JP3789852B2

JP3789852B2 - Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖα＋β型チタン合金の短時間２段階熱処理方法

Info

Publication number: JP3789852B2
Application number: JP2002151770A
Authority: JP
Inventors: 辰郎森田; 一博川嵜
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2022-05-27
Also published as: JP2003342704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖα＋β型合金の熱処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のα＋β型チタン合金の熱処理では、例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金においては、１１７２〜１２４１Ｋで０．５８〜３．６ｋｓ加熱後急冷の溶体化処理の後、７５５〜９６３Ｋで３．６〜７．２ｋｓの保持の時効処理を行い、降伏強さ１０９０ＭＰａ以上、引張り強さ１１６０ＭＰａ以上の機械的性質が得られた（Index of Specification and Standards part 1(1,July,1986 ）,MIL-H-81200）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の熱処理は長時間の加熱処理を要するために生産性が低く高コストになるという問題点があった。
【０００４】
そこで発明者らは、上記問題点を解決するために高周波誘導加熱により１０７３Ｋ〜１４７３Ｋの温度で１〜６００ｓの短時間加熱した後急冷することにより、降伏強さ１０００ＭＰａ以上、引張り強さ１２００ＭＰａ以上の機械的性質を得るα＋β型チタン合金の短時間高周波熱処理方法を開発し（特開平１１−８０９１６号）、生産性の向上を図った。
【０００５】
一方、上記発明の熱処理では１２００ＭＰａ以上の高い引張り強さが得られるが、引張り強さの割に降伏強さがやや低いという問題点があった。
【０００６】
本発明は、前記発明の熱処理方法を改善し、生産性を維持しながらさらに降伏強さを上げ、かつ絞り値を維持して靭性の高いＴｉ−６Ａｌ−４Ｖα＋β型チタン合金を得る熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖα＋β型チタン合金の短時間２段階熱処理方法は、高周波誘導加熱により１１７３〜１３７３Ｋまで急速加熱して１８０ｓ以下の短時間保持後急冷した後、７２３〜９７３Ｋまで急速加熱して１８０ｓ以下の短時間保持後冷却することを特徴とするものである。ここで１１７３〜１３７３Ｋの加熱後の冷却は急冷が重要である。急冷方法は水冷等いずれの方法でも良いが、空冷では不十分である。
【０００８】
すなわち本発明によれば、前述のように従来は長時間の加熱を要した溶体化処理と時効処理が１８０ｓ以下の短時間加熱で済むので、生産性が大幅に向上する。
【０００９】
ここで溶体化温度を１１７３〜１３７３Ｋとするのは、１１７３Ｋ以下ではβ安定化元素であるＶが十分拡散せずβ相がα’マルテンサイト化しないからであり、１３７３Ｋ以上では組織が粗大化するからである。この温度は望ましくは１１７３〜１２７３Ｋである。また、時効温度を７２３〜９７３Ｋとするのは、７２３Ｋ以下では時効が不十分で９７３Ｋ以上では逆に過時効となり引張り強さが低下するからである。この温度は望ましくは８２３〜９２３Ｋである。
【００１０】
また、急速な加熱速度を簡易に得るためには、本発明のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖα＋β型合金の熱処理方法の急速加熱は高周波誘導加熱によることが望ましい。
【００１１】
本発明の熱処理方法は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金において、前記熱処理後の機械的性質が降伏強さ１１５０ＭＰａ以上、引張り強さ１２５０ＭＰａ以上で絞り３０％以上を有する合金が得られるものである。すなわち、本発明はこのような高い強度で絞り３０％以上という高い靭性が得られることに特徴がある。なお、ここでいう絞り３０％以上の数値は図１の試験片による引張り試験における数値をいうものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本実施形態ではα＋β型チタン合金としてＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を選択し、図１に示す形状の試験片を作成した。まずこの試験片を１５０ｋＨｚの高周波により１２２３ｋまで２ｓで急速加熱し、６０ｓ保持後水冷して溶体化処理を行った。次にこの試験片を同周波数の高周波により５０Ｋごとに温度を変えて７７３〜９７３Ｋまで２ｓで加熱し、４０ｓ保持後空冷する時効処理を行った。この試験片について硬さ測定および引張り試験と透過型電子顕微鏡による観察を行った。
【００１３】
図２に硬さ測定および引張り試験の結果を示す。まず硬さにおいて、熱処理前の素材の硬さはＨｖ３１０であったが、前記溶体化処理によりＨｖ３６５まで硬化した。この溶体化処理した試料を７７３Ｋの時効処理した場合は硬さの上昇はないが、さらに時効処理温度を上げると硬さは増し８７３Ｋの時効処理によりＨｖ３８０の最高値を示した。８７３Ｋ以上の時効処理では逆に硬さが低下し９７３Ｋの処理でＨｖ３６０となった。
【００１４】
これにより引張り強さも、熱処理前の素材では１１２０ＭＰａであったが溶体化処理により１２７０ＭＰａまで強度が増した。７７３Ｋの時効処理により１３７０ＭＰａまで上昇し、さらに時効処理温度の上昇により引張り強さが増し、８７３Ｋの時効処理により１４００ＭＰａの最高値を示し、９７３Ｋの処理では１３１０ＭＰａとやや低下した。
【００１５】
降伏強さも引張り強さと同様な傾向を示した。すなわち、熱処理前の素材の降伏強さの９９０ＭＰａが溶体化処理のみでは１０４０ＭＰａとやや低かったが、７７３Ｋの時効処理により１１８０ＭＰａまで上昇し、さらに時効処理温度の上昇により引張り強さが増し、８７３Ｋの時効処理により１２５０ＭＰａの最高値を示し、９７３Ｋの処理では１２００ＭＰａとやや低下した。しかしこの降伏強さは溶体化処理のみに比して大幅に改善された。
【００１６】
絞り値は強度が増しても低下は少なく、８７３Ｋの時効処理の最高の引張り強さ１４００ＭＰａにおいても絞り３５％の値が得られた。
【００１７】
このように本発明の熱処理によれば、従来長時間の熱処理を要したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のＭＩＬ規格に従って熱処理を施した場合に得られる値以上の強度が短時間の処理で得られることが分かった。
【００１８】
電子顕微鏡観察の結果を図３および図４に示す。図３は溶体化処理後の組織を示し、図４は時効処理後の組織を示す。この結果溶体化処理によりα´相が形成され、時効処理によりα´相内に針状のα相が析出して組織が微細に寸断されることが明らかになった。このような組織の変化が前述の引張り強さと降伏強さを向上させたものである。
【００１９】
以上述べたように本発明のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖα＋β型チタン合金の熱処理方法によれば、前述のように従来の長時間の加熱を要した溶体化処理と時効処理が、１１７３〜１２７３Ｋで１８０ｓ以下の加熱急冷後、７７３〜９７３Ｋで１８０ｓ以下の短時間加熱で熱処理ができるので、生産性が大幅に向上する。この急速加熱は高周波誘導加熱により簡易に得ることができる。
【００２０】
このように本発明の熱処理方法によれば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の場合、降伏強さ１１５０ＭＰａ以上、引張り強さ１２５０ＭＰａ以上の高い強度で、絞り３０％以上の高い靭性が得られる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖα＋β型チタン合金の熱処理方法によれば、非常に短時間で高い強度と靭性を有するα＋β型チタン合金の熱処理ができるので、熱処理コストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の引張り試験片の形状を示す図である。
【図２】本発明実施例の硬さと引張り試験の試験結果を示す表である。
【図３】本発明実施例の溶体化処理後の電子顕微鏡組織である。
【図４】本発明実施例の時効処理後の電子顕微鏡組織である。

Claims

Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖα＋β型チタン合金の熱処理において、高周波誘導加熱により１１７３〜１３７３Ｋまで急速加熱して１８０ｓ以下の短時間保持後、水冷以上の冷却速度で急冷した後、７２３〜９７３Ｋまで急速加熱して１８０ｓ以下の短時間保持後冷却し、熱処理後の機械的性質が降伏強さ１１５０ＭＰａ以上、引張り強さ１２５０ＭＰａ以上で絞り３０％以上を有することを特徴とするＴｉ−６Ａｌ−４Ｖα＋β型チタン合金の短時間２段階熱処理方法。