JPH0192332A - 超塑性加工性に優れた高強度チタン合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、超塑性加工性に優れた高強度チタンに関す
るものである。

［従来技術］ チタン合金は軽くて強靭な機械的性質を有することから
、近年、航空機や、ロケット等の航空宇宙機器用材料と
して盛んに用いられている。しかし非常に難加工性の材
料であり、複雑な形状の部材に用いる場合には、加工の
途中でスクラップになる部分が多く、製品歩留が著しく
低く、製造原価が極めて高いと云う問題がある。このよ
うな問題点を解決するために、超塑性現象を利用した加
工法が試みられている。超塑性現象は一定の温度範囲等
の条件下で、金属がくびれ現象（ｎｅｃｋｉ　ｎｇ）を
起こすこと無く、数百％〜１１００％程度の巨大な伸び
を生じる現象であり、工業的には微細粒超塑性現象が利
用されている。この微細粒超塑性現象を生じる金属とし
て、Ｔｉ　−６Ａｌ−４Ｖ合金が知られており、上述の
超塑性加工法に用いられている。この合金は平均の粒径
が５〜１０μｍの微細粒金属組織を有する場合には、８
７５℃〜９５０℃において微細粒超塑性現象を生じる。

Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｖ合金の他に微細粒超塑性現象を生じ
る金属として、Ｔｉ　−６ＡＩ−４Ｖ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金（Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　　Ｔｒａｎｓａ
ｃｔｉｏｎｓＡ、Ａ、１．Ｍ、Ｅ、Ｖｏ　ｌｕｍｅ１４
Ａ、Ｄｅｃｅｍｂｅｒ１９８３　、２５３５〜２５４４
＞があり、この合金は８２５℃〜９００°Ｃで微細粒超
塑性現象を生じる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述した従来のＴｉ−６Ａ＋−４■合金
等は、微細粒超塑性現象を生じる温度範囲が高温である
ために、それを加工温度として利用した場合、加工用治
具の寿命が短くなるため、その温度に耐える材料を選択
しなければならない。そのため加工治具費が高くなる。

更にこの加工温度が高温のため、加熱に要するエネルギ
ー費が大きくなるとともに、時間も長くなると云う問題
がある。又これらのＴｉ−６ＡＩ−４Ｖ合金等は超塑性
伸びがあまり高くないという問題がある。そのため従来
の微細粒超塑性合金よりも、微細粒超塑性現象を生じる
温度範囲が低く、超塑性伸びが大きく、且つ変形抵抗の
小さい微細粒超塑性合金が強く望まれていた。

［問題点を解決するための手段及び作用］この発明は重
量基準として、Ａｌ５．５〜６、７５％、Ｖ：３．　５
〜４．５．０：０．２％以下、Ｆｅ：０．３％以下、Ｃ
ｒ：１．５〜３．０％を含み残部がＴｉ及び不可避不純
物からなる高純度チタン合金である。

次に、本発明において成分組成範囲を上記のように限定
した理由を述べる。

Ａｌ：α＋βの二相組繊を得る為のα相安定化元素とし
て添加され、かつ強度上昇に寄与する。しかし、含有量
が５．５％未満では、目的とする強度を得るのに不十分
であり、含有量が６，７５％を超えて添加するとＴｉと
の間に、脆化相である α２相（Ｔ　ｉ　３　Ａ　ｌ　）が析出し機械的性質を
劣化させるため好ましくない。従ってその含有量を５．
５％〜６．７５％とした。

Ｖ：α＋βの二相組織を得る為のβ相安定化元素として
添加され、Ｔｉとの間に、脆化相である金属間化合物を
形成する事無く強度上昇に寄与する。しかし含有量が３
．５％未満では、目的とする強度を得るのに不十分であ
り、含有量が４．５％を超えて添加すると超塑性伸びを
低減させるとともに超塑性加工時の変形抵抗を増大させ
る為その含有量を３．５％〜 ４．５％とした。

Ｏ：α相に固溶して強度上昇に寄与する。しかしながら
０．２％を超えて添加するとβ変態点を上昇させ、また
室温での延性を劣化させるので、その含有量を０．２％
以下とした。

Ｆｅ：主にβ相に固溶して室温での強度上昇に寄与する
。しかし、０．３％を超えて添加すると延性を劣化させ
、超塑性伸びを劣化させ、超塑性加工時の変形抵抗を増
大させるのでその含有量を０．３％以下とした。

Ｃｒ：β相安定化元素として添加され、β変態点を低下
させることにより超塑性伸びを増大させ超塑性加工時の
変形抵抗を低下させるとともに、主にβ相に固溶して強
度上昇に寄与する。しかし含有量が １．５％未満では、目的とする効果を得るのに不十分で
あり、含有量が３．０％を超えて添加するとＴｉとの間
に、脆化相である金属間化合物を形成し、機械的性質を
劣化させるため好ましくない。

従ってその含有量を１．５％〜３．０％とした。

この発明におけるチタン合金は、二相金属組織からなる
微細粒金属組織である。その為には、第一に微細粒から
なる等軸α結晶を生成させて、この等軸α結晶の体積比
率が４０％〜６０％である事が必要である。これによっ
てβ変態点を７５℃〜１２５℃下まわる温度で、α結晶
の体積比率が４０％〜６０％になる。この場合Ｃｒを添
加しているので、高温領域のβの単相から低温領域のα
＋βの二相へ変態するβ変態点を低下させることが出来
る。

［発明の実施例］ 次に本発明の実施例について詳しく説明する。

本発明のチタン合金、比較のチタン合金は次のようにし
て製造する。

アルゴンガス保護雰囲気アーク炉にてインゴットを溶製
し熱間鍛造し熱間圧延を行い、厚さ５ｍｍの板材に加工
した。微細粒からなる等軸α結晶を生成させるために熱
間加工温度をβ変態点を５０℃下回る温度で実施した。

α＋βの二相組織の温度領域での圧延率を７５％以上と
する。これらの材料を再結晶焼鈍を施し、超塑性引張試
験及び室温引張試験の供試材とした。その合金の成分組
成及び室温引張試験の結果を第１表に示し、超塑性引張
試験の結果を第２表に示す。

まず第１表より明らかなように、本発明のチタン合金は
室温引張特性として引張強さ（ＴＳ）が１０３ｋｇｆ／
ｍｍ２以上である。

第　　　　　１　　　　　表 第２表に示す超塑性引張試験は、平行部が５ｍｍ幅、５
ｍｍ長さで、４ｍｍ厚さの試験片を用いて５Ｘ１０−’
ｔｏｒｒ以下の真空中で実施した。又、最大変形応力は
、最大荷重初期断面積で除して求めた。

第　　　　　２　　　　　表 第２表から明らかなように本発明のチタン合金は最大超
塑性伸びが１５００％以上で、また最大超塑性伸びが得
られる温度が８２５℃以下であり、しかも最大変形応力
は１　、３２　ｋｇｆ／ｍｍ以下である。

比較のチタン合金および従来のＴｉ−６ＡＩ−４■合金
の最大超塑性伸びと比較して非常に優れており、従来の
最大超塑性伸びが得られる温度の８７５℃に比較して非
常に低下していることがわかる。また最大変形応力の値
もふくめた　強度−延性バランスでも本発明のチタン合
金が従来のチタン合金に比較して、非常に優れているこ
とがわかる。

第１図に本発明のチタン合金、比較のチタン合金、従来
のチタン合金と最大超塑性伸びの関係を示す。

図において、横軸にＣｒ含有量（％）を、縦軸に最大超
塑性伸び（％）を示す、ここにおいて、曲線における実
線の部分１は本発明のチタン合金の実験値をプロットし
てなる部分を示し、点線の部分２は比較のチタン合金の
実験値をプロットしてなる部分を示し、Δ印は従来のチ
タンの実験値をプロットしてなる点を示す。

図から明らかなように、Ｃｒ含有Ｊｉ（％）が１．５〜
３．０％の範囲で最大超塑性伸び（％）は１５００％以
上の値を示しており、その範囲を外れたＣｒ含有量（％
）では最大超塑性伸び（％）が低い。従来のチタン合金
の最大超塑性伸び（％）は１０００％以下の値を示して
いる。

［発明の効果コ 本発明によるチタン合金はＣｒ含有量を１．５〜３．０
％の範囲にすることによって、従来のチタン合金に比較
して、優れた超塑性加工特性を、より低い温度範囲で得
ることが出来、その結果航空宇宙機器用材料等として、
広く用いることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による本発明チタン合金、
比較のチタン合金、そして従来のＴｉ−６Ａ、１−４Ｖ
合金と最大超塑性伸びとの関係を示す図である。 １・・・本発明のチタン合金の実験値をプロットしてな
る実線部分、２・・・比較のチタン合金の実験値をプロ
ットしてなる点線部分、３・・・従来のチタン合金の実
験値をプロットしてなる６点。 特許出願人　　日本鋼管株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量基準にて、Ａｌ：５．５〜６．７５％、Ｖ：３．５
   〜４．５、０：０．２％以下、Ｆｅ：０．３％以下、Ｃ
   ｒ：１．５〜３．０％を含み残部がＴｉ及び不可避不純
   物からなる超塑性加工性に優れた高強度チタン合金。