JPH1129844A - 高強度チタン合金とその製造方法 - Google Patents
高強度チタン合金とその製造方法Info
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- JPH1129844A JPH1129844A JP9188619A JP18861997A JPH1129844A JP H1129844 A JPH1129844 A JP H1129844A JP 9188619 A JP9188619 A JP 9188619A JP 18861997 A JP18861997 A JP 18861997A JP H1129844 A JPH1129844 A JP H1129844A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 人口関節や歯根などのインプラント部材の材
料として好適なＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金において、い
っそうの高強度化をはかり、部材の薄肉化、軽量化に寄
与する。 【解決手段】 材料として、重量で、Ｔｉ：５．５〜
６．５％、Ｎｂ：６．５〜７．５％、Ｏ：０．２０％以
下、Ｆｅ：０．２５％以下およびＴａ：０．５０％以下
を含有し、Ａｌ％＋１０〔Ｏ〕％：６．８以上であっ
て、残部が実質上Ｔｉからなるチタン合金を使用し、こ
れをβトランザス温度マイナス１０〜１００℃の温度域
に加熱した後急冷し、ついで３５０〜８００℃の温度域
で再度加熱処理する。
料として好適なＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金において、い
っそうの高強度化をはかり、部材の薄肉化、軽量化に寄
与する。 【解決手段】 材料として、重量で、Ｔｉ：５．５〜
６．５％、Ｎｂ：６．５〜７．５％、Ｏ：０．２０％以
下、Ｆｅ：０．２５％以下およびＴａ：０．５０％以下
を含有し、Ａｌ％＋１０〔Ｏ〕％：６．８以上であっ
て、残部が実質上Ｔｉからなるチタン合金を使用し、こ
れをβトランザス温度マイナス１０〜１００℃の温度域
に加熱した後急冷し、ついで３５０〜８００℃の温度域
で再度加熱処理する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高強度のＴｉ−６
Ａｌ−７Ｎｂ合金と、その製造方法に関する。本発明
は、人口股関節、膝関節、歯根等のインプラント材や、
外科用の器具類のように、生体に接して用いられるもの
を製造する材料を提供する上で役立つ。
Ａｌ−７Ｎｂ合金と、その製造方法に関する。本発明
は、人口股関節、膝関節、歯根等のインプラント材や、
外科用の器具類のように、生体に接して用いられるもの
を製造する材料を提供する上で役立つ。
【０００２】
【従来の技術】Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金は高強度であ
って生体に対する毒性がないため、インプラント材や外
科用の器具の材料として使用されている。 現在の規格
（ＡＳＴＭ，ＩＳＯなど）に規定されているこの系統の
合金は、いずれも焼鈍材であって、引張強さは９００MP
a 以上を意図したものである。
って生体に対する毒性がないため、インプラント材や外
科用の器具の材料として使用されている。 現在の規格
（ＡＳＴＭ，ＩＳＯなど）に規定されているこの系統の
合金は、いずれも焼鈍材であって、引張強さは９００MP
a 以上を意図したものである。
【０００３】インプラント材は、より軽量にするため薄
肉化をはかるとなると、材料がさらに高い強度をもつこ
とが要望される。 一方、合金成分に関しては、生体に
対して毒性のあるものを持ち込むことは避けなければな
らない。
肉化をはかるとなると、材料がさらに高い強度をもつこ
とが要望される。 一方、合金成分に関しては、生体に
対して毒性のあるものを持ち込むことは避けなければな
らない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の要望にこたえて、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金におい
て、有害な成分を加えることなく合金組成を最適化する
とともに、熱処理条件を選択することによって、より高
い強度を実現することのできる製造方法を提供すること
にある。 本発明の製造方法により、引張強さ１０５０
MPa 以上の高強度チタン合金が実現する。 そのような
高強度チタン合金の各種部材を提供することもまた、本
発明の目的に包含される。
の要望にこたえて、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金におい
て、有害な成分を加えることなく合金組成を最適化する
とともに、熱処理条件を選択することによって、より高
い強度を実現することのできる製造方法を提供すること
にある。 本発明の製造方法により、引張強さ１０５０
MPa 以上の高強度チタン合金が実現する。 そのような
高強度チタン合金の各種部材を提供することもまた、本
発明の目的に包含される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の高強度チタン合
金とその製造方法は、基本的な態様としては、重量で、
Ｔｉ：５．５〜６．５％、Ｎｂ：６．５〜７．５％、
Ｏ：０．２０％以下、Ｆｅ：０．２５％以下およびＴ
ａ：０．５０％以下を含有し、Ａｌ％＋１０〔Ｏ〕％：
６．８以上であって、残部が実質上Ｔｉからなるチタン
合金を、βトランザス温度マイナス１０〜１００℃の温
度域に加熱した後急冷し、ついで３５０〜８００℃の温
度域で再度加熱処理することからなる。
金とその製造方法は、基本的な態様としては、重量で、
Ｔｉ：５．５〜６．５％、Ｎｂ：６．５〜７．５％、
Ｏ：０．２０％以下、Ｆｅ：０．２５％以下およびＴ
ａ：０．５０％以下を含有し、Ａｌ％＋１０〔Ｏ〕％：
６．８以上であって、残部が実質上Ｔｉからなるチタン
合金を、βトランザス温度マイナス１０〜１００℃の温
度域に加熱した後急冷し、ついで３５０〜８００℃の温
度域で再度加熱処理することからなる。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい態様において
は、基本的な態様の合金成分に加えてＣ：０．０８％以
下およびＮ：０．０５％の１種または２種を添加し、Ａ
ｌ％＋１０〔Ｃ＋Ｏ＋Ｎ〕％：６．８以上とした組成の
チタン合金を対象に、上記した熱処理を行なうことから
なる。
は、基本的な態様の合金成分に加えてＣ：０．０８％以
下およびＮ：０．０５％の１種または２種を添加し、Ａ
ｌ％＋１０〔Ｃ＋Ｏ＋Ｎ〕％：６．８以上とした組成の
チタン合金を対象に、上記した熱処理を行なうことから
なる。
【０００７】各合金成分のはたらきと組成範囲の限定理
由を、必須成分および任意添加成分の両方について説明
すれば、つぎのとおりである。
由を、必須成分および任意添加成分の両方について説明
すれば、つぎのとおりである。
【０００８】Ａｌ：５．５〜６．５％ Ａｌはこの合金に強度を与える元素であって、５．５％
以上の添加により所望の強度が得られる。 ６．５％を
超える添加は金属間化合物の生成を招き、脆化の原因と
なる。
以上の添加により所望の強度が得られる。 ６．５％を
超える添加は金属間化合物の生成を招き、脆化の原因と
なる。
【０００９】Ｎｂ：６．５〜７．５％ Ｎｂは、生体適合性のあるβ安定化元素であって、熱処
理性を改善するために添加する。 この効果は６．５％
以上の添加で得られる。 比重がかなり大きいため
（８．５６）、多量に添加すると合金を重くするので、
７．５％を上限とした。
理性を改善するために添加する。 この効果は６．５％
以上の添加で得られる。 比重がかなり大きいため
（８．５６）、多量に添加すると合金を重くするので、
７．５％を上限とした。
【００１０】Ｏ：０．２０％以下 Ｏは強度の向上に役立つから、適量存在させる。 ０．
２０％を超えて存在すると、脆化の原因となる。
２０％を超えて存在すると、脆化の原因となる。
【００１１】Ｆｅ：０．２５％以下 Ｆｅも合金の強度の向上に役立つから、適量を添加す
る。 しかしＦｅは偏析しやすいので、その懸念のない
よう、上限値０．２５％以内の添加に止める。
る。 しかしＦｅは偏析しやすいので、その懸念のない
よう、上限値０．２５％以内の添加に止める。
【００１２】Ｔａ：０．５０％以下 よく知られているように、ＴａはＮｂと共存している。
Ｎｂ同様に生体適合性がよく、かつ熱処理の効果を高
める。 比重がきわめて高く（１４．６）、合金を重く
するので、０．５０％を添加量の上限とした。
Ｎｂ同様に生体適合性がよく、かつ熱処理の効果を高
める。 比重がきわめて高く（１４．６）、合金を重く
するので、０．５０％を添加量の上限とした。
【００１３】Ａｌ％＋１０〔Ｏ〕％：６．８以上 上記のように、ＡｌとＯとは合金の強度向上に必要であ
り、本発明で意図した引張強さ１０５０MPa 以上を実現
するためには、これらの添加量が上記の下限を上回るこ
とが必要である。
り、本発明で意図した引張強さ１０５０MPa 以上を実現
するためには、これらの添加量が上記の下限を上回るこ
とが必要である。
【００１４】Ｃ：０．０８％以下、Ｎ：０．０５％以下 ＣおよびＮは、Ｏと同様にα相を強化し、強度の向上に
寄与するから、適量存在することが好ましい。 Ｏの一
部を置き換える形で存在してもよい。
寄与するから、適量存在することが好ましい。 Ｏの一
部を置き換える形で存在してもよい。
【００１５】Ａｌ％＋１０〔Ｃ＋Ｏ＋Ｎ〕％：６．８以
上 基本的組成に関し、Ａｌ％＋１０〔Ｏ〕％の限定理由と
して述べたところと同じである。
上 基本的組成に関し、Ａｌ％＋１０〔Ｏ〕％の限定理由と
して述べたところと同じである。
【００１６】熱処理の条件がもつ意義は、それぞれつぎ
のとおりである。
のとおりである。
【００１７】βトランザス温度マイナス１０〜１００％
の温度域での加熱と急冷 加熱は、合金のミクロ組織をα相とβ相との混合組織と
する、一種の固溶化熱処理である。 冷却過程では、β
相の領域をマルテンサイト化し、等軸組織と針状組織と
からなる混合組織に変える。 加熱温度の上限（βトラ
ンザス温度マイナス１０℃）は、これよりβトランザス
に近づくと等軸組織がほとんど消滅して、最終的な合金
の延性がなくなる温度であり、下限（βトランザス温度
マイナス１００℃）は、これ以下の加熱ではβ相の領域
が少なくなって強度の向上が期待できなくなる温度であ
る。 急冷は、７０℃/sec以上の冷却速度で行なわれれ
ば足りる。 通常は、水冷により十分に実現できる冷却
速度である。
の温度域での加熱と急冷 加熱は、合金のミクロ組織をα相とβ相との混合組織と
する、一種の固溶化熱処理である。 冷却過程では、β
相の領域をマルテンサイト化し、等軸組織と針状組織と
からなる混合組織に変える。 加熱温度の上限（βトラ
ンザス温度マイナス１０℃）は、これよりβトランザス
に近づくと等軸組織がほとんど消滅して、最終的な合金
の延性がなくなる温度であり、下限（βトランザス温度
マイナス１００℃）は、これ以下の加熱ではβ相の領域
が少なくなって強度の向上が期待できなくなる温度であ
る。 急冷は、７０℃/sec以上の冷却速度で行なわれれ
ば足りる。 通常は、水冷により十分に実現できる冷却
速度である。
【００１８】再加熱熱処理（３５０〜８００℃） この加熱は、β相の急冷により発生したマルテンサイト
を分解し、強靭化するための操作であるから、焼鈍と時
効処理とをあわせて行なうものといえる。 下限の３５
０℃より低い温度での加熱は分解に長時間を必要とし、
実用的でない。一方、８００℃を超える高い温度に加熱
すると、合金強度が向上しない。
を分解し、強靭化するための操作であるから、焼鈍と時
効処理とをあわせて行なうものといえる。 下限の３５
０℃より低い温度での加熱は分解に長時間を必要とし、
実用的でない。一方、８００℃を超える高い温度に加熱
すると、合金強度が向上しない。
【００１９】
【実施例】表１に示す合金組成のＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ
合金を、真空アーク溶解により溶製して、３０kgのイン
ゴットに鋳造した。 合金Ａ〜Ｊは実施例、Ｋは比較例
である。 各合金のβトランザス温度を、表１にあわせ
て示す。
合金を、真空アーク溶解により溶製して、３０kgのイン
ゴットに鋳造した。 合金Ａ〜Ｊは実施例、Ｋは比較例
である。 各合金のβトランザス温度を、表１にあわせ
て示す。
【００２０】 表 １ 合金 Al Nb Ｏ Fe Ta Ｃ Ｎ Al+10X βトランザス 温度 （℃） Ａ 6.0 6.9 0.20 0.22 0.01 − − 8.0 1010 Ｂ 5.5 6.6 0.19 0.25 0.05 − − 7.4 1000 Ｃ 6.4 6.7 0.08 0.24 0.10 − − 7.2 991 Ｄ 5.7 6.9 0.20 0.22 0.25 − − 7.7 1012 Ｅ 5.7 7.3 0.20 0.15 0.45 − − 7.7 1007 Ｆ 6.4 6.6 0.19 0.25 0.03 − − 8.3 1027 Ｇ 6.5 7.0 0.18 0.22 0.08 0.01 0.01 8.5 1027 Ｈ 5.9 6.7 0.17 0.25 0.42 0.06 − 8.2 1023 Ｉ 6.2 7.5 0.05 0.05 0.23 − 0.03 7.0 995 Ｊ 6.0 7.2 0.07 0.12 0.04 0.03 0.04 7.4 1022 Ｋ 5.5 6.6 0.07 0.25 − − − 6.2 973 重量％。 残部Ｔｉ。 Ｘ＝〔Ｏ〕または〔Ｃ＋Ｏ＋Ｎ〕。
【００２１】各合金のインゴットを分塊し、熱間圧延に
より直径２２mmの丸棒とした。 この丸棒に対して、表
２に掲げる条件の加熱−急冷および再加熱処理を行な
い、引張り試験を行なった。 その結果を、表２に示
す。 Ｎo.１〜１５が実施例、Ｎo.２１〜２４が比較例
である。
より直径２２mmの丸棒とした。 この丸棒に対して、表
２に掲げる条件の加熱−急冷および再加熱処理を行な
い、引張り試験を行なった。 その結果を、表２に示
す。 Ｎo.１〜１５が実施例、Ｎo.２１〜２４が比較例
である。
【００２２】 表 ２ 引 張 試 験 No. 合金 加熱急冷 再加熱 0.2%耐力 引張強さ 伸び 絞り 温度×時間 温度×時間 (MPa) (MPa) (%) (%) １ Ａ 980℃×1hrWC 538℃×4hrAC 1003 1102 17.3 47.2 ２ Ｂ 980℃×1hrWC 538℃×4hrAC 963 1065 16.3 50.0 ３ Ｃ 980℃×1hrWC 538℃×4hrAC 959 1051 15.4 50.0 4 D 980℃×1hrWC 538℃×4hrAC 991 1098 16.8 48.4 ５ Ｅ 980℃×1hrWC 538℃×4hrAC 1002 1102 17.3 46.9 ６ Ｆ 980℃×1hrWC 538℃×4hrAC 1031 1121 16.2 50.4 ７ Ｆ 980℃×1hrWC 750℃×2hrAC 958 1050 18.4 48.9 ８ Ｆ 980℃×1hrWC 380℃×8hrAC 985 1072 16.1 48.3 ９ Ｇ 980℃×1hrWC 538℃×2hrAC 1037 1134 17.1 48.9 10 Ｈ 954℃×1hrWC 538℃×2hrAC 1028 1103 17.4 47.9 11 Ｉ 954℃×1hrWC 538℃×2hrAC 972 1065 18.9 52.1 12 Ｊ 954℃×1hrWC 538℃×2hrAC 992 1087 17.4 47.3 13 Ｊ 1000℃×1hrWC 538℃×2hrAC 1067 1152 17.4 46.9 14 Ｊ 974℃×1hrWC 380℃×8hrAC 972 1064 16.7 45.8 15 Ｊ 974℃×1hrWC 730℃×2hrAC 957 1050 19.2 53.2 21 Ｋ 850℃×2hrAC − 761 860 19.9 55.3 22 Ｃ 850℃×2hrAC − 802 901 19.8 52.9 23 Ｆ 850℃×2hrAC − 886 985 20.0 48.7 24 Ｋ 954℃×1hrWC 538℃×4hrAC 859 960 16.5 55.9 ＷＣ：水冷。 ＡＣ：空冷。
【００２３】表２にみるとおり、比較例の合金は引張強
さが１０００MPa に達しないのに対し、本発明の実施例
では最低で１０５０MPa、高いものは１１５２MPaという
高いレベルにある。
さが１０００MPa に達しないのに対し、本発明の実施例
では最低で１０５０MPa、高いものは１１５２MPaという
高いレベルにある。
【００２４】
【発明の効果】本発明に従ってＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合
金の合金組成を適切にえらび、かつ所定の条件の加熱急
冷および再加熱の処理を施すことにより、従来品には望
めなかった、引張強さ１０５０MPa 以上という高い値が
容易に実現する。 この強度向上れにより、各種部品の
いっそうの薄肉化、その結果としての軽量化が可能にな
る。 従って本発明は、インプラント材の製造などに適
用したとき、最もよくその意義を発揮する。
金の合金組成を適切にえらび、かつ所定の条件の加熱急
冷および再加熱の処理を施すことにより、従来品には望
めなかった、引張強さ１０５０MPa 以上という高い値が
容易に実現する。 この強度向上れにより、各種部品の
いっそうの薄肉化、その結果としての軽量化が可能にな
る。 従って本発明は、インプラント材の製造などに適
用したとき、最もよくその意義を発揮する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６７５ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６７５ ６８２ ６８２ ６９１ ６９１Ｂ ６９２ ６９２Ｂ
Claims (3)
- 【請求項１】 重量で、Ｔｉ：５．５〜６．５％、Ｎ
ｂ：６．５〜７．５％、Ｏ：０．２０％以下、Ｆｅ：
０．２５％以下およびＴａ：０．５０％以下を含有し、
Ａｌ％＋１０〔Ｏ〕％：６．８以上であって、残部が実
質上Ｔｉからなるチタン合金を、βトランザス温度マイ
ナス１０〜１００℃の温度域に加熱した後急冷し、つい
で３５０〜８００℃の温度域で再度加熱処理することか
らなる高強度チタン合金とその製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の合金成分に加えて、
Ｃ：０．０８％以下およびＮ：０．０５％の１種または
２種を添加し、Ａｌ％＋１０〔Ｃ＋Ｏ＋Ｎ〕％：６．８
以上とした組成のチタン合金を対象に実施する請求項１
の高強度チタン合金とその製造方法。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の方法により製
造され、引張強さが１０５０MPa 以上である高強度チタ
ン合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9188619A JPH1129844A (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | 高強度チタン合金とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9188619A JPH1129844A (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | 高強度チタン合金とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1129844A true JPH1129844A (ja) | 1999-02-02 |
Family
ID=16226860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9188619A Pending JPH1129844A (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | 高強度チタン合金とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1129844A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005036274A (ja) * | 2003-07-18 | 2005-02-10 | Furukawa Techno Material Co Ltd | 生体用超弾性チタン合金の製造方法及び生体用超弾性チタン合金 |
| JP2007296332A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Zimmer Inc | 整形外科用人工器官を製造するためにチタン合金の微細構造を改良する方法およびその製品 |
| CN113102543A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-07-13 | 东莞市诺德金属科技有限公司 | 一种高性能外科植入用Ti-6Al-7Nb钛合金丝材的制备方法 |
| US11421303B2 (en) | 2017-10-23 | 2022-08-23 | Howmet Aerospace Inc. | Titanium alloy products and methods of making the same |
-
1997
- 1997-07-14 JP JP9188619A patent/JPH1129844A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005036274A (ja) * | 2003-07-18 | 2005-02-10 | Furukawa Techno Material Co Ltd | 生体用超弾性チタン合金の製造方法及び生体用超弾性チタン合金 |
| JP2007296332A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Zimmer Inc | 整形外科用人工器官を製造するためにチタン合金の微細構造を改良する方法およびその製品 |
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| CN113102543B (zh) * | 2021-03-16 | 2022-07-19 | 东莞市诺德金属科技有限公司 | 一种高性能外科植入用Ti-6Al-7Nb钛合金丝材的制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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