JP2812153B2 - Nearβ型チタン合金の熱処理方法 - Google Patents
Nearβ型チタン合金の熱処理方法Info
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Description
材や機体材料、或いは自動車部品材料等として好適なNe
arβ型チタン合金の熱処理方法に関するものである。
示すと共に高い比強度や靱性を備えるチタン合金は、航
空機のエンジン部品や機体、更には自動車部品等の材料
として欠かせないものとなっている。
型チタン合金”が一般的に適用されてきたが、最近では
このα+β型チタン合金に代わって“Nearβ型チタン合
金”を多く用いる傾向が目立っている。これは、新しく
注目されるようになった前記Nearβ型チタン合金がα+
β型チタン合金よりも高い強度,靱性を示すのみなら
ず、熱間加工性にも優れており、しかもβ型チタン合金
より変形抵抗が低いという特性を有しているからであ
る。
5 (以降、 成分割合を表す%は重量%とする)で示される
モリブデン当量の値が5〜14のチタン合金と定義され
る。なお、上記モリブデン当量の値が5よりも少ないも
のは通常のα+β型チタン合金であり、β相の量が少な
いために“強度−破壊靱性レベル”がNearβ型チタン合
金よりも低くなる。一方、前記モリブデン当量の値が1
4を超えるものはβ型チタン合金であり、高い“強度−
破壊靱性レベル”を有するものの、変形抵抗が大きくて
熱間加工性に乏しい。
工・熱処理は「より優れた破壊靱性と延性の付与」を目
的としてなされており、例えば特開昭62−16486
0号公報に示されているような a) α+β域で“仕上げ加工率が50%超70%未満の
仕上げ鍛造”を行うと共に590〜620℃で時効処理
を行う方法, b) α+β域で“仕上げ加工率が20%超70%未満の
仕上げ鍛造”を行うと共に620〜680℃で時効処理
を行う方法,等の手法・条件が報告されている。
や機体材料には一層厳しい特性が求められるようになっ
ており、これまで提案された加工・熱処理法によっても
前記要望に十分対処できる“高強度”と "高い破壊靱性
値”を併せ持ち、しかも“特性の等方性(取り分け破壊
靱性値の等方性)”が良好なNearβ型チタン合金を実現
できないのが現状であった。
はあるが、合金をβ域で溶体化処理した後、種々の温度
域で3段階の時効処理を施すことで強度と破壊靱性のバ
ランスを改善する熱処理方法が報告されているが(例え
ば特開平3−115551号公報参照)、この方法をNe
arβ型チタン合金に適用しても所望とする効果が得られ
なかったことは言うまでもない。
のは、Nearβ型チタン合金に対し、高強度(引張強さで
1124MPa以上)と高破壊靱性値(55MPa・√m以
上)とをバランス良くかつ異方性少なく兼備させること
のできる熱処理方法を確立することである。
成すべく鋭意重ねられた本発明者等の研究結果を基に完
成されたもので、「Moを含まないかあるいはMo含有量が
6%までのNearβ型チタン合金に、 まずβ変態点以上の
温度で溶体化処理を施し、 次いで〔β変態点−690
℃〕から〔β変態点−490℃〕までのα+β域で時効
処理を行ってから、 更に〔β変態点−150℃〕からβ
変態点までのα+β域で再度の溶体化処理を施し、 その
後〔β変態点−340℃〕から〔β変態点−220℃〕
までのα+β域で時効処理を施すことによって、 高強度
と高破壊靱性値とをバランス良く、 しかも異方性少なく
兼備させ得るようにした点」に大きな特徴を有してい
る。
述べたように「Mo(%) +V(%)/1.5+Cr(%)/0.6 +Fe(%)
/0.35+Nb(%)/5 」なる式で示されるモリブデン当量の
値が5〜14のものを言うが、本発明で対象とするNear
β型チタン合金はMoを含まないかあるいはMo含有量が6
%までのものに限定される。なぜなら、Moはβ安定化元
素として働くのでこの点からすればNearβ型チタン合金
にとって好ましい合金元素ではあるが、6%を超える割
合でMoが含まれるとNearβ型チタン合金の特長の1つで
ある「変形抵抗が小さい」という特性が失なわれ、熱間
加工性が悪化するためである。
金の熱処理条件を前記の如くに限定した理由を説明す
る。
ン合金の異方性、取り分け破壊靱性の異方性を解消する
ためには前加工組織の影響を消失させることが重要であ
るとの認識を得た。なぜなら、チタン合金の破壊状況を
観察すると“β粒界”又は“β粒界上に析出したα相と
β相との界面”で亀裂が進展する場合が多く見受けら
れ、そのためNearβ型チタン合金の加工により生じる
“不均一で偏平な形状のβ結晶粒”が破壊靱性の異方性
を生じる大きな原因になっていると考えたからである。
で溶体化処理することを試みたところ、このβ域での溶
体化処理により回復・再結晶が速やかに進展して合金の
加工組織(即ち熱処理前の加工組織)が消失してしま
い、その結果等軸化したβ粒組織が得られて破壊靱性を
始めとした特性の異方性も消失することが分かった。
ても回復・再結晶によるβ粒の等軸化は起こらず、従っ
て前加工組織の影響が十分に消失しないので上述した作
用・効果の確保ができない。従って、上記溶体化処理は
β域で行う必要があるが、溶体化処理温度が〔β変態点
+50℃〕以上になると延性の低下傾向が見られること
から、望ましくは〔β変態点+50℃〕よりも低いβ域
で溶体化処理するのが良い。なお、溶体化処理後は常温
の水中で急冷し、室温で準安定なβ単相組織とされる。
組織のNearβ型チタン合金は、そのままではそれほど高
い破壊靱性値を示さない。しかし、上述の手段でβ粒を
等軸化したNearβ型チタン合金に第二段目の溶体化処理
として“〔β変態点−150℃〕からβ変態点までのα
+β域での溶体化処理”を施すと、“粗大で細長い針状
α相”が析出し、これが亀裂進展の障害となるばかり
か、その存在が亀裂を偏向させる原因ともなって、合金
が破壊に至るのを阻止する働きをすることが分かった。
このように、上記第二段目の溶体化処理は、“β粒を等
軸化して破壊靱性の異方性を消失させたNearβ型チタン
合金”に対し、前記“粗大で細長い針状α相”の析出を
通じて高い破壊靱性値の確保並びに向上に大きく寄与す
るものであった。
結果、第一段目の溶体化処理と第二段目の溶体化処理の
間において〔β変態点−690℃〕から〔β変態点−4
90℃〕までのα+β域で時効処理を施すと、粒界にα
相が析出するのが抑制され、また粒内に均一に粗大な針
状α相が析出してKICが向上することが明らかとなっ
た。
変態点−690℃〕未満ではω相の析出は起こらない
か、あるいは析出に非常に長い時間がかかり、一方、
〔β変態点−490℃〕を超える温度域ではα相が直接
析出してしまうためにα相の均質微細析出のための核が
生まれず、所期する効果が得られない。従って、この時
効処理は〔β変態点−690℃〕から〔β変態点−49
0℃〕までのα+β域で行うことと限定した。なお、時
効時間が長いとα相の析出が始まるので、時効処理時間
は1時間以内とするのが好ましい。
体化処理に続いて上記時効処理が施され、その後に前記
第二段目の溶体化処理が行われるが、この第二段目の溶
体化処理の後で更に〔β変態点−340℃〕から〔β変
態点−220℃〕のα+β域で第二回時効処理を行う
と、今度は1μm程度の微細な針状α相が均一に析出し
た組織となって合金に高い強度が確保されるので、航空
機のエンジン部品や機体部材として十分満足できるバラ
ンスの取れた高強度・高破壊靱性値を備え、しかも異方
性の少ない材料が得られる。
〔β変態点−150℃〕より低いと、多量に粗大なα相
が析出して次の第二回時効処理における微細針状α相の
十分な析出が起こらず、強度レベルが低いままとなって
しまう。また、β域で溶体化処理を行うとα相が析出せ
ずにβ単相となる。そのため、第二段目の溶体化処理は
〔β変態点−150℃〕からβ変態点までのα+β域で
行うことと定めた。なお、平衡状態により近い状態とす
るためにこの溶体化処理時間は4時間以上とするのが望
ましい。溶体化処理後は、常温の水中で焼入れを行って
室温でβ相を過飽和に含んだα+β組織とする。
れる第二回時効処理が〔β変態点−340℃〕よりも低
い温度で行われると、 0.5μm程度以下の非常に微細な
針状α相が析出するため強度は向上するが延性が極端に
低下する。一方、この第二回時効処理の温度が〔β変態
点−220℃〕を超えた場合には粗大でかつ不均一な針
状α相が析出してやはり十分な強度を確保することがで
きない。従って、第二回時効処理は〔β変態点−340
℃〕から〔β変態点−220℃〕のα+β域で実施する
必要がある。なお、この時効処理での処理時間も平衡状
態により近い状態とするため8時間以上とするのが望ま
しい。
的に説明する。
arβ型チタン合金であるTi−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−
4Cr合金のインゴット(直径:440mm,長さ:750mm)を溶
製した。
し、α+β域(840℃)で20%の加工歪を導入した
後、「950℃×1hr」の条件でβ再結晶処理を行っ
た。そして、その後更にα+β域(840℃)において
40%程度の加工率で仕上げ鍛造を行った。
分析結果は Al:4.91%, Sn:1.99%, Zr:1.94%, M
o:3.93%,Cr:4.00%, Fe:0.13%, C: 0.
008%, Cu:0.01%未満,Mn:0.01%未満, N:0.0
063%, O: 0.134%, H:0.0045%,Ti及び不純
物:残り であり、β変態点は約890℃であった。
諸条件で "第一段目の溶体化処理","時効処理", "第二
段目の溶体化処理" 並びに "第二回時効処理" を施し、
処理後の材料について機械的特性値(引張強さ,0.2%耐
力,伸び,絞り,破壊靱性値KIC)をL方向及びT方向
について調査した。ここで、引張試験は平行部直径が6.
25mm,ゲ−ジ長さが25mmの丸棒試験片を採取して実施
し、破壊靱性試験はASTMのE399に定める破壊靱
性試験法に従って厚さ25mmの試験片を採取して実施し
た。なお、破壊靱性試験片は供試材から図1に示す方向
で採取した。
域での溶体化処理のみを施し、その後時効処理を施した
材料についても各機械的特性値を調査した。これらの結
果をまとめて表1及び表2に併記した。
な如く、Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−4CrNearβ型チ
タン合金鍛造材に対し、本発明に従って "β域での第一
段目溶体化処理", "所定条件の時効処理", "所定α+β
域での第二段目溶体化処理"及び "所定条件の第二回時
効処理" を施すと、L方向,T方向ともバランスの良い
高強度,高延性,高破壊靱性値を示すようになり、しか
も異方性も向上することが分かる。
ば、事前の加工履歴に影響されることなく、高強度と高
破壊靱性値とをバランス良くかつ異方性少なく付与する
ことができるNearβ型チタン合金の熱処理方法を提供す
ることができ、宇宙・航空機器,自動車部品等の性能向
上に大きく寄与することが可能となるなど、産業上極め
て有用な効果がもたらされる。
る説明図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 Moを含まないかあるいはMo含有量が6重
量%までのNearβ型チタン合金に、まずβ変態点以上の
温度で溶体化処理を施し、次いで〔β変態点−690
℃〕から〔β変態点−490℃〕までのα+β域で時効
処理を行ってから、更に〔β変態点−150℃〕からβ
変態点までのα+β域で再度の溶体化処理を施し、その
後〔β変態点−340℃〕から〔β変態点−220℃〕
までのα+β域で時効処理を施すことを特徴とする、高
強度と高破壊靱性値とを兼備すると共に異方性の少ない
材料を得るためのNearβ型チタン合金の熱処理方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18190793A JP2812153B2 (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | Nearβ型チタン合金の熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18190793A JP2812153B2 (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | Nearβ型チタン合金の熱処理方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0711406A JPH0711406A (ja) | 1995-01-13 |
JP2812153B2 true JP2812153B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=16108983
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18190793A Expired - Lifetime JP2812153B2 (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | Nearβ型チタン合金の熱処理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2812153B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
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---|---|---|---|---|
JP4303827B2 (ja) * | 1999-04-21 | 2009-07-29 | 日東電工株式会社 | 位相差板の製造方法 |
JP2002330763A (ja) | 2001-05-02 | 2002-11-19 | Ajinomoto Co Inc | 発酵法による目的物質の製造法 |
EP1786943A4 (en) * | 2004-06-10 | 2008-02-13 | Howmet Corp | THERMALLY PROCESSED MOLD PRODUCT BASED ON TITANIUM ALLOY QUASI BETA |
CN116676547B (zh) * | 2023-05-11 | 2024-08-02 | 西北工业大学 | 通过多尺度非均质α相析出提升Ti-575双相钛合金强塑匹配的热处理方法 |
-
1993
- 1993-06-28 JP JP18190793A patent/JP2812153B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0711406A (ja) | 1995-01-13 |
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