JP2012111991A - ナノ結晶含有チタン合金およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】α’マルテンサイト相を加工出発組織とした合金を熱間加工する。昇温速度50〜800℃/秒で加熱し、700〜800℃の温度ではひずみ速度が0.01〜10/秒で、800℃を超え1000℃未満の温度では0.1〜10/秒のひずみ速度であって、ひずみを0.5以上とする。これにより、平均結晶粒径が1000nm未満である等軸晶を得ることで、硬さが400HV未満で引張強さが1200MPa以上であり、静的強度及び動的強度に優れた高強度、高耐疲労特性を持つチタン合金を得る。
【選択図】なし
Description
出発組織のα’マルテンサイト相は熱的に不安定な相であるため、昇温速度が50℃/秒未満であると平衡α+β相に相変態する時間の余裕を与えてしまう。一方、昇温速度が800℃/秒を超えると、被加工材の寸法にもよるが、現実的な加熱手段や一連の工程における温度制御が容易でなくなるとともに、表面と内部の温度差が大きくなり過ぎて本発明で得る組織の形成領域を広範囲に得るのが困難となる。さらに、800℃/秒を超える昇温速度では、表面と内部で素材の流動性の差が大きくなり、加工時に割れが生じ易くなる。よって、Ti合金の昇温速度は50〜800℃/秒とした。
熱間加工温度が800℃を超え1000℃未満のとき、ひずみ速度:0.1〜10/秒
ひずみ:0.5以上
上記熱間加工条件はTi合金の動的再結晶が活発に起こり、α’マルテンサイト相を加工出発組織としたときに均一で微細な等軸晶の平均結晶粒径が1000nm未満になる条件であり、引張強度1200MPa以上、 硬さ360HV以上400HV未満の組織が得られ、高疲労強度化が可能となる。加工温度が700℃未満で低温になるほど動的再結晶のための駆動エネルギーが不足し、被加工部での動的再結晶領域が少なく不均一化し、全体組織としては加工によって伸びた粗大α晶と不均一な動的再結晶したナノ結晶組織の混合組織になる。あるいは、動的再結晶が起こらずナノ結晶組織が生成されないこともある。一方、加工温度が1000℃以上になると、β相の生成と成長速度が急増し、平衡β相が粗大化する。そして、その後室温までの冷却によって粗大α相や針状組織に変態するので、期待できる機械的性質を備えた組織は得られない。
熱間加工後は動的再結晶により生成したナノ結晶粒を粗大化させないために、20℃/秒以上の冷却速度で冷却することが望ましい。
Claims (10)
- ニアα型および/またはα+β型Ti合金に一般分類される配合組成であり、βトランザス温度以上から急冷することによって生成するα’マルテンサイト相を加工出発材として熱間加工を行うことにより、平均結晶粒径が1000nm未満の等軸晶が均一に分散した組織からなり、硬さが400HV未満で引張強さが1200MPa以上であることを特徴とするTi合金。
- 後方散乱電子線回折(EBSD)法によるGOSマップの測定で前記等軸晶の結晶粒内の方位角度差が3°未満の結晶の面積率が80%以上であることを特徴とする請求項1に記載のTi合金。
- 4〜9質量%のAl、2〜10質量%のV、残部がTi及び不可避不純物からなる組成のTi合金であることを特徴とする請求項1または2に記載のTi合金。
- 加工により組織の変形を受けた部分の任意断面で平均結晶粒径が1000nm未満の等軸晶が均一に分散した組織が80%以上の面積率であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のTi合金。
- 後方散乱電子線回折(EBSD)法による相マップの測定でβ相の面積率が0%を超え5.0%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のTi合金。
- 前記等軸晶の平均結晶粒径が600nm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のTi合金。
- 硬さが360HV以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のTi合金。
- βトランザス温度以上の温度から急冷することによって生成するα’マルテンサイト相を持つ4〜9質量%のAl、2〜10質量%のV、残部がTi及び不可避不純物からなる組成のTi合金を、動的再結晶が発現する加工方法で加工し、硬さを400HV未満とし引張強さを1200MPa以上とすることを特徴とするTi合金の製造方法。
- 昇温速度50〜800℃/秒で加熱し、700〜800℃の温度範囲でひずみ速度0.01〜10/秒、または、800℃を超え1000℃未満の加工温度で0.1〜10/秒のひずみ速度でひずみ0.5以上の加工を行い、20℃/秒以上の冷却速度で冷却することを特徴とする請求項8に記載のTi合金の製造方法。
- 700〜800℃の加工温度で0.01〜10/秒のひずみ速度でひずみ0.8以上の加工を行うことを特徴とする請求項9に記載のTi合金の製造方法。
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