JPH0129864B2 - - Google Patents
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- JPH0129864B2 JPH0129864B2 JP60144032A JP14403285A JPH0129864B2 JP H0129864 B2 JPH0129864 B2 JP H0129864B2 JP 60144032 A JP60144032 A JP 60144032A JP 14403285 A JP14403285 A JP 14403285A JP H0129864 B2 JPH0129864 B2 JP H0129864B2
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Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は素粉末混合法によるチタン合金の製造
方法に関する。近年航空、宇宙、原子力及び海洋
開発のような先端的技術分野の進展に伴い、これ
ら分野で使用する材料の高性能化が強く要望され
ている。中でも航空機機体などの構造物について
は、高い応力に耐え、しかも軽量化を図るため高
い比強度と同時に繰り返し応力下における安全性
を保証するために高い疲労強度が要求されてい
る。 チタン合金は比強度が高く、また靭性、耐食
性、耐熱性などが優れており、前記の要求を満た
す理想的な材料であるが、その反面、溶解、鍛
造、切削性などの加工性に難点があり、これに付
随したコスト高が用途を限定している。そのた
め、材料費と加工費の低減といつた観点から超塑
性成型、拡散接合、恒温鍛造、精密鍛造、粉末冶
金などの最終形状に近い型の成型物を直接的に製
造するいわゆるNear Net Shape加工技術が種々
試みられている。 従来技術 粉末冶金法の一手法である素粉末混合法は、こ
れらNear Net Shape加工技術の中で特に注目を
集めている技術である。この素粉末混合法による
チタン合金の製造は、従来、構成金属元素の粉末
を混合した後、機械的プレスあるいは冷間静水圧
プレス（以下CIPと記載する）を用いて所定の形
状に圧粉成型し、ついで拡散のための真空焼結処
理を施して合金化し、最後に熱間静水圧プレス
（以下HIPと記載する）等の加圧下の熱処理を施
して残留空隙を除去する方法が行われている。 しかし、この製造方法においては、真空焼結後
に通常炉冷あるいは空冷を行うため、冷却時に粒
内に粗い層状のα相が形成され、また粒界に粒界
を縁取る形で粒界α相が形成される。これらのα
相は熱的に非常に安定であり、つぎの工程でHIP
を行つても金属組織上の形態は殆んど変化を受け
ない。このような金属組織を持つたチタン合金に
おいては、疲労き裂の発生が容易に起り、そのた
め溶解法で製造した場合に比べて疲労強度は大幅
に低いと言う欠点を有している。 しかしながら、素粉末混合法は、種々な形状の
製品を安価に製造できると言う点から魅力的であ
る。従つて製品を航空機部材等の使用に耐え得る
ものとするためには、組織制御による疲労特性の
改善が強く望まれる。 発明の目的 本発明は、従来の素粉末混合法によるチタン合
金製品の製造方法の欠点を改善せんとするもので
あり、その目的は、室温近傍において著しく高い
疲労強度を有するα＋β型チタン合金成型物を提
供するにある。 発明の構成 本発明者らは、前記目的を達成すべく研究の結
果、構成金属元素粉末の混合、圧粉成型、真空焼
結の工程を経て製造した焼結チタン合金を、β変
態温度から真空焼結温度以下の温度域から室温以
下の温度に焼入れると、粗い層状のα相及び粒界
におけるα相が存在しない金属組織が得られるこ
とを究明し得た。また、これをさらに800℃以上
β変態温度までのα＋β2相域で300Kgｆ／cm2以上
の圧力を用いて１時間以上プレスすると、真空焼
結後の焼結チタン合金中に存在する残留空隙が除
去され高密度化すると共に、粒界にはα相が存在
せず、均質かつ微細なα＋β2相組織となり、そ
の結果、延性、靭性は向上し、また疲労強度も大
幅に向上することを見出した。 本発明はこれらの知見に基いて完成したもので
ある。本発明の要旨は、構成金属元素粉末の混
合、圧粉成型、真空焼結の工程を経て製造した焼
結チタン合金を、β変態温度〜真空焼結温度の温
度域から室温以下の温度に焼入れし、さらに800
℃以上β変態温度までのα＋β2相域で加圧下で
プレスして残留空隙を除去することを特徴とする
素粉末混合法によるチタン合金の製造方法にあ
る。 本発明において使用するチタン合金としては、
Tiに例えばAl、Ｖ、Mo、Cr、Zr、Sn等の１種
または２種以上からなるチタン合金がすべて適用
し得られる。しかし、前記のものに限定されずα
＋β型チタン合金であればよい。 真空焼結後の焼結チタン合金を、β変態温度〜
真空焼結温度の温度域から室温以下に焼入れする
のは、前記温度の保持により、焼結チタン合金の
粗い層状のα相及び粒界におけるα相を消滅さ
せ、その状態の金属組織を保持するためである。
この温度域の上限温度が真空焼結温度を超える
と、結晶粒の粗大化が起こり、延性が損われ、そ
の下限温度がβ変態温度より低いと前記α相を消
滅させることができない。 その操作法としては、真空焼結終了後(1)β変態
温度〜真空焼結の温度域に保持したものを直接室
温以下まで焼入れしてもよく、また(2)炉冷または
空冷した場合は、β変態温度〜真空焼結の温度域
に加熱した後、室温以下まで焼入れを行つてもよ
い。しかし、前記(2)の方法が経済的で好ましい。 微細なα＋β2相組織とするために、800℃以上
β変態温度までのα＋β2相域で加圧プレスを行
い同時に残留空隙を除去する。β変態温度を超え
ると、再び粗い層状のα相及び粒界α相が形成さ
れ、疲労強度は改善されない。 加圧プレスはホツトプレスや型鍛造でもよい
が、HIP法によるのが好ましい。 実施例 １ Ti―6Al―4Vの組成を持つα＋β型チタン合
金の構成元素粉末を混合した後、機械的プレスを
用いて密度比81％まで圧粉成型し、ついで、これ
を1300℃で４時間保持して真空焼結を行つた。こ
の焼結合金をβ相域である1050℃で15分間保持後
水中に焼入れ、最後に1000Kgｆ／cm2、930℃、３
時間の条件の下で熱間静水圧プレスを施した。 また比較のため、炉冷のままの焼結合金を水焼
入れすることなく、前記と同一条件でHIP処理を
施す従来法によつて合金を作つた。 従来法及び本発明の方法で作つたTi―6Al―
4V合金の金属組織はそれぞれ第１図及び第２図
の通りであつた。図中、白く見えるのがα（hcp
構造）相、黒く見えるのがβ（bcc構造）相であ
る。 第２図から明らかなように、本発明の方法で製
造した合金は、粒界にはα相は存在せず、均質か
つ微細なα＋β2相組織となつている。 この両合金から引張試験片、破壊靭性試験片、
疲労試験片を作製し、その各々の試験を行つた。
その結果は表１に示す通りであつた。
方法に関する。近年航空、宇宙、原子力及び海洋
開発のような先端的技術分野の進展に伴い、これ
ら分野で使用する材料の高性能化が強く要望され
ている。中でも航空機機体などの構造物について
は、高い応力に耐え、しかも軽量化を図るため高
い比強度と同時に繰り返し応力下における安全性
を保証するために高い疲労強度が要求されてい
る。 チタン合金は比強度が高く、また靭性、耐食
性、耐熱性などが優れており、前記の要求を満た
す理想的な材料であるが、その反面、溶解、鍛
造、切削性などの加工性に難点があり、これに付
随したコスト高が用途を限定している。そのた
め、材料費と加工費の低減といつた観点から超塑
性成型、拡散接合、恒温鍛造、精密鍛造、粉末冶
金などの最終形状に近い型の成型物を直接的に製
造するいわゆるNear Net Shape加工技術が種々
試みられている。 従来技術 粉末冶金法の一手法である素粉末混合法は、こ
れらNear Net Shape加工技術の中で特に注目を
集めている技術である。この素粉末混合法による
チタン合金の製造は、従来、構成金属元素の粉末
を混合した後、機械的プレスあるいは冷間静水圧
プレス（以下CIPと記載する）を用いて所定の形
状に圧粉成型し、ついで拡散のための真空焼結処
理を施して合金化し、最後に熱間静水圧プレス
（以下HIPと記載する）等の加圧下の熱処理を施
して残留空隙を除去する方法が行われている。 しかし、この製造方法においては、真空焼結後
に通常炉冷あるいは空冷を行うため、冷却時に粒
内に粗い層状のα相が形成され、また粒界に粒界
を縁取る形で粒界α相が形成される。これらのα
相は熱的に非常に安定であり、つぎの工程でHIP
を行つても金属組織上の形態は殆んど変化を受け
ない。このような金属組織を持つたチタン合金に
おいては、疲労き裂の発生が容易に起り、そのた
め溶解法で製造した場合に比べて疲労強度は大幅
に低いと言う欠点を有している。 しかしながら、素粉末混合法は、種々な形状の
製品を安価に製造できると言う点から魅力的であ
る。従つて製品を航空機部材等の使用に耐え得る
ものとするためには、組織制御による疲労特性の
改善が強く望まれる。 発明の目的 本発明は、従来の素粉末混合法によるチタン合
金製品の製造方法の欠点を改善せんとするもので
あり、その目的は、室温近傍において著しく高い
疲労強度を有するα＋β型チタン合金成型物を提
供するにある。 発明の構成 本発明者らは、前記目的を達成すべく研究の結
果、構成金属元素粉末の混合、圧粉成型、真空焼
結の工程を経て製造した焼結チタン合金を、β変
態温度から真空焼結温度以下の温度域から室温以
下の温度に焼入れると、粗い層状のα相及び粒界
におけるα相が存在しない金属組織が得られるこ
とを究明し得た。また、これをさらに800℃以上
β変態温度までのα＋β2相域で300Kgｆ／cm2以上
の圧力を用いて１時間以上プレスすると、真空焼
結後の焼結チタン合金中に存在する残留空隙が除
去され高密度化すると共に、粒界にはα相が存在
せず、均質かつ微細なα＋β2相組織となり、そ
の結果、延性、靭性は向上し、また疲労強度も大
幅に向上することを見出した。 本発明はこれらの知見に基いて完成したもので
ある。本発明の要旨は、構成金属元素粉末の混
合、圧粉成型、真空焼結の工程を経て製造した焼
結チタン合金を、β変態温度〜真空焼結温度の温
度域から室温以下の温度に焼入れし、さらに800
℃以上β変態温度までのα＋β2相域で加圧下で
プレスして残留空隙を除去することを特徴とする
素粉末混合法によるチタン合金の製造方法にあ
る。 本発明において使用するチタン合金としては、
Tiに例えばAl、Ｖ、Mo、Cr、Zr、Sn等の１種
または２種以上からなるチタン合金がすべて適用
し得られる。しかし、前記のものに限定されずα
＋β型チタン合金であればよい。 真空焼結後の焼結チタン合金を、β変態温度〜
真空焼結温度の温度域から室温以下に焼入れする
のは、前記温度の保持により、焼結チタン合金の
粗い層状のα相及び粒界におけるα相を消滅さ
せ、その状態の金属組織を保持するためである。
この温度域の上限温度が真空焼結温度を超える
と、結晶粒の粗大化が起こり、延性が損われ、そ
の下限温度がβ変態温度より低いと前記α相を消
滅させることができない。 その操作法としては、真空焼結終了後(1)β変態
温度〜真空焼結の温度域に保持したものを直接室
温以下まで焼入れしてもよく、また(2)炉冷または
空冷した場合は、β変態温度〜真空焼結の温度域
に加熱した後、室温以下まで焼入れを行つてもよ
い。しかし、前記(2)の方法が経済的で好ましい。 微細なα＋β2相組織とするために、800℃以上
β変態温度までのα＋β2相域で加圧プレスを行
い同時に残留空隙を除去する。β変態温度を超え
ると、再び粗い層状のα相及び粒界α相が形成さ
れ、疲労強度は改善されない。 加圧プレスはホツトプレスや型鍛造でもよい
が、HIP法によるのが好ましい。 実施例 １ Ti―6Al―4Vの組成を持つα＋β型チタン合
金の構成元素粉末を混合した後、機械的プレスを
用いて密度比81％まで圧粉成型し、ついで、これ
を1300℃で４時間保持して真空焼結を行つた。こ
の焼結合金をβ相域である1050℃で15分間保持後
水中に焼入れ、最後に1000Kgｆ／cm2、930℃、３
時間の条件の下で熱間静水圧プレスを施した。 また比較のため、炉冷のままの焼結合金を水焼
入れすることなく、前記と同一条件でHIP処理を
施す従来法によつて合金を作つた。 従来法及び本発明の方法で作つたTi―6Al―
4V合金の金属組織はそれぞれ第１図及び第２図
の通りであつた。図中、白く見えるのがα（hcp
構造）相、黒く見えるのがβ（bcc構造）相であ
る。 第２図から明らかなように、本発明の方法で製
造した合金は、粒界にはα相は存在せず、均質か
つ微細なα＋β2相組織となつている。 この両合金から引張試験片、破壊靭性試験片、
疲労試験片を作製し、その各々の試験を行つた。
その結果は表１に示す通りであつた。
【表】
なお、疲労強度は繰返し数が107回におけるも
のである。（以下同じ） この結果が示すように、本発明方法による合金
は、従来方法による合金に比べて、機械的特性値
はいずれも増加し、また特に繰返し数が107回に
おける疲労強度は50Kgｆ／mm2の値が得られ、高い
疲労強度を有するものとなる。 実施例 ２ Ti―4.5Al―5Mo―1.5Crからなる組成を持つα
＋β型チタン合金を実施例１と同様にして真空焼
結体を作つた。この焼結合金を、β相域である
1020℃で15分間保持後水中に焼入れ、最後に1000
Kg／cm2、910℃、３時間の条件の下で熱間静水圧
プレスを施した。比較のため、従来法では前記水
焼入れを行わず、同一条件で熱間静水圧プレスを
行つた。 実施例１と同様に各資料の機械的試験を行つ
た。その結果は表２の通りであつた。
のである。（以下同じ） この結果が示すように、本発明方法による合金
は、従来方法による合金に比べて、機械的特性値
はいずれも増加し、また特に繰返し数が107回に
おける疲労強度は50Kgｆ／mm2の値が得られ、高い
疲労強度を有するものとなる。 実施例 ２ Ti―4.5Al―5Mo―1.5Crからなる組成を持つα
＋β型チタン合金を実施例１と同様にして真空焼
結体を作つた。この焼結合金を、β相域である
1020℃で15分間保持後水中に焼入れ、最後に1000
Kg／cm2、910℃、３時間の条件の下で熱間静水圧
プレスを施した。比較のため、従来法では前記水
焼入れを行わず、同一条件で熱間静水圧プレスを
行つた。 実施例１と同様に各資料の機械的試験を行つ
た。その結果は表２の通りであつた。
【表】
この結果が示すように、本発明の方法による
と、従来法によるものに比べて絞り、破壊靭性が
増加し、また特に繰返し数が107回における疲労
強度は52Kgｆ／mm2の値が得られ、高い疲労強度を
持つものとなる。 発明の効果 本発明の方法によると、チタン合金において粒
界におけるα相の生成がなく、均質かつ微細なα
＋β2相組織のものとなり、そのため、機械的物
性が向上すると共に、特に疲労強度の優れたチタ
ン合金の成型品が容易に得られる優れた効果を有
する。
と、従来法によるものに比べて絞り、破壊靭性が
増加し、また特に繰返し数が107回における疲労
強度は52Kgｆ／mm2の値が得られ、高い疲労強度を
持つものとなる。 発明の効果 本発明の方法によると、チタン合金において粒
界におけるα相の生成がなく、均質かつ微細なα
＋β2相組織のものとなり、そのため、機械的物
性が向上すると共に、特に疲労強度の優れたチタ
ン合金の成型品が容易に得られる優れた効果を有
する。
第１図はTi―6Al―4Vからなる組成を持つチ
タン合金を、従来法の製造方法で作つたものの光
学顕微鏡組織写真、第２図は第１図と同一組成を
持つチタン合金を、本発明の方法で作つたものの
光学顕微鏡組織写真である。
タン合金を、従来法の製造方法で作つたものの光
学顕微鏡組織写真、第２図は第１図と同一組成を
持つチタン合金を、本発明の方法で作つたものの
光学顕微鏡組織写真である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 構成金属元素粉末の混合、圧粉成型、真空焼
結の工程を経て製造した焼結チタン合金を、β変
態温度から真空焼結温度以下の温度域から室温以
下の温度に焼入れし、さらに800℃以上β変態温
度までのα＋β2相域で、加圧下でプレスして残
留空〓を除去することを特徴とする素粉末混合法
によるチタン合金の製造方法。 ２ α＋β2相域で加圧下でプレスする方法が300
Kgｆ／cm2以上の圧力を用いて１時間以上の熱間静
水圧プレス法である特許請求の範囲第１項記載の
素粉末混合法によるチタン合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14403285A JPS624804A (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 素粉末混合法によるチタン合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14403285A JPS624804A (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 素粉末混合法によるチタン合金の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS624804A JPS624804A (ja) | 1987-01-10 |
| JPH0129864B2 true JPH0129864B2 (ja) | 1989-06-14 |
Family
ID=15352739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14403285A Granted JPS624804A (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 素粉末混合法によるチタン合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS624804A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62177137A (ja) * | 1986-01-30 | 1987-08-04 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | 時計用外装部品の製造方法 |
| JPH074177U (ja) * | 1993-06-24 | 1995-01-20 | ▲トウ▼▲ズー▼ 周 | ライト付きバックミラー |
| SG11201809957WA (en) * | 2016-05-11 | 2018-12-28 | Hitachi Metals Ltd | Composite material manufacturing method and composite material. |
| CN110681863B (zh) * | 2019-10-23 | 2022-04-15 | 飞而康快速制造科技有限责任公司 | 具有均一横纵向性能的钛合金制件及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52131912A (en) * | 1976-04-28 | 1977-11-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | T# alloy with high internal friction and heat treatment thereof |
-
1985
- 1985-07-02 JP JP14403285A patent/JPS624804A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52131912A (en) * | 1976-04-28 | 1977-11-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | T# alloy with high internal friction and heat treatment thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS624804A (ja) | 1987-01-10 |
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