JP2019181563A - 疲労寿命向上のための異種チタン合金溶加材を利用した溶接チタン構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
Aleq=Al+(Zr/6)+(Sn/3)+(O×10) 式1
ここで、チタン合金中、Alはアルミニウムの重量%、Zrはジルコニウムの重量%、Snはスズの重量%、そしてOは酸素の重量%である。特に指定しない限り、重量パーセントは、チタン合金の総重量に対する合金元素の重量を示す。チタン合金のモリブデン当量は、次の式によって決まる。
Moeq=Mo+(Ta/5)+(Nb/3.6)+(W/2.5)+(V/1.5)+(Cr×1.25)+(Ni×1.25)+(Mn×1.7)+(Co×1.7)+(Fe×2.5) 式2
異種のチタンを溶接する方法であって、
第1の種類のチタンを含む第1の加工物を準備するステップであって、第1の種類のチタンは、アルファ型チタンまたはベータ型チタンのうちの1つである、ステップと、
第2の種類のチタンを含む第2の加工物を準備するステップであって、第2の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンのうちの1つであり、第2の種類のチタンは第1の種類のチタンとは異なる、ステップと、
溶加材を選択するステップであって、溶加材がアルファ−ベータ型チタンを含む、ステップと、
第1および第2の加工物を接合する溶接部を形成するために溶加材を溶融するステップとを含む方法。
アルファ型チタンが、約5.8から約8.0重量パーセントのアルミニウム当量(Aleq)および約1.3から約2.0重量パーセントのモリブデン当量(Moeq)を含み、
ベータ型チタンが、約3.0重量%以下のAleqおよび約10.0重量%以上のMoeqを含み、
アルファ−ベータ型チタンが、約3.0から約7.0重量%のAleqおよび約2.1から約10.0重量%のMeqを含み、
Aleqが次の式によって決まり、
Aleq=Al+(Zr/6)+(Sn/3)+(O×10)
ここで、チタン合金中、Alはアルミニウムの重量%、Zrはジルコニウムの重量%、Snはスズの重量%、Oは酸素の重量%であり、
Moeqが次の式によって決まり、
Moeq=Mo+(Ta/5)+(Nb/3.6)+(W/2.5)+(V/1.5)+(Cr×1.25)+(Ni×1.25)+(Mn×1.7)+(Co×1.7)+(Fe×2.5)
ここで、チタン合金中、Moはモリブデンの重量%、Taはタンタルの重量%、Nbはニオブの重量%、Wはタングステンの重量%、Vはバナジウムの重量%、Crはクロムの重量%、Niはニッケルの重量%、Mnはマンガンの重量%、Coはコバルトの重量%、Feは鉄の重量%である、
項1に記載の方法。
アルファ型チタンが、約90%を超えるアルファ型チタンを含む、項1または2に記載の方法。
アルファ型チタンが、チタン、Ti−5Al−2Sn−3Li、Ti−8Al−1Mo−1V、Ti−2.5Cu、Ti−6242、Ti−6Al−2Nb−1Ta−0.8Mo、Ti−5Al−2.5Sn、Ti−5Al−5Sn−2Zr−2Mo、Ti−3Al−2.5V、Ti−5Al−2.5Sn極低侵入型、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo−0.1Si、Ti−6Al−2.75Sn−4Zr−0.4Mo−0.45SiまたはTi−5.8Al−4Sn−3.5Zr−0.7Nb−0.5Mo−0.35Siを含む、項1から3の何れか一項に記載の方法。
ベータ型チタンが、少なくとも50%のベータ型チタンを含む、項1から4の何れか一項に記載の方法。
ベータ型チタンが、Ti−13V−11Cr−3Al、Ti−8Mo−8V−2Fe−3Al、Ti−10V−2Fe−3AlおよびTi−3Al−8V−6Cr−4Mo−4Zr、Ti−11.5Mo−6Zr−4.5Sn、Ti−15V−3Al−3Cr−3Sn、Ti−15Mo−3Al−2.7Nb−0.25Si、Ti−15Mo−5Zr−3Al、Ti−5V−5Mo−5Al−3Cr、Ti−1.5Al−5.5Fe−6.8MoまたはTi−8Mo−8V−2Fe−3Alを含む、項1から5の何れか一項に記載の方法。
選択されるアルファ−ベータ型チタンがモリブデンを含まない、項1から6の何れか一項に記載の方法。
アルファ−ベータ型チタンが、Ti−6AL−4V、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo、Ti−6Al−6V−2Sn、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo、Ti−6Al−4V超低侵入型、Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−4Cr、Ti−7Al−4Mo、Ti−4.5Al−3V−2Mo−2Fe、Ti−6Al−1.7Fe−0.1Si、Ti−6Al−2Sn−2Zr−2Mo−2Cr−0.25Si、Ti−4.5Al−5Mo−1.5Cr、Ti−5Al−4V−0.075Mo−0.5Fe、Ti−5Al−5V−1FeまたはTi−3.5Al−2.0V−1.2Feを含む、項1から7の何れか一項に記載の方法。
溶加材を溶融するステップが、線形摩擦溶接、摩擦攪拌溶接、ガスタングステンアーク溶接、プラズマアーク溶接、レーザービーム溶接、ガスタングステンアーク溶接、ガスメタルアーク溶接、プラズマアーク溶接、電子ビーム溶接またはサブマージアーク溶接の1つ以上を用いるステップを含む、項1から8の何れか一項に記載の方法。
2つの異種チタンを接合する溶接部であって、
第1の溶接縁部を含む第1の加工物であって、第1の種類のチタンを含み、第1の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンである、第1の加工物と、
第2の溶接縁部を含む第2の加工物であって、第2の種類のチタンを含み、第2の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンであり、第2の種類のチタンは第1の種類のチタンとは異なる、第2の加工物と、
第1の溶接縁部および第2の溶接縁部の間に配置された溶接部分であって、アルファ−ベータ型チタンを含む溶加材を含む、溶接部分と、
を含む溶接部。
アルファ型チタンが、約5.8から約8.0重量パーセントのアルミニウム当量(Aleq)および約1.3から約2.0重量パーセントのモリブデン当量(Moeq)を含み、
ベータ型チタンが、約3.0重量%以下のAleqおよび約10.0重量%以上のMoeqを含み、
アルファ−ベータ型チタンが、約3.0から約7.0重量%のAleqおよび約2.1から約10.0重量%のMeqを含み、
Aleqが次の式によって決まり、
Aleq=Al+(Zr/6)+(Sn/3)+(O×10)
ここで、Alはアルミニウムの重量%、Zrはジルコニウムの重量%、Snはスズの重量%、Oは酸素の重量%であり、
Moeqが次の式によって決まり、
Moeq=Mo+(Ta/5)+(Nb/3.6)+(W/2.5)+(V/1.5)+(Cr×1.25)+(Ni×1.25)+(Mn×1.7)+(Co×1.7)+(Fe×2.5)
ここで、Moはモリブデンの重量%、Taはタンタルの重量%、Nbはニオブの重量%、Wはタングステンの重量%、Vはバナジウムの重量%、Crはクロムの重量%、Niはニッケルの重量%、Mnはマンガンの重量%、Coはコバルトの重量%、Feは鉄の重量%である、
項10に記載の溶接部。
アルファ型チタンが、約90%を超えるアルファ型チタンを含む、項10または11に記載の溶接部。
アルファ型チタンが、チタン、Ti−5Al−2Sn−3Li、Ti−8Al−1Mo−1V、Ti−2.5Cu、Ti−6242、Ti−6Al−2Nb−1Ta−0.8Mo、Ti−5Al−2.5Sn、Ti−5Al−5Sn−2Zr−2Mo、Ti−3Al−2.5V、Ti−5Al−2.5Sn極低侵入型、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo−0.1Si、Ti−6Al−2.75Sn−4Zr−0.4Mo−0.45SiまたはTi−5.8Al−4Sn−3.5Zr−0.7Nb−0.5Mo−0.35Siを含む、項10から12の何れか一項に記載の溶接部。
ベータ型チタンが、少なくとも50%のベータ型チタンを含む、項10から13の何れか一項に記載の溶接部。
ベータ型チタンが、Ti−13V−11Cr−3Al、Ti−8Mo−8V−2Fe−3Al、Ti−10V−2Fe−3AlおよびTi−3Al−8V−6Cr−4Mo−4Zr、Ti−11.5Mo−6Zr−4.5Sn、Ti−15V−3Al−3Cr−3Sn、Ti−15Mo−3Al−2.7Nb−0.25Si、Ti−15Mo−5Zr−3Al、Ti−5V−5Mo−5Al−3Cr、Ti−1.5Al−5.5Fe−6.8MoまたはTi−8Mo−8V−2Fe−3Alを含む、項10から14の何れか一項に記載の溶接部。
アルファ−ベータ型チタンが、Ti−6AL−4V、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo、Ti−6Al−6V−2Sn、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo、Ti−6Al−4V超低侵入型、Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−4Cr、Ti−7Al−4Mo、Ti−4.5Al−3V−2Mo−2Fe、Ti−6Al−1.7Fe−0.1Si、Ti−6Al−2Sn−2Zr−2Mo−2Cr−0.25Si、Ti−4.5Al−5Mo−1.5Cr、Ti−5Al−4V−0.075Mo−0.5Fe、Ti−5Al−5V−1FeまたはTi−3.5Al−2.0V−1.2Feを含む、項10から15の何れか一項に記載の溶接部。
第1の種類のチタンが、約6重量%以下のモリブデン含有量を含み、第2の種類のチタンが、約10重量%から約20重量%のモリブデン含有量を含み、アルファ−ベータ型チタンを含む溶加材が、モリブデンを含まない、項10から16の何れか一項に記載の溶接部。
2つの異種チタンを接合する溶接部であって、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Moチタン合金を含む第1の加工物と、ベータ型チタンを含む第2の加工物と、第1の加工物と第2の加工物とを接合する溶接部分であって、Ti−6Al−4Vを含む溶加材を含む溶接部分とを含む、溶接部。
溶接されたチタン部品であって、
Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Moチタン合金を含む第1の加工物と、
ベータ型チタンを含む第2の加工物と、
第1の加工物と第2の加工物とを接合する溶接部であって、Ti−6Al−4Vを含む溶加材を含む溶接部と、
を含む溶接されたチタン部品。
302 第2の加工物
303 第1の溶接縁部
304 第2の溶接縁部
305 溶加材
309 接合領域
400 溶接領域
410 第1の加工物
412 第1の溶接縁部
420 第2の加工物
422 第2の溶接縁部
430 溶接部
Claims (19)
- 異種のチタンを溶接する方法であって、
第1の種類のチタンを含む第1の加工物(301,410)を準備するステップであって、第1の種類のチタンは、アルファ型チタンまたはベータ型チタンのうちの1つである、ステップと、
第2の種類のチタンを含む第2の加工物(302,420)を準備するステップであって、第2の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンのうちの1つであり、第2の種類のチタンは第1の種類のチタンとは異なる、ステップと、
溶加材(305)を選択するステップであって、溶加材(305)がアルファ−ベータ型チタンを含む、ステップと、
第1の加工物(301,410)および第2の加工物(302,420)を接合する溶接部(430)を形成するために溶加材(305)を溶融するステップとを含む方法。 - アルファ型チタンが、約5.8から約8.0重量パーセントのアルミニウム当量(Aleq)および約1.3から約2.0重量パーセントのモリブデン当量(Moeq)を含み、
ベータ型チタンが、約3.0重量%以下のAleqおよび約10.0重量%以上のMoeqを含み、
アルファ−ベータ型チタンが、約3.0から約7.0重量%のAleqおよび約2.1から約10.0重量%のMeqを含み、
Aleqが次の式によって決まり、
Aleq=Al+(Zr/6)+(Sn/3)+(O×10)
ここで、Alはアルミニウムの重量%、Zrはジルコニウムの重量%、Snはスズの重量%、Oは酸素の重量%であり、
Moeqが次の式によって決まり、
Moeq=Mo+(Ta/5)+(Nb/3.6)+(W/2.5)+(V/1.5)+(Cr×1.25)+(Ni×1.25)+(Mn×1.7)+(Co×1.7)+(Fe×2.5)
ここで、Moはモリブデンの重量%、Taはタンタルの重量%、Nbはニオブの重量%、Wはタングステンの重量%、Vはバナジウムの重量%、Crはクロムの重量%、Niはニッケルの重量%、Mnはマンガンの重量%、Coはコバルトの重量%、Feは鉄の重量%である、
請求項1に記載の方法。 - アルファ型チタンが、約90%を超えるアルファ型チタンを含む、請求項1または2に記載の方法。
- アルファ型チタンが、チタン、Ti−5Al−2Sn−3Li、Ti−8Al−1Mo−1V、Ti−2.5Cu、Ti−6242、Ti−6Al−2Nb−1Ta−0.8Mo、Ti−5Al−2.5Sn、Ti−5Al−5Sn−2Zr−2Mo、Ti−3Al−2.5V、Ti−5Al−2.5Sn極低侵入型、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo−0.1Si、Ti−6Al−2.75Sn−4Zr−0.4Mo−0.45SiまたはTi−5.8Al−4Sn−3.5Zr−0.7Nb−0.5Mo−0.35Siを含む、請求項1から3の何れか一項に記載の方法。
- ベータ型チタンが、少なくとも50%のベータ型チタンを含む、請求項1から4の何れか一項に記載の方法。
- ベータ型チタンが、Ti−13V−11Cr−3Al、Ti−8Mo−8V−2Fe−3Al、Ti−10V−2Fe−3AlおよびTi−3Al−8V−6Cr−4Mo−4Zr、Ti−11.5Mo−6Zr−4.5Sn、Ti−15V−3Al−3Cr−3Sn、Ti−15Mo−3Al−2.7Nb−0.25Si、Ti−15Mo−5Zr−3Al、Ti−5V−5Mo−5Al−3Cr、Ti−1.5Al−5.5Fe−6.8MoまたはTi−8Mo−8V−2Fe−3Alを含む、請求項1から5の何れか一項に記載の方法。
- 選択されるアルファ−ベータ型チタンがモリブデンを含まない、請求項1から6の何れか一項に記載の方法。
- アルファ−ベータ型チタンが、Ti−6AL−4V、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo、Ti−6Al−6V−2Sn、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo、Ti−6Al−4V超低侵入型、Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−4Cr、Ti−7Al−4Mo、Ti−4.5Al−3V−2Mo−2Fe、Ti−6Al−1.7Fe−0.1Si、Ti−6Al−2Sn−2Zr−2Mo−2Cr−0.25Si、Ti−4.5Al−5Mo−1.5Cr、Ti−5Al−4V−0.075Mo−0.5Fe、Ti−5Al−5V−1FeまたはTi−3.5Al−2.0V−1.2Feを含む、請求項1から7の何れか一項に記載の方法。
- 溶加材(305)を溶融するステップが、線形摩擦溶接、摩擦攪拌溶接、ガスタングステンアーク溶接、プラズマアーク溶接、レーザービーム溶接、ガスタングステンアーク溶接、ガスメタルアーク溶接、プラズマアーク溶接、電子ビーム溶接またはサブマージアーク溶接の1つ以上を用いるステップを含む、請求項1から8の何れか一項に記載の方法。
- 2つの異種チタンを接合する溶接部であって、
第1の溶接縁部(303,412)を含む第1の加工物(301,410)であって、第1の種類のチタンを含み、第1の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンである、第1の加工物(301,410)と、
第2の溶接縁部(304,422)を含む第2の加工物(302,420)であって、第2の種類のチタンを含み、第2の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンであり、第2の種類のチタンは第1の種類のチタンとは異なる、第2の加工物(302,420)と、
第1の溶接縁部および第2の溶接縁部の間に配置された溶接部分(430)であって、アルファ−ベータ型チタンを含む溶加材(305)を含む、溶接部分(430)と、
を含む溶接部。 - アルファ型チタンが、約5.8から約8.0重量パーセントのアルミニウム当量(Aleq)および約1.3から約2.0重量パーセントのモリブデン当量(Moeq)を含み、
ベータ型チタンが、約3.0重量%以下のAleqおよび約10.0重量%以上のMoeqを含み、
アルファ−ベータ型チタンが、約3.0から約7.0重量%のAleqおよび約2.1−約10.0重量%のMeqを含み、
Aleqが次の式によって決まり、
Aleq=Al+(Zr/6)+(Sn/3)+(O×10)
ここで、Alはアルミニウムの重量%、Zrはジルコニウムの重量%、Snはスズの重量%、Oは酸素の重量%であり、
Moeqが次の式によって決まり、
Moeq=Mo+(Ta/5)+(Nb/3.6)+(W/2.5)+(V/1.5)+(Cr×1.25)+(Ni×1.25)+(Mn×1.7)+(Co×1.7)+(Fe×2.5)
ここで、Moはモリブデンの重量%、Taはタンタルの重量%、Nbはニオブの重量%、Wはタングステンの重量%、Vはバナジウムの重量%、Crはクロムの重量%、Niはニッケルの重量%、Mnはマンガンの重量%、Coはコバルトの重量%、Feは鉄の重量%である、
請求項10に記載の溶接部。 - アルファ型チタンが、約90%を超えるアルファ型チタンを含む、請求項10または11に記載の溶接部。
- アルファ型チタンが、チタン、Ti−5Al−2Sn−3Li、Ti−8Al−1Mo−1V、Ti−2.5Cu、Ti−6242、Ti−6Al−2Nb−1Ta−0.8Mo、Ti−5Al−2.5Sn、Ti−5Al−5Sn−2Zr−2Mo、Ti−3Al−2.5V、Ti−5Al−2.5Sn極低侵入型、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo−0.1Si、Ti−6Al−2.75Sn−4Zr−0.4Mo−0.45SiまたはTi−5.8Al−4Sn−3.5Zr−0.7Nb−0.5Mo−0.35Siを含む、請求項10から12の何れか一項に記載の溶接部。
- ベータ型チタンが、少なくとも50%のベータ型チタンを含む、請求項10から13の何れか一項に記載の溶接部。
- ベータ型チタンが、Ti−13V−11Cr−3Al、Ti−8Mo−8V−2Fe−3Al、Ti−10V−2Fe−3AlおよびTi−3Al−8V−6Cr−4Mo−4Zr、Ti−11.5Mo−6Zr−4.5Sn、Ti−15V−3Al−3Cr−3Sn、Ti−15Mo−3Al−2.7Nb−0.25Si、Ti−15Mo−5Zr−3Al、Ti−5V−5Mo−5Al−3Cr、Ti−1.5Al−5.5Fe−6.8MoまたはTi−8Mo−8V−2Fe−3Alを含む、請求項10から14の何れか一項に記載の溶接部。
- アルファ−ベータ型チタンが、Ti−6AL−4V、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo、Ti−6Al−6V−2Sn、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo、Ti−6Al−4V超低侵入型、Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−4Cr、Ti−7Al−4Mo、Ti−4.5Al−3V−2Mo−2Fe、Ti−6Al−1.7Fe−0.1Si、Ti−6Al−2Sn−2Zr−2Mo−2Cr−0.25Si、Ti−4.5Al−5Mo−1.5Cr、Ti−5Al−4V−0.075Mo−0.5Fe、Ti−5Al−5V−1FeまたはTi−3.5Al−2.0V−1.2Feを含む、請求項10から15の何れか一項に記載の溶接部。
- 第1の種類のチタンが、約6重量%以下のモリブデン含有量を含み、第2の種類のチタンが、約10重量%から約20重量%のモリブデン含有量を含み、アルファ−ベータ型チタンを含む溶加材(305)が、モリブデンを含まない、請求項10から16の何れか一項に記載の溶接部。
- 2つの異種チタンを接合する溶接部であって、
Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Moチタン合金を含む第1の加工物(301、410)と、
ベータ型チタンを含む第2の加工物(302、420)と、
第1の加工物(301、410)と第2の加工物(302、420)とを接合する溶接部分(430)であって、Ti−6Al−4Vを含む溶加材(305)を含む溶接部分(430)とを含む、溶接部。 - 溶接されたチタン部品であって、
Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Moチタン合金を含む第1の加工物(301、410)と、
ベータ型チタンを含む第2の加工物(302、420)と、
第1の加工物(301、410)と第2の加工物(302、420)とを接合する溶接部であって、Ti−6Al−4Vを含む溶加材を含む溶接部と、
を含む溶接されたチタン部品。
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