JP6307623B2 - 高強度アルファ−ベータチタン合金 - Google Patents
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Description
重量約200グラムのボタンインゴットを10個用意した。インゴットの化学組成を表2に示す。この表で、合金32および合金42は代表的なTi−575合金である。合金42は0.6重量%未満のMoを含有する。合金Ti−64−2は、商用合金Ti−64と類似の組成を有する比較用合金である。合金22は、より低い濃度のバナジウムを含有する合金である。そのため、合金22のAl/V比は0.80よりも高い。合金52はTi−64合金にケイ素を添加したものであり、Alが多すぎ、Vが少なすぎるため所望のAl/V比を満たさない比較用合金である。
11個のチタン合金インゴットを実験用VAR炉で溶解した。各インゴットの寸法は直径8インチ(203mm)で重量は約70ポンド(32kg)であった。表4では、インゴットの化学組成を一覧表にしている。この表は、各合金のAl/V比を示す。合金69、70、72、75、76および85が本発明の合金である。合金71は、Si含有率が0.15%よりも低い比較用合金である。合金74は、比較用Ti−64合金である。合金86は、合金74と比較してAlが多く、Vが多く、Oが多い、Ti−64の一種である。合金87および88は、より低い濃度のAlおよびより高い濃度のVを含有する比較用合金である。合金75および88は、およそ1重量%のZrならびにそれぞれ1重量%のSnおよびZrを含有する。
直径11インチ(279mm)、重さ196ポンド(89kg)の実験用インゴットを用意した。インゴット(合金95)の化学組成は、Al:5.42重量%、V:7.76重量%、Fe;0.24重量%、Si:0.46重量%、C:0.06重量%、O:0.205重量%、さらにチタンと不可避不純物との残渣であった。インゴットを華氏2100度(1149℃)で6時間ソーク処理し、その後8インチ(203mm)正方形ビレットに分塊鍛造した。このビレットを華氏1685度(918℃)で4時間加熱した後、6.5インチ(165mm)正方形ビレットに鍛造した。その後、ビレットの一部を華氏1850度(1010℃)まで加熱した後、5.5インチ(140mm)正方形ビレットに鍛造した。次に、5.5インチ正方形ビレットの一部を華氏1670度(910℃)で2時間加熱した後、2インチ(51mm)角棒に鍛造した。正方形の引張試験片を2インチ角棒から切り出し、その後溶体化および時効処理を行った。溶体化の温度および時間を変更した。溶体化後、試験片を周囲温度までファン空冷し、続いて華氏940度(504℃)で8時間時効処理し、さらに空冷した。室温で引張試験を行った。表7はそれぞれの条件に対する2回の試験の平均値を示す。表から分かるように、0.2%耐力の値は、最低要求値である140ksi(965MPa)よりも大幅に高く、伸びも十分に良好である(例えば10%を上回る)。
7個のチタン合金インゴットを実験用VAR炉で溶解した。インゴットの寸法は直径8インチ(203mm)で重量は約70ポンド(32kg)であった。表10では、合金の化学組成を一覧表にしている。この表は、各合金のAl/V比を示す。合金163は、わずかに高い酸素濃度を有するTi−64である。合金164〜合金167は本発明の組成範囲内に収まる。合金168および169は、Si含有率が0.15%よりも低い比較用合金である。
直径30インチ、重量3.35トンのインゴットを製造した(溶鋼番号:FR88735)。インゴットの化学組成は重量%でTi−5.4Al−7.6V−0.46Si−0.21Fe−0.06C−0.20Oであった。アルファ−ベータ温度域での一連の鍛造の後、インゴットに分塊鍛造を施した。アプセット鍛造後の特性の評価には、直径6インチ(152mm)のビレットを用いた。直径6インチ(152mm)、高さ2インチ(51mm)のビレット試料を華氏1670度(910℃)で加熱し、0.83インチ(21mm)の厚さにアプセット鍛造した後、華氏1670度(910℃)で1時間STA熱処理し、その後ファン空冷し、続いて華氏932度(500℃)で8時間時効処理した後、空冷した。室温引張試験、高温引張試験および低サイクル疲労試験を行った。
Claims (24)
- 濃度4.7質量%〜6.0質量%のAlと、
濃度6.5質量%〜8.0質量%のVと、
濃度0.15質量%〜0.6質量%のSiと、
濃度0.3質量%以下のFeと、
濃度0.15質量%〜0.23質量%のOと、
残部としてTiおよび不可避不純物とを含有し、
Al/V比は0.65〜0.8であり、該Al/V比が質量%によるVの濃度で除したAlの濃度に等しい、高強度アルファ−ベータチタン合金。 - SnおよびZrからなる群から選択された、濃度1.5質量%未満の添加合金元素をさらに含有する、請求項1に記載の合金。
- 濃度0.6質量%未満のMoをさらに含有する、請求項1または2に記載の合金。
- 濃度5.0質量%〜5.6質量%のAlと、
濃度7.2質量%〜8.0質量%のVと、
濃度0.2質量%〜0.5質量%のSiと、
濃度0.02質量%〜0.08質量%のCと、
濃度0.17質量%〜0.22質量%のOとを含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の合金。 - 前記不可避不純物のそれぞれの濃度が0.1質量%以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の合金。
- 前記不可避不純物の濃度が合わせて0.5質量%以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の合金。
- アルファ相およびベータ相を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の合金。
- 前記アルファ相の析出物がベータ相とともに分散した、請求項7に記載の合金。
- 室温で少なくとも970MPaの降伏強度および少なくとも10%の伸びを有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の合金。
- 降伏強度が少なくとも1050MPaである、請求項9に記載の合金。
- 室温で少なくとも40MPa・m1/2の破壊靱性を有する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の合金。
- 室温で少なくとも220kN・m/kgの比強度を有する、請求項1〜11のいずれか一項に記載の合金。
- 濃度4.7質量%〜6.0質量%のAlと、
濃度6.5質量%〜8.0質量%のVと、
それぞれ濃度1質量%未満のSiおよびOと、
残部としてTiおよび不可避不純物とを含有し、
Al/V比は0.65〜0.8であり、該Al/V比が質量%によるVの濃度で除したAlの濃度に等しく、
室温で少なくとも970MPaの降伏強度および少なくとも40MPa・m1/2の破壊靱性を有する、高強度アルファ−ベータチタン合金。 - 前記Siの濃度が0.15質量%〜0.6質量%であり、前記Oの濃度が0.15質量%〜0.23質量%である、請求項13に記載の高強度アルファ−ベータチタン合金。
- 濃度0.3質量%以下のFeをさらに含有する、請求項13または14に記載の合金。
- 前記降伏強度が少なくとも1050MPaである、請求項13〜15のいずれか一項に記載の合金。
- 濃度4.7質量%〜6.0質量%のAlと、
濃度6.5質量%〜8.0質量%のVと、
濃度0.15質量%〜0.6質量%のSiと、
濃度0.3質量%以下のFeと、
濃度0.15質量%〜0.23質量%のOと、
残部としてTiおよび不可避不純物とを含有し、
Al/V比は0.65〜0.8であり、該Al/V比が質量%によるVの濃度で除したAlの濃度に等しい融液を生成する工程と、
融液を凝固させてインゴットを形成する工程とを備える、高強度アルファ−ベータチタン合金の製造方法。 - 前記溶解工程が、真空アーク再溶解、電子ビーム低温炉床溶解およびプラズマ低温炉床溶解のうち1つまたは複数を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記インゴットを熱機械的に処理してワークを形成する工程と、
前記ワークを熱処理する工程とをさらに備える請求項17または18に記載の方法。 - 前記熱機械的処理が、自由鍛造、型鍛造、回転鍛造、熱間圧延および熱間押出のうち1つまたは複数を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記熱処理工程が、溶体化処理およびベータ焼鈍の1つまたは複数を含む、請求項19または20に記載の方法。
- 前記熱処理が時効処理をさらに含む、請求項21に記載の方法。
- 前記熱処理が、
ベータ転移点より150℃〜25℃低い第1の温度で前記ワークを溶体化処理する工程と、
前記ワークを周囲温度まで冷却する工程と、
前記第1の温度よりも低い第2の温度で前記ワークに時効処理する工程とを備える、請求項22に記載の方法。 - 前記第2の温度が400℃〜625℃の範囲内である、請求項23に記載の方法。
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