JPH1150227A - Ti合金またはTi合金製機械部品の表面酸化膜形成方法 - Google Patents

Ti合金またはTi合金製機械部品の表面酸化膜形成方法

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JPH1150227A
JPH1150227A JP9201551A JP20155197A JPH1150227A JP H1150227 A JPH1150227 A JP H1150227A JP 9201551 A JP9201551 A JP 9201551A JP 20155197 A JP20155197 A JP 20155197A JP H1150227 A JPH1150227 A JP H1150227A
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JP
Japan
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alloy
oxide film
weight
surface oxide
forming
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JP9201551A
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Inventor
Akira Mihashi
章 三橋
Kazuaki Kubo
和明 久保
Akimasa Watanabe
昌征 渡辺
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ti合金の機械的強度を弱めることなくTi
合金の表面に耐剥離性に優れた表面酸化膜を形成する方
法を提供する。 【解決手段】 α+β型Ti合金、Nearβ型Ti合
金、β型Ti合金の内のいずれかのTi合金にサンドブ
ラスト処理を施した後、大気中、温度:β変態点−10
0℃〜β変態点、保持時間:10〜120分の条件で加
熱し、必要に応じて、さらにショットブラスト処理を施
す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、Ti合金の機械
的強度を弱めることなくTi合金の表面に耐剥離性に優
れた表面酸化膜を形成する方法に関するものであり、特
にバルブ・スプリング・リテーナ、バルブ・リフタ、バ
ルブ・コッタなどの耐摩耗性を必要とするTi合金製動
弁系機械部品、ボール・ジョイント、ベアリングケー
ス、ピン、ピロー・ボルト、ローラ、クランクシャフ
ト、コネクティングロッドなどの耐摩耗性を必要とする
Ti合金製摺動機械部品など各種Ti合金製機械部品の
強度を弱めることなくその表面に耐剥離性に優れた表面
酸化膜を形成する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、Ti合金は、高強度、高靭性を有
しかつ軽量であるところから、各種エンジン部品の材料
として使用されているが、Ti合金を使用した機械部品
としては耐摩耗性、耐焼付き性に劣るところから、Ti
合金製機械部品を窒素雰囲気中で加熱することによる窒
化処理を施して表面に窒化膜を形成するかまたは大気中
で加熱することによる酸化処理を施して表面に酸化膜を
形成し、耐摩耗性および耐焼付き性を改善していた。窒
化処理して形成されるTiNなどの窒化膜は耐摩耗性に
優れているが、高硬度であるが故にバルブ・スプリング
・リテーナのようなスプリングと常に接触している部品
は、その相手材であるスプリング端面への攻撃性が強過
ぎるので好ましくなく、また特殊な雰囲気で行われるの
で処理費用が高額である。そこで、近年、エンジンのT
i合金製部品を大気中で加熱することにより表面に酸化
膜を形成する方法が実用化されている。この酸化膜形成
処理は、大気中で行われるために処理費用が安価である
特徴を有しており、この酸化膜形成後さらに軽くショッ
トブラスト処理を施すことも行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来のT
i合金またはTi合金製機械部品の表面酸化処理方法
は、(a)Ti合金またはTi合金製機械部品の表面に
厚い酸化膜を形成することができるが、酸化処理温度が
β変態点(以下、Tβと記す)+100℃前後の高温で
行われるため、表面酸化膜が形成されて耐摩耗性が向上
するものの、高温で処理されるためにTi合金またはT
i合金製機械部品自体の衝撃値および疲労強度が大幅に
劣化し、Ti合金またはTi合金製機械部品自体の強度
が不足するようになる、(b)表面酸化膜が形成されて
も、酸化膜の密着性が十分でなく、密着性の劣る酸化膜
は脱落しやすく、従って長期にわたって耐摩耗性を維持
することができない、などの課題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、Ti合金またはTi合金製機械
部品の衝撃値および疲労強度を劣化させることなく密着
性の優れた酸化膜を形成して機械的強度および耐摩耗性
に優れたTi合金およびTi合金製機械部品を製造すべ
く研究を行なった結果、(i)Ti合金またはTi合金
製機械部品にサンドブラスト処理を施した後、大気中で
酸化処理を施すと、Ti合金またはTi合金製機械部品
の表面に形成される酸化膜の密着性が向上する、(ii)
酸化膜を形成するには、大気中でTβ−100℃〜Tβ
の範囲内の温度で10〜120分加熱すれば十分であ
り、この温度で加熱による酸化処理を施してもTi合金
またはTi合金製機械部品自体の衝撃値および疲労強度
を劣化させることはない、(iii)Ti合金にサンドブラ
スト処理を施した後、大気中、温度:Tβ−100℃〜
Tβ、保持時間:10〜120分の条件の加熱を行い、
その後さらに軽くショットブラスト処理を施すと、酸化
膜の表面が滑らかとなり、バルブ・スプリング・リテー
ナの場合はスプリングに対する攻撃性が弱くなる、とい
う研究結果が得られたのである。
【0005】この発明は、かかる研究結果に基づいて成
されたものであって、(1)Ti合金にサンドブラスト
処理を施した後、大気中で加熱するTi合金の表面酸化
膜形成方法、(2)Ti合金にサンドブラスト処理を施
した後、大気中で加熱することによる酸化処理を施し、
その後さらにショットブラスト処理を施すTi合金の表
面酸化膜形成方法、(3)Ti合金にサンドブラスト処
理を施した後、大気中、温度:β変態点−100℃〜β
変態点、保持時間:10〜120分の条件で加熱するT
i合金の表面酸化膜形成方法、(4)Ti合金にサンド
ブラスト処理を施した後、大気中、温度:β変態点−1
00℃〜β変態点、保持時間:10〜120分の条件で
加熱することによる酸化処理を施し、その後さらにショ
ットブラスト処理を施すTi合金の表面酸化膜形成方
法、に特徴を有するものである。
【0006】前記Ti合金は、α+β型Ti合金、Ne
arβ型Ti合金、β型Ti合金の内のいずれでもよ
い。従って、この発明は、(5)α+β型Ti合金、N
earβ型Ti合金、β型Ti合金の内のいずれかのT
i合金を前記(1)、(2)、(3)または(4)表面
酸化膜を形成する方法、に特徴を有するものである。
【0007】α+β型Ti合金として、Ti−3Al−
2.5Vで代表されるAl:2.5〜3.5重量%、
V:1.5〜3.0重量%を含有し、残りがTiと不可
避不純物からなる組成のTi合金、またはTi−6Al
−4Vで代表されるAl:5.5〜6.8重量%、V:
3.5〜4.5重量%を含有し、残りがTiと不可避不
純物からなる組成のTi合金などがあるが、この中でも
Ti−6Al−4Vで代表されるAl:5.5〜6.8
重量%、V:3.5〜4.5重量%を含有し、残りがT
iと不可避不純物からなる組成のTi合金が一層好まし
い。
【0008】従って、この発明は、(6)Al:5.5
〜6.8重量%、V:3.5〜4.5重量%を含有し、
残りがTiと不可避不純物からなる組成のTi合金を、
前記(1)、(2)、(3)または(4)記載の方法で
表面酸化膜を形成する方法、に特徴を有するものであ
る。
【0009】Nearβ型Ti合金として、Ti−10
V−2Fe−3Alで代表されるV:9.0〜11.0
重量%、Fe:1.5〜2.5重量%、Al:2.5〜
3.5重量%を含有し、残りがTiと不可避不純物から
なる組成のTi合金、Ti−9V−2Mo−3Alで代
表されるV:8.5〜11.0重量%、Mo:1.0〜
4.0重量%、Al:2.0〜3.5重量%を含有し、
残りがTiと不可避不純物からなる組成のTi合金など
がある。
【0010】従って、この発明は、(7)V:9.0〜
11.0重量%、Fe:1.5〜2.5重量%、Al:
2.5〜3.5重量%を含有し、残りがTiと不可避不
純物からなる組成のTi合金を、前記(1)、(2)、
(3)または(4)記載の方法で表面酸化膜を形成する
方法、(8)V:8.5〜11.0重量%、Mo:1.
0〜4.0重量%、Al:2.0〜3.5重量%を含有
し、残りがTiと不可避不純物からなる組成のTi合金
を、前記(1)、(2)、(3)または(4)記載の方
法で表面酸化膜を形成する方法、に特徴を有するもので
ある。
【0011】β型Ti合金として、Ti−15V−3C
r−3Sn−3Alで代表されるV:14〜16重量
%、Cr:2.5〜3.5%、Al:2.5〜3.5
%、Sn:2.5〜3.5%を含有し、残りがTiと不
可避不純物からなる組成のTi合金、Ti−13V−1
1Cr−3Alで代表されるV:12.5〜14.5重
量%、Cr:10.0〜12.0重量%、Al:2.5
〜3.5重量%を含有し、残りがTiと不可避不純物か
らなる組成のTi合金などがあるが、この中でもTi−
15V−3Cr−3Sn−3Alで代表されるV:14
〜16重量%、Cr:2.5〜3.5%、Al:2.5
〜3.5%、Sn:2.5〜3.5%を含有し、残りが
Tiと不可避不純物からなる組成のTi合金が一層好ま
しい。。
【0012】従って、この発明は、(9)V:14〜1
6重量%、Cr:2.5〜3.5重量%、Sn:2.5
〜3.5重量%、Al:2.5〜3.5重量%を含有
し、残りがTiと不可避不純物からなる組成のTi合
金、前記(1)、(2)、(3)または(4)記載の方
法で表面酸化膜を形成する方法、に特徴を有するもので
ある。
【0013】この発明の表面酸化膜形成方法は、前記
(1)〜(9)記載のTi合金で作製した機械部品にも
適用することができ、機械部品の内でもバルブ・スプリ
ング・リテーナ、バルブ・リフタ、バルブ・コッタなど
の動弁系機械部品、ボール・ジョイント、ベアリングケ
ース、ピン、ローラ、コネクティングロッド、クランク
シャフトなどの摺動機械部品など耐摩耗性を必要とする
各種Ti合金製機械部品の製造に適用することが好まし
い。
【0014】この発明の表面酸化膜形成方法は、前記
(1)〜(9)記載のTi合金で作製した耐摩耗性に優
れた機械部品の表面酸化膜形成方法に特徴を有するもの
であり、前記機械部品の内でもバルブ・スプリング・リ
テーナなどの動弁系部品およびボール・ジョイントなど
の可動継ぎ手の製造に適用することが好ましい。
【0015】従って、この発明は、(10)Ti合金製機
械部品にサンドブラスト処理を施した後、大気中で加熱
する耐摩耗性に優れたTi合金製機械部品の表面酸化膜
形成方法、(11)Ti合金製機械部品にサンドブラスト
処理を施した後、大気中で加熱し、その後さらにショッ
トブラスト処理を施す耐摩耗性に優れたTi合金製機械
部品の表面酸化膜形成方法、(12)Ti合金製機械部品
にサンドブラスト処理を施した後、大気中、温度:β変
態点−100℃〜β変態点、保持時間:10〜120分
の条件で加熱する耐摩耗性に優れたTi合金製機械部品
の表面酸化膜形成方法、(13)Ti合金製機械部品にサ
ンドブラスト処理を施した後、大気中、温度:β変態点
−100℃〜β変態点、保持時間:10〜120分の条
件で加熱し、その後さらにショットブラスト処理を施す
耐摩耗性に優れたTi合金製機械部品の表面酸化膜形成
方法、(14)前記Ti合金製機械部品は、Al:5.5
〜6.8重量%、V:3.5〜4.5重量%を含有し、
残りがTiと不可避不純物からなる組成のTi合金製機
械部品である前記(10)、(11)、(12)または(13)
記載の耐摩耗性に優れたTi合金製機械部品の表面酸化
膜形成方法、(15)前記Ti合金製機械部品は、V:
9.0〜11.0重量%、Fe:1.5〜2.5重量
%、Al:2.5〜3.5重量%を含有し、残りがTi
と不可避不純物からなる組成のTi合金製機械部品であ
る(10)、(11)、(12)または(13)記載の耐摩耗性
に優れたTi合金製機械部品の表面酸化膜形成方法、
(16)前記Ti合金製機械部品は、V:8.5〜11.
0重量%、Mo:1.0〜4.0重量%、Al:2.0
〜3.5重量%を含有し、残りがTiと不可避不純物か
らなる組成のTi合金製機械部品である(10)、(1
1)、(12)または(13)記載の耐摩耗性に優れたTi
合金製機械部品の表面酸化膜形成方法、(17)前記Ti
合金製機械部品は、V:14〜16重量%、Cr:2.
5〜3.5重量%、Sn:2.5〜3.5重量%、A
l:2.5〜3.5重量%を含有し、残りがTiと不可
避不純物からなる組成のTi合金製機械部品である(1
0)、(11)、(12)または(13)記載の耐摩耗性に優
れたTi合金製機械部品の表面酸化膜形成方法、(18)
前記Ti合金製機械部品は、バルブ・スプリング・リテ
ーナである(10)、(11)、(12)または(13)記載の
耐摩耗性に優れたTi合金製機械部品の表面酸化膜形成
方法、(19)前記Ti合金製機械部品は、可動継ぎ手で
あることを特徴とする請求項(10)、(11)、(12)ま
たは(13)記載の耐摩耗性に優れたTi合金製機械部品
の表面酸化膜形成方法、に特徴を有するものである。
【0016】つぎに、この発明のTi合金またはTi合
金製機械部品の表面酸化膜形成方法においてサンド・ブ
ラスト処理、加熱処理、およびショット・ブラスト処理
を施す理由を説明する。
【0017】A. サンド・ブラスト処理 一般に、機械加工上がりまたは鍛造上がりのままでは、
油脂類の付着および表面粗度の問題から、酸化膜の密着
性が悪く、摩耗により酸化膜が脱落し、そのため十分な
耐摩耗性が得られない。そこで下地処理としてサンド・
ブラスト処理を施すことにより、機械加工時または鍛造
時の油脂類が除去され、同時にサンド・ブラスト処理は
表面を削り取って表面粗度を大きくするため、大気中で
の加熱による酸化膜の密着性が非常によくなり、使用時
に酸化膜の脱落がなく、従って優れた耐摩耗性を示すも
のと考えられる。この発明においては、このサンド・ブ
ラスト処理は必須の要件であり、下地処理としてその他
の処理を施しても十分な酸化膜の密着性は得られない。
【0018】B.大気中加熱による酸化処理 Ti合金におけるTβ(β変態点)は、α相(稠密六方
晶)またはα+β相からβ相(体心立方晶)単相へ完全
に変態する温度であるため、この温度を越えると急激に
酸化が進行する。そのため、大気中での加熱による酸化
処理温度はTβ(β変態点)−100℃〜Tβ(β変態
点)の範囲にあることが好ましく、Tβ−75℃〜Tβ
−25℃の範囲にあることが一層好ましい。その理由
は、Tβ−100℃未満では十分な酸化膜は得られず、
一方、Tβを越えて加熱すると酸化が急激に酸化が進行
し、母材深部まで酸素が拡散して疲労強度が劣化するの
で好ましく無いことによるものである。前記Tβ(β変
態点)−100℃〜Tβ(β変態点)の範囲にある酸化
処理温度は10〜120分保持することが好ましく、3
0〜90分保持することが一層好ましい。その理由は、
10分未満では十分な酸化膜は得られず、一方、120
分を越えて加熱すると母材深部まで酸素が拡散して疲労
強度が劣化するので好ましく無いことによるものであ
る。
【0019】C.ショット・ブラスト処理 さらに、この発明では酸化処理後にショット・ブラスト
処理を施すことにより酸化膜表面が滑らかになりスプリ
ングなどその他の接触部品に対する相手攻撃性を軽減す
るところから、必要に応じて施される。
【0020】
【発明の実施の形態】表1に示される成分組成のTi合
金A〜Dを用意した。
【0021】
【表1】
【0022】実施例1〜9 表1に示される成分組成のTi合金Bを機械加工するこ
とにより引張試験片、シャルピー衝撃試験片、幅:20
mm、長さ:40mm、厚さ:10mmの寸法を有する
摩耗試験片、先端直径:1mmのピンディスク試験片お
よび幅:30mm、長さ:60mm、厚さ:5mmの寸
法を有する耐剥離試験片を作製し、これら試験片に#8
0の砂を用いたサンド・ブラスト処理を施したのち、大
気中にて表2に示される条件で加熱することにより表面
酸化膜を形成し、これら表面酸化膜を形成した各種試験
片を用いて以下の試験を行った。
【0023】(イ)引張試験およびシャルピー衝撃試験 表面酸化膜を形成した引張試験および片シャルピー衝撃
試験片を用いて、引張試験およびシャルピー衝撃試験を
行い、引張強度、伸びおよび衝撃値を測定し、その結果
を表2に示した。
【0024】(ロ)大越式摩耗試験 表面酸化膜を形成した摩耗試験片を用い、荷重:18.
2kgf、速度:0.119m/sec.、距離:10
0m、相手材:SUJ−2の条件により大越式摩耗試験
を行い、比摩耗量を測定し、その結果を表2に示した。
【0025】(ハ)ピンショット摩耗試験 表面酸化膜を形成したピンディスク摩耗試験片を用い、
潤滑剤:オイル、速度:8m/sec.、荷重:2分ご
とに1kgf増量、相手材:SCM−21の条件により
ピンショット摩耗試験を行い、焼き付きが発生するまで
の荷重を測定し、その結果を表2に示した。
【0026】(ニ)耐剥離試験 表面酸化膜を形成した剥剥離試験片に#120のスチー
ル・ショットを用い、通常のショット・ブラスト処理よ
りも強力な条件のショット・ブラスト処理(処理時間:
3時間、ショット吹き付け圧力:5kg/cm2 )を施
し、この結果得られた剥剥離試験片の表面状態を調べ、
その結果を表2に示した。
【0027】比較例1〜5 前記Ti合金Bを用い、実施例1〜9で作製した各種試
験片と同じ引張試験片、シャルピー衝撃試験片、摩耗試
験片、ピンディスク試験片および剥剥離試験片に#80
の砂を用いたサンド・ブラスト処理を施しまたは施さず
に、大気中にて表3に示される条件で加熱することによ
り表面酸化膜を形成する比較例1〜5を実施し、この比
較例1〜5で表面酸化膜を形成した各種試験片について
実施例1〜9と同じ試験を行い、その結果を表3に示し
た。
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】
【0030】表2および表3に示される結果から、実施
例1〜9で作製した各種試験片はいずれも優れた機械的
特性を示しさらにその表面酸化膜は優れた耐剥離性を示
すが、サンド・ブラスト処理を施さない比較例5による
表面酸化膜は強力なショット・ブラスト処理を施すと剥
離が生じるので好ましくなく、また加熱温度が低すぎる
比較例1および加熱時間が短すぎる比較例3で得られた
各種試験片はいずれも比摩耗量が大きく焼付加重が小さ
いので好ましくなく、さらに加熱温度が高過ぎる比較例
2および加熱時間が長すぎる比較例4はいずれも伸びお
よび衝撃値が極端に低下するなど好ましくないことが分
かる。
【0031】実施例10〜18 表1に示される成分組成のTi合金Aを機械加工するこ
とにより引張試験片、シャルピー衝撃試験片、幅:20
mm、長さ:40mm、厚さ:10mmの寸法を有する
摩耗試験片、先端直径:1mmのピンディスク試験片お
よび幅:30mm、長さ:60mm、厚さ:5mmの寸
法を有する耐剥離試験片を作製し、これら試験片に#8
0の砂を用いたサンド・ブラスト処理を施したのち、大
気中にて表4に示される条件で加熱することにより表面
酸化膜を形成する実施例10〜18を実施し、これら実
施例10〜18で得られた表面酸化膜を形成した各種試
験片を用いて実施例1〜9と同じ試験を行い、その結果
を表4に示した。
【0032】比較例6〜10 前記Ti合金Aを用い、実施例10〜18で作製した各
種試験片と同じ引張試験片、シャルピー衝撃試験片、摩
耗試験片、ピンディスク試験片および剥剥離試験片に#
80の砂を用いたサンド・ブラスト処理を施しまたは施
さずに、大気中にて表5に示される条件で加熱すること
により表面酸化膜を形成する比較例6〜10を実施し、
この比較例6〜10で表面酸化膜を形成した各種試験片
について実施例1〜9と同じ試験を行い、その結果を表
5に示した。
【0033】
【表4】
【0034】
【表5】
【0035】表4および表5に示される結果から、実施
例10〜18で作製した各種試験片はいずれも優れた機
械的特性を示しさらにその表面酸化膜は優れた耐剥離性
を示すが、サンド・ブラスト処理を施さない比較例10
による表面酸化膜は強力なショット・ブラスト処理を施
すと剥離が生じるので好ましくなく、また加熱温度が低
すぎる比較例6および加熱時間が短すぎる比較例8で得
られた各種試験片はいずれも比摩耗量が大きく焼付加重
が小さいので好ましくなく、さらに加熱温度が高過ぎる
比較例7および加熱時間が長すぎる比較例9はいずれも
伸びおよび衝撃値が極端に低下するなど好ましくないこ
とが分かる。
【0036】実施例19〜27 表1に示される成分組成のTi合金Cを機械加工するこ
とにより引張試験片、シャルピー衝撃試験片、幅:20
mm、長さ:40mm、厚さ:10mmの寸法を有する
摩耗試験片、先端直径:1mmのピンディスク試験片お
よび幅:30mm、長さ:60mm、厚さ:10mmの
寸法を有する耐剥離試験片を作製し、これら試験片に#
80の砂を用いたサンド・ブラスト処理を施したのち、
大気中にて表6に示される条件で加熱することにより表
面酸化膜を形成する実施例19〜27を実施し、これら
実施例19〜27で得られた表面酸化膜を形成した各種
試験片を用いて実施例1〜9と同じ試験を行い、その結
果を表6に示した。
【0037】比較例11〜15 前記Ti合金Cを用い、実施例19〜27で作製した各
種試験片と同じ引張試験片、シャルピー衝撃試験片、摩
耗試験片、ピンディスク試験片および剥剥離試験片に#
80の砂を用いたサンド・ブラスト処理を施しまたは施
さずに、大気中にて表7に示される条件で加熱すること
により表面酸化膜を形成する比較例11〜15を実施
し、この比較例11〜15で表面酸化膜を形成した各種
試験片について実施例1〜9と同じ試験を行い、その結
果を表7に示した。
【0038】
【表6】
【0039】
【表7】
【0040】表6および表7に示される結果から、実施
例19〜27で作製した各種試験片はいずれも優れた機
械的特性を示しさらにその表面酸化膜は優れた耐剥離性
を示すが、サンド・ブラスト処理を施さない比較例15
による表面酸化膜は強力なショット・ブラスト処理を施
すと剥離が生じるので好ましくなく、また加熱温度が低
すぎる比較例11および加熱時間が短すぎる比較例13
で得られた各種試験片はいずれも比摩耗量が大きく焼付
加重が小さいので好ましくなく、さらに加熱温度が高過
ぎる比較例12および加熱時間が長すぎる比較例14は
いずれも伸びおよび衝撃値が極端に低下するなど好まし
くないことが分かる。
【0041】実施例28〜36 表1に示される成分組成のTi合金Dを機械加工するこ
とにより引張試験片、シャルピー衝撃試験片、幅:20
mm、長さ:40mm、厚さ:10mmの寸法を有する
摩耗試験片、先端直径:1mmのピンディスク試験片お
よび幅:30mm、長さ:60mm、厚さ:10mmの
寸法を有する耐剥離試験片を作製し、これら試験片に#
80の砂を用いたサンド・ブラスト処理を施したのち、
大気中にて表8に示される条件で加熱することにより表
面酸化膜を形成する実施例28〜36を実施し、これら
実施例28〜36で得られた表面酸化膜を形成した各種
試験片を用いて実施例1〜9と同じ試験を行い、その結
果を表8に示した。
【0042】比較例16〜20 前記Ti合金Dを用い、実施例28〜36で作製した各
種試験片と同じ引張試験片、シャルピー衝撃試験片、摩
耗試験片、ピンディスク試験片および剥剥離試験片に#
80の砂を用いたサンド・ブラスト処理を施しまたは施
さずに、大気中にて表9に示される条件で加熱すること
により表面酸化膜を形成する比較例16〜20を実施
し、この比較例16〜20で表面酸化膜を形成した各種
試験片について実施例1〜9と同じ試験を行い、その結
果を表9に示した。
【0043】
【表8】
【0044】
【表9】
【0045】表8および表9に示される結果から、実施
例28〜36で作製した各種試験片はいずれも優れた機
械的特性を示しさらにその表面酸化膜は優れた耐剥離性
を示すが、サンド・ブラスト処理を施さない比較例20
による表面酸化膜は強力なショット・ブラスト処理を施
すと剥離が生じるので好ましくなく、また加熱温度が低
すぎる比較例16および加熱時間が短すぎる比較例18
で得られた各種試験片はいずれも比摩耗量が大きく焼付
加重が小さいので好ましくなく、さらに加熱温度が高過
ぎる比較例17および加熱時間が長すぎる比較例19は
いずれも伸びおよび衝撃値が極端に低下するなど好まし
くないことが分かる。
【0046】実施例37 表1に示される成分組成のTi合金Bからなる直径:3
0mmの丸棒素材を機械加工することによりバルブ・ス
プリング・リテーナを作製し、このバルブ・スプリング
・リテーナに#80の砂を用いたサンド・ブラスト処理
を施したのち、大気中、温度:750℃{800℃(β
変態点)−50℃}、60分保持の条件で加熱すること
により表面酸化膜を形成し、これら表面酸化膜を形成し
たバルブ・スプリング・リテーナに加熱温度:520
℃、保持時間:5時間の時効処理を施した後、仕上げ処
理として#120のスチール・ショットを用いたショッ
ト・ブラスト処理を軽く施し、得られたバルブ・スプリ
ング・リテーナを図1に示されるようにバルブ・スプリ
ング・リテーナ1の中央穴2にテーパーの付いたマンド
レル3を差し込み、バルブ・スプリング・リテーナ1の
端部5を支持体4に支持し、マンドレル3に下方向の引
張荷重をかけた後、引張荷重×0.05まで荷重を抜く
操作を毎秒30回の操作速度で合計1×107 回施す高
サイクル疲労試験を行い、バルブ・スプリング・リテー
ナ1が疲労破壊を起こす荷重を疲労強度として測定し、
その結果を表10に示した。
【0047】従来例1 実施例37で作製したバルブ・スプリング・リテーナに
サンド・ブラスト処理を施すことなく、大気中で従来の
加熱温度である900℃{800℃(β変態点)+10
0℃}に60分保持する条件で加熱することにより表面
酸化膜を形成し、これら表面酸化膜を形成したバルブ・
スプリング・リテーナを実施例37と同様に高サイクル
疲労試験を行い、疲労強度を測定し、その結果を表10
に示した。
【0048】
【表10】
【0049】表10に示される結果から、この発明の表
面酸化膜形成方法の実施例37で得られたバルブ・スプ
リング・リテーナは、従来法の表面酸化膜形成方法の従
来例1で得られたバルブ・スプリング・リテーナに比べ
て、疲労強度が格段に優れていることが分かる。
【0050】実施例38 表1に示される成分組成のTi合金Bからなる直径:2
0mmの丸棒素材を熱間鍛造および機械加工することに
より可動継ぎ手の1種であるM12のピロー・ボルトを
作製し、このピロー・ボルトに#80の砂を用いたサン
ド・ブラスト処理を施したのち、大気中、温度:750
℃{800℃(β変態点)−50℃}、60分保持の条
件で加熱することにより表面酸化膜を形成し、これら表
面酸化膜を形成したピロー・ボルトに加熱温度:520
℃、保持時間:5時間の時効処理を施した後、仕上げ処
理として#120のスチール・ショットを用いたショッ
ト・ブラスト処理を軽く施し、得られたピロー・ボルト
を乗用車を用いた実車搭載試験に供し、10時間走行
後、ピロー・ボルトを取り外して摺動部の状態を観察し
た結果、焼き付きは全く観察されなかった。
【0051】従来例2 実施例38で作製したピロー・ボルトにサンド・ブラス
ト処理を施すことなく、大気中で従来の加熱温度である
900℃{800℃(β変態点)+100℃}に60分
保持する条件で加熱することにより表面酸化膜を形成
し、これら表面酸化膜を形成したピロー・ボルトを実施
例38と同様に実車搭載試験に供し、10時間走行後、
ピロー・ボルトを取り外して摺動部の状態を観察した結
果、酸化膜の剥離および母材に亀裂が入っているのが観
察された。
【0052】
【発明の効果】上述のように、この発明のTi合金の表
面酸化膜形成方法によると、従来よりも優れたTi合金
製機械部品を提供することができ、産業上優れた効果を
奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】バルブ・スプリング・リテーナの高サイクル疲
労試験方法の説明図である。
【符号の説明】
1 バルブ・スプリング・リテーナ 2 中央穴 3 マンドレル 4 支持体 5 端部

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ti合金にサンドブラスト処理を施した
    後、大気中で加熱することを特徴とするTi合金の表面
    酸化膜形成方法。
  2. 【請求項2】 Ti合金にサンドブラスト処理を施した
    後、大気中で加熱し、その後さらにショットブラスト処
    理を施すことを特徴とするTi合金の表面酸化膜形成方
    法。
  3. 【請求項3】 Ti合金にサンドブラスト処理を施した
    後、大気中、温度:β変態点−100℃〜β変態点、保
    持時間:10〜120分の条件で加熱することを特徴と
    するTi合金の表面酸化膜形成方法。
  4. 【請求項4】 Ti合金にサンドブラスト処理を施した
    後、大気中、温度:β変態点−100℃〜β変態点、保
    持時間:10〜120分の条件で加熱し、その後さらに
    ショットブラスト処理を施すことを特徴とするTi合金
    の表面酸化膜形成方法。
  5. 【請求項5】 前記Ti合金は、α+β型Ti合金、N
    earβ型Ti合金、β型Ti合金の内のいずれかのT
    i合金であることを特徴とする請求項1、2、3または
    4記載のTi合金の表面酸化膜形成方法。
  6. 【請求項6】 前記Ti合金は、Al:5.5〜6.8
    重量%、V:3.5〜4.5重量%を含有し、残りがT
    iと不可避不純物からなる組成のTi合金であることを
    特徴とする請求項1、2、3または4記載のTi合金の
    表面酸化膜形成方法。
  7. 【請求項7】 前記Ti合金は、V:9.0〜11.0
    重量%、Fe:1.5〜2.5重量%、Al:2.5〜
    3.5重量%を含有し、残りがTiと不可避不純物から
    なる組成のTi合金であることを特徴とする請求項1、
    2、3または4記載のTi合金の表面酸化膜形成方法。
  8. 【請求項8】 前記Ti合金は、V:8.5〜11.0
    重量%、Mo:1.0〜4.0重量%、Al:2.0〜
    3.5重量%を含有し、残りがTiと不可避不純物から
    なる組成のTi合金であることを特徴とする請求項1、
    2、3または4記載のTi合金の表面酸化膜形成方法。
  9. 【請求項9】 前記Ti合金は、V:14〜16重量
    %、Cr:2.5〜3.5重量%、Sn:2.5〜3.
    5重量%、Al:2.5〜3.5重量%を含有し、残り
    がTiと不可避不純物からなる組成のTi合金であるこ
    とを特徴とする請求項1、2、3または4記載のTi合
    金の表面酸化膜形成方法。
  10. 【請求項10】 Ti合金製機械部品にサンドブラスト
    処理を施した後、大気中で加熱することを特徴とする耐
    摩耗性に優れたTi合金製機械部品の表面酸化膜形成方
    法。
  11. 【請求項11】 Ti合金製機械部品にサンドブラスト
    処理を施した後、大気中で加熱し、その後さらにショッ
    トブラスト処理を施すことを特徴とする耐摩耗性に優れ
    たTi合金製機械部品の表面酸化膜形成方法。
  12. 【請求項12】 Ti合金製機械部品にサンドブラスト
    処理を施した後、大気中、温度:β変態点−100℃〜
    β変態点、保持時間:10〜120分の条件で加熱する
    ことを特徴とする耐摩耗性に優れたTi合金製機械部品
    の表面酸化膜形成方法。
  13. 【請求項13】 Ti合金製機械部品にサンドブラスト
    処理を施した後、大気中、温度:β変態点−100℃〜
    β変態点、保持時間:10〜120分の条件で加熱し、
    その後さらにショットブラスト処理を施すことを特徴と
    する耐摩耗性に優れたTi合金製機械部品の表面酸化膜
    形成方法。
  14. 【請求項14】 前記Ti合金製機械部品は、Al:
    5.5〜6.8重量%、V:3.5〜4.5重量%を含
    有し、残りがTiと不可避不純物からなる組成のTi合
    金製機械部品であることを特徴とする請求項10、1
    1、12または13記載の耐摩耗性に優れたTi合金製
    機械部品の表面酸化膜形成方法。
  15. 【請求項15】 前記Ti合金製機械部品は、V:9.
    0〜11.0重量%、Fe:1.5〜2.5重量%、A
    l:2.5〜3.5重量%を含有し、残りがTiと不可
    避不純物からなる組成のTi合金製機械部品であること
    を特徴とする請求項10、11、12または13記載の
    耐摩耗性に優れたTi合金製機械部品の表面酸化膜形成
    方法。
  16. 【請求項16】 前記Ti合金製機械部品は、V:8.
    5〜11.0重量%、Mo:1.0〜4.0重量%、A
    l:2.0〜3.5重量%を含有し、残りがTiと不可
    避不純物からなる組成のTi合金製機械部品であること
    を特徴とする請求項10、11、12または13記載の
    耐摩耗性に優れたTi合金製機械部品の表面酸化膜形成
    方法。
  17. 【請求項17】 前記Ti合金製機械部品は、V:14
    〜16重量%、Cr:2.5〜3.5重量%、Sn:
    2.5〜3.5重量%、Al:2.5〜3.5重量%を
    含有し、残りがTiと不可避不純物からなる組成のTi
    合金製機械部品であることを特徴とする請求項10、1
    1、12または13記載の耐摩耗性に優れたTi合金製
    機械部品の表面酸化膜形成方法。
  18. 【請求項18】 前記Ti合金製機械部品は、バルブ・
    スプリング・リテーナであることを特徴とする請求項1
    0、11、12または13記載の耐摩耗性に優れたTi
    合金製機械部品の表面酸化膜形成方法。
  19. 【請求項19】 前記Ti合金製機械部品は、可動継ぎ
    手であることを特徴とする請求項10、11、12また
    は13記載の耐摩耗性に優れたTi合金製機械部品の表
    面酸化膜形成方法。
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