JPH1180916A - α+β型チタン合金の短時間高周波熱処理方法 - Google Patents
α+β型チタン合金の短時間高周波熱処理方法Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Abstract
る。 【解決手段】 α+β型チタン合金を1kHz〜400
kHzの高周波誘導加熱により、1秒〜600秒未満の
時間、800℃〜1200℃の温度で短時間加熱した
後、急冷してα’相を生成させる。 【効果】 熱処理品の品質を損なうことなく短時間
での処理が可能になり、作業効率が大幅に向上する。
Description
金の降伏強度、引張強度および疲労強度を向上させるた
めの高周波熱処理方法に関する。
目的とした熱処理法として、溶体化時効法が用いられて
きた。この方法は、溶体化処理および時効処理からなる
2段階の熱処理法である。例えば、代表的なα+β型チ
タン合金であるTi−6Al−4V合金の場合、まず溶
体化温度(900℃〜970℃)において10分〜1時
間加熱・保持後、さらに水冷することによりβ相をα’
相(マルテンサイト)へ変態させる。次いで、時効処理
(480℃〜690℃、2〜6時間、空冷)を施すこと
により不安定なα’相を分解させ、最終的に微細なα相
を析出させる。この熱処理により、引張強度は1100
MPa以上、また降伏強度は1000MPa以上まで改
善される。
来の熱処理では、溶体化処理時に合金成分が母相に均一
に固溶するように長い時間の加熱処理を必要とする。こ
れは、合金成分、例えば上記合金ではV(β安定化元
素)を拡散させることにより単位体積当たりの成分濃度
(V濃度)を低下させてβ相を不安定にし、よってα’
マルテンサイトへの変態を容易にするためである。した
がって従来のα+β型チタン合金の熱処理方法では、長
時間の溶体化処理が不可欠であり、このため生産性に劣
るという問題がある。これに対しては、加熱温度を高く
して加熱時間を短縮することが考えられる。しかし、過
度に高い加熱温度は合金を酸化させるため加熱温度の上
昇には限度があり、また固溶の均一性という点では、加
熱温度よりも加熱時間が大きく影響することから、加熱
温度を上げても短縮できる加熱時間は僅かである。この
ため加熱温度の上昇は、加熱時間の短縮にあまり効果が
ないばかりか、却って結晶粒を粗大化させて、強度の低
下や延性の低下等を招くという問題がある。すなわち、
従来は、熱処理品の品質を考慮すれば、溶体化処理の短
時間化は困難であると考えられている。本発明は、上記
事情を背景としてなされたものであり、良好な組織を有
する熱処理チタン合金を効率よく処理、製造することが
できるα+β型チタン合金の短時間高周波熱処理方法を
提供することを目的とする。
め、本発明のα+β型チタン合金の短時間高周波熱処理
方法のうち第1の発明は、α+β型チタン合金を高周波
誘導加熱により短時間加熱した後、急冷してα’相を生
成させることを特徴とする。第2の発明のα+β型チタ
ン合金の短時間高周波熱処理方法は、第1の発明におい
て、α+β型チタン合金を、1kHz〜400kHzの
周波数による高周波誘導加熱により、1秒〜600秒未
満の時間および800℃〜1200℃の温度で短時間加
熱することを特徴とする。
型チタン合金の表面近傍にワークコイルを配置し、これ
に高周波電圧を供給することにより、被処理材に誘導電
流を生じさせ、よって被処理材を所定の温度において短
時間で加熱・保持した後、さらに水冷等により急冷する
ものである。
α+β型チタン合金は、α相とβ相とが混在した組織を
有するものである。この合金は、α型チタン合金、β型
チタン合金とともにチタン合金を大別する一つの種別で
あり、この種別には多くの合金が含まれている。その代
表例としてTi−6Al−4Vが知られているが、その
他に、Mn、Cr、Fe、Co、Mo等を含む合金があ
る。これらは成分は、概ねAlとともにTi中に含有さ
れているが、Ti−8MnやTi−2Fe−2Cr−2
MoのようにAlを含有しないα+β型合金も知られて
いる。すなわち、本発明の処理対象では、α+β型合金
であることを除いては特に限定はなく、あらゆるα+β
型チタン合金を対象とすることができる。
周波を発生させる高周波発生装置と、誘導磁界を発生さ
せるワークコイルとを用意する。ただし、本発明として
は、上記発生装置やワークコイルの構造が限定されるも
のではなく、公知の装置を利用することもできる。な
お、上記発生装置で発生させる高周波の周波数として
は、1kHz以上が挙げられる。この周波数の高周波電
流をワークコイルに印加して誘導磁界を発生させること
により、チタン合金が急速昇温される。ただし、周波数
が400kHzを越えると表皮効果が顕著になり、被処
理材全体を適温に加熱できなくなるので、周波数は1k
Hz〜400kHzの範囲内とするのが望ましい。上記
急速昇温に際しては、合金成分が速やかに拡散し、均一
な溶体化を短時間で行うことができる。なお、高周波誘
導加熱によって合金成分が速やかに拡散する理由は明ら
かではないが、急速昇温または被処理材に発生する高周
波うず電流が合金成分の拡散速度に何らかの影響を与え
ているものと考えられる。なお、上記の理由で印加する
高周波電圧の周波数は、さらに、下限を3kHz、上限
を200kHzとするのが一層望ましい。
定めることにより溶体化が均一かつ速やかになされる。
なお、本発明では、上記したように誘導加熱によって合
金成分の速やかな拡散が起こっており、合金成分の均一
な固溶化においては、適温での加熱であれば、従来の溶
体化法と異なり長時間の加熱は必要としない。この誘導
加熱における適当な加熱温度としては800〜1200
℃が挙げられる。また、合金成分の均一な固溶化をより
確実にして良好な熱処理性を得るという観点から、下限
を860℃に限定するのが望ましく、さらに下限を89
0℃とするのが一層望ましい。一方、結晶粒の粗大化を
防ぐという観点から、上限を1100℃に限定するのが
望ましく、さらに上限を1000℃とするのが一層望ま
しい。
するためには、少なくとも1秒の加熱時間があればよ
い。一方、600秒の加熱では、溶体化の進行の効果は
飽和しており、それ以上の時間の加熱は無駄であるばか
りか、却って結晶粒の粗大化を招くという弊害が生じる
ため、加熱時間は1秒〜600秒未満とするのが望まし
い。なお、均一に溶体化を図るという観点からは、加熱
時間の下限をさらに5秒とするのが一層望ましく、ま
た、上記と同様の理由で上限を300秒とするのが一層
望ましい。上記短時間加熱後は、従来法と同様に、被処
理材を水冷等により急冷する。なお、急冷後には、従来
と同様に時効を行うことができる。この時効の条件を例
示すれば、480℃〜690℃、2〜6時間の加熱後、
空冷が挙げられる。
型チタン合金の短時間熱処理を行うことにより、高硬さ
(Hv400程度)を有するα’相が均一に生成され
る。このα’相の生成に伴う塑性変形抵抗の上昇によ
り、α+β型チタン合金の降伏強度、引張強度および疲
労強度は大幅に向上する。本熱処理法を用いた際に生成
される組織は、溶体化処理により得られる組織と同等で
あり、本熱処理法を長時間に及ぶ一般的な溶体化処理に
代替して短時間の熱処理法として使用することができ、
これにより処理品の品質を損なうことなく製造効率を大
幅に向上させることができる。なお、上記熱処理後に適
当な時効を行うことにより微細なα相が析出し、強度、
靭性を高めることができる。
合金を被処理材として円柱形状に成形し、また、高周波
発生装置には150kHzの高周波電圧を出力するもの
を用意した。次に、上記被処理材の周囲をワークコイル
で囲み、このワークコイルに上記高周波発生装置で発生
させた高周波電圧を印加して誘導磁界を発生させ、被処
理材を60秒間、高周波誘導加熱した。この加熱の際
に、高周波発生装置の出力を変えて被処理材の加熱温度
が、それぞれ700℃、810℃、900℃、990
℃、1100℃および1180℃となるように複数の試
験を行い、上記加熱時間後、被処理材を水冷した。得ら
れた供試材について、組織観察、X線マイクロ分析、硬
さ測定、引張試験および平面曲げ疲労試験を行った。な
お平面曲げ疲労試験は、室温・大気中、繰返し速度33
Hz、応力比−1の条件にて行った。
間の熱処理であるにもかかわらず、添加元素の急速な拡
散が認められた。特に、図1に示すように、810℃以
上の温度に加熱した供試材では、明らかに熱処理の効果
が出現しており、強度の上昇、疲労強度の向上効果が見
られた。また、900℃以上の温度域で加熱した供試材
ではα’相の体積率の増大に伴い、硬さが大幅に増大し
た。一方、990℃以下の温度で加熱した供試材では、
微細な組織を保持しつつα’相が生成されていたが、1
180℃で加熱した供試材では、若干結晶粒の粗大化が
見られた。さらに、引張強度、降伏強度では、900℃
での加熱をピークにそれ以上の温度では低下傾向が見ら
れ、疲労強度では、990℃での加熱をピークにそれ以
上の温度では低下傾向が見られた。したがって、微細な
組織が保持され、硬さ、強度、疲労強度のバランスが最
も良いのは、その前後を含めるものとして890〜10
00℃の範囲での加熱である。
チタン合金の短時間高周波熱処理方法によれば、α+β
型チタン合金を望ましくは1kHz〜400kHzの周
波数による高周波誘導加熱により、望ましくは1秒〜6
00秒未満の時間および800℃〜1200℃の温度で
短時間加熱した後、急冷してα’相を生成させるので、
短時間の加熱によって良好な熱処理がなされ、熱処理品
の品質を損なうことなく作業効率を大幅に向上させるこ
とができる。
試験の各結果を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 α+β型チタン合金を高周波誘導加熱に
より短時間加熱した後、急冷してα’相を生成させるこ
とを特徴とするα+β型チタン合金の短時間高周波熱処
理方法 - 【請求項2】 α+β型チタン合金を、1kHz〜40
0kHzの周波数による高周波誘導加熱により、1秒〜
600秒未満の時間および800℃〜1200℃の温度
で短時間加熱することを特徴とする請求項1記載のα+
β型チタン合金の短時間高周波熱処理方法
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25421797A JP3762528B2 (ja) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | α+β型チタン合金の短時間高周波熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP25421797A JP3762528B2 (ja) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | α+β型チタン合金の短時間高周波熱処理方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1180916A true JPH1180916A (ja) | 1999-03-26 |
JP3762528B2 JP3762528B2 (ja) | 2006-04-05 |
Family
ID=17261899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25421797A Expired - Lifetime JP3762528B2 (ja) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | α+β型チタン合金の短時間高周波熱処理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3762528B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102873117A (zh) * | 2012-10-10 | 2013-01-16 | 芜湖恒泰有色线材股份有限公司 | 一种大直径高频电阻焊铜线制造方法 |
CN113275599A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-08-20 | 西安理工大学 | 一种提高3d打印钛合金点阵结构强韧性的热处理方法 |
CN114934247A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-08-23 | 贵州大学 | 一种适用于规则轮廓tc4钛合金的表面高频感应处理硬化方法 |
-
1997
- 1997-09-03 JP JP25421797A patent/JP3762528B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102873117A (zh) * | 2012-10-10 | 2013-01-16 | 芜湖恒泰有色线材股份有限公司 | 一种大直径高频电阻焊铜线制造方法 |
CN113275599A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-08-20 | 西安理工大学 | 一种提高3d打印钛合金点阵结构强韧性的热处理方法 |
CN113275599B (zh) * | 2021-04-15 | 2023-03-31 | 西安理工大学 | 一种提高3d打印钛合金点阵结构强韧性的热处理方法 |
CN114934247A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-08-23 | 贵州大学 | 一种适用于规则轮廓tc4钛合金的表面高频感应处理硬化方法 |
CN114934247B (zh) * | 2022-03-30 | 2023-06-30 | 贵州大学 | 一种适用于规则轮廓tc4钛合金的表面高频感应处理硬化方法 |
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