JP2005524774A - α−β型Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ−Ｍｏ−Ｆｅ合金 - Google Patents
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Abstract
Ａｌ：４．５〜５．５％、Ｖ：３．０〜５．０％、Ｍｏ：０．３〜１．８％、Ｆｅ：０．２〜１．２％、酸素：０．１２〜０．２５％、Ｔｉ：残、を基本的元素として含み、他の付随的元素を各０．１％以下、合計で０．５％以下とする、加工性と弾道特性がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金よりも優れている高強度α-β型合金。
Description
本発明は、強度と加工性と弾道特性の改善された組み合わせを有する高強度α-β型合金に関する。
チタニウム基合金は、高温特性および耐蝕性とともに高い強度/重量比を必要とする用途に使用される。これらの合金は、α相合金、β相合金、または、α-β相合金として特徴付けることができる。α-β相合金は、一以上のα相安定化元素と一以上のβ相安定化元素を含有する。これらの合金は、熱処理または熱−機械的処理により強化することができる。特に、この合金は、α-β域またはβ変態温度以上の高温域から急冷することで強化することができる。溶体化処理として知られるこの処理に続いて、時効と呼ばれる中間温度での処理がされ、α相と変態β相とを主な相とする所望の混合相でなる顕微鏡組織の合金とされる。
この種の合金を、高強度と、良好な加工性と弾道特性の組み合わせを必要とする用途に使用することが望ましい。
この発明は、したがって、この所望の特性の組み合わせを備えたα-β型チタニウム基合金を提供することを目的とする。
この発明は、下記を成分組成とするα-β型チタニウム基合金を提供する。
Ａｌ：４．５〜５．５重量％、
Ｖ：３．０〜５．０重量％（好ましくは、３．７〜４．７重量％）、
Ｍｏ：０．３〜１．８重量％、
Ｆｅ：０．２〜１．２重量％（好ましくは、０．２〜０．８重量％）、
Ｏ：０．１２〜０．２５重量％（好ましくは０．１５〜０．２２重量％）、
残部：Ｔｉ、および、０．１重量％以下で合計０．５重量％以下の付随元素と不純物
この発明の合金は、発明で限定する範囲内のアルミニウムを必須元素として含有する。アルミニウムの含量が４．５重量％以下では、充分な強度が得られない。また、アルミニウムの含量を５．５重量％以上とすると、機械加工性が悪くなる。
この発明のα-β型チタニウム基合金では、バナジウムはβ相安定化剤として必須元素である。
バナジウムの含量が３．０重量％以下では充分な強度が得られず、また、５．０重量％以上では、β安定化剤の含量が多過ぎて機械的加工性を劣化させることになる。
バナジウムの含量が３．０重量％以下では充分な強度が得られず、また、５．０重量％以上では、β安定化剤の含量が多過ぎて機械的加工性を劣化させることになる。
鉄は、有効で且つ廉価なβ相安定化元素であり、通常、約０．１重量％の鉄が本発明の合金溶製に使用されるスポンジ・チタンおよび他のリサイクル材料から添加される。鋼材または、本発明ではモリブデンを必須元素としているので、フェロ・モリブデンの母合金として添加することもできる。鉄の含量が約１．２重量％以上では、機械加工性に逆効果が生じる。
モリブデンは、組織の結晶粒度を微細化するとともに、β相安定化に有効な元素である。モリブデンの含量が０．３重量％以下では、所望の効果が得られず、また、１．８重量％以上とすると、機械加工性が劣化する。
酸素は、チタニウムおよびチタニウム合金の強化元素である。酸素の含量が０．１２重量％以下では、充分な強度が得られず、また、０．２５重量％以上では、脆くなるとともに機械加工性が損なわれる。
[実施例１]
実験室規模のダブルＶＡＲ（真空アーク再溶融）法を使用して、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を含む１０種の８インチ径のインゴットを溶製した。これらのインゴットの化学成分を表１に示す。表中、合金Ａ，Ｂ，ＣおよびＥは、発明合金である。合金ＤおよびＦからＪは、比較対象合金である。ここで、合金Ｊは、最も普通のα-β型合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金である。これらのインゴットを鍛造し、α-βプロセスで３/４インチ角のバー、または、３/４インチ厚のプレートに圧延した。各合金の基本特性を調べるため、材料の一部に１３００Ｆで１時間加熱後に空冷する処理、即ち鍛造や圧延後熱処理を施した。加えて、各バーに対して溶体化と時効処理（STA）を実施し、機械的性質を評価して合金の硬化性を調べた。
実験室規模のダブルＶＡＲ（真空アーク再溶融）法を使用して、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を含む１０種の８インチ径のインゴットを溶製した。これらのインゴットの化学成分を表１に示す。表中、合金Ａ，Ｂ，ＣおよびＥは、発明合金である。合金ＤおよびＦからＪは、比較対象合金である。ここで、合金Ｊは、最も普通のα-β型合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金である。これらのインゴットを鍛造し、α-βプロセスで３/４インチ角のバー、または、３/４インチ厚のプレートに圧延した。各合金の基本特性を調べるため、材料の一部に１３００Ｆで１時間加熱後に空冷する処理、即ち鍛造や圧延後熱処理を施した。加えて、各バーに対して溶体化と時効処理（STA）を実施し、機械的性質を評価して合金の硬化性を調べた。
表２に、ミル焼鈍後の、即ち圧延後熱処理した合金の引っ張り特性を示す。合金Ａ，Ｂ，ＣおよびＥは、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの強度に等しい強度（UTSまたは０．２％PS）を示している。Ａ，Ｂ，ＣおよびＥの延性（EIおよびRA）は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの延性より良い値を示している。表３には、ＳＴＡ後の試験合金の引っ張り特性を、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの値と共に示す。合金Ａ，ＢおよびＣは、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの値よりも少なくとも１０ｋｓｉは高い強度（UTSまたは０．２％PS）を示している。ＳＴＡ後により高い強度が得られるのは、主にＭｏおよび/またはＦｅの添加による硬化性の改良に起因するものである。しかしながら、Ｍｏおよび/またはＦｅの含量が過剰であると、合金Ｇ，ＨおよびＩに見られるように、延性が低くなる。
ＥＩ＝伸び
ＲＡ＝面積の減少
ＵＴＳ＝抗張力
０．２％ＰＳ＝０．２％耐力（降伏）強度
[実施例２]
ミル焼鈍した、即ち圧延後熱処理した厚さ３/４インチのプレートを５/８インチ厚に加工した。これらのプレートにドリル・テストをして合金の加工性を評価した。テストには高速度鋼ドリル（AISI M42）を使用した。ドリル・テストの条件は次の通りである。
−ドリル径：１/４インチ
−穴の深さ：５/８インチの貫通穴
−送り：０．００７５インチ/回転
−回転速度：５００ＲＰＭ
−冷却剤：水溶性冷却剤
ミル焼鈍した、即ち圧延後熱処理した厚さ３/４インチのプレートを５/８インチ厚に加工した。これらのプレートにドリル・テストをして合金の加工性を評価した。テストには高速度鋼ドリル（AISI M42）を使用した。ドリル・テストの条件は次の通りである。
−ドリル径：１/４インチ
−穴の深さ：５/８インチの貫通穴
−送り：０．００７５インチ/回転
−回転速度：５００ＲＰＭ
−冷却剤：水溶性冷却剤
ドリル・チップ損傷により穴あけ加工不可能となった時点をもってドリル寿命とした。ドリル・テストの結果を表４に示す。表４中、相対ドリル指数は、２から３回のテストの平均である。相対指数が約４．０以上になったときには、ドリル・テストを終了させた。ドリル・テストの結果は、本発明合金が、Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｖおよび本発明で限定する成分範囲外の化学組成の他の合金に比較して格段に優れた加工性を示すことを示している。合金Ｆの加工性が劣るのは、酸素の含有量が多いためである。
[実施例３]
８インチ径の試料インゴットから出発してα-βプロセスにより厚さ約０．４３インチのプレートを製作した。このプレートをミル焼鈍後、即ち圧延後熱処理し、酸洗いした。
弾丸として、５０−キャリバーＦＳＰ（弾丸の役をする破片）を使用した。各プレートについて、５０％の確率で完全な穴を開ける弾丸の速度であるＶ50を決定し、これを特定値と比較した。結果を表５に示す。表中、ΔＶ５０は、測定値と特定値との差を示す。したがって、正数は、特定値より優れていることを示す。表に示されている通りで、合金Ｋは、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金よりも優れた弾道特性を示している。
８インチ径の試料インゴットから出発してα-βプロセスにより厚さ約０．４３インチのプレートを製作した。このプレートをミル焼鈍後、即ち圧延後熱処理し、酸洗いした。
弾丸として、５０−キャリバーＦＳＰ（弾丸の役をする破片）を使用した。各プレートについて、５０％の確率で完全な穴を開ける弾丸の速度であるＶ50を決定し、これを特定値と比較した。結果を表５に示す。表中、ΔＶ５０は、測定値と特定値との差を示す。したがって、正数は、特定値より優れていることを示す。表に示されている通りで、合金Ｋは、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金よりも優れた弾道特性を示している。
この明細書および開示された実施例を考慮して、当業者において、この発明の他の実施態様も明白であろう。明細書および例は、単なる例示であり、この発明の正しい範囲と精神は、特許請求の範囲に示されている通りである。
Claims (13)
- 下記を成分組成とするα-β型チタニウム基合金。
４．５〜５．５重量％のアルミニウム；
３．０〜５．０重量％のバナジウム；
０．３〜１．８重量％のモリブデン；
０．２〜１．２重量％の鉄；
０．１２〜０．２５重量％の酸素；および、
残部をチタニウムと、付随的元素および不純物とし、各付随的元素を０．１重量％以下とし、その合計を０．５重量％以下とする。 - バナジウムの含量を３．７〜４．７重量％とする請求項１に記載のα-β型チタニウム基合金。
- 鉄の含量を０．２〜０．８重量％とする請求項１に記載のα-β型チタニウム基合金。
- 酸素の含量を０．１５〜０．２２重量％とする請求項１に記載のα-β型チタニウム基合金。
- 下記を成分組成とするα-β型チタニウム基合金。
４．５〜５．５重量％のアルミニウム；
３．７〜４．７重量％のバナジウム；
０．３〜１．８重量％のモリブデン；
０．２〜１．２重量％の鉄；
０．１２〜０．２５重量％の酸素；および、
残部をチタニウムと、付随的元素および不純物とし、各付随的元素を０．１ 重量％以下とし、その合計を０．５重量％以下とする。 - 鉄の含量を０．２〜０．８重量％とする請求項５に記載のα-β型チタニウム基合金。
- 酸素の含量を０．１５〜０．２２重量％とする請求項５に記載のα-β型チタニウム基合金。
- 下記を成分組成とするα-β型チタニウム基合金。
４．５〜５．５重量％のアルミニウム；
３．０〜５．０重量％のバナジウム；
０．３〜１．８重量％のモリブデン；
０．２〜０．８重量％の鉄；
０．１２〜０．２５重量％の酸素；および、
残部をチタニウムと、付随的元素および不純物とし、各付随的元素各０．１ 重量％以下とし、その合計を０．５重量％以下とする。 - バナジウムの含量を３．７〜４．７重量％とする請求項８に記載のα-β型チタニウム基合金。
- 酸素の含量を０．１５〜０．２２重量％とする請求項９に記載のα-β型チタニウム基合金。
- 下記を成分組成とするα-β型チタニウム基合金。
４．５〜５．５重量％のアルミニウム；
３．０〜５．０重量％のバナジウム；
０．３〜１．８重量％のモリブデン；
０．２〜１．２重量％の鉄；
０．１５〜０．２２重量％の酸素；および、
残部をチタニウムと、付随的元素および不純物とし、各付随的元素を０．１ 重量％以下とし、その合計を０．５重量％以下とする。 - バナジウムの含量を３．７〜４．７重量％とする請求項１１に記載のα-β型チタニウム基合金。
- 鉄の含量を０．２〜０．８重量％とする請求項１２に記載のα-β型チタニウム基合金。
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