JP2003342704A - α＋β型チタン合金の短時間２段階熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 α＋β型チタン合金の短時間熱処理方法 【解決手段】 α＋β型チタン合金を１０７３〜１３７
３Ｋまで急速加熱して１８０ｓ以下の短時間保持後急冷
した後、７２３〜９７３Ｋまで急速加熱して１８０ｓ以
下の短時間保持後冷却する。これにより、Ｔｉ−６Ａｌ
−４Ｖ合金の場合、降伏強さ１１５０ＭＰａ以上、引張
り強さ１２５０ＭＰａ以上で絞り３０％以上を有するα
＋β型チタン合金が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、α＋β型合金の熱
処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のα＋β型チタン合金の熱処理で
は、例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金においては、１１７
２〜１２４１Ｋで０．５８〜３．６ｋｓ加熱後急冷の溶
体化処理の後、７５５〜９６３Ｋで３．６〜７．２ｋｓ
の保持の時効処理を行い、降伏強さ１０９０ＭＰａ以
上、引張り強さ１１６０ＭＰａ以上の機械的性質が得ら
れた（Index of Specification and Standards part 1
(1,July,1986 ）,MIL-H-81200）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の熱処理は長時間の加熱処理を要するために生産性が
低く高コストになるという問題点があった。

【０００４】そこで発明者らは、上記問題点を解決する
ために高周波誘導加熱により１０７３Ｋ〜１４７３Ｋの
温度で１〜６００ｓの短時間加熱した後急冷することに
より、降伏強さ１０００ＭＰａ以上、引張り強さ１２０
０ＭＰａ以上の機械的性質を得るα＋β型チタン合金の
短時間高周波熱処理方法を開発し（特開平１１−８０９
１６号）、生産性の向上を図った。

【０００５】一方、上記発明の熱処理では１２００ＭＰ
ａ以上の高い引張り強さが得られるが、引張り強さの割
に降伏強さがやや低いという問題点があった。

【０００６】本発明は、前記発明の熱処理方法を改善
し、生産性を維持しながらさらに降伏強さを上げ、かつ
絞り値を維持して靭性の高いα＋β型チタン合金を得る
熱処理方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のα＋β型チタン合金の熱処理方法は、１０
７３〜１３７３Ｋまで急速加熱して１８０ｓ以下の短時
間保持後急冷した後、７２３〜９７３Ｋまで急速加熱し
て１８０ｓ以下の短時間保持後冷却することを特徴とす
るものである。

【０００８】すなわち本発明によれば、前述のように従
来は長時間の加熱を要した溶体化処理と時効処理が１８
０ｓ以下の短時間加熱で済むので、生産性が大幅に向上
する。

【０００９】ここで溶体化温度を１０７３〜１３７３Ｋ
とするのは、１０７３Ｋ以下ではβ安定化元素であるＶ
が十分拡散せずβ相がα´マルテンサイト化しないから
であり、１３７３Ｋ以上では組織が粗大化するからであ
る。この温度は望ましくは１１７３〜１２７３Ｋであ
る。また、時効温度を７２３〜９７３Ｋとするのは、７
２３Ｋ以下では時効が不十分で９７３Ｋ以上では逆に過
時効となり引張り強さが低下するからである。この温度
は望ましくは８２３〜９２３Ｋである。

【００１０】また、急速な加熱速度を簡易に得るために
は、本発明のα＋β型合金の熱処理方法の急速加熱は高
周波誘導加熱によることが望ましい。

【００１１】本発明の熱処理方法は、代表的なＴｉ−６
Ａｌ−４Ｖ合金の他、すべてのα＋β型チタン合金に適
用できるものであるが、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の場
合、前記熱処理後の機械的性質が降伏強さ１１５０ＭＰ
ａ以上、引張り強さ１２５０ＭＰａ以上で絞り３０％以
上を有する合金が得られるものである。すなわち、本発
明はこのような高い強度で絞り３０％以上という高い靭
性が得られることに特徴がある。なお、ここでいう絞り
３０％以上の数値は図１の試験片による引張り試験にお
ける数値をいうものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
具体的に説明する。本実施形態ではα＋β型チタン合金
としてＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を選択し、図１に示す形
状の試験片を作成した。まずこの試験片を１５０ｋＨｚ
の高周波により１２２３ｋまで２ｓで急速加熱し、６０
ｓ保持後水冷して溶体化処理を行った。次にこの試験片
を同周波数の高周波により５０Ｋごとに温度を変えて７
７３〜９７３Ｋまで２ｓで加熱し、４０ｓ保持後空冷す
る時効処理を行った。この試験片について硬さ測定およ
び引張り試験と透過型電子顕微鏡による観察を行った。

【００１３】図２に硬さ測定および引張り試験の結果を
示す。まず硬さにおいて、熱処理前の素材の硬さはＨｖ
３１０であったが、前記溶体化処理によりＨｖ３６５ま
で硬化した。この溶体化処理した試料を７７３Ｋの時効
処理した場合は硬さの上昇はないが、さらに時効処理温
度を上げると硬さは増し８７３Ｋの時効処理によりＨｖ
３８０の最高値を示した。８７３Ｋ以上の時効処理では
逆に硬さが低下し９７３Ｋの処理でＨｖ３６０となっ
た。

【００１４】これにより引張り強さも、熱処理前の素材
では１１２０ＭＰａであったが溶体化処理により１２７
０ＭＰａまで強度が増した。７７３Ｋの時効処理により
１３７０ＭＰａまで上昇し、さらに時効処理温度の上昇
により引張り強さが増し、８７３Ｋの時効処理により１
４００ＭＰａの最高値を示し、９７３Ｋの処理では１３
１０ＭＰａとやや低下した。

【００１５】降伏強さも引張り強さと同様な傾向を示し
た。すなわち、熱処理前の素材の降伏強さの９９０ＭＰ
ａが溶体化処理のみでは１０４０ＭＰａとやや低かった
が、７７３Ｋの時効処理により１１８０ＭＰａまで上昇
し、さらに時効処理温度の上昇により引張り強さが増
し、８７３Ｋの時効処理により１２５０ＭＰａの最高値
を示し、９７３Ｋの処理では１２００ＭＰａとやや低下
した。しかしこの降伏強さは溶体化処理のみに比して大
幅に改善された。

【００１６】絞り値は強度が増しても低下は少なく、８
７３Ｋの時効処理の最高の引張り強さ１４００ＭＰａに
おいても絞り３５％の値が得られた。

【００１７】このように本発明の熱処理によれば、従来
長時間の熱処理を要したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のＭＩ
Ｌ規格に従って熱処理を施した場合に得られる値以上の
強度が短時間の処理で得られることが分かった。

【００１８】電子顕微鏡観察の結果を図３および図４に
示す。図３は溶体化処理後の組織を示し、図４は時効処
理後の組織を示す。この結果溶体化処理によりα´相が
形成され、時効処理によりα´相内に針状のα相が析出
して組織が微細に寸断されることが明らかになった。こ
のような組織の変化が前述の引張り強さと降伏強さを向
上させたものである。

【００１９】以上述べたように本発明のα＋β型チタン
合金の熱処理方法によれば、前述のように従来の長時間
の加熱を要した溶体化処理と時効処理が、１１７３〜１
２７３Ｋで６０ｓ以下の加熱急冷後、７７３〜９７３Ｋ
で６０ｓ以下の短時間加熱で熱処理ができるので、生産
性が大幅に向上する。この急速加熱は高周波誘導加熱に
より簡易に得ることができる。

【００２０】このように本発明の熱処理方法によれば、
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の場合、降伏強さ１１５０ＭＰ
ａ以上、引張り強さ１２５０ＭＰａ以上の高い強度で、
絞り３０％以上の高い靭性が得られる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のα＋β型
チタン合金の熱処理方法によれば、非常に短時間で高い
強度と靭性を有するα＋β型チタン合金の熱処理ができ
るので、熱処理コストが低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の引張り試験片の形状を示す図で
ある。

【図２】本発明実施例の硬さと引張り試験の試験結果を
示す表である。

【図３】本発明実施例の溶体化処理後の電子顕微鏡組織
である。

【図４】本発明実施例の時効処理後の電子顕微鏡組織で
ある。

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 1/00 ６８２ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６８２ ６９１ ６９１Ａ ６９１Ｂ ６９１Ｃ ６９２ ６９２Ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １０７３〜１３７３Ｋまで急速加熱して
   １８０ｓ以下の短時間保持後急冷した後、７２３〜９７
   ３Ｋまで急速加熱して１８０ｓ以下の短時間保持後冷却
   することを特徴とするα＋β型チタン合金の短時間２段
   階熱処理方法。
2. 【請求項２】 前記急速加熱は高周波誘導加熱によるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のα＋β型チタン合金の
   短時間２段階熱処理方法。
3. 【請求項３】 前記α＋β型チタン合金はＴｉ−６Ａｌ
   −４Ｖ合金であり、前記熱処理後の機械的性質が降伏強
   さ１１５０ＭＰａ以上、引張り強さ１２５０ＭＰａ以上
   で絞り３０％以上を有することを特徴とする請求項１に
   記載のα＋β型チタン合金の短時間２段階熱処理方法。