JPH07116578B2 - 準安定β相チタン合金製品の製造方法 - Google Patents

準安定β相チタン合金製品の製造方法

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JPH07116578B2
JPH07116578B2 JP63206505A JP20650588A JPH07116578B2 JP H07116578 B2 JPH07116578 B2 JP H07116578B2 JP 63206505 A JP63206505 A JP 63206505A JP 20650588 A JP20650588 A JP 20650588A JP H07116578 B2 JPH07116578 B2 JP H07116578B2
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    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、真空炉を使用することなく合金管類の完全溶
体化処理ができるβ相チタン合金から継ぎ目なし管類を
製造する改良方法に関するものである。
従来技術、および発明が解決しようとする課題 チタン合金は1950年代の後半から使用されてきた。これ
らの合金を使用した継ぎ目なし管類の使用は、特に宇宙
産業で最も顕著に1960年代から始まつた。以前から使用
されてきたステンレス鋼をチタン合金に置き換えること
の利点は、重量の節減、増加された強度:重量比および
増加された耐食性である。
現在、チタンは熱処理に対する該金属の応答の微細な制
御が可能な合金として利用されている。熱処理は加工の
間に生成する応力を減少させるため、強度または特定の
性質の制御のため、および展伸性並びに組織安定性を最
適化するために使用される。
1970年代に最初に開発された新規の合金であるTi−15V
−3Cr−3Sn−3Alは、1980年代の初期以来冷間圧延スト
リツプとして商業用として入手できるようになつた。こ
の合金は準安定β相型であり;これは溶体化処理した状
態では「軟かく」かつ高度の冷間加工が可能である。こ
の合金は溶体化処理または冷間加工状態のいずれかから
の時効によつて与えられる広範囲の強度水準を有し得
る。これは溶接可能であり、かつ高度に耐食性である。
この合金から成形された継ぎ目なしβ−チタン合金液圧
用管類は、溶体化処理および時効により、または溶体化
処理、冷間加工および時効によつて高い強度水準に熱処
理できるために宇宙産業にとつて魅力的である。しか
し、この新規の合金を利用した管類は、冷間変形と最終
の溶体化焼鈍操作との間の溶体化焼鈍に問題があるため
に現在商業用には殆んど生産されていない。これらの工
程は高真空炉中のチタン合金管の製造で通常実施されて
いる。従来技術では大気圧の空気炉の使用は最終製品に
有害な影響を及ぼすであろうという漠然とした考えがあ
つたため真空焼鈍が選ばれた。空気焼鈍の間に、酸化物
皮膜および拡散層が生じる。これらの皮膜は皮膜で覆わ
れた金属の機械的性質を減少させる。
従来技術では、現在利用できる真空炉が商業用の管の長
さに適合する能力がないために継ぎ目なしβ相合金管類
の成形手段が得られなかつた。時効後に最適な結果が得
られる大部分のβ合金の完全溶体化処理は、組成による
が約5分未満で、溶体周囲温度(1350〜1550゜F、すな
わち732〜843℃)から500゜F(すなわち、260℃)にま
で製品を冷却する必要がある。この処理は不活性ガス急
冷方式を含む現在使用できる任意の真空炉中では液圧管
類使用業者の要求する8〜20フート(すなわち(243.8
〜609.6cm)管長では実施することができない。
元素チタンは2種類の幾何学的形態で存在する。1625゜
F(すなわち、885℃)以下の温度では、α相である稠密
六方組織を有する。これより高い温度では、これは体心
立方構造であるβ相に転換する。合金用元素または安定
化剤は、β状態が安定化する温度を変化させる。本発明
において使用されるようなβ合金では、選択された高め
られた温度に暴露することによつてβ組織は分解してα
相を微細に分散析出させ、もつて強度を増加させるであ
ろう。
熱間または冷間加工の前または後の管製造工程の間、金
属は特定温度での特定時間の加熱、その後の冷却を必要
とする数種の熱処理を受ける。溶体化処理の場合の冷却
も、金属に所望の性質を付与するために特定の時間内で
行わなければならない。これらの処理は特に:応力除去
焼鈍、溶体化処理(時に、溶体化焼鈍と呼ばれる)およ
び時効である。加えて、汚染物および酸化生成物は熱処
理後に除去されなければならない。
溶体化焼鈍は、室温での破断靭性および展延性を増加さ
せる。中間溶体化焼鈍工程は、製品の連するピルガー変
形または冷間変形の前に実施される。溶体化処理または
溶体化処理に加えて冷間加工(ピルガー加工)およびそ
の後の時効が金属の強度水準の向上に利用される。1350
〜1550゜F(すなわち、732〜843℃)である溶体化処理
温度への加熱および急速冷却によつて、β相は室温に対
して安定化され、そして、その後に比較的低温度である
800〜1250゜F(すなわち、426.7〜676.7℃)で時効させ
たとき、β相は合金の強度を増加させるα相の微細な分
散による、より強力な組織に分解する。
溶体化焼鈍後に水焼き入れ、空気焼入れまたはは炉中焼
き入れが使用できるが、この各々では時効後異なる引張
特性が得られる。溶体化焼鈍温度からの冷却速度は必須
事項である。この過程が遅すぎるならば、冷却の間β相
の部分的分解が起り、β相のその後の時効では所望の強
度増加効果が得られないであろう;その後のピルガー加
工のための最適の展延性が得られず、かつ最終製品の時
効特性も予測できず、そして普通以下の強度および展延
性の組合せに帰着する。合金の完全溶体化処理には、合
金の組成によつて約5分以内に冷却を行う必要がある。
金属表面上の酸化物層の形成および金属の最終性質に及
ぼす認知しうる有害効果を避けるために、当業界では冷
却が真空炉中で実施されるべきうことを教示している。
残念ながら航空機産業において要求される長さ8フイー
ト(すなわち、243.8cm)を超える管に適合する真空炉
は入手できないであろう。酸化物形成が重大なことでな
ければ、必要とされる冷却速度を達成するために必要に
応じて空気、水、塩水または苛性ソーダ溶液を使用して
利用でる空気熱処理炉を使用して有効な焼き入れができ
る。これは管の横断面厚さおよび寸法に依存する。
この方法の最終工程は、時効および応力除去である。応
力除去処理は冷間成形および強化からの望ましくない残
留応力を減少させる。この処理は降伏強さを損失するこ
となく形状安定性を維持する。時効は中間温度への再加
熱から成り、β層の部分的分解を起こさせ強度を増加さ
せる。
本発明の以前には、これらの問題の解決方法が存在しな
かつた。従つて、βチタン合金管類を商業的に製造でき
なかつた。
課題を達成するための手段 本発明者によつて、その後に焼鈍が行われる一連のピル
ガー加工工程によつて準安定β相チタン合金管類の製造
方法が提供される。真空炉で遭遇する問題を克服するた
めに、全ての中間作業のための溶体化焼鈍を空気雰囲気
炉中において行い、これに続いて5分以内の冷却を達成
するために、水焼入れまたは室温空気焼入れを実施す
る。空気焼鈍を行う間、管類上に酸化物皮膜およびα相
酸素拡散層が生じる。焼入れ後、熱塩浴中において管の
錆が除去され、酸素汚染表面層を除去するために酸洗い
される。最後のピルガー加工操作後に、本発明者は真空
炉中での直接時効を提唱する。ピルガー加工された製品
を直接真空時効することにより、汚染が避けられ、酸洗
いは最小限である。この方法ではまた、超音波試験によ
る欠陥検出に比較的敏感であり、かつ異なるロツト、熱
または管寸法間で時効に対してより均一な応答を示す微
細粒製品が製造される。
この改良方法において、全ての中間焼鈍作業が空気雰囲
気中において行われる。本発明方法は、最初の材料が水
蒸気浄化およびピルガー加工されるときに開始される。
次いで、ピルガー加工工程からの製品が脱脂され、再び
水蒸気清浄が行われる。次いで最初の焼鈍工程が空気雰
囲気中で実施される。5分以内に冷却する必要に応じ
て、水または室温空気の利用の下で焼き入れが起こる。
焼鈍後、金属は熱塩浴中で脱錆され、酸素汚染表面層を
除去するために硝酸−弗化水素酸溶液中において酸洗い
される。次いで製品が真直化され、清浄化され、かつ再
度ピルガー加工される。管の所望の直径および厚さが得
られるまでこの工程が反復継続する。この規格が得られ
たら管類は清浄化され、真空環境下で最終的に時効され
る。この処理によつて応力が除去され、しかもこの時効
では所望性質を得るためのβ相の分解が要求される。通
常、最終処理は溶体化処理とその後の時効から成る。本
方法は、最終溶体化処理を空気中で行なつた場合の表面
汚染を避けるためにピルガー加工後真空炉中における直
接時効を利用している。この処理で先行の焼鈍及び酸洗
い作業において取込んだ水素も除去する。これによつ
て、超音波試験による欠陥検出に“より敏感”であり、
かつロツト間、加熱間および各種の管寸法間でより均一
な応答性を示す微細粒子製品が得られる。
実施例 発明者は、Ti−15V−3Cr−3Sn−3Al合金から管類を製造
した。発明者は肉厚0.60インチ(1.52cm)、長さ7.1フ
イート(216.4cm)を有する外径3.40インチ(8.64cm)
管を使用して開始した。この管は次の工程により処理さ
れ、外径0.375インチ(0.953cm)、肉厚0.028インチ
(0.071cm)および最終長さ887.1フイート(270.39m)
を有する管になされた。
1. 管を水蒸気清浄する。
2. 管を外径2.375インチ(6.03cm)、肉厚0.330インチ
(0.84cm)および長さ17.5フイート(533.4cm)にピル
ガー加工する。
3. 管を脱脂し、アルカリおよび水蒸気清浄する。
4. 管を空気雰囲気中において1500゜F(843.3℃)で15
分間焼鈍し、次いで冷却させる。
5. 管の錆を除去し、酸洗いし、かつ整直する。
6. 管を水蒸気で清浄にする。
7. 管を外径1.50インチ(3.81cm)、肉厚0.198インチ
(0.50cm)および長さ44.3フイート(13.50m)にピルガ
ー加工する。
8. 管を脱脂し、アルカリおよび水蒸気で清浄にする。
9. 管を空気雰囲気中において1500゜F(815.6℃)で10
分間焼鈍し、次いで冷却させる。
10. 管の錆を除去し、酸洗いし、かつ整直する。
11. 管を水蒸気で清浄にする。
12. 管を外径1.004インチ(2.55cm)、肉厚0.100イン
チ(0.25cm)および長さ124.9フイート(38.07m)にピ
ルガー加工する。
13. 管を脱脂、アルカリおよび水蒸気で清浄にする。
14. 管を空気雰囲気中において1500゜F(815.6℃)で
5分間焼鈍する。
15. 管の錆を除去し、酸洗いし、かつ整直する。
16. 管を水蒸気で清浄にする。
17. 管を外径0.629インチ(1.60cm)、肉厚0.055イン
チ(0.14cm)および長さ347.0フイート(105.77m)にピ
ルガー加工する。
18. 管を脱脂、アルカリおよび水蒸気で清浄にする。
19. 管を空気雰囲気中において1500゜F(815.6℃)で
5分間焼鈍し、冷却させる。
20. 管の錆を除去し、酸洗いし、かつ整直する。
21. 管を水蒸気で清浄にする。
22. 管を外径0.379インチ(0.96cm)、肉厚0.032イン
チ(0.08cm)および長さ968.3フイート(295.14m)にピ
ルガー加工する。
23. 管を脱脂し、石けん洗いし、そして洗浄する。
24. 管を瞬間酸洗いする。
25. 管を真空炉中において1200゜F(648.9℃)で180分
間時効させる。
26. 内径をグリツドブラスト処理して、酸洗いのため
の表面を準備する。
27. 外径を軽く磨き、酸洗いのための表面を準備す
る。
28. 酸洗いによつて内径から0.002インチ(0.005cm)
が除去される。
29. 酸洗いによつて外径から0.002インチ(0.005cm)
が除去される。
30. 最終外径:0.3750インチ(0.9525cm) 最終肉厚:0.0280インチ(0.0711cm) 最終長さ:887.1フイート (270.39m)。
31. 管を超音波および肉眼で検査し、かつ、強度およ
ひ品質を試験する。
発明者は、本発明の好ましい態様を説明してきたが、本
発明はこれに限定されず、かつ特許請求の範囲中で他の
態様も実施できることを明確に理解すべきである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】準安定β相チタン合金製品の製造方法であ
    って、連続する、少なくとも一回の中間冷間加工工程
    と、これに続く焼鈍工程とを含み、最適の物理的性質を
    得るために、焼鈍後に合金が急冷される方法において、 前記少なくとも一回の中間冷間加工工程の後の焼鈍が空
    気中で実施され、最終冷間加工工程の後の最終焼鈍工程
    で、直接時効処理が真空中で行われる準安定β相チタン
    合金製品の製造方法。
  2. 【請求項2】前記準安定β相チタン合金製品が管類であ
    る請求項1に記載された準安定β相チタン合金製品の製
    造方法。
  3. 【請求項3】前記準安定β相チタン合金がTi−15V−3Cr
    −3Sn−3Alである請求項1に記載された準安定β相チタ
    ン合金製品の製造方法。
JP63206505A 1987-10-23 1988-08-22 準安定β相チタン合金製品の製造方法 Expired - Lifetime JPH07116578B2 (ja)

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US111600 1987-10-23

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