JPH0353037A - 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） この発明は、航空宇宙用材料、自動車材料、生体材料、
一般民需用材料などとして使用される高強度チタン合金
に関する． （従来の技術） チタン合金は軽量かつ高強度であり、強度と比重との比
、すなわち比強度が高いという特徴を有している．なか
でもβ型チタン合金は時効強化が可能で、高強度チタン
合金としてＴｒ　　ＩＯＶ−２Ｆｅ３ＡｌやＴｉ　　１
５Ｖ　−　３Ｃｒ　−　３Ｓｎ　−　３ＡＮ，　Ｔｉ３
１！−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒなど種々の合金が
開発されている． β型チタン合金は時効による析出強化を行う材料であり
、加工、熱処理条件を適正に制御することにより均一微
細なα相を析出させ、１９０ｋｇｆ／ａｍ”に近い極め
て高い強度を得ることも可能であることが報告されてい
る（日本鉄鋼協会講廣概要集（１９８７）、Ｓ１５１０
），　Ｌ，かし、１９０ｋｇｆ／開２に近い高強度は板
厚が１一という極めて限定された条件下で達成されたも
ので、チタン合金の実用的な最高強度は１５０〜１６０
ｋｇｆ／問２である．（発明が解決しようとする課題） しかしながら、最高強度が１５０〜１６０ｋｇｆ／ｍｓ
＋”程度では、３００ｋ＋Ｊ／ｍｓ”の強度を有するマ
ルエージング鋼に比べると比強度の点でも優れていると
は言えず、マルエージング鋼を上回る比強度とするため
には１８０ｋｇｆ／ａｍ”を超える引張強さを板厚とは
関係なく安定して得る必要がある． 本発明の目的は、引張強さ１８０ｋｇｆ／ｍ一以上を有
する新しいチタン合金を開発することにある。

（課題を解決するための手段）、 β型チタン合金の強度が時効により析出するα相のサイ
ズおよび粒子間距離に強く依存することはよく知られて
おり、強化のためにはできるだけ微細なα相を均一にか
つ密に析出させることが必要である。更に、本発明者等
は、高強度化のためには析出するα相の粒子間距離及び
サイズと析出量が大きな影響を与え、これらの因子には
析出サイトの有無、時効温度及び時間などのほかに母相
であるβ相の安定度が大きな影響を与えることを知見し
た．すなわち、β相の安定度が低い場合は時効により均
一かつ微細なα相が析出せず、逆にβ相の安定度が高い
場合にはα相の析出量が少なく、いずれの場合も目的の
高強度が達成できない．そして、本発明者等はチタン合
金のβ相の安定度カＱｌｏ当Ｊｉ　（Ｍｏｅｑ　．　（
χ）＝Ｍｏ（Ｘ）　　＋　Ｃ　Ｖ　（！）／１．５）　
＋（Ｃｒ（！）／０．６）　）で表されることを見出し
た。

本発明は上記知見に基づいてなされたものであって、そ
の要旨は下記のおよび■の組成をもつ高強度チタン合金
にある（以下、ｒ％」はすべて重量％を意味する）． ■Ｍｏ，Ｖ、Ｃｒを １６．６（χ）≦Ｍｏ（Ｘ）　＋　（％）／１．５）＋
　（％）／０．６）≦１７．６（Ｘ）なる式を満足する
ように含有し、かつＡＮを２〜８％、ＳｎとＺｒのうち
１ｆ１または２種をあわせて２〜８％含有し、残部はＴ
ｉおよび不可避的不純物．■上記■の威分に加えて、更
にＭｎ，　Ｎｂ，　Ｃｕのうち１種または２種以上をあ
わせて２％以下含有するもの．るもの． （作用） 以下に、本発明の高強度チタン合金を構成する各戒分の
作用効果とそれらの含有量の限定理由について述べる． 月。、■、Ｃｒはいずれもβ相安定化元素であり、Ｍｏ
（Ｘ）　＋　Ｃ　Ｖ　（Ｘ）／１．５）　＋　（％）／
０．６）　テ表されるＭｏ当１（Ｍｏｅｑ．）が大きく
なるほどβ相が安定となる，　Ｍｏ当量が１６．５％未
満ではβ相の安定度が不充分で、高強度を得るための均
一微細なα相を析出させることができない．一方、Ｍｏ
当量が１７．７％を超えると、β相が安定となりすぎ、
時効を行っても必要な量のα相が析出しなくなり、１８
０ｋｇｆ／問２以上の高強度を得ることができなくなる
．ＡｌおよびＳｎとＺｒの一方または双方を添力Ｕする
のは、析出するα相の強度を高くすると共に、ω相の析
出による脆化を防止するためである．これらの元素のう
ち、Ａｆｆｉの含有量が２％未満では、あるいはＳｎと
Ｚｒのうちの１種または２種をあわせた含有量が２％未
満ではそれらの効果は得られ丁、Ａｌの含有量が８％を
超えると、あるいはＳｎとＺｒのうちのｌ種または２種
をあわせた含有量が８％を超えると、Ｔｉ３Ａ／！系の
金属間化合物が析出し、脆化が起こることから＾ｌの含
有量を２〜８％、ＳｎとＺｒのうちの１種または２種を
あわせた含有量を２〜８％とした。

本発明の高強度チタン合金は、上記の戒分のほか、残部
がチタンと不可避的不純物からなるものであってもよい
。しかし、上記戒分に加えて、更にＭｎ，　ＮｂＸＣｕ
の１種以上を含有させることができる。

Ｍｎ，　Ｎｂ，　Ｃｕはいずれもβ型チタン合金の強化
に有効な元素であるが、これらの元素のうち１種または
２種以上をあわせて２％を超えて含有させるとβ相が安
定化しすぎて所期の高強度化を達或できない．そこで、
これらの元素のうちのｌ種または２種以上をあわせて２
％以下とした．上記の組成を有する本発明の高強度チタ
ンは、例えば下記のようにして製造することができる．
原料であ乙チタンスボ：／ジと合金元素又は合金元素と
チタンとの母合金又は合金元素と他の合金元素との母合
金を屯合して圧縮戒形し、消耗電極式アーク溶解して得
たインゴントを再溶解してインゴットを得る．７８解は
更に多重回熔解しても良い。これらのインゴソトを加熱
後、分塊鍛造し、更に熱間加工してｍｍと寸法を仕上げ
る。次に、例えばβトランザスの下１００’Ｃからβト
ランザスの下５０゜Ｃの間で溶体化処理し、急速冷却後
第１回目の冷間圧延を加工度５０％以上で行い、更に前
記温度で第２回目の溶体化処理後急速冷却し、第２回目
の冷間圧延を加工度５〜３０％で行う．次いで時効処理
により仕上げる． （実施例） 真空アーク溶解炉を用いて第１表に示す戒分組成のチタ
ン合金を溶製した．同表中の合金１〜１０が本発明合金
、合金１１〜１６は＊印を付した点で本発明の範囲から
外れた組戒の比較合金である．これらのチタン合金１〜
１６のインゴット（１５０＋＋ｓ＋φ）を熱間鍛造およ
び熱間圧延により厚さ４０問の板とした後、冷間圧延を
行い供試材とした．冷間圧延後の供試材を第１図に示す
条件で熱処理および冷間圧延し、時効処理を施した後引
張試験を行った．即ち、α十βの二相が共存する温度域
である７００’Ｃまで昇温速度５゜Ｃ／秒で昇温し、昇
温後直ちに水冷し、その後断面減少率が１５％となるよ
うに冷間圧延を行い、再度７００゜Ｃまで昇温速度５゜
Ｃ／秒で昇温し、昇温後直ちに水冷した．次いで、４０
０’Ｃ　Ｘ　１００時間の条件で時効を行い、時効後引
張試験を行った． 引張試験結果を、その時の板厚と共に第１表に併せ示す
．同表から、比較合金（１１−１６）では引張強さが１
７０ｋｇｆ／＋ｍ２以下であるのに対し、本発明合金（
１〜１０）では、１．０〜１０．０一一の範囲の板厚に
ついて１８０ｋｇｆ／ａｍ”を超える高強度が板厚とは
関係なく安定して得られていることがわかる．（以下、
余白） （発明の効果） 本発明のチタン合金は、成分元素の含有量を調整するこ
とによりβ相の安定度をコントロールし、均一でかつ微
細なα相を析出させたもので、１８０ｋｇｆ／ａｍ”を
超える高強度を安定して達戒することが可能である．こ
の合金は、比強度が高く、航空機用あるいは回転体構成
部用などの部材として広く使用できるものである．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のチタン合金の熱処理等の条件の一例を
示す説明図である．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）重量％で、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒを １６．６（％）≦Ｍｏ（％）＋〔Ｖ（％）／１．５］＋
   〔Ｃｒ（％）／０．６〕≦１７．６（％）なる式を満足
   するように含有し、かつＡｌを２〜８％、ＳｎとＺｒの
   うち１種または２種をあわせて２〜８％含有し、残部は
   Ｔｉおよび不可避的不純物からなることを特徴とする高
   強度チタン合金。 （２）合金成分として、更に、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｃｕのうち
   １種または２種以上をあわせて２％以下含有する請求項
   （１）記載の高強度チタン合金。