JP5855565B2 - Titanium alloy mixed powder containing ceramics, densified titanium alloy material using the same, and method for producing the same - Google Patents

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Description

本願発明は、チタン合金粉末にセラミックス粉を混合してなるチタン合金混合粉、これを用いたチタン合金材およびその製造方法に係り、特に、チタン合金スクラップまたはチタン合金インゴットを原料としたチタン合金材料およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a titanium alloy mixed powder obtained by mixing a ceramic powder with a titanium alloy powder , a titanium alloy material using the same, and a method for producing the same, and in particular, a titanium alloy material made from titanium alloy scrap or titanium alloy ingot. And a manufacturing method thereof.

チタン合金は、中でも特にTi−6Al−4V合金は、航空機用として古くから知られている。このチタン合金は、Al−V合金を適切な量だけ配合した後、プレス成形してブリケットとし、次いで前記ブリケットを相互に接合することで溶解用電極とし、この溶解用電極を真空アーク溶解炉にセットして真空中で溶解して、合金インゴットを製造する真空アーク溶解法で製造される。または、チタン材およびAl−V母合金からなる溶解原料をハースに供給して電子ビームを照射してこれらを溶解させ、この溶湯を下流に設けた鋳型に流し込んで合金インゴットを製造する電子ビーム溶解法によっても製造される。   Titanium alloys, particularly Ti-6Al-4V alloys, have been known for a long time, especially for aircraft. This titanium alloy is blended with an appropriate amount of Al-V alloy, then press-molded into briquettes, and then the briquettes are joined together to form a melting electrode. This melting electrode is placed in a vacuum arc melting furnace. It is manufactured by a vacuum arc melting method in which an alloy ingot is manufactured by setting and melting in a vacuum. Alternatively, a melting raw material made of a titanium material and an Al-V mother alloy is supplied to Hearth and irradiated with an electron beam to melt them, and this molten metal is poured into a mold provided downstream to produce an alloy ingot. Manufactured by law.

しかしながら、溶解法においては、合金原料である微細な顆粒状原料を溶湯に分散させようとしても、顆粒状原料同士が溶解時に溶湯内で凝集し、均一に分散させることが難しい、という課題を有する。   However, in the melting method, there is a problem that even if a fine granular raw material that is an alloy raw material is dispersed in the molten metal, the granular raw materials are aggregated in the molten metal at the time of melting and are difficult to disperse uniformly. .

さらに、Ti−6Al−4V合金では、合金原料であるAl−V母合金が高価なために、結果的に溶製されたチタン合金インゴットのコストが高価になり、更なる市場拡大のためには、現状に比べて安価なチタン合金材の製造方法が求められている。   Furthermore, in the Ti-6Al-4V alloy, since the Al-V master alloy, which is an alloy raw material, is expensive, the resulting cost of the titanium alloy ingot that has been melted becomes high, so that further market expansion is possible. Therefore, there is a demand for a method for producing a titanium alloy material that is less expensive than the current situation.

上述の溶解法に対して、粉末法においては、原料粉末と微細粒子の混合が均一であれば、焼結後の製品も微細粒子が均一に分散した状態が維持される。   In contrast to the above-described dissolution method, in the powder method, if the mixing of the raw material powder and the fine particles is uniform, the sintered product maintains a state in which the fine particles are uniformly dispersed.

しかしながら、チタン合金粉は、純チタン粉に比べて、加工性あるいは成形性が悪く、その結果、焼結密度が上がりにくいという別の課題があることが知られている。特に、Ti−6Al−4V合金に対しては、塑性変形能が小さく、よって、粉末法による通常の方法では、焼結密度が上がり難いという課題がある(例えば、特許文献1参照)。   However, it is known that the titanium alloy powder has another problem that the workability or formability is worse than the pure titanium powder, and as a result, the sintered density is difficult to increase. In particular, the Ti-6Al-4V alloy has a problem that the plastic deformability is small, and thus the sintering density is difficult to increase by a normal method using a powder method (see, for example, Patent Document 1).

そのために、6Al−4V合金の粉末法では、チタン合金粉末ではなく、純チタン粉末とAl−40%V金粉末を原料とする素元素混合法(以降、BE法「Blended Elemental Powder Metallurgy Process」と呼ぶ場合がある。)が用いられている。   Therefore, in the powder method of 6Al-4V alloy, the elemental mixing method using pure titanium powder and Al-40% V gold powder as raw materials instead of titanium alloy powder (hereinafter referred to as the BE method “Blended Elemental Powder Metallurgy Process”) Is sometimes used).

しかしながら、素元素混合法の場合に用いるAl−40%V粉末またはAl粉末およびV粉末は、いずれも非常に高価であるために、粉末法で製造したチタン合金も非常に高価なものとなる。   However, since the Al-40% V powder or Al powder and V powder used in the case of the elementary element mixing method are all very expensive, the titanium alloy produced by the powder method is also very expensive.

また、通常は、粉末成形された固形分を真空焼結後、更に、HIP(Hot Isostatic Press、熱間等方圧圧縮)処理することにより緻密なチタン合金材が製造されている。しかし、一般にHIP処理は、プロセス費用が高く、製品も非常に高額となってしまうために、特殊な用途に限定されているのが現状である。   Further, a dense titanium alloy material is usually produced by vacuum-sintering the solid content that has been powder-molded and then subjecting it to a HIP (Hot Isostatic Press) process. However, the HIP process is generally limited to special applications because the process cost is high and the product is very expensive.

このような点については、例えば、素粉末混合法をハンター法で製造された安価なチタン粉末とする技術、第三成分を添加して強度や靭性が改善されることを記した公知文献も知られている(例えば、特許文献1および非特許文献1参照)。   Regarding such points, for example, there is also known a technique in which the raw powder mixing method is an inexpensive titanium powder produced by the Hunter method, and publicly known documents that describe the addition of the third component to improve the strength and toughness. (For example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1には、焼結後のチタン合金中の気孔径が、50μm以下と規定されており、同文献に開示されている材料よりも、更に高い強度が求められる材料には、更に気孔径の小さいチタン合金が求められ、この点についての改善が求められている。   However, Patent Document 1 stipulates that the pore diameter in the titanium alloy after sintering is 50 μm or less, and for materials that require higher strength than the material disclosed in the same document, A titanium alloy having a small pore diameter is required, and improvement in this respect is required.

このように、チタン合金粉を真空焼結後、更にHIP処理した場合であっても、残留空孔が生じて、製造されたチタン合金材の焼結密度が上がらないという課題が残されている。   Thus, even when the titanium alloy powder is subjected to HIP treatment after vacuum sintering, there remains a problem that residual voids are generated and the sintered density of the manufactured titanium alloy material does not increase. .

特開平5−009630号公報JP-A-5-009630

齋藤卓、古田忠彦著、豊田中央研究所R&Dレビュー Vol.29(1994) No.3(9月)第49頁Takashi Saito, Tadahiko Furuta, Toyota Central R & D Review Vol. 29 (1994) no. 3 (September), p. 49

本願発明は、チタン合金スクラップまたはチタン合金インゴットを原料として、粉末法により、品質の優れたチタン合金混合粉、チタン合金材およびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a titanium alloy mixed powder, a titanium alloy material excellent in quality and a method for producing the same by a powder method using titanium alloy scrap or titanium alloy ingot as a raw material.

かかる実情に鑑み前記課題について鋭意検討を進めたところ、前記チタン合金スクラップまたはチタン合金インゴットを原料として、これを、水素化して、水素化チタン合金とした後、粉砕・篩別して水素化チタン合金粉とし、これに、第三の成分を添加した後、脱水素することにより、または、前記チタン合金スクラップまたはチタン合金インゴットを原料として、これを、水素化して、水素化チタン合金とした後、粉砕・篩別して水素化チタン合金粉とし、脱水素することにより、チタン合金粉を得、これに、第三の成分を添加することにより、組成の均一なチタン合金混合粉を安価に製造できることを知見し、本願発明を完成するに至った。 In view of the actual situation, the above-mentioned problems have been intensively studied. The titanium alloy scrap or the titanium alloy ingot is used as a raw material, which is hydrogenated to obtain a titanium hydride alloy, which is then pulverized and sieved to obtain titanium hydride alloy powder Then, after adding the third component to this, dehydrogenation, or using the titanium alloy scrap or titanium alloy ingot as a raw material, this is hydrogenated to obtain a titanium hydride alloy, and then pulverized · sieved to a titanium hydride alloy powder, by dehydrogenation, to obtain a titanium alloy powder, to which, by adding a third component, findings that can be manufactured inexpensively homogeneous titanium alloy powder mixture composition As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本願発明のチタン合金混合粉は、チタン合金原料を水素化して製造された水素化チタン合金粉を脱水素して得られたチタン合金粉に、セラミックス粉が混合されてなるチタン合金混合粉であって、セラミックス粉として、SiO 、TiO のいずれか1種類以上が0.05〜0.15wt%混合され、セラミックス粉の平均粒径が0.8〜2μmであることを特徴とする。 That is, the titanium alloy mixed powder of the present invention is a titanium alloy mixed powder obtained by mixing a ceramic powder with a titanium alloy powder obtained by dehydrogenating a titanium hydride alloy powder produced by hydrogenating a titanium alloy raw material. In addition, as ceramic powder, one or more of SiO 2 and TiO 2 are mixed in an amount of 0.05 to 0.15 wt%, and the average particle diameter of the ceramic powder is 0.8 to 2 μm. .

本願発明にかかるチタン合金混合粉は、チタン合金粉に添加するセラミックス粉のそれぞれの添加量が、0.01〜0.15wt%であって、更に、2種以上複合添加した場合の合計量が、0.01〜0.3wt%であることを好ましい態様とするものである。 In the titanium alloy mixed powder according to the present invention, the amount of each ceramic powder added to the titanium alloy powder is 0.01 to 0.15 wt%, and the total amount when two or more kinds are added in combination is further added. , 0.01-0.3 wt% is a preferred embodiment.

本願発明にかかるチタン合金混合粉は、チタン合金粉の粒度が、150μm以下であることを好ましい態様とするものである。 The titanium alloy mixed powder according to the present invention has a preferable aspect in which the particle size of the titanium alloy powder is 150 μm or less.

本願発明にかかるチタン合金混合粉は、前記チタン合金粉原料が、アルミニウムおよびバナジウムを含有、または、アルミニウムおよびバナジウムに加えてジルコニウム、スズ、モリブデン、鉄、クロムの中から少なくとも1種または2種以上含有されていることを好ましい態様とするものである。 In the titanium alloy mixed powder according to the present invention, the titanium alloy powder raw material contains aluminum and vanadium, or in addition to aluminum and vanadium, at least one or more of zirconium, tin, molybdenum, iron, and chromium It is a preferred embodiment that it is contained.

本願発明にかかるチタン合金混合粉の製造方法は、チタン合金原料を水素化して水素化チタン合金原料とした後、粉砕して水素化チタン合金粉とし、セラミックス粉を添加してから脱水素するか、または、脱水素してからセラミックス粉を添加混合することを好ましい態様とするものである。 The method for producing a titanium alloy mixed powder according to the present invention is a method of hydrogenating a titanium alloy raw material to obtain a titanium hydride alloy raw material, then crushing it to obtain a titanium hydride alloy powder, adding ceramic powder and then dehydrogenating. Alternatively, it is preferable to add and mix ceramic powder after dehydrogenation.

本願発明に係るチタン合金材の製造方法は、上述のチタン合金混合粉を、CIP処理(Cold Isostatic Press、冷間等方圧圧縮)後、次いでHIP処理する、または、上述のチタン合金混合粉をカプセル封入後HIP処理することを好ましい態様とするものである。 The titanium alloy material manufacturing method according to the present invention includes the above-described titanium alloy mixed powder subjected to CIP treatment (Cold Isostatic Press) and then HIP-treated, or the above-described titanium alloy mixed powder It is preferable to perform HIP treatment after encapsulation.

本願発明に係るチタン合金材は、上述の方法で製造されたものであることを特徴とするものである。   The titanium alloy material according to the present invention is manufactured by the method described above.

更に、本願発明に係るチタン合金材の真密度に対する合金材の密度の比が、99%以上であることを好ましい態様とするものである。   Furthermore, it is preferable that the ratio of the density of the alloy material to the true density of the titanium alloy material according to the present invention is 99% or more.

以上本願発明に係るチタン合金混合粉は、溶解および凝固を経ないため、セラミックス成分の分布がCIP処理後、次いでHIP処理することにより、または、カプセルに封入後HIP処理することにより、添加時の均一微細な状態が維持され、その結果、セラミックス粒子が均一微細に分布したチタン合金材が製造でき、強度、靭性の高いチタン合金材を安価に提供することができるという効果を奏するものである。 As described above, since the titanium alloy mixed powder according to the present invention does not undergo melting and solidification, the distribution of the ceramic component is subjected to CIP treatment and then HIP treatment, or encapsulated in a capsule and then subjected to HIP treatment. A uniform and fine state is maintained. As a result, a titanium alloy material in which ceramic particles are uniformly and finely distributed can be manufactured, and a titanium alloy material having high strength and toughness can be provided at low cost.

本願発明に係るチタン合金混合粉およびチタン合金材の製造に係る好ましい態様を表すチャート図である(セラミックスを脱水素化前に添加)。It is a chart figure showing the desirable mode concerning manufacture of titanium alloy mixed powder and titanium alloy material concerning the present invention (ceramics are added before dehydrogenation). 本願発明に係るチタン合金混合粉およびチタン合金材の製造に係る好ましい態様を表すチャート図である(セラミックスを脱水素化後に添加)。It is a chart figure showing a desirable mode concerning manufacture of titanium alloy mixed powder and titanium alloy material concerning the present invention (addition of ceramics after dehydrogenation).

本願発明の最良の実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
本願発明に係るチタン合金混合粉は、チタン合金粉末にセラミックス粉が配合されていることを特徴とするものである。本願発明に係るセラミックス粉は、SiC、TiC、SiO、TiOまたは、Alの中から少なくとも1種以上選択されたものであることを好ましい態様とするものである。ここで、添字xは、1≦x≦2の範囲をとる実数であり、x=1の場合は、SiOを意味し、x=2の場合には、SiOを意味する。TiOについても同様である。
The best embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The titanium alloy mixed powder according to the present invention is characterized in that ceramic powder is blended with the titanium alloy powder . The ceramic powder according to the present invention preferably has at least one selected from SiC, TiC, SiO X , TiO X, or Al 2 O 3 . Here, the subscript x is a real number having a range of 1 ≦ x ≦ 2, and when x = 1, it means SiO, and when x = 2, it means SiO 2 . The same applies to TiO X.

これらのセラミックス粉をチタン合金粉に適量添加してチタン合金混合粉とした後、これを加圧成形して生成されるチタン焼結合金の製造過程において、チタン合金中に均一に拡散し、結果的にセラミックス粉による分散強化されたチタン焼結合金を得ることができるという効果を奏するものである。 An appropriate amount of these ceramic powders is added to the titanium alloy powder to form a titanium alloy mixed powder, which is then uniformly formed in the titanium alloy during the production process of the titanium sintered alloy produced by pressure molding. In particular, there is an effect that it is possible to obtain a dispersion-strengthened titanium sintered alloy with ceramic powder.

また、前記SiCやTiCは、粉末状のみならず、ウィスカー状のSiCやTiCを使用することもできる。ウィスカー状のSiCやTiCをチタン粉に配合することにより、焼結生成されたチタン合金の強度も格段に改善することができるという効果を奏するものである。前記したウィスカー状のSiCやTiCは、アスペクト比が5〜50の範囲の中にあるものを使用することが好ましい。   The SiC and TiC can be used in the form of whisker-like SiC or TiC as well as powder. By blending whisker-like SiC or TiC with titanium powder, the strength of the titanium alloy produced by sintering can be remarkably improved. It is preferable to use the whisker-like SiC or TiC having an aspect ratio in the range of 5 to 50.

また、上述のセラミックス粉のうち、SiCやTiCは、チタン合金と反応して、新たに、TiSiやTiCを生成させることができる。 Of the ceramic powders described above, SiC and TiC can react with the titanium alloy to newly generate TiSi 2 and TiC.

その結果、TiSiは、チタン合金の靭性を改善することができるという効果を奏するものである。また、成形加工中に生成したTiCは、チタン合金マトリックスとの整合性が良好であり、合金元素としてTiCを添加した場合に比べてより高い強度を発揮させることができるという、従来にはない効果を奏するものである。 As a result, TiSi 2 has an effect that the toughness of the titanium alloy can be improved. In addition, TiC produced during the forming process has good consistency with the titanium alloy matrix, and can exhibit higher strength than the case where TiC is added as an alloy element. It plays.

本願発明係るチタン合金原料は、チタン合金切粉、チタン合金鍛造片、あるいは、チタン合金棒の端材等の合金スクラップ及び合金インゴットを好適に使用することができる。 As the titanium alloy raw material according to the present invention , alloy scraps such as titanium alloy chips, titanium alloy forged pieces, or ends of titanium alloy rods, and alloy ingots can be suitably used.

これらのチタン合金原料は、所定の長さ、あるいは、大きさにサイジングすることが好ましい。例えば、合金切粉の場合には、100mm以下の長さに、切断することが好ましい。前記のような長さに切断することにより、次工程の水素化工程を効率よく進めることができるという効果を奏するものである。また、鍛造片のようなブロック状の合金スクラップでは、水素化炉に入る程度の大きさであれば特に支障がない。チタン合金インゴットでは、切削加工で切粉とし、所定のサイズに調整することが好ましい。   These titanium alloy raw materials are preferably sized to a predetermined length or size. For example, in the case of alloy chips, it is preferable to cut to a length of 100 mm or less. By cutting into the above lengths, there is an effect that the next hydrogenation step can be efficiently advanced. In addition, block-shaped alloy scraps such as forged pieces are not particularly problematic as long as they are large enough to enter the hydrogenation furnace. In a titanium alloy ingot, it is preferable to adjust to a predetermined size by cutting into chips.

前記のように処理して調整されたチタン合金原料は、水素雰囲気下での水素化処理工程に供される。水素化処理は、500〜650℃の温度域で行なうことが好ましい。合金原料の水素化処理反応は、発熱反応であるため、水素化反応の進行に伴い、加熱炉による昇温操作は不要であり自発的に水素化反応を進めることができる。   The titanium alloy raw material prepared by processing as described above is subjected to a hydrogenation process in a hydrogen atmosphere. The hydrogenation treatment is preferably performed in a temperature range of 500 to 650 ° C. Since the hydrogenation reaction of the alloy raw material is an exothermic reaction, with the progress of the hydrogenation reaction, the temperature raising operation by the heating furnace is unnecessary, and the hydrogenation reaction can proceed spontaneously.

水素化処理された合金原料(以降、単に「水素化チタン合金」と略称する場合がある。)は、室温まで冷却後、アルゴンガス等の不活性雰囲気で所定の粒度になるまで粉砕・篩別することが好ましい。続いて、本願発明に係るセラミックス粉を適量添加することが好ましい。   Hydrogenated alloy raw material (hereinafter sometimes simply referred to as “titanium hydride alloy”) is cooled to room temperature and then ground and sieved to a predetermined particle size in an inert atmosphere such as argon gas. It is preferable to do. Subsequently, it is preferable to add an appropriate amount of the ceramic powder according to the present invention.

セラミックス粉を添加した水素化チタン合金粉は、次いで、脱水素処理することが好ましく、減圧雰囲気に保持された雰囲気中で高温域まで加熱処理することで効果的に脱水素処理を進めることができる。   Next, the titanium hydride alloy powder to which ceramic powder is added is preferably subjected to dehydrogenation treatment, and the dehydrogenation treatment can be effectively advanced by heat treatment up to a high temperature range in an atmosphere maintained in a reduced pressure atmosphere. .

脱水素処理温度は、500℃〜800℃の温度域で行うことが好ましい。脱水素反応は、前記の水素化処理反応と異なり吸熱反応であるために、水素化合金粉からの水素の発生がなくなるまで、加熱操作が必要とされる。   The dehydrogenation treatment temperature is preferably performed in a temperature range of 500 ° C to 800 ° C. Since the dehydrogenation reaction is an endothermic reaction unlike the above-described hydrogenation reaction, a heating operation is required until hydrogen is no longer generated from the hydrogenated alloy powder.

前記脱水素処理が完了した水素化チタン合金粉は、相互に焼結している場合があり、この場合には、再度、粉砕および篩別処理を行なうことが好ましい。   The titanium hydride alloy powder that has been subjected to the dehydrogenation treatment may be sintered with each other. In this case, it is preferable to perform pulverization and sieving again.

所定の粒度になるまで粉砕・篩別された水素化チタン合金粉末は、そのまま脱水素処理されても良い。脱水素処理が完了したチタン合金粉に、本願発明に係るセラミックス粉をチタン合金粉に添加混合することが好ましい。この場合の添加・混合はV型混合機等、通常の混合手段を用いることができる。   The titanium hydride alloy powder pulverized and sieved to a predetermined particle size may be dehydrogenated as it is. The ceramic powder according to the present invention is preferably added to and mixed with the titanium alloy powder after the dehydrogenation treatment has been completed. In this case, normal mixing means such as a V-type mixer can be used for addition and mixing.

前述のようにセラミックス粉の添加は、脱水素処理前でも、脱水素処理後でも良い。脱水素処理前にセラミックス粉を添加すると、脱水素処理時のチタン合金粉末の凝集・焼結を防止することができ、また、チタン合金粉末の酸素含有量を低く抑える事が出来る。しかし、脱水素処理炉や、脱水素処理後の粉砕・篩別の設備を添加するセラミックスの品種別管理する必要があり、工程負荷が増えるという欠点も有する。   As described above, the ceramic powder may be added before or after the dehydrogenation treatment. When ceramic powder is added before the dehydrogenation treatment, aggregation and sintering of the titanium alloy powder during the dehydrogenation treatment can be prevented, and the oxygen content of the titanium alloy powder can be kept low. However, it is necessary to manage each type of ceramic to which a dehydrogenation furnace and pulverization / sieving equipment after dehydrogenation are added, which has a drawback that the process load increases.

セラミックス粉を添加する前に脱水素処理を行なうと、脱水素処理をより効率よく行なう事が出来る。また、脱水素炉、粉砕・篩別設備の管理が容易という長所を有する。   If the dehydrogenation process is performed before adding the ceramic powder, the dehydrogenation process can be performed more efficiently. In addition, it has the advantage of easy management of dehydrogenation furnace and crushing / sieving equipment.

本願発明においては、粉砕・篩別後の水素化チタン合金粉の粒度は、10μm〜150μmの範囲に整粒しておくことが好ましい。前記のような粒度範囲に整粒しておくことにより、緻密化工程での緻密化が促進される。   In the present invention, the particle size of the titanium hydride alloy powder after pulverization and sieving is preferably sized in the range of 10 μm to 150 μm. Densification in the densification step is promoted by adjusting the particle size within the above particle size range.

本願発明に用いるセラミックス粉は、SiC、SiO、TiO、TiC、またはAlの粒度から、少なくとも1種以上用いることが好ましい。セラミックス粉の粒度は、0.01〜50μm、より好ましくは0.1〜20μmの範囲が好ましい。 It is preferable to use at least one ceramic powder used in the present invention from the particle sizes of SiC, SiO x , TiO x , TiC, or Al 2 O 3 . The particle size of the ceramic powder is preferably 0.01 to 50 μm, more preferably 0.1 to 20 μm.

セラミックス粉が、0.01μm未満の微細粉では、チタン合金粉との混合時に第三成分の粉末同士が凝集する場合が有り、好ましくない。一方、セラミックス粉が、50μm超では、分散性が十分でなく好ましくない。   If the ceramic powder is a fine powder of less than 0.01 μm, the powder of the third component may be aggregated when mixed with the titanium alloy powder, which is not preferable. On the other hand, when the ceramic powder exceeds 50 μm, the dispersibility is not sufficient, which is not preferable.

本願発明においては、前記セラミックス粉の配合比率は、TiC、TiO、SiC、SiO、Alの単独添加の場合、それぞれの含有量が0.01〜0.15wt%、2種以上複合添加した場合の合計含有量が0.01〜0.3wt%が好ましい範囲とされる。前記のような範囲に配合することにより、本願発明に係るチタン合金材粉を原料として加工成形処理されたチタン合金材の機械的特性を最大限に引き出すことができる。 In the present invention, the mixing ratio of the ceramic powder is 0.01 to 0.15 wt%, 2 or more in the case of adding TiC, TiO x , SiC, SiO x , and Al 2 O 3 alone. A total content of 0.01 to 0.3 wt% when added in combination is a preferable range. By mix | blending in the above ranges, the mechanical characteristic of the titanium alloy material processed and formed from the titanium alloy material powder according to the present invention as a raw material can be maximized.

本願発明においては、前記緻密化処理は、CIPまたはHIPを適宜、組み合わせて処理することが好ましい。   In the present invention, the densification treatment is preferably performed by appropriately combining CIP or HIP.

例えば、上述の方法で得られたチタン合金混合粉をCIPラバーに充填して、100〜200MPaで処理した後、次いで、HIPカプセルに充填し、β変態点を越えない温度において50〜200MPaの圧力で1〜5Hr、HIP処理することが好ましい。このようなCIP処理後、次いで行うHIP処理を行なうことにより緻密化されたチタン合金材料を得ることができる。 For example, the titanium alloy mixed powder obtained by the above method is filled into a CIP rubber, treated at 100 to 200 MPa, then filled into a HIP capsule, and a pressure of 50 to 200 MPa at a temperature not exceeding the β transformation point. It is preferable to perform HIP treatment for 1 to 5 hours. A densified titanium alloy material can be obtained by performing a subsequent HIP process after such a CIP process.

また、前記した上述の方法で得られたチタン合金混合粉を、CIP処理しないで、HIPカプセルに充填し、β変態点を越えない温度において50〜200MPaの圧力で1〜5Hr、HIP処理することが好ましい。このようなHIP処理単独でも行なうことにより緻密化されたチタン合金材料を得ることができる。 Moreover, the titanium alloy mixed powder obtained by the above-mentioned method is filled in a HIP capsule without performing CIP treatment, and is subjected to HIP treatment at a pressure not exceeding the β transformation point at a pressure of 50 to 200 MPa for 1 to 5 hours. Is preferred. A densified titanium alloy material can be obtained by performing such HIP treatment alone.

次に、合金スクラップに配合した各種セラミックス粉の添加によるチタン合金材には、前記した焼結過程でその作用効果を奏するものである。   Next, the titanium alloy material obtained by adding various ceramic powders blended in the alloy scrap exhibits its effects in the above-described sintering process.

そこで、本願発明に係るセラミックス粉の個別の効果について以下に述べる。
SiC添加の作用効果
水素化合金粉に添加するSiCは、市販されている粉末状の試料を用いることができる。当該実施態様においては、前記チタン合金粉の重量に対して、SiC粉を0.01%〜0.15%の範囲に配合することが好ましい。また、添加するSiCの粒度は0.01μm〜50μmが好ましく、更には0.1μm〜20μmがより好ましい。
Therefore, individual effects of the ceramic powder according to the present invention will be described below.
Effect of adding SiC
As SiC added to the hydrogenated alloy powder, a commercially available powder sample can be used. In the said embodiment, it is preferable to mix | blend SiC powder in 0.01%-0.15% of range with respect to the weight of the said titanium alloy powder. The particle size of SiC to be added is preferably 0.01 μm to 50 μm, and more preferably 0.1 μm to 20 μm.

前記した範囲に制御することにより、本願発明に係るチタン合金粉をCIP処理後、次いでHIP処理することにより、または、カプセルに封入後HIP処理することにより最終製品であるチタン合金材の特性に悪い影響を与えることなく、最終製品の組織中に存在する分散相の寸法と存在頻度を好ましく制御することが可能になるという効果を奏するものである。   By controlling to the above-described range, the titanium alloy powder according to the present invention is poor in characteristics of the titanium alloy material which is the final product by CIP treatment and then HIP treatment or by encapsulating the capsule in HIP treatment. There is an effect that it is possible to preferably control the size and frequency of the dispersed phase existing in the structure of the final product without affecting the structure.

チタン合金混合粉に配合されたSiC粉は、HIP処理時に、マトリックス中のチタンと反応して、次式によりTiC、Siが生成される。
SiC + Ti → TiC + Si
上記反応で生成されたTiCは、チタン中のマトリックスと整合性を保ったままマトリクスに均一に分散されるため、結果的には、SiCを添加しない場合に比べて、引っ張り強度の点でも優れているという効果を奏するものである。勿論、HIP処理時間中に上記反応が全量終了せずに、SiCのままマトリクスに残存する粒子もある。これらの残存粒子も分散強化に寄与するのは言うまでもない。
The SiC powder blended in the titanium alloy mixed powder reacts with titanium in the matrix at the time of HIP treatment, and TiC and Si are generated by the following formula.
SiC + Ti → TiC + Si
Since TiC produced by the above reaction is uniformly dispersed in the matrix while maintaining consistency with the matrix in titanium, as a result, it is excellent in terms of tensile strength as compared with the case where SiC is not added. It has the effect of being. Of course, there are also particles that remain in the matrix as SiC without completing the entire reaction during the HIP processing time. Needless to say, these residual particles also contribute to dispersion strengthening.

また、SiCを添加した場合には、マトリックス中にTiCを生成するのみならず、金属Siも生成する。マトリックス中に生成された金属Siは、マトリックス中のチタンと反応してTiSiを生成する。
2Si+Ti → TiSi
マトリックス中に生成したTiSiは、マトリックス相と整合性を保って析出し、チタン合金材料の靭性を高めることができるという効果を奏するものである。
Further, when SiC is added, not only TiC is generated in the matrix but also metal Si is generated. Metallic Si generated in the matrix produces a TiSi 2 reacts with titanium in the matrix.
2Si + Ti → TiSi 2
TiSi 2 produced in the matrix precipitates while maintaining consistency with the matrix phase, and has the effect of increasing the toughness of the titanium alloy material.

TiC添加の作用効果
当該実施態様においては、前記チタン合金粉に対して、TiCを配合することが好ましい。TiCの配合比率は、チタン合金粉の重量に対して、0.01〜0.15wt%の範囲にて制御することが好ましい。添加するTiCの粒度は0.01μm〜50μmが好ましく、更には0.1μm〜20μmがより好ましい。
Effects of adding TiC In this embodiment, it is preferable to mix TiC with the titanium alloy powder. The blending ratio of TiC is preferably controlled in the range of 0.01 to 0.15 wt% with respect to the weight of the titanium alloy powder. The particle size of TiC to be added is preferably 0.01 μm to 50 μm, and more preferably 0.1 μm to 20 μm.

前記した範囲に制御することにより、本願発明に係るチタン合金粉を緻密化処理された後の最終製品であるチタン合金材料の特性に悪い影響を与えることなく、最終製品の組織中に存在する分散相の寸法と存在頻度を好ましく制御することが可能になるという効果を奏するものである。   By controlling to the above-mentioned range, the dispersion existing in the structure of the final product without adversely affecting the properties of the titanium alloy material that is the final product after the titanium alloy powder according to the present invention is densified. There is an effect that it is possible to preferably control the dimension and the existence frequency of the phase.

チタン合金粉とTiC粉とで構成されたチタン合金混合粉は、CIP処理後、次いでHIP処理することにより、または、カプセルに封入後HIP処理することにより、本願発明に係る緻密化されたチタン合金材を得ることができる。 Titanium alloy powder and TiC powder and titanium alloy powder mixture composed of after CIP treatment, followed by HIP process or by HIP treatment after encapsulation in capsules densified titanium alloy according to the present invention A material can be obtained.

HIP処理後のチタン合金材中のTiCの寸法は、添加時の粒度0.01〜50μmのままで、その存在頻度は5個/mm以上である。マトリックスに均一、微細に分散したTiC相は、分散強化によって、引っ張り強さ、疲労強度などの機械的特性の改善に大きく寄与する。 The size of TiC in the titanium alloy material after the HIP treatment remains at a particle size of 0.01 to 50 μm at the time of addition, and the existence frequency is 5 pieces / mm 2 or more. The TiC phase uniformly and finely dispersed in the matrix greatly contributes to improvement of mechanical properties such as tensile strength and fatigue strength by dispersion strengthening.

SiO 添加の作用効果
チタン合金粉に、SiOの一例としてSiO粉を0.01%〜0.15%を添加することにより、SiC添加の場合と同様に、CIP処理後、次いでHIP処理することにより、または、カプセルに封入後HIP処理することにより、チタン合金材の機械的特性を改善することが出来る。すなわちチタン相と反応して生成したTiO相、反応途中の残存SiO相、反応の結果生成したSi相がTiと反応して生成したTiSi相がチタンマトリクスに存在し、均一微細に存在し機械的強度アップに寄与し、添加による延び低下が抑制される。
Effect of addition of SiO X By adding 0.01% to 0.15% of SiO 2 powder as an example of SiO X to the titanium alloy powder, after CIP treatment, and then HIP treatment as in the case of SiC addition The mechanical properties of the titanium alloy material can be improved by carrying out HIP treatment after encapsulating in a capsule. That TiO 2 phase and reacts with the titanium phase, the reaction during the remaining SiO 2 phase, reaction TiSi 2 phase results generated Si phase was reacts with Ti of is present in the titanium matrix, uniformly fine presence This contributes to an increase in mechanical strength and suppresses a decrease in elongation due to addition.

チタン合金混合粉に配合されたSiO粉は、HIP処理時に、マトリックス中のチタンと反応して、次式によりTiO、Si、およびTiSiが生成される。
SiO + Ti → TiO + Si
2Si+Ti → TiSi
前記反応で生成したTiOは、チタン合金中に残留し、結果として、チタン合金自身が分散強化される。また、前記反応で生成したTiSiは、チタン合金の靭性の改善に寄与するものである。
The SiO 2 powder blended in the titanium alloy mixed powder reacts with titanium in the matrix at the time of the HIP process, and TiO 2 , Si, and TiSi 2 are generated according to the following formula.
SiO 2 + Ti → TiO 2 + Si
2Si + Ti → TiSi 2
The TiO 2 produced by the reaction remains in the titanium alloy, and as a result, the titanium alloy itself is dispersion strengthened. Moreover, TiSi 2 produced | generated by the said reaction contributes to the improvement of the toughness of a titanium alloy.

なお、SiO粉に替えて、SiO等のSiOを使用した場合にも上記の反応式と同様にTiOとSiが生成され、これがTiと反応してTiSiを生成し、チタン合金の靭性改善に寄与するものである。 In addition, when SiO X such as SiO is used instead of SiO 2 powder, TiO X and Si are generated in the same manner as in the above reaction formula, and this reacts with Ti to generate TiSi 2 . It contributes to toughness improvement.

TiO 添加の作用効果
チタン合金粉に、TiOの一例としてTiO粉を適量添加することにより、TiC添加の場合と同様に、CIP処理後、次いで行うHIP処理、または、チタン合金粉をカプセルに封入してのHIP処理を行うことにより機械的特性を改善することが出来る。TiO粉の添加量、好ましい粒度範囲はTiC添加の場合と同じである。
Effect of TiO X addition By adding an appropriate amount of TiO 2 powder as an example of TiO X to the titanium alloy powder, the HIP process performed after the CIP process or the titanium alloy powder is encapsulated as in the case of adding TiO X. The mechanical properties can be improved by performing the HIP treatment after encapsulating in the container. The amount of TiO 2 powder added and the preferred particle size range are the same as in the case of adding TiC.

また、チタン合金粉にTiO等のTiOを添加した場合にも同様にチタン合金の機械的特性を改善することができるという効果を奏するものである。 In addition, when TiO X such as TiO is added to the titanium alloy powder, the mechanical properties of the titanium alloy can be similarly improved.

Al 添加の作用効果
チタン合金粉にAl粉を適量添加することによっても、TiC添加、TiO添加の場合と同様に、CIP処理後、次いで行うHIP処理、または、チタン合金粉をカプセルに封入してのHIP処理を行うことにより、チタン合金材の機械的特性を改善することが出来る。この場合、Al粒子が安定で、Tiとの反応が全くないために、添加時点の粒子の粒度、存在頻度がそのまま維持されるので、チタン合金材の組織制御はHIP処理条件に殆ど影響を受けない。そのために、材料の設計がより容易になる、という効果を有する。Al相が強度改善に寄与するのは、分散効果による。
Effect of Al 2 O 3 Addition HIP treatment performed after CIP treatment or titanium alloy or titanium alloy by adding an appropriate amount of Al 2 O 3 powder to titanium alloy powder as in the case of TiC addition or TiO 2 addition The mechanical properties of the titanium alloy material can be improved by performing the HIP treatment with the powder enclosed in a capsule. In this case, since the Al 2 O 3 particles are stable and have no reaction with Ti, the particle size and frequency of the particles at the time of addition are maintained as they are, so that the structure control of the titanium alloy material is almost in accordance with the HIP processing conditions. Not affected. Therefore, there is an effect that the design of the material becomes easier. The Al 2 O 3 phase contributes to the strength improvement due to the dispersion effect.

セラミックス系粉末の複合添加(TiC、TiO 、SiC、SiO 、Al
本願発明に用いるセラミックス粉末は、1種類のみならず、2種類以上を適宜処方して添加することもできる。その場合には、セラミックス粉末の原料が、0.01〜0.3wt%の範囲が好ましい。添加するそれぞれのセラミックスの粒度は0.01〜50μm、より好ましくは、0.01〜20μmの範囲が好ましい。この範囲に添加量、粒度を制御することにより、本願発明に係るチタン合金材の組織におけるセラミックス粒子の寸法、存在頻度を好ましく制御できる。
Composite addition of ceramic powder (TiC, TiO 2 , SiC, SiO 2 , Al 2 O 3 )
The ceramic powder used in the present invention can be formulated by adding not only one type but also two or more types as appropriate. In that case, the raw material of the ceramic powder is preferably in the range of 0.01 to 0.3 wt%. The particle size of each ceramic to be added is preferably 0.01 to 50 μm, more preferably 0.01 to 20 μm. By controlling the addition amount and the particle size within this range, the size and frequency of the ceramic particles in the structure of the titanium alloy material according to the present invention can be preferably controlled.

以上述べた方法により調整されたチタン合金混合粉は、CIP処理後、次いで行うHIP処理、または、チタン合金混合粉をカプセルに封入してのHIP処理を行うことにより、効率よく緻密化することができる。 The titanium alloy mixed powder prepared by the method described above can be efficiently densified by performing the HIP process to be performed next after the CIP process or the HIP process by encapsulating the titanium alloy mixed powder in a capsule. it can.

特に、本発明では、SiC、TiC、SiO、TiOまたはAlから選択されたセラミックス粉をチタン合金粉に適宜配合することにより、チタン合金中での分散強化、結晶粒微細化、引張強度向上、靭性向上の効果を奏するものであり、特にTiSiを生成するSiCおよびSiOの添加においては延性低下抑制効果が顕著である。 In particular, in the present invention, by appropriately blending a ceramic powder selected from SiC, TiC, SiO X , TiO X or Al 2 O 3 into the titanium alloy powder, dispersion strengthening in the titanium alloy, grain refinement, The effect of improving tensile strength and toughness is exhibited, and the effect of suppressing the reduction of ductility is remarkable particularly in the addition of SiC that generates TiSi 2 and SiO X.

また、本願発明においては、前記のチタン合金粉は、Ti−6Al−4V合金、Ti−3Al−2.5V合金、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo合金,Ti−6Al−6V−2Sn合金、Ti−10V−2Fe−3Al合金(10−2−3)、Ti−5Al−4V−0.6Mo−0.4Fe合金(Timetal 54M)、Ti−4.5Al−3V−2Fe−2Mo合金(SP700)、Ti−15V−3Cr−3Al−3Sn合金(15−3−3−3)、Ti−4Al−2.5V−1.5Fe合金(ATI425)、Ti−5Al−5V−5Mo−3Cr合金(Ti−5553)から構成されるチタン合金を原料として使用することができる。   Moreover, in this invention, the said titanium alloy powder is Ti-6Al-4V alloy, Ti-3Al-2.5V alloy, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo alloy, Ti-6Al-6V-2Sn alloy, Ti-10V-2Fe-3Al alloy (10-2-3), Ti-5Al-4V-0.6Mo-0.4Fe alloy (Timetal 54M), Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo alloy (SP700) Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn alloy (15-3-3-3), Ti-4Al-2.5V-1.5Fe alloy (ATI425), Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr alloy (Ti- A titanium alloy composed of 5553) can be used as a raw material.

以上述べた方法により緻密化された銅、クロム、鉄を含有するチタン合金材料は、その後の例えば圧延、押出、引抜き等の加工と熱処理により、一層機械的特性を制御することができるという効果を奏するものである。   The titanium alloy material containing copper, chromium, and iron densified by the method described above has the effect that the mechanical properties can be further controlled by subsequent processing and heat treatment such as rolling, extrusion, and drawing. It is what you play.

[実施例1]
水素化チタン合金粉の作製について、以下に説明する。
Ti−6Al−4V合金スクラップ切粉を、長さ10mm以下のチップに切断した後、容器に挿入し炉にセット、真空排気後加熱を開始し、炉内温度が300℃になってから水素を炉内に導入、炉内を水素でやや加圧常態にしながら650℃まで加熱を続けた。この間Ti―6Al−4V合金スクラップ切粉と水素が反応、炉内温度が上昇したので、ヒーター出力をゼロとし、反応が収まるまで持続させた。
[Example 1]
The production of titanium hydride alloy powder will be described below.
After cutting Ti-6Al-4V alloy scrap chips into chips with a length of 10mm or less, insert them into a container, set them in a furnace, start heating after evacuation, and heat up after the furnace temperature reaches 300 ° C. It was introduced into the furnace, and heating was continued up to 650 ° C. while the inside of the furnace was slightly pressurized with hydrogen. During this time, Ti-6Al-4V alloy scrap and hydrogen reacted with each other and the furnace temperature rose, so the heater output was set to zero and continued until the reaction was settled.

反応が完全に終了したら、炉を冷却し材料を取り出した。X線回折で確認したところ、水素化チタンのピークのみが検出され、材料は全て水素化物になったことが確認された。この水素化物をアルゴンガス雰囲気で粉砕、300メッシュの篩で篩い分け48μm以下の粒度の水素化チタン合金粉を得た。   When the reaction was complete, the furnace was cooled and the material removed. When confirmed by X-ray diffraction, only the titanium hydride peak was detected, confirming that the material was all hydride. The hydride was pulverized in an argon gas atmosphere and sieved with a 300 mesh sieve to obtain a titanium hydride alloy powder having a particle size of 48 μm or less.

[実施例2]
実施例1で得られたTi−6%Al−4%Vの組成を有する水素化チタン合金粉に対して0%、0.05wt%、0.1wt%、0.15wt%、0.5wt%の比率でTiO粉を添加した5種の試料を準備して、V型混合機で混合した。使用したTiO粉はTiClの酸素燃焼法で作製した粉末で、平均粒度は0.8μmである。
[Example 2]
0%, 0.05 wt%, 0.1 wt%, 0.15 wt%, 0.5 wt% with respect to the titanium hydride alloy powder having the composition of Ti-6% Al-4% V obtained in Example 1 Five types of samples to which TiO 2 powder was added at a ratio of 5 were prepared and mixed with a V-type mixer. The used TiO 2 powder is a powder produced by an oxygen combustion method of TiCl 4 and has an average particle size of 0.8 μm.

TiOを添加した水素化チタン合金粉をTi製の容器に挿入し、真空加熱炉で脱水素処理した。真空排気後加熱を開始すると、300℃前後の温度から水素ガスを乖離する反応(脱水素)が起こり、そのまま、500℃、600℃と温度を上昇させ、脱水素化を促した。脱水素化反応は吸熱反応であるため、脱水素化を効率よく行うためには、炉内温度を一定に維持することが重要で、650℃に1Hr保持すると、真空度が回復、1x10−3mbarの真空度が得られたので、ヒーターを停止、冷却した。取り出した粉末は、一部凝集していたので、塊砕機により塊砕し、300μm以下のチタン合金粉を得た。 The titanium hydride alloy powder to which TiO 2 was added was inserted into a Ti container and dehydrogenated in a vacuum heating furnace. When heating was started after evacuation, a reaction (dehydrogenation) that desorbed hydrogen gas from a temperature of about 300 ° C. occurred, and the temperature was increased to 500 ° C. and 600 ° C. as it was, thereby promoting dehydrogenation. Since the dehydrogenation reaction is an endothermic reaction, it is important to keep the temperature in the furnace constant in order to efficiently perform the dehydrogenation, and the vacuum degree is restored by holding at 650 ° C. for 1 hour, and 1 × 10 −3. Since mbar vacuum was obtained, the heater was stopped and cooled. Since the extracted powder was partially agglomerated, it was crushed by a pulverizer to obtain a titanium alloy powder of 300 μm or less.

[実施例3]
実施例2に記載のTiO添加チタン合金粉を、CIPラバーに充填、150MPaでCIP処理、CIP成形体を軟鋼カプセルに封入してHIP処理し、本願発明に係るチタン合金材を得た。HIP条件は900℃、100MPa、1Hrである。HIP処理後、チタン合金材を取り出し、その見掛け密度を測定し理論密度の比(以降、単に「密度比」と呼ぶ場合がある。)を測定し、表1にその結果を示した。
[Example 3]
The TiO 2 -added titanium alloy powder described in Example 2 was filled into a CIP rubber, treated with CIP at 150 MPa, and the CIP compact was sealed in a mild steel capsule and treated with HIP to obtain a titanium alloy material according to the present invention. HIP conditions are 900 ° C., 100 MPa, and 1 Hr. After the HIP treatment, the titanium alloy material was taken out, its apparent density was measured, and the ratio of theoretical densities (hereinafter, sometimes simply referred to as “density ratio”) was measured. The results are shown in Table 1.

TiO添加量が0.05wt%から0.15wt%まで増加すると、チタン合金材の密度比は、99.1%から99.5%の範囲に増加した。 As the TiO 2 addition amount increased from 0.05 wt% to 0.15 wt%, the density ratio of the titanium alloy material increased from 99.1% to 99.5%.

[実施例3−2]
実施例2に記載のTiO添加チタン合金粉を、軟鋼カプセルに封入してHIP処理した。HIP条件は900℃、100MPa、1Hrである。HIP処理後、チタン合金材を取り出しその密度を測定したところ99%以上であったなお、ここでいう密度とは、真密度に対する見掛け密度の比を意味する。
[Example 3-2]
The TiO 2 -added titanium alloy powder described in Example 2 was sealed in a mild steel capsule and subjected to HIP treatment. HIP conditions are 900 ° C., 100 MPa, and 1 Hr. After the HIP treatment, the titanium alloy material was taken out and its density was measured to be 99% or more. The density here means the ratio of the apparent density to the true density.

[実施例4]
実施例3で製造されたチタン合金材料(TiO2添加Ti−6Al−4V合金材)の引張り試験を行った。結果は表1に示す通りである。表1には、密度測定結果も合わせて示す。TiO添加量が、0.05wt%〜0.15wt%まで増加すると、伸びは、13%から10%まで低下するものの、引っ張り強さは、1050から1100MPaまで上昇する傾向を示した。
[Example 4]
The tensile test of the titanium alloy material (TiO2 added Ti-6Al-4V alloy material) manufactured in Example 3 was performed. The results are as shown in Table 1. Table 1 also shows the density measurement results. When the TiO 2 addition amount was increased from 0.05 wt% to 0.15 wt%, the tensile strength increased from 1050 to 1100 MPa, although the elongation decreased from 13% to 10%.

[実施例4−2]
実施例3−2で製造されたチタン合金材料(TiO添加Ti−6Al−4V合金材)の引張り試験を行った。結果は表1に示す通りである。表1には、密度測定結果も合わせて示す。TiO添加Ti−6Al−4V合金粉末をカプセル封入後HIP処理した場合と、CIP処理後HIP処理した場合とで、密度比、引張り強さ、伸びに違いは認められなかった。
[Example 4-2]
Tensile tests of a titanium alloy material produced in Example 3-2 (TiO 2 added Ti-6Al-4V alloy) was carried out. The results are as shown in Table 1. Table 1 also shows the density measurement results. No difference was observed in the density ratio, tensile strength, and elongation between the case where the TiO 2 -added Ti-6Al-4V alloy powder was encapsulated and then subjected to the HIP treatment and the case where the HIP treatment was performed after the CIP treatment.

Figure 0005855565
Figure 0005855565

[実施例5]
実施例4、比較例1の試料の組織を確認したところ、TiO相が、マトリクス内に均一に分散して存在していることが確認された。TiO相の寸法と存在頻度は表2に示す通りである。ここで、TiO相の寸法とは、マトリックス内に分散しているTiO相の最大径を現している。また、TiO相存在頻度とは、マトリックス単位面積あたりに確認されたTiO粒子の個数を意味する。
[Example 5]
When the structures of the samples of Example 4 and Comparative Example 1 were confirmed, it was confirmed that the TiO 2 phase was uniformly dispersed in the matrix. Table 2 shows the dimensions and frequency of the TiO 2 phase. Here, the size of the TiO 2 phase, which represents the maximum diameter of the TiO 2 phase dispersed in the matrix. Further, the TiO 2 phase existence frequency means the number of TiO 2 particles confirmed per unit area of the matrix.

チタン合金粉に添加するTiOの添加量が0.05から0.15%まで増えると、チタン合金焼結体のマトリックス中のTiO相の最大径も、5μmから15μmまで増加する傾向を示した。また、マトリックス単位面積当たりのTiO粒子の個数も15個/mmから40個/mmまで増加する傾向を示した。 When the amount of TiO 2 added to the titanium alloy powder increases from 0.05 to 0.15%, the maximum diameter of the TiO 2 phase in the matrix of the titanium alloy sintered body tends to increase from 5 μm to 15 μm. It was. In addition, the number of TiO 2 particles per unit area of the matrix also increased from 15 / mm 2 to 40 / mm 2 .

Figure 0005855565
Figure 0005855565

[実施例6]
実施例2のTiO粉の代わりに、2μmのSiO粉をチタン合金粉に対して0.05wt%、0.1wt%、0.15wt%、0.5wt%になるよう配合して、実施例3、実施例4と同様にCIP処理後、次いでHIP処理して本願発明に係るチタン合金材を得た。次いで、得られたチタン合金材の密度比測定と引張り試験を行った。
[Example 6]
In place of the TiO 2 powder of Example 2, 2 μm of SiO 2 powder was blended to 0.05 wt%, 0.1 wt%, 0.15 wt%, and 0.5 wt% with respect to the titanium alloy powder. In the same manner as in Example 3 and Example 4, CIP treatment was performed, and then HIP treatment was performed to obtain a titanium alloy material according to the present invention. Next, density ratio measurement and a tensile test of the obtained titanium alloy material were performed.

[実施例6−2]
実施例2に記載のSiO添加チタン合金粉を、軟鋼カプセルに封入してHIP処理した。HIP条件は900℃、100MPa、1Hrである。HIP処理後、チタン合金材を取り出し得られたチタン合金材の密度比測定と引張り試験を行った。
[Example 6-2]
The SiO 2 -added titanium alloy powder described in Example 2 was sealed in a mild steel capsule and subjected to HIP treatment. HIP conditions are 900 ° C., 100 MPa, and 1 Hr. After the HIP treatment, the titanium alloy material was taken out and subjected to density ratio measurement and tensile test.

その結果、チタン合金粉に対するSiO粉の添加量が、0.05から0.15wt%まで増加すると、引っ張り強さは、1050MPaから1100MPaまで増加する傾向を示した。これに対して、伸びは、15%から13%まで低下した。一方、密度比は、99.2〜99.5%の範囲まで増加した。SiO添加Ti−6Al−4V合金粉末をカプセル封入後HIP処理した実施例6−2についても、密度比、引張り強さ、伸びに違いは認められなかった。 As a result, when the amount of SiO 2 powder added to the titanium alloy powder increased from 0.05 to 0.15 wt%, the tensile strength tended to increase from 1050 MPa to 1100 MPa. In contrast, the elongation decreased from 15% to 13%. On the other hand, the density ratio increased to a range of 99.2 to 99.5%. Regarding Example 6-2 in which the SiO 2 -added Ti-6Al-4V alloy powder was encapsulated and then subjected to HIP treatment, no difference was observed in the density ratio, tensile strength, and elongation.

次いで、得られたチタン合金材の結晶組織観察を行い、分散相の定性分析を行った。
その結果、TiSi相およびTiO相が検出された。これに対してSiO相は定性分析の検出感度以下にあった。それぞれの結果を表3に示す。
Subsequently, the crystal structure of the obtained titanium alloy material was observed, and the qualitative analysis of the dispersed phase was performed.
As a result, a TiSi 2 phase and a TiO 2 phase were detected. In contrast, the SiO 2 phase was below the detection sensitivity of the qualitative analysis. Each result is shown in Table 3.

Figure 0005855565
Figure 0005855565

[比較例1−A]
実施例1のチタン合金水素化粉にセラミックス粉を添加しない試料を準備し、実施例3、実施例4と同じ方法でCIP処理、HIP処理し、密度測定、引張り試験を行った。結果は表1に示した通りである。
[Comparative Example 1-A]
A sample in which ceramic powder was not added to the titanium alloy hydrogenated powder of Example 1 was prepared, subjected to CIP treatment and HIP treatment in the same manner as in Example 3 and Example 4, and subjected to density measurement and tensile test. The results are as shown in Table 1.

TiOを全く添加しない場合には、伸びは15%程度示したものの、引っ張り強さは、900MPaまで低下した。 In the case where TiO 2 was not added at all, the elongation was about 15%, but the tensile strength was reduced to 900 MPa.

[比較例1−B]
また、実施例1のチタン合金水素化粉にTiOを0.5wt%添加した粉を準備し、実施例3、実施例4と同じ方法でCIP処理、HIP処理し、密度測定、引張り試験を行った。結果は表1に示した通りである。また、TiOを0.5wt%添加した場合には伸びは2%まで低下してまった。
[Comparative Example 1-B]
Further, to prepare a powder in which the TiO 2 was added 0.5 wt% titanium alloy hydride powder in Example 1, CIP treated in the same manner as in Example 3, Example 4, and HIP treatment, density measurement, a tensile test went. The results are as shown in Table 1. Further, when 0.5 wt% of TiO 2 was added, the elongation decreased to 2%.

[比較例2]
比較例1のTiOを0.5wt%添加した試料の組織を観察した。その結果を表2に示す。
[Comparative Example 2]
The structure of the sample to which 0.5 wt% of TiO 2 of Comparative Example 1 was added was observed. The results are shown in Table 2.

[比較例3−A]
また、実施例1のチタン合金水素化粉にSiO粉を全く添加しない粉を準備し、実施例3、実施例4と同じ方法でCIP処理後、次いでHIP処理して、チタン合金材を得た。その結果、得られたチタン合金材の密度比が98%まで低下してしまった。
[Comparative Example 3-A]
Further, a powder in which no SiO 2 powder is added to the titanium alloy hydrogenated powder of Example 1 is prepared, and after CIP treatment in the same manner as in Examples 3 and 4, then HIP treatment is performed to obtain a titanium alloy material. It was. As a result, the density ratio of the obtained titanium alloy material has decreased to 98%.

[比較例3−B]
実施例1のチタン合金水素化粉にSiO粉を0.5wt%添加した粉を準備し、実施例3、実施例4と同じ方法でCIP処理後、次いでHIP処理して、チタン合金材を得た。得られたチタン合金材の密度測定、引張り強度測定および結晶組織観察を行った。その結果表3に示すように、チタン合金材の伸びは4%近傍まで急激な低下が見られた。
[Comparative Example 3-B]
A powder obtained by adding 0.5 wt% of SiO 2 powder to the titanium alloy hydrogenated powder of Example 1 was prepared, and after CIP treatment in the same manner as in Example 3 and Example 4, it was then subjected to HIP treatment to obtain a titanium alloy material. Obtained. The resulting titanium alloy material was subjected to density measurement, tensile strength measurement, and crystal structure observation. As a result, as shown in Table 3, the elongation of the titanium alloy material was drastically reduced to around 4%.

本願発明は、チタン合金スクラップ及びチタン合金インゴットを原料として、粉末冶金法により、機械的特性に優れるチタン合金粉、チタン合金材を得るもので、チタン合金粉、チタン合金材及びその製造方法を提供するものである。   The present invention provides titanium alloy powder and titanium alloy material excellent in mechanical properties by powder metallurgy using titanium alloy scrap and titanium alloy ingot as raw materials, and provides titanium alloy powder, titanium alloy material and a method for producing the same. To do.

Claims (8)

チタン合金原料を水素化して製造された水素化チタン合金粉を脱水素して得られたチタン合金粉に、セラミックス粉が混合されてなるチタン合金混合粉であって、前記セラミックス粉として、SiO、TiOのいずれか1種類以上が0.05〜0.15wt%混合され、前記セラミックス粉の平均粒径が0.8〜2μmであることを特徴とするチタン合金混合粉。 A titanium alloy mixed powder obtained by mixing a titanium alloy powder obtained by dehydrogenating a titanium hydride alloy powder produced by hydrogenating a titanium alloy raw material, and a ceramic powder, wherein the ceramic powder is SiO 2 Any one or more of TiO 2 is mixed in an amount of 0.05 to 0.15 wt%, and the ceramic powder has an average particle size of 0.8 to 2 μm. 前記チタン合金粉の粒度が、150μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のチタン合金混合粉。   The titanium alloy mixed powder according to claim 1, wherein the titanium alloy powder has a particle size of 150 μm or less. 前記チタン合金粉は、アルミニウムおよびバナジウムを含有、または、アルミニウムおよびバナジウムに加えて、ジルコニウム、スズ、モリブデン、鉄、クロムの中から少なくとも1種または2種以上含有されていることを特徴とする請求項1または2に記載のチタン合金混合粉。   The titanium alloy powder contains aluminum and vanadium, or contains at least one or more of zirconium, tin, molybdenum, iron, and chromium in addition to aluminum and vanadium. Item 3. The titanium alloy mixed powder according to Item 1 or 2. 請求項1〜3のいずれかに記載のチタン合金混合粉を原料とし、これを加圧成形することを特徴とするチタン合金材の製造方法Titanium alloy mixed powder according to any one of claims 1 to 3 as a raw material, manufacturing method of a titanium alloy material, characterized in that this is compacting. チタン合金材の真密度に対するチタン合金材の密度の比が、99%以上であることを特徴とする請求項4に記載のチタン合金材の製造方法The method for producing a titanium alloy material according to claim 4, wherein a ratio of the density of the titanium alloy material to the true density of the titanium alloy material is 99% or more. 請求項1〜3のいずれかに記載のチタン合金混合粉に対してCIP処理後次いでHIP処理を行う方法、または、チタン合金混合粉をカプセル封入後HIP処理する方法のいずれかの方法で緻密化することを特徴とするチタン合金材の製造方法。   Densification by either the method of performing the HIP treatment after the CIP treatment on the titanium alloy mixed powder according to claim 1 or the method of performing the HIP treatment after encapsulating the titanium alloy mixed powder. A method for producing a titanium alloy material, comprising: チタン合金中に、最大径が4〜20μmのTiSiTiSi with a maximum diameter of 4-20 μm in titanium alloy 2 またはTiOOr TiO 2 の相が分散していることを特徴とするチタン合金材。Titanium alloy material characterized in that the phases are dispersed. 前記チタン合金は、アルミニウムおよびバナジウムを含有、または、アルミニウムおよびバナジウムに加えて、ジルコニウム、スズ、モリブデン、鉄、クロムの中から少なくとも1種または2種以上含有されていることを特徴とする請求項7に記載のチタン合金材。The titanium alloy contains aluminum and vanadium, or contains at least one or more of zirconium, tin, molybdenum, iron, and chromium in addition to aluminum and vanadium. 7. The titanium alloy material according to 7.
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