JP2551285B2 - Titanium alloy for high density powder sintering - Google Patents

Titanium alloy for high density powder sintering

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JP2551285B2
JP2551285B2 JP3308705A JP30870591A JP2551285B2 JP 2551285 B2 JP2551285 B2 JP 2551285B2 JP 3308705 A JP3308705 A JP 3308705A JP 30870591 A JP30870591 A JP 30870591A JP 2551285 B2 JP2551285 B2 JP 2551285B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、機械的特性に優れた
高密度粉末焼結用チタン合金に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a titanium alloy for high density powder sintering which has excellent mechanical properties.

【0002】[0002]

【従来技術及び発明が解決するための手段】チタン合金
は軽量かつ高強度であり、しかも耐食性に優れているた
め産業部品から民生部品まで幅広い応用が期待されてい
る。特に、このような性質を生かして自動車部品に適用
することが検討されている。しかし、溶製材から機械加
工あるいは冷間加工によって製造する方法では、機械的
性質の優れたものが得られるものの、チタンは難加工性
材料であるため加工が難しく、コストが高いという欠点
がある。このような欠点を回避するため、チタン合金の
素粉末を混合し、所定の形状に成形した後、真空焼成し
て焼結体を得る粉末冶金技術の適用が試みられている。
しかしながら、粉末冶金技術を用いた場合、製品に空孔
が残留するため、製品の機械的性質、特に延性及び疲労
強度が溶製材に比べて低いという問題がある。
2. Description of the Related Art Titanium alloys are lightweight and have high strength, and since they are excellent in corrosion resistance, they are expected to have a wide range of applications from industrial parts to consumer parts. In particular, it is being studied to apply such properties to automotive parts. However, in the method of manufacturing from an ingot by machining or cold working, titanium having excellent mechanical properties can be obtained, but since titanium is a difficult-to-process material, it is difficult to process and the cost is high. In order to avoid such drawbacks, it has been attempted to apply a powder metallurgy technique for obtaining a sintered body by mixing elementary powders of a titanium alloy, forming the mixture into a predetermined shape, and then vacuum-baking the mixture.
However, when the powder metallurgy technique is used, there is a problem that the mechanical properties of the product, particularly ductility and fatigue strength, are lower than those of the ingot material, because voids remain in the product.

【0003】空孔を消滅させて焼結後の密度を上げるた
めに、焼結後にHIP(熱間静水圧プレス)処理を行う
ことが試みられている(J.E.Smugeresky et al.Powder
Metallugy ,1981 及び萩原ら,鉄と鋼,1986(又
は特公平1−29864)など)。HIP処理を行えば
確かに密度が上昇し、溶製・鍛造材の特性とほぼ同じ粉
末焼結材が得られ、特に延性(伸び、絞り)が向上する
が、製造単価が極めて高くなってしまう。
In order to eliminate voids and increase the density after sintering, it has been attempted to carry out HIP (hot isostatic pressing) treatment after sintering (JESmugeresky et al. Powder).
Metallugy, 1981 and Hagiwara et al., Iron and Steel, 1986 (or Japanese Patent Publication No. 1-29864). If the HIP process is carried out, the density will certainly increase, and a powder sintered material that has almost the same characteristics as the molten and forged material will be obtained. Especially, the ductility (elongation, drawing) will be improved, but the manufacturing unit price will be extremely high. .

【0004】他の方法としては液相が出現する温度で焼
結を行うものがある(松山芳治 他著 「総説粉末冶金
学」昭和47年、日刊工業新聞社刊、110ページおよ
び143〜151ページ)。これは、部分的に液相を出
現させ、液相により空隙を充填しようとするものであ
る。しかしこの方法においては、部分的に液相になった
部分が凝固して生じた異相が一般的に脆く、その結果得
られた製品も脆いという欠点を有している。すなわち、
密度は高くできるものの機械的特性が悪くなってしま
う。また、焼結温度と機械的性質との関係が微妙であ
り、わずかの温度変化で特性が大きく変化するという欠
点もある。
Another method is to carry out sintering at a temperature at which a liquid phase appears (Yoshiharu Matsuyama et al., "Review Powder Metallurgy").
Gaku ”1974, published by Nikkan Kogyo Shimbun, 110 pages
And pages 143-151) . This is to make a liquid phase partially appear and to fill the voids with the liquid phase. However, in this method, the heterogeneous phase produced by solidification of the partially liquid phase is generally brittle, and the resulting product is also brittle. That is,
Although the density can be increased, the mechanical properties will deteriorate. In addition, there is a drawback that the relationship between the sintering temperature and the mechanical properties is delicate, and the characteristics change greatly with a slight temperature change.

【0005】さらに、粉末冶金技術により粉末焼結チタ
ン合金を製造する場合にはには、製品に空孔が残留する
という問題の他に、焼結工程を経るため生産性が低いと
いう問題がある。すなわち、Tiは高融点金属であるか
ら焼結のための温度が高く、時間も長い。従って、低温
短時間焼結が可能なことが望まれているが、上記2つの
方法ではこのことを達成することができない。特に、後
者の方法の場合には液相が生じる高温での焼成を行うた
め、このような要求を満足することは本質的に不可能で
ある。このように、緻密で空孔が少ない粉末焼結体を安
価にかつ生産性良く得る技術は未だ確立されていない。
この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
安価にかつ生産性良く高密度化できる高密度粉末焼結チ
タン合金を提供することを目的とする。
Further, when a powder-sintered titanium alloy is manufactured by the powder metallurgy technique, in addition to the problem that voids remain in the product, there is a problem that the productivity is low due to the sintering process. . That is, since Ti is a refractory metal, the temperature for sintering is high and the time is long. Therefore, it is desired that low temperature and short time sintering be possible, but this cannot be achieved by the above two methods. Particularly, in the case of the latter method, since the firing is performed at a high temperature at which a liquid phase occurs, it is essentially impossible to satisfy such a requirement. As described above, a technique for obtaining a dense powder sintered body with few voids at low cost and with high productivity has not yet been established.
The present invention has been made in view of such circumstances,
An object is to provide a high-density powder-sintered titanium alloy that can be densified at low cost and with good productivity.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、上
記課題を解決するために、Fe、Ni、及びCoからな
る群から選択される1種又は2種以上の元素を含有し、
かつこれらの含有量が、 0.5≦0.5Fe+Ni+0.6Co≦4(重量%)
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention contains one or more elements selected from the group consisting of Fe, Ni and Co,
And the content of these is 0.5 ≦ 0.5Fe + Ni + 0.6Co ≦ 4 (wt%)

【0007】の条件を満足し、さらに0.5〜4重量%
のMoを含有し、残部がTi及び不可避的不純物からな
ることを特徴とする高密度粉末焼結用チタン合金を提供
する。
Satisfies the conditions of 0.5% to 4% by weight
The present invention provides a titanium alloy for high-density powder sintering, characterized in that it contains Mo and the balance consists of Ti and unavoidable impurities.

【0008】また、この組成に、重量%で、10%以下
のAl、15%以下のNb、15%以下のTa、25%
以下のV、10%以下のAg、5%以下のB、5%以下
のBe、15%以下のCr、5%以下のCu、15%以
下のMn、5%以下のPb、5%以下のPd、5%以下
のSi、10%以下のW、15%以下のSn、10%以
下のZr、及び1%以下のOから選択される1種又は2
種以上を、2種以上の場合には合計で30%以下の範囲
で、さらに含有していてもよい。
In addition, in this composition, by weight, 10% or less of Al, 15% or less of Nb, 15% or less of Ta, and 25%
V below, Ag below 10%, B below 5%, Be below 5%, Cr below 15%, Cu below 5%, Mn below 15%, Pb below 5%, Pb below 5%, below 5% One or two selected from Pd, Si of 5% or less, W of 10% or less, Sn of 15% or less, Zr of 10% or less, and O of 1% or less.
In the case of two or more kinds, they may be contained in a total amount of 30% or less.

【0009】本願発明者らは、緻密で空孔が少ない粉末
焼結体を安価にかつ生産性良く得るために、合金組成の
観点から種々検討を重ねた。すなわち、HIPなどの処
理を施すことなく、低温短時間で緻密に焼結可能な組成
を検討した。低温短時間で緻密に焼結させるためには焼
結速度が高いことが必要であるが、そのためにはTi中
での拡散速度が大きく、かつTiに対して合金元素とし
て作用し、機械的性質に悪影響を及ぼさない元素を適量
添加すればよいという結論を得た。
The inventors of the present application have made various studies from the viewpoint of alloy composition in order to obtain a dense powder sintered body with few voids at low cost and with good productivity. That is, a composition that can be densely sintered at a low temperature in a short time without performing a treatment such as HIP was studied. In order to sinter densely at a low temperature in a short time, it is necessary to have a high sintering rate, but for that reason, the diffusion rate in Ti is high, and it acts as an alloying element on Ti, and mechanical properties It was concluded that an appropriate amount of an element that does not adversely affect the above should be added.

【0010】βTi中での拡散速度が大きい元素を調査
した結果、Fe,Ni,Coがこのような元素に該当す
ることがわかった。すなわち、これらの元素の拡散速度
(拡散係数)は950℃において10-11 オ−ダ−(m
2 ・sec -1)であり、Tiの自己拡散速度である10
-13 よりも100倍大きい。また、これらの元素は強度
上昇に寄与する。しかし、このような元素のみではカ−
ケンド−ル(Kirkendall)効果により、合金成分側に気
孔が生成されやすくなり、高密度化が妨げられる恐れが
ある。
As a result of investigating elements having a high diffusion rate in βTi, it was found that Fe, Ni and Co correspond to such elements. That is, the diffusion rate (diffusion coefficient) of these elements is 10 −11 at 950 ° C. Order (m
2 .Sec -1 ), which is the self-diffusion rate of Ti 10
-13 100 times larger than. Further, these elements contribute to the strength increase. However, if only such elements are used,
Due to the Kirkendall effect, pores are likely to be generated on the alloy component side, which may impede densification.

【0011】このようなことを防止するために、本願発
明者らがさらに検討を重ねた結果、上述のような拡散速
度が大きな元素と共に、拡散速度が遅い、すなわち焼結
を遅らせる元素を添加すればよいことを見出した。
As a result of further studies by the inventors of the present invention in order to prevent such a situation, as a result of the above-mentioned elements having a large diffusion rate, addition of an element having a slow diffusion rate, that is, delaying the sintering was added. I found that it was good.

【0012】拡散速度が遅い元素を調査した結果、Mo
がこのような元素に該当することが判明した。Moの拡
散速度は10-10 のオ−ダ−であり、チタンの1/10
である。また、Moはβチタンに全率固溶し、合金元素
として機能する。この発明は、このような知見に基づい
てなされたものであり、TiにFe,Ni,又はCo、
及びMoを適量添加することを特徴とするものである。
次に、組成限定理由について説明する。
As a result of investigating elements having a slow diffusion rate, Mo
Was found to correspond to such elements. Mo diffusion rate is 10 -10 The order of 1/10 of titanium
Is. Further, Mo is a solid solution in β-titanium and functions as an alloying element. The present invention has been made on the basis of such findings. Ti, Fe, Ni, or Co,
And Mo are added in appropriate amounts.
Next, the reasons for limiting the composition will be described.

【0013】真島らの研究(粉体および粉末冶金,19
87)によると、Fe,Ni,CoとTiとの2元系状
態図において固液共存領域に入らない組成近傍までは緻
密化が進む可能性がある。また、これらの2元状態図か
ら、1200℃で固液共存が発現する組成は、Feで1
5%、Niで7%、Coで11%であることがわかる。
しかし、これらの量が多いと延性(靭性)が低下してし
まう。従って、これらを単独で添加する場合の上限をF
e8%、Ni4%、Co6.67%に規定する。また、
これらの量が少なすぎても緻密化の効果が得られない。
従って、これらを単独で添加する場合の下限をFe1
%、Ni0.5%、Co0.83%に規定する。しか
し、これらは同様の作用を有するため合計量で規定する
必要がある。従って、以下の式を満足するように、これ
らの含有量を規定する。 0.5≦0.5Fe+Ni+0.6Co≦4(重量%)
Majima et al. (Powder and powder metallurgy, 19
87), there is a possibility that densification may proceed to the vicinity of the composition that does not enter the solid-liquid coexistence region in the binary system phase diagram of Fe, Ni, Co and Ti. Also, from these binary phase diagrams, the composition that causes solid-liquid coexistence at 1200 ° C. is 1 for Fe.
It can be seen that it is 5%, Ni is 7%, and Co is 11%.
However, if these amounts are large, ductility (toughness) will be reduced. Therefore, the upper limit when adding these alone is F
e8%, Ni4%, Co6.67%. Also,
If these amounts are too small, the effect of densification cannot be obtained.
Therefore, the lower limit when adding these alone is Fe1
%, Ni 0.5%, Co 0.83%. However, since they have the same effect, it is necessary to specify the total amount. Therefore, these contents are specified so as to satisfy the following formula. 0.5 ≦ 0.5Fe + Ni + 0.6Co ≦ 4 (wt%)

【0014】Moは上述したようにβTi中での拡散速
度が遅い元素であり、拡散速度が大きいFe,Ni,C
oと並存することにより高密度化を達成するものであ
る。しかし、Moの量が0.5%よりも少ない場合には
その効果が得られず、4.0%を超えると緻密化の進行
が遅れ、緻密化が十分に図れない。
Mo is an element having a slow diffusion rate in βTi as described above, and Fe, Ni, C having a high diffusion rate.
High density is achieved by coexisting with o. However, when the amount of Mo is less than 0.5%, the effect cannot be obtained, and when it exceeds 4.0%, the progress of the densification is delayed and the densification cannot be sufficiently achieved.

【0015】また、Al,Nb,Ta,V,Ag,B,
Be,Cr,Cu,Mn,Pb,Pd,Si,W,S
n,Zr,及びOなどは、溶製材の添加元素として用い
られ、この発明において意図している焼結性を妨げない
ので、通常の溶製材と同じ思想で適量添加することがで
きる。Al及びOはα安定化元素であり、上述の範囲で
含有させることによりTiに固溶して著しく強度を高め
る。Nb,Ta,Vはβ安定化元素であり、Tiに全率
固溶する。これらを上述の範囲で含有させることにより
強度が上昇する。
Further, Al, Nb, Ta, V, Ag, B,
Be, Cr, Cu, Mn, Pb, Pd, Si, W, S
Since n, Zr, O, and the like are used as additive elements of the ingot material and do not interfere with the sinterability intended in the present invention, they can be added in appropriate amounts in the same idea as a normal ingot material. Al and O are α-stabilizing elements, and when contained in the above range, they form a solid solution with Ti and remarkably increase the strength. Nb, Ta, and V are β-stabilizing elements, and all of them form a solid solution in Ti. Inclusion of these in the above range increases the strength.

【0016】Ag,B,Be,Cr,Cu,Mn,P
b,Pd,Si,Wはβ安定化元素であり、Tiと共析
反応を生じる。これらを上述の範囲で含有させることに
よりやはり強度が上昇する。Sn,Znはtyyうせい
お元素であり、α相、β相に均一に固溶し、静的強度の
他クリ−プ強度をも改善する。
Ag, B, Be, Cr, Cu, Mn, P
b, Pd, Si and W are β-stabilizing elements and cause a co-deposition reaction with Ti. Inclusion of these in the above range also increases the strength. Sn and Zn are elements of stysy sodium, which form a solid solution in the α phase and β phase uniformly and improve the creep strength in addition to the static strength.

【0017】このように規定される本発明の粉末焼結用
チタン合金は、チタン粉末と予め合金化された合金粉末
とを混合し、その混合粉末を成形して焼結するといった
方法で製造することが好ましい。この方法を採用するこ
とにより、均一性が良好となり、緻密化を促進すること
ができる。このような方法としては、特公平2−501
72号公報に記載されているものがある。これは、
The titanium alloy for powder sintering of the present invention defined as described above is manufactured by a method of mixing titanium powder and a pre-alloyed alloy powder, molding the mixed powder, and sintering. It is preferable. By adopting this method, the uniformity becomes good and the densification can be promoted. As such a method, Japanese Patent Publication No. 2-501
Some are described in Japanese Patent Laid-Open No. 72. this is,

【0018】(a)2つ以上の金属からなる予備合金で
あって、チタンと合金化可能な合金形成粒子を高いエネ
ルギ−を付与できる粉砕機を用いて、平均粒径0.5乃
至20μmの大きさに粉砕し、
(A) A prealloy consisting of two or more metals, which has a mean particle size of 0.5 to 20 μm, using a crusher capable of imparting high energy to alloy forming particles which can be alloyed with titanium. Crush it to size,

【0019】(b)これと平均粒径40乃至177μm
のチタン基金属粒子とを混合し、このチタン基金属粒子
の重量配合比が70乃至95%、残部が前記合金形成粒
子である粉末混合物を形成し、(c)前記粉末混合物
を、理論値の80乃至90%の密度を有する圧粉体に成
形し、(d)前記圧粉体を、液相が生成する温度未満で
焼結すること、を骨子としたものである。
(B) This and average particle size 40 to 177 μm
The titanium-based metal particles are mixed to form a powder mixture having a weight ratio of the titanium-based metal particles of 70 to 95% and the balance being the alloy-forming particles, and (c) the powder mixture having a theoretical value of The outline is that it is formed into a green compact having a density of 80 to 90%, and (d) the green compact is sintered at a temperature lower than a temperature at which a liquid phase is generated.

【0020】この方法を用いることにより理論密度の9
9.0乃至99.8%の密度のチタン合金焼結体を得る
ことができ、単に素粉末を混合して作成したチタン合金
の94.5乃至96.5%よりもはるかに高い密度を得
ることが可能になる。機械的性質も溶製・鍛造チタン合
金とほぼ同一となる。従来用いられていた組成のチタン
合金ではこの方法により焼結温度1260℃で4時間か
かって焼結可能であったが、本発明の組成のチタン合金
では、さらに低温短時間で焼結することが可能となる。
By using this method, the theoretical density of 9
It is possible to obtain a titanium alloy sintered body having a density of 9.0 to 99.8%, and a density much higher than 94.5 to 96.5% of a titanium alloy prepared simply by mixing elementary powders. It will be possible. The mechanical properties are almost the same as those of the molten and forged titanium alloy. With the titanium alloy of the composition used conventionally, it was possible to sinter at a sintering temperature of 1260 ° C. for 4 hours by this method, but with the titanium alloy of the composition of the present invention, it is possible to sinter at a lower temperature in a shorter time. It will be possible.

【0021】[0021]

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。 (実施例1)Embodiments of the present invention will be described below. (Example 1)

【0022】表1,2に示す組成を有するチタン合金と
なるように、原料粉末を配合した。表1の組成番号1乃
至21は本発明の範囲内の実施例であり、表2の組成番
号22乃至35はその範囲から外れる比較例である。な
お、表1,2にEQ1とあるのは0.5Fe+Ni+
0.6Coを表わす。
Raw material powders were blended so as to obtain a titanium alloy having the composition shown in Tables 1 and 2. Composition numbers 1 to 21 in Table 1 are Examples within the scope of the present invention, and composition numbers 22 to 35 in Table 2 are Comparative Examples outside the range. In Tables 1 and 2, EQ1 is 0.5Fe + Ni +
Represents 0.6 Co.

【0023】ここでは、予め夫々の組成に対応する合金
成分のマスタ−アロイ粉末を製造した。この場合に、マ
スタ−アロイ粉末は以下のように製造した。先ず夫々の
組成のマスタ−アロイをアルゴン雰囲気ア−ク溶解炉で
溶製し、凝固後−100メッシュに粗粉砕し、直径約3
mmの鋼球約10kgと、フレオン2リットルとともにアト
ライタ−に入れ、約60分間粉砕した。その後、粉砕後
の粉末をアトライタ−から取り出し、乾燥した。このよ
うにして製造されたマスタ−アロイ粉末粒子の粒径をレ
−ザ−マイクロンサイザ−で測定した結果、その平均粒
径は3〜5μmであった。
Here, master alloy powders of alloy components corresponding to respective compositions were manufactured in advance. In this case, the master alloy powder was manufactured as follows. First, the master alloys of the respective compositions were melted in an argon atmosphere arc melting furnace, and after solidification, coarsely crushed to -100 mesh to have a diameter of about 3
About 10 kg of mm steel balls and 2 liters of Freon were placed in an attritor and crushed for about 60 minutes. Then, the pulverized powder was taken out from the attritor and dried. As a result of measuring the particle size of the master alloy powder particles thus produced with a laser micronizer, the average particle size was 3 to 5 μm.

【0024】これらマスタ−アロイ粉末と、−100メ
ッシュ(平均粒径約75μm)の純チタン粉末とを、表
1に示す各組成になるように、Vブレンダ−によって混
合した。そして、このようにして製造した混合粉末を鋼
製金型に充填し、圧力5.0tonf/cm2 で4×4×15
(mm) の圧粉体に成形した。圧粉体の密度は理論値の約
85%であった。
These master alloy powders and pure titanium powder of -100 mesh (average particle size of about 75 μm) were mixed by a V blender so that each composition shown in Table 1 was obtained. Then, the mixed powder produced in this way is filled in a steel mold, and the pressure is 5.0 tonf / cm 2. 4 × 4 × 15
It was molded into a (mm) green compact. The density of the green compact was about 85% of the theoretical value.

【0025】このようにして成形した各組成の圧粉体を
熱膨張試験機にセットし、その中を10-5Torrオ−ダ−
の真空にした後、10℃/min で1250℃まで加熱し
た。表1にこの加熱によって焼結された各組成の焼結体
の密度が99%となる温度を示した。なお、99%まで
焼結するとき、試験片がほぼ5%収縮することから、試
験片が0.75mm(元の長さ15mmの5%)収縮した点
を密度99%とした。表1に示すように、本発明の範囲
内であれば、1150℃未満という低い温度で99%の
密度が得られることが確認された。
The green compact of each composition molded in this way was set in a thermal expansion tester, and the content was adjusted to 10 -5 Torr order.
After evacuating, the mixture was heated to 1250 ° C at 10 ° C / min. Table 1 shows the temperature at which the density of the sintered body of each composition sintered by this heating becomes 99%. Since the test piece shrinks by about 5% when it is sintered up to 99%, the point at which the test piece shrinks by 0.75 mm (5% of the original length of 15 mm) is defined as the density of 99%. As shown in Table 1, it was confirmed that within the range of the present invention, a density of 99% can be obtained at a temperature as low as less than 1150 ° C.

【0026】図1は、0.5Fe+Ni+0.6Coの
値と密度が99%に達する温度とのの関係を示したもの
である。また図2は、Mo量と密度が99%に達する温
度との関係を示したものである。これらの図から明らか
なように、0.5Fe+Ni+0.6Coの値及びMo
量が増加するに従って、密度が99%に達する温度が低
下することがわかる。そして、このような効果は、0.
5Fe+Ni+0.6Coの値が0.5%以上で、かつ
Moの値が0.5%以上で顕著となることがわかる。ま
た、表1にはFe,Ni,Coの単独の添加量も示して
いるが、各元素とも、ほぼ等価な効果を示すことがわか
る。また、組成番号19〜21は他の合金元素としてA
l及びVを添加したものであるが、これらが含まれてい
ても焼結性に悪影響を与えないことが確認された。
FIG. 1 shows the relationship between the value of 0.5Fe + Ni + 0.6Co and the temperature at which the density reaches 99%. FIG. 2 shows the relationship between the amount of Mo and the temperature at which the density reaches 99%. As is clear from these figures, the values of 0.5Fe + Ni + 0.6Co and Mo
It can be seen that the temperature at which the density reaches 99% decreases as the amount increases. And, such an effect is 0.
It can be seen that when the value of 5Fe + Ni + 0.6Co is 0.5% or more and the value of Mo is 0.5% or more, it becomes remarkable. Further, Table 1 also shows the addition amounts of Fe, Ni, and Co alone, but it can be seen that each element exhibits substantially equivalent effects. The composition numbers 19 to 21 are A as other alloy elements.
Although 1 and V were added, it was confirmed that the inclusion of these does not adversely affect the sinterability.

【0027】これに対して、0.5Fe+Ni+0.6
Coの値又はMoの含有量が0.5%未満である比較例
の組成番号22,23,26,28,32,34,35
の場合には、表2に示すように、密度が99%となる温
度が急激に高温側に移行し、1150℃を超える温度と
なった。また、これらのうち組成番号22では最終密度
が99%にならなかった。さらに、Mo眼有料が4.0
%を越える組成番号24及び33の場合にも、密度が9
9%となる温度が1150℃を超えた。 (実施例2)
On the other hand, 0.5Fe + Ni + 0.6
Composition numbers 22, 23, 26, 28, 32, 34, 35 of Comparative Examples in which the value of Co or the content of Mo is less than 0.5%
In this case, as shown in Table 2, the temperature at which the density became 99% rapidly shifted to the high temperature side, and the temperature exceeded 1150 ° C. In addition, among these, the final density of composition number 22 was not 99%. In addition, Mo eye pay is 4.0
In the case of composition numbers 24 and 33 that exceed 10%, the density is 9
The temperature of 9% exceeded 1150 ° C. (Example 2)

【0028】実施例1と同様な手順で各組成の混合粉末
により4×4×15(mm)の圧粉体を作成して、熱膨張
試験機にセットし、その中を10-5Torrオ−ダ−の真空
にした後、10℃/min で1150℃まで昇温し、その
温度で4時間保持した。この間の試験片の収縮量から、
密度が理論密度の99.5%になるまでに要する時間を
求めた。表1にその値を示す。なお、99.5%まで焼
結するとき、試験片がほぼ5.2%収縮することから、
試験片が0.78mm(元の長さ15mmの5.2%)収縮
した点を密度99.5%とした。表1に示すように、本
発明の範囲内であれば最大138分間と短時間で99.
5%という密度が得られることが確認された。
[0028] create a green compact of Example 1 and similar 4 × by mixing powder of each composition in Step 4 × 15 (mm), and set the thermal expansion tester therein 10 -5 Torr O After applying a vacuum of −10 ° C., the temperature was raised to 1150 ° C. at 10 ° C./min, and the temperature was maintained for 4 hours. From the shrinkage amount of the test piece during this period,
The time required for the density to reach 99.5% of the theoretical density was obtained. Table 1 shows the values. In addition, since the test piece shrinks by about 5.2% when it is sintered up to 99.5%,
The point at which the test piece shrank 0.78 mm (5.2% of the original length of 15 mm) was defined as the density 99.5%. As shown in Table 1, within the range of the present invention, 99.
It was confirmed that a density of 5% was obtained.

【0029】図3は、0.5Fe+Ni+0.6Coの
値と密度が99.5%に達する時間との関係を示したも
のである。また図4はMo量と密度が99.5%に達す
る時間との関係を示したものである。これらの図から明
らかなように、0.5Fe+Ni+0.6Coの値、及
びMoの含有量が増加するに従って、1150℃におい
て密度が99.5%になるのに要する時間が短縮される
ことがわかる。また、このような効果は、0.5Fe+
Ni+0.6Coの値が0.5%以上で、かつMoの含
有量が0.5%以上で顕著となることがわかる。
FIG. 3 shows the relationship between the value of 0.5Fe + Ni + 0.6Co and the time for the density to reach 99.5%. Further, FIG. 4 shows the relationship between the amount of Mo and the time when the density reaches 99.5%. As is clear from these figures, as the value of 0.5Fe + Ni + 0.6Co and the content of Mo increase, the time required for the density to reach 99.5% at 1150 ° C. decreases. In addition, such an effect is obtained by 0.5Fe +
It can be seen that when the value of Ni + 0.6Co is 0.5% or more and the content of Mo is 0.5% or more, it becomes remarkable.

【0030】これに対して、0.5Fe+Ni+0.6
Coの値、又はMoの含有量が0.5%未満である比較
例の組成番号22,23,26,28,30,32,3
4,35の場合には、表2に示すように密度が99.5
%に達する時間が急激に時間側に移行し、160分を
超える時間となった。また、これらのうち組成番号22
及び30では、4時間では密度が99.5%にならなか
った。さらに、Moの含有量が4.0%を超える組成番
号24及び33の場合にも密度が99.5%に達する時
間が160分間を超えた。
On the other hand, 0.5Fe + Ni + 0.6
Composition numbers 22, 23, 26, 28, 30, 32, 3 of comparative examples in which the value of Co or the content of Mo is less than 0.5%
In the case of 4,35, the density is 99.5 as shown in Table 2.
% Time to reach is rapidly shifted to a longer time side, it became more than 160 minutes. Also, of these, composition number 22
And 30, the density did not reach 99.5% in 4 hours. Further, in the case of the composition numbers 24 and 33 in which the Mo content exceeds 4.0%, the time for the density to reach 99.5% exceeded 160 minutes.

【0031】実施例1と同様な手順で各組成の混合粉末
により13×13×69(mm)の圧粉体を成形した後、
10-5Torrオ−ダ−の真空中において1250℃で4時
間の焼結を行った。このようにして作製した各組成の焼
結体から平行部の径6.25mm、標点間距離25mmの引
張試験片を作製し、常温で引張試験を実施した。表1,
2にその際の引張強さ及び破断伸びの値を併せて示す。
表1から明らかなように、本発明の範囲内の組成では、
引張強さ及び破断伸びとも十分な値を示すことが確認さ
れた。
In the same procedure as in Example 1, 13 × 13 × 69 (mm) green compacts were molded from the mixed powder of each composition,
Sintering was performed for 4 hours at 1250 ° C. in a vacuum of 10 −5 Torr order. Tensile test pieces having a parallel portion with a diameter of 6.25 mm and a gauge length of 25 mm were prepared from the sintered bodies of the respective compositions thus prepared, and the tensile test was carried out at room temperature. Table 1,
Table 2 also shows the values of tensile strength and elongation at break.
As is apparent from Table 1, for compositions within the scope of the present invention,
It was confirmed that the tensile strength and the elongation at break show sufficient values.

【0032】図5は、0.5Fe+Ni+0.6Coの
値と破断伸びとの関係を示したものである。また図6は
Moの量と破断伸びとの関係を示したものである。これ
らの図から明らかなように、破断伸びは0.5Fe+N
i+0.6Coの値及びMoの含有量が増加するに従っ
て低下する傾向にあり、これらの値のいずれかが4.0
%を超えると伸びが急激に低下することがわかる。
FIG. 5 shows the relationship between the value of 0.5Fe + Ni + 0.6Co and the elongation at break. FIG. 6 shows the relationship between the amount of Mo and the elongation at break. As is clear from these figures, the elongation at break is 0.5Fe + N
The value of i + 0.6Co and the content of Mo tend to decrease as the content of Mo increases, and one of these values is 4.0.
It can be seen that the elongation sharply decreases when it exceeds%.

【0033】すなわち、表2に示すように、0.5Fe
+Ni+0.6Coの値又はMoの含有量が4.0%を
超える比較例の組成番号24,25,27,29,3
1,33は破断伸びが3%以下と極めて低く、これらが
4.0%を超える添加は好ましくないことが確認され
た。これは、Fe,Ni,Co,Moの過剰添加が金属
間化合物の生成を助長し、靭性が著しく低下する結果で
あると考えられる。
That is, as shown in Table 2, 0.5Fe
Composition numbers 24, 25, 27, 29, 3 of Comparative Examples in which the value of + Ni + 0.6Co or the content of Mo exceeds 4.0%
It was confirmed that 1,33 had an elongation at break of 3% or less, which is extremely low, and the addition of more than 4.0% was not preferable. It is considered that this is because the excessive addition of Fe, Ni, Co, and Mo promotes the formation of intermetallic compounds and significantly reduces the toughness.

【0034】なお、合金元素としてAl,Vを添加した
組成番号19〜21については、引張強度が高いことが
確認される。例えば合金番号1と19とを比較すると引
張強度が46kgf /cm2 も上昇している。すなわち、A
l,Vの添加により強度が上昇することが確認された。
It is confirmed that the composition numbers 19 to 21 to which Al and V are added as alloy elements have high tensile strength. For example, comparing alloy numbers 1 and 19, the tensile strength is 46 kgf / cm 2 Is also rising. That is, A
It was confirmed that the strength was increased by adding 1 and V.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】[0036]

【表2】 [Table 2]

【0037】[0037]

【発明の効果】この発明によれば、安価にかつ生産性良
く高密度化できる高密度粉末焼結チタン合金が提供され
る。
According to the present invention, there is provided a high-density powder-sintered titanium alloy which can be inexpensively manufactured with high productivity and high density.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】0.5Fe+Ni+0.6Coの値と密度が9
9%に達する温度との関係を示す図。
FIG. 1 shows a value of 0.5Fe + Ni + 0.6Co and a density of 9
The figure which shows the relationship with the temperature which reaches 9%.

【図2】Mo量と密度が99%に達する温度との関係を
示す図。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the amount of Mo and the temperature at which the density reaches 99%.

【図3】0.5Fe+Ni+0.6Coの値と密度が9
9.5%に達するのに要する時間との関係を示す図。
FIG. 3 shows a value of 0.5Fe + Ni + 0.6Co and a density of 9
The figure which shows the relationship with the time required to reach 9.5%.

【図4】Mo量と密度が99.5%に達するのに要する
時間との関係を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the amount of Mo and the time required for the density to reach 99.5%.

【図5】0.5Fe+Ni+0.6Coの値と伸びとの
関係を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a value of 0.5Fe + Ni + 0.6Co and elongation.

【図6】Mo量と伸びとの関係を示す図。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between Mo content and elongation.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今藤 雄治 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−142333(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yuji Ito Marunouchi 1-2-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nippon Kokan Co., Ltd. (56) Reference JP-A-53-142333 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Fe、Ni、及びCoからなる群から選
択される1種または2種以上の元素を含有し、かつこれ
らの含有量が、 0.5≦0.5Fe+Ni+0.6Co≦4(重量%) の条件を満足し、さらに0.5〜4重量%のMoを含有
し、残部がTi及び不可避的不純物からなることを特徴
とする高密度粉末焼結用チタン合金。
1. Containing one or more elements selected from the group consisting of Fe, Ni and Co, and the content of these elements is 0.5 ≦ 0.5Fe + Ni + 0.6Co ≦ 4 (weight %), 0.5 to 4% by weight of Mo is further contained, and the balance is Ti and unavoidable impurities.
【請求項2】 重量%で、10%以下のAl、15%以
下のNb、15%以下のTa、25%以下のV、10%
以下のAg、5%以下のB、5%以下のBe、15%以
下のCr、5%以下のCu、15%以下のMn、5%以
下のPb、5%以下のPd、5%以下のSi、10%以
下のW、15%以下のSn、10%以下のZr、及び1
%以下のOから選択される1種又は2種以上を、2種以
上の場合には合計で30%以下の範囲で、さらに含有し
ていることを特徴とする請求項1に記載の高密度粉末焼
結用チタン合金。
2. By weight, 10% or less of Al, 15% or less of Nb, 15% or less of Ta, 25% or less of V, 10%
Ag below, B below 5%, Be below 5%, Cr below 15%, Cu below 5%, Mn below 15%, Pb below 5%, Pd below 5%, Pd below 5%, Si, W of 10% or less, Sn of 15% or less, Zr of 10% or less, and 1
% Or less, and further contains one or more selected from O in a range of 30% or less in total in the case of two or more, the high density according to claim 1. Titanium alloy for powder sintering.
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US11673196B2 (en) 2018-12-24 2023-06-13 University Of Science And Technology Beijing Metal material sintering densification and grain size control method
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