JPH05195120A - Titanium-alloy tool and its production - Google Patents
Titanium-alloy tool and its productionInfo
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- JPH05195120A JPH05195120A JP3151692A JP3151692A JPH05195120A JP H05195120 A JPH05195120 A JP H05195120A JP 3151692 A JP3151692 A JP 3151692A JP 3151692 A JP3151692 A JP 3151692A JP H05195120 A JPH05195120 A JP H05195120A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、（α＋β）型チタン
合金製工具およびその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an (α + β) type titanium alloy tool and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】作業用の工具に用いられる材料は、従来
からスチールが主流である。その理由の第１はスチール
は安価であることであり、第２は熱処理によって望みの
値まで硬度を上げることが容易であるためである。2. Description of the Related Art Steel has been mainly used as a material for working tools. The first reason is that steel is inexpensive, and the second reason is that it is easy to increase the hardness to a desired value by heat treatment.
【０００３】作業用の工具の中でも、主としてボルトま
たはナットを所定のトルクで締め付ける場合若しくは締
付トルクの測定等に用いるトルクレンチは、特にその硬
度が大きいことが要求されている。即ち、トルクレンチ
の規格を定める、JIS B 4650・表10に示される通り、ト
ルクレンチは、その材料として、JIS G 4105のSCM 3、
若しくは、JIS G 3454のSTPG 38 等を使用するべきこと
が記載されている。更に、その主要部は、JIS B 4650・
表９に示される通り、HRC 40以上（ヘッド部）の値の硬
度を有することが要求されている。Among working tools, a torque wrench mainly used for tightening bolts or nuts with a predetermined torque or for measuring tightening torque is required to have a particularly high hardness. That is, the standard of the torque wrench, JIS B 4650 · As shown in Table 10, the torque wrench, as its material, SCM 3 of JIS G 4105,
Alternatively, it is stated that JIS G 3454 STPG 38, etc. should be used. Furthermore, the main part is JIS B 4650.
As shown in Table 9, it is required to have a hardness of HRC 40 or more (head portion).
【０００４】しかしながら、スチール製のトルクレンチ
には、下記に示すような種々の問題点が顕在化してきて
いる。 (1) 重量が重いこと：例えば、プレセット型の21000 の
重量は、21Kgにもなり、作業員が腰を傷めるなど、傷害
が発生する。この問題は、社会が高齢化するに従って、
大きな問題になってきた。 (2) 磁場下での使用：核磁気共鳴装置など微弱な磁場制
御が行われる装置の修理、あるいはリニアモーターカー
の様に極めて強い磁場中での作業など、工具の帯磁を嫌
う環境が増大しており、そうした面ではスチール製工具
が不適当である。 (3) 耐食性：耐食性に難点があるため、海洋での使用、
例えば、漁船の操業中の修理、スポーツヨットの常備工
具としては、不適当であった。However, the torque wrench made of steel has various problems as described below. (1) Heavy weight: For example, the weight of the preset type 21000 is 21 kg, which causes injuries such as a worker's back injury. The problem is that as society ages,
It has become a big problem. (2) Use in a magnetic field: The environment that reluctance to magnetize the tool increases, such as repair of a device that controls weak magnetic field such as a nuclear magnetic resonance device or work in an extremely strong magnetic field like a linear motor car. Therefore, steel tools are unsuitable in that respect. (3) Corrosion resistance: Use in the ocean due to its difficulty in corrosion resistance,
For example, it was unsuitable for repairing fishing boats while they were in operation and as a permanent tool for sports yachts.
【０００５】スチール製トルクレンチに関する、上記
(1) 〜(3) の問題点を解決する材料として、チタン合金
が注目されている。我々は、先ず、高強度のチタン合金
を探してみたところ、β型合金が適切なことが分かっ
た。しかしながら、これは非常に高価であり、素材の費
用だけでもスチール製トルクレンチの価格を超えてしま
うものであり、実用的でない。The above regarding a steel torque wrench
Titanium alloys are attracting attention as a material for solving the problems (1) to (3). We first searched for high strength titanium alloys and found that β-type alloys were suitable. However, this is very expensive, and the cost of the material alone exceeds the price of the steel torque wrench, making it impractical.
【０００６】そこで、我々は、次に、高強度で比較的安
価な、α＋β型合金の代表である、アルミニウム(Al)：
６wt.%、バナジウム(V) ：４wt.%含有し、残部チタンか
らなるチタン合金（以下、「Ti−６Al−４V 合金」とい
う) を選定し、トルクレンチの材料として使用できるか
否かを検討してみた。しかしながら、得られた結果はTi
−６Al−４Ｖ合金がトルクレンチに適さないことを示す
ものであった。即ち、Ti−６Al−４V 合金を素材として
用い、溶体化処理の冷却速度を出来るだけ上昇させて
（水焼入れ）みたが、その硬度はせいぜいビッカース硬
さでHv355(HRC 36) 程度であった。従って、上述したト
ルクレンチのJIS B 4650・表10の要求値を大きく下回る
ものであった。[0006] Therefore, we next propose aluminum (Al), which is a representative of α + β type alloys having high strength and relatively low price:
6wt.%, Vanadium (V): 4wt.% Contained, and titanium alloy consisting of the balance titanium (hereinafter referred to as "Ti-6Al-4V alloy") was selected and examined whether it could be used as a material for a torque wrench. I tried to. However, the result obtained is Ti
It was shown that the -6Al-4V alloy was not suitable for a torque wrench. That is, the Ti-6Al-4V alloy was used as a raw material and the cooling rate of the solution treatment was increased as much as possible (water quenching), but the hardness was at most about Vvs (HRC 36) in Vickers hardness. Therefore, the torque wrench was far below the required value of JIS B 4650 / Table 10 described above.
【０００７】また得られた材料からトルクレンチを切削
加工して作製し、耐久試験を行ってみたが、1000回で焼
付が発生した。Further, a torque wrench was cut from the obtained material to prepare it, and a durability test was conducted. However, seizure occurred 1000 times.
【０００８】これらの試験結果はより高強度のα＋β型
チタン合金の必要性を示唆するものであった。These test results suggested the need for higher strength α + β type titanium alloys.
【０００９】チタン合金を作業用工具の素材として用い
たものとして、特開昭63-307,235号公報および特開昭63
-307,236号公報に、チタン合金製工具およびその製造方
法が開示されている。特開昭63-307,235号公報に開示さ
れた、チタン合金製工具およびその製造方法： (1) ４〜９wt.%のクロムを含み、残部がチタンおよび不
可避不純物からなるチタン合金製工具。 (2) ４〜９wt.%のクロムを含み、残部がチタンおよび不
可避不純物からなるチタン合金を、675 〜750 ℃の温度
で焼鈍し、更に所定の形状に冷間加工した後、750 ℃以
上の温度域から焼入れを行なうチタン合金製工具の製造
方法。（以下、「先行技術１」という）。Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-307,235 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-307235 disclose the use of titanium alloy as a material for work tools.
-307,236 discloses a titanium alloy tool and a method for manufacturing the same. Titanium alloy tool disclosed in JP-A-63-307,235 and method for producing the same: (1) A titanium alloy tool containing 4 to 9 wt.% Chromium and the balance titanium and inevitable impurities. (2) A titanium alloy containing 4 to 9 wt.% Of chromium, the balance of which is titanium and unavoidable impurities, is annealed at a temperature of 675 to 750 ° C, cold-worked into a predetermined shape, and then 750 ° C or higher. A method for manufacturing a titanium alloy tool in which quenching is performed from a temperature range. (Hereinafter, referred to as "Prior Art 1").
【００１０】特開昭63-307,236号公報に開示された、チ
タン合金製工具およびその製造方法： (1) ４〜8.5 wt.%のマンガンを含み、残部がチタンおよ
び不可避不純物からなるチタン合金製工具。 (2) ４〜8.5 wt.%のマンガンを含み、残部がチタンおよ
び不可避不純物からなるチタン合金を、580 〜750 ℃の
温度で焼鈍し、更に所定の形状に冷間加工した後、750
℃以上の温度域から焼入れを行なうチタン合金製工具の
製造方法。（以下、「先行技術２」という）。Titanium alloy tool disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-307,236 and its manufacturing method: (1) Made of titanium alloy containing 4 to 8.5 wt.% Manganese and the balance titanium and inevitable impurities. tool. (2) A titanium alloy containing 4 to 8.5 wt.% Manganese and the balance consisting of titanium and unavoidable impurities is annealed at a temperature of 580 to 750 ° C., and further cold worked into a predetermined shape, and then 750
A method for manufacturing a titanium alloy tool in which quenching is performed from a temperature range of ℃ or higher. (Hereinafter, referred to as "Prior Art 2").
【００１１】先行技術１および２は、クロムまたはマン
ガンを多量に含有させ、焼入れ処理を行うことにより、
ビッカース硬さでHv 500以上(HRC49) の値が得られ、上
述したトルクレンチに関するJIS 規格の要求値を満足
し、スチール製のトルクレンチの有する問題点を解決す
るものである。Prior arts 1 and 2 contain a large amount of chromium or manganese and are subjected to quenching treatment,
A value of Hv 500 or more (HRC49) is obtained in Vickers hardness, satisfies the above-mentioned JIS standard required value for a torque wrench, and solves the problems of a steel torque wrench.
【００１２】しかしながら、先行技術１および２は、そ
の実施例にみられるように、上述したJIS 規格の要求値
を満足する硬度を得るために焼入れ（水冷）を行う必要
があり、後述する「歪（ひずみ）」の問題が生じる。こ
の歪の問題は、チタン合金で特に顕在化する傾向にあっ
た。その理由は、下記の通りである。 (1) ヤング率が鋼の約1/2 、即ち、鋼： 21,OOOKg/mm2
に対して、チタン合金： 11,500Kg/mm2 であるため、焼
入れ時の熱応力が同じであれば、チタン合金は鋼の２倍
歪むことになる。 (2) チタン合金は焼入れ後の変形能が、鋼のそれに比べ
てかなり小さく、焼入れ歪の矯正が困難であり、割れて
しまう。 先行技術１および２は、このチタン合金の歪に関する問
題が解決されていない。However, in the prior arts 1 and 2, as seen in the examples, it is necessary to perform quenching (water cooling) in order to obtain the hardness satisfying the required value of the JIS standard mentioned above, and the "distortion" which will be described later. (Strain) "problem occurs. This problem of strain tends to become particularly apparent in titanium alloys. The reason is as follows. (1) Young's modulus is about 1/2 of steel, that is, steel: 21, OOOKg / mm 2
On the other hand, since the titanium alloy is 11,500 kg / mm 2 , if the thermal stress during quenching is the same, the titanium alloy will be twice as distorted as steel. (2) Titanium alloy has considerably less deformability after quenching than that of steel, and it is difficult to correct quenching strain and cracks. Prior arts 1 and 2 have not solved the problem regarding the strain of this titanium alloy.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】我々は、上述した観点
から、まず歪の問題を解決するための実験を行った。 (1) JIS B 4650 では、トルクの誤差率が±３％以内に
抑えることを規定している。これをクリアするためには
図５に示すように、トルクレンチ１のヘッド部から柄の
先端までの高さがある範囲内に抑える必要があることが
経験的に知られており、プレセット1800の場合には、図
５中に示すように、Ａ面基準ａを12.5±0.2 mmの範囲内
に制御しなければならないことが、我々の実験で判明し
ている。図５中における各部の寸法は、ｂは8 mm、ｃは
4.5mm 、ｄは17mm、ｅは8.5mm である。 (2) そこでチタン合金（後述するSP 700) を用いて、
溶体化処理時の冷却速度を変化させ、その影響を調べ
た。結果を図２に示す。図２から明らかなように、冷却
速度の増大とともに歪は増大し、20℃/sec以下であれば
要求値を満足する。 (3) こうした事実は、実験を行ったSP 700のみなら
ず、α＋β型合金の代表例である、Ti−６Al−４V 合金
でも同じであった。この結果、ヤング率がほぼ同じであ
れば歪も同じになると考えられる。From the above viewpoint, we first conducted an experiment for solving the problem of distortion. (1) JIS B 4650 stipulates that the error rate of torque be kept within ± 3%. To clear this, it is empirically known that the height from the head portion of the torque wrench 1 to the tip of the handle must be kept within a certain range as shown in FIG. In the case of, as shown in FIG. 5, it is found by our experiment that the A-side reference a must be controlled within the range of 12.5 ± 0.2 mm. The dimensions of each part in FIG. 5 are 8 mm for b and 8 mm for c.
4.5mm, d is 17mm and e is 8.5mm. (2) Then, using titanium alloy (SP 700 described later),
The effect of changing the cooling rate during solution treatment was investigated. The results are shown in Figure 2. As is clear from FIG. 2, the strain increases as the cooling rate increases, and the required value is satisfied at 20 ° C./sec or less. (3) These facts were the same not only in the SP 700 used in the experiment, but also in the Ti-6Al-4V alloy, which is a typical example of α + β type alloy. As a result, it is considered that if the Young's modulus is almost the same, the strain is also the same.
【００１４】我々は、上記の条件（冷却速度）でも要求
硬度（ビッカース硬さでHv 390、HCR 40) を満たすよう
な合金系を調査した。 β型合金は、特性を満足するものの、高価であり、工
具（トルクレンチ）として工業的に成り立たない。 α＋β型合金は、要求値を満足できない。 この他、種々の合金を調査したが、従来合金では、上
記条件を満たすことは無理であることがわかった。We have investigated an alloy system that satisfies the required hardness (Hv 390, HCR 40 in Vickers hardness) even under the above conditions (cooling rate). The β-type alloy satisfies the characteristics, but is expensive and is not industrially viable as a tool (torque wrench). The α + β type alloy cannot satisfy the required value. In addition to this, various alloys were investigated, but it was found that it was impossible for the conventional alloys to satisfy the above conditions.
【００１５】我々は、更に、硬度および歪において所定
の特性を有する、チタン合金製トルクレンチの製造方法
について検討し、特願平２-175,043号および特開平３-1
66,350号に着目した。特願平２-175,043号に記載され
た、加工性に優れた高強度チタン合金およびその合金材
の製造方法ならびにその超塑性加工法： (1)Ａｌ：3.0 〜5.0 wt.%、 Ｖ ：2.1 〜3.7 wt.%、 Ｍｏ：0.85〜3.15wt.%、 Ｏ ：0.15wt.%以下、 を含有し、さらに、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏおよびＣｒのうち
の１種または２種以上を含有し、且つ、 0.85wt.%≦Ｆｅ（wt.%）＋Ｎｉ（wt.%）＋Ｃｏ（wt.%）
＋0.9 ×Ｃｒ（wt.%）≦3.15wt.%、 および、 ７wt.%≦２×Ｆｅ（wt.%）＋２×Ｎｉ（wt.%）＋２×Ｃ
ｏ（wt.%）＋1.8 ×Ｃｒ（wt.%）＋1.5 ×Ｖ（wt.%）＋
Ｍｏ（wt.%）≦１３wt.%、 の条件を満足し、 残部：Ｔｉおよび不可避的不純物、 からなる加工性に優れたチタン合金。 (2)Ａｌ：3.0 〜5.0 wt.%、 Ｖ ：2.1 〜3.7 wt.%、 Ｍｏ：0.85〜3.15wt.%、 Ｏ ：0.15wt.%以下、 を含有し、さらに、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏおよびＣｒのうち
の１種または２種以上を含有し、且つ、 0.85wt.%≦Ｆｅ（wt.%）＋Ｎｉ（wt.%）＋Ｃｏ（wt.%）
＋0.9 ×Ｃｒ（wt.%）≦3.15wt.%、 および、 ７wt.%≦２×Ｆｅ（wt.%）＋２×Ｎｉ（wt.%）＋２×Ｃ
ｏ（wt.%）＋1.8 ×Ｃｒ（wt.%）＋1.5 ×Ｖ（wt.%）＋
Ｍｏ（wt.%）≦１３wt.%、 の条件を満足し、 残部：Ｔｉおよび不可避的不純物、 からなり、α晶粒径が５μm 以下である加工性に優れた
チタン合金。 (3)Ａｌ：3.0 〜5.0 wt.%、 Ｖ ：2.1 〜3.7 wt.%、 Ｍｏ：0.85〜3.15wt.%、 Ｏ ：0.15wt.%以下、 を含有し、さらに、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏおよびＣｒのうち
の１種または２種以上を含有し、且つ、 0.85wt.%≦Ｆｅ（wt.%）＋Ｎｉ（wt.%）＋Ｃｏ（wt.%）
＋0.9 ×Ｃｒ（wt.%）≦3.15wt.%、 および、 ７wt.%≦２×Ｆｅ（wt.%）＋２×Ｎｉ（wt.%）＋２×Ｃ
ｏ（wt.%）＋1.8 ×Ｃｒ（wt.%）＋1.5 ×Ｖ（wt.%）＋
Ｍｏ（wt.%）≦１３wt.%、 の条件を満足し、 残部：Ｔｉおよび不可避的不純物、 からなるチタン合金材を、（β変態点−250 ℃）以上β
変態点未満の温度範囲に加熱し、次いで、加熱したチタ
ン合金材に対して50％以上の圧下量で熱間加工を施すチ
タン合金材の製造方法。 (4) (3) 記載の方法で製造したチタン合金材に（β変
態点−250 ℃）以上β変態点未満の温度において熱処理
を施すチタン合金材の超塑性加工法。（以下、「先行技
術３」という）We have further studied a method of manufacturing a titanium alloy torque wrench having predetermined characteristics in hardness and strain, and are disclosed in Japanese Patent Application No. 2-175,043 and Japanese Patent Laid-Open No. 3-1.
Focused on issue 66,350. Japanese Patent Application No. 2-175,043 discloses a method for producing a high-strength titanium alloy having excellent workability, a method for producing the alloy material, and a superplastic working method thereof: (1) Al: 3.0 to 5.0 wt.%, V: 2.1 To 3.7 wt.%, Mo: 0.85 to 3.15 wt.%, O: 0.15 wt.% Or less, and further contains one or more of Fe, Ni, Co and Cr, and , 0.85wt.% ≦ Fe (wt.%) + Ni (wt.%) + Co (wt.%)
+0.9 x Cr (wt.%) ≤ 3.15 wt.%, And 7 wt.% ≤ 2 x Fe (wt.%) + 2 x Ni (wt.%) + 2 x C
o (wt.%) + 1.8 × Cr (wt.%) + 1.5 × V (wt.%) +
A titanium alloy that satisfies the conditions of Mo (wt.%) ≤ 13 wt.% And the balance: Ti and unavoidable impurities, and is excellent in workability. (2) Al: 3.0 to 5.0 wt.%, V: 2.1 to 3.7 wt.%, Mo: 0.85 to 3.15 wt.%, O: 0.15 wt.% Or less, and further Fe, Ni, Co and Contains one or more of Cr, and 0.85 wt.% ≦ Fe (wt.%) + Ni (wt.%) + Co (wt.%)
+0.9 x Cr (wt.%) ≤ 3.15 wt.%, And 7 wt.% ≤ 2 x Fe (wt.%) + 2 x Ni (wt.%) + 2 x C
o (wt.%) + 1.8 × Cr (wt.%) + 1.5 × V (wt.%) +
A titanium alloy satisfying the condition of Mo (wt.%) ≤ 13 wt.%, The balance of: Ti and unavoidable impurities, and having an α crystal grain size of 5 μm or less, which is excellent in workability. (3) Al: 3.0 to 5.0 wt.%, V: 2.1 to 3.7 wt.%, Mo: 0.85 to 3.15 wt.%, O: 0.15 wt.% Or less, and further Fe, Ni, Co and Contains one or more of Cr, and 0.85 wt.% ≦ Fe (wt.%) + Ni (wt.%) + Co (wt.%)
+0.9 x Cr (wt.%) ≤ 3.15 wt.%, And 7 wt.% ≤ 2 x Fe (wt.%) + 2 x Ni (wt.%) + 2 x C
o (wt.%) + 1.8 × Cr (wt.%) + 1.5 × V (wt.%) +
Mo (wt.%) ≦ 13 wt.% Is satisfied, and a titanium alloy material consisting of the balance: Ti and inevitable impurities is (β transformation point −250 ° C.) or more β
A method for producing a titanium alloy material, which comprises heating to a temperature range below the transformation point, and then subjecting the heated titanium alloy material to hot working at a reduction amount of 50% or more. (4) A superplastic working method for a titanium alloy material, wherein the titanium alloy material produced by the method described in (3) is heat-treated at a temperature of (β transformation point −250 ° C.) or more and less than β transformation point. (Hereinafter referred to as "Prior Art 3")
【００１６】特開平３-166350 号に記載された冷間加工
用チタン合金材の熱処理方法： (1) Ａｌ：3.0 〜 5.0 wt.%、 Ｖ ：2.1 〜 3.7 wt.%、 Ｍｏ：0.85 〜 3.15 wt.%、 Ｏ ：0.15 wt.%以下、 を含有し、さらに、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏおよびＣｒのうち
の１種または２種以上を含有し、且つ、 0.85wt ％≦Ｆｅ（wt.%) ＋Ｎｉ（wt.%) ＋Ｃｏ（wt.%)
＋0.9 ×Ｃｒ（wt.%）≦3.15wt.%、 および、 ７wt.%≦２×Ｆｅ（wt.%) ＋２×Ｎｉ（wt.%) ＋２×Ｃ
ｏ（wt.%) ＋1.8 ×Ｃｒ（wt.%）＋1.5 ×Ｖ（wt.%）＋
Ｍｏ（wt.%) ≦13wt.% の条件を満足し、 残部：Ｔｉおよび不可避的不純物、 からなる成分組成を有するチタン合金の冷間加工用素材
を、下記(1) 式を満足する温度範囲Ｔであり、 （β変態点−２５０℃）≦Ｔ（℃）＜β変態点─(1) そして、加熱保持後の冷却速度(a) により、選択される
下記(2) 式または(3)式により、 ａ≧10℃／分の場合、 Ｔ (℃）≦60×log (a) ＋β変態点−120 ─(2) ａ＜10℃／分の場合、 Ｔ (℃）≦−60×log (a) ＋β変態点─(3) 10分以上３時間以下の間保持した後、冷却する冷間加工
用チタン合金材の熱処理方法。（以下、「先行技術４」
という）。Heat treatment method for titanium alloy material for cold working described in JP-A-3-166350: (1) Al: 3.0 to 5.0 wt.%, V: 2.1 to 3.7 wt.%, Mo: 0.85 to 3.15 wt.%, O: 0.15 wt.% or less, and one or more of Fe, Ni, Co and Cr, and 0.85 wt% ≦ Fe (wt.%) + Ni (wt.%) + Co (wt.%)
+0.9 x Cr (wt.%) ≤ 3.15 wt.%, And 7 wt.% ≤ 2 x Fe (wt.%) +2 x Ni (wt.%) +2 x C
o (wt.%) +1.8 x Cr (wt.%) +1.5 x V (wt.%) +
A material for cold working of a titanium alloy that satisfies the condition of Mo (wt.%) ≤ 13 wt.% And the balance: Ti and unavoidable impurities, is used in a temperature range that satisfies the following formula (1). T is (β transformation point −250 ° C.) ≦ T (° C.) <Β transformation point ─ (1) And the following formula (2) or (3) selected according to the cooling rate after heating and holding (a) According to the formula, when a ≧ 10 ° C./min, T (° C.) ≦ 60 × log (a) + β transformation point −120 ─ (2) When a <10 ° C./min, T (° C) ≦ −60 × log (a) + β transformation point- (3) A heat treatment method for a titanium alloy material for cold working, which is held for 10 minutes or more and 3 hours or less and then cooled. (Hereafter, "Prior Art 4"
That).
【００１７】先行技術３および４によって得られるチタ
ン合金（以下、「本合金」という）は、（α＋β）温度
域において再結晶焼鈍した場合の機械的性質が、その文
献に示されるように、引張強さが100Kgf/ mm2 程度であ
るので、硬度はビッカース硬さでHv 310、HRC 31程度で
ある。従って、到底上記のJIS の要求値を満足するもの
ではない。The titanium alloys obtained by the prior arts 3 and 4 (hereinafter referred to as “the present alloy”) have mechanical properties when recrystallized in the (α + β) temperature range, as shown in the literature. Since the strength is about 100 Kgf / mm 2 , the Vickers hardness is about Hv 310 and HRC 31. Therefore, it does not satisfy the above JIS requirements.
【００１８】一方、前述のＪＩＳ規格は、あくまでスチ
ール製のトルクレンチを意図して定められたものであ
り、チタン合金製のそれを対象とするものではない。規
格に定められる要求性能は耐久試験で10万回の繰り返し
荷重に耐えうることを保証するためのものであり、そう
した点から材料の選定、硬さの規制がなされていると考
えられる。したがって、ヘッド部の硬さがHv390 以上と
いう規定はスチール製に成り立つものであり、耐久試験
10万回クリアのために必要な強度、すなわち必要な最低
硬さは未だ不明である。On the other hand, the above-mentioned JIS standards are intended only for a torque wrench made of steel, and are not intended for those made of titanium alloy. The required performance specified in the standard is to guarantee that it can withstand a repeated load of 100,000 times in a durability test, and it is considered that selection of materials and regulation of hardness are made from this point. Therefore, the regulation that the hardness of the head part is Hv390 or higher is made of steel, and the durability test
The strength required to clear 100,000 times, that is, the minimum hardness required, is still unknown.
【００１９】従って、この発明の目的は、チタン合金製
トルクレンチ用材料として耐久試験10万回をクリアする
に必要十分な硬さを模索するとともに、所定の硬度を得
ることができ、しかも、歪が生じない、チタン合金製工
具およびその製造方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to search for a hardness sufficient as a material for a torque wrench made of a titanium alloy to pass a durability test of 100,000 times, to obtain a predetermined hardness, and to obtain a strain. It is an object of the present invention to provide a titanium alloy tool and a method for manufacturing the same, which does not cause
【００２０】[0020]
【課題を解決するための手段】我々は、JIS の要求値
（耐久試験10万回）を満足することができ、しかも、歪
が生じない、チタン合金製トルクレンチの製造方法を開
発すべく、鋭意研究を重ねた。その結果、次の知見を得
た。 (1) 上述したように、先行技術３および４はJIS の要求
値を満足するものではないが、本合金は、Ti−６Al−４
V 合金と比較して、鉄(Fe)、モリブデン(Mo)等のβ相安
定化元素が多く含まれているために、溶体化処理後の冷
却速度が小さくなってもα相の析出が抑制される。（α
＋β型合金で冷却速度を増大させないと硬度が上がらな
いのは、粗大なα相が析出するためである。） (2) 従って、溶体化処理（具体的には加熱処理）を行う
ことによって、冷却速度が20℃/sec以下でも、硬度が要
求値を満足する可能性がある。従って、水焼入れから開
放され、変形の問題が解決されると期待される。 (3) 微細等軸α＋β相組織であるので、疲労強度に優れ
る。JIS B 4650によれば、7.2 項に記載される方法によ
り耐久試験を行い、100,000 回の試験に耐えることが義
務付けられている。そうした点からすると、本合金はト
ルクレンチに好適である。[Means for Solving the Problems] To develop a method for manufacturing a torque wrench made of titanium alloy that can satisfy the JIS required value (endurance test 100,000 times) and does not cause distortion, We have earnestly studied. As a result, the following findings were obtained. (1) As described above, the prior arts 3 and 4 do not satisfy the JIS required values, but the present alloy is Ti-6Al-4.
Compared to V alloy, it contains more β-phase stabilizing elements such as iron (Fe) and molybdenum (Mo), so α-phase precipitation is suppressed even if the cooling rate after solution treatment is reduced. To be done. (Α
The hardness cannot be increased unless the cooling rate is increased in the + β type alloy because a coarse α phase is precipitated. (2) Therefore, by performing the solution treatment (specifically, the heat treatment), the hardness may satisfy the required value even if the cooling rate is 20 ° C./sec or less. Therefore, it is expected that the water quenching is released and the problem of deformation is solved. (3) Since it has a fine equiaxed α + β phase structure, it has excellent fatigue strength. According to JIS B 4650, it is obliged to carry out a durability test by the method described in Section 7.2 and withstand 100,000 tests. From this point of view, the present alloy is suitable for a torque wrench.
【００２１】この発明は、上述の知見に基づいてなされ
たものであり、下記に特徴を有する。 （α＋β）型チタン合金からなり、そのヘッド部の硬
さがビッカース硬さでHv360 以上であることを特徴とす
る合金製工具。 前記（α＋β）型チタン合金は、 アルミニウム(Al)： 3.0 〜5.0 wt.%、 バナジウム(V) ： 2.1 〜3.7 wt.%、 モリブデン(Mo) ： 0.85 〜3.15wt.%、 鉄(Fe) ： 0.85 〜3.15wt.%、 酸素(O) ： 0.06 〜0.2 wt.%、 残部 チタン(Ti)および不可避的不純物、からなってい
る。 アルミニウム(Al)： 3.0 〜5.0 wt.%、 バナジウム(V) ： 2.1 〜3.7 wt.%、 モリブデン(Mo) ： 0.85 〜3.15wt.%、 鉄(Fe) ： 0.85 〜3.15wt.%、 酸素(O) ： 0.06 〜0.2 wt.%、 残部 チタン(Ti)および不可避的不純物、からなる（α
＋β）型チタン合金材を、β変態点−200 ℃からβ変態
点の範囲内の温度で加熱し、次いで、加熱した合金材を
２℃/secから20℃/secの範囲内の冷却速度で 400℃以下
まで冷却し、次いで、冷却した合金材に対して、添付図
面図１に座標によって示されるように、点Ａ（時効温度
400 ℃、時効時間12時間) 、点Ｂ（時効温度400 ℃、時
効時間15分）、点Ｃ（時効温度650 ℃、時効時間15
分）、点Ｄ（時効温度650 ℃、時効時間1 時間）、点Ｅ
（時効温度510 ℃、時効時間6 時間）、点Ｆ（時効温度
510 ℃、時効時間12時間）によって囲まれる範囲内の時
効処理を施すことを特徴とするチタン合金製工具の製造
方法。The present invention was made on the basis of the above findings and has the following features. An alloy tool made of (α + β) type titanium alloy and having a Vickers hardness of Hv360 or more at its head. The (α + β) type titanium alloy includes aluminum (Al): 3.0 to 5.0 wt.%, Vanadium (V): 2.1 to 3.7 wt.%, Molybdenum (Mo): 0.85 to 3.15 wt.%, Iron (Fe): 0.85 to 3.15 wt.%, Oxygen (O): 0.06 to 0.2 wt.%, Balance titanium (Ti) and unavoidable impurities. Aluminum (Al): 3.0 to 5.0 wt.%, Vanadium (V): 2.1 to 3.7 wt.%, Molybdenum (Mo): 0.85 to 3.15 wt.%, Iron (Fe): 0.85 to 3.15 wt.%, Oxygen ( O): 0.06 to 0.2 wt.% With the balance titanium (Ti) and unavoidable impurities (α
+ Β) type titanium alloy material is heated at a temperature in the range of β transformation point -200 ℃ to β transformation point, and then the heated alloy material is cooled at a cooling rate in the range of 2 ℃ / sec to 20 ℃ / sec. After cooling to below 400 ° C, then for the cooled alloy material, as shown by the coordinates in Figure 1 of the accompanying drawings, point A (aging temperature
400 ℃, aging time 12 hours), point B (aging temperature 400 ℃, aging time 15 minutes), point C (aging temperature 650 ℃, aging time 15)
Min), point D (aging temperature 650 ℃, aging time 1 hour), point E
(Aging temperature 510 ℃, aging time 6 hours), point F (aging temperature
A method for manufacturing a titanium alloy tool, characterized by performing an aging treatment within a range surrounded by 510 ° C and an aging time of 12 hours.
【００２２】次に、この発明のチタン合金製工具および
その製造方法について、チタン合金製トルクレンチの所
望の硬さ、チタン合金材の化学成分組成範囲、および、
製造条件を上述のように限定した理由を以下に述べる。 １ 硬さの下限 ビッカース硬さでHv360 を下回ると耐久試験において焼
付が生ずる。焼付はプレセット形の場合のヘッド部とラ
チェット部の間で発生し、トルクレンチとしての機能を
果たさなくなってしまう。このためチタン製トルクレン
チヘッド部の硬さはビッカース硬さでHv360 以上とする
必要がある。図６はそうした事実を立証するためのデー
タである。Next, regarding the titanium alloy tool and the manufacturing method thereof of the present invention, the desired hardness of the titanium alloy torque wrench, the chemical composition range of the titanium alloy material, and
The reasons for limiting the manufacturing conditions as described above will be described below. 1) Lower limit of hardness If the Vickers hardness is less than Hv360, seizure will occur in the durability test. The seizure occurs between the head part and the ratchet part in the case of the preset type, and the function as a torque wrench is no longer fulfilled. Therefore, the hardness of the titanium torque wrench head must be Vvickers hardness of Hv360 or higher. FIG. 6 is data for proving such a fact.
【００２３】２ 化学成分組成範囲 α＋β型チタン合金であって、熱処理時の歪みを抑制し
つつ、ビッカース硬さでHv360 以上を得るためには、下
記の元素の限定が必要である。 (1) アルミニウム(Al)：アルミニウムは、α＋β合金の
強度を上昇させる作用を有する基本成分である。アルミ
ニウム含有量が3.0 wt.%未満では、十分な強度が得られ
ない。一方、アルミニウム含有量が5.0wt ％を超える
と、熱間変形抵抗が増大するとともに、冷間加工性も低
下する。従って、アルミニウム含有量は、3.0 から5.0w
t ％の範囲内に限定すべきである。2 Chemical composition range α + β type titanium alloy, the following elements must be limited in order to obtain Hv360 or higher in Vickers hardness while suppressing distortion during heat treatment. (1) Aluminum (Al): Aluminum is a basic component that has the effect of increasing the strength of the α + β alloy. If the aluminum content is less than 3.0 wt.%, Sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, when the aluminum content exceeds 5.0 wt%, the hot deformation resistance increases and the cold workability also deteriorates. Therefore, the aluminum content is 3.0 to 5.0w
It should be limited to within t%.
【００２４】(2) バナジウム(V）：バナジウムは、β相
安定化元素であり、β相に固溶し強度を上昇させる作用
を有する。しかしながら、バナジウム含有量が2.1 wt.%
未満では、α＋β元素になりにくい。一方、バナジウム
含有量が3.7 wt.%を超えると、β変態点が低くなり過
ぎ、それにともない鍛造加熱温度が低下し、変形抵抗が
増大する。従って、バナジウム含有量は、2.1 wt.%から
3.7 wt.%の範囲内に限定すべきである。(2) Vanadium (V): Vanadium is a β-phase stabilizing element, and has a function of forming a solid solution in the β-phase and increasing the strength. However, the vanadium content is 2.1 wt.%
When it is less than the above, it is difficult to become an α + β element. On the other hand, if the vanadium content exceeds 3.7 wt.%, The β transformation point becomes too low, the heating temperature for forging decreases accordingly, and the deformation resistance increases. Therefore, the vanadium content is 2.1 wt.%
It should be limited to the range of 3.7 wt.%.
【００２５】(3) モリブデン(Mo)：モリブデンは、β相
安定化元素であり、β相に固溶し強度を上昇させる作用
を有する。しかしながら、モリブデン含有量が0.85wt.%
未満では、強度への寄与が不十分である。一方、モリブ
デンが重い元素であるのでモリブデン含有量が3.15wt.%
を超えると、合金密度を増大させてしまう。従って、モ
リブデン含有量は、0.85wt.%から3.15wt.%の範囲内に限
定すべきである。(3) Molybdenum (Mo): Molybdenum is a β-phase stabilizing element and has a function of forming a solid solution in the β-phase and increasing the strength. However, the molybdenum content is 0.85 wt.%
If it is less than the above, the contribution to the strength is insufficient. On the other hand, since molybdenum is a heavy element, the molybdenum content is 3.15 wt.%.
If it exceeds, the alloy density will be increased. Therefore, the molybdenum content should be limited to within the range of 0.85 wt.% To 3.15 wt.%.
【００２６】(4) 鉄(Fe)：鉄は、バナジウム、モリブデ
ンと同様に、β相安定化元素であり、β相に固溶し強度
を上昇させる。しかしながら、鉄含有量が0.85wt.%未満
では、強度への寄与が不十分である。一方、鉄含有量が
3.15wt.%を超えると、溶解時にβフレックと呼ばれる偏
析相を生成し、機械的性質を低下させる。従って、鉄含
有量は、0.85wt.%から3.15wt.%の範囲内に限定すべきで
ある。(4) Iron (Fe): Iron is a β-phase stabilizing element, like vanadium and molybdenum, and forms a solid solution in the β-phase to increase the strength. However, if the iron content is less than 0.85 wt.%, The contribution to strength is insufficient. On the other hand, if the iron content is
If it exceeds 3.15 wt.%, A segregated phase called β-fleck is formed during melting, and mechanical properties are deteriorated. Therefore, the iron content should be limited to the range of 0.85 wt.% To 3.15 wt.%.
【００２７】(5) 酸素（O)：酸素は、強度に対する効果
が大きい。しかしながら、酸素含有量が0.06wt.%未満で
は、強度レベルが低い。一方、酸素含有量が0.2 wt.%を
超えると強度は高いが冷間加工性を低下させる。従っ
て、酸素含有量は、0.06から0.2 wt.%の範囲内に限定す
べきである。(5) Oxygen (O): Oxygen has a great effect on strength. However, when the oxygen content is less than 0.06 wt.%, The strength level is low. On the other hand, when the oxygen content exceeds 0.2 wt.%, The strength is high but the cold workability is deteriorated. Therefore, the oxygen content should be limited to the range of 0.06 to 0.2 wt.%.
【００２８】上記合金を用いて熱処理時の歪みを許容範
囲内に抑え、かつビッカース硬さでHv360 以上を得るた
めには、下記の熱処理条件の限定が必要である。 ３ 溶体化処理温度：溶体化処理は、時効処理による硬
度上昇に寄与する残留β相を生成するために行われる。
溶体化処理加熱温度は、「β変態点（β transus) − 2
00℃」から「β変態点」の範囲内に限定すべきである。
溶体化処理温度が「β変態点− 200℃」未満では、ビッ
カース硬さでHv 360未満となり、JIS の要求値の硬さを
満足しない。一方、「β変態点」を超えると、結晶粒が
急激に粗大化し、伸びおよび疲労強度が劣化する。図３
は、溶体化処理温度と硬度との関係を示すグラフであ
る。図３から、ビッカース硬さでHv 360以上が得られる
のは、溶体化処理温度が、「β変態点− 200℃」から
「β変態点」の範囲内であることがわかる。In order to suppress strain during heat treatment within an allowable range and obtain Hv360 or higher in Vickers hardness using the above alloy, the following heat treatment conditions must be limited. 3 Solution heat treatment temperature: The solution heat treatment is performed to generate a residual β phase that contributes to the increase in hardness due to the aging treatment.
The solution treatment heating temperature is "β transus-2
It should be limited to the range of "00 ° C" to "β transformation point".
If the solution heat treatment temperature is less than “β transformation point −200 ° C.”, the Vickers hardness is less than Hv 360, which does not satisfy the JIS required hardness. On the other hand, if it exceeds the “β transformation point”, the crystal grains are abruptly coarsened, and the elongation and fatigue strength deteriorate. Figure 3
[Fig. 4] is a graph showing the relationship between solution heat treatment temperature and hardness. From FIG. 3, it can be seen that the Vickers hardness of Hv 360 or more is obtained when the solution treatment temperature is within the range of “β transformation point −200 ° C.” to “β transformation point”.
【００２９】４ 冷却速度：冷却（急冷）は、冷却中に
β相から粗大な針状α相の析出を抑えるために行われ
る。冷却速度は、２から20℃/secの範囲内に限定すべき
である。冷却速度が２℃/sec未満では、ビッカース硬さ
でHv 360未満となり、JIS の要求値を満足しない。一
方、20℃/secを超えると、歪量が要求値を満足しない。
図４は、冷却速度と硬度との関係を示すグラフである。
図４から、ビッカース硬さでHv 360以上が得られるの
は、冷却速度が、２から20℃/secの範囲内であることが
わかる。4. Cooling rate: Cooling (rapid cooling) is performed in order to suppress precipitation of coarse acicular α phase from β phase during cooling. The cooling rate should be limited to the range of 2 to 20 ° C / sec. When the cooling rate is less than 2 ° C / sec, the Vickers hardness is less than Hv 360, which does not satisfy the JIS required value. On the other hand, if it exceeds 20 ° C / sec, the strain amount does not satisfy the required value.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the cooling rate and the hardness.
From FIG. 4, it can be seen that Hv 360 or more in Vickers hardness can be obtained at the cooling rate within the range of 2 to 20 ° C./sec.
【００３０】５ 時効処理：時効処理は、残留β相で、
微細なα相を析出させ硬度を上昇させるために行われ
る。時効処理は、図１に座標によって示されるように、
点Ａ（時効温度400 ℃、時効時間12時間) 、点Ｂ（時効
温度400 ℃、時効時間15分）、点Ｃ（時効温度650 ℃、
時効時間15分）、点Ｄ（時効温度650 ℃、時効時間1 時
間）、点Ｅ（時効温度510 ℃、時効時間6 時間）、点Ｆ
（時効温度510 ℃、時効時間12時間）によって囲まれる
範囲内において、時効温度と時効時間とを調整して行う
べきである。上記範囲を外れると硬さがビッカース硬さ
でHv 360未満となり、JIS の要求値を満足しない。図１
は、時効温度と時効時間との関係を示すグラフである。
図１から、時効温度と時効時間とが、座標Ａ乃至Ｆで囲
まれる条件を外れると、ビッカース硬さでHv 360未満と
なり、JIS の耐久試験に合格するために必要な硬さを満
足しないことがわかる。5 Aging treatment: The aging treatment is a residual β phase,
It is performed in order to precipitate fine α-phase and increase hardness. The aging process, as indicated by the coordinates in FIG.
Point A (aging temperature 400 ° C, aging time 12 hours), point B (aging temperature 400 ° C, aging time 15 minutes), point C (aging temperature 650 ° C,
Aging time 15 minutes), point D (aging temperature 650 ℃, aging time 1 hour), point E (aging temperature 510 ℃, aging time 6 hours), point F
The aging temperature and aging time should be adjusted within the range surrounded by (aging temperature 510 ℃, aging time 12 hours). If it is out of the above range, the hardness will be less than Hv 360 in Vickers hardness, which does not satisfy the JIS required value. Figure 1
[Fig. 4] is a graph showing the relationship between aging temperature and aging time.
From Fig. 1, if the aging temperature and aging time deviate from the conditions surrounded by the coordinates A to F, the Vickers hardness becomes less than Hv 360, and the hardness required to pass the JIS durability test must not be satisfied. I understand.
【００３１】[0031]
【作用】アルミニウム(Al)を4.5wt ％、バナジウム(V)
を３wt.%、鉄(Fe)を２wt.%、モリブデン(Mo)を２wt.%、
酸素(O) を0.10wt.%含有し、残部チタンからなる、チタ
ン合金材を２つ用意し、各々を「β変態点− 200℃」か
ら「β変態点」の範囲内の温度である850 ℃に１時間加
熱し、次いで、このチタン合金材を、１つは15℃の、も
う１つは５℃の冷却速度で空冷によって 20 ℃まで冷却
し、次いで、２つの合金材の各々を、540 ℃の温度で１
時間時効処理して、本発明の1800トルクレンチを調製し
た。そして、このようにして調製したトルクレンチの耐
久性、ヘッド部の歪量、およびヘッド部の硬度を測定し
た。[Function] Aluminum (Al) 4.5 wt%, vanadium (V)
Is 3 wt.%, Iron (Fe) is 2 wt.%, Molybdenum (Mo) is 2 wt.%,
Two titanium alloy materials containing 0.10 wt.% Oxygen (O) and the balance titanium are prepared, and each temperature is within the range of "β transformation point -200 ° C" to "β transformation point" 850 C. for 1 hour, then the titanium alloy material is cooled to 20.degree. C. by air cooling, one at a cooling rate of 15.degree. C. and the other at a cooling rate of 5.degree. 1 at a temperature of 540 ℃
The 1800 torque wrench of the present invention was prepared by aging treatment. Then, the durability of the torque wrench thus prepared, the strain amount of the head portion, and the hardness of the head portion were measured.
【００３２】トルクレンチヘッド部の歪量は、いずれ
も、目標の12.5mmに対して、0.05mmの誤差であった。ま
た、トルクレンチに組み立ててトルクの誤差をJIS B 46
50に規定される測定法により測定したところ、トルクの
誤差率は0.5 ％であった。The amount of distortion of the torque wrench head portion was 0.05 mm with respect to the target of 12.5 mm. Also, when assembled into a torque wrench, the torque error is
When measured by the measurement method specified in 50, the error rate of the torque was 0.5%.
【００３３】ヘッド部の硬度は、冷却速度が、15℃のも
の（以下、「前者」という）がビッカース硬さでHv 410
であり、５℃のもの（以下、「後者」という）がビッカ
ース硬さでHv 380であった。前者は、要求値を十分に満
足した。後者は要求値をクリアできなかったが、次い
で、行われたJIS に規定される耐久試験で十分な成績を
収めた。即ち、耐久試験に耐え得る下限を調査したとこ
ろその値はビッカース硬さでHv360 であり、ビッカース
硬さでHv360 以上であれば耐久試験は合格である。従っ
て、ヘッド部の硬度はビッカース硬さでHv360 以上であ
ればよいと推定される。ちなみに、製造したトルクレン
チは、前者および後者とも、JIS B 4650に規定される耐
久試験結果が50万回で、要求値の10万回をなんなくクリ
アした。Regarding the hardness of the head portion, the one having a cooling rate of 15 ° C. (hereinafter referred to as “former”) has a Vickers hardness of Hv 410.
And the one having a temperature of 5 ° C. (hereinafter referred to as “the latter”) had a Vickers hardness of Hv 380. The former satisfied the required value sufficiently. The latter did not meet the required value, but then, it achieved satisfactory results in the endurance test specified in JIS. That is, when the lower limit that can withstand the durability test was investigated, the value was Vvickers hardness of Hv360, and if the Vickers hardness was Hv360 or more, the durability test passed. Therefore, it is estimated that the Vickers hardness of the head portion should be Hv360 or higher. By the way, the torque wrench produced in both the former and the latter had a durability test result specified in JIS B 4650 of 500,000 times, which cleared the required value of 100,000 times.
【００３４】[0034]
【実施例】次に、この発明を実施例によって、説明す
る。表１に示す、β変態点および化学成分組成を有す
る、この発明の範囲内のチタン合金材No.1を使用して、
この発明の範囲内の方法によって、トルクレンチを調製
した。即ち、VAR によって150 〜300mm φのインゴット
を溶製した。次いで熱間丸棒圧延を行い30mmφの丸棒と
し、さらに熱間鍛造によりトルクレンチヘッドの形とし
た。溶体化時効処理後に、等軸組織とするため、熱間鍛
造時の加熱温度はβ変態点以下の（α＋β）域とした。
これらを各溶体化処理条件で熱処理を行い、機械加工後
各時効条件で時効処理を行ったのち、ショット・酸洗に
より、表層のスケール酸化皮膜を除去し、トルクレンチ
ヘッドに仕上げ、このトルクレンチヘッド部の歪量およ
び硬度を測定した。EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples. Using the titanium alloy material No. 1 within the scope of the present invention, which has the β transformation point and the chemical composition as shown in Table 1,
A torque wrench was prepared by a method within the scope of this invention. That is, an ingot of 150 to 300 mmφ was melted by VAR. Then, hot round bar rolling was performed to form a 30 mmφ round bar, and hot forging was performed to form a torque wrench head. The heating temperature during hot forging was set to the (α + β) region below the β transformation point in order to obtain an equiaxed structure after the solution aging treatment.
These are heat treated under each solution heat treatment condition, and after aging treatment under each aging condition after machining, the scale oxide film on the surface layer is removed by shot / pickling, and the torque wrench head is finished. The strain amount and hardness of the head part were measured.
【００３５】比較例として、溶体化処理温度、冷却速度
または時効条件を、この発明の範囲外としてトルクレン
チを調製し、調製したトルクレンチヘッド部の歪量およ
び硬度を測定した。As a comparative example, a torque wrench was prepared with a solution treatment temperature, a cooling rate or an aging condition outside the scope of the present invention, and the strain amount and hardness of the prepared torque wrench head were measured.
【００３６】[0036]
【表１】 [Table 1]
【００３７】表２に、溶体化処理温度を850 ℃に固定
し、および、時効条件を、時効温度が540 ℃、時効時間
が１時間という条件に固定したときの、冷却速度と歪量
との関係を示す。表２から明らかなように、冷却速度が
本発明範囲内の２から20℃/secでは、歪量は小さかっ
た。一方、冷却速度が本発明範囲外では、歪量は大きか
った。Table 2 shows the cooling rate and strain amount when the solution heat treatment temperature was fixed at 850 ° C. and the aging conditions were fixed at an aging temperature of 540 ° C. and an aging time of 1 hour. Show the relationship. As is clear from Table 2, the strain amount was small when the cooling rate was 2 to 20 ° C./sec within the range of the present invention. On the other hand, when the cooling rate was outside the range of the present invention, the strain amount was large.
【００３８】[0038]
【表２】 [Table 2]
【００３９】表３に、溶体化処理温度を850 ℃に固定
し、および、時効条件を、時効温度が540 ℃、時効時間
が１時間という条件に固定したときの、冷却速度と硬度
との関係を示す。表３から明らかなように、冷却速度が
本発明範囲内の２から20℃/secでは、要求値を満足する
高い硬度が得られた。一方、冷却速度が本発明範囲外で
は、硬度は低かった。Table 3 shows the relationship between the cooling rate and the hardness when the solution heat treatment temperature was fixed at 850 ° C. and the aging condition was fixed at an aging temperature of 540 ° C. and an aging time of 1 hour. Indicates. As is clear from Table 3, when the cooling rate was 2 to 20 ° C./sec within the range of the present invention, a high hardness satisfying the required value was obtained. On the other hand, when the cooling rate was outside the range of the present invention, the hardness was low.
【００４０】[0040]
【表３】 [Table 3]
【００４１】表４に、冷却速度を10℃/secに固定し、お
よび、時効条件を、時効温度が540℃、時効時間が１時
間という条件に固定したときの、溶体化処理温度と硬度
との関係を示す。表４から明らかなように、溶体化処理
温度が本発明範囲内では、要求値を満足する高い硬度が
得られた。一方、溶体化処理温度が本発明範囲外では、
硬度は低かった。また、溶体化処理温度が本発明外の90
0 ℃では、硬度は十分であるが、β変態点以上のため、
粗大なβ組織となり、疲労強度が低下する。Table 4 shows the solution treatment temperature and hardness when the cooling rate was fixed at 10 ° C./sec and the aging conditions were fixed at an aging temperature of 540 ° C. and an aging time of 1 hour. Shows the relationship. As is clear from Table 4, when the solution treatment temperature was within the range of the present invention, high hardness satisfying the required value was obtained. On the other hand, when the solution treatment temperature is outside the range of the present invention,
The hardness was low. Further, the solution treatment temperature is 90% outside the scope of the present invention.
At 0 ° C, the hardness is sufficient, but since it is above the β transformation point,
It becomes a coarse β structure and the fatigue strength decreases.
【００４２】[0042]
【表４】 [Table 4]
【００４３】表５に、溶体化処理温度を850 ℃に固定
し、および、冷却速度を10℃/secに固定したときの、時
効温度および時効時間と、硬度との関係を示す。表５か
ら明らかなように、時効条件が図１に示す範囲内では要
求値を満足する高い硬度が得られた。一方、時効条件が
図１に示す範囲外では硬度は低かった。Table 5 shows the relationship between the aging temperature and the aging time and the hardness when the solution heat treatment temperature was fixed at 850 ° C. and the cooling rate was fixed at 10 ° C./sec. As is clear from Table 5, when the aging condition was within the range shown in FIG. 1, high hardness satisfying the required value was obtained. On the other hand, the hardness was low when the aging condition was outside the range shown in FIG.
【００４４】[0044]
【表５】 [Table 5]
【００４５】次いで、表１に示すこの発明の範囲内の化
学成分組成を有する、チタン合金材No. １、No. ２およ
びNo. ３を、溶体化処理温度が850 ℃、冷却速度が10℃
/secおよび、時効条件として時効温度が540 ℃、時効時
間が１時間で、1800トルクレンチを製造し、製造したト
ルクレンチのヘッド部の硬度を測定し、チタン合金材の
化学成分組成と硬度との関係を調査した。その結果を、
表６に示す。表６に示すように、低めの化学成分組成を
有するチタン合金No. ２は、代表的化学成分組成を有す
るチタン合金No. １よりも硬度が低かった。また、高め
の化学成分組成を有するチタン合金No. ３は、チタン合
金No. １よりも硬度が高かった。Next, titanium alloy materials No. 1, No. 2 and No. 3 having the chemical composition within the range of the present invention shown in Table 1 were treated at a solution treatment temperature of 850 ° C. and a cooling rate of 10 ° C.
/ sec and aging temperature of 540 ℃ as aging condition, aging time of 1 hour, 1800 torque wrench was manufactured, and the hardness of the head part of the manufactured torque wrench was measured to determine the chemical composition and hardness of titanium alloy material. I investigated the relationship. The result is
It shows in Table 6. As shown in Table 6, the titanium alloy No. 2 having a lower chemical composition was lower in hardness than the titanium alloy No. 1 having a typical chemical composition. Further, the titanium alloy No. 3 having a higher chemical composition had a higher hardness than the titanium alloy No. 1.
【００４６】[0046]
【表６】 [Table 6]
【００４７】[0047]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、所定の要求値を満足する高い硬度を有し、歪量が小
さく、しかも、重量が軽く、磁場下での使用が可能で耐
食性に優れる、チタン合金製トルクレンチを得ることが
でき、かくして、工業上有用な効果がもたらされる。As described above, according to the present invention, it has a high hardness satisfying a predetermined required value, a small strain amount, a light weight, and can be used under a magnetic field and has a corrosion resistance. It is possible to obtain a torque wrench made of titanium alloy, which has excellent properties, and thus brings about an industrially useful effect.
【図１】時効温度と時効時間との関係を示すグラフFIG. 1 is a graph showing the relationship between aging temperature and aging time.
【図２】冷却速度と歪量との関係を示すグラフFIG. 2 is a graph showing the relationship between cooling rate and strain amount.
【図３】溶体化処理温度と硬度との関係を示すグラフFIG. 3 is a graph showing the relationship between solution heat treatment temperature and hardness.
【図４】冷却速度と硬度との関係を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing the relationship between cooling rate and hardness.
【図５】熱処理後のヘッド部の歪量を測る手法を示す説
明図FIG. 5 is an explanatory diagram showing a method for measuring the strain amount of the head portion after heat treatment.
【図６】耐久試験において破壊（焼付け）が生じた回数
とヘッド部のビッカース硬さとの関係を示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the number of times destruction (baking) occurs in the durability test and the Vickers hardness of the head portion.
１ トルクレンチ。 1 torque wrench.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大内 千秋 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 辻 洋 東京都大田区大森西１丁目16番５号 株式 会社東日製作所内 (72)発明者 小松 恭一 東京都大田区大森西１丁目16番５号 株式 会社東日製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Chiaki Ouchi 1-2-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Kokan KK (72) Inventor Hiroshi Tsuji 1-16-5 Omorinishi, Ota-ku, Tokyo No. Within Tohnichi Co., Ltd. (72) Inventor Kyoichi Komatsu 1-16-5 Omorinishi, Ota-ku, Tokyo Inside Tohnichi Co., Ltd.
Claims (3)
ッド部の硬さがビッカース硬さでHv360 以上であること
を特徴とするチタン合金製工具。1. A titanium alloy tool comprising a (α + β) type titanium alloy and having a head having a Vickers hardness of Hv360 or higher.
し、次いで、加熱した合金材を２℃/secから20℃/secの
範囲内の冷却速度で 400℃以下まで冷却し、次いで、冷
却した合金材に対して、添付図面図１に座標によって示
されるように、点Ａ（時効温度400 ℃、時効時間12時
間) 、点Ｂ（時効温度400 ℃、時効時間15分）、点Ｃ
（時効温度650 ℃、時効時間15分）、点Ｄ（時効温度65
0 ℃、時効時間1 時間）、点Ｅ（時効温度510 ℃、時効
時間6 時間）、点Ｆ（時効温度510 ℃、時効時間12時
間）によって囲まれる範囲内の時効処理を施すことを特
徴とするチタン合金製工具の製造方法。3. Aluminum (Al): 3.0 to 5.0 wt.%, Vanadium (V): 2.1 to 3.7 wt.%, Molybdenum (Mo): 0.85 to 3.15 wt.%, Iron (Fe): 0.85 to 3.15 wt. %, Oxygen (O): 0.06 to 0.2 wt.%, Balance (titanium (Ti) and unavoidable impurities) in the (α + β) type titanium alloy material within the range of β transformation point -200 ℃ to β transformation point. After heating at the temperature, the heated alloy material is cooled down to 400 ℃ or less at a cooling rate within the range of 2 ℃ / sec to 20 ℃ / sec. As indicated by the coordinates, point A (aging temperature 400 ℃, aging time 12 hours), point B (aging temperature 400 ℃, aging time 15 minutes), point C
(Aging temperature 650 ℃, aging time 15 minutes), point D (aging temperature 65
Characterized by aging treatment within the range surrounded by 0 ° C, aging time 1 hour), point E (aging temperature 510 ° C, aging time 6 hours), point F (aging temperature 510 ° C, aging time 12 hours) A method for manufacturing a titanium alloy tool.
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| JP4031516A JP3007214B2 (en) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | Titanium alloy tool and manufacturing method thereof |
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Cited By (2)
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| JPH07150274A (en) * | 1993-12-01 | 1995-06-13 | Orient Watch Co Ltd | Titanium alloy and its production |
| US9631261B2 (en) | 2010-08-05 | 2017-04-25 | Titanium Metals Corporation | Low-cost alpha-beta titanium alloy with good ballistic and mechanical properties |
-
1992
- 1992-01-22 JP JP4031516A patent/JP3007214B2/en not_active Expired - Lifetime
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| US5509979A (en) * | 1993-12-01 | 1996-04-23 | Orient Watch Co., Ltd. | Titanium alloy and method for production thereof |
| US9631261B2 (en) | 2010-08-05 | 2017-04-25 | Titanium Metals Corporation | Low-cost alpha-beta titanium alloy with good ballistic and mechanical properties |
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