JP2011058070A

JP2011058070A - チタン制振合金

Info

Publication number: JP2011058070A
Application number: JP2009210786A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Mantani; 義和万谷
Original assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-09-11
Also published as: JP5671674B2

Abstract

【課題】制振性に優れたチタン合金とする。
【解決手段】ｍａｓｓ％で［Ｍｏ］＋［Ｔａ］／５＋［Ｎｂ］／３．６＋［Ｗ］／２．５＋［Ｖ］／１．５＋１．２５［Ｃｒ］で表されるＭｏ当量で５〜８ｍａｓｓ％のβ安定元素を含むＴｉ合金を焼入れ処理してマルテンサイト組成とし、その後に圧下率２〜２０％の冷間加工を施す。これにより制振合金として一般的なマンガン合金や鉄鋼が示す１０^−２オーダーの内部摩擦を示し、制振性に優れたチタン合金とすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、制振性に優れたチタン合金に関する。

チタン合金は、軽量・高強度・高耐食性等の優れた性質を有している。しかしながら、チタン合金は一般的に制振性能（損失係数）が低い代表的な金属材料として認識されている。このため、制振性に優れたチタン系合金を開発すれば、マンガン合金や鉄鋼の制振合金と比較して約４０％の軽量化が可能になり、高強度・高耐食性の特徴も活かされる。

引用文献１は、低ヤング率のチタン合金に関するものである。この引用文献１では、バナジウムを１４〜２０％、アルミニウムを０．２〜１０％含み、残部がチタンと不可避不純物からなり、構成相に少なくともマルテンサイト相を含むチタン合金を開示している。

特開２００８−７５１７３号公報

しかしながら特許文献１に示すチタン合金では双晶変形を利用したものであって、溶体化処理によりマルテンサイト相としたり、溶体化処理後のβ相を冷間塑性加工又は室温からの冷却によりマルテンサイト変態させたものである。すなわち、一般に制振合金の制振機構は、複合型、転移型、強磁性型又は双晶型に分類される。そして、内部摩擦の定量的理論はまだ確立されていないが、双晶型は粒界型とも呼ばれ、熱弾性マルテンサイト相と母相との界面などの運動に伴う内部摩擦が減衰に寄与していると考えられている。

本願発明は、焼入れにより準安定な斜方晶α”マルテンサイト組織を形成し、さらに冷間加工することで不安定性を助長することによって振動に対する界面の運動（α”マルテンサイト相の増減、移動など）を助長して、高い制振性が得られるものと考えられる。これにより、マンガン合金や鉄鋼の制振合金と比較して遜色のない制振性を有するチタン合金により、高強度、高耐食性及び軽量の制振材料とすることを目的にしている。

本発明は、Ｍｏ当量で５〜８ｍａｓｓ％のβ安定元素を含むＴｉ又はＴｉ合金を焼入れ処理して斜方晶α”マルテンサイト組成とし、その後に圧下率２〜２０％の冷間加工を施すことを特徴としている。

Ｍｏ当量とは、チタンがβ(bcc)の安定相になるのに必要な元素量をいい、必要な含有量は、ｍａｓｓ％でＭｏ＋Ｔａ／５＋Ｎｂ／３．６＋Ｗ／２．５＋Ｖ／１．５＋１．２５Ｃｒで換算することが広く知られている（金属データブック改訂４版日本金属学会編丸善２００４年２月発行第２０１ページ参照）。合金組成はｍａｓｓ％（ｗｔ％）を使用する。なお、チタンとβ安定元素の二元合金であってもよく、またβ安定元素の他の合金成分を含有するチタン合金であってもよい。

これらβ安定型元素にはＮｂの他、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｖ、Ｃｒなどが含まれる。Ｍｏ当量は５〜８ｍａｓｓ％添加することにより焼入れにより斜方晶α”マルテンサイトの組織が主構成相として構成される。特にＭｏ当量は６〜７ｍａｓｓ％が望ましい。

Ｔｉ合金の焼入れは、β変態点よりも高い温度から急冷する。例えばＮｂを２０ｍａｓｓ％含有する合金では９１３Ｋ（６４０℃）以上からの焼入れにより、斜方晶α”マルテンサイト組織を主構成相の結晶構造が得られる。

冷間加工は圧下率２〜２０％の範囲とする。圧下率２％未満では、十分な制振性が得られない。また、圧下率５％が最も高い制振性が得られ、５％を超えると徐々に制振性が低下する。このため圧下率４〜１０％の範囲が特に望ましい。

本発明は、Ｍｏ当量で５〜８ｍａｓｓ％のβ安定元素を含むＴｉ又はＴｉ合金を焼入れ処理して斜方晶α”マルテンサイト組成とし、その後に圧下率２〜２０％の冷間加工を施すことにより制振性に優れたチタン合金とすることができる。

図１はＴｉに含有するＮｂによるＸ線回析図形を示す。図２はＴｉに含有するＮｂによる内部摩擦の変化を示すグラフである。図３はＮｂの含有量と圧下率による内部摩擦の変化を示すグラフである。図４はＮｂを２０ｍａｓｓ％含有する合金の振動減衰挙動を示す。

以下、本発明を実施例及び比較例により詳細に説明する。

試験はチタン（ｈｃｐ）にニオブを表１に示す配合量の合金で行った。ニオブはβ安定型元素としてモリブデン、バナジウムなどとともに知られており、チタン含有量はＭｏ当量に対して３．６倍のｍａｓｓ％になる。

溶製した実施例１，２及び比較例１〜６のＴｉ−Ｎｂの二元合金を９５０℃から焼入れを行い、これらの合金についてＸ線回折を行った。その結果を図１に示す。図１に示すＸ線回析図形から、各相を決定した。

表１に示すように、Ｎｂ含有量が５ｍａｓｓ％（比較例１）、１０ｍａｓｓ％（比較例２）では最密六方晶αであった。１５ｍａｓｓ％（比較例３）ではα’マルテンサイト（ｈｃｐ）であった。また、３０ｍａｓｓ％（比較例４）、３５ｍａｓｓ％（比較例５）では、β相が主構成相のβ＋α”組織であり、４０ｍａｓｓ％（比較例６）ではβ単相組織となっている。一方、２０ｍａｓｓ％（実施例１）、２５ｍａｓｓ％（実施例２）では斜方晶α”マルテンサイト組織であった。

制振性能の向上に適した金属組織状態を明らかにするため、Ｔｉ−Ｎｂ二元合金のニオブ量と熱処理（焼なまし及び焼入れ）による内部摩擦の変化について調べた。内部摩擦は金属材料の制振性能を示す指標である。

図２にその結果を示す。図２から明らかなように、焼鈍した場合には内部摩擦は低いままであった。一方、焼入れした資料では、Ｎｂ含有量が１０ｍａｓｓ％を超えると、内部摩擦が向上し、１５ｍａｓｓ％（比較例３）で最大値を示し、次いで１５ｍａｓｓ％を超えると徐々に内部摩擦が低下する。しかしながら制振合金として一般的なマンガン合金や鉄鋼が示す１０^−２オーダーの内部摩擦と比較すると未だ不十分である。

次に、冷間加工による内部摩擦係数の変化を比較例２，比較例３及び実施例１について調べた。図３にその結果を示すように、比較例２（１０ｍａｓｓ％）では内部摩擦が低く圧下率が大きくなるに従って徐々に大きくなる。焼入れ組織状態で最も制振性能の高かった比較例３（１５ｍａｓｓ％）では比較例２に比較して大きくなるが内部摩擦の増加は余り見られない。一方、実施例１（２０ｍａｓｓ％）では、冷間加工を加えない場合には、３．７×１０^−３であったが、５％までの圧下率で内部摩擦は急増し、５％を超えると徐々に低下する結果が得られた。特に圧下率が５％では、１．１×１０^−２を示し、極めて高い制振性能が得られている。すなわち、焼入れによる組織と弱加工の組み合わせにより、熱処理組織のみでは実現できなかった高い内部摩擦性能が示された。

次に実施例１の合金について、９５０℃焼きなまし材、９５０℃焼入れ材、９５０℃焼入れ＋５％圧延材の衝撃加振に対する振動減衰の変化を調べた。試験は衝撃加振による振動により生じる音をマイクにより非接触で測定した。縦軸はマイクからのアンプを通して得た電圧値である。図４（ａ）は９５０℃焼きなまし材は、典型的な振動減衰能の低いチタン合金の状態である。図４（ｂ）は９５０℃焼入れ材では、制振性能の改善はなされているものの、市販の制振合金にはまだ及ばないレベルである。一方、焼入れ材に弱加工を施した図４（ｃ）では、制振性能は大幅に改善し、既製の制振合金に匹敵する、高い振動減衰能を有することが確認された。

制振性が必要な需要に対してチタン合金を適用できる。

Claims

Ｍｏ当量で５〜８ｍａｓｓ％のβ安定元素を含むＴｉ又はＴｉ合金を焼入れ処理して斜方晶α”マルテンサイト組成とし、その後に圧下率２〜２０％の冷間加工を施すことを特徴とするチタン制振合金の製造方法。
β安定元素がＮｂであることを特徴とする請求項１記載のチタン制振合金の製造方法。
β安定元素のＮｂを１８〜２８．８ｍａｓｓ％を含むことを特徴とする請求項１、２記載のチタン制振合金の製造方法。