JP3334231B2 - ＴｉＡｌ基鍛造合金の製造方法 - Google Patents
ＴｉＡｌ基鍛造合金の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機用エンジン部材
や自動車エンジン部材等への適用が期待されるＴｉＡｌ
基鍛造合金の製造方法に関するものである。
や自動車エンジン部材等への適用が期待されるＴｉＡｌ
基鍛造合金の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＴｉＡｌ基合金（チタンアルミナイド）
は、軽量で耐熱性に優れる（例えば、ニッケル基耐熱合
金よりも高温での比強度に優れ、チタン合金よりも耐熱
性，耐酸化性及び耐水素脆化性に優れる）ことから、航
空機用エンジン部材、自動車用エンジン部材（例えばタ
ービンの静翼やリング、ケーシング）等への適用が期待
されている。
は、軽量で耐熱性に優れる（例えば、ニッケル基耐熱合
金よりも高温での比強度に優れ、チタン合金よりも耐熱
性，耐酸化性及び耐水素脆化性に優れる）ことから、航
空機用エンジン部材、自動車用エンジン部材（例えばタ
ービンの静翼やリング、ケーシング）等への適用が期待
されている。
【０００３】このＴｉＡｌ基合金は、常温延性が低くか
つ高温でも歪速度依存性が高いという実用化の前に解決
しなければならない問題があり、最近では、物理冶金的
な研究が進み常温延性の改善は大きく前進しつつあるが
実用部品の試作は鋳造法によるものが主体となってい
る。
つ高温でも歪速度依存性が高いという実用化の前に解決
しなければならない問題があり、最近では、物理冶金的
な研究が進み常温延性の改善は大きく前進しつつあるが
実用部品の試作は鋳造法によるものが主体となってい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＴｉＡｌ基
合金のような難加工材の熱間加工法としては鍛造が適し
ているが、ＴｉＡｌ基合金は高温でも歪速度依存性が高
いため実用部品を成形するためには1000〜1150℃の高温
で恒温鍛造を行う必要があり、大がかりな恒温鍛造設備
が必要になる。
合金のような難加工材の熱間加工法としては鍛造が適し
ているが、ＴｉＡｌ基合金は高温でも歪速度依存性が高
いため実用部品を成形するためには1000〜1150℃の高温
で恒温鍛造を行う必要があり、大がかりな恒温鍛造設備
が必要になる。
【０００５】そこで、本発明は、このような事情を考慮
してなされたものであり、その目的は、通常の熱間鍛造
で加工を行えるＴｉＡｌ基合金材を製造することができ
るＴｉＡｌ基鍛造合金の製造方法を提供することにあ
る。
してなされたものであり、その目的は、通常の熱間鍛造
で加工を行えるＴｉＡｌ基合金材を製造することができ
るＴｉＡｌ基鍛造合金の製造方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、通常の熱
間鍛造で加工を行えるＴｉＡｌ基合金を得るために鋭意
検討した結果、本発明を完成したのであり、本発明のＴ
ｉＡｌ基鍛造合金の製造方法は、Ａｌを30.0〜35.0重量
％、Ｆｅを1.8〜2.0重量％、Ｖを1.4〜1.8重量％含有す
るＴｉＡｌ基合金材に、不活性ガス雰囲気中、1170〜13
00℃で８時間以上加熱保持するという熱処理を施して合
金中にβ相を５〜１０体積％析出させるものである。
間鍛造で加工を行えるＴｉＡｌ基合金を得るために鋭意
検討した結果、本発明を完成したのであり、本発明のＴ
ｉＡｌ基鍛造合金の製造方法は、Ａｌを30.0〜35.0重量
％、Ｆｅを1.8〜2.0重量％、Ｖを1.4〜1.8重量％含有す
るＴｉＡｌ基合金材に、不活性ガス雰囲気中、1170〜13
00℃で８時間以上加熱保持するという熱処理を施して合
金中にβ相を５〜１０体積％析出させるものである。
【０００７】本発明においてＡｌの含有量は、30.0〜3
5.0重量％にする必要があり、これにより常温延性の改
善を図れる。その含有量が30.0重量％未満の場合には常
温延性が著しく低下し、一方、35.0重量％を越える場合
には常温での破壊靭性値が低下する。
5.0重量％にする必要があり、これにより常温延性の改
善を図れる。その含有量が30.0重量％未満の場合には常
温延性が著しく低下し、一方、35.0重量％を越える場合
には常温での破壊靭性値が低下する。
【０００８】Ｆｅ及びＶは、β相を析出させるための元
素で、その含有量はそれぞれ1.8〜2.0重量％、1.4〜1.8
重量％にする必要があり、Ｆｅ及びＶのいずれについて
も下限値未満の場合には添加の効果（β相の析出）が不
十分となり、上限値を超える場合には脆くなる。また、
ＴｉＡｌ基合金材は、熱処理によりβ相を析出させるβ
相析出元素として、Ｆｅ及びＶの他に、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃ
ｒの内の少なくとも１つを含有していてもよい。ＴｉＡ
ｌ基合金材におけるＦｅ及びＶを含むβ相析出元素の含
有量は、１０．０重量％以下とする。
素で、その含有量はそれぞれ1.8〜2.0重量％、1.4〜1.8
重量％にする必要があり、Ｆｅ及びＶのいずれについて
も下限値未満の場合には添加の効果（β相の析出）が不
十分となり、上限値を超える場合には脆くなる。また、
ＴｉＡｌ基合金材は、熱処理によりβ相を析出させるβ
相析出元素として、Ｆｅ及びＶの他に、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃ
ｒの内の少なくとも１つを含有していてもよい。ＴｉＡ
ｌ基合金材におけるＦｅ及びＶを含むβ相析出元素の含
有量は、１０．０重量％以下とする。
【０００９】熱処理は、ＴｉＡｌ基合金をＡｒガス等の
不活性ガス雰囲気中で1170〜1300℃で８時間以上加熱保
持するもので、これにより合金の均質化処理が行われる
と共に、合金中にβ相が５〜10体積％析出する。熱処理
温度が1170℃未満の場合にはβ相が十分に析出せず、13
00℃を越える場合には結晶粒が粗大化してしまう。熱処
理時間が８時間未満の場合には、均質化処理とβ相析出
の両方を十分に行えないからであり、例えば均質化処理
が行われてもβ相が十分に析出しないことがある。
不活性ガス雰囲気中で1170〜1300℃で８時間以上加熱保
持するもので、これにより合金の均質化処理が行われる
と共に、合金中にβ相が５〜10体積％析出する。熱処理
温度が1170℃未満の場合にはβ相が十分に析出せず、13
00℃を越える場合には結晶粒が粗大化してしまう。熱処
理時間が８時間未満の場合には、均質化処理とβ相析出
の両方を十分に行えないからであり、例えば均質化処理
が行われてもβ相が十分に析出しないことがある。
【００１０】β相はｂ．ｃ．ｃ構造（体心立方構造）で
高温では比較的大きな変形能があることで知られ、高温
で金属とほぼ同様に塑性変形するので延性が期待でき
る。このβ相を５〜10体積％析出させるようにしたの
は、５〜10体積％析出させることで 800〜950 ℃の温度
で鍛造を行えるからであり、これにより通常の熱間鍛造
でＴｉＡｌ基鍛造合金材の加工を行えることになる。
高温では比較的大きな変形能があることで知られ、高温
で金属とほぼ同様に塑性変形するので延性が期待でき
る。このβ相を５〜10体積％析出させるようにしたの
は、５〜10体積％析出させることで 800〜950 ℃の温度
で鍛造を行えるからであり、これにより通常の熱間鍛造
でＴｉＡｌ基鍛造合金材の加工を行えることになる。
【００１１】従って、Ａｌを30.0〜35.0重量％、Ｆｅを
1.8〜2.0重量％、Ｖを1.4〜1.8重量％含有するＴｉＡｌ
基合金材に、不活性ガス雰囲気中、1170〜1300℃で８時
間以上加熱保持する熱処理を施すことにより、合金材中
に高温で延性が期待できるβ相が５〜１０体積％析出
し、800〜950℃の低い温度で鍛造を行える。これによ
り、通常の鍛造でＴｉＡｌ基合金材の加工を行えること
になる。すなわち、本発明は高温で延性が期待できるβ
相を積極的に利用しようとするもので、β相を５〜１０
体積％析出させて、ＴｉＡｌ基合金材を通常の合金鍛造
に近い条件で熱間鍛造が行えるようにしたものである。
1.8〜2.0重量％、Ｖを1.4〜1.8重量％含有するＴｉＡｌ
基合金材に、不活性ガス雰囲気中、1170〜1300℃で８時
間以上加熱保持する熱処理を施すことにより、合金材中
に高温で延性が期待できるβ相が５〜１０体積％析出
し、800〜950℃の低い温度で鍛造を行える。これによ
り、通常の鍛造でＴｉＡｌ基合金材の加工を行えること
になる。すなわち、本発明は高温で延性が期待できるβ
相を積極的に利用しようとするもので、β相を５〜１０
体積％析出させて、ＴｉＡｌ基合金材を通常の合金鍛造
に近い条件で熱間鍛造が行えるようにしたものである。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
説明する。
【００１３】まず、Ａｌを30.0〜35.0重量％、Ｆｅを1.
8〜2.0 重量％、Ｖを1.4〜1.8 重量％、Ｂを0.07〜0.12
重量％、Ｏ2 を0.06重量％以下、Ｎ2 を0.02重量％以下含
有するＴｉＡｌ基合金材を調製し、製造した。
8〜2.0 重量％、Ｖを1.4〜1.8 重量％、Ｂを0.07〜0.12
重量％、Ｏ2 を0.06重量％以下、Ｎ2 を0.02重量％以下含
有するＴｉＡｌ基合金材を調製し、製造した。
【００１４】次に、このＴｉＡｌ基合金材に熱処理を施
した。熱処理は、Ａｒガスなどの不活性ガス雰囲気中、
1170〜1300℃で８時間以上加熱保持することにより行
う。この熱処理の条件は、合金の均質化処理が行われる
と共に、常温では硬く脆いが高温では比較的大きい変形
能があるβ相が合金中に５〜１０体積％析出するように
規定されている。これは、本発明者らがＴｉＡｌ基合金
材を通常の金属合金に近い条件で鍛造成形することを可
能にするために見出したのである。すなわち、β相は常
温では硬く脆いため従来はβ相を析出させないようにし
ていたが、本発明では高温で延性が期待できるβ相を積
極的に利用しようとするもので、β相を５〜１０体積％
析出させる熱処理条件を見出したのである。
した。熱処理は、Ａｒガスなどの不活性ガス雰囲気中、
1170〜1300℃で８時間以上加熱保持することにより行
う。この熱処理の条件は、合金の均質化処理が行われる
と共に、常温では硬く脆いが高温では比較的大きい変形
能があるβ相が合金中に５〜１０体積％析出するように
規定されている。これは、本発明者らがＴｉＡｌ基合金
材を通常の金属合金に近い条件で鍛造成形することを可
能にするために見出したのである。すなわち、β相は常
温では硬く脆いため従来はβ相を析出させないようにし
ていたが、本発明では高温で延性が期待できるβ相を積
極的に利用しようとするもので、β相を５〜１０体積％
析出させる熱処理条件を見出したのである。
【００１５】まず、ＴｉＡｌ基合金のＡｌの割合によっ
て、常温での延性を改善することができることから、Ａ
ｌの含有量を30.0〜35.0重量％に特定した。
て、常温での延性を改善することができることから、Ａ
ｌの含有量を30.0〜35.0重量％に特定した。
【００１６】次に、高温加工性の改善を図るためにβ相
に着目した。β相はｂｃｃ構造（体心立方格子構造）で
高温では比較的大きな変形能があることで知られ、高温
で金属とほぼ同様に塑性変形するので延性が期待でき
る。このため、β相を析出させるために鋭意検討した結
果、β相析出元素としてＦｅ及びＶを含有するＴｉＡｌ
基合金材を作製し、このＴｉＡｌ基合金材に所定の熱処
理条件で熱処理を施すことを見出した。Ｆｅ及びＶの含
有量は、それぞれ1.8〜2.0重量％、1.4〜1.8重量％にす
る必要がある。これは、Ｆｅ及びＶのいずれについても
下限値未満の場合にはβ相の析出が十分でなく、上限値
を超えると脆くなるからである。また、ＴｉＡｌ基合金
材は、熱処理によりβ相を析出させるβ相析出元素とし
て、Ｆｅ及びＶの他に、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒの内の少なく
とも１つを含有していてもよい。ＴｉＡｌ基合金材にお
けるＦｅ及びＶを含むβ相析出元素の含有量は、１０．
０重量％以下とする。
に着目した。β相はｂｃｃ構造（体心立方格子構造）で
高温では比較的大きな変形能があることで知られ、高温
で金属とほぼ同様に塑性変形するので延性が期待でき
る。このため、β相を析出させるために鋭意検討した結
果、β相析出元素としてＦｅ及びＶを含有するＴｉＡｌ
基合金材を作製し、このＴｉＡｌ基合金材に所定の熱処
理条件で熱処理を施すことを見出した。Ｆｅ及びＶの含
有量は、それぞれ1.8〜2.0重量％、1.4〜1.8重量％にす
る必要がある。これは、Ｆｅ及びＶのいずれについても
下限値未満の場合にはβ相の析出が十分でなく、上限値
を超えると脆くなるからである。また、ＴｉＡｌ基合金
材は、熱処理によりβ相を析出させるβ相析出元素とし
て、Ｆｅ及びＶの他に、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒの内の少なく
とも１つを含有していてもよい。ＴｉＡｌ基合金材にお
けるＦｅ及びＶを含むβ相析出元素の含有量は、１０．
０重量％以下とする。
【００１７】熱処理条件は、ＴｉＡｌ基合金をＡｒガス
等の不活性ガス雰囲気中で約1170〜1300℃で８時間以上
加熱保持することとなる。これは、β相の析出量と合金
の鍛造特性の関係を調べた結果、β相を５〜10体積％析
出させることにより、約 800〜950 ℃の温度で鍛造を行
えることが分ったことに基づき規定された。具体的に
は、Ａｌ30.0〜35.0重量％、Ｆｅ 1.8〜2.0 重量％、Ｖ
1.4〜1.8 重量％、Ｂ0.07〜0.12重量％、Ｏ2 0.06重量
％以下，Ｎ2 0.02重量％以下、残部がＴｉからなるＴｉ
Ａｌ基合金を均質化処理した後、β相を析出するための
熱処理を施した。熱処理は、Ａｒガス雰囲気中で保持す
ることを、２，８，20時間について行った。その結果、
β相析出量と熱処理条件（温度）の関係を示す図１に示
すように、約1170〜1300℃の温度で８時間以上の保持で
β相が５〜10体積％析出することが分った。また、合金
の均質化処理は熱を利用することが多い（例えば1300℃
位の温度で行う）ため、約1170〜1300℃の温度でのβ相
の析出と合金の均質化処理との関係を調べた。その結
果、Ａｒガス雰囲気中で約1170〜1300℃の温度で８時間
以上加熱保持することにより、β相の析出と合金の均質
化処理の両方を行えることが分った。これによって熱処
理条件が特定された。
等の不活性ガス雰囲気中で約1170〜1300℃で８時間以上
加熱保持することとなる。これは、β相の析出量と合金
の鍛造特性の関係を調べた結果、β相を５〜10体積％析
出させることにより、約 800〜950 ℃の温度で鍛造を行
えることが分ったことに基づき規定された。具体的に
は、Ａｌ30.0〜35.0重量％、Ｆｅ 1.8〜2.0 重量％、Ｖ
1.4〜1.8 重量％、Ｂ0.07〜0.12重量％、Ｏ2 0.06重量
％以下，Ｎ2 0.02重量％以下、残部がＴｉからなるＴｉ
Ａｌ基合金を均質化処理した後、β相を析出するための
熱処理を施した。熱処理は、Ａｒガス雰囲気中で保持す
ることを、２，８，20時間について行った。その結果、
β相析出量と熱処理条件（温度）の関係を示す図１に示
すように、約1170〜1300℃の温度で８時間以上の保持で
β相が５〜10体積％析出することが分った。また、合金
の均質化処理は熱を利用することが多い（例えば1300℃
位の温度で行う）ため、約1170〜1300℃の温度でのβ相
の析出と合金の均質化処理との関係を調べた。その結
果、Ａｒガス雰囲気中で約1170〜1300℃の温度で８時間
以上加熱保持することにより、β相の析出と合金の均質
化処理の両方を行えることが分った。これによって熱処
理条件が特定された。
【００１８】そして、熱処理後、合金材を急冷し、その
後、大気中で鍛造を行った結果、約800〜950 ℃の低い
温度で鍛造を行えた。また加工速度（歪速度）も１×10
-2／ｓ〜１×10-3／ｓとなり、従来の恒温鍛造（１×10
-5／ｓ〜１×10-6／ｓ）に比して２桁以上も歪速度を速
くすることが可能となった。
後、大気中で鍛造を行った結果、約800〜950 ℃の低い
温度で鍛造を行えた。また加工速度（歪速度）も１×10
-2／ｓ〜１×10-3／ｓとなり、従来の恒温鍛造（１×10
-5／ｓ〜１×10-6／ｓ）に比して２桁以上も歪速度を速
くすることが可能となった。
【００１９】従って、Ａｌを30.0〜35.0重量％、Ｆｅを
1.8〜2.0重量％、Ｖを1.4〜1.8重量％含有するＴｉＡｌ
基合金材に、不活性ガス雰囲気中、1170〜1300℃で８時
間以上加熱保持する熱処理を施すことにより、合金中に
β相が５〜１０体積％以上析出するので、高温変形能に
すぐれたＴｉＡｌ基合金材を製造することができる。こ
れにより、従来、真空又は不活性ガス雰囲気中、1000〜
1150℃の温度で行っていた恒温鍛造加工を、大気中、80
0〜950℃の温度で行う通常の鍛造加工に変更することが
でき、かつ、鍛造温度を50〜350℃低減させることがで
きるので、設備費及び運転費を大幅に節約することがで
きる。また、鍛造速度が飛躍的に改善され、大気中での
鍛造加工が可能となるので、真空系設備が不要となり、
鍛造装置を簡素化することができ、かつ、操作・作業効
率が著しく向上する。尚、1000℃以上の大気中にＴｉＡ
ｌ基合金材を長時間保持すると、ＴｉＡｌ基合金材の表
面に多量の酸化層が発生し、表面が荒れてしまうので、
従来は真空又は不活性ガス雰囲気中で恒温鍛造加工を行
っていた。
1.8〜2.0重量％、Ｖを1.4〜1.8重量％含有するＴｉＡｌ
基合金材に、不活性ガス雰囲気中、1170〜1300℃で８時
間以上加熱保持する熱処理を施すことにより、合金中に
β相が５〜１０体積％以上析出するので、高温変形能に
すぐれたＴｉＡｌ基合金材を製造することができる。こ
れにより、従来、真空又は不活性ガス雰囲気中、1000〜
1150℃の温度で行っていた恒温鍛造加工を、大気中、80
0〜950℃の温度で行う通常の鍛造加工に変更することが
でき、かつ、鍛造温度を50〜350℃低減させることがで
きるので、設備費及び運転費を大幅に節約することがで
きる。また、鍛造速度が飛躍的に改善され、大気中での
鍛造加工が可能となるので、真空系設備が不要となり、
鍛造装置を簡素化することができ、かつ、操作・作業効
率が著しく向上する。尚、1000℃以上の大気中にＴｉＡ
ｌ基合金材を長時間保持すると、ＴｉＡｌ基合金材の表
面に多量の酸化層が発生し、表面が荒れてしまうので、
従来は真空又は不活性ガス雰囲気中で恒温鍛造加工を行
っていた。
【００２０】さらに、β相析出元素として、Ｆｅ及びＶ
の他に、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒの内の少なくとも１つを含有
していると、ＴｉＡｌ基合金材の耐酸化性が向上し、80
0〜950℃での酸化損傷は軽微なものとなる。すなわち、
ＴｉＡｌ基合金材を800〜950℃の大気中に保持すると、
ＴｉＡｌ基合金材といえども、その表面に多少の酸化層
が発生し表面が荒れてしまうが、β相析出元素として、
Ｆｅ及びＶの他に、耐酸化性を向上させ得るＮｂ、Ｍ
ｏ、Ｃｒの内の少なくとも１つを含有させることで、Ｔ
ｉＡｌ基合金材の酸化損傷を軽微なものとすることがで
きる。
の他に、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒの内の少なくとも１つを含有
していると、ＴｉＡｌ基合金材の耐酸化性が向上し、80
0〜950℃での酸化損傷は軽微なものとなる。すなわち、
ＴｉＡｌ基合金材を800〜950℃の大気中に保持すると、
ＴｉＡｌ基合金材といえども、その表面に多少の酸化層
が発生し表面が荒れてしまうが、β相析出元素として、
Ｆｅ及びＶの他に、耐酸化性を向上させ得るＮｂ、Ｍ
ｏ、Ｃｒの内の少なくとも１つを含有させることで、Ｔ
ｉＡｌ基合金材の酸化損傷を軽微なものとすることがで
きる。
【００２１】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、通常の熱
間鍛造で加工を行えるＴｉＡｌ基合金材を製造できると
いう優れた効果を発揮する。
間鍛造で加工を行えるＴｉＡｌ基合金材を製造できると
いう優れた効果を発揮する。
【図１】ＴｉＡｌ基合金を熱処理したときのβ相析出量
と温度との関係を示す図である。
と温度との関係を示す図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−274850（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−226538（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−257130（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−171862（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−285051（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22F 1/18 C22C 14/00 C22F 1/02
Claims (1)
- 【請求項１】 Ａｌを30.0〜35.0重量％、Ｆｅを1.8〜
2.0重量％、Ｖを1.4〜1.8重量％含有するＴｉＡｌ基合
金材に、不活性ガス雰囲気中、1170〜1300℃で８時間以
上加熱保持するという熱処理を施して合金中にβ相を５
〜１０体積％析出させることを特徴とするＴｉＡｌ基鍛
造合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08616793A JP3334231B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | ＴｉＡｌ基鍛造合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08616793A JP3334231B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | ＴｉＡｌ基鍛造合金の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06299305A JPH06299305A (ja) | 1994-10-25 |
| JP3334231B2 true JP3334231B2 (ja) | 2002-10-15 |
Family
ID=13879202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08616793A Expired - Fee Related JP3334231B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | ＴｉＡｌ基鍛造合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3334231B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11193431A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-21 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 精密鋳造用チタンアルミナイド及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-04-13 JP JP08616793A patent/JP3334231B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06299305A (ja) | 1994-10-25 |
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