JP3486209B2 - チタン合金の熱処理方法 - Google Patents
チタン合金の熱処理方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、宇宙航空機用材料，自
動車用材料，タービン用材料，機械構造部品用材料等の
幅広い分野で使用されるα＋β型チタン合金において、
その破壊抵抗Ｒ値をより一層向上させるのに利用される
α＋β型チタン合金の熱処理方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】チタン合金は、鋼と同程度の強度を有
し、しかも軽量で耐食性にも優れているため、従来から
宇宙航空機用材料やレーシング自動車部品用材料などと
して利用されており、β相が残留しないα型チタン合
金，高温安定相であるβ領域を常温まで拡げたβ型チタ
ン合金，β相をマトリックスとし且つα相を含んだ２相
合金であるα＋β型チタン合金がある。 【０００３】このうち、α＋β型チタン合金の代表的な
ものとして、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金があり、その他、
Ｔｉ−４Ａｌ−４Ｍｎ，Ｔｉ−２Ａｌ−２Ｍｎ，Ｔｉ−
７Ａｌ−４Ｍｏ，Ｔｉ−４Ａｌ−３Ｍｏ−１Ｖ，Ｔｉ−
８Ｍｎ，Ｔｉ−４Ａｌ−４Ｍｏ−２Ｓｎ−０．５Ｓｉ，
Ｔｉ−２．５Ａｌ−１６Ｖ，Ｔｉ−５Ａｌ−１．５Ｃｒ
−１．５Ｆｅ−１．５Ｍｏ，Ｔｉ−７Ａｌ−２Ｃｏ，Ｔ
ｉ−５Ａｌ−２Ｃｒ−１Ｆｅなどの合金がある。 【０００４】そしてとくに、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金
は、製造の際の加工性が良好であるため、各種の形状・
寸法の部材に加工され、加工歩留りも良く、溶接性も良
好で取扱いが容易であると共に、強度も高いため、使用
実績がもっとも大きいチタン合金である。 【０００５】従来、このようなα＋β型チタン合金、例
えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に対する熱処理方法とし
ては、（１）合金のα＋β相領域の低い温度、すなわち
７００℃で焼鈍して等軸α相＋残留β相を与える熱処理
方法や、（２）合金をα＋β相領域で溶体化処理して室
温に空冷し、５００〜７００℃の範囲の単一温度で応力
除去して等軸α＋変態β構造を与える熱処理方法があっ
た（特開昭５７−７９１５９号公報第（３）頁上段右欄
第１１行〜第１８行間）。 【０００６】一方、この種のα＋β型チタン合金におけ
る強度および靭性、とくに破壊靭性ＫＩＣがより一層向
上したものとなるように、α相含量とβ相含量とが平衡
するのに充分な時間、β変態温度以下２８℃からβ変態
温度以上５６℃までの温度範囲内で加熱して予備調整し
たのち室温まで冷却し、次いで、前記予備調整温度以下
２８℃から８４℃のα＋β相領域の温度まで再加熱して
大きな針状αを析出させたのち室温まで冷却し、さら
に、前記再加熱温度以下の温度で時効処理して合金を安
定化して、より大きな破壊靭性ＫＩＣを具備させるよう
にした二重溶体化処理による熱処理方法も開発された
（特公昭５２−２３９６６号公報）。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】このような二重溶体化
処理による熱処理方法では、溶体化処理１回による熱処
理方法に比べて、破壊靭性ＫＩＣをより一層向上させる
ことが可能であるが、破壊抵抗Ｒがより一層大きな値を
有していて破壊靭性ＫＩＣもより一層向上したものとす
ることができるα＋β型チタン合金の開発が望まれてい
るという課題があった。 【０００８】 【発明の目的】本発明は、上述した課題にかんがみてな
されたものであって、従来の二重溶体化処理したα＋β
型チタン合金よりも破壊抵抗Ｒがより一層大きな値を有
していて破壊靭性ＫＩＣもより一層向上したものとする
ことができる機械的性質により優れたα＋β型チタン合
金を提供することを目的としている。 【０００９】 本発明は、α＋β型チタン合金（但し、
Ｍｏを含まないか或いはＭｏ含有量が６重量％までのＮ
ｅａｒβ型チタン合金を除く）に熱処理を施すに際し、
先の溶体化処理としてβ域での溶体化処理を施して板状
のα相の大きさを制御し、次いで、後の溶体化処理とし
てα＋β域での溶体化処理を施して板状α相の量を制御
し、その後時効処理を施す手段を採用したことを特徴と
している。 【００１０】そして、本発明に係わるチタン合金の熱処
理方法の実施態様において、先の溶体化処理は、β変態
点以上からβ変態点より１００℃高い温度以下までの範
囲内の温度で且つ合金元素が十分均一化する時間で加熱
したのち急冷等により冷却する熱処理であるようにする
ことができ、例えば、先の溶体化処理としてβ域で比較
的短時間保持したのち水冷等による冷却により常温まで
冷却し、次いで再び加熱してα＋β域で保持したのち水
冷等の冷却により常温まで冷却し、その後時効処理を施
す熱処理とすることができる。 【００１１】本発明が適用されるチタン合金は、β相を
マトリックスとしかつα相を含んだα＋β２相合金であ
り、Ｏ，Ｃ，Ｎなどの非金属元素およびＡｌ，Ｓｎなど
の合金元素よりなるα安定型元素と、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃ
ｒ，Ｎｉ，Ｖ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａなどのβ安定型元素を
適宜の配合比としてα＋βの２相が得られるようにした
合金である。 【００１２】そしてとくに、α安定型元素としてＡｌを
数％加えてチタンの固溶強化をはかり、さらに第３元素
としてβ安定型元素を加えてβ基地の固溶強化をはかる
と共にα⇔β変態を調節して熱処理性を与えたα＋β型
チタン合金に適用される。 【００１３】このようなα＋β型チタン合金に熱処理を
施すに際し、先の溶体化処理としてβ域での溶体化処理
を施したのち、後の溶体化処理としてα＋β域での溶体
化処理を施し、その後時効処理を施す。 【００１４】そして、先の溶体化処理においては、合金
元素が十分均一化する時間で且つβ変態点以上（Ｔｉ−
６Ａｌ−４合金の場合はβＴ（すなわち、β−ｔｒａｎ
ｓｕｓ＝９９６℃以上）からβ変態点より１００℃高い
温度以下までの範囲内の温度（とくに、Ｔｉ−６Ａｌ−
４Ｖ合金の場合は１０００〜１１００℃の温度）で加熱
したのち水冷等により冷却する熱処理を行う。この場
合、溶体化処理温度が高すぎると延性を低下させること
となるので、β変態点より１００℃高い温度以下までと
することが望ましい。 【００１５】 【発明の作用】本発明に係わるα＋β型チタン合金の熱
処理方法では、上記した構成としたから、先の溶体化処
理によって、β粒径と関連する板状α相の大きさが制御
され、後の溶体化処理によって、板状α相の量が制御さ
れて、破壊抵抗Ｒ値を大きく支配する板状α相の大きさ
と量が制御されることとなって、従来の二重溶体化処理
材に比べて板状α相が大きくかつその量が多い合金とな
り、これによって、破壊抵抗Ｒ値が増大した機械的性質
により優れたα＋β型チタン合金となる。 【００１６】 【実施例】Ａｌ：６重量％、Ｖ：４重量％、Ｔｉ：実質
的に残部 よりなるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ系α＋β型チタ
ン合金に対し、表１に示す条件で先の第１回目の溶体化
処理（予備調整処理），後の第２回目の溶体化処理およ
び時効処理からなる熱処理を施したのち、板厚１０ｍｍ
のＣＴ試験片を作成し、亀裂成長長さ（Δａ）と破壊抵
抗（Ｒ）を調べた。この結果を表２および表３ならびに
図１に示す。 【００１７】 【表１】 【００１８】 【表２】【００１９】 【表３】【００２０】表２および表３ならびに図１より明らかな
ように、発明例のチタン合金では、比較例のチタン合金
に比べて、板状α相が大きくかつその量が多いため、破
壊抵抗Ｒ値は大きなものとなっていることが認められ
た。 【００２１】そして、このような発明例のチタン合金と
比較例のチタン合金において破壊抵抗Ｒ値に差が生じて
いるのは、主に板状α相に依存した亀裂進展の偏倚によ
るものと推定され、亀裂進展に対してより大きな偏倚を
有する発明例のチタン合金において、破壊抵抗Ｒ値によ
り大きな変動が認められた。 【００２２】 【発明の効果】本発明に係わるチタン合金の熱処理方法
では、α＋β型チタン合金（但し、Ｍｏを含まないか或
いはＭｏ含有量が６重量％までのＮｅａｒβ型チタン合
金を除く）に熱処理を施すに際し、先の溶体化処理とし
てβ域での溶体化処理を施して板状のα相の大きさを制
御し、次いで、後の溶体化処理としてα＋β域での溶体
化処理を施して板状α相の量を制御し、その後時効処理
を施す構成としたから、破壊抵抗Ｒ値がより大きなもの
となり、機械的性質がより一層向上した特性に優れたα
＋β型チタン合金を提供することが可能になるという著
しく優れた効果がもたらされる。
動車用材料，タービン用材料，機械構造部品用材料等の
幅広い分野で使用されるα＋β型チタン合金において、
その破壊抵抗Ｒ値をより一層向上させるのに利用される
α＋β型チタン合金の熱処理方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】チタン合金は、鋼と同程度の強度を有
し、しかも軽量で耐食性にも優れているため、従来から
宇宙航空機用材料やレーシング自動車部品用材料などと
して利用されており、β相が残留しないα型チタン合
金，高温安定相であるβ領域を常温まで拡げたβ型チタ
ン合金，β相をマトリックスとし且つα相を含んだ２相
合金であるα＋β型チタン合金がある。 【０００３】このうち、α＋β型チタン合金の代表的な
ものとして、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金があり、その他、
Ｔｉ−４Ａｌ−４Ｍｎ，Ｔｉ−２Ａｌ−２Ｍｎ，Ｔｉ−
７Ａｌ−４Ｍｏ，Ｔｉ−４Ａｌ−３Ｍｏ−１Ｖ，Ｔｉ−
８Ｍｎ，Ｔｉ−４Ａｌ−４Ｍｏ−２Ｓｎ−０．５Ｓｉ，
Ｔｉ−２．５Ａｌ−１６Ｖ，Ｔｉ−５Ａｌ−１．５Ｃｒ
−１．５Ｆｅ−１．５Ｍｏ，Ｔｉ−７Ａｌ−２Ｃｏ，Ｔ
ｉ−５Ａｌ−２Ｃｒ−１Ｆｅなどの合金がある。 【０００４】そしてとくに、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金
は、製造の際の加工性が良好であるため、各種の形状・
寸法の部材に加工され、加工歩留りも良く、溶接性も良
好で取扱いが容易であると共に、強度も高いため、使用
実績がもっとも大きいチタン合金である。 【０００５】従来、このようなα＋β型チタン合金、例
えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に対する熱処理方法とし
ては、（１）合金のα＋β相領域の低い温度、すなわち
７００℃で焼鈍して等軸α相＋残留β相を与える熱処理
方法や、（２）合金をα＋β相領域で溶体化処理して室
温に空冷し、５００〜７００℃の範囲の単一温度で応力
除去して等軸α＋変態β構造を与える熱処理方法があっ
た（特開昭５７−７９１５９号公報第（３）頁上段右欄
第１１行〜第１８行間）。 【０００６】一方、この種のα＋β型チタン合金におけ
る強度および靭性、とくに破壊靭性ＫＩＣがより一層向
上したものとなるように、α相含量とβ相含量とが平衡
するのに充分な時間、β変態温度以下２８℃からβ変態
温度以上５６℃までの温度範囲内で加熱して予備調整し
たのち室温まで冷却し、次いで、前記予備調整温度以下
２８℃から８４℃のα＋β相領域の温度まで再加熱して
大きな針状αを析出させたのち室温まで冷却し、さら
に、前記再加熱温度以下の温度で時効処理して合金を安
定化して、より大きな破壊靭性ＫＩＣを具備させるよう
にした二重溶体化処理による熱処理方法も開発された
（特公昭５２−２３９６６号公報）。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】このような二重溶体化
処理による熱処理方法では、溶体化処理１回による熱処
理方法に比べて、破壊靭性ＫＩＣをより一層向上させる
ことが可能であるが、破壊抵抗Ｒがより一層大きな値を
有していて破壊靭性ＫＩＣもより一層向上したものとす
ることができるα＋β型チタン合金の開発が望まれてい
るという課題があった。 【０００８】 【発明の目的】本発明は、上述した課題にかんがみてな
されたものであって、従来の二重溶体化処理したα＋β
型チタン合金よりも破壊抵抗Ｒがより一層大きな値を有
していて破壊靭性ＫＩＣもより一層向上したものとする
ことができる機械的性質により優れたα＋β型チタン合
金を提供することを目的としている。 【０００９】 本発明は、α＋β型チタン合金（但し、
Ｍｏを含まないか或いはＭｏ含有量が６重量％までのＮ
ｅａｒβ型チタン合金を除く）に熱処理を施すに際し、
先の溶体化処理としてβ域での溶体化処理を施して板状
のα相の大きさを制御し、次いで、後の溶体化処理とし
てα＋β域での溶体化処理を施して板状α相の量を制御
し、その後時効処理を施す手段を採用したことを特徴と
している。 【００１０】そして、本発明に係わるチタン合金の熱処
理方法の実施態様において、先の溶体化処理は、β変態
点以上からβ変態点より１００℃高い温度以下までの範
囲内の温度で且つ合金元素が十分均一化する時間で加熱
したのち急冷等により冷却する熱処理であるようにする
ことができ、例えば、先の溶体化処理としてβ域で比較
的短時間保持したのち水冷等による冷却により常温まで
冷却し、次いで再び加熱してα＋β域で保持したのち水
冷等の冷却により常温まで冷却し、その後時効処理を施
す熱処理とすることができる。 【００１１】本発明が適用されるチタン合金は、β相を
マトリックスとしかつα相を含んだα＋β２相合金であ
り、Ｏ，Ｃ，Ｎなどの非金属元素およびＡｌ，Ｓｎなど
の合金元素よりなるα安定型元素と、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃ
ｒ，Ｎｉ，Ｖ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａなどのβ安定型元素を
適宜の配合比としてα＋βの２相が得られるようにした
合金である。 【００１２】そしてとくに、α安定型元素としてＡｌを
数％加えてチタンの固溶強化をはかり、さらに第３元素
としてβ安定型元素を加えてβ基地の固溶強化をはかる
と共にα⇔β変態を調節して熱処理性を与えたα＋β型
チタン合金に適用される。 【００１３】このようなα＋β型チタン合金に熱処理を
施すに際し、先の溶体化処理としてβ域での溶体化処理
を施したのち、後の溶体化処理としてα＋β域での溶体
化処理を施し、その後時効処理を施す。 【００１４】そして、先の溶体化処理においては、合金
元素が十分均一化する時間で且つβ変態点以上（Ｔｉ−
６Ａｌ−４合金の場合はβＴ（すなわち、β−ｔｒａｎ
ｓｕｓ＝９９６℃以上）からβ変態点より１００℃高い
温度以下までの範囲内の温度（とくに、Ｔｉ−６Ａｌ−
４Ｖ合金の場合は１０００〜１１００℃の温度）で加熱
したのち水冷等により冷却する熱処理を行う。この場
合、溶体化処理温度が高すぎると延性を低下させること
となるので、β変態点より１００℃高い温度以下までと
することが望ましい。 【００１５】 【発明の作用】本発明に係わるα＋β型チタン合金の熱
処理方法では、上記した構成としたから、先の溶体化処
理によって、β粒径と関連する板状α相の大きさが制御
され、後の溶体化処理によって、板状α相の量が制御さ
れて、破壊抵抗Ｒ値を大きく支配する板状α相の大きさ
と量が制御されることとなって、従来の二重溶体化処理
材に比べて板状α相が大きくかつその量が多い合金とな
り、これによって、破壊抵抗Ｒ値が増大した機械的性質
により優れたα＋β型チタン合金となる。 【００１６】 【実施例】Ａｌ：６重量％、Ｖ：４重量％、Ｔｉ：実質
的に残部 よりなるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ系α＋β型チタ
ン合金に対し、表１に示す条件で先の第１回目の溶体化
処理（予備調整処理），後の第２回目の溶体化処理およ
び時効処理からなる熱処理を施したのち、板厚１０ｍｍ
のＣＴ試験片を作成し、亀裂成長長さ（Δａ）と破壊抵
抗（Ｒ）を調べた。この結果を表２および表３ならびに
図１に示す。 【００１７】 【表１】 【００１８】 【表２】【００１９】 【表３】【００２０】表２および表３ならびに図１より明らかな
ように、発明例のチタン合金では、比較例のチタン合金
に比べて、板状α相が大きくかつその量が多いため、破
壊抵抗Ｒ値は大きなものとなっていることが認められ
た。 【００２１】そして、このような発明例のチタン合金と
比較例のチタン合金において破壊抵抗Ｒ値に差が生じて
いるのは、主に板状α相に依存した亀裂進展の偏倚によ
るものと推定され、亀裂進展に対してより大きな偏倚を
有する発明例のチタン合金において、破壊抵抗Ｒ値によ
り大きな変動が認められた。 【００２２】 【発明の効果】本発明に係わるチタン合金の熱処理方法
では、α＋β型チタン合金（但し、Ｍｏを含まないか或
いはＭｏ含有量が６重量％までのＮｅａｒβ型チタン合
金を除く）に熱処理を施すに際し、先の溶体化処理とし
てβ域での溶体化処理を施して板状のα相の大きさを制
御し、次いで、後の溶体化処理としてα＋β域での溶体
化処理を施して板状α相の量を制御し、その後時効処理
を施す構成としたから、破壊抵抗Ｒ値がより大きなもの
となり、機械的性質がより一層向上した特性に優れたα
＋β型チタン合金を提供することが可能になるという著
しく優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例および比較例によるα＋β型チタン合
金の亀裂成長長さ：Δａと破壊抵抗：Ｒとの関係を示す
グラフである。
金の亀裂成長長さ：Δａと破壊抵抗：Ｒとの関係を示す
グラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(73)特許権者 500302552
株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロス
ペース
東京都千代田区大手町二丁目２番１号
(74)上記１名の代理人 100102141
弁理士 的場 基憲
(72)発明者 野 末 章
東京都千代田区紀尾井町７番１号 上智
大学 内
(72)発明者 大久保 忠 恒
東京都千代田区紀尾井町７番１号 上智
大学 内
(72)発明者 石 本 誠 二
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日
産自動車株式会社 内
(72)発明者 佐 藤 博
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日
産自動車株式会社 内
(56)参考文献 特開 昭61−44167（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−110756（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−136499（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22F 1/00 - 3/02
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 α＋β型チタン合金（但し、Ｍｏを含ま
ないか或いはＭｏ含有量が６重量％までのＮｅａｒβ型
チタン合金を除く）に熱処理を施すに際し、先の溶体化
処理としてβ域での溶体化処理を施して板状のα相の大
きさを制御し、次いで、後の溶体化処理としてα＋β域
での溶体化処理を施して板状α相の量を制御し、その後
時効処理を施すことを特徴とするα＋β型チタン合金の
熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22739293A JP3486209B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | チタン合金の熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22739293A JP3486209B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | チタン合金の熱処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0790523A JPH0790523A (ja) | 1995-04-04 |
| JP3486209B2 true JP3486209B2 (ja) | 2004-01-13 |
Family
ID=16860107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22739293A Expired - Fee Related JP3486209B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | チタン合金の熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3486209B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6228189B1 (en) | 1998-05-26 | 2001-05-08 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | α+β type titanium alloy, a titanium alloy strip, coil-rolling process of titanium alloy, and process for producing a cold-rolled titanium alloy strip |
| CN113275599B (zh) * | 2021-04-15 | 2023-03-31 | 西安理工大学 | 一种提高3d打印钛合金点阵结构强韧性的热处理方法 |
-
1993
- 1993-09-13 JP JP22739293A patent/JP3486209B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0790523A (ja) | 1995-04-04 |
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