JPH0726184B2 - 超微細粒組織を有するα＋β型チタン合金の熱間加工材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、強度、延性および靱性が高い水準でバランス
したα＋β型チタン合金の熱間加工材の製造方法に関す
る。

（従来の技術） 従来、α＋β型チタン合金の熱間加工材は、たとえば特
開昭59−215450号公報に開示されているように、鍛造や
分塊圧延等の鍛練を材料に予め加えた後、β−トランザ
ス以下の温度に加熱して仕上加工するプロセスによって
製造されている。

この明細書において、β−トランザスとは、β相とα＋
β相の２相域の境界温度を意味する。たとえば、Ti−6A
l−4V合金のβ−トランザスは約988℃である。

前記従来技術によって得られるα＋β型チタン合金の熱
間加工材の組織は、材料の加熱中に析出したα粒と加熱
後の仕上加工中に析出するα粒が混在するα＋β組織と
なる。

β−トランザス以下の温度に材料を加熱した場合、材料
の加熱中に析出するα粒は、比較的大きく、一般的に粒
径20μｍ以上であり、また、その析出量は、材料の加熱
温度によって異なる。

一方、α＋β型チタン合金をβ−トランザス以上の温度
域に加熱すると、50μｍ近い粗大なα粒をもった組織と
なる。この材料を急冷すると、マルテンサイト変態を起
こし、針状組織となる。また、前記材料を徐冷すると、
旧β粒の粒界および双晶面にα相が析出する。

β域に加熱された材料をβ域で加工しても、変態後、均
一に分散した微細なα粒を有する組織を得ることはでき
ない。

一方、β域に加熱された材料を通常の加工条件で加工し
ても、α粒は微細粒としては殆ど析出せずに、旧β粒の
粒界に塊状の或はウィッドマンステッテン状のα相が出
現する。

このように、従来技術によるときは、ほぼ粒径の等しい
微細なα粒が均一に分散したα＋β型チタン合金の熱間
加工材を得ることはできなかった。

（発明が解決しようとする課題） 前記の、β−トランザス以下の温度域に材料を加熱する
プロセスによって製造されるα＋β型チタン合金の熱間
加工材は、β−トランザス以上の温度域に材料を加熱す
るプロセスで得られるα＋β型チタン合金の熱間加工材
に比し、強度、延性に優れているけれども、靱性につい
ては、β−トランザス以上の温度域に材料を加熱するプ
ロセスによって得られたものの方が優れている。

本発明が解決しようとする技術的課題は、強度、延性を
高めることにより靱性が劣化する、或は、靱性を工場さ
せると強度、延性が低下する従来技術における問題を解
決することであり、本発明は、強度、延性、靱性ともに
優れたα＋β型チタン合金の熱間加工材の製造方法を提
供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、α＋β型チタン合金をβ
−トランザス以上の温度に加熱した後、β−トランザス
から800℃までの平均冷却速度を15℃/s未満とせしめる
条件下で、β−トランザスから650℃までの温度域にお
いて加工度（断面変化率）70％以上の加工を加えること
を特徴とするα相が平均粒径５μｍ以下の微細粒組織か
らなるα＋β型チタン合金の熱間加工材の製造方法にあ
る。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明は、前記したように、強度，延性，靱性が高い水
準でバランスしているα＋β型チタン合金の熱間加工材
を得ることを目的としているが、この目的は、α相が、
平均粒径５μｍ以下の超微細粒からなるα＋β型チタン
合金の熱間加工材を製造することによって達せられる。

次に、かかるα相が平均粒径５μｍ以下の超微細粒が一
様に分散析出した組織であるα＋β型チタン合金の熱間
加工材を製造する本発明のプロセスについて、説明す
る。

α＋β型チタン合金のβ→α変態は、非常にゆっくりと
進行するから、β域に材料を加熱した後材料をβ−トラ
ンザス以下の温度即ち、β−トランザスから650℃まで
の温度域では約10分間程度の時間を経過させても殆ど変
態が進行しない。

このような状態にあるβ相は、熱力学的には不安定であ
るため、強い加工を加えるとβ粒内でもα相の核発生が
起こり易い。本発明は、この点に着眼してなされた。な
お、このことは、β粒内でのα相の核発生に外部からの
加工エネルギーが関与することを意味するもので、ここ
での加工は、マクロ的な加工様式（鍛造、圧延などの圧
縮加工や引き抜き加工、押し出し加工など）に依存しな
い。

本発明者等は、β−トランザスから650℃までの温度域
での材料に対する加工度と生成する粒の粒径の関係を調
べてみた。その結果、加工度（断面変化率）70％以上の
加工を材料に加えることにより、平均粒径が５μｍ以下
の微細なα粒を均一に分散析出させることができること
を見出した。

また、このとき若干の帯状α相が存在していても、製品
の強度，延性，靱性を著しくは劣化せしめないことも確
かめた。

しかしながら、β−トランザスから800℃までの材料の
平均冷却速度が、15℃/s以上になると、マルテンサイト
変態を起こし、微細なα粒を有するα＋β型チタン合金
を得ることができなくなる。

尚、ここで、α＋β型チタン合金とは、Ti−6Al−4V合
金（Al:6％、V:4％、残部:Tiからなる合金をいう）に代
表される、常温でα相とβ相が混在する組織を有する合
金である。上記以外には、たとえばTi−6Al−6V−2Sn合
金やTi−6Al−2Sn−4Zr−6Mo合金さらにはTi−6Mn合金
等が挙げられる。

（実施例） 現在、最も汎用されているα＋β型チタン合金である、
Ti−6Al−4V合金を表１に示す種々の処理条件で加工し
て熱間加工材を得た。

得られた熱間加工材の組織写真を第１図に示す。

第１図Ａに示すのは、950℃のα＋β領域に１時間材料
を加熱した後、表１にＡで示す条件で加工し、焼鈍した
熱間加工材の組織である。第１図Ａから明らかな如く、
この組織は、微細な粒の他に材料の加熱時に析出した20
μｍ前後の大きな粒が散在している。

第１図Ｂに示すのは、1100℃のβ域で材料を１時間加熱
した後、表１にＢで示す加工度（50％）で加工し、焼鈍
した熱間加工材の組織である。第１図Ｂから明らかな如
く、微細な粒は極めて少なく、α相は塊状或いは針状に
大きく析出している。

第１図Ｃに示すのは、1100℃のβ域で材料を１時間加熱
した後、表１にＣで示す加工度（80％）で加工し、焼鈍
して得られた本発明による熱間加工材の素材である。

第１図Ｃから明らかな如く、微細粒（平均粒径≦５μ
ｍ）が、均一に分散析出している。

表２に、実施例に示すプロセスによって得られた熱間加
工材の機械的性質を示す。

表２から明らかな如く、本発明により得られた熱間加工
材Ｃは、強度，延性特性ならびに靱性，疲労特性が、比
較例に比し高い水準でバランスしている。

熱間加工材Ｄの場合は、β−トランザスから800℃まで
の平均冷却速度が速いため、熱間加工材Ｂと類似のマル
テンサイト組織となり、機械的性質の著しい劣化が見ら
れる。

（発明の効果） 本発明に従って得られたα相が、平均粒径５μｍ以下の
微細粒組織からなるα＋β型チタン合金は、強度，延
性，および靱性が高い水準でバランスした優れた機械的
性質を備えている。

また、本発明に従いα＋β型チタン合金熱間加工材を得
るときの製造条件である、β域で材料加熱を行うことに
より、β相およびα＋β域での不安定β相の変形抵抗が
α相に比較して非常に小さいことから、小さい加工エネ
ルギで加工が可能でありさらに、材料の耳割れ等の損傷
を防止し得、エネルギコスト、製品歩留りの面でも大き
な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は汎用α＋β型チタン合金であるTi−6Al−4V合
金を表１に示す種々の処理条件で加工して得られた熱間
加工材の金属組織写真図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 浩 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式會社第１技術研究所内 (72)発明者 藤井 秀樹 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式會社第１技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】α＋β型チタン合金をβ−トランザス以上
   の温度に加熱した後、β−トランザスから800℃までの
   平均冷却速度を15℃/s未満とせしめる条件下で、β−ト
   ランザスから650℃までの温度域において加工度（断面
   変化率）70％以上の加工を加えることを特徴とするα相
   が平均粒径５μｍ以下の微細粒組織からなるα＋β型チ
   タン合金の熱間加工材の製造方法。