JPH02213453A - チタンの鍛造成形品およびその製造方法 - Google Patents
チタンの鍛造成形品およびその製造方法Info
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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。
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〕
本発明は例えばエンジン部品などに使用されるチタンの
鍛造成形品およびその製造方法に関するものである。
鍛造成形品およびその製造方法に関するものである。
チタン基合金は比強度の高い材料であるために、近年エ
ンジンのコンロッドやバルブなどの部品に使用されるよ
うになってきた。
ンジンのコンロッドやバルブなどの部品に使用されるよ
うになってきた。
ところで、このチタン基合金は９５０〜９９０℃におい
てβ相の比率がα相に対して急激に増えるように変化す
る。そして、−度β相となった組織が徐々に冷却される
と粒界に粗大なα相、すなわちＣＢ−α相が析出し機械
的性質が低下することが知られている。
てβ相の比率がα相に対して急激に増えるように変化す
る。そして、−度β相となった組織が徐々に冷却される
と粒界に粗大なα相、すなわちＣＢ−α相が析出し機械
的性質が低下することが知られている。
そこで、従来、鍛造工程中に加工による温度上昇があっ
てもβ相の比率が急激に増えないにようにするために、
鍛造前の加熱工程や、鍛造工程における最高温度を、例
えばＴｉ−６ＡＪ−４Ｖでは９５０℃程度としそれ以下
の温度でチタン基合金素材を鍛造するようにしていた。
てもβ相の比率が急激に増えないにようにするために、
鍛造前の加熱工程や、鍛造工程における最高温度を、例
えばＴｉ−６ＡＪ−４Ｖでは９５０℃程度としそれ以下
の温度でチタン基合金素材を鍛造するようにしていた。
しかし、このようなチタンの鍛造成形品の製造方法にお
いては、変形抵抗が大きく塑性加工性が悪いα相の比率
が大きいα＋β域で鍛造を行っているために、鍛造金型
が著しく摩耗し金型の寿命を延長するのがきわめて困難
であった。また、所定の高強度を得るために鍛造後に、
溶体化処理が必要になり、熱処理工程が多くなると共に
歪が大きくなるという問題もあった。
いては、変形抵抗が大きく塑性加工性が悪いα相の比率
が大きいα＋β域で鍛造を行っているために、鍛造金型
が著しく摩耗し金型の寿命を延長するのがきわめて困難
であった。また、所定の高強度を得るために鍛造後に、
溶体化処理が必要になり、熱処理工程が多くなると共に
歪が大きくなるという問題もあった。
そこで、これらの問題を解決すべ〈発明者はチタンの金
属組織と強度との関係、あるいは鍛造温度や鍛造後の熱
処理の金属組織に及ぼす影響などについて考察し、それ
に基づいて繰返し実験を行った。その結果、チタン基合
金素材をβトランザス（以下β−Ｔという）を越えるま
でに加熱した後に鍛造を行うか、あるいは鍛造中に加工
熱でβ−下を越える温度にし、かつ鍛造後にＭＳ点以上
の温度から急冷するようにすると、変形抵抗が小さい状
態で鍛造が行えるにも関わらず、α＋β域で鍛造を行っ
た場合と路間等の強度が得られることを見出した。また
、このように鍛造を行えば、鍛造後の溶体化処理を行う
必要がないことがわかった。
属組織と強度との関係、あるいは鍛造温度や鍛造後の熱
処理の金属組織に及ぼす影響などについて考察し、それ
に基づいて繰返し実験を行った。その結果、チタン基合
金素材をβトランザス（以下β−Ｔという）を越えるま
でに加熱した後に鍛造を行うか、あるいは鍛造中に加工
熱でβ−下を越える温度にし、かつ鍛造後にＭＳ点以上
の温度から急冷するようにすると、変形抵抗が小さい状
態で鍛造が行えるにも関わらず、α＋β域で鍛造を行っ
た場合と路間等の強度が得られることを見出した。また
、このように鍛造を行えば、鍛造後の溶体化処理を行う
必要がないことがわかった。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、溶体化
処理を不要として熱処理工程を簡素化し、鍛造金型の寿
命を長くすることができるチタンの鍛造成形品およびそ
の製造方法を提供するものである。
処理を不要として熱処理工程を簡素化し、鍛造金型の寿
命を長くすることができるチタンの鍛造成形品およびそ
の製造方法を提供するものである。
本発明に係るチタンの鍛造成形品の製造方法は、加熱工
程あるいは鍛造工程の少なくとも一方の工程においてチ
タン基合金素材をβ−下を越える温度にすると共に、冷
却工程においてチタン基合金素材をＭ５点以上の温度か
ら急冷するものである。
程あるいは鍛造工程の少なくとも一方の工程においてチ
タン基合金素材をβ−下を越える温度にすると共に、冷
却工程においてチタン基合金素材をＭ５点以上の温度か
ら急冷するものである。
また、チタンの鍛造成形品は鍛流線を有すると共に、マ
ルテンサイトの針状組織が析出した金属組織を有したも
のである。
ルテンサイトの針状組織が析出した金属組織を有したも
のである。
本発明においては、チタン基合金素材をβ−Ｔ以上にす
ることにより、結晶構造が変化し鍛造時の変形抵抗が小
さくなる。また、鍛造中にβ−下を通過するか、β−Ｔ
通過直後鍛造を行うため結晶粒界に粗大なα相が析出す
るのが抑えられると共に、Ｍ８以上からの急冷によりマ
ルテンサイトの針状組織が析出するために強度の低下が
抑えられる。
ることにより、結晶構造が変化し鍛造時の変形抵抗が小
さくなる。また、鍛造中にβ−下を通過するか、β−Ｔ
通過直後鍛造を行うため結晶粒界に粗大なα相が析出す
るのが抑えられると共に、Ｍ８以上からの急冷によりマ
ルテンサイトの針状組織が析出するために強度の低下が
抑えられる。
以下、本発明の一実施例を図により詳細に説明する。第
１図は本発明に係るチタンの鍛造成形品の製造方法によ
るチタン基合金素材の温度変化を示すグラフであり、横
軸に時間Ｔをとり、縦軸に温度ｔｅｎをとっである。先
ず、成形品に近い形状、例えばコンロッドの場合は棒状
のチタン基合金素材を用意し、加熱工程ａにおいてチタ
ン基合金素材を加熱装置でβ−下を越える温度に加熱し
チタン基合金素材を変形抵抗が小さいβ単相に結晶構造
を変化させる。実施例においては、チタン基合金素材と
してＴｉ−６ＡＩ−４Ｖが用いられているため、９９０
℃を越える温度である約１２００℃にまで加熱する。こ
こで、加熱時間は結晶粒の成長およびスケールの生成を
低減するために、可及的に短い方が好ましい。また、加
熱温度も鍛造時にチタン基合金素材を変形抵抗が小さい
状態に保持できる範囲内で可及的に低い方が好ましい。
１図は本発明に係るチタンの鍛造成形品の製造方法によ
るチタン基合金素材の温度変化を示すグラフであり、横
軸に時間Ｔをとり、縦軸に温度ｔｅｎをとっである。先
ず、成形品に近い形状、例えばコンロッドの場合は棒状
のチタン基合金素材を用意し、加熱工程ａにおいてチタ
ン基合金素材を加熱装置でβ−下を越える温度に加熱し
チタン基合金素材を変形抵抗が小さいβ単相に結晶構造
を変化させる。実施例においては、チタン基合金素材と
してＴｉ−６ＡＩ−４Ｖが用いられているため、９９０
℃を越える温度である約１２００℃にまで加熱する。こ
こで、加熱時間は結晶粒の成長およびスケールの生成を
低減するために、可及的に短い方が好ましい。また、加
熱温度も鍛造時にチタン基合金素材を変形抵抗が小さい
状態に保持できる範囲内で可及的に低い方が好ましい。
次の鍛造工程すにおいては、チタン基合金素材の温度が
１０５０℃で鍛造を開始する。すなわち、荒地型を用い
て荒地鍛造を行い、仕上型を用いて仕上鍛造を行う。チ
タン基合金素材は型のキャビティの形状に沿って鍛流線
を形成するように塑性変形し成形品の形状、例えばコン
ロッド形状に成形される。鍛造中にチタン基合金素材は
温度が低下し、β−下を通過してα＋β域に入るが、Ｍ
。
１０５０℃で鍛造を開始する。すなわち、荒地型を用い
て荒地鍛造を行い、仕上型を用いて仕上鍛造を行う。チ
タン基合金素材は型のキャビティの形状に沿って鍛流線
を形成するように塑性変形し成形品の形状、例えばコン
ロッド形状に成形される。鍛造中にチタン基合金素材は
温度が低下し、β−下を通過してα＋β域に入るが、Ｍ
。
点（８４０〜８８５℃）よりは低くならないようにする
。なお、鍛造中にチタン基合金素材の全体がβ域からβ
−下を通過することが望ましいが、必ずしも鍛造中にβ
−下を通過させる必要はない。
。なお、鍛造中にチタン基合金素材の全体がβ域からβ
−下を通過することが望ましいが、必ずしも鍛造中にβ
−下を通過させる必要はない。
すなわち、鍛造開始時に表面温度がβ−Ｔ以下、内部温
度がβ−Ｔ以上であってもよく、あるいは表面温度がβ
−Ｔ以下、内部温度がβ−Ｔ以下であってもよい。これ
は、β−Ｔ通過直後であれば、変形抵抗もさほど大きく
ならず、仮に、析出したＣＢ−α相があったとしても鍛
造を開始することでその粗大化成長が抑えられるからで
ある。
度がβ−Ｔ以上であってもよく、あるいは表面温度がβ
−Ｔ以下、内部温度がβ−Ｔ以下であってもよい。これ
は、β−Ｔ通過直後であれば、変形抵抗もさほど大きく
ならず、仮に、析出したＣＢ−α相があったとしても鍛
造を開始することでその粗大化成長が抑えられるからで
ある。
そして、鍛造後、冷却工程Ｃで、前記Ｍ８点以上の温度
である９１０℃から水あるいは油を溜めた冷却槽中に漬
けて急冷する。
である９１０℃から水あるいは油を溜めた冷却槽中に漬
けて急冷する。
なお、時効処理は鍛造成形品を加熱炉内に保持して行う
。例えば５３０℃の炉内に４時間保持した後に空冷する
、あるいは６８０℃の炉内に１時間保持した後に空冷す
る。鍛造成形品の形状を修正するホットコイニングは、
前記時効処理の処理温度よりも低い温度で行う。
。例えば５３０℃の炉内に４時間保持した後に空冷する
、あるいは６８０℃の炉内に１時間保持した後に空冷す
る。鍛造成形品の形状を修正するホットコイニングは、
前記時効処理の処理温度よりも低い温度で行う。
このようなチタンの鍛造成形品の製造方法によれば、チ
タン基合金素材をβ−Ｔを越える温度に加熱したので、
チタン基合金素材を変形抵抗が小さい状態で鍛造を行う
ことができ、荒地型、仕上型に大きな力が作用するのを
防止することができる。そのため、これら鍛造金型が摩
耗するのを軽減し、寿命を延長化することができる。ま
た、鍛造後のチタン基合金素材をＭ８点以上からの急冷
したので、ミクα組織において結晶粒界に粗大なα相、
すなわちＧＢ−α相が析出するのを抑えることができる
と共に、マルテンサイトの針状組織を析出させることが
できる。しかも、マクロ組織においては、鍛造時にチタ
ン基合金素材がキャビティ形状に塑性変形する際に形成
される鍛流線はそのまま残してお（ことができる。
タン基合金素材をβ−Ｔを越える温度に加熱したので、
チタン基合金素材を変形抵抗が小さい状態で鍛造を行う
ことができ、荒地型、仕上型に大きな力が作用するのを
防止することができる。そのため、これら鍛造金型が摩
耗するのを軽減し、寿命を延長化することができる。ま
た、鍛造後のチタン基合金素材をＭ８点以上からの急冷
したので、ミクα組織において結晶粒界に粗大なα相、
すなわちＧＢ−α相が析出するのを抑えることができる
と共に、マルテンサイトの針状組織を析出させることが
できる。しかも、マクロ組織においては、鍛造時にチタ
ン基合金素材がキャビティ形状に塑性変形する際に形成
される鍛流線はそのまま残してお（ことができる。
第２図は本発明に係るチタンの鍛造成形品の一実施例で
あるコンロッドを示す斜視図、第３図は第２図の■−■
線断面図である。コンロッド１は第３図に中央部横断面
図を示すようにマクロ組織においては、外周面に沿って
鍛流線が存在している。
あるコンロッドを示す斜視図、第３図は第２図の■−■
線断面図である。コンロッド１は第３図に中央部横断面
図を示すようにマクロ組織においては、外周面に沿って
鍛流線が存在している。
第４図は同じく本発明に係るチタンの鍛造成形品として
のコンロフト１の金属組織を示す写真である。（ａ ）
、 （ｂ ）は第３図においてＡで示すコンロッドの表
面部の金属組織を示し、＜ａ＞は１００倍に拡大し、（
ｂ）は４００倍に拡大したものである。（Ｃ）、 （ｄ
）は第３図においてＢで示す芯部をそれぞれ１００倍、
４００倍に拡大したものである。これらのミクロ組織を
示す写真において押潰された多角形の輪郭のように見え
る部分が結晶粒界であり、この結晶粒界付近に白く見え
る部分がＧＢ−α相である。このＣＢ−α相は（ｄ）に
おいて顕著に現れており、（ｄ）の写真の略中央部を左
右方向に横断している。結晶粒界内にねずみ色あるいは
黒く見える部分がマルテンサイトであり、黒（細い筋が
多数平行に並んでいる部分、あるいは筋が交差して綱目
状に並んでいる部分がマルテンサイトの針状組織である
。なお、（ａ）において結晶粒が縦に長くなるように押
潰されており、このような結晶粒の変形が鍛流線の発生
に影響を与えていると考えられる。
のコンロフト１の金属組織を示す写真である。（ａ ）
、 （ｂ ）は第３図においてＡで示すコンロッドの表
面部の金属組織を示し、＜ａ＞は１００倍に拡大し、（
ｂ）は４００倍に拡大したものである。（Ｃ）、 （ｄ
）は第３図においてＢで示す芯部をそれぞれ１００倍、
４００倍に拡大したものである。これらのミクロ組織を
示す写真において押潰された多角形の輪郭のように見え
る部分が結晶粒界であり、この結晶粒界付近に白く見え
る部分がＧＢ−α相である。このＣＢ−α相は（ｄ）に
おいて顕著に現れており、（ｄ）の写真の略中央部を左
右方向に横断している。結晶粒界内にねずみ色あるいは
黒く見える部分がマルテンサイトであり、黒（細い筋が
多数平行に並んでいる部分、あるいは筋が交差して綱目
状に並んでいる部分がマルテンサイトの針状組織である
。なお、（ａ）において結晶粒が縦に長くなるように押
潰されており、このような結晶粒の変形が鍛流線の発生
に影響を与えていると考えられる。
第５図は従来の製造方法によって製造したコンロッドの
第４図に相当した金属組織を示す写真である。従来のコ
ンロッドの金属組織においては、（ａ）〜（ｄ）の何れ
写真においても粒状のα組織が析出している。
第４図に相当した金属組織を示す写真である。従来のコ
ンロッドの金属組織においては、（ａ）〜（ｄ）の何れ
写真においても粒状のα組織が析出している。
第６図は本発明に係るチタンの鍛造成形品としてのコン
ロッドの疲れ試験よる実験値と従来のコンロッドの疲れ
試験による実験値と比較して示すグラフであり、横軸に
破断するまでの応力繰返し回数Ｎをとり、縦軸に応力Ｓ
（ＭＰａ）をとっである。グラフにおいて黒色で示す実
験値はβ域まで加熱した本発明のコンロッドで得られる
実験値を示し、白抜きで示す実験値はα＋β域で鍛造し
た従来のコンロッドで得られる実験値を示す。また、三
角形は圧延方向（ＲＤ）に荷重を加えた場合を示し、正
方形は圧延と直交する方向（ＴＤ）に荷重を加えた場合
の実験結果を示す、なお、実験は空気中（ＡＩＲ）にお
いて行われ、応力比Ｒ（σ、！ｆｉ／σ、、Ｘ）は−１
とされている。
ロッドの疲れ試験よる実験値と従来のコンロッドの疲れ
試験による実験値と比較して示すグラフであり、横軸に
破断するまでの応力繰返し回数Ｎをとり、縦軸に応力Ｓ
（ＭＰａ）をとっである。グラフにおいて黒色で示す実
験値はβ域まで加熱した本発明のコンロッドで得られる
実験値を示し、白抜きで示す実験値はα＋β域で鍛造し
た従来のコンロッドで得られる実験値を示す。また、三
角形は圧延方向（ＲＤ）に荷重を加えた場合を示し、正
方形は圧延と直交する方向（ＴＤ）に荷重を加えた場合
の実験結果を示す、なお、実験は空気中（ＡＩＲ）にお
いて行われ、応力比Ｒ（σ、！ｆｉ／σ、、Ｘ）は−１
とされている。
この第６図によれば、黒色の実験値と白抜きの実験値が
それぞれ曲線Ｃに沿って点在しており、本発明のコンロ
ッドが、従来のコンロッドと略同程度の疲れ強度を有し
ていることがわかる。これは、結晶粒が粗大化すること
および結晶粒界に粗大なＣＢ−α相が析出するのが抑え
られると共に、マルテンサイトの針状＆ＩＩＩ！ｉが析
出することなどによって、強度が低下するのが抑えられ
るためと考えられる。また、長手方向に延びた鍛流線が
存在するため、長手方向に引張応力や圧縮応力を受ける
コンロッドの機能に有利に働くと考えられる。
それぞれ曲線Ｃに沿って点在しており、本発明のコンロ
ッドが、従来のコンロッドと略同程度の疲れ強度を有し
ていることがわかる。これは、結晶粒が粗大化すること
および結晶粒界に粗大なＣＢ−α相が析出するのが抑え
られると共に、マルテンサイトの針状＆ＩＩＩ！ｉが析
出することなどによって、強度が低下するのが抑えられ
るためと考えられる。また、長手方向に延びた鍛流線が
存在するため、長手方向に引張応力や圧縮応力を受ける
コンロッドの機能に有利に働くと考えられる。
なお、上記実施例においては、チタン基合金素材を加熱
工程においてβ−Ｔを越える温度にまで加熱した例につ
いて説明したが本発明はこれに限定されるものではなく
、加熱温度をβ−Ｔよりも低くし、鍛造工程中の加工に
よる昇温よってチタン基合金素材をβ−Ｔを越える温度
にするようにしてもよく、同等な作用効果を得ることが
できる。
工程においてβ−Ｔを越える温度にまで加熱した例につ
いて説明したが本発明はこれに限定されるものではなく
、加熱温度をβ−Ｔよりも低くし、鍛造工程中の加工に
よる昇温よってチタン基合金素材をβ−Ｔを越える温度
にするようにしてもよく、同等な作用効果を得ることが
できる。
以上説明したように本発明によれば、加熱工程あるいは
鍛造工程の少なくとも一方の工程においてチタン基合金
素材をβ−Ｔを越える温度にすると共に、冷却工程にお
いてチタン基合金素材をＭ。
鍛造工程の少なくとも一方の工程においてチタン基合金
素材をβ−Ｔを越える温度にすると共に、冷却工程にお
いてチタン基合金素材をＭ。
意思上の温度から急冷するから、鍛造時の変形抵抗を小
さくし、かつ鍛流線およびマルテンサイトの針状組織が
析出した金属組織を有し従来のものと路間等な強度を有
するチタンの鍛造成形品を製造することができる。
さくし、かつ鍛流線およびマルテンサイトの針状組織が
析出した金属組織を有し従来のものと路間等な強度を有
するチタンの鍛造成形品を製造することができる。
したがって、鍛造金型の摩耗を軽減して寿命を延長する
ことができると共に、鍛造金型の一つの金型当たりの塑
性変形量を多（し鍛造金型の種類を少なくすることもで
きる。また、鍛造成形品の鍛造後に従来行われていた溶
体化処理工程を不要にすることができるから、熱処理工
程を簡素化することができるだけでなく、溶体化処理に
よって生じていた歪をなくし、鍛造成形品に生じる歪を
小さく抑えることができる。
ことができると共に、鍛造金型の一つの金型当たりの塑
性変形量を多（し鍛造金型の種類を少なくすることもで
きる。また、鍛造成形品の鍛造後に従来行われていた溶
体化処理工程を不要にすることができるから、熱処理工
程を簡素化することができるだけでなく、溶体化処理に
よって生じていた歪をなくし、鍛造成形品に生じる歪を
小さく抑えることができる。
第１図は本発明に係るチタンの鍛造成形品の製造方法に
よるチタン基合金素材の温度変化を示すグラフ、第２図
は本発明に係るコンロッドを示す斜視図、第３図は第２
図の■−ｍ線断面図、第４図は同じくコンロフトの金属
組織を示す写真、第５図は従来の製造方法によって製造
したコンロッドの第４図に相当した金属組織を示す写真
、第６図は本発明に係る鍛造成形品としてのコンロッド
の疲れ試験よる実験値と従来のコンロッドの疲れ試験に
よる実験値とを比較して示すグラフである。 １・・・・コンロッド、ａ・・・・加熱工程、ｂ・・・
・鍛造工程、Ｃ・・・・冷却工程。 第１図 特許出願人 ヤマハ発動機株式会社
よるチタン基合金素材の温度変化を示すグラフ、第２図
は本発明に係るコンロッドを示す斜視図、第３図は第２
図の■−ｍ線断面図、第４図は同じくコンロフトの金属
組織を示す写真、第５図は従来の製造方法によって製造
したコンロッドの第４図に相当した金属組織を示す写真
、第６図は本発明に係る鍛造成形品としてのコンロッド
の疲れ試験よる実験値と従来のコンロッドの疲れ試験に
よる実験値とを比較して示すグラフである。 １・・・・コンロッド、ａ・・・・加熱工程、ｂ・・・
・鍛造工程、Ｃ・・・・冷却工程。 第１図 特許出願人 ヤマハ発動機株式会社
Claims (2)
- （１）チタン基合金素材を加熱する加熱工程と、加熱さ
れたチタン基合金素材を鍛造成形する鍛造工程と、成形
されたチタン基合金素材を冷却する冷却工程とからなり
、前記加熱工程あるいは鍛造工程の少なくとも一方の工
程においてチタン基合金素材をβトランザスを越える温
度にすると共に、冷却工程においてチタン基合金素材を
Ｍ＿ｓ点以上の温度から急冷することを特徴とするチタ
ンの鍛造成形品の製造方法。 - （２）鍛流線を有すると共に、マルテンサイトの針状組
織が析出した金属組織を有することを特徴とするチタン
の鍛造成形品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3565389A JP2775164B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | チタンの鍛造成形品およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3565389A JP2775164B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | チタンの鍛造成形品およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02213453A true JPH02213453A (ja) | 1990-08-24 |
| JP2775164B2 JP2775164B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=12447836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3565389A Expired - Fee Related JP2775164B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | チタンの鍛造成形品およびその製造方法 |
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1989
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| CN1083015C (zh) * | 1996-03-29 | 2002-04-17 | 株式会社神户制钢所 | 高强度钛合金及其制品以及该制品的制造方法 |
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