JPS63235460A - βチタン合金製鍛造品の製造方法 - Google Patents

βチタン合金製鍛造品の製造方法

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JPS63235460A
JPS63235460A JP6954887A JP6954887A JPS63235460A JP S63235460 A JPS63235460 A JP S63235460A JP 6954887 A JP6954887 A JP 6954887A JP 6954887 A JP6954887 A JP 6954887A JP S63235460 A JPS63235460 A JP S63235460A
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Wataru Takahashi
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/80After-treatment

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は自動車鍛造品類に好適なβチタン合金製鍛造
品の製造方法に係り、軽量でかつ高強度のβチタン合金
製鍛造品を低コストで製造し得る方法に関する。
従来技術とその問題点 従来、冷間鍛造で製造される自動車用鍛造品類、特に自
動車エンジン用バルブリテーナ−は肌焼鋼または構造用
鋼を浸炭・焼入れ・焼戻しして製造されていたが、最近
エンジンの高トルク、高回転数化の要請が強くなり、材
料のチタン化によるバルブリテーナ−の軽量化、高強度
化が進められつつある。
しかしながら、冷間鍛造性の良好な純TLは、耐摩耗性
が要求されるバルブリテーナ−等の部品では鍛造後の硬
度が不足し、また(α+β)型Tiは硬度は高いが冷間
鍛造性が悪いため熱間鍛造でしか製造できず、コストが
高くつく。
一方、β型チタン合金は冷間鍛造性が良好で、カリ鍛造
後の硬度も高く、後工程で時効処理を施すことによりざ
らに硬度のアップが可能で、リテーナ−材料としては好
適でおる。しかし、変形抵抗が大きく、油等の使用下で
は焼付きが発生し易いという問題がある。
そこで、一般的にチタンの潤滑処理方法として行なわれ
る酸化処理を施して素材表面に酸化皮膜を形成し、その
酸化皮膜を潤滑下地皮膜に利用して鍛造することが考え
られるが、β型チタン合金は高温の焼鈍ではガスを吸収
し、硬く脆い表面硬化層(異常層)が発達し易く、これ
が冷間鍛造時の割れの原因となる。また、低温の焼鈍で
は時効が生じ、硬度が過度に高くなって変形能が著しく
劣化する。ざらに、焼鈍後の冷却速度も変形能維持のた
めに重要な条件の一つである。しかしながら、従来はそ
れらの適正な条件が判明しておらず。
β型チタン合金のリデーナー等の自動車用部品への適用
はなされていないのが現状である。
この発明はかかる現状にかんがみてなされたものであり
、軽量でかつ高強度のβチタン合金製鍛造品の製造を可
能とする方法を提案せんとするものである。
問題点を解決するための手段 この発明者は、β型チタン合金の適性な焼鈍条件につい
て詳細に検討した結果、表面硬化層を生じることなく酸
化皮膜を形成し、かつ十分軟化し時効しない適正焼鈍条
件を見出し、その条件で焼鈍処理した後、加工速度を遅
くして冷間鍛造することにより、Hv 320以上の高
硬度が得られ、割れ、焼付き等もなく、所要の硬度を満
足する冷間鍛造品の製造が可能となり、さらに時効と表
面硬化を兼ねた適性な窒化処理を施すことにより、低コ
ストで特性の優れた内部硬度Hv 350以上の冷間鍛
造品の製造を可能としたβチタン合金製鍛造品の製造方
法を提案したものである。
すなわち、この発明は切削または予備冷間鍛造を施した
後脱スケールして得たβ型チタン合金スラグを600〜
750℃の温度で10〜60分間酸化処理し、続いて1
℃/sec以上の冷却速度で急冷することにより表面に
酸化皮膜を形成し、潤滑処理後、冷間鍛造により歪速度
100以下の加工速度で本成形することにより内部硬度
をHv 320以上とするとすることを特徴とし、また
、前記本成形後、脱スケールを施し、400〜550℃
の温度で窒化処理することにより内部硬度をHv 35
0以上とすることを特徴とするものである。
この発明において、β型チタン合金スラグの酸化処理の
温度条件として、600〜750℃の温度範囲に限定し
たのは、600℃未満では時効により硬化し、冷間鍛造
性が劣化し本成形時に割れが生じ、他方750℃を超え
ると表面硬化層が厚くなり、本成形時に割れが生じるた
めである。また、酸化処理での保持時間を10〜60分
としたのは、10分未満では酸化皮膜の生成が不十分で
、鍛造時に焼付きが生じたり、軟化不十分により冷間鍛
造性が劣化し、他方60分を超えると表面硬化層が発達
して層厚が0.04mm以上となり、割れの原因となる
のみならず不経済である。また、冷却速度を1℃/se
c以上としたのは、冷却中における時効硬化を防止する
ためである。
また、冷間鍛造時の歪速度を100以下としたのは、こ
の値を超える加工速度では据込み限界圧縮率が50%程
度に劣化し、本成形時に割れが生じるためである。
なお、内部硬度をHv 320以上としたのは、この硬
度未満では例えばバルブリテーナ−としての硬度が不足
するとともに、摩耗が生じ易くなると考えられるためで
ある。
ざらに、この発明において、本成形品の窒化処理の温度
条件を400〜500℃と限定したのは、400℃未満
では必要十分な層厚の窒化層が得られず、他方550℃
を超えると母材部が過時効となり、t(v 350以上
の硬度が得られないためである。この場合、内部硬度を
Hv 350以上としたのは、高品質、高強度のりテー
ナーにこの程度の硬度が要求されるためである。
発明の図面に基づく開示 第1図はこの発明の製造工程を示すブロック図である。
すなわち、第1図(a)は冷間鍛造性に優れ、本成形品
の硬度がHv  320以上となるβ型チタン合金素材
、例えばT、−15V −30r−3M−3Sn、 T
’、−3/V−8V −6Cr−4Mo4Zrより切削
、または予備冷間鍛造を施して脱スケールして加工用ス
ラグ(素材〉を成形する。第2図はバルブリテーナ−と
その加工用スラグを例示したもので、図(a)はスラグ
を、図(b)はバルブリテーナ−をそれぞれ示す。冷鍛
スラグは、MoS2、油等で潤滑処理し、単純な据込み
加工と打法き加工により成形した後、ショツトブラスト
、酸洗等で脱スケールする。
次に、酸化処理工程において、例えば大気炉中にて60
0〜750℃の温度域で10〜60分間加熱保持し、冷
却速度1℃/sec以上で急冷する。この処理によりス
ラグ表面に酸化皮膜が形成される。その後、フッ素樹脂
等で潤滑処理し、冷間鍛造工程において歪速度100以
下の加工速度で本成形を行なうと、平均硬度がHv  
320以上の冷間鍛造品(バルブリテーナ−〉が製造さ
れる。なお、バルブスプリングが当る面は、さらに高硬
度となるように金型設計、スラグ形状に留意する。
さらに、この発明ではいっそうの摩耗防止をはかるため
に、前記本成形品を脱スケールした後、400〜550
℃の温度域で窒化処理する。窒化処理はイオン窒化、軟
窒化等が適当である。この窒化処理により、内部硬度は
Hv 350以上に向上する。
なお、上記温度範囲(400〜550℃)に保持し、内
外面共にHv 350以上とし、窒化処理を施さないで
使用することも可能である。
実施 例1 第1表に示す合金組成を有するβチタン合金のインゴッ
トを溶製し、これを1050℃の温度に加熱し、940
℃の温度で圧延して20φの線材を製造し、この線材を
切削工程、または切断−フッ素樹脂潤滑−冷間鍛造−フ
ッ硝酸脱スケール工程を経て、それぞれ第2図(a)に
示す切削スラグと冷鍛スラグとし、このスラグを第2表
に示す温度で酸化処理(酸化時間は20分)し、1.5
℃/secの冷却速度で空冷後、フッ素樹脂潤滑を施し
、歪速度10の加工速度で本成形して得られた第2図(
b)に示1−パルプリテーナ−の冷間鍛造性と硬度測定
結果を第2表に併せて示す。両スラグ共°、同じ鍛造後
の硬度と冷間鍛造性を示した。
第2表から明らかなごとく、酸化処理温度がこの発明の
温度範囲(600〜750℃)を外れた500℃では大
きな割れが発生し、他方800℃では微小クラックが認
められた。これに対し、本発明例はいずれも割れ、クラ
ック共に発生せず良好な冷間鍛造性を示した。また硬度
はいずれもHv 320以上となっている。
以下余白 第  1  表 第  2  表 以下余白 実 施 例2 実施例1の供試材Bより製造した切削スラグを650℃
の酸化温度で、酸化時間を種々変え、1.5℃/SeC
の冷却速度(一定)で空冷後、実施例1と同様のa潰処
理を施して歪速度10の加工速度で本成形して得られた
りテーナーの冷間鍛造性と硬度測定結果を第3表に示す
第3表より明らかなごとく、酸化時間が本発明の範囲(
10〜60分)を外れた5分では焼付きが発生し、他方
100分では微小すしが認められた。これに対し、本発
明例はいずれも良好な冷間鍛造性を示した。
以下余白 実 施 例3 実施例1の供試材Bより製造した切削スラグを650℃
の酸化温度で20分間酸化処理した後、冷却速度を種々
変えて冷却し、実施例1と同じ潤滑処理および本成形を
行なって得られたバルブリテーナ−の冷間鍛造性および
硬度測定結果を第4表に示す。
第4表より、冷却速度が1℃〆sec未満では割れが発
生することがわかる。
実 施 例4 実施例1の供試材Bより製造した切削スラグを650℃
の酸化温度で20分間酸化処理し、1.5℃/secの
冷却速度で冷却し、実施例1と同じ潤滑処理を施した俊
、歪速度を種々変えて本成形を行なって得られたバルブ
リテーナ−の冷間rl造性および硬度測定結果を第5表
に示す。
第5表より、歪速度が100を超える加工速度では割れ
が発生することがわかる。
以下余白 第  5  表 実施例5 実施例1の供試材Bより製造した切削スラグを650℃
の温度で20分間酸化処理した後、1.5℃/secで
冷却し、実施例1と同じ潤滑処理および本成形して得ら
れたバルブリテーナ−を脱スケールした後、第6表に示
す温度でイオン窒化処理を施した製品の窒化深さと窒化
後の硬度測定結果を第6表に示す。
第6表より、400℃未満の温度では十分な層厚の窒化
層が得られず、また550℃を越える温度ではりテーナ
ーの内部が過時効により軟化し、Hv350以上の内部
硬度が得られないことがわかる。
以下余白 第  6  表 発明の詳細 な説明したごとく、この発明方法によれば、β型チタン
合金スラグより内部硬度がHv 320以上でかつ冷間
鍛造性の優れたβチタン合金製鍛造品を低コストで製造
できるので、これまでβチタン合金を素材に適用できな
かったバルブリテーナ−は勿論のこと、ギア類、シャフ
ト類、ボルト類等の各種鍛造品にもβ型チタン合金を適
用することが可能となり、自動車用部品のみならず、航
空機等の部品にもその用途が拡大されるという大なる効
果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の製造工程を示すブロック図、第2図
はバルブリテーナ−の加工用スラグとバルブリテーナ−
の形状を示す縦断面図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)切削、または予備冷間鍛造を施した後脱スケール
    して得たβ型チタン合金スラグを600〜750℃の温
    度で10〜60分間酸化処理し、続いて1℃/sec以
    上の冷却速度で急冷することにより表面に酸化皮膜を形
    成し、潤滑処理後、冷間鍛造により歪速度100以下の
    加工速度で本成形することにより内部硬度をHv320
    以上とすることを特徴とするβチタン合金製鍛造品の製
    造方法。
  2. (2)切削、または予備冷間鍛造を施した後脱スケール
    して得たβ型チタン合金スラグを600〜750℃の温
    度で10〜60分間酸化処理し、続いて1℃/sec以
    上の冷却速度で急冷することにより表面に酸化皮膜を形
    成し、潤滑処理後、冷間鍛造により歪速度100以下の
    加工速度で本成形し、該成形品の脱スケール後、400
    〜550℃の温度で窒化処理することにより内部硬度を
    Hv350以上とすることを特徴とするβチタン合金製
    鍛造品の製造方法。
JP6954887A 1987-03-23 1987-03-23 βチタン合金製鍛造品の製造方法 Expired - Lifetime JPH0637701B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5051140A (en) * 1989-03-23 1991-09-24 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Surface treatment method for titanium or titanium alloy
JPH059701A (ja) * 1991-07-04 1993-01-19 Nkk Corp チタン材の切削加工方法
JP2007262535A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Honda Motor Co Ltd 耐摩耗性チタン部材

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JP2007262535A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Honda Motor Co Ltd 耐摩耗性チタン部材

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