JPH0621305B2 - 耐熱チタン合金 - Google Patents
耐熱チタン合金Info
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- JPH0621305B2 JPH0621305B2 JP63068615A JP6861588A JPH0621305B2 JP H0621305 B2 JPH0621305 B2 JP H0621305B2 JP 63068615 A JP63068615 A JP 63068615A JP 6861588 A JP6861588 A JP 6861588A JP H0621305 B2 JPH0621305 B2 JP H0621305B2
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- JP
- Japan
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- strength
- titanium alloy
- creep
- range
- high temperature
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明、耐熱チタン合金、特に、高温強度およびクリ
ープ強度に優れた耐熱チタン合金に関するものである。
ープ強度に優れた耐熱チタン合金に関するものである。
〔従来の技術〕 チタン合金は軽くて強靱な機械的性質を有し、特に、4
50℃程度までの温度域において高い比強度(強度/密
度)を示すことから、航空機用ジエツトエンジン材料と
して近年盛んに用いられている。チタン合金の中で、最
も一般に用いられているのはTi-6Al-4V合金であるが、
この合金の使用可能温度範囲はせいぜい300℃程度ま
でである。この合金の耐熱性を高めた合金として、Ti-6
242,S合金がUSパテント3,833,363に開示されている。
50℃程度までの温度域において高い比強度(強度/密
度)を示すことから、航空機用ジエツトエンジン材料と
して近年盛んに用いられている。チタン合金の中で、最
も一般に用いられているのはTi-6Al-4V合金であるが、
この合金の使用可能温度範囲はせいぜい300℃程度ま
でである。この合金の耐熱性を高めた合金として、Ti-6
242,S合金がUSパテント3,833,363に開示されている。
ジエツトエンイン用チタン合金に要求される特性には、
高温強度、耐クリープ特性、耐酸化性などがあり、また
製造上、優れた鍛造性および溶接性も求められる。Ti-6
242S合金は、Siを添加することにより生じるコツトレル
効果により転位運動を抑え、高温強度やクリープ強度を
上昇させている。しかしながら、Siは高温強度の小さい
β相安定化元素であるため、その効果は550℃程度の
温度域までであつた。
高温強度、耐クリープ特性、耐酸化性などがあり、また
製造上、優れた鍛造性および溶接性も求められる。Ti-6
242S合金は、Siを添加することにより生じるコツトレル
効果により転位運動を抑え、高温強度やクリープ強度を
上昇させている。しかしながら、Siは高温強度の小さい
β相安定化元素であるため、その効果は550℃程度の
温度域までであつた。
そのため、これらのチタン合金も、航空機の高速度化を
目的とした高効率ジエツトエンジンの開発の点からは十
分とは言えず、更に高温特性に優れた耐熱チタン合金の
開発が望まれている。
目的とした高効率ジエツトエンジンの開発の点からは十
分とは言えず、更に高温特性に優れた耐熱チタン合金の
開発が望まれている。
そこで、この発明の目的は、上記従来の合金よりも高温
強度およびクリープ強度に優れた耐熱チタン合金を提供
することにある。
強度およびクリープ強度に優れた耐熱チタン合金を提供
することにある。
この発明は、Al:5.5から6.5%、Sn:1.5から
3.0%、Zr:0.7から5.0%、Mo:0.7から
3.0%、Si:0.04から0.15%、C:0.20
超から0.30%、O:0.16%以下(以上重量
%)、残り:Tiおよび不可避不純物からなり、且つ、 を満足することに特徴を有するものである。
3.0%、Zr:0.7から5.0%、Mo:0.7から
3.0%、Si:0.04から0.15%、C:0.20
超から0.30%、O:0.16%以下(以上重量
%)、残り:Tiおよび不可避不純物からなり、且つ、 を満足することに特徴を有するものである。
次に、この発明において成分組成を上記範囲に限定した
理由について説明する。
理由について説明する。
Al:Alは、α+βの二相組織を得るためのα相安定化元
素として添加され、且つ強度上昇に寄与する。しかし、
含有量が5.5%未満では、目的とする引張強さ(特に
高温強度)およびクリープ強度が得られず、一方、含有
量が6.5%を超えると、Tiとの間に脆化相であるα2
相の析出を促進させることにより、機械的性質(特に延
性)を劣化させる。従つて、この発明においては、Alの
添加量を5.5から6.5重量%の範囲に限定した。
素として添加され、且つ強度上昇に寄与する。しかし、
含有量が5.5%未満では、目的とする引張強さ(特に
高温強度)およびクリープ強度が得られず、一方、含有
量が6.5%を超えると、Tiとの間に脆化相であるα2
相の析出を促進させることにより、機械的性質(特に延
性)を劣化させる。従つて、この発明においては、Alの
添加量を5.5から6.5重量%の範囲に限定した。
Sn:Snは、中性元素としてα相およびβ相の両方に固溶
し、強度上昇に寄与する。しかし、含有量が1.5%未
満では、目的とする強度が得られず、一方、含有量が
3.0%を超えると、密度が大きくなり、高比強度であ
るというチタン合金の長所が損なわれ、しかも、Tiとの
間に脆化相であるα2相(Ti3Al)が析出して、機械的
性質(特に延性)を劣化させる。従つて、この発明にお
いては、Snの添加量を1.5から3.0重量%の範囲内
に限定した。
し、強度上昇に寄与する。しかし、含有量が1.5%未
満では、目的とする強度が得られず、一方、含有量が
3.0%を超えると、密度が大きくなり、高比強度であ
るというチタン合金の長所が損なわれ、しかも、Tiとの
間に脆化相であるα2相(Ti3Al)が析出して、機械的
性質(特に延性)を劣化させる。従つて、この発明にお
いては、Snの添加量を1.5から3.0重量%の範囲内
に限定した。
Zr:Zrは、中性元素としてα相およびβ相の両方に固溶
し、強度上昇に寄与する。しかし、含有量が0.7%未
満では、目的とする強度が得られず、一方、含有量が
5.0%を超えると、クリープ強度の小さいβ相の体積
率が大きくなり、クリープ強度が低下する。従つて、こ
の発明においては、Zrの添加量を0.7から5.0重量
%の範囲内に限定した。
し、強度上昇に寄与する。しかし、含有量が0.7%未
満では、目的とする強度が得られず、一方、含有量が
5.0%を超えると、クリープ強度の小さいβ相の体積
率が大きくなり、クリープ強度が低下する。従つて、こ
の発明においては、Zrの添加量を0.7から5.0重量
%の範囲内に限定した。
Mo:Moは、β相安定化元素として添加され、強度上昇、
特に室温強度の上昇に寄与する。しかし、含有量が0.
7%未満では、目的とする強度が得られず、一方、含有
量が3.0%を超えると、Zrの添加の場合と同様、高温
強度やクリープ強度を低下させる。従つて、この発明に
おいては、Moの添加量を0.7から3.0重量%の範囲
内に限定した。
特に室温強度の上昇に寄与する。しかし、含有量が0.
7%未満では、目的とする強度が得られず、一方、含有
量が3.0%を超えると、Zrの添加の場合と同様、高温
強度やクリープ強度を低下させる。従つて、この発明に
おいては、Moの添加量を0.7から3.0重量%の範囲
内に限定した。
Si:Siは、高温時の転位運動をコツトレス効果により抑
え、高温強度やクリープ強度の上昇に寄与する。しか
し、含有量が0.04%未満では、目的とする強度が得
られず、一方、含有量が0.15%を超えると、TiとSi
との化合物(Ti5Si3等)形成し、延性等の機械的性質を
劣化させ、しかも、550℃以上の温度域いおいて高温
強度やクリープ強度の低下をもたらす。
え、高温強度やクリープ強度の上昇に寄与する。しか
し、含有量が0.04%未満では、目的とする強度が得
られず、一方、含有量が0.15%を超えると、TiとSi
との化合物(Ti5Si3等)形成し、延性等の機械的性質を
劣化させ、しかも、550℃以上の温度域いおいて高温
強度やクリープ強度の低下をもたらす。
従つて、この発明においては、Siの添加量を0.04か
ら0.15重量%の範囲内に限定した。
ら0.15重量%の範囲内に限定した。
C:Cは、主にα相に固溶し、室温の強度上昇のみなら
ず、高温強度とクリープ強度の上昇に寄与する。しかし
ながら、含有量が0.20%以下では、目的とする強度
が得られず、一方、含有量が0.30%を超えるとチタ
ンの炭化物が析出して、延性を損なう。従つて、この発
明においては、Cの添加量を0.20超から0.30重量%
の範囲内に限定した。
ず、高温強度とクリープ強度の上昇に寄与する。しかし
ながら、含有量が0.20%以下では、目的とする強度
が得られず、一方、含有量が0.30%を超えるとチタ
ンの炭化物が析出して、延性を損なう。従つて、この発
明においては、Cの添加量を0.20超から0.30重量%
の範囲内に限定した。
O:Oは、主にα相に固溶し、室温の強度上昇のみなら
ず、高温強度とクリープ強度の上昇に寄与する。しかし
ながら、含有量が0.16%を超えると延性が低下す
る。従つて、この発明においては、Oの添加量を0.1
6重量%以下に限定した。
ず、高温強度とクリープ強度の上昇に寄与する。しかし
ながら、含有量が0.16%を超えると延性が低下す
る。従つて、この発明においては、Oの添加量を0.1
6重量%以下に限定した。
に限定したのは、次の理由による。即ち、これはチタン
合金のアルミ当量と呼ばれ、この値が8%を超えると、
Ti3Al等の金属間化合物が生成し、延性を損なうのが好
ましくない。また、この値が6.5%未満では、室温強
度、高温強度およびクリープ強度が小さくなる。従つ
て、この発明においては、上記値を6.5から8.0重
量%を範囲内に限定した。
合金のアルミ当量と呼ばれ、この値が8%を超えると、
Ti3Al等の金属間化合物が生成し、延性を損なうのが好
ましくない。また、この値が6.5%未満では、室温強
度、高温強度およびクリープ強度が小さくなる。従つ
て、この発明においては、上記値を6.5から8.0重
量%を範囲内に限定した。
〔実施例〕 アルゴンガス雰囲気アーク溶解炉にてインゴツトを溶製
した。これを、熱間鍛造および熱間圧延を行い、厚さ7
mmの板材に加工した。β晶の粗大化を防ぐため、およ
び、等軸α晶組織を得るために、熱間圧延時の加熱を、
β変態点を30℃下回る温度で実施した。これらの材料
を、β変態点を15〜30℃下回る温度にて1時間焼鈍
し、この後、空冷し、さらに、600℃にて8時間の時
効処理を行い、供試材とした。本発明チタン合金の成分
組成および室温引張試験の結果を第1表に示し、高温引
張試験およびクリープ試験の結果を第3表に示す。ま
た、従来チタン合金、比較チタン合金の成分組成および
室温引張試験の結果を第2表に示し、高温引張試験およ
びクリープ試験の結果を第4表に示す。ただし、比較チ
タン合金11、12および17は、室温引張り試験時の
伸びが10%未満と小さく、実用に耐えないため、高温引
張り試験及びクリープ試験を実施しなかつた。第3表お
よび第4表に示す高温引張試験は、600℃においてお
こなつたものである。また、同表中の最小クリープ速度
(%/hr)は、温度510℃、応力24.6Kgf/mm2に
おいて行つたクリープ試験の時間-伸び曲線から求めた
ものである。高温引張試験およびクリープ試験は、大気
中で実施した。
した。これを、熱間鍛造および熱間圧延を行い、厚さ7
mmの板材に加工した。β晶の粗大化を防ぐため、およ
び、等軸α晶組織を得るために、熱間圧延時の加熱を、
β変態点を30℃下回る温度で実施した。これらの材料
を、β変態点を15〜30℃下回る温度にて1時間焼鈍
し、この後、空冷し、さらに、600℃にて8時間の時
効処理を行い、供試材とした。本発明チタン合金の成分
組成および室温引張試験の結果を第1表に示し、高温引
張試験およびクリープ試験の結果を第3表に示す。ま
た、従来チタン合金、比較チタン合金の成分組成および
室温引張試験の結果を第2表に示し、高温引張試験およ
びクリープ試験の結果を第4表に示す。ただし、比較チ
タン合金11、12および17は、室温引張り試験時の
伸びが10%未満と小さく、実用に耐えないため、高温引
張り試験及びクリープ試験を実施しなかつた。第3表お
よび第4表に示す高温引張試験は、600℃においてお
こなつたものである。また、同表中の最小クリープ速度
(%/hr)は、温度510℃、応力24.6Kgf/mm2に
おいて行つたクリープ試験の時間-伸び曲線から求めた
ものである。高温引張試験およびクリープ試験は、大気
中で実施した。
第3表から明らかなように、本発明チタン合金は、60
0℃における高温引張強度が67.8Kgf/mm2以上と大
きく、しかも、510℃、応力24.6Kgf/mm2におけ
る最小クリープ速度が、0.34×10-3%/hr以下と
小さく、比較チタン合金および従来チタン合金Ti-6Al-4
V,Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Moと比較して非常に優れている。
比較合金13は、600℃での引張試験において、T
S:70.0kgf/mm2が得られているものの、室温引張
試験のE1(伸び)が5.6%と本発明合金と比べて劣
っており、実用上問題がある。また、本発明チタン合金
は、室温においても115Kgf/mm2以上の大きな引張強
さと12.5%以上の大きな伸びとを合わせ持つてお
り、室温から高温までの広い温度範囲において、非常に
優れた機械的性質を有していることがわかる。
0℃における高温引張強度が67.8Kgf/mm2以上と大
きく、しかも、510℃、応力24.6Kgf/mm2におけ
る最小クリープ速度が、0.34×10-3%/hr以下と
小さく、比較チタン合金および従来チタン合金Ti-6Al-4
V,Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Moと比較して非常に優れている。
比較合金13は、600℃での引張試験において、T
S:70.0kgf/mm2が得られているものの、室温引張
試験のE1(伸び)が5.6%と本発明合金と比べて劣
っており、実用上問題がある。また、本発明チタン合金
は、室温においても115Kgf/mm2以上の大きな引張強
さと12.5%以上の大きな伸びとを合わせ持つてお
り、室温から高温までの広い温度範囲において、非常に
優れた機械的性質を有していることがわかる。
第1図に、横軸にC含有量(重量%)を、縦軸に温度5
10℃、応力24.6kgf/mm2のクリープ試験における
最小クリープ速度を示す。ここにおいて、曲線における
実線の部分1は、本発明チタン合金の実験値をプロツト
した部分を示し、点線の部分2は、比較チタン合金の実
験値をプロツトした部分を示し、Δ印3は従来チタン合
金の実験値をプロツトした点を示す。
10℃、応力24.6kgf/mm2のクリープ試験における
最小クリープ速度を示す。ここにおいて、曲線における
実線の部分1は、本発明チタン合金の実験値をプロツト
した部分を示し、点線の部分2は、比較チタン合金の実
験値をプロツトした部分を示し、Δ印3は従来チタン合
金の実験値をプロツトした点を示す。
第1図から明らかなように、C含有量が0.20超〜
0.30重量%の範囲で0.34×10-3以下の最小ク
リープ速度の値を示しており、その範囲に満たないC含
有量(重量%)では、最小クリープ速度が大きい。一
方、C含有量(重量%)をその範囲を超えて添加する
と、最小クリープ速度は良くならず、第2表からわかる
ように室温における延性が5.6%と非常に劣化する。
0.30重量%の範囲で0.34×10-3以下の最小ク
リープ速度の値を示しており、その範囲に満たないC含
有量(重量%)では、最小クリープ速度が大きい。一
方、C含有量(重量%)をその範囲を超えて添加する
と、最小クリープ速度は良くならず、第2表からわかる
ように室温における延性が5.6%と非常に劣化する。
第2図において、横軸にC含有量(重量%)を、縦軸に
温度600℃における引張試験の結果を示す。ここにお
いて、曲線における実線の部分1は、本発明チタン合金
の実験値をプロツトした部分を示し、点線の部分2は比
較チタン合金および従来チタン合金の実験値をプロツト
した部分を示す。
温度600℃における引張試験の結果を示す。ここにお
いて、曲線における実線の部分1は、本発明チタン合金
の実験値をプロツトした部分を示し、点線の部分2は比
較チタン合金および従来チタン合金の実験値をプロツト
した部分を示す。
第2図から明らかなように、C含有量が0.20超〜
0.30重量%の範囲で67kgf/mm2以上の引張強さを
示しており、その範囲に満たないC含有量(重量%)で
は、引張強さが小さい。
0.30重量%の範囲で67kgf/mm2以上の引張強さを
示しており、その範囲に満たないC含有量(重量%)で
は、引張強さが小さい。
これらのことから、C含有量が0.20超〜0.30重
量%の範囲において、優れた機械的性質(室温強度、高
温強度およびクリープ強度)が得られることが明らかと
なつた。
量%の範囲において、優れた機械的性質(室温強度、高
温強度およびクリープ強度)が得られることが明らかと
なつた。
以上説明したように、この発明によれば、C含有量を
0.20超〜0.30重量%の範囲にすることによつ
て、室温から高温までの広い温度範囲において、大きな
引張強度およびクリープ強度を得ることができ、その結
果、航空宇宙用材料を始めとして、その優れた比較度、
高温特性から、各種産業分野において広く用いることが
できるといつた有用な効果がもたらされる。
0.20超〜0.30重量%の範囲にすることによつ
て、室温から高温までの広い温度範囲において、大きな
引張強度およびクリープ強度を得ることができ、その結
果、航空宇宙用材料を始めとして、その優れた比較度、
高温特性から、各種産業分野において広く用いることが
できるといつた有用な効果がもたらされる。
第1図は、本発明チタン合金、比較チタン合金、そして
従来チタン合金と最小クリープ速度との関係を示すグラ
フ、第2図は、本発明チタン合金、比較チタン合金、そ
して従来チタン合金と高温引張特性(0.2%耐力およ
び引張強さ)との関係を示すグラフである。
従来チタン合金と最小クリープ速度との関係を示すグラ
フ、第2図は、本発明チタン合金、比較チタン合金、そ
して従来チタン合金と高温引張特性(0.2%耐力およ
び引張強さ)との関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 皆川 邦典 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭49−15611(JP,A)
Claims (1)
- 【請求項1】Al:5.5から6.5%、 Sn:1.5から3.0%、 Zr:0.7から5.0%、 Mo:0.7から3.0%、 Si:0.04%から0.15%、 C:0.20超から0.30%、 O:0.16%以下(以上重量%)、 残り:Tiおよび不可避不純物 からなり、且つ、 を満足することを特徴とする耐熱チタン合金。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63068615A JPH0621305B2 (ja) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | 耐熱チタン合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63068615A JPH0621305B2 (ja) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | 耐熱チタン合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01242743A JPH01242743A (ja) | 1989-09-27 |
JPH0621305B2 true JPH0621305B2 (ja) | 1994-03-23 |
Family
ID=13378841
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63068615A Expired - Lifetime JPH0621305B2 (ja) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | 耐熱チタン合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0621305B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69909100T2 (de) * | 1998-07-21 | 2004-05-06 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho, Nagakute | Kompositmaterial auf titanbasis, verfahren zu dessen herstellung und motorventil |
FR2899241B1 (fr) * | 2006-03-30 | 2008-12-05 | Snecma Sa | Procedes de traitement thermiques et de fabrication d'une piece thermomecanique realisee dans un alliage de titane, et piece thermomecanique resultant de ces procedes |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2797996A (en) * | 1953-12-07 | 1957-07-02 | Rem Cru Titanium Inc | Titanium base alloys |
US3756810A (en) * | 1972-04-04 | 1973-09-04 | Titanium Metals Corp | High temperature titanium alloy |
US3833363A (en) * | 1972-04-05 | 1974-09-03 | Rmi Co | Titanium-base alloy and method of improving creep properties |
US4639281A (en) * | 1982-02-19 | 1987-01-27 | Mcdonnell Douglas Corporation | Advanced titanium composite |
DE3381049D1 (de) * | 1982-10-15 | 1990-02-08 | Imi Titanium Ltd | Titanlegierung. |
-
1988
- 1988-03-23 JP JP63068615A patent/JPH0621305B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01242743A (ja) | 1989-09-27 |
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