JP2004010963A - HIGH STRENGTH Ti ALLOY AND ITS PRODUCTION METHOD - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度チタン合金およびその製造方法、詳細には低廉な高強度チタン合金およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チタン合金は、軽く、比強度が高く、耐食性および耐熱性も優れていることから、航空機等の輸送機器の部材、ゴルフクラブヘッド、二輪車のコンロッド、自動車、小型船舶等に使用するボルト、ナット、継手部品等に使用されているが、高価であるためその用途が限定されていた。
しかし、このチタン合金は、比強度が高く、耐食性も優れていることから、安価になれば、低燃比化が要望されている自動車等の輸送機の部品および構造材料としての大きな需要があるため、低廉化が要求されていた。
【０００３】
従来、高強度チタン合金としては、Ｔｉー６Ａｌー４Ｖ合金が知られており、その生産量はＴｉ合金全体の生産量の約８０％を占めている。しかし、このＴｉー６Ａｌー４Ｖ合金は、価格が高く、また強度の点でも十分でないという欠点がある。
【０００４】
また、Ｆｅを含有するチタン合金としては、Ｖ：２．０〜８．０重量％、Ｆｅ：０．５〜５．０重量％、Ａｌ：２．０〜７．０重量％およびＯ：０．１〜０．３重量％を含み、残部が実質的にＴｉからなる耐エロージョン性に優れたＴｉ合金が知られている（特開平３─１３４１２４号）。
しかし、このチタン合金は、耐エロージョン性に優れたものであるが、Ｖ当量（Ｖ％＋４．２Ｆｅ％）が実質的に５．５０重量％以上のものであるため、β相が多く、高強度化を図るために熱処理が必要であるという欠点があった。また、Ｆｅ含有量が０．０６％以下のスポンジチタンを使用して製造しているため、高価であるという欠点があった。
【０００５】
また、Ｖの代わりにＦｅを含有させて低廉にしたチタン合金として、Ａｌ：５．５〜７．０重量％およびＦｅ：０．５〜４．０重量％を含有し、必要に応じてＣｒ，ＮｉおよびＯのうちの１種若しくは２種以上をＣｒ：２．０重量％以下、Ｎｉ：２．０重量％以下、Ｏ：０．５重量％以下を含有し、残部がＴｉおよび不可避不純物からなるα＋β型の高強度Ｔｉ合金が知られている（特開平４─３５８０３６号）。
しかし、このチタン合金は、Ｎが通常の不純物の範囲内の０．０１重量％以下であるため、Ｎによる強度の向上が十分でなく、またＦｅ含有量が０．０６％以下のスポンジチタンを使用して製造しているため、高価であるという欠点があった。
【０００６】
一方、低廉な低品位のスポンジチタンを使用したＴｉ合金を製造する方法として、Ａｌ：５．００〜７．００重量％、Ｖ：１．００〜３．５０重量％、Ｆｅ：０．４０超え〜１．００重量％、Ｏ：０．２０〜０．４０重量％、Ｃ：０．０５重量％以下、Ｎ：０．０５重量％以下を含有し、Ｖ当量（Ｖ％＋４．２Ｆｅ％）が３．００〜５．５０重量％であり、残部が実質的にＴｉからなる高強度Ｔｉ合金の製造方法において、原料としてＦｅを０．１０重量％以上含有するスポンジチタンを用いる低廉な高強度Ｔｉ合金の製造方法が知られている（特開２００１─１１５２２１号。
しかし、このＴｉ合金は、Ｖを１．００〜３．５０重量％含有しており、またＦｅの含有量が多くないため、余り低廉にすることができなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、現在製造されているＴｉ合金の８０％を占めるＴｉー６Ａｌー４Ｖ合金と同等以上の引張強さを有する高強度Ｔｉ合金及びこの合金をＴｉー６Ａｌー４Ｖ合金よりはるかに安価に製造する方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明者達は、高強度Ｔｉ合金及びその製造方法について成分組成、原料等について種々研究していたところ、上記公知のＴｉー６Ａｌー４Ｖ合金のＶをＦｅに置換し、Ｎを適量含有させることにより強度を従来のＴｉー６Ａｌー４Ｖ合金と同等以上にすることができること、Ｔｉ合金の原料であるスポンジチタンを製造する際、Ｆｅを約０．４重量％程度含有するスポンジチタンが約２０％製造され、このスポンジチタンは、価格が不純物の少ないスポンジチタンの１／２程度であること、Ｆｅを多く含有するＴｉ合金では、この安価なスポンジチタンを多く使用することができるとともに、合金原料としてステンレス鋼等の鉄合金スクラップを使用することができること等の知見を得た。本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。
【０００９】
すなわち、本発明の高強度Ｔｉ合金においては、成分組成をＡｌ：５．５０〜７．００％、Ｆｅ：０．５０〜４．００％、Ｎ：０．０２〜０．１０％およびＯ：０．０５〜０．４０％を含有し、更に必要に応じてＣ：０．４０％以下、Ｓ：０．２０％以下、ＲＥＭ：０．５０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｖ：１．０％未満、Ｓｎ：１．０％以下、Ｚｒ：１．０％以下およびＳｉ：０．４０％以下のうちの１種または２種以上を含有し、かつＦｅ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖが４．０％以下を満足し、残部がＴｉおよび不可避不純物からなるものとすることである。
なお、％は、重量％と記載されているもの以外上記のとおり質量％である。
【００１０】
また、本発明の高強度Ｔｉ合金の製造方法においては、Ａｌ：５．５０〜７．００％、Ｆｅ：０．５０〜４．００％、Ｎ：０．０２〜０．１０％およびＯ：０．０５〜０．４０％を含有し、更に必要に応じてＣ：０．４０％以下、Ｓ：０．２０％以下、ＲＥＭ：０．５０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｖ：１．０％未満、Ｓｎ：１．０％以下、Ｚｒ：１．０％以下およびＳｉ：０．４０％以下のうちの１種または２種以上を含有し、かつＦｅ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖが４．０％以下を満足し、残部がＴｉおよび不可避不純物からなる高強度Ｔｉ合金の製造方法において、原料としてＦｅを０．４０％以上含有するスポンジチタン（低品位スポンジチタン）、更に必要に応じて合金元素（必要な場合にはＦｅ，Ｏを含む）、通常のスポンジチタン、ステンレス鋼等の鉄合金スクラップ、チタン合金スクラップ等の１種または２種以上を用いることである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の高強度Ｔｉ合金およびその製造方法において、成分組成を上記のように特定している理由を説明する。
Ａｌ：５．５０〜７．００％
Ａｌは、主としてα相に固溶してα相を強化するので、そのために含有させる元素である。その効果を得るためには５．５０％以上含有させる必要があり、また５．５０％より低くなるとβ変態点が低くなるため、熱間加工により当軸状α＋β組織を得ることが困難になるので、５．５０％以上含有させる必要がある。しかし、７．００％を超えるとα２相（Ｔｉ３Ａｌ）が析出して延性を低下する場合があり、またα相の量が増加して熱間加工性を低下するので、その含有量を５．５０〜７．００％とする。
【００１２】
Ｆｅ：０．５０〜４．００％
Ｆｅは、Ｖと同様にβ相を安定化し、かつコストも低下させるので、そのために含有させる元素である。それらの効果を得るためには０．５０％以上含有させる必要があるが、４．００％を超えるとＦｅが偏析して製造性を害し、また熱処理により金属間化合物（ＴｉＦｅ）を形成して靱延性を低下させる場合があるので、その含有量を０．５０〜４．００％とする。
【００１３】
Ｎ：０．０２〜０．１０％
Ｎは、後述のＯと同様にα相に固溶してα相を強化するので、そのために含有させる元素である。その効果を得るためには０．０２％以上含有させる必要があるが、０．１０％より多くなるとＴｉＮのような介在物をつくり、低密度介在物として疲労破壊の起点となることで、疲労強度を低下させる場合があるので、その含有量を０．０２〜０．１０％とする。
【００１４】
Ｏ：０．０５〜０．５０％
Ｏは、主としてα相に固溶してα相を強化するので、そのために含有させる元素である。その効果を得るためには０．０５％以上含有させる必要があるが、０．５０％を超えて含有させるとα相が増加して延性を低下するので、その含有量を０．０５〜０．５０％とする。
【００１５】
Ｃ：０．４０％以下
Ｃは、ＯおよびＮと同様にα相を強化し、また後述のＳと同時に含有させると切削性も改善するので、それらのために含有させる元素であるが、多くなり過ぎると炭化物を形成して熱間成形性を低下するので、上限を０．４０％とする。
Ｓ：０．２０％以下
Ｓは、切削性を改善するので、そのために添加させる元素であるが、多くなり過ぎると形成される介在物により熱間成形性を低下するので、上限を０．２０％とする。
【００１６】
ＲＥＭ：０．５０％以下
ＲＥＭは、切削性を改善する元素としてＳと同時に含有させる元素であるが、多くなり過ぎると介在物により熱間成形性を低下させるので、上限を０．５０％とする。
【００１７】
Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下
ＮｉおよびＣｒは、Ｆｅと同様にβ相を安定化し、熱間成形性、熱処理性を改善するので、Ｆｅの一部を置換してそれぞれ１．０％以下含有させることができるが、積極的に含有させる必要はない。ただ、Ｆｅ原料としてステンレス鋼スクラップを使用する場合に添加されることになる。
【００１８】
Ｖ：１．０％未満
Ｖは、Ｆｅ、Ｃｒ等と同様にβ相を安定化し、熱間成形性、熱処理性を改善するので、Ｆｅの一部を置換して１．０％未満含有させることができるが、積極的に含有させる必要はない。ただ、Ｔｉ合金の主要な構成元素であるので、Ｔｉ合金スクラップを使用する場合に添加されることになる。
Ｍｏ：１．０％以下
Ｍｏは、Ｆｅ、Ｃｒ等と同様にβ相を安定化し、熱間成形性、熱処理性を改善するので、Ｆｅの一部を置換して１．０％以下含有させることができるが、積極的に含有させる必要はない。ただ、Ｔｉ合金の主要な構成元素であるので、Ｔｉ合金スクラップを使用する場合に添加されることになる。
【００１９】
Ｓｎ：１．０％以下、Ｚｒ：１．０％以下
ＳｎおよびＺｒは、α相およびβ相の両方を強化するので、Ｆｅの一部を置換してそれぞれ１．０％以下含有させることができるが、積極的に含有させる必要はない。ただ、Ｔｉ合金の主要な構成元素であるので、Ｔｉ合金スクラップを使用する場合に添加されることになる。
Ｓｉ：０．４０％以下
Ｓｉは、耐熱性改善するので、そのために含有させる元素であるが、多くなり過ぎるとシリサイドの析出によりクリープ強度を低下させるようになるので、上限を０．４０％とする。
【００２０】
Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ≦４．０％
上記のようにＮｉ，Ｃｒ，ＭｏおよびＶは、Ｆｅと同様にβ相を安定化し、熱間成形性、熱処理性を改善する元素であるが、これらの元素の合計が多くなり過ぎると金属間化合物（ＴｉＦｅ，ＴｉＣｒ２等）が形成し、脆化する場合があるので、その上限を４．０％とする。
【００２１】
次に、本発明の製造方法について説明する。
本発明の高強度Ｔｉ合金の製造方法は、Ａｌ：５．５０〜７．００％、Ｆｅ：０．５０〜４．００％、Ｎ：０．０２〜０．１０％およびＯ：０．０５〜０．４０％を含有し、更に必要に応じてＣ：０．４０％以下、Ｓ：０．２０％以下、ＲＥＭ：０．５０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｒ：１．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｖ：１．０％未満、Ｓｎ：１．０％以下、Ｚｒ：１．０％以下およびＳｉ：０．４０％以下のうちの１種または２種以上を含有し、かつＦｅ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖが４．０％以下を満足し、残部がＴｉおよび不可避不純物からなる高強度Ｔｉ合金の製造方法において、原料としてＦｅを０．４０％以上含有するスポンジチタン（低品位スポンジチタン）を用いる方法であるが、原料として必要に応じて合金元素（必要な場合にはＦｅ，Ｏを含む）、通常のスポンジチタン、ステンレス鋼等の鉄合金スクラップ、チタン合金スクラップ等の１種または２種以上を用いることができる。
【００２２】
本発明の高強度Ｔｉ合金の製造方法において、原料としてＦｅを０．４０％以上含有するスポンジチタンを用いるのは、本発明のＴｉ合金がＦｅを０．５０〜４．００％含有するものであるため、Ｆｅを０．４０％以上含有するスポンジチタンを使用することができ、更にＦｅがスポンジチタンに分散しているため合金にする場合に偏析が少なくなるからである。また、Ｆｅを０．４０％以上含有するスポンジチタンの価格がＴｉ合金の製造に通常用いられているＦｅを０．０６％程度含有するスポンジチタンの価格の１／２程度であって、安価であるからである。
【００２３】
さらに、本発明の高強度Ｔｉ合金の製造方法において、原料としてＦｅを０．０２４％、Ｏを０．０２８％を含有する通常のスポンジチタンを使用する場合があるが、これは成分調整を適正にするためである。
また、ステンレス鋼等の鉄合金スクラップを使用する場合があるが、これはＦｅ原料、必要な場合にはＮｉ原料および／またはＣｒ原料とするためである。
また、チタン合金スクラップを使用する場合があるが、これは主としてチタン原料とするためである。
【００２４】
本発明の高強度Ｔｉ合金の原料を除く他の製造方法は、上記Ｔｉー６Ａｌー４Ｖ合金の製造方法と同じでもよく、さらに下記実施例に記載した方法と同じでもよく、また他の公知の方法でもよい。
【００２５】
本発明の高強度Ｔｉ合金の用途は、吸気バルブ、コンロッド、排気系集合間等の自動車部品、ブレード、ディスク等の航空機部品、ゴルフクラブヘッド、時計および眼鏡フレーム等の各種民生品、生体用部材、軽量かつ高強度を必要とする各種部材等である。
【００２６】
【実施例】
Ｆｅを０．５８０％、Ｏを０．０７６％を含有するスポンジチタン（低品位スポンジチタン）、合金原料（Ａｌペレット）、ＴｉＯ２（酸素含有量調整用）、電解鉄（Ｆｅ含有量を調整するため））、Ｆｅを０．０２４％、Ｏを０．０２８％を含有する少量のスポンジチタン（通常のスポンジチタン）、ステンレス鋼スクラップおよびＴｉ合金スクラップを下記表１に示すように用い、また炉内のＮ２濃度を調整することでＮ含有量を調整して下記表１に示すような本発明例及び比較例の成分組成になるようにし、プラズマスカル炉で溶解・鋳造し、直径１００ｍｍの５ｋｇのインゴットを製造した。このインゴットを分塊鍛造し、ビレットを手入れ後α＋β域の９４０℃での鍛伸により直径２０ｍｍの棒材を製造した。
【００２７】
これらの棒材を７５０℃×２時間の焼鈍をした後平均直径６ｍｍのＪＩＳ１４Ａ号の引張試験片を採取し、引張試験をし、その結果を下記表２に示す。
これらの実施例における原料費は、スポンジチタンの全量をＦｅを０、０２４％、Ｏを０．０２８％を含有する通常のスポンジチタンを用いた比較例のものの約６０％であった。
【００２８】
【表１】
【表２】
これらの結果によると、６Ａｌー４ＶーＴｉ合金に相当する比較例は、引張強さが９７０ＭＰａ、０．２％耐力が８７０ＭＰａ、伸びが１８％および絞りが３７％であった。
これに対して、本発明例は、引張強さが１０４２〜１２６２ＭＰａ、０．２％耐力が９３８〜１１４０ＭＰａ、伸びが１１〜２０％および絞りが２６〜４５％であった。また、本発明例のうち伸びが比較例のもの（１８％）と同等以上のものでは、引張強さが１０４２〜１１３２ＭＰａ、０．２％耐力が９３８〜１０２１ＭＰａで、比較例のものの１．０７倍以上、１．０８倍以上であった。
【００３１】
【効果】
本発明の高強度Ｔｉ合金およびその製造方法は、上記構成にしたことにより次のような優れた効果を奏する。
高強度Ｔｉ合金においては、従来から多く製造されている６Ａｌー４ＶーＴｉ合金より優れた引張強さを有するものとなる。
また、その製造方法においては、原料の価格が従来から多く製造されている６Ａｌー４ＶーＴｉ合金のものと比較して約６０％になるため、引張強さが同等以上の高強度Ｔｉ合金を安価に製造することができる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-strength titanium alloy and a method for producing the same, and more particularly, to an inexpensive high-strength titanium alloy and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Titanium alloys are light, have high specific strength, and are excellent in corrosion resistance and heat resistance, so bolts and nuts used for members of transportation equipment such as aircraft, golf club heads, connecting rods of motorcycles, automobiles, small boats, etc. It is used for joint parts and the like, but its use is limited because of its high cost.
However, since this titanium alloy has a high specific strength and excellent corrosion resistance, if it becomes inexpensive, there is a great demand as a component and a structural material for transportation equipment such as automobiles, which are required to have a low fuel ratio. , Lower cost was required.
[0003]
Conventionally, as a high-strength titanium alloy, a Ti-6Al-4V alloy is known, and its production accounts for about 80% of the total production of the Ti alloy. However, this Ti-6Al-4V alloy is disadvantageous in that it is expensive and the strength is not sufficient.
[0004]
Further, as a titanium alloy containing Fe, V: 2.0 to 8.0% by weight, Fe: 0.5 to 5.0% by weight, Al: 2.0 to 7.0% by weight, and O: 0 There is known a Ti alloy containing 0.1 to 0.3% by weight, the balance being substantially composed of Ti and having excellent erosion resistance (Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-134124).
However, although this titanium alloy is excellent in erosion resistance, since the V equivalent (V% + 4.2Fe%) is substantially at least 5.50% by weight, the titanium alloy has a large amount of β phase and a high There is a drawback that heat treatment is required to increase the strength. In addition, since it is manufactured using sponge titanium having an Fe content of 0.06% or less, there is a disadvantage that it is expensive.
[0005]
Further, as a low-cost titanium alloy containing Fe instead of V, it contains 5.5-7.0% by weight of Al and 0.5-4.0% by weight of Fe, and optionally contains Cr-0.5% by weight. , Ni and O, one or more of which contain Cr: 2.0% by weight or less, Ni: 2.0% by weight or less, O: 0.5% by weight or less, with the balance being Ti and inevitable impurities. An α + β-type high-strength Ti alloy consisting of is known (Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-358036).
However, in this titanium alloy, since N is 0.01% by weight or less within the range of ordinary impurities, the strength is not sufficiently improved by N and sponge titanium having an Fe content of 0.06% or less is used. There is a disadvantage that it is expensive because it is manufactured using.
[0006]
On the other hand, as a method of producing a Ti alloy using inexpensive low-grade titanium sponge, Al: 5.00 to 7.00% by weight, V: 1.00 to 3.50% by weight, and Fe: more than 0.40% 1.00% by weight, O: 0.20 to 0.40% by weight, C: 0.05% by weight or less, N: 0.05% by weight or less, V equivalent (V% + 4.2Fe%) Is from 3.00 to 5.50% by weight, and the balance is substantially the same. In a method for producing a high-strength Ti alloy, the sponge titanium containing 0.10% by weight or more of Fe as a raw material is used. A method for producing a Ti alloy is known (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-115221).
However, this Ti alloy contained 1.00 to 3.50% by weight of V and did not have a large Fe content, so that it was not possible to reduce the cost too much.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention relates to a high-strength Ti alloy having a tensile strength equal to or higher than that of a Ti-6Al-4V alloy occupying 80% of the currently manufactured Ti alloy, and making this alloy much cheaper than the Ti-6Al-4V alloy. It is an object to provide a manufacturing method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors have conducted various studies on the component composition, raw materials, and the like of a high-strength Ti alloy and a method for producing the same. As a result, V of the known Ti-6Al-4V alloy was replaced with Fe. The strength can be made equal to or more than that of the conventional Ti-6Al-4V alloy by adding an appropriate amount of N. When producing sponge titanium as a raw material of the Ti alloy, about 0.4% by weight of Fe is added. About 20% of sponge titanium is produced, and the price of this sponge titanium is about half that of sponge titanium with less impurities. For a Ti alloy containing a lot of Fe, this inexpensive sponge titanium is used a lot. And the fact that iron alloy scrap such as stainless steel can be used as an alloy raw material. The present invention has been made based on these findings.
[0009]
That is, in the high-strength Ti alloy of the present invention, the component compositions are as follows: Al: 5.50 to 7.00%, Fe: 0.50 to 4.00%, N: 0.02 to 0.10%, and O: 0.05 to 0.40%, and if necessary, C: 0.40% or less, S: 0.20% or less, REM: 0.50% or less, Ni: 1.0% or less, Cr : 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, V: less than 1.0%, Sn: 1.0% or less, Zr: 1.0% or less, and Si: 1 of 0.40% or less Or Fe + Ni + Cr + Mo + V satisfying 4.0% or less and the balance being Ti and unavoidable impurities.
In addition,% is mass% as described above except that it is described as weight%.
[0010]
In the method for producing a high-strength Ti alloy according to the present invention, Al: 5.50 to 7.00%, Fe: 0.50 to 4.00%, N: 0.02 to 0.10%, and O: 0.05 to 0.40%, and if necessary, C: 0.40% or less, S: 0.20% or less, REM: 0.50% or less, Ni: 1.0% or less, Cr : 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, V: less than 1.0%, Sn: 1.0% or less, Zr: 1.0% or less, and Si: 1 of 0.40% or less Sponge containing at least 0.40% Fe as a raw material in a method for producing a high-strength Ti alloy containing at least one or more species, Fe + Ni + Cr + Mo + V satisfying 4.0% or less, and the balance being Ti and unavoidable impurities. Titanium (low-grade sponge titanium) and, if necessary, alloying elements (if necessary) Is Fe, including O), conventional titanium sponge, iron alloy scrap stainless steel or the like, is to use one or more such as titanium alloy scrap.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the reason why the component composition is specified as described above in the high-strength Ti alloy and the method for producing the same according to the present invention will be described.
Al: 5.50 to 7.00%
Al is an element to be contained for mainly strengthening the α phase by forming a solid solution in the α phase. In order to obtain the effect, it is necessary to contain the element in an amount of 5.50% or more, and if it is lower than 5.50%, the β transformation point becomes low, so that it becomes difficult to obtain an equiaxial α + β structure by hot working. Therefore, it is necessary to contain 5.50% or more. However, if the content exceeds 7.00%, the α 2 phase (Ti 3 Al) may precipitate to lower the ductility, and the amount of the α phase may increase to lower the hot workability. Is set to 5.50 to 7.00%.
[0012]
Fe: 0.50 to 4.00%
Fe stabilizes the β phase and lowers the cost similarly to V, and therefore is an element to be contained for that purpose. In order to obtain these effects, it is necessary to contain 0.50% or more. However, if it exceeds 4.00%, Fe segregates and impairs productivity, and heat treatment forms an intermetallic compound (TiFe). Since the toughness may be reduced, the content is set to 0.50 to 4.00%.
[0013]
N: 0.02 to 0.10%
N is an element to be contained for solid solution in the α phase and strengthening the α phase as in O described later. In order to obtain the effect, it is necessary to contain 0.02% or more. However, if the content is more than 0.10%, inclusions such as TiN are formed, and as a low-density inclusion, it becomes a starting point of fatigue fracture. Since the strength may be reduced, the content is set to 0.02 to 0.10%.
[0014]
O: 0.05 to 0.50%
O is an element to be contained mainly for solid solution in the α phase to strengthen the α phase. In order to obtain the effect, it is necessary to contain 0.05% or more. However, if the content exceeds 0.50%, the α phase increases and the ductility decreases, so the content is 0.05 to 0%. .50%.
[0015]
C: 0.40% or less C strengthens the α phase similarly to O and N, and also improves the machinability when it is contained simultaneously with S described below. Therefore, C is an element to be contained for these elements. If it becomes too much, carbides are formed and the hot formability decreases, so the upper limit is made 0.40%.
S: 0.20% or less S is an element to be added for improving the machinability. However, if the content is too large, the hot workability is reduced by inclusions formed, so the upper limit is 0.20%. %.
[0016]
REM: 0.50% or less REM is an element contained simultaneously with S as an element for improving machinability. However, if it is too large, the hot workability is reduced by inclusions, so the upper limit is 0.50%. I do.
[0017]
Ni: 1.0% or less, Cr: 1.0% or less Ni and Cr stabilize the β phase and improve the hot formability and heat treatment properties like Fe, so that a part of Fe is substituted. Each can be contained in an amount of 1.0% or less, but need not be positively contained. However, it is added when stainless steel scrap is used as the Fe raw material.
[0018]
V: less than 1.0% V stabilizes the β phase and improves hot formability and heat treatment properties like Fe, Cr, etc., so that a part of Fe is replaced to contain less than 1.0%. However, it is not necessary to include them positively. However, since Ti is a main constituent element of Ti alloy, it is added when Ti alloy scrap is used.
Mo: 1.0% or less Mo stabilizes the β phase and improves hot formability and heat treatment properties like Fe, Cr, etc., so that a part of Fe is replaced to contain 1.0% or less. However, it is not necessary to include them positively. However, since Ti is a main constituent element of Ti alloy, it is added when Ti alloy scrap is used.
[0019]
Sn: 1.0% or less, Zr: 1.0% or less Since Sn and Zr strengthen both the α phase and the β phase, a part of Fe may be replaced to contain 1.0% or less, respectively. Yes, but it is not necessary to include them positively. However, since Ti is a main constituent element of Ti alloy, it is added when Ti alloy scrap is used.
Si: 0.40% or less Si is an element to be contained for improving heat resistance. However, when the content is too large, the creep strength is reduced due to precipitation of silicide, so the upper limit is 0.40%. I do.
[0020]
Fe + Ni + Cr + Mo + V ≦ 4.0%
As described above, Ni, Cr, Mo, and V are elements that stabilize the β phase and improve hot formability and heat treatment properties like Fe, but when the total of these elements becomes too large, the intermetallic compound (TiFe, TiCr 2, etc.) is formed, because it may be brittle, so the upper limit of 4.0%.
[0021]
Next, the manufacturing method of the present invention will be described.
The method for producing a high-strength Ti alloy of the present invention is as follows: Al: 5.50 to 7.00%, Fe: 0.50 to 4.00%, N: 0.02 to 0.10%, and O: 0.05 0.40%, C: 0.40% or less, S: 0.20% or less, REM: 0.50% or less, Ni: 1.0% or less, Cr: 1. 0% or less, Mo: 1.0% or less, V: less than 1.0%, Sn: 1.0% or less, Zr: 1.0% or less, and Si: 0.40% or less. In a method for manufacturing a high-strength Ti alloy containing at least 4.0% of Fe + Ni + Cr + Mo + V and the balance of Ti and unavoidable impurities, a sponge titanium alloy containing 0.40% or more of Fe as a raw material (low This method uses high-grade sponge titanium). If necessary Fe, including O), conventional titanium sponge, iron alloy scrap such as stainless steel, may be used alone or two or more of such titanium alloy scrap.
[0022]
In the method for producing a high-strength Ti alloy of the present invention, titanium sponge containing 0.40% or more of Fe is used as a raw material because the Ti alloy of the present invention contains 0.50 to 4.00% of Fe. This is because titanium sponge containing 0.40% or more of Fe can be used, and since Fe is dispersed in titanium sponge, segregation is reduced when forming an alloy. Further, the price of titanium sponge containing 0.40% or more of Fe is about 1/2 of the price of titanium sponge containing about 0.06% of Fe, which is usually used for the production of Ti alloy, and is inexpensive. Because there is.
[0023]
Further, in the method for producing a high-strength Ti alloy according to the present invention, a usual sponge titanium containing 0.024% of Fe and 0.028% of O may be used as a raw material. In order to
In addition, an iron alloy scrap such as stainless steel may be used in order to use an Fe material, and if necessary, a Ni material and / or a Cr material.
In some cases, titanium alloy scrap is used, mainly because it is used as a titanium raw material.
[0024]
Other production methods except for the raw material of the high-strength Ti alloy of the present invention may be the same as the production method of the above-mentioned Ti-6Al-4V alloy, and may be the same as the method described in the following Examples, or other known methods. It may be a method.
[0025]
Applications of the high-strength Ti alloy of the present invention include automobile parts such as intake valves, connecting rods, and exhaust systems, aircraft parts such as blades and disks, various consumer products such as golf club heads, watches and eyeglass frames, and biological members. And various members that require light weight and high strength.
[0026]
【Example】
Sponge titanium (low-grade sponge titanium) containing 0.580% Fe and 0.076% O, alloy raw material (Al pellets), TiO 2 (for adjusting oxygen content), electrolytic iron (adjusting Fe content) )), A small amount of titanium sponge containing 0.024% Fe and 0.028% O (normal titanium sponge), stainless steel scrap and Ti alloy scrap are used as shown in Table 1 below; by adjusting the N content by adjusting the N 2 concentration in such a manner that the component composition of the present invention and comparative examples shown in table 1 in a furnace, melting and casting in a plasma skull furnace, diameter 100mm 5 kg of ingot was manufactured. The ingot was subjected to forging and forging, and after treating the billet, a bar having a diameter of 20 mm was manufactured by forging at 940 ° C. in an α + β region.
[0027]
After annealing these bars at 750 ° C. for 2 hours, a tensile test piece of JIS14A having an average diameter of 6 mm was sampled and subjected to a tensile test. The results are shown in Table 2 below.
The raw material cost in these examples was about 60% of that of the comparative example using the ordinary sponge titanium containing the total amount of titanium sponge of 0, 024% and 0.028% of O.
[0028]
[Table 1]
[Table 2]
According to these results, in the comparative example corresponding to the 6Al-4V-Ti alloy, the tensile strength was 970 MPa, the 0.2% proof stress was 870 MPa, the elongation was 18%, and the drawing was 37%.
On the other hand, in the example of the present invention, the tensile strength was 1042 to 1262 MPa, the 0.2% proof stress was 938 to 1140 MPa, the elongation was 11 to 20%, and the drawing was 26 to 45%. Further, among the examples of the present invention, those having an elongation equal to or more than that of the comparative example (18%) had a tensile strength of 1042 to 1132 MPa, a 0.2% proof stress of 938 to 1021 MPa, and a 1.07 of the comparative example. Times and 1.08 times or more.
[0031]
【effect】
The high-strength Ti alloy and the method of manufacturing the same according to the present invention exhibit the following excellent effects by adopting the above-described configuration.
High-strength Ti alloys have better tensile strength than 6Al-4V-Ti alloys that have been conventionally produced in large numbers.
In addition, in the manufacturing method, since the price of the raw material is about 60% as compared with that of a conventionally manufactured 6Al-4V-Ti alloy, a high-strength Ti alloy having a tensile strength equal to or higher than that of a 6Al-4V-Ti alloy is used. It can be manufactured at low cost.
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