JPH07100846B2 - 鏡面を有するチタン合金の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鏡面を有するチタン合金の製造方法に関す
る。

〔発明の概要〕

本発明は、α＋β型チタン合金およびβ型合金を成形
後、β変態点以上の温度でβ溶体化処理した後、室温ま
で急冷しマルテンサイト単相、あるいはβ単相にし、次
いでβ変態点以下の温度で時効処理を施しマルテンサイ
ト相、あるいはβ相上のα析出物を微細に析出させ、更
に、該成形体の鏡面仕上げ処理を施すことによって鏡面
状態が得られるようにしたものである。

〔従来の技術〕

一般に、α＋β型チタン合金の成形体は、硬質相と軟質
相との２相合金であり、α相とβ相との硬さの差および
加工性の差があることから、鏡面仕上げを施しても、鏡
面状態が得られない。また、β型チタン合金の成形体に
おいても、α相が量は少ないが存在するため、α相とβ
相との硬さの差および加工性の差により、鏡面仕上げを
施しても、鏡面状態が得られない。

従来、チタン合金の成形体の熱処理方法は、成形体の強
度あるいは靱性を高めることを目的として、特公昭58−
48025号公報や、特開昭61−281860号公報に示されるよ
うに、β変態点温度以下で溶体化処理した後、急冷し、
次に溶体化処理温度以下で時効処理を行っている。この
ような処理においては、初析のα相が残存しており、初
析α相と時効処理によりβ相より析出した相には硬さの
差および加工性の差が生じ、鏡面仕上げを施しても鏡面
状態は得られない。

したがって、チタン合金の成形体は、なし地模様の状態
やオーバーコート等の表面処理を施して使用されてい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

チタン合金は、比強度が高い、高温強度が高い、また耐
食性が良い等の多くの利点を備えていることから、構造
用あるいは機械部品に多く使用されている。これらの製
品では強度、靱性、耐食性、防振性の機能面からの熱処
理が施されているが、外観面の要望がなく鏡面状態が必
要とされない。しかし、近年、比重が小さく耐食性が良
く硬度が高く高級感があるというチタン合金の特徴か
ら、装飾品に使用されているが、この場合、オーバーコ
ート等の表面処理を施すか、又はなし地の模様での使用
であって、鏡面での使用が出来なかった。

このことはチタン合金が、硬質相と軟質相が存在する
（第１図（Ａ））ことから、鏡面仕上げ処理において、
軟質相が選択的に研磨されたり（第１図（Ｂ）），軟質
相が折損・脱落したり（第１図（Ｃ））することによ
り、仕上げ表面に凹凸が形成され、なお、なし地模様と
なり、鏡面状態が得られないことによるものである。

〔課題を解決するための手段〕

そこで本発明は、これらの問題点を解決するため、α＋
β型チタン合金あるいはβ型チタン合金を、β変態点以
上の温度でβ溶体化処理した後、室温まで急冷し、β変
態点以下の温度で時効処理し、表面全体をマルテンサイ
ト相およびβ相の組織から析出物を微細に析出させるも
のである。

〔作用〕

α＋β型チタン合金は、β変態点以上の温度に加熱保持
した（β溶体化処理）後に急冷を行うことにより、マル
テンサイト単相の組織となる。一方、β型チタン合金
は、β変態点以上の温度に加熱保持した後に急冷を行う
ことにより、β単相の組織となる。さらに、β変態点以
下の温度で時効処理することにより、マルテンサイト相
あるいはβ相地にα相あるいはω相が微細に析出する。
マルテンサイト地にα相あるいはω相が析出した組織の
状態あるいはβ相地にα相あるいはω相が析出した組織
の状態で鏡面仕上げの研磨処理することにより、チタン
合金表面が均一に研磨され、鏡面状態が得られる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。

実施例−１ 本実施例では、第１表に示すα＋β型（Near β型）チ
タン合金を用いた。

各種熱処理を施したチタン合金の組織を第２図に示す。

第２図（Ａ）は、熱処理前のチタン合金の組織であり、
α＋β２相の組織を示している。

第２図（Ｂ）は、750℃・0.5hの溶体化処理後油冷を行
った組織であり、α＋β２相の組織を示している。

第２図（Ｃ）は、750℃・0.5hの溶体化処理後油冷し、
更に500℃・5hの時効処理後空冷した組織であり、β相
から微細なα相が析出し、かつ、初析のα相がそのまま
残存している。

第２図（Ｄ）は、850℃・0.5hの溶体化処理後油冷を行
った組織であり、マルテンサイト組織を示している。

第２図（Ｅ）は、850℃・0.5hの溶体化処理後油冷し、
更に400℃・16hの時効処理後空冷した組織であり、マル
テンサイト地からω相が微細な析出している。

第２図（Ｆ）は、850℃・0.5hの溶体化処理後油冷し、
更に450℃・16hの時効処理後空冷した組織であり、マル
テンサイト地から微細なα相あるいはω相が析出してい
る。

第２図（Ｇ）は、850℃・0.5hの溶体化処理後油冷し、
更に500℃・16hの時効処理後空冷した組織であり、マル
テンサイト地から微細なα相が針状に析出している。

このように、該チタン合金は、β変態点（780℃）以上
の温度で溶体化処理を行い油冷することにより、α相が
残存しないマルテンサイト単相の組織が得られ、溶体化
時間は５分以上が必要であった。この状態から更にβ変
態点以下の温度で時効処理することにより、450℃以下
ではマルテンサイト地から微細なω相が析出し、450℃
以上ではマルテンサイト地から微細なα相が析出した組
織が得られる。一方、β変態点以下で溶体化処理油冷す
ると、α＋β２相の組織となり、更にβ変態点以下で時
効処理すると、β相から微細なα相が析出し、かつ、初
析のα相が残存する組織となっている。次に、各種熱処
理を施したチタン合金の硬さを第３図、第４図に示す。

第３図は、850℃・0.5hの溶体化処理後急冷し、更に時
効処理したチタン合金の硬さを示す図である。

溶体化処理のみ行ったチタン合金は、ビッカース硬度Hv
260を示し、各時効処理温度においても、時効処理時間2
hでHv350以上を示し、時効処理効果が発生している。

このことは、マルテンサイト地から微細なα相あるいは
ω相の析出が寄与するものである。

第４図は、750℃・0.5hの溶体化処理後急冷し、更に時
効処理したチタン合金の硬さを示す図である。溶体化処
理のみ行ったチタン合金は、ビッカース硬度Hv240を示
すが、時効処理によって400℃・5hでHv420,500℃,5hでH
v370と硬化しており、α＋β相から微細なα相あるいは
ω相の析出による硬化の効果が得られている。

次に、各種熱処理を施したチタン合金に、鏡面仕上げ処
理を施した結果を第３表に示す。

※鏡面仕上げは、サンドペーパによる研磨、研磨剤によ
る研磨、更にバフ研磨の処理を行った。

第３表は、研磨後の非粗さと表面状態を示す表であり、
表面粗さは、各サンプルに対して2mm間隔で７ケ所測定
における最大表面粗さRmaxの最大・最小・平均で表して
いる。

750℃・0.5hの溶体化処理後油冷し、更に500℃・5hの時
効処理を行ったチタン合金は、Hv370と硬化しており、
波うち、表面粗さが小さいものの、α相とβ相との硬度
の違いから研磨のむらが発生し、なし地模様となってし
まっている。

一方、850℃・0.5hの溶体化処理油冷し、更に450℃・5h
あるいは500℃・5hの時効処理を行ったチタン合金は、
ビッカース硬度が高く、表面粗さも小さく、マルテンサ
イト地に均一にα相もしくはω相が微細に析出してお
り、研磨のむらがなく、鏡面状態が得られている。又、
400℃・5hの時効処理を行ったチタン合金は、完全にα
相もしくはω相が析出しておらず、研磨によるむらが若
干発生している。

以上のことから、α＋β型チタン合金は、β変態点以上
の温度で溶体化処理を施し、室温まで急冷した後、β変
態点以下の温度で時効処理を施す熱処理によって、マル
テンサイト地から微細なα相もしくはω相を析出した組
織とし、鏡面仕上げ処理によって良好な鏡面状態が達成
されるものである。

実施例−２ 本実施例で、第４表に示す典型的なα＋β型チタン合金
を用い、第５表に示す各種熱処理を施した。

各種熱処理を施したチタン合金の組織を第５図に示す。

第５図（Ａ）は、熱処理前のチタン合金の組織であり、
α＋β２相の組織を示している。

第５図（Ｂ）は、900℃・0.5hの溶体化処理後油冷を行
った組織であり、α＋β２相の組織を示している。

第５図（Ｄ）は、1050℃・0.5hの溶体化処理後油冷を行
った組織であり、マルテンサイト組織を示している。

第５図（Ｅ）は、1050℃・0.5hの溶体化処理後油冷し、
更に400℃・16hの時効処理後空冷した組織であり、マル
テンサイト地にω相が微細に析出している状態を示して
いる。

第５図（Ｆ）〜（Ｈ）は、それぞれ1050℃・0.5hの溶体
化処理後油冷し、更に500℃・16h,600℃・16h,700℃・1
6hの時効処理後空冷した組織であり、マルテンサイト地
からα相が微細に析出した状態を示している。

このように、該チタン合金は、β変態点（995℃）以上
の温度で溶体化処理を行い油冷以上の速度で室温まで冷
却することにより、マルテンサイト単相の組織となる。
更に、この状態からβ変態点以下の温度で時効処理する
ことにより、マルテンサイト地からω相が微細に析出す
る（時効処理温度:400℃）組織となり、あるいはマルテ
ンサイト地からα相が微細に析出する（時効処理温度＞
400℃）組織となる。又、β変態点以下の温度で溶体化
処理を行い油冷すると、α＋β２相組織が得られ、更
に、β変態点以下の温度で時効処理すると、β相からα
相あるいはω相が微細に析出し、初析のα相は残存した
組織が得られる。

次に、各種熱処理を施したチタン合金の硬さを第６図、
第７図に示す。

1050℃・0.5hの溶体化処理後油冷した場合、ビッカース
硬度Hv335が得られるが、更にβ変態点以下の時効処理
を施すことにより、Hv350〜370と向上している。これ
は、マルテンサイト地からα相あるいはω相が微細に析
出した組織による効果である。

一方、900℃・0.5hの溶体化処理後油冷したチタン合金
は、Hv350を示し、更に600℃・5hの時効処理を施しても
Hv345を示している。これは、β相にα相が微細に析出
するが、β相の量が少なく硬度の向上がなされてない。

次に、各種熱処理を施したチタン合金を鏡面仕上げ処理
を施した結果を第６表に示す。

※鏡面仕上げは、サンドペーパによる研磨・研磨剤によ
る研磨、更にバフ研磨の処理を行った。第６表から900
℃・0.5hの溶体化処理圧油冷したチタン合金及び、更に
600℃・5hの時効処理を施したチタン合金は、鏡面仕上
げ処理を施しても鏡面状態が得られず、1050℃・0.5hの
溶体化処理後油冷し、更に500℃・16h,600℃・16h、700
℃・16hの各時効処理を施したチタン合金は鏡面仕上げ
処理により、良好な鏡面状態が得られている。ただし、
400℃・16hの時効処理を施した場合は、完全にα相もし
くはω相が析出しておらず鏡面状態が得られなかった。

以上のことから、α＋β型チタン合金は、β変態点以上
の温度で溶体化処理を施し、室温まで急冷した後、β変
態点以下の温度で時効処理を施す熱処理によって、マル
テンサイト地に微細なα相あるいはω相を析出した組織
とし、鏡面仕上げ処理によって良好な鏡面状態が達成さ
れるものである。

実施例−３ 本実施例では、第７表に示すβ型チタン合金を用い、第
８表に示す各種熱処理を施した。

各種熱処理を施したチタン合金の組織を第８図に示す。

第８図（Ａ）は、熱処理前のチタン合金の組織であり、
β粒界が細長く引き延ばされている。

第８図（Ｂ）は、750℃・10minの溶体化処理後油冷した
チタン合金の組織であり、等軸晶のβ単相組織となって
いる。

第８図（Ｃ）は、750℃・10minの溶体化処理後油冷し、
更に450℃・40hの時効処理を施したチタン合金の組織で
あり、β相全面からα相が微細に析出している。

第８図（Ｄ）は、700℃・10minの溶体化処理後油冷した
チタン合金の組織であり、β相にα相が混在している。

第８図（Ｅ）は、700℃・10minの溶体化処理後油冷し、
更に450℃・40hの時効処理を施したチタン合金の組織で
あり、β相からα相が微細に析出しているが、初析のα
相が残存している。

このように、該チタン合金は、β変態点（730℃）以上
の温度で溶体化処理を行い油冷以上の速度で室温まで冷
却することにより、β単相の組織となり、更にβ変態点
以下の温度で時効処理することにより、β相から微細な
αあるいはω相が析出した組織が得られる。

次に、各種熱処理を施したチタン合金の硬さを、第９図
に示す。

第９図により、該チタン合金を750℃・10minの溶体化処
理後油冷して得られるチタン合金のビッカース硬度Hv26
0であるが、600℃以下の温度による時効処理によって、
Hv300以上の硬度が得られている。更に時効処理時間
は、40h以上で処理効果が発生している。これは、β相
より微細なα相もしくはω相が析出した組織となる効果
である。次に、各種熱処理を施したチタン合金に、鏡面
仕上げ処理を施した結果を第９表に示す。

※鏡面仕上げは、サンドペーパによる研磨、研磨剤によ
る研磨、更に研磨の処理を行った。第９表から、750℃
・10minの溶体化処理後油冷し、更に450℃・40hの時効
処理を施したチタン合金が鏡面仕上げ処理にて、良好な
鏡面状態が得られている。

以上のことから、β型チタン合金は、β変態点以上の温
度で溶体化処理を施し、室温まで急冷した後、β変態点
以下の温度で時効処理を施す熱処理によって、β相から
微細なα相あるいはω相を析出した組織とし、鏡面仕上
げ処理によって良好な鏡面状態が達成されるものであ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によればα＋β型チタン合
金あるいはβ型チタン合金を熱処理によって、マルテン
サイト単相あるいはβ単相の状態から、α相、ω相の析
出物を均一に微細に析出させた組織を形成することがで
き、鏡面仕上げ処理によって良好な鏡面状態を達成する
ことができるもので、チタン合金の持つ高硬度、耐擦傷
性を損なわずに、鏡面効果を付与した高級感のある装飾
品を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は従来のチタン合金成形体の鏡面仕上げ処
理前の断面図、第１図（Ｂ），（Ｃ）は従来のチタン合
金成形体の鏡面仕上げ処理後の断面図、第２図（Ａ）は
Ti−9.5V−2.5Mo−3Alの熱処理前の合金組織を示す顕微
鏡写真（×400）、第２図（Ｂ）はTi−9.5V−2.5Mo−3A
lの溶体化処理（750℃・0.5h）後油冷した合金組織を示
す顕微鏡写真（×400）、第２図（Ｃ）はTi−9.5V−2.5
Mo−3Alの溶体化処理（750℃・0.5h）後油冷し、更に時
効処理（500℃・5h）した合金組織を示す顕微鏡写真
（×400）、第２図（Ｄ）はTi−9.5V−2.5Mo−3Alの溶
体化処理（850℃・0.5h）後油冷した合金組織を示す顕
微鏡写真（×400）、第２図（Ｅ）はTi−9.5V−2.5Mo−
3Alの溶体化処理（850℃・0.5h）後油冷し、更に時効処
理（400℃・16h）した合金組織を示す顕微鏡写真（×40
0）、第２図（Ｆ）はTi−9.5V−2.5Mo−3Alの溶体化処
理（850℃・0.5h）後油冷し、更に時効処理（450℃・16
h）した合金組織を示す顕微鏡写真（×400）、第２図
（Ｇ）はTi−9.5V−2.5Mo−3Alの溶体化処理（850℃・
0.5h）後油冷し、更に時効処理（500℃・16h）した合金
組織を示す顕微鏡写真（×400）、第３図はTi−9.5V−
2.5Mo−3Alの溶体化処理（850℃・0.5h）後油冷し、更
に時効処理した合金のビッカース硬度を示す図、第４図
はTi−9.5V−2.5Mo−3Alの溶体化処理（750℃・0.5h）
後油冷し、更に時効処理した合金のビッカース硬度を示
す図、第５図（Ａ）はTi−6Al−6Vの熱処理前の合金組
織を示す顕微鏡（×400）、第５図（Ｂ）はTi−6Al−4V
の溶体化処理（900℃・0.5h）後油冷した合金組織を示
す顕微鏡写真（×400）、第５図（Ｃ）はTi−6Al−4Vの
溶体化処理（900℃・0.5h）後油冷し、更に時効処理（6
00℃・5h）した合金組織を示す顕微鏡写真（×400）、
第５図（Ｄ）はTi−6Al−4Vの溶体化処理（1050℃・0.5
h）後油冷した合金組織を示す顕微鏡写真（×400）、第
５図（Ｅ）はTi−6Al−4Vの溶体化処理（1050℃・0.5
h）後油冷し、更に時効処理（400℃・16h）した合金組
織を示す顕微鏡写真（×400）、第５図（Ｆ）はTi−6Al
−4Vの溶体化処理（1050℃・0.5h）後油冷し、更に時効
処理（500℃・16h）した合金組織を示す顕微鏡写真（×
400）、第５図（Ｇ）はTi−6Al−4Vの溶体化処理（1050
℃・0.5h）後油冷し、更に時効処理（600℃・16h）した
合金組織を示す顕微鏡写真（×400）、第５図（Ｈ）はT
i−6Al−4Vの溶体化処理（1050℃・0.5h）後油冷し、更
に時効処理（600℃・16h）した合金組織を示す顕微鏡写
真（×400）、第６図はTi−6Al−4Vの溶体化処理（1050
℃・0.5h）後油冷し、更に時効処理した合金のビッカー
ス硬度を示す図、第７図はTi−6Al−4Vの溶体化処理（9
00℃・0.5h）後油冷し、更に時効処理した合金のビッカ
ース硬度を示す図、第８図（Ａ）はTi−15V−3Al−3Sn
−3Crの熱処理前の合金組織を示す顕微鏡写真（×40
0）、第８図（Ｂ）はTi−15V−3Al−3Sn−3Crの溶体化
処理（750℃・10min）後油冷した合金組織を示す顕微鏡
写真（×400）、第８図（Ｃ）はTi−15V−3Al−3Sn−3C
rの溶体化処理（750℃・10min）後油冷し、更に時効処
理（450℃・40h）した合金組織を示す顕微鏡写真（×40
0）、第８図（Ｄ）はTi−15V−3Al−3Sn−3Crの溶体化
処理（700℃・10min）後油冷した合金組織を示す顕微鏡
写真（×400）、第８図（Ｅ）はTi−15V−3Al−3Sn−3C
rの溶体化処理（700℃・10min）後油冷し、更に時効処
理（450℃・40h）した合金組織を示す顕微鏡写真（×40
0）、第９図はTi−15V−3Al−3Sn−3Crの溶体化処理（7
00℃・10min）後油冷し、更に時効処理した合金のビッ
カース硬度を示す図である。 １……硬質相 ２……軟質相

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 昭彦 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−133053（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−49816（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−20152（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−152250（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】α＋βチタン合金をβ変態温度以上の温度
   で溶体化処理した後、室温まで急冷し、さらに450〜700
   ℃の温度で時効処理し、続いて鏡面仕上げ処理を施すこ
   とを特徴とする鏡面を有するチタン合金の製造方法。
2. 【請求項２】β型チタン合金をβ変態温度以上の温度で
   溶体化処理した後、室温まで急冷し、さらに400〜600℃
   の温度で時効処理し、続いて鏡面仕上げ処理を施すこと
   を特徴とする鏡面を有するチタン合金の製造方法。