防弾
チョッキ、燃料タンク等の各種容器類、タイヤの内張
り、タイヤの補強材、自転車のシャシー、ボルト、定
規、各種トーションバー、ゼンマイ、動力伝動ベルト
(CVTのフープ等)等の各種分野の各種製品に利用す
ることができる。そして、本発明に係るチタン合金およ
びその製品は、鋳造、鍛造、超塑性成形、熱間加工、冷
間加工、焼結等、種々の製造方法により製造され得る。
In addition, the titanium alloy of the present invention is, for example,
Materials (wires, bars, squares, plates, foils, fibers, fabrics, etc.), mobile goods (watches (watches), Vallettas (hair ornaments),
Necklaces, bracelets, earrings, earrings, rings, tie pins, brooches, cufflinks, belts with buckles, lighters, fountain pen nibs, fountain pen clips, key chains, keys, ballpoint pens, mechanical pencils, etc., mobile information terminals (mobile phones) , Portable recorders, mobile PC cases, etc.), engine valve springs, suspension springs, bumpers, gaskets, diaphragms, bellows, hoses, hose bands, tweezers, fishing rods, fishing hooks, sewing needles, sewing needles,
Injection needles, spikes, metal brushes, chairs, sofas, beds, clutches, bats, various wires, various binders, paper clips, cushioning materials, various metal seals, expanders, trampolines, various health exercise equipment, wheelchairs, nursing equipment , Rehabilitation equipment, brassier, corset, camera body, shutter parts, blackout curtains, curtains, blinds, balloons, airships, tents, various membranes, helmets, fishnets, tea strainers, umbrellas, fire clothes, bulletproof vests, fuel tanks, and other containers It can be used for various products in various fields such as tire linings, tire reinforcements, bicycle chassis, bolts, rulers, various torsion bars, springs, and power transmission belts (such as CVT hoops). And the titanium alloy and the product thereof according to the present invention can be manufactured by various manufacturing methods such as casting, forging, superplastic forming, hot working, cold working, and sintering.

【0072】[0072]

【実施例】以下に、組成や冷間加工率等を変更した種々
の具体的な実施例を例示し、本発明に係るチタン合金お
よびその製造方法について、さらに詳細に説明する。 A.供試材1〜84 先ず、本発明に係るチタン合金の製造方法等を用いて、
供試材1〜84を製造した。
EXAMPLES Various specific examples in which the composition, the cold working ratio and the like are changed will be described below, and the titanium alloy according to the present invention and the method for producing the same will be described in more detail. A. Specimens 1 to 84 First, using the method for manufacturing a titanium alloy according to the present invention,
Test materials 1 to 84 were produced.

【0073】(1)供試材1〜13 供試材1〜13は、30〜60質量%のVa族元素とチ
タンとからなるチタン合金に関するものである。 a.供試材1 原料粉末として、本発明でいうチタン粉末に相当する市
販の水素化・脱水素Ti粉末(−#325、−#10
0)とニオブ(Nb)粉末(−#325)、バナジウム
(V)粉末(−#325)、タンタル(Ta)粉末(−
#325)とを用意した。なお、以降では、既述の同一
粉末については、単に「チタン粉末」、「ニオブ粉
末」、「バナジウム粉末」、「タンタル粉末」等と称す
る。なお、この時の含有酸素量はチタン粉末に含まれる
酸素で調整した。また、表1の組成は質量%で表示され
ており、残部であるチタンの記載は省略した。これらの
各粉末を表1の組成割合となるように配合および混合し
た(混合工程)。この混合粉末を圧力4ton/cm2
でCIP成形(冷間静水圧成形)して、φ40x80m
mの円柱形状の成形体を得た(成形工程)。成形工程に
より得られた成形体を1.3x10-3Pa(1x10-5
torr)の真空中で1300℃x16時間加熱して焼
結させ、焼結体とした(焼結工程)。さらに、この焼結
体を700〜1150℃の大気中で熱間鍛造して(熱間
加工工程)、φ10mmの丸棒とし、これを供試材1と
した。
(1) Specimens 1 to 13 Specimens 1 to 13 relate to a titanium alloy comprising 30 to 60% by mass of a Va group element and titanium. a. Test material 1 Commercially available hydrogenated / dehydrogenated Ti powder (-# 325,-# 10) corresponding to the titanium powder referred to in the present invention as the raw material powder
0), niobium (Nb) powder (-# 325), vanadium (V) powder (-# 325), tantalum (Ta) powder (-
# 325). Hereinafter, the same powder as described above is simply referred to as “titanium powder”, “niobium powder”, “vanadium powder”, “tantalum powder”, or the like. The oxygen content at this time was adjusted with oxygen contained in the titanium powder. Further, the compositions in Table 1 are shown in mass%, and the description of the remaining titanium is omitted. These powders were blended and mixed so as to have the composition ratios shown in Table 1 (mixing step). This mixed powder is subjected to a pressure of 4 ton / cm 2
CIP molding (cold isostatic molding) at φ40x80m
m was obtained (a molding step). The molded body obtained by the molding step was placed at 1.3 × 10 −3 Pa (1 × 10 −5).
The resultant was heated and sintered at 1300 ° C. for 16 hours in a vacuum of torr) to obtain a sintered body (sintering step). Further, the sintered body was hot forged in an atmosphere at 700 to 1150 ° C. (hot working step) to obtain a round bar having a diameter of 10 mm.

【0074】b.供試材2 原料として、スポンジチタン、高純度のニオブ、バナジ
ウムブリケットを準備した。これらの原料を表1の組成
割合となるように1kg配合した(配合工程)。この原
料を、インダクションスカルを用いて溶解し(溶解工
程)、金型に鋳造後(鋳造工程)、φ60x60mmの
溶解材を得た。なお、溶解は、均質化を図るため5回の
再溶解処理を行った。この溶解材を700〜1150℃
の大気中で熱間鍛造して(熱間加工工程)、φ10mm
の丸棒とし、これを供試材2とした。 c.供試材3、4および供試材8〜11 原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタル粉
末とを用いて、表1の組成割合となるようにした。これ
以降は、供試材1と同様にして各供試材を製造した。
B. Test Material 2 As raw materials, titanium sponge, high-purity niobium, and vanadium briquette were prepared. These raw materials were blended in an amount of 1 kg so as to have a composition ratio shown in Table 1 (blending step). This raw material was melted using an induction skull (melting step), and after casting in a mold (casting step), a molten material of φ60 × 60 mm was obtained. In addition, for the dissolution, five re-dissolution treatments were performed for homogenization. 700-1150 ° C
Hot forging in the atmosphere of (hot working process), φ10mm
This was used as Test Material 2. c. Test materials 3 and 4 and Test materials 8 to 11 Titanium powder, niobium powder, and tantalum powder were used as raw material powders so as to have the composition ratios shown in Table 1. Thereafter, each test material was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0075】d.供試材7 原料として、スポンジチタン、高純度のニオブ、タンタ
ルブリケットを準備した。これらの原料を表1の組成割
合となるように1kg配合した(配合工程)。これ以降
は、供試材2と同様にして供試材7を製造した。 e.供試材5、6、12、13 原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタル粉
末、バナジウム粉末とを用いて、表1の組成割合となる
ようにした。これ以降は、供試材1と同様にして各供試
材を製造した。
D. Test material 7 As raw materials, titanium sponge, high-purity niobium, and tantalum briquettes were prepared. These raw materials were blended in an amount of 1 kg so as to have a composition ratio shown in Table 1 (blending step). Thereafter, the test material 7 was manufactured in the same manner as the test material 2. e. Test materials 5, 6, 12, 13 Titanium powder, niobium powder, tantalum powder, and vanadium powder were used as raw material powders so that the composition ratios were as shown in Table 1. Thereafter, each test material was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0076】(2)供試材14〜24 供試材14〜24は、供試材6〜10、12のVa族元
素の一部を、ジルコニウム、ハフニウム、スカンジウム
で表2に示すように置換したものである。 a.供試材14 供試材14は、供試材9のタンタルの一部をジルコニウ
ムで置換したものである。原料粉末として、チタン粉末
とニオブ粉末、タンタル粉末、ジルコニウム(Zr)粉
末(−#325)とを用いて、表2の組成割合となるよ
うにした。これ以降は、供試材1と同様にして供試材1
4を製造した。
(2) Specimens 14 to 24 Specimens 14 to 24 were obtained by replacing some of the Va group elements of Specimens 6 to 10 and 12 with zirconium, hafnium and scandium as shown in Table 2. It was done. a. Specimen 14 Specimen 14 was obtained by substituting a part of tantalum of Specimen 9 with zirconium. The composition ratios shown in Table 2 were obtained using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, and zirconium (Zr) powder (-# 325) as raw material powders. After this, the test material 1
4 was produced.

【0077】b.供試材15 供試材15は、供試材7のニオブの一部をジルコニウム
で置換したものである。原料として、スポンジチタン、
高純度のニオブ、タンタルブリケットを準備した。これ
らの原料を表2の組成割合となるように1kg配合した
(配合工程)。これ以降は、供試材2と同様にして供試
材15を製造した。 c.供試材16 供試材16は、供試材8のニオブの一部をジルコニウム
で置換したものである。原料粉末として、チタン粉末と
ニオブ粉末、タンタル粉末、ジルコニウム粉末とを用い
て、表2の組成割合となるようにした。これ以降は、供
試材1と同様にして供試材16を製造した。
B. Specimen 15 Specimen 15 was obtained by substituting a part of niobium of Specimen 7 with zirconium. As raw materials, titanium sponge,
High purity niobium and tantalum briquettes were prepared. These raw materials were blended in an amount of 1 kg so as to have a composition ratio shown in Table 2 (blending step). Thereafter, the test material 15 was manufactured in the same manner as the test material 2. c. Specimen 16 Specimen 16 was obtained by substituting a part of niobium of Specimen 8 with zirconium. As a raw material powder, a titanium powder and a niobium powder, a tantalum powder, and a zirconium powder were used so that the composition ratio was as shown in Table 2. Thereafter, the test material 16 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0078】d.供試材17 供試材17は、供試材10のタンタル一部をジルコニウ
ムで置換したものである。原料粉末として、チタン粉末
とニオブ粉末、タンタル粉末、ジルコニウム粉末とを用
いて、表2の組成割合となるようにした。これ以降は、
供試材1と同様にして供試材17を製造した。 e.供試材18 供試材18は、供試材10のタンタルをジルコニウムで
置換したものである。原料粉末として、チタン粉末とニ
オブ粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表2の組成割
合となるようにした。これ以降は、供試材1と同様にし
て供試材18を製造した。
D. Specimen 17 Specimen 17 was obtained by replacing a part of tantalum of the specimen 10 with zirconium. As a raw material powder, a titanium powder and a niobium powder, a tantalum powder, and a zirconium powder were used so that the composition ratio was as shown in Table 2. From now on,
A test material 17 was produced in the same manner as the test material 1. e. Specimen 18 Specimen 18 was obtained by replacing tantalum in Specimen 10 with zirconium. The composition ratios shown in Table 2 were obtained using titanium powder, niobium powder, and zirconium powder as raw material powders. Thereafter, the test material 18 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0079】f.供試材19 供試材19は、供試材9のニオブとタンタルの一部をジ
ルコニウムで置換したものである。原料粉末として、チ
タン粉末とニオブ粉末、タンタル粉末、ジルコニウム粉
末とを用いて、表2の組成割合となるようにした。これ
以降は、供試材1と同様にして供試材19を製造した。 g.供試材20 供試材20は、供試材12のニオブ、バナジウムの一部
をジルコニウムで置換したものである。原料粉末とし
て、チタン粉末とニオブ粉末、バナジウム粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表2の組成割合
となるようにした。これ以降は、供試材1と同様にして
供試材20を製造した。
F. Specimen 19 Specimen 19 was obtained by substituting a part of niobium and tantalum in Specimen 9 with zirconium. As a raw material powder, a titanium powder and a niobium powder, a tantalum powder, and a zirconium powder were used so that the composition ratio was as shown in Table 2. Thereafter, the test material 19 was manufactured in the same manner as the test material 1. g. Specimen 20 Specimen 20 was obtained by substituting a part of niobium and vanadium of the specimen 12 with zirconium. Titanium powder, niobium powder, vanadium powder, tantalum powder, and zirconium powder were used as raw material powders so that the composition ratio was as shown in Table 2. Thereafter, the test material 20 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0080】h.供試材21 供試材21は、供試材6のバナジウムの一部をジルコニ
ウムとハフニウムとで置換したものである。原料粉末と
して、チタン粉末とニオブ粉末、バナジウム粉末、タン
タル粉末、ジルコニウム粉末、ハフニウム(Hf)粉末
(−#325)とを用いて、表2の組成割合となるよう
にした。これ以降は、供試材1と同様にして供試材21
を製造した。 i.供試材22 供試材22は、供試材10のニオブ、タンタルの一部を
ハフニウムで置換したものである。原料粉末として、チ
タン粉末とニオブ粉末、タンタル粉末、ハフニウム粉末
とを用いて、表2の組成割合となるようにした。これ以
降は、供試材1と同様にして供試材22を製造した。
H. Specimen 21 Specimen 21 was obtained by substituting a part of vanadium of Specimen 6 with zirconium and hafnium. The composition ratios shown in Table 2 were obtained using titanium powder, niobium powder, vanadium powder, tantalum powder, zirconium powder, and hafnium (Hf) powder (-# 325) as raw material powders. After that, the test material 21 was prepared in the same manner as the test material 1.
Was manufactured. i. Specimen 22 Specimen 22 is obtained by substituting a part of niobium and tantalum of the specimen 10 with hafnium. As a raw material powder, a titanium powder, a niobium powder, a tantalum powder, and a hafnium powder were used so that the composition ratio was as shown in Table 2. Thereafter, the test material 22 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0081】j.供試材23 供試材23は、供試材12のニオブの一部をジルコニウ
ムで置換したものである。原料粉末として、チタン粉末
とニオブ粉末、バナジウム粉末、タンタル粉末、ジルコ
ニウム粉末とを用いて、表2の組成割合となるようにし
た。これ以降は、供試材1と同様にして供試材23を製
造した。 k.供試材24 供試材24は、供試材9のニオブ、タンタルの一部スカ
ンジウムで置換したものである。原料粉末として、チタ
ン粉末とニオブ粉末、タンタル粉末、スカンジウム(S
c)粉末(−#325)とを用いて、表2の組成割合と
なるようにした。これ以降は、供試材1と同様にして供
試材24を製造した。
J. Specimen 23 Specimen 23 was obtained by substituting a part of niobium of Specimen 12 with zirconium. Titanium powder, niobium powder, vanadium powder, tantalum powder, and zirconium powder were used as raw material powders so that the composition ratio was as shown in Table 2. Thereafter, the test material 23 was manufactured in the same manner as the test material 1. k. Specimen 24 Specimen 24 was obtained by substituting niobium and tantalum of specimen 9 with a part of scandium. As raw material powders, titanium powder, niobium powder, tantalum powder, scandium (S
c) Using powder (-# 325), the composition ratio was as shown in Table 2. Thereafter, the test material 24 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0082】(3)供試材25〜31 供試材25〜31は、供試材11、14、16、17、
18、23に、クロム、マンガン、コバルト、ニッケ
ル、モリブデン、鉄をさらに配合したものである。 a.供試材25 供試材25は、供試材23にクロムを添加したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、バナジ
ウム粉末、タンタル粉末、ジルコニウム粉末、クロム
(Cr)粉末(−#325)とを用いて、表3の組成割
合となるようにした。これ以降は、供試材1と同様にし
て供試材25を製造した。 b.供試材26 供試材26は、供試材14にモリブデンを添加したもの
である。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タ
ンタル粉末、ジルコニウム粉末、モリブデン(Mo)粉
末(−#325)とを用いて、表3の組成割合となるよ
うにした。これ以降は、供試材1と同様にして供試材2
6を製造した。
(3) Specimens 25 to 31 Specimens 25 to 31 were specimens 11, 14, 16, 17,
18 and 23 are further blended with chromium, manganese, cobalt, nickel, molybdenum and iron. a. Specimen 25 Specimen 25 is chromium added to Specimen 23. The composition ratios shown in Table 3 were obtained using titanium powder, niobium powder, vanadium powder, tantalum powder, zirconium powder, and chromium (Cr) powder (-# 325) as raw material powders. Thereafter, the test material 25 was manufactured in the same manner as the test material 1. b. Test material 26 The test material 26 is obtained by adding molybdenum to the test material 14. The composition ratios shown in Table 3 were obtained using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, zirconium powder, and molybdenum (Mo) powder (-# 325) as raw material powders. Thereafter, the same procedure as for the test material 1 was performed.
6 was produced.

【0083】c.供試材27 供試材27は、供試材11にモリブデンを添加したもの
である。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タ
ンタル粉末、モリブデン粉末とを用いて、表3の組成割
合となるようにした。これ以降は、供試材1と同様にし
て供試材27を製造した。 d.供試材28 供試材28は、供試材18にコバルトを添加したもので
ある。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、ジル
コニウム粉末、コバルト(Co)粉末(−#325)と
を用いて、表3の組成割合となるようにした。これ以降
は、供試材1と同様にして供試材28を製造した。
C. Specimen 27 The Specimen 27 is obtained by adding molybdenum to the Specimen 11. The composition ratios shown in Table 3 were obtained using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, and molybdenum powder as raw material powders. Thereafter, the test material 27 was manufactured in the same manner as the test material 1. d. Specimen 28 Specimen 28 is obtained by adding cobalt to the specimen 18. The composition ratios shown in Table 3 were obtained using titanium powder, niobium powder, zirconium powder, and cobalt (Co) powder (-# 325) as raw material powders. Thereafter, the test material 28 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0084】e.供試材29 供試材29は、供試材16にニッケルを添加したもので
ある。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タン
タル粉末、ジルコニウム粉末、ニッケル(Ni)粉末
(−#325)とを用いて、表3の組成割合となるよう
にした。これ以降は、供試材1と同様にして供試材29
を製造した。 f.供試材30 供試材30は、供試材17にマンガンを添加したもので
ある。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タン
タル粉末、ジルコニウム粉末、マンガン(Mo)粉末
(−#325)とを用いて、表3の組成割合となるよう
にした。これ以降は、供試材1と同様にして供試材30
を製造した。
E. Test Material 29 The test material 29 is obtained by adding nickel to the test material 16. The composition ratios shown in Table 3 were obtained using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, zirconium powder, and nickel (Ni) powder (-# 325) as raw material powders. After this, the test material 29 is prepared in the same manner as the test material 1.
Was manufactured. f. Test material 30 The test material 30 is obtained by adding manganese to the test material 17. The composition ratios shown in Table 3 were obtained using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, zirconium powder, and manganese (Mo) powder (-# 325) as raw material powders. Thereafter, the test material 30
Was manufactured.

【0085】g.供試材31 供試材31は、供試材14に鉄を添加したものである。
原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタル
粉末、ジルコニウム粉末、鉄(Fe)粉末(−#325)
とを用いて、表3の組成割合となるようにした。これ以
降は、供試材1と同様にして供試材31を製造した。
G. Test Material 31 The test material 31 is obtained by adding iron to the test material 14.
As raw material powder, titanium powder, niobium powder, tantalum powder, zirconium powder, iron (Fe) powder (-# 325)
Was used so that the composition ratio was as shown in Table 3. Thereafter, the test material 31 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0086】(4)供試材32〜38 供試材32〜34は、供試材14、16、18に、アル
ミニウムをさらに配合したものである。供試材35〜3
8は、供試材8、16、18に、錫(およびアルミニウ
ム)をさらに配合したものである。 a.供試材32 供試材32は、供試材16にアルミニウムを添加したも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
タンタル粉末、ジルコニウム粉末、アルミニウム(A
l)粉末(−#325)とを用いて、表3の組成割合と
なるようにした。これ以降は、供試材1と同様にして供
試材32を製造した。 b.供試材33 供試材33は、供試材18にアルミニウムを添加したも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
ジルコニウム粉末、アルミニウム粉末とを用いて、表3
の組成割合となるようにした。これ以降は、供試材1と
同様にして供試材33を製造した。
(4) Specimens 32 to 38 Specimens 32 to 34 are obtained by further mixing aluminum with the specimens 14, 16, and 18. Test material 35-3
Reference numeral 8 is a material in which tin (and aluminum) is further added to the test materials 8, 16, and 18. a. Test Material 32 The test material 32 is obtained by adding aluminum to the test material 16. As raw material powder, titanium powder and niobium powder,
Tantalum powder, zirconium powder, aluminum (A
l) Powder (-# 325) was used to make the composition ratio shown in Table 3. Thereafter, the test material 32 was manufactured in the same manner as the test material 1. b. Test material 33 The test material 33 is obtained by adding aluminum to the test material 18. As raw material powder, titanium powder and niobium powder,
Table 3 using zirconium powder and aluminum powder.
Of the composition ratio. Thereafter, the test material 33 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0087】c.供試材34 供試材34は、供試材14にアルミニウムを添加したも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
タンタル粉末、ジルコニウム粉末、アルミニウム粉末と
を用いて、表3の組成割合となるようにした。これ以降
は、供試材1と同様にして供試材34を製造した。 d.供試材35 供試材35は、供試材7に錫を添加したものである。原
料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタル粉
末、錫(Sn)粉末(−#325)とを用いて、表3の
組成割合となるようにした。これ以降は、供試材1と同
様にして供試材35を製造した。
C. Test Material 34 The test material 34 is obtained by adding aluminum to the test material 14. As raw material powder, titanium powder and niobium powder,
The composition ratio was as shown in Table 3 using tantalum powder, zirconium powder, and aluminum powder. Thereafter, the test material 34 was manufactured in the same manner as the test material 1. d. Test material 35 The test material 35 is obtained by adding tin to the test material 7. The composition ratios shown in Table 3 were obtained by using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, and tin (Sn) powder (-# 325) as raw material powders. Thereafter, the test material 35 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0088】e.供試材36 供試材36は、供試材16に錫を添加したものである。
原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタル粉
末、ジルコニウム粉末、錫粉末とを用いて、表3の組成
割合となるようにした。これ以降は、供試材1と同様に
して供試材36を製造した。 f.供試材37 供試材37は、供試材18に錫を添加したものである。
原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、ジルコニウ
ム粉末、錫粉末とを用いて、表3の組成割合となるよう
にした。これ以降は、供試材1と同様にして供試材37
を製造した。
E. Test Material 36 The test material 36 is obtained by adding tin to the test material 16.
As a raw material powder, a titanium powder and a niobium powder, a tantalum powder, a zirconium powder, and a tin powder were used so that the composition ratio was as shown in Table 3. Thereafter, the test material 36 was manufactured in the same manner as the test material 1. f. Specimen 37 Specimen 37 is obtained by adding tin to the specimen 18.
Using titanium powder, niobium powder, zirconium powder, and tin powder as raw material powders, the composition ratio was as shown in Table 3. After this, the test material 37 is made in the same manner as the test material 1.
Was manufactured.

【0089】g.供試材38 供試材38は、供試材16に錫とアルミニウムを添加し
たものである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉
末、タンタル粉末、ジルコニウム粉末、錫粉末、アルミ
ニウム粉末とを用いて、表3の組成割合となるようにし
た。これ以降は、供試材1と同様にして供試材38を製
造した。
G. Test Material 38 The test material 38 is obtained by adding tin and aluminum to the test material 16. The composition ratios shown in Table 3 were obtained using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, zirconium powder, tin powder, and aluminum powder as raw material powders. Thereafter, the test material 38 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0090】(5)供試材39〜46 供試材39〜46は、供試材4、10、14、17、1
8に含まれる酸素量を積極的に変化させたものである。 a.供試材39、40 供試材39、40は、供試材4の酸素量を増加させたも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
タンタル粉末とを用いて、表4の組成割合となるように
した。これ以降は、供試材1と同様にして供試材39、
40を製造した。 b.供試材41、42 供試材41、42は、供試材10の酸素量を増加させた
ものである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉
末、タンタル粉末とを用いて、表4の組成割合となるよ
うにした。これ以降は、供試材1と同様にして供試材4
1、42を製造した。
(5) Specimens 39-46 Specimens 39-46 were specimens 4, 10, 14, 17, 1
The amount of oxygen contained in No. 8 was positively changed. a. Specimens 39, 40 Specimens 39, 40 were obtained by increasing the oxygen content of the specimen 4. As raw material powder, titanium powder and niobium powder,
The composition ratio was as shown in Table 4 using tantalum powder. Thereafter, the same as the test material 1, the test material 39,
40 were produced. b. Test materials 41 and 42 The test materials 41 and 42 are obtained by increasing the oxygen content of the test material 10. Using titanium powder, niobium powder, and tantalum powder as the raw material powder, the composition ratio was as shown in Table 4. After this, the test material 4
1, 42 were produced.

【0091】c.供試材43、44 供試材43、44は、供試材14の酸素量を増加させた
ものである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉
末、タンタル粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表4
の組成割合となるようにした。これ以降は、供試材1と
同様にして供試材43、44を製造した。 d.供試材45 供試材45は、供試材18の酸素量を増加させたもので
ある。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、ジル
コニウム粉末とを用いて、表4の組成割合となるように
した。これ以降は、供試材1と同様にして供試材45を
製造した。
C. Test Materials 43 and 44 The test materials 43 and 44 are obtained by increasing the oxygen content of the test material 14. Using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, and zirconium powder as raw material powders, Table 4
Of the composition ratio. Thereafter, the test materials 43 and 44 were manufactured in the same manner as the test material 1. d. Test material 45 The test material 45 is obtained by increasing the oxygen content of the test material 18. Using titanium powder, niobium powder, and zirconium powder as the raw material powder, the composition ratio was as shown in Table 4. Thereafter, the test material 45 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0092】e.供試材46 供試材46は、供試材17の酸素量を増加させたもので
ある。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タン
タル粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表4の組成割
合となるようにした。これ以降は、供試材1と同様にし
て供試材46を製造した。
E. Test Material 46 The test material 46 is obtained by increasing the oxygen content of the test material 17. Using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, and zirconium powder as the raw material powder, the composition ratio was as shown in Table 4. Thereafter, the test material 46 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0093】(6)供試材47〜54 供試材47〜54は、供試材10、16、17、18に
炭素、窒素、ホウ素をさらに配合したものである。 a.供試材47、48 供試材47、48は、供試材18に炭素を添加したもの
である。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、ジ
ルコニウム粉末とTiC粉末(−#325)を用いて、
表4の組成割合となうようにした。これ以降は、供試材
1と同様にして供試材47、48を製造した。 b.供試材49 供試材49は、供試材16に炭素を添加したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とTiC粉末を用いて、表4
の組成割合となうようにした。これ以降は、供試材1と
同様にして供試材49を製造した。
(6) Specimens 47 to 54 Specimens 47 to 54 were obtained by further adding carbon, nitrogen and boron to the specimens 10, 16, 17, and 18. a. Specimens 47 and 48 Specimens 47 and 48 were obtained by adding carbon to the specimen 18. Using titanium powder and niobium powder, zirconium powder and TiC powder (-# 325) as raw material powders,
The composition ratio was as shown in Table 4. Thereafter, the test materials 47 and 48 were manufactured in the same manner as the test material 1. b. Test material 49 Test material 49 is obtained by adding carbon to the test material 16. Using titanium powder and niobium powder, tantalum powder, zirconium powder and TiC powder as raw material powders, Table 4
The composition ratio of Thereafter, the test material 49 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0094】c.供試材50、51 供試材50、51は、供試材17に窒素を添加したもの
である。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タ
ンタル粉末、ジルコニウム粉末とTiN粉末(−#32
5)を用いて、表4の組成割合となうようにした。これ
以降は、供試材1と同様にして供試材50、51を製造
した。 d.供試材52 供試材52は、供試材17にボロンを添加したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とTiB2粉末(−#32
5)を用いて、表4の組成割合となうようにした。これ
以降は、供試材1と同様にして供試材52を製造した。
C. Specimens 50 and 51 Specimens 50 and 51 were obtained by adding nitrogen to the specimen 17. As raw material powders, titanium powder and niobium powder, tantalum powder, zirconium powder and TiN powder (-# 32
Using 5), the composition ratio was as shown in Table 4. Thereafter, the test materials 50 and 51 were manufactured in the same manner as the test material 1. d. Test material 52 The test material 52 is obtained by adding boron to the test material 17. As raw material powders, titanium powder and niobium powder, tantalum powder, zirconium powder and TiB2 powder (-# 32
Using 5), the composition ratio was as shown in Table 4. Thereafter, the test material 52 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0095】e.供試材53 供試材53は、供試材16にボロンを添加したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とTiB2粉末を用いて、表
4の組成割合となうようにした。これ以降は、供試材1
と同様にして供試材53を製造した。 f.供試材54 供試材54は、供試材10にボロンを添加したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末とTiB2粉末を用いて、表4の組成割合となう
ようにした。これ以降は、供試材1と同様にして供試材
54を製造した。
E. Test Material 53 The test material 53 is obtained by adding boron to the test material 16. Titanium powder, niobium powder, tantalum powder, zirconium powder, and TiB2 powder were used as raw material powders, and the composition ratio was as shown in Table 4. After this, test material 1
Specimen 53 was manufactured in the same manner as described above. f. Test Material 54 The test material 54 is obtained by adding boron to the test material 10. As a raw material powder, a titanium powder and a niobium powder, and a tantalum powder and a TiB2 powder were used, and the composition ratio was as shown in Table 4. Thereafter, the test material 54 was manufactured in the same manner as the test material 1.

【0096】(7)供試材55〜76 供試材55〜74は、供試材2、7、14、15、1
6、17、18、22、26、32、53にさらに冷間
加工を施したものである。 a.供試材55 供試材55は、供試材2に冷間加工を施したものであ
る。原料として、スポンジチタン、高純度のニオブ、バ
ナジウムブリケットを準備した。これらの原料を表5A
の組成割合となるように1kg配合した(配合工程)。
この原料を、インダクションスカルを用いて溶解し(溶
解工程)、金型に鋳造後(鋳造工程)、φ60x60の
溶解材を得た。なお、溶解は、均質化を図るため5回の
再溶解処理を行った。この溶解材を700〜1150℃
の大気中で熱間鍛造して(熱間加工工程)、φ20mm
の丸棒とした。このφ20mmの丸棒を冷間スウエージ
機にて冷間加工して、表5Aに示す冷間加工率をもつ供
試材55を製造した。
(7) Specimens 55-76 Specimens 55-74 were specimens 2, 7, 14, 15, 1
6, 17, 18, 22, 26, 32, and 53 are further cold-worked. a. Specimen 55 Specimen 55 is obtained by subjecting specimen 2 to cold working. As raw materials, titanium sponge, high-purity niobium, and vanadium briquette were prepared. These materials are listed in Table 5A.
1 kg was blended so that the composition ratio was as follows (blending step).
This raw material was melted using an induction skull (melting step) and cast into a mold (casting step) to obtain a φ60 × 60 molten material. In addition, for the dissolution, five re-dissolution treatments were performed for homogenization. 700-1150 ° C
Hot forging in the atmosphere of (hot working process), φ20mm
Round bar. The φ20 mm round bar was cold-worked by a cold swaging machine to produce a test material 55 having a cold-working rate shown in Table 5A.

【0097】b.供試材56 供試材56は、供試材7に冷間加工を施したものであ
る。原料として、スポンジチタン、高純度のニオブ、タ
ンタルブリケットを準備した。これらの原料を表5Aの
組成割合となるように1kg配合した(配合工程)。こ
れ以降は、供試材55と同様にして、表5Aに示す冷間
加工率をもつ供試材56を製造した。 c.供試材57、58 供試材57、58は、供試材15に冷間加工を施したも
のである。原料として、スポンジチタン、高純度のニオ
ブ、タンタル、、ジルコニウムブリケットを準備した。
これらの原料を表5Aの組成割合となるように1kg配
合した(配合工程)。これ以降は、供試材55と同様に
して、表5Aに示す冷間加工率をもつ供試材57、58
を製造した。
B. Test Material 56 The test material 56 is obtained by subjecting the test material 7 to cold working. As raw materials, titanium sponge, high-purity niobium and tantalum briquettes were prepared. These raw materials were blended in an amount of 1 kg so as to have a composition ratio shown in Table 5A (blending step). Thereafter, in the same manner as the test material 55, a test material 56 having a cold working rate shown in Table 5A was manufactured. c. Specimens 57 and 58 Specimens 57 and 58 were obtained by subjecting the specimen 15 to cold working. As raw materials, titanium sponge, high-purity niobium, tantalum, and zirconium briquettes were prepared.
These raw materials were blended in an amount of 1 kg so as to have a composition ratio shown in Table 5A (blending step). Thereafter, similarly to the test material 55, the test materials 57 and 58 having the cold working rates shown in Table 5A are used.
Was manufactured.

【0098】d.供試材59〜62 供試材59〜62は、供試材14に冷間加工を施したも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
タンタル粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表5Aの
組成割合となるように配合および混合した(混合工
程)。この混合粉末を圧力4ton/cm2でCIP成
形(冷間静水圧成形)して、φ40x80mmの円柱形
状の成形体を得た(成形工程)。成形工程により得られ
た成形体を1.3x10-3Pa(1x10-5torr)
の真空中で1300℃x16時間加熱して焼結させ、焼
結体とした(焼結工程)。さらに、この焼結体を700
〜1150℃の大気中で熱間鍛造して(熱間加工工
程)、φ20mmの丸棒とした。このφ20mmの丸棒
を冷間スウエージ機にて冷間加工して、表5Aに示す冷
間加工率をもつ供試材59〜62を製造した。
D. Specimens 59 to 62 Specimens 59 to 62 were obtained by subjecting the specimen 14 to cold working. As raw material powder, titanium powder and niobium powder,
Using tantalum powder and zirconium powder, they were blended and mixed so as to have the composition ratio shown in Table 5A (mixing step). This mixed powder was subjected to CIP molding (cold isostatic pressing) at a pressure of 4 ton / cm 2 to obtain a cylindrical molded body of φ40 × 80 mm (molding step). 1.3 × 10 −3 Pa (1 × 10 −5 torr) of the molded body obtained by the molding step
Then, it was heated at 1300 ° C. for 16 hours in a vacuum and sintered to obtain a sintered body (sintering step). Furthermore, this sintered body was
Hot forging was performed in the atmosphere at ~ 1150 ° C (hot working step) to obtain a round bar of φ20 mm. This round bar of φ20 mm was cold-worked by a cold swaging machine to produce test materials 59 to 62 having a cold-working rate shown in Table 5A.

【0099】e.供試材63〜66 供試材63〜66は、供試材16に冷間加工を施したも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
タンタル粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表5Aの
組成割合となるように配合および混合した(混合工
程)。これ以降は、供試材59と同様にして、表5Aに
示す冷間加工率をもつ供試材を製造した。 f.供試材67〜70 供試材67〜70は、供試材18に冷間加工を施したも
のである。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、
ジルコニウム粉末とを用いて、表5Aの組成割合となる
ように配合および混合した(混合工程)。これ以降は、
供試材59と同様にして、表5Aに示す冷間加工率をも
つ供試材を製造した。
E. Specimens 63 to 66 Specimens 63 to 66 were obtained by subjecting the specimen 16 to cold working. As raw material powder, titanium powder and niobium powder,
Using tantalum powder and zirconium powder, they were blended and mixed so as to have the composition ratio shown in Table 5A (mixing step). Thereafter, in the same manner as the test material 59, a test material having a cold working rate shown in Table 5A was manufactured. f. Specimens 67 to 70 Specimens 67 to 70 were obtained by subjecting the specimen 18 to cold working. As raw material powder, titanium powder and niobium powder,
Using zirconium powder, it was blended and mixed so as to have the composition ratio shown in Table 5A (mixing step). From now on,
A test material having a cold working rate shown in Table 5A was manufactured in the same manner as the test material 59.

【0100】g.供試材71〜73 供試材71は、供試材53に冷間加工を施したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とTiB2粉末を用いて、表
5Bの組成割合となるように配合および混合した(混合
工程)。これ以降は、供試材59と同様にして、表5B
に示す冷間加工率をもつ供試材を製造した。 h.供試材74 供試材74は、供試材17に冷間加工を施したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とを用いて、表5Bの組成割
合となるように配合および混合した(混合工程)。これ
以降は、供試材59と同様にして、表5Bに示す冷間加
工率をもつ供試材74を製造した。
G. Specimens 71 to 73 Specimens 71 are obtained by subjecting the specimen 53 to cold working. Using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, zirconium powder and TiB2 powder as raw material powders, they were blended and mixed so as to have the composition ratio shown in Table 5B (mixing step). Thereafter, in the same manner as the test material 59,
Specimens having the cold working rates shown in Table 1 were produced. h. Test material 74 The test material 74 is obtained by subjecting the test material 17 to cold working. Using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, and zirconium powder as raw material powders, they were blended and mixed so as to have a composition ratio shown in Table 5B (mixing step). Thereafter, in the same manner as the test material 59, a test material 74 having a cold working rate shown in Table 5B was manufactured.

【0101】i.供試材75 供試材75は、供試材22冷間加工を施したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ハフニウム粉末とを用いて、表5Bの組成割合
となるように配合および混合した(混合工程)。これ以
降は、供試材59と同様にして、表5Bに示す冷間加工
率をもつ供試材75を製造した。 j.供試材76 供試材76は、供試材26に冷間加工を施したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末、マンガン粉末とを用いて、
表5Bの組成割合となるように配合および混合した(混
合工程)。これ以降は、供試材59と同様にして、表5
Bに示す冷間加工率をもつ供試材76を製造した。
I. Specimen 75 The specimen 75 has been subjected to cold working of the specimen 22. Using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, and hafnium powder as raw material powders, they were blended and mixed so as to have a composition ratio shown in Table 5B (mixing step). Thereafter, in the same manner as the test material 59, a test material 75 having a cold working rate shown in Table 5B was manufactured. j. Test Material 76 The test material 76 is obtained by subjecting the test material 26 to cold working. As raw material powder, using titanium powder and niobium powder, tantalum powder, zirconium powder, manganese powder,
The components were blended and mixed so as to have the composition ratio shown in Table 5B (mixing step). Thereafter, the same as in the case of the test material 59,
A test material 76 having a cold working rate shown in B was produced.

【0102】k.供試材77 供試材77は、供試材32に冷間加工を施したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末、アルミニウム粉末とを用い
て、表5Bの組成割合となるように配合および混合した
(混合工程)。これ以降は、供試材59と同様にして、
表5Bに示す冷間加工率をもつ供試材を製造した。
K. Test Material 77 The test material 77 is obtained by subjecting the test material 32 to cold working. Using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, zirconium powder, and aluminum powder as raw material powders, they were blended and mixed so as to have the composition ratio shown in Table 5B (mixing step). Thereafter, in the same manner as the test material 59,
A test material having a cold working rate shown in Table 5B was manufactured.

【0103】(8)供試材78〜81 供試材78〜81は、CIP成形の成形圧力を前述の各
供試材よりも低減して焼結体中の空孔率を上昇させたも
のである。 a.供試材78、79 供試材78、79は、供試材8と同組成を有するもので
ある。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タン
タル粉末とを用意した。なお、この時の含有酸素量はチ
タン粉末に含まれる酸素で調整した。 これらの各粉末
を表6の組成割合となるように配合および混合した(混
合工程)。この混合粉末を供試材78は圧力3.8to
n/cm2で、供試材79は圧力3.5ton/cm2
CIP成形(冷間静水圧成形)して、φ10x80mm
の円柱形状の成形体を得た(成形工程)。成形工程によ
り得られた成形体を1.3x10-3Pa(1x10-5
torr)の真空中で1300℃x16時間加熱して焼
結させ、焼結体とし(焼結工程)、これを供試材78、
79とした。なお、この時の空孔率を算出すると、供試
材78は2%、供試材79では5%であった。
(8) Specimens 78 to 81 Specimens 78 to 81 were obtained by increasing the porosity in the sintered body by lowering the molding pressure of the CIP molding than that of each of the aforementioned specimens. It is. a. Test materials 78 and 79 The test materials 78 and 79 have the same composition as the test material 8. Titanium powder, niobium powder, and tantalum powder were prepared as raw material powders. The oxygen content at this time was adjusted with oxygen contained in the titanium powder. These powders were blended and mixed so as to have the composition ratios shown in Table 6 (mixing step). This mixed powder was subjected to a pressure of 3.8 to
n / cm 2, the test material 79 was at a pressure of 3.5 ton / cm 2
CIP molding (cold isostatic molding), φ10x80mm
(Molding step). The molded body obtained by the molding step was placed at 1.3 × 10 −3 Pa (1 × 10 −5).
(torr) vacuum at 1300 ° C. for 16 hours for sintering to obtain a sintered body (sintering step).
79. When the porosity at this time was calculated, it was 2% for the test material 78 and 5% for the test material 79.

【0104】b.供試材80 供試材80は、供試材18と同組成を有するものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、ジルコ
ニウム粉末とを用意した。 これらの各粉末を表6の組
成割合となるように配合および混合した(混合工程)。
この混合粉末を圧力3.0ton/cm2でCIP成形
(冷間静水圧成形)して、φ10x80mmの円柱形状
の成形体を得た(成形工程)。成形工程により得られた
成形体を1.3x10-3Pa(1x10-5torr)の
真空中で1300℃x16時間加熱して焼結させ、焼結
体とし(焼結工程)、これを供試材80とした。なお、
この時の空孔率を算出すると10%であった。
B. Test Material 80 The test material 80 has the same composition as the test material 18. Titanium powder, niobium powder, and zirconium powder were prepared as raw material powders. These powders were blended and mixed so as to have the composition ratios shown in Table 6 (mixing step).
This mixed powder was subjected to CIP molding (cold isostatic pressing) at a pressure of 3.0 ton / cm 2 to obtain a cylindrical molded body of φ10 × 80 mm (molding step). The molded body obtained by the molding step was heated at 1300 ° C. for 16 hours in a vacuum of 1.3 × 10 −3 Pa (1 × 10 −5 torr) to be sintered to obtain a sintered body (sintering step). Material 80. In addition,
The porosity at this time was calculated to be 10%.

【0105】c.供試材81 供試材81は、供試材16と同組成を有するものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末、ジルコニウム粉末とを用意した。なお、この時
の含有酸素量はチタン粉末に含まれる酸素で調整した。
これらの各粉末を表6の組成割合となるように配合お
よび混合した(混合工程)。この混合粉末を圧力2.5
ton/cm2でCIP成形(冷間静水圧成形)して、
φ10x80mmの円柱形状の成形体を得た(成形工
程)。成形工程により得られた成形体を1.3x10-3
Pa(1x10-5torr)の真空中で1300℃x1
6時間加熱して焼結させて焼結体とし(焼結工程)、こ
れを供試材81とした。なお、この時の空孔率を算出す
ると25%であった。
C. Test Material 81 The test material 81 has the same composition as the test material 16. Titanium powder, niobium powder, tantalum powder, and zirconium powder were prepared as raw material powders. The oxygen content at this time was adjusted with oxygen contained in the titanium powder.
These powders were blended and mixed so as to have the composition ratios shown in Table 6 (mixing step). This mixed powder is applied under a pressure of 2.5.
CIP molding (cold isostatic molding) at ton / cm2
A cylindrical shaped body of φ10 × 80 mm was obtained (forming step). The molded body obtained by the molding step is 1.3 × 10 −3.
1300 ° C x 1 in a vacuum of Pa (1 x 10 -5 torr)
It was heated for 6 hours and sintered to form a sintered body (sintering step). The porosity at this time was calculated to be 25%.

【0106】(9)供試材82〜84 供試材82〜83は、HIP法を用いてチタン合金を製
造したものである。 a.供試材82 原料粉末として、チタン粉末と、ニオブ粉末と、タンタ
ル粉末とを用いて、表6の組成割合となるように配合し
た混合粉末を、純チタン製容器に充填し、1.3Pa
(1x10-2torr)で脱気後封入した(充填工
程)。混合粉末を封入した容器を1000℃x200M
Paの条件で2時間保持して、HIP法により焼結させ
た(焼結工程)。こうして得られたφ20x80mmを
供試材82とした。
(9) Specimens 82 to 84 Specimens 82 to 83 are titanium alloys manufactured by the HIP method. a. Test material 82 A mixed powder prepared by using titanium powder, niobium powder, and tantalum powder as a raw material powder so as to have a composition ratio shown in Table 6 was filled in a pure titanium container. 3Pa
(1 × 10 −2 torr) and then sealed (filling step). 1000 ° C x 200M container with mixed powder
It was kept for 2 hours under the condition of Pa and sintered by the HIP method (sintering step). The φ20 × 80 mm thus obtained was used as a test material 82.

【0107】b.供試材83 供試材82として得られたφ20mmの丸棒を冷間スウ
エージ機にて冷間加工して、表6に示す冷間加工率をも
つ供試材83を製造した。 c.供試材84 供試材84は、供試材78に冷間加工を施したものであ
る。原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、タンタ
ル粉末とを用いて、表6の組成割合となるように配合お
よび混合した(混合工程)。この混合粉末を圧力3.8
ton/cm2でCIP成形(冷間静水圧成形)して、
φ20x80mmの円柱形状の成形体を得た(成形工
程)。成形工程により得られた成形体を1.3x10-3
Pa(1x10-5torr)の真空中で1300℃x1
6時間加熱して焼結させ、焼結体とした(焼結工程)。
このφ20mmの焼結体を冷間スウエージ機にて冷間加
工して、表6に示す冷間加工率をもつ供試材84を製造
した。
B. Test material 83 The φ20 mm round bar obtained as the test material 82 was cold worked by a cold swaging machine to produce a test material 83 having a cold working rate shown in Table 6. did. c. Test material 84 The test material 84 is obtained by subjecting the test material 78 to cold working. Using titanium powder, niobium powder, and tantalum powder as raw material powders, they were blended and mixed to have the composition ratios shown in Table 6 (mixing step). This mixed powder was subjected to a pressure of 3.8.
CIP molding (cold isostatic molding) at ton / cm2
A cylindrical molded body of φ20 × 80 mm was obtained (molding step). The molded body obtained by the molding step is 1.3 × 10 −3.
1300 ° C x 1 in a vacuum of Pa (1 x 10 -5 torr)
It was heated for 6 hours and sintered to obtain a sintered body (sintering step).
The sintered body having a diameter of 20 mm was cold worked by a cold swaging machine to produce a test material 84 having a cold working rate shown in Table 6.

【0108】B.供試材C1〜C5と供試材D1〜D3 次に、前述の組成範囲に属さない組成を有するか又は前
述の製造方法と異なる方法によって得られた、供試材C
1〜C5と供試材D1〜D3を製造した。 (1)供試材C1〜C5 a.供試材C1は、Va族元素が30質量%未満であるチ
タン合金に関するものである。原料粉末として、チタン
粉末と、ニオブ粉末とを用意した。この時の含有酸素量
はチタン粉末に含まれる酸素で調整した。 これらの各
粉末を表7の組成割合となるように配合および混合し
た。こうして得られた混合粉末を圧力4ton/cm2
でCIP成形(冷間静水圧成形)して、φ40x80m
mの円柱形状の成形体を得た。この成形体を1.3x1
-3Pa(1x10-5torr)の真空中で1300℃
x16時間加熱して焼結させ、焼結体とした。さらに、
この焼結体を700〜1150℃の大気中で熱間鍛造し
てφ10mmの丸棒とし、これを供試材C1とした。
B. Specimens C1 to C5 and Specimens D1 to D3 Next, a specimen C having a composition that does not belong to the composition range described above or obtained by a method different from the production method described above.
1 to C5 and test materials D1 to D3 were produced. (1) Specimens C1 to C5 a. Specimen C1 relates to a titanium alloy containing less than 30% by mass of a Va group element. Titanium powder and niobium powder were prepared as raw material powders. The oxygen content at this time was adjusted with oxygen contained in the titanium powder. Each of these powders was blended and mixed so as to have a composition ratio shown in Table 7. The mixed powder thus obtained was subjected to a pressure of 4 ton / cm 2
CIP molding (cold isostatic molding) at φ40x80m
m was obtained. 1.3 x 1
1300 ° C. in a vacuum of 0 −3 Pa (1 × 10 −5 torr)
It was heated for 16 hours and sintered to obtain a sintered body. further,
This sintered body was hot forged in the air at 700 to 1150 ° C. to form a φ10 mm round bar, which was used as a test material C1.

【0109】b.供試材C2 供試材C2は、Va族元素が60質量%を超えるチタン
合金に関するものである。原料粉末として、チタン粉末
と、ニオブ粉末と、バナジウム粉末と、タンタル粉末と
を用いて、表7の組成割合となるように配合した。これ
以降は、供試材C1と同様にして供試材C2を製造し
た。 c.供試材C3 供試材C3は、アルミニウムが5質量%を超えるチタン
合金に関するものである。原料粉末として、チタン粉末
と、ニオブ粉末、タンタル粉末、ジルコニウム粉末およ
びアルミニウム粉末とを用いて、表7の組成割合となる
ように配合した。これ以降は、供試材C1と同様にして
供試材C3を製造した。
B. Specimen C2 Specimen C2 relates to a titanium alloy containing more than 60% by mass of a Va group element. Using titanium powder, niobium powder, vanadium powder, and tantalum powder as raw material powders, they were blended so as to have the composition ratios shown in Table 7. Thereafter, a test material C2 was manufactured in the same manner as the test material C1. c. Specimen C3 Specimen C3 relates to a titanium alloy containing more than 5% by mass of aluminum. As a raw material powder, a titanium powder and a niobium powder, a tantalum powder, a zirconium powder, and an aluminum powder were blended so as to have a composition ratio shown in Table 7. Thereafter, a test material C3 was manufactured in the same manner as the test material C1.

【0110】d.供試材C4 供試材C4は、酸素が0.6質量%を超えるチタン合金
に関するものである。原料粉末として、チタン粉末と、
ニオブ粉末と、タンタル粉末とを用いて、表7の組成割
合となるように配合した。なお、含有酸素量はチタン粉
末に含まれる酸素量で調整した。これ以降は、供試材C
1と同様にして供試材C4を製造した。 e.供試材C5 供試材C5は、ホウ素が1.0質量%を超えるチタン合
金に関するものである。原料粉末として、チタン粉末
と、ニオブ粉末と、タンタル粉末と、TiB2粉末とを
用いて、表7の組成割合となるように配合した。これ以
降は、供試材C1と同様にして供試材C5を製造した。
D. Specimen C4 Specimen C4 relates to a titanium alloy containing more than 0.6% by mass of oxygen. As raw material powder, titanium powder,
A niobium powder and a tantalum powder were blended so as to have a composition ratio shown in Table 7. The oxygen content was adjusted by the oxygen content of the titanium powder. After this, the test material C
Specimen C4 was produced in the same manner as in No. 1. e. Specimen C5 Specimen C5 relates to a titanium alloy containing more than 1.0% by mass of boron. Using titanium powder, niobium powder, tantalum powder, and TiB2 powder as raw material powders, they were blended so as to have the composition ratios shown in Table 7. Thereafter, a test material C5 was manufactured in the same manner as the test material C1.

【0111】(2)供試材D1〜D3 供試材D1〜D3は、いわゆる溶解法により製造したも
のである。 a.供試材D1 原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末、ハフニウム
粉末、錫粉末とを用意し、表7に示す成分組成のチタン
合金をボタン溶解で溶製した。これにより得られたイン
ゴットを950〜1050℃の大気中で熱間鍛造し、φ
10x50mmの丸棒とした。 b.供試材D2 原料粉末として、チタン粉末とバナジウム粉末およびア
ルミニウム粉末とを用いて、表7の組成割合になるよう
に配合した。これ以降は、供試材D1と同様にして供試
材D2を製造した。
(2) Samples D1 to D3 Samples D1 to D3 were produced by a so-called melting method. a. Test Material D1 Titanium powder, niobium powder, hafnium powder, and tin powder were prepared as raw material powders, and a titanium alloy having a component composition shown in Table 7 was melted by button melting. The ingot thus obtained is hot forged in an atmosphere of 950 to 1050 ° C.
A round bar of 10 × 50 mm was used. b. Test material D2 Titanium powder, vanadium powder and aluminum powder were used as raw material powders and blended so as to have the composition ratios shown in Table 7. Thereafter, a test material D2 was manufactured in the same manner as the test material D1.

【0112】c.供試材D3 原料粉末として、チタン粉末とニオブ粉末およびジルコ
ニウム粉末とを用いて、表7の組成割合になるように配
合した。これ以降は、供試材D1と同様にして供試材D
3を製造した。
C. Test Material D3 Titanium powder, niobium powder, and zirconium powder were used as raw material powders and blended in the composition ratio shown in Table 7. After that, the test material D
3 was produced.

【0113】(各供試材の特性)上述した各供試材につ
いて、種々の特性値を以下に示す方法で求めた。 a.平均ヤング率、引張弾性限強度、弾性変形能及び引張
強度 各供試材について、インストロン試験機を用いて引張試
験を行い、荷重と伸びとを測定して、応力−伸び(歪
み)線図を求めた。インストロン試験機とは、インスト
ロン(メーカ名)製の万能引張試験機であり、駆動方式
は電気モータ制御式である。伸びは試験片の側面に貼り
付けたひずみゲージの出力から測定した。平均ヤング率
と引張弾性限強度と引張強度とは、その応力−伸び(歪
み)線図に基づいて、前述した方法により求めた。ま
た、弾性変形能は、引張弾性限強度に対応する伸びを応
力−伸び(歪み)線図から求めた。
(Characteristics of Each Test Material) For each of the test materials described above, various characteristic values were determined by the following methods. a. Average Young's modulus, tensile elastic limit strength, elastic deformability, and tensile strength For each test material, a tensile test was performed using an Instron tester, and the load and elongation were measured. A diagram was obtained. The Instron testing machine is a universal tensile testing machine manufactured by Instron (manufacturer), and the driving system is an electric motor control system. The elongation was measured from the output of a strain gauge attached to the side surface of the test piece. The average Young's modulus, the tensile elastic limit strength, and the tensile strength were determined by the above-described method based on the stress-elongation (strain) diagram. In addition, the elastic deformability was obtained by elongating the tensile elastic limit strength from a stress-elongation (strain) diagram.

【0114】b.その他 空孔率は前述した空孔の体積%を意味し、冷間加工率は
前述の式から求めた冷間加工率を意味する。これらの結
果を表1〜表7に併せて示した。
B. Others The porosity means the volume percentage of the above-mentioned pores, and the cold working rate means the cold working rate obtained from the above-mentioned formula. These results are also shown in Tables 1 to 7.

【0115】[0115]

【表1】 [Table 1]

【0116】[0116]

【表2】 [Table 2]

【0117】[0117]

【表3】 [Table 3]

【0118】[0118]

【表4】 [Table 4]

【0119】[0119]

【表5】 [Table 5]

【0120】[0120]

【表6】 [Table 6]

【0121】[0121]

【表7】 [Table 7]

【0122】(各供試材の評価) a.平均ヤング率と引張弾性限強度について 供試材1〜13は、全て、30〜60質量%のVa族元
素を含有し、平均ヤング率が75GPa以下で引張弾性
限強度が700MPa以上である。従って、十分な低ヤ
ング率と高強度(高弾性)とが達成されていることが解
る。一方、Va族元素の含有量が30質量%未満の供試
材C1および供試材D1〜D3またはVa族元素の含有
量が60%を超える供試材C2では、いずれも、平均ヤ
ング率が75GPaを超え、低ヤング率が達成されてい
ない。次に、所定量のVa族元素にZr、Hf、または
Scを含有させた供試材14〜24は、供試材6〜12
と比較すれば明らかなように、いずれの場合もより低ヤ
ング率化と高強度(高弾性)化とが図られている。
(Evaluation of each specimen) a. Average Young's modulus and tensile elastic limit strength All specimens 1 to 13 contain 30 to 60% by mass of a Va group element and have an average Young's modulus of 75 GPa. Below, the tensile elastic limit strength is 700 MPa or more. Therefore, it is understood that a sufficiently low Young's modulus and high strength (high elasticity) are achieved. On the other hand, the average Young's modulus of the test material C1 having a content of the Va group element of less than 30% by mass and the test materials C1 to D3 or the test material C2 having the content of the Va group element of more than 60% is less than 30% by mass. Exceeding 75 GPa, a low Young's modulus has not been achieved. Next, the test materials 14 to 24 containing Zr, Hf, or Sc in a predetermined amount of the Va group element were used as the test materials 6 to 12.
As is apparent from comparison with the above, in each case, a lower Young's modulus and a higher strength (high elasticity) are achieved.

【0123】さらにCr、Mo、Mn、Fe、Co、N
i、Al、Snを含有させた供試材25〜38は、これ
らの元素を含有しない他の供試材に比べて、低ヤング率
を達成しつつ、引張弾性限強度が向上している。従っ
て、これらの元素は、本発明に係るチタン合金の高強度
(高弾性)化に有効であることが解る。ただし、供試材
C3等からも解るように、Alの含有量が5質量%超え
ると、引張弾性限強度が向上するものの、平均ヤング率
の上昇も招いている。低ヤング率で高強度(高弾性)で
あるためには、Alの含有量が5%以下であることが好
ましいことが解る。また、酸素が比較的多く含有される
供試材39〜46から、酸素は低ヤング率と高強度(高
弾性)を図る上で有効な元素であることが解る。また、
供試材47〜51から、炭素、窒素についても同様に、
低ヤング率と高強度(高弾性)を図る上で有効な元素で
あることが解る。また、供試材52〜54から、ホウ素
も、低ヤング率と高強度(高弾性)を図る上で有効な元
素であることが解る。しかも、供試材71〜73から、
適量のホウ素の添加により、冷間加工性が害されること
もない。
Further, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, N
The test materials 25 to 38 containing i, Al, and Sn have improved tensile elastic limit strength while achieving a lower Young's modulus than other test materials not containing these elements. Therefore, it is understood that these elements are effective for increasing the strength (high elasticity) of the titanium alloy according to the present invention. However, as can be seen from the test material C3 and the like, when the Al content exceeds 5% by mass, the tensile elastic limit strength is improved, but the average Young's modulus is also increased. It can be seen that in order to have a low Young's modulus and high strength (high elasticity), the Al content is preferably 5% or less. Further, from the test materials 39 to 46 containing a relatively large amount of oxygen, it is understood that oxygen is an effective element for achieving low Young's modulus and high strength (high elasticity). Also,
From the test materials 47 to 51, carbon and nitrogen
It is understood that the element is effective in achieving low Young's modulus and high strength (high elasticity). In addition, it is understood from the test materials 52 to 54 that boron is also an effective element for achieving low Young's modulus and high strength (high elasticity). Moreover, from the test materials 71 to 73,
Addition of an appropriate amount of boron does not impair cold workability.

【0124】b.弾性変形能 供試材1〜84は、いずれも弾性変形能が1.3以上で
あり、供試材C1〜C5およびD1〜D3(弾性変形能
は1.0以下)に対して、優れた高弾性変形能を有する
ことが解る。 c.冷間加工率について 冷間加工を施してた供試材55〜77から、概して、冷
間加工率が高くなる程、平均ヤング率が低下し、引張弾
性限強度が上昇する傾向にあることが解る。チタン合金
の低ヤング率化と高弾性変形能化、かつ高強度(高弾
性)化とを両立する上で、冷間加工が有効であることが
解る。
B. Elastic Deformability Each of the test materials 1 to 84 has an elastic deformability of 1.3 or more, and the test materials C1 to C5 and D1 to D3 (the elastic deformability is 1.0 or less). On the other hand, it is understood that it has an excellent high elastic deformation ability. c. About cold working rate From the test materials 55 to 77 that have been subjected to cold working, in general, as the cold working rate increases, the average Young's modulus tends to decrease and the tensile elastic limit strength tends to increase. I understand. It can be seen that cold working is effective in achieving both a low Young's modulus, a high elastic deformation capability, and a high strength (high elasticity) of a titanium alloy.

【0125】d.空孔率について 供試材78〜81から、30質量%以下の空孔が存在し
ても、低ヤング率と共に高強度(高弾性)が得られてい
ることが解る。そして、空孔率がより大きい供試材8
0、81では、密度の低下により、比強度の向上が図ら
れる。 e.焼結法と溶解法について 供試材1〜84の中で焼結法により製造した供試材と、
溶解法で製造した供試材D1〜D3とを比較すると、焼
結法により、低ヤング率で高弾性変形能かつ高強度(高
弾性)のチタン合金を得やすいことが解る。一方、供試
材D1〜D3のように、溶解法により得られたチタン合
金では、低ヤング率と高強度(高弾性)とを両立させる
ことは難しい。但し、このことは、供試材2、7等から
も解るように、溶解法にて製造されたチタン合金を本発
明から除外することを意味するものではない。
D. Porosity From the test materials 78 to 81, it can be seen that high strength (high elasticity) as well as low Young's modulus was obtained even when vacancies of 30% by mass or less existed. And the test material 8 having a larger porosity
In the cases of 0 and 81, the specific strength is improved by lowering the density. e. About the sintering method and the melting method
Comparing with the test materials D1 to D3 produced by the melting method, it is understood that the sintering method makes it easy to obtain a titanium alloy having a low Young's modulus, a high elastic deformability and a high strength (high elasticity). On the other hand, it is difficult to achieve both low Young's modulus and high strength (high elasticity) in a titanium alloy obtained by a melting method like the test materials D1 to D3. However, this does not mean that titanium alloys produced by the melting method are excluded from the present invention, as can be seen from the test materials 2, 7 and the like.

【0126】[0126]

【発明の効果】以上、述べてきたように、本発明のチタ
ン合金は、低ヤング率で高弾性変形能かつ高強度(高弾
性)を必要とする各種製品に幅広く利用でき、また、冷
間加工性にも優れるため、生産性の向上も図れる。ま
た、本発明のチタン合金の製造方法によれば、そのよう
なチタン合金を容易に得ることができる。
As described above, the titanium alloy of the present invention can be widely used for various products requiring low Young's modulus, high elastic deformation capacity and high strength (high elasticity). Because of its excellent workability, productivity can be improved. According to the method for producing a titanium alloy of the present invention, such a titanium alloy can be easily obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】Aは本発明に係るチタン合金の応力−伸び(歪
み)線図を模式的に示した図である。Bは従来のチタン
合金の応力−伸び(歪み)線図を模式的に示した図であ
る。
FIG. 1A is a diagram schematically showing a stress-elongation (strain) diagram of a titanium alloy according to the present invention. B is a diagram schematically showing a stress-elongation (strain) diagram of a conventional titanium alloy.

───────────────────────────────────────────────────── 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 C22F 1/00 630K 673 673 683 683 685 685Z (72)発明者 西野 和影 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 高宮 博之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 4K018 AA06 BA03 BB04 BC12 CA21 CA23 DA21 DA32 DA33 EA16 FA05 KA70 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C22F 1/00 C22F 1/00 630K 673 673 683 683 685 685Z (72) Inventor Wakage Nishino Aichi-gun, Aichi No. 41, Toyota Chuo R & D Co., Ltd. (72) Inventor Hiroyuki Takamiya Hirochi Takamiya, 41-41, Nagachute-cho Ochi-Cho Yokomichi, Aichi-gun, Aichi F-term (reference) 4K018 AA06 BA03 BB04 BC12 CA21 CA23 DA21 DA32 DA33 EA16 FA05 KA70

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくともVa族(バナジウム族)元素と
主成分であるチタン(Ti)とを含み、 加える応力が0から、引張試験で真に永久歪みが0.2
%に到達したときの応力として定義される引張弾性限強
度までの範囲にある弾性変形域内で、 該引張試験により得られた応力−歪み線図上の接線の傾
きが応力の増加に伴って減少する特性を示すことを特徴
とするチタン合金。
An object of the present invention is to contain at least a Va group (vanadium group) element and titanium (Ti) as a main component, and to apply a stress of 0 to a true permanent set of 0.2 in a tensile test.
% Of the tangent line on the stress-strain diagram obtained by the tensile test within the elastic deformation range up to the tensile elastic limit strength defined as the stress when the stress reaches%. A titanium alloy characterized by exhibiting the following characteristics.
【請求項2】さらに、ジルコニウム(Zr)とハフニウ
ム(Hf)とスカンジウム(Sc)とからなる金属元素
群中の1種以上の元素を含む請求項1に記載のチタン合
金。
2. The titanium alloy according to claim 1, further comprising at least one element in a group of metal elements consisting of zirconium (Zr), hafnium (Hf) and scandium (Sc).
【請求項3】さらに、酸素(O)、窒素(N)および炭
素(C)の少なくとも1種以上をを含む請求項1または
2に記載のチタン合金。
3. The titanium alloy according to claim 1, further comprising at least one of oxygen (O), nitrogen (N) and carbon (C).
【請求項4】さらに、クロム(Cr)とモリブデン(M
o)とマンガン(Mn)と鉄(Fe)とコバルト(C
o)とニッケル(Ni)とからなる金属元素群中の1種
類以上の元素を含む請求項1〜3のいずれかに記載のチ
タン合金。
4. The method according to claim 1, further comprising chromium (Cr) and molybdenum (M).
o), manganese (Mn), iron (Fe), and cobalt (C
The titanium alloy according to any one of claims 1 to 3, comprising one or more elements in a metal element group consisting of o) and nickel (Ni).
【請求項5】さらに、アルミニウム(Al)を含む請求
項1〜4のいずれかに記載のチタン合金。
5. The titanium alloy according to claim 1, further comprising aluminum (Al).
【請求項6】さらに、ホウ素(B)を含む請求項1〜5
のいずれかに記載のチタン合金。
6. The method according to claim 1, further comprising boron (B).
The titanium alloy according to any one of the above.
【請求項7】焼結合金である請求項1〜6のいずれかに
記載のチタン合金。
7. The titanium alloy according to claim 1, which is a sintered alloy.
【請求項8】前記焼結合金は、熱間加工により空孔が5
体積%以下に緻密化された組織をもつ請求項7に記載の
チタン合金。
8. The sintered alloy has 5 pores by hot working.
The titanium alloy according to claim 7, which has a structure densified to not more than% by volume.
【請求項9】10%以上の冷間加工組織を有する請求項
1〜8のいずれかに記載のチタン合金。
9. The titanium alloy according to claim 1, having a cold work structure of 10% or more.
【請求項10】チタンとVa族元素とを含む少なくとも
二種以上の原料粉末を混合する混合工程と、 該混合工程により得られた混合粉末を所定形状の成形体
に成形する成形工程と、 該成形工程で得られた成形体を加熱して焼結させる焼結
工程とからなり、 得られた焼結合金は、 加える応力が0から、引張試験で真に永久歪みが0.2
%に到達したときの応力として定義される引張弾性限強
度までの範囲にある弾性変形域内で、 該引張試験により得られた応力−歪み線図上の接線の傾
きが応力の増加に伴って減少する特性を示すことを特徴
とするチタン合金の製造方法。
10. A mixing step of mixing at least two or more kinds of raw material powders containing titanium and a Va group element, a forming step of forming the mixed powder obtained in the mixing step into a formed body having a predetermined shape, And a sintering step of heating and sintering the compact obtained in the compacting step. The obtained sintered alloy has a permanent set of 0.2 from a stress applied of 0 to a true permanent set in a tensile test.
% Of the tangent line on the stress-strain diagram obtained by the tensile test within the elastic deformation range up to the tensile elastic limit strength defined as the stress when the stress reaches%. A method for producing a titanium alloy, comprising the steps of:
【請求項11】前記原料粉末は、純金属粉末および/ま
たは合金粉末の2種以上からなる請求項10に記載のチ
タン合金の製造方法。
11. The method for producing a titanium alloy according to claim 10, wherein said raw material powder comprises at least two kinds of pure metal powder and / or alloy powder.
【請求項12】チタンと少なくともVa族元素とを含む
原料粉末を所定形状の容器に充填する充填工程と、 該充填工程後に熱間静水圧法(HIP法)を用いて該容
器中の該原料粉末を焼結させる焼結工程とからなり、 得られた焼結合金は、 加える応力が0から、引張試験で真に永久歪みが0.2
%に到達したときの応力として定義される引張弾性限強
度までの範囲にある弾性変形域内で、 該引張試験により得られた応力−歪み線図上の接線の傾
きが応力の増加に伴って減少する特性を示すことを特徴
とするチタン合金の製造方法。
12. A filling step of filling a raw material powder containing titanium and at least a Va group element into a container having a predetermined shape, and after the filling step, using a hot isostatic method (HIP method), the raw material in the container is filled. The sintering step involves sintering the powder. The obtained sintered alloy has a permanent set of 0.2 from a stress applied of 0 to a true permanent set in a tensile test.
% Of the tangent line on the stress-strain diagram obtained by the tensile test within the elastic deformation range up to the tensile elastic limit strength defined as the stress when the stress reaches%. A method for producing a titanium alloy characterized by exhibiting the following characteristics.
【請求項13】前記原料粉末は、チタンと少なくともV
a族元素とを含む合金粉末からなる請求項12に記載の
チタン合金。
13. The raw material powder comprises titanium and at least V
13. The titanium alloy according to claim 12, comprising an alloy powder containing a group a element.
【請求項14】前記原料粉末は、さらに、ZrとHfと
Scとからなる金属元素群中の1種以上の元素を含む請
求項10〜13のいずれかに記載のチタン合金の製造方
法。
14. The method for producing a titanium alloy according to claim 10, wherein said raw material powder further contains at least one element in a group of metal elements consisting of Zr, Hf and Sc.
【請求項15】前記原料粉末は、さらに、Cr、Mn、
Co、Ni、Mo、Fe、Sn、Al、O、C、Nおよ
びBの少なくとも一種以上の元素を含む請求項10〜1
4のいずれかに記載のチタン合金の製造方法。
15. The raw material powder further comprises Cr, Mn,
The composition containing at least one or more elements of Co, Ni, Mo, Fe, Sn, Al, O, C, N and B.
5. The method for producing a titanium alloy according to any one of 4.
【請求項16】さらに、前記焼結工程後に得られた焼結
体を熱間加工して該焼結体の組織を緻密化させる熱間加
工工程を有する請求項10または12に記載のチタン合
金の製造方法。
16. The titanium alloy according to claim 10, further comprising a hot working step of hot working the sintered body obtained after the sintering step to densify the structure of the sintered body. Manufacturing method.
【請求項17】さらに、前記焼結工程後に得られた焼結
体を素材または製品に冷間成形する冷間加工工程を有す
る請求項10または12に記載のチタン合金の製造方
法。
17. The method for producing a titanium alloy according to claim 10, further comprising a cold working step of cold forming the sintered body obtained after the sintering step into a material or a product.
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