JPH06212378A - β型チタン合金熱間成形品の処理方法 - Google Patents
β型チタン合金熱間成形品の処理方法Info
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- JPH06212378A JPH06212378A JP5017855A JP1785593A JPH06212378A JP H06212378 A JPH06212378 A JP H06212378A JP 5017855 A JP5017855 A JP 5017855A JP 1785593 A JP1785593 A JP 1785593A JP H06212378 A JPH06212378 A JP H06212378A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 組織を整粒化および細粒化することが可能な
β型チタン合金の処理方法を提供する。この細粒化処理
方法は、大型の熱間成形品の作製に有用である。 【構成】 チタン合金インゴットを、β変態点＋１００
℃〜β変態点＋３００℃の温度範囲において鍛練比２以
上で分塊鍛造し、次いでβ変態点＋１２５℃〜β変態点
＋３２５℃の温度範囲において溶体化処理を施し、室温
まで急冷した後、β変態点−５０℃〜β変態点＋２５０
℃の温度範囲において鍛練比２以上で荒地鍛造および／
または仕上げ鍛造を行う。
β型チタン合金の処理方法を提供する。この細粒化処理
方法は、大型の熱間成形品の作製に有用である。 【構成】 チタン合金インゴットを、β変態点＋１００
℃〜β変態点＋３００℃の温度範囲において鍛練比２以
上で分塊鍛造し、次いでβ変態点＋１２５℃〜β変態点
＋３２５℃の温度範囲において溶体化処理を施し、室温
まで急冷した後、β変態点−５０℃〜β変態点＋２５０
℃の温度範囲において鍛練比２以上で荒地鍛造および／
または仕上げ鍛造を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、β型チタン合金の組織
を整粒化および細粒化するためのβ型チタン合金の処理
方法に関する。
を整粒化および細粒化するためのβ型チタン合金の処理
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】β型チタン合金は、αおよびα＋βチタ
ン合金に比べて、熱処理によって高い強度および靱性が
得られ、また加工性が優れ、特に冷間加工性が優れてい
るという利点があり、従来から、航空機エンジン用ファ
ンディスク等、軽量かつ強靭性が要求される各種構造用
部材に使用されている。ところで、これらβチタン合金
よりなる構造用部材は、組織の細粒化をはかることによ
って、特性を向上させることが望まれてる。従来、β型
チタン合金の細粒化に関しては、冷間加工と再結晶熱処
理を組み合わせることによって実施できることが知られ
ている。
ン合金に比べて、熱処理によって高い強度および靱性が
得られ、また加工性が優れ、特に冷間加工性が優れてい
るという利点があり、従来から、航空機エンジン用ファ
ンディスク等、軽量かつ強靭性が要求される各種構造用
部材に使用されている。ところで、これらβチタン合金
よりなる構造用部材は、組織の細粒化をはかることによ
って、特性を向上させることが望まれてる。従来、β型
チタン合金の細粒化に関しては、冷間加工と再結晶熱処
理を組み合わせることによって実施できることが知られ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷間加
工と再結晶熱処理を組み合わせる方法は熱間成形品を作
製する場合には適用することができず、したがって、従
来、熱間成形によって大型の製品を得る場合について
は、組織の整粒化、細粒化をはかることは困難であっ
た。従来、熱間成形によってβ型チタン合金の製品を得
る場合、チタン合金インゴットを、βトランザス、すな
わちα＋β／β変態点（以下、β変態点）以上の温度で
分解鍛造、β鍛造を行い、その後荒地鍛造および仕上げ
鍛造を行っている。しかしながら、この方法において
は、β型チタン合金の整細粒化が十分行われず、大きな
結晶が残存して、それが最終的に製品中に残留し、疲労
特性や延性の低下が生じるという問題があった。したが
って、従来から、組織の整粒化および細粒化が充分に行
われたβ型チタン合金の熱間成形品を得ることが望まれ
ている。本発明は、従来の技術における上記のような要
望に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目
的は、組織を整粒化および細粒化することが可能なβ型
チタン合金の処理方法を提供することにある。
工と再結晶熱処理を組み合わせる方法は熱間成形品を作
製する場合には適用することができず、したがって、従
来、熱間成形によって大型の製品を得る場合について
は、組織の整粒化、細粒化をはかることは困難であっ
た。従来、熱間成形によってβ型チタン合金の製品を得
る場合、チタン合金インゴットを、βトランザス、すな
わちα＋β／β変態点（以下、β変態点）以上の温度で
分解鍛造、β鍛造を行い、その後荒地鍛造および仕上げ
鍛造を行っている。しかしながら、この方法において
は、β型チタン合金の整細粒化が十分行われず、大きな
結晶が残存して、それが最終的に製品中に残留し、疲労
特性や延性の低下が生じるという問題があった。したが
って、従来から、組織の整粒化および細粒化が充分に行
われたβ型チタン合金の熱間成形品を得ることが望まれ
ている。本発明は、従来の技術における上記のような要
望に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目
的は、組織を整粒化および細粒化することが可能なβ型
チタン合金の処理方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のβ型チタン合金
の細粒化処理方法は、チタン合金インゴットを、β変態
点＋１００℃〜β変態点＋３００℃の温度範囲において
鍛練比２以上で分塊鍛造し、次いでβ変態点＋１２５℃
〜β変態点＋３２５℃の温度範囲において溶体化処理を
施し、急冷した後、β変態点−５０℃〜β変態点＋２５
０℃の温度範囲において鍛練比２以上で荒地鍛造および
／または仕上げ鍛造を行うことを特徴とする。
の細粒化処理方法は、チタン合金インゴットを、β変態
点＋１００℃〜β変態点＋３００℃の温度範囲において
鍛練比２以上で分塊鍛造し、次いでβ変態点＋１２５℃
〜β変態点＋３２５℃の温度範囲において溶体化処理を
施し、急冷した後、β変態点−５０℃〜β変態点＋２５
０℃の温度範囲において鍛練比２以上で荒地鍛造および
／または仕上げ鍛造を行うことを特徴とする。
【０００５】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明において、例えば真空アーク炉によって精練された
チタン合金インゴットは、先ずチタン合金のβ変態点よ
りも１００℃ないし３００℃高い温度範囲において、分
塊鍛造を行って鍛練比２以上の鍛造品を作製する。この
分塊鍛造によって、チタン合金組織に加工歪みが付与さ
れた状態になる。分塊鍛造温度が上記の範囲よりも低い
場合には、鍛造割れを発生するようになり、また上記の
範囲よりも高い場合には、加工歪みが付与されなくな
り、また鍛練比が２よりも低くなると、鋳塊組織が残存
し、後工程の組織の細粒化が不十分になるので、上記の
条件で分塊鍛造を行うことが必要である。例えば、Ｔｉ
−２２Ｖ−４Ａｌの合金組成の場合についてみると、こ
のチタン合金のβ変態点は７２５℃であるから、８２５
℃〜１０２５℃の温度範囲で分塊鍛造を行う。
発明において、例えば真空アーク炉によって精練された
チタン合金インゴットは、先ずチタン合金のβ変態点よ
りも１００℃ないし３００℃高い温度範囲において、分
塊鍛造を行って鍛練比２以上の鍛造品を作製する。この
分塊鍛造によって、チタン合金組織に加工歪みが付与さ
れた状態になる。分塊鍛造温度が上記の範囲よりも低い
場合には、鍛造割れを発生するようになり、また上記の
範囲よりも高い場合には、加工歪みが付与されなくな
り、また鍛練比が２よりも低くなると、鋳塊組織が残存
し、後工程の組織の細粒化が不十分になるので、上記の
条件で分塊鍛造を行うことが必要である。例えば、Ｔｉ
−２２Ｖ−４Ａｌの合金組成の場合についてみると、こ
のチタン合金のβ変態点は７２５℃であるから、８２５
℃〜１０２５℃の温度範囲で分塊鍛造を行う。
【０００６】ついで、分塊鍛造品に溶体化処理を施す。
溶体化処理は、β変態点よりも１２５℃ないし３２５℃
高い温度範囲で実施する必要があり、好ましくは分塊鍛
造温度以上とする。溶体化処理の温度が、上記の範囲よ
りも低くなると、整粒化が十分達成されず、低い整粒化
率のものとなり、粗大な結晶粒と微小な結晶粒とが混在
した組織になる。また上記範囲の温度よりも高くなる
と、整粒化率は１００％近くなるが、結晶粒度が粗大に
なってくる。溶体化処理は、通常３０分ないし２時間の
範囲で実施される。上記Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌの合金組
成の場合についてみると、溶体化処理の温度は、８５０
℃〜１０５０℃の範囲、好ましくは９００〜１０００℃
の範囲で実施される。
溶体化処理は、β変態点よりも１２５℃ないし３２５℃
高い温度範囲で実施する必要があり、好ましくは分塊鍛
造温度以上とする。溶体化処理の温度が、上記の範囲よ
りも低くなると、整粒化が十分達成されず、低い整粒化
率のものとなり、粗大な結晶粒と微小な結晶粒とが混在
した組織になる。また上記範囲の温度よりも高くなる
と、整粒化率は１００％近くなるが、結晶粒度が粗大に
なってくる。溶体化処理は、通常３０分ないし２時間の
範囲で実施される。上記Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌの合金組
成の場合についてみると、溶体化処理の温度は、８５０
℃〜１０５０℃の範囲、好ましくは９００〜１０００℃
の範囲で実施される。
【０００７】溶体化処理の後、水冷などによって急冷
し、ついで再び加熱して、荒地鍛造および／または仕上
げ鍛造を行う。荒地および仕上げ鍛造における鍛造温度
は、β変態点よりも５０℃低い温度ないしβ変態点より
も２５０℃高い温度範囲において行うことが必要であ
り、鍛造比は２以上であることが必要である。この荒地
または仕上げ鍛造により、前記溶体化処理によって整粒
化されたチタン合金の組織が細粒化され、整粒化および
細粒化された組織を有するチタン合金が得られる。鍛造
温度が上記の範囲よりも低い場合には、溶体化時の結晶
粒が残った状態となり、加工中の再結晶化が期待でき
ず、再粒化が充分でなくなり、また上記の範囲よりも高
い場合には、再結晶の粗大化を生じるようになり、細粒
化が十分でなくなる。また、鍛練比が２よりも低くなる
と、歪み量が十分でなく、細粒組織が得られない。上記
Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌの合金組成の場合についてみる
と、荒地または仕上げ鍛造温度は、６７５℃〜９７５℃
の範囲、好ましくは８５０〜９００℃の範囲で実施す
る。上記のようにして熱処理および熱間加工されたチタ
ン合金は、その後常法によって溶体化処理および時効処
理を行うことができる。
し、ついで再び加熱して、荒地鍛造および／または仕上
げ鍛造を行う。荒地および仕上げ鍛造における鍛造温度
は、β変態点よりも５０℃低い温度ないしβ変態点より
も２５０℃高い温度範囲において行うことが必要であ
り、鍛造比は２以上であることが必要である。この荒地
または仕上げ鍛造により、前記溶体化処理によって整粒
化されたチタン合金の組織が細粒化され、整粒化および
細粒化された組織を有するチタン合金が得られる。鍛造
温度が上記の範囲よりも低い場合には、溶体化時の結晶
粒が残った状態となり、加工中の再結晶化が期待でき
ず、再粒化が充分でなくなり、また上記の範囲よりも高
い場合には、再結晶の粗大化を生じるようになり、細粒
化が十分でなくなる。また、鍛練比が２よりも低くなる
と、歪み量が十分でなく、細粒組織が得られない。上記
Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌの合金組成の場合についてみる
と、荒地または仕上げ鍛造温度は、６７５℃〜９７５℃
の範囲、好ましくは８５０〜９００℃の範囲で実施す
る。上記のようにして熱処理および熱間加工されたチタ
ン合金は、その後常法によって溶体化処理および時効処
理を行うことができる。
【０００８】本発明は、β型チタン合金であれば、如何
なるものにも適用することができる。β型チタン合金と
しては、上記Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌ合金のほかに、例え
ば次のものが例示される。 Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ（β変態点：７
５０℃） Ｔｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ（β変態
点：７７０℃） Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ（β変態点：８００℃） Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ（β変
態点：８９０℃）
なるものにも適用することができる。β型チタン合金と
しては、上記Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌ合金のほかに、例え
ば次のものが例示される。 Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ（β変態点：７
５０℃） Ｔｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ（β変態
点：７７０℃） Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ（β変態点：８００℃） Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ（β変
態点：８９０℃）
【０００９】
例１ 真空アーク炉で精練された下記合金組成（β変態点：７
２５℃）のＴｉ−２２Ｖ−４Ａｌチタン合金インゴット
（直径５３０ｍｍ）を４面鍛造機によって９５０℃にお
いて分塊鍛造を行い、直径２６０ｍｍの分塊鍛造材（鍛
練比４．２）を得た。 （合金組成）Ｃ：０．０２％、Ｏ：０．１２％、Ｎ：
０．０３％、Ｈ：０．０００４％、Ｆｅ：０．１０％、
Ａｌ：４．４７％、Ｖ：２１．２２％，残部Ｔｉ。 続いて溶体化処理を行った。比較のために、溶体化温度
を変えて処理を行った。すなわち、それぞれ８２５℃、
９００℃、９５０℃、１０００℃の温度に３０分間保持
した後、水冷によって急冷した。その際の整粒化率と溶
体化処理温度との関係を図１に示し、また整粒部分の結
晶粒度と溶体化処理温度との関係を図２に示す。また、
１０００℃で溶体化処理した場合の、組織の顕微鏡写真
（５０倍）を図３に、また、８２５℃で溶体化処理した
場合の組織の顕微鏡写真（５０倍）を図４に示す。これ
ら図１ないし図４から明らかなように、溶体化処理を、
β変態点＋１２５℃〜β変態点＋３２５℃の温度範囲に
おいて実施した場合には、整粒化が満足に実施されてい
ることが分かる。上記溶体化処理されたチタン合金は、
ついで８５０℃で荒地鍛造または仕上げ鍛造を行い、直
径１２５ｍｍの鍛造品（鍛練比４．３）を得た。この鍛
造品の組織を顕微鏡で確認したところ、９００℃、９５
０℃および１０００℃で溶体化処理を行ったものは、整
粒化および細粒化が良好に行われていた。一方、８２５
℃で溶体化処理を行ったものは、粗大結晶粒が残存して
いた。
２５℃）のＴｉ−２２Ｖ−４Ａｌチタン合金インゴット
（直径５３０ｍｍ）を４面鍛造機によって９５０℃にお
いて分塊鍛造を行い、直径２６０ｍｍの分塊鍛造材（鍛
練比４．２）を得た。 （合金組成）Ｃ：０．０２％、Ｏ：０．１２％、Ｎ：
０．０３％、Ｈ：０．０００４％、Ｆｅ：０．１０％、
Ａｌ：４．４７％、Ｖ：２１．２２％，残部Ｔｉ。 続いて溶体化処理を行った。比較のために、溶体化温度
を変えて処理を行った。すなわち、それぞれ８２５℃、
９００℃、９５０℃、１０００℃の温度に３０分間保持
した後、水冷によって急冷した。その際の整粒化率と溶
体化処理温度との関係を図１に示し、また整粒部分の結
晶粒度と溶体化処理温度との関係を図２に示す。また、
１０００℃で溶体化処理した場合の、組織の顕微鏡写真
（５０倍）を図３に、また、８２５℃で溶体化処理した
場合の組織の顕微鏡写真（５０倍）を図４に示す。これ
ら図１ないし図４から明らかなように、溶体化処理を、
β変態点＋１２５℃〜β変態点＋３２５℃の温度範囲に
おいて実施した場合には、整粒化が満足に実施されてい
ることが分かる。上記溶体化処理されたチタン合金は、
ついで８５０℃で荒地鍛造または仕上げ鍛造を行い、直
径１２５ｍｍの鍛造品（鍛練比４．３）を得た。この鍛
造品の組織を顕微鏡で確認したところ、９００℃、９５
０℃および１０００℃で溶体化処理を行ったものは、整
粒化および細粒化が良好に行われていた。一方、８２５
℃で溶体化処理を行ったものは、粗大結晶粒が残存して
いた。
【００１０】例２ 例１のインゴットを、例１と同様に分塊鍛造し、１００
０℃において１時間溶体化処理を行い、水冷して結晶粒
度＃−１．３の分塊鍛造材を得た。この分塊鍛造材につ
いて、据え込み鍛造を７００℃〜９５０℃の範囲の種々
の温度において行ない（鍛練比２．３）、同温度で再加
熱して再結晶化し、結晶の細粒化の程度を評価した。そ
の結果を図５に示す。この結果から、据え込み鍛造温度
が８００℃以下の場合は、再加熱後も、据え込み鍛造前
の結晶粒が混在していたのに対して、９００〜９５０℃
で据え込み鍛造を行った場合には、細粒化が充分に達成
されていることが分かる。
０℃において１時間溶体化処理を行い、水冷して結晶粒
度＃−１．３の分塊鍛造材を得た。この分塊鍛造材につ
いて、据え込み鍛造を７００℃〜９５０℃の範囲の種々
の温度において行ない（鍛練比２．３）、同温度で再加
熱して再結晶化し、結晶の細粒化の程度を評価した。そ
の結果を図５に示す。この結果から、据え込み鍛造温度
が８００℃以下の場合は、再加熱後も、据え込み鍛造前
の結晶粒が混在していたのに対して、９００〜９５０℃
で据え込み鍛造を行った場合には、細粒化が充分に達成
されていることが分かる。
【００１１】例３ 下記表１に示される合金組成のチタン合金について、表
１に示される条件で熱間処理および溶体化処理を行っ
た。その結果を表１に示す。
１に示される条件で熱間処理および溶体化処理を行っ
た。その結果を表１に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】
【発明の効果】本発明は、上記のように、分解鍛造およ
びβ相域における荒地または仕上げ鍛造の間に、β変態
点以上の所定の温度範囲で溶体化処理を行うことによ
り、組織が整粒化され、かつ細粒化されたβ型チタン合
金の熱間成形品が得られる。したがって、本発明によれ
ば、熱間成形による大型の鍛造品の作製に好適であり、
車両用板バネ、自動車用コンロッド、航空機エンジン用
ファンブレード等、軽量で強靭性が要求される各種構造
用部材の作製に有用である。
びβ相域における荒地または仕上げ鍛造の間に、β変態
点以上の所定の温度範囲で溶体化処理を行うことによ
り、組織が整粒化され、かつ細粒化されたβ型チタン合
金の熱間成形品が得られる。したがって、本発明によれ
ば、熱間成形による大型の鍛造品の作製に好適であり、
車両用板バネ、自動車用コンロッド、航空機エンジン用
ファンブレード等、軽量で強靭性が要求される各種構造
用部材の作製に有用である。
【図１】 例１のチタン合金について、整粒化率と溶体
化処理温度との関係を示すグラフである。
化処理温度との関係を示すグラフである。
【図２】 例１のチタン合金について、整粒部分の結晶
粒度と溶体化処理温度との関係を示すグラフである。
粒度と溶体化処理温度との関係を示すグラフである。
【図３】 例１のチタン合金において、分塊処理後１０
００℃で溶体化処理を行った場合の金属組織の顕微鏡写
真である。
００℃で溶体化処理を行った場合の金属組織の顕微鏡写
真である。
【図４】 例１のチタン合金において、分塊処理後８２
５℃で溶体化処理を行った場合の金属組織の顕微鏡写真
である。
５℃で溶体化処理を行った場合の金属組織の顕微鏡写真
である。
【図５】 結晶の細粒化の度合いと据え込み鍛造温度と
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】 チタン合金インゴットを、β変態点＋１
００℃〜β変態点＋３００℃の温度範囲において鍛練比
２以上で分塊鍛造し、次いでβ変態点＋１２５℃〜β変
態点＋３２５℃の温度範囲において溶体化処理を施し、
急冷した後、β変態点−５０℃〜β変態点＋２５０℃の
温度範囲において鍛練比２以上で荒地鍛造および／また
は仕上げ鍛造を行うことを特徴とするβ型チタン合金の
細粒化処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01785593A JP3362428B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | β型チタン合金熱間成形品の処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01785593A JP3362428B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | β型チタン合金熱間成形品の処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06212378A true JPH06212378A (ja) | 1994-08-02 |
| JP3362428B2 JP3362428B2 (ja) | 2003-01-07 |
Family
ID=11955278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01785593A Expired - Fee Related JP3362428B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | β型チタン合金熱間成形品の処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3362428B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102121078A (zh) * | 2011-01-20 | 2011-07-13 | 西北工业大学 | 一种细晶钛合金的复合制备方法 |
| JP2021523295A (ja) * | 2018-05-07 | 2021-09-02 | エイティーアイ・プロパティーズ・エルエルシー | 高強度チタン合金 |
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| CN114346141A (zh) * | 2022-01-17 | 2022-04-15 | 太原理工大学 | 一种制备弱α织构钛合金锻件的多段热加工方法 |
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-
1993
- 1993-01-11 JP JP01785593A patent/JP3362428B2/ja not_active Expired - Fee Related
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