JP2792021B2 - チタン合金製冷間鍛造部品およびその製法 - Google Patents
チタン合金製冷間鍛造部品およびその製法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、冷間鍛造によって所定形状にまで加工し
たときに高硬度となり、所要強度が確保でき、軽量化す
ることのできるチタン合金製冷間鍛造部品およびその製
法に関する。 （従来の技術とその問題点） 従来、自動車、航空機等に使用されるバルブリテーナ
ーあるいは歯車等は、肌焼鋼または構造用鋼を浸炭、焼
入・焼戻しして製造されていたが、最近、エンジンの高
トルク化、高回転数化がさけばれ、そのため前記部品の
軽量化が検討され、使用材料のチタン化が進められよう
としている。 しかしながら、冷間鍛造製（以下、「冷鍛性」と略称
する）の良い純Ti材では、耐摩耗性の必要なこの部品と
して鍛造後の硬度が不足し、（α＋β）型Ti材では、硬
度は高いが冷鍛性が悪いため、熱間鍛造でしか製造でき
ず、コスト高であった。β型Ti材では、冷間鍛造時の加
工割れ、つまり冷鍛割れは生じず、鍛造後の硬度も高い
し、後工程で時効することによりさらに硬度を高めるこ
とが可能であるが、合金成分が多いため、素材費が高
く、かつ変形抵抗が高すぎるので、工具寿命が低いとい
う問題があった。 したがって、この発明の目的は、冷間鍛造後十分な硬
度を有するとともに素材自体安価である軽量鍛造部品を
提供することである。 さらに、この発明の別の目的は、軽量化が容易なチタ
ン合金から上述の如き冷間鍛造部品を製造する方法を提
供することである。 （問題点を解決するための手段） この発明の発明者らは、上記現状に鑑み、素材コスト
の安いZr系Ti合金に着目して検討したところ、その内の
特定の合金組成が、冷間鍛造時にすぐれた加工性を呈
し、かつ冷間鍛造後の硬度を高く維持でき、バルブリテ
ーナーあるいは歯車等の鍛造部品に最適であることを知
り、この発明を完成した。 すなわち、この発明の発明者らは、冷鍛性を維持し、
冷間鍛造による本成形後の部品の硬度をHv270以上とす
るためには、Zr≧1.0重量％、かつ、Zr＋25×［O2］≧
５重量％および３×Zr＋220×［O2］≦66重量％の条件
を満たす量のジルコニウムおよび不純物あるいは積極的
添加元素としての酸素を加えたTi−Zr系合金が適正であ
ることを見出した。 また、その特定材料を鍛造部品製造に適用するに際
し、冷間鍛造後の硬度がHv270以上となるように予め伸
線を施して加工硬化により硬度を高めておき、しかも冷
間鍛造による本成形前に焼付防止のために温度と時間を
制限した酸化処理、そしてそれに続く潤滑処理を行うこ
とにより軟化を防ぐと共に所要の冷鍛性を確保できるこ
とを知った。 さらに、冷間鍛造による本成形後に400〜550℃の低温
の窒化処理を行い、表面は硬化させるが、内部の硬化は
防止するようにして、一層の摩耗防止をはかることがで
きることを知った。 すなわち、この発明の要旨とするところは、Zr≧1.0
重量％、かつ、Zr＋25×［O2］≧５重量％および３×Zr
＋220×［O2］≦66重量％の条件を満たす量のジルコニ
ウムおよび酸素、残部チタンと不可避不純物より成る組
成を有するめがねフレームを除くチタン合金から構成さ
れるHv270以上の硬度を有するチタン合金製冷間鍛造部
品である。 さらに、この発明の要旨とするところは、Zr≧1.0重
量％、かつ、Zr＋25×［O2］≧５重量％および３×Zr＋
220×［O2］≦66重量％の条件を満たす量のジルコニウ
ムおよび酸素、残部チタンと不可避不純物より成る組成
を有するチタン合金から成る、予め伸線加工を施された
加工用素材を、冷間鍛造により本成形するに先立って、
450〜600℃の温度範囲で10〜60分間酸化処理し、表面に
酸化皮膜を形成した後、潤滑処理を施し、次いで冷間鍛
造により本成形し、Hv270以上の硬度とすることを特徴
とする、めがねフレームを除くチタン合金製冷間鍛造部
品の製法である。 なお、酸素が不純物として存在するにすぎない場合、
上述の合金組成はZr:5〜22重量％、残部チタンと不可避
不純物となる。 この発明の別の態様にあっては、上記鍛造部品を400
〜550℃の温度範囲で窒化処理し、内部硬化をHv270以上
に保持することを特徴とするめがねフレームを除くチタ
ン合金製冷間鍛造部品の製造方法が提供される。 （作用） 以下、この発明を自動車用バルブリテーナーに適用し
た場合を添付図面を用いて添付図面を参照しながら詳し
く説明する。 第１図（ａ）および（ｂ）は、加工用素材（スラグ）
10およびバルブリテーナー12のそれぞれ略式断面図であ
る。スラグ10は熱延材を伸線して加工硬化を生じさせた
線材から、切削あるいは冷間鍛造によって製造される。
これは大体の形状に成形されており、次いで、適宜潤滑
処理を施してから冷間鍛造によって本成形し、所定の形
状、寸法のバルブリテーナー12とするのである。なお、
寸法、形状等は特定のものに制限されるものでないこと
は、当業者には明らかであろう。図示例は単に説明のた
めのものである。 第２図は、この発明にかかるバルブリテーナーの製法
の工程図である。 第２図の工程図に示すように、まず、この発明にかか
る合金組成を有するチタン合金材を用意し、熱間圧延に
より大体の寸法の熱間圧延材（以下、「熱延材」とい
う）を得る。 次いで、このようにして得たTi合金熱延材に例えばフ
ッ素樹脂潤滑剤を塗布して、潤滑処理し、切削スラグを
作る場合は、減面率15〜35％の伸線を施し、冷間鍛造ス
ラグの場合は減面率５〜15％の伸線を施し、加工硬化さ
せる。熱延材は酸化スケールがついているため、潤滑処
理（フッ素樹脂、ダイス前潤滑）のみで伸線できる。こ
の発明において伸線するのは、本成形時に加工度の低い
部品を予め加工硬化させておいて、加工硬化を補うため
であり、さらには真円度、線径精度向上のために行うの
である。 そして、このようにして得た伸線材より、適宜長さに
切断後、それぞれ切削または冷間鍛造加工によりスラグ
を製造する。冷間鍛造スラグは加工後ショットブラス
ト、フッ硝酸酸洗等で脱スケールさせる。 これらのスラグは、冷間鍛造による本成形によって鍛
造部品とするが、この発明によれば冷間鍛造に先立っ
て、スラグを大気炉中にて450〜600℃、10〜60分間加熱
し、潤滑下地用のスケールをスラグが硬化しない条件で
付着させる。その後、フッ素樹脂等で潤滑処理してか
ら、冷間鍛造による本成形を行うと、平均硬度がHv270
以上となる。 このような潤滑処理によればすぐれた冷鍛性が確保で
き、冷間鍛造時の変形抵抗の低下、工具寿命の延長が図
られる。 次いで、さらに一層の摩耗防止のためには、好ましく
は窒化処理を行うが、窒化前には脱スケールする。窒化
方法は、鍛造品内部の軟化を防止するために400〜550℃
で行うが、それにはイオン窒化、軟窒化等が適当であ
る。いずれにしても、窒化法それ自体は公知であって、
400〜650℃の比較的低温で行う窒化法である限り、この
発明にあって特定のものに制限されるものではない。 以上のように、この発明によれば、十分使用に耐える
硬度を持つ、チタン合金製冷間鍛造部品を低コストで量
産できる。 次に、この発明における合金組成および加工条件の限
定理由を説明すると下記の通りである。 まず、合金組成を上述のように限定した理由について
述べる。成分組成に関する％は特に指定のない限り、
「重量％」である。 ジルコニウムは、単独添加の場合は、冷間鍛造本成形
後の硬さを確保するために５％以上添加の必要があり、
22％を越えると鍛造部品に要求される冷鍛性が得られな
くなる。 酸素は通常不純物として含有されているが、積極的に
酸素を添加する場合には、酸素により、冷間鍛造後の硬
さが向上するので、ジルコニウムが５％未満であっても
よいが、酸素は冷鍛性を阻害する元素でもあるので、多
量の添加はできなく、Zrは1.0％以上添加する必要があ
る。また、ジルコニウムはチタンに全率に固溶する合金
元素であり、1.0％以上添加することにより、酸化処理
時の昇温による軟化の程度を小さくすることができる。
このため、ジルコニウム含有量の下限を1.0％とした。 一方、冷間鍛造による本成形（通常加工度60％程度）
後の硬度及び窒化後の硬度がHv270よりも高くなるため
の下限として、研究の結果、Zr＋25×［O2］≧５重量％
を満足する量が必要であることが判明した。 ところで、ジルコニウム、酸素を必要以上に多量にチ
タン中に添加した場合、冷鍛性を阻害し、本成形時に割
れが生じる。発明者らの研究の結果、このような冷間鍛
造による割れ発生を防止のための上限は、３×Zr＋220
×［O2］≦66重量％であることが判明した。このため、
Zr、O2の上限を、３×Zr＋220×［O2］≦66重量％とし
た。 なお、酸素は通常不純物として0.04〜0.06％含有され
ている。 第３図にはこの発明における酸素量とジルコニウム量
との関係をグラフに示してある。酸素が不純物として含
有される場合も含めて、この発明におけるチタン合金は
第３図の斜線領域に入る。 スラグの酸化処理における温度条件として、450〜600
℃の温度範囲に限定したのは、450℃未満では酸化皮膜
が薄すぎて、潤滑剤の保持効果が小さく、本成形時に焼
付きが生じる。一方、600℃超では、スラグが軟化しす
ぎて、本成形後にHv270以上の硬度にならないからであ
る。この酸化処理は、上記の温度域で10〜60分間大気中
で保持するが、10分未満では、酸化膜の生成が不十分
で、60分超ではスラグが軟化したり、経済的に不利であ
る。 さらに、表面摩耗を防止するために、鍛造成形品を脱
スケール後、400〜550℃の温度範囲で窒化するが、400
℃未満では、十分厚い窒化層ができず、550℃超では鍛
造部品内部が軟化し、Hv270以上とならないからであ
る。なお、鍛造部品硬度をHv270以上としたのは、この
硬度より小さいと強度不足および摩耗が生じるからであ
る。 次に、本発明を自動車用バルブリテーナーを製造する
場合の実施例により実施例に関連させてさらに詳細に説
明する。 〔実施例１〕 第１表に合金組成を示す各種チタン合金の30kgインゴ
ットを溶製し、1100℃の加熱でβ鍛造を行った後、850
℃に加熱してα＋β鍛造を行い、直径20mmの線材とし
た。 得られた線材を、フッ素樹脂で潤滑し、７％伸線と25
％伸線を行い、前者は冷間鍛造し、第１図に示すような
形状のスラグとし、加工後、ショットブラストによって
脱スケールを行った。後者は、切削によりスラグとし
た。 このようにして得た２種のスラグを500℃×20分大気
中で酸化処理のあと、二硫化モリブデンにより潤滑し、
60％の冷間鍛造を行ってバルブリテーナーとした。 このようにして得られたバルブリテーナーの冷間鍛造
性および硬度を評価し、結果と同じく第１表にまとめて
示す。 第１表の結果からも明らかなように、いずれのスラグ
より製造したバルブリテーナーの平均硬度もほぼ等し
く、発明例では鍛造割れを生じずにHv270以上を示す
が、比較例No.8,8は冷鍛性は良好であるが、硬度がHv27
0未満で不適である。 〔実施例２〕 実施例１の線材のうち、発明例No.7の材料を用い、ス
テアリン酸Caを潤滑剤として使い25％伸線し、切削加工
によりスラグとした。 得られたスラグは酸化温度を変え、フッ素樹脂で潤滑
処理ののち、60％の冷間鍛造を行う本成形によりバルブ
リテーナーとした。 硬度を測定した結果を第２表にまとめて示す。酸化処
理温度が450℃未満では、硬度はHv270以上であるが、焼
付が生じている。600℃超の酸化温度では焼付が生じな
いが、硬度が不足する。この実施例により、酸化温度は
450〜600℃が適正であると判明した。なお、酸化時間は
すべて20分間であった。 〔実施例３〕 実施例２で製造した切削スラグを500℃の酸化温度
で、酸化時間を変えて酸化皮膜を形成させ、次いで、同
様の潤滑処理ののち、60％の加工度の冷間鍛造によりリ
テーナーに成形した。このときの冷鍛性および硬度測定
結果を第３表に示す。10分未満では焼付き、60分超では
硬度が低くなり、問題がある。これより、酸化時間は10
〜60分間が適正であると判明した。 〔実施例４〕 実施例２にあって、500℃で酸化処理をして得たバル
ブリテーナーについて、第４表に示す各温度で15時間の
イオン窒化を行った。イオン窒化の条件は、ガス圧力が
5Torr、雰囲気はN2/H2＝3/7であり、放電電圧は300Vで
あった。 このときの結果を同じく第４表にまとめて示す。400
℃未満では十分な厚さの窒化層ができず、550℃超では
良好な硬化層はできるが、リテーナー内部が軟化して、
Hv270より小となり、不適である。 以上の説明から明らかなように、この発明にかかる方
法によって、バルブリテーナなどのチタン合金製冷間鍛
造部品が低コストで製造でき、品質上も全く問題がない
ことが判明した。上記説明は、バルブリテーナーに例を
とって説明したが、これに限らず従来、肌焼鋼あるいは
構造用鋼を浸炭して製造していた歯車、シャフト、ボル
ト等の鍛造部品に適用できることは勿論であり、そのい
ずれにおいても、きわめて有用な効果が得られる。
たときに高硬度となり、所要強度が確保でき、軽量化す
ることのできるチタン合金製冷間鍛造部品およびその製
法に関する。 （従来の技術とその問題点） 従来、自動車、航空機等に使用されるバルブリテーナ
ーあるいは歯車等は、肌焼鋼または構造用鋼を浸炭、焼
入・焼戻しして製造されていたが、最近、エンジンの高
トルク化、高回転数化がさけばれ、そのため前記部品の
軽量化が検討され、使用材料のチタン化が進められよう
としている。 しかしながら、冷間鍛造製（以下、「冷鍛性」と略称
する）の良い純Ti材では、耐摩耗性の必要なこの部品と
して鍛造後の硬度が不足し、（α＋β）型Ti材では、硬
度は高いが冷鍛性が悪いため、熱間鍛造でしか製造でき
ず、コスト高であった。β型Ti材では、冷間鍛造時の加
工割れ、つまり冷鍛割れは生じず、鍛造後の硬度も高い
し、後工程で時効することによりさらに硬度を高めるこ
とが可能であるが、合金成分が多いため、素材費が高
く、かつ変形抵抗が高すぎるので、工具寿命が低いとい
う問題があった。 したがって、この発明の目的は、冷間鍛造後十分な硬
度を有するとともに素材自体安価である軽量鍛造部品を
提供することである。 さらに、この発明の別の目的は、軽量化が容易なチタ
ン合金から上述の如き冷間鍛造部品を製造する方法を提
供することである。 （問題点を解決するための手段） この発明の発明者らは、上記現状に鑑み、素材コスト
の安いZr系Ti合金に着目して検討したところ、その内の
特定の合金組成が、冷間鍛造時にすぐれた加工性を呈
し、かつ冷間鍛造後の硬度を高く維持でき、バルブリテ
ーナーあるいは歯車等の鍛造部品に最適であることを知
り、この発明を完成した。 すなわち、この発明の発明者らは、冷鍛性を維持し、
冷間鍛造による本成形後の部品の硬度をHv270以上とす
るためには、Zr≧1.0重量％、かつ、Zr＋25×［O2］≧
５重量％および３×Zr＋220×［O2］≦66重量％の条件
を満たす量のジルコニウムおよび不純物あるいは積極的
添加元素としての酸素を加えたTi−Zr系合金が適正であ
ることを見出した。 また、その特定材料を鍛造部品製造に適用するに際
し、冷間鍛造後の硬度がHv270以上となるように予め伸
線を施して加工硬化により硬度を高めておき、しかも冷
間鍛造による本成形前に焼付防止のために温度と時間を
制限した酸化処理、そしてそれに続く潤滑処理を行うこ
とにより軟化を防ぐと共に所要の冷鍛性を確保できるこ
とを知った。 さらに、冷間鍛造による本成形後に400〜550℃の低温
の窒化処理を行い、表面は硬化させるが、内部の硬化は
防止するようにして、一層の摩耗防止をはかることがで
きることを知った。 すなわち、この発明の要旨とするところは、Zr≧1.0
重量％、かつ、Zr＋25×［O2］≧５重量％および３×Zr
＋220×［O2］≦66重量％の条件を満たす量のジルコニ
ウムおよび酸素、残部チタンと不可避不純物より成る組
成を有するめがねフレームを除くチタン合金から構成さ
れるHv270以上の硬度を有するチタン合金製冷間鍛造部
品である。 さらに、この発明の要旨とするところは、Zr≧1.0重
量％、かつ、Zr＋25×［O2］≧５重量％および３×Zr＋
220×［O2］≦66重量％の条件を満たす量のジルコニウ
ムおよび酸素、残部チタンと不可避不純物より成る組成
を有するチタン合金から成る、予め伸線加工を施された
加工用素材を、冷間鍛造により本成形するに先立って、
450〜600℃の温度範囲で10〜60分間酸化処理し、表面に
酸化皮膜を形成した後、潤滑処理を施し、次いで冷間鍛
造により本成形し、Hv270以上の硬度とすることを特徴
とする、めがねフレームを除くチタン合金製冷間鍛造部
品の製法である。 なお、酸素が不純物として存在するにすぎない場合、
上述の合金組成はZr:5〜22重量％、残部チタンと不可避
不純物となる。 この発明の別の態様にあっては、上記鍛造部品を400
〜550℃の温度範囲で窒化処理し、内部硬化をHv270以上
に保持することを特徴とするめがねフレームを除くチタ
ン合金製冷間鍛造部品の製造方法が提供される。 （作用） 以下、この発明を自動車用バルブリテーナーに適用し
た場合を添付図面を用いて添付図面を参照しながら詳し
く説明する。 第１図（ａ）および（ｂ）は、加工用素材（スラグ）
10およびバルブリテーナー12のそれぞれ略式断面図であ
る。スラグ10は熱延材を伸線して加工硬化を生じさせた
線材から、切削あるいは冷間鍛造によって製造される。
これは大体の形状に成形されており、次いで、適宜潤滑
処理を施してから冷間鍛造によって本成形し、所定の形
状、寸法のバルブリテーナー12とするのである。なお、
寸法、形状等は特定のものに制限されるものでないこと
は、当業者には明らかであろう。図示例は単に説明のた
めのものである。 第２図は、この発明にかかるバルブリテーナーの製法
の工程図である。 第２図の工程図に示すように、まず、この発明にかか
る合金組成を有するチタン合金材を用意し、熱間圧延に
より大体の寸法の熱間圧延材（以下、「熱延材」とい
う）を得る。 次いで、このようにして得たTi合金熱延材に例えばフ
ッ素樹脂潤滑剤を塗布して、潤滑処理し、切削スラグを
作る場合は、減面率15〜35％の伸線を施し、冷間鍛造ス
ラグの場合は減面率５〜15％の伸線を施し、加工硬化さ
せる。熱延材は酸化スケールがついているため、潤滑処
理（フッ素樹脂、ダイス前潤滑）のみで伸線できる。こ
の発明において伸線するのは、本成形時に加工度の低い
部品を予め加工硬化させておいて、加工硬化を補うため
であり、さらには真円度、線径精度向上のために行うの
である。 そして、このようにして得た伸線材より、適宜長さに
切断後、それぞれ切削または冷間鍛造加工によりスラグ
を製造する。冷間鍛造スラグは加工後ショットブラス
ト、フッ硝酸酸洗等で脱スケールさせる。 これらのスラグは、冷間鍛造による本成形によって鍛
造部品とするが、この発明によれば冷間鍛造に先立っ
て、スラグを大気炉中にて450〜600℃、10〜60分間加熱
し、潤滑下地用のスケールをスラグが硬化しない条件で
付着させる。その後、フッ素樹脂等で潤滑処理してか
ら、冷間鍛造による本成形を行うと、平均硬度がHv270
以上となる。 このような潤滑処理によればすぐれた冷鍛性が確保で
き、冷間鍛造時の変形抵抗の低下、工具寿命の延長が図
られる。 次いで、さらに一層の摩耗防止のためには、好ましく
は窒化処理を行うが、窒化前には脱スケールする。窒化
方法は、鍛造品内部の軟化を防止するために400〜550℃
で行うが、それにはイオン窒化、軟窒化等が適当であ
る。いずれにしても、窒化法それ自体は公知であって、
400〜650℃の比較的低温で行う窒化法である限り、この
発明にあって特定のものに制限されるものではない。 以上のように、この発明によれば、十分使用に耐える
硬度を持つ、チタン合金製冷間鍛造部品を低コストで量
産できる。 次に、この発明における合金組成および加工条件の限
定理由を説明すると下記の通りである。 まず、合金組成を上述のように限定した理由について
述べる。成分組成に関する％は特に指定のない限り、
「重量％」である。 ジルコニウムは、単独添加の場合は、冷間鍛造本成形
後の硬さを確保するために５％以上添加の必要があり、
22％を越えると鍛造部品に要求される冷鍛性が得られな
くなる。 酸素は通常不純物として含有されているが、積極的に
酸素を添加する場合には、酸素により、冷間鍛造後の硬
さが向上するので、ジルコニウムが５％未満であっても
よいが、酸素は冷鍛性を阻害する元素でもあるので、多
量の添加はできなく、Zrは1.0％以上添加する必要があ
る。また、ジルコニウムはチタンに全率に固溶する合金
元素であり、1.0％以上添加することにより、酸化処理
時の昇温による軟化の程度を小さくすることができる。
このため、ジルコニウム含有量の下限を1.0％とした。 一方、冷間鍛造による本成形（通常加工度60％程度）
後の硬度及び窒化後の硬度がHv270よりも高くなるため
の下限として、研究の結果、Zr＋25×［O2］≧５重量％
を満足する量が必要であることが判明した。 ところで、ジルコニウム、酸素を必要以上に多量にチ
タン中に添加した場合、冷鍛性を阻害し、本成形時に割
れが生じる。発明者らの研究の結果、このような冷間鍛
造による割れ発生を防止のための上限は、３×Zr＋220
×［O2］≦66重量％であることが判明した。このため、
Zr、O2の上限を、３×Zr＋220×［O2］≦66重量％とし
た。 なお、酸素は通常不純物として0.04〜0.06％含有され
ている。 第３図にはこの発明における酸素量とジルコニウム量
との関係をグラフに示してある。酸素が不純物として含
有される場合も含めて、この発明におけるチタン合金は
第３図の斜線領域に入る。 スラグの酸化処理における温度条件として、450〜600
℃の温度範囲に限定したのは、450℃未満では酸化皮膜
が薄すぎて、潤滑剤の保持効果が小さく、本成形時に焼
付きが生じる。一方、600℃超では、スラグが軟化しす
ぎて、本成形後にHv270以上の硬度にならないからであ
る。この酸化処理は、上記の温度域で10〜60分間大気中
で保持するが、10分未満では、酸化膜の生成が不十分
で、60分超ではスラグが軟化したり、経済的に不利であ
る。 さらに、表面摩耗を防止するために、鍛造成形品を脱
スケール後、400〜550℃の温度範囲で窒化するが、400
℃未満では、十分厚い窒化層ができず、550℃超では鍛
造部品内部が軟化し、Hv270以上とならないからであ
る。なお、鍛造部品硬度をHv270以上としたのは、この
硬度より小さいと強度不足および摩耗が生じるからであ
る。 次に、本発明を自動車用バルブリテーナーを製造する
場合の実施例により実施例に関連させてさらに詳細に説
明する。 〔実施例１〕 第１表に合金組成を示す各種チタン合金の30kgインゴ
ットを溶製し、1100℃の加熱でβ鍛造を行った後、850
℃に加熱してα＋β鍛造を行い、直径20mmの線材とし
た。 得られた線材を、フッ素樹脂で潤滑し、７％伸線と25
％伸線を行い、前者は冷間鍛造し、第１図に示すような
形状のスラグとし、加工後、ショットブラストによって
脱スケールを行った。後者は、切削によりスラグとし
た。 このようにして得た２種のスラグを500℃×20分大気
中で酸化処理のあと、二硫化モリブデンにより潤滑し、
60％の冷間鍛造を行ってバルブリテーナーとした。 このようにして得られたバルブリテーナーの冷間鍛造
性および硬度を評価し、結果と同じく第１表にまとめて
示す。 第１表の結果からも明らかなように、いずれのスラグ
より製造したバルブリテーナーの平均硬度もほぼ等し
く、発明例では鍛造割れを生じずにHv270以上を示す
が、比較例No.8,8は冷鍛性は良好であるが、硬度がHv27
0未満で不適である。 〔実施例２〕 実施例１の線材のうち、発明例No.7の材料を用い、ス
テアリン酸Caを潤滑剤として使い25％伸線し、切削加工
によりスラグとした。 得られたスラグは酸化温度を変え、フッ素樹脂で潤滑
処理ののち、60％の冷間鍛造を行う本成形によりバルブ
リテーナーとした。 硬度を測定した結果を第２表にまとめて示す。酸化処
理温度が450℃未満では、硬度はHv270以上であるが、焼
付が生じている。600℃超の酸化温度では焼付が生じな
いが、硬度が不足する。この実施例により、酸化温度は
450〜600℃が適正であると判明した。なお、酸化時間は
すべて20分間であった。 〔実施例３〕 実施例２で製造した切削スラグを500℃の酸化温度
で、酸化時間を変えて酸化皮膜を形成させ、次いで、同
様の潤滑処理ののち、60％の加工度の冷間鍛造によりリ
テーナーに成形した。このときの冷鍛性および硬度測定
結果を第３表に示す。10分未満では焼付き、60分超では
硬度が低くなり、問題がある。これより、酸化時間は10
〜60分間が適正であると判明した。 〔実施例４〕 実施例２にあって、500℃で酸化処理をして得たバル
ブリテーナーについて、第４表に示す各温度で15時間の
イオン窒化を行った。イオン窒化の条件は、ガス圧力が
5Torr、雰囲気はN2/H2＝3/7であり、放電電圧は300Vで
あった。 このときの結果を同じく第４表にまとめて示す。400
℃未満では十分な厚さの窒化層ができず、550℃超では
良好な硬化層はできるが、リテーナー内部が軟化して、
Hv270より小となり、不適である。 以上の説明から明らかなように、この発明にかかる方
法によって、バルブリテーナなどのチタン合金製冷間鍛
造部品が低コストで製造でき、品質上も全く問題がない
ことが判明した。上記説明は、バルブリテーナーに例を
とって説明したが、これに限らず従来、肌焼鋼あるいは
構造用鋼を浸炭して製造していた歯車、シャフト、ボル
ト等の鍛造部品に適用できることは勿論であり、そのい
ずれにおいても、きわめて有用な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）および（ｂ）は、加工用素材（スラグ）お
よびバルブリテーナーのそれぞれ略式断面図； 第２図は、この発明にかかる冷間鍛造部品の製法の工程
図；および 第３図は、この発明における酸素とジルコニウムとの量
的関係を示すグラフである。
よびバルブリテーナーのそれぞれ略式断面図； 第２図は、この発明にかかる冷間鍛造部品の製法の工程
図；および 第３図は、この発明における酸素とジルコニウムとの量
的関係を示すグラフである。
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(51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ
Ｆ０１Ｌ 3/10 Ｆ０１Ｌ 3/10 Ｃ
(72)発明者 増田 満
東京都千代田区大手町１丁目１番３号
住友金属工業株式会社内
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
C22C 14/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．Zr:5〜22重量％、残部チタンと不可避不純物より成
る組成を有するチタン合金から構成されるHv270以上の
硬度を有するめがねフレームを除くチタン合金製冷間鍛
造部品。 ２．Zr:5〜22重量％、残部チタンと不可避不純物より成
る組成を有するチタン合金から成る、予め伸線加工を施
された加工用素材を、冷間鍛造により本成形するに先立
って、450〜600℃の温度範囲で10〜60分間酸化処理し、
表面に酸化皮膜を形成した後、潤滑処理を施し、次いで
冷間鍛造により本成形し、Hv270以上の硬度とすること
を特徴とする、めがねフレームを除くチタン合金製冷間
鍛造部品の製法。 ３．前記鍛造部品を、冷間鍛造による本成形後、400〜5
50℃の温度範囲で窒化処理し、かつ内部硬度をHv270以
上に保持することを特徴とする、特許請求の範囲第２項
記載のめがねフレームを除くチタン合金製冷間鍛造部品
の製法。 ４．Zr≧1.0重量％、かつ、Zr＋25×［O2］≧５重量％
および３×Zr＋220×［O2］≦66重量％の条件を満たす
量のジルコニウムおよび酸素、残部チタンと不可避不純
物より成る組成を有するチタン合金から構成されるHv27
0以上の硬度を有するめがねフレームを除くチタン合金
製冷間鍛造部品。 ５．Zr≧1.0重量％、かつ、Zr＋25×［O2］≧５重量％
および３×Zr＋220×［O2］≦66重量％の条件を満たす
量のジルコニウムおよび酸素、残部チタンと不可避不純
物より成る組成を有するチタン合金から成る、予め伸線
加工を施された加工用素材を、冷間鍛造により本成形す
るに先立って、450〜600℃の温度範囲で10〜60分間酸化
処理し、表面に酸化皮膜を形成した後、潤滑処理を施
し、次いで冷間鍛造により本成形し、Hv270以上の硬度
とすることを特徴とする、めがねフレームを除くチタン
合金製冷間鍛造部品の製法。 ６．前記鍛造部品を、冷間鍛造による本成形後、400〜5
50℃の温度範囲で窒化処理し、かつ内部硬度をHv270以
上に保持することを特徴とする、特許請求の範囲第５項
記載のめがねフレームを除くチタン合金製冷間鍛造部品
の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62017866A JP2792021B2 (ja) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | チタン合金製冷間鍛造部品およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62017866A JP2792021B2 (ja) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | チタン合金製冷間鍛造部品およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63186841A JPS63186841A (ja) | 1988-08-02 |
| JP2792021B2 true JP2792021B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=11955584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62017866A Expired - Fee Related JP2792021B2 (ja) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | チタン合金製冷間鍛造部品およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2792021B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2701525B2 (ja) * | 1990-09-21 | 1998-01-21 | 日産自動車株式会社 | 真空用チタン潤滑部材およびその製造方法 |
| JP2002371331A (ja) * | 2001-06-18 | 2002-12-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | チタン合金 |
| JP4909224B2 (ja) * | 2007-09-28 | 2012-04-04 | 原子燃料工業株式会社 | Ｚｒ又はＺｒ合金製段付軸状部品の製造法及び該製造法で得られた燃料棒端栓 |
| JP5512256B2 (ja) * | 2009-12-24 | 2014-06-04 | 愛三工業株式会社 | エンジンバルブ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60228458A (ja) * | 1984-04-06 | 1985-11-13 | フアイザー・コーポレーシヨン | 下痢止め剤 |
-
1987
- 1987-01-28 JP JP62017866A patent/JP2792021B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60228458A (ja) * | 1984-04-06 | 1985-11-13 | フアイザー・コーポレーシヨン | 下痢止め剤 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63186841A (ja) | 1988-08-02 |
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