RU2695852C2

RU2695852C2 - α-β TITANIUM ALLOY

Info

Publication number: RU2695852C2
Application number: RU2017134565A
Authority: RU
Inventors: Кейтаро ТАМУРА; Коити АКАЗАВА; Йосио ИЦУМИ; Хидето ОЯМА
Original assignee: Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.)
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2019-07-29
Also published as: US20180044763A1; RU2017134565A; EP3276016A4; CN107406918A; JP2016183407A; KR102027100B1; KR20170125981A; JP6719216B2; RU2017134565A3; EP3276016A1; EP3276016B1

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, namely to titanium α-β alloy, characterized by high machinability of cutting. Titanium α-β alloy contains, wt. %: Cu 0.1–2.0, Ni 0.1–2.0, Al 2.0–8.5, C 0.08–0.25, Cr 0–4.5 and/or Fe 0–2.5 with their total content of 1.0–7.0, Ti and unavoidable impurities are the rest.

EFFECT: alloy is characterized by high strength, excellent hot machinability and high machinability of cutting.

3 cl, 1 dwg, 2 tbl, 2 ex

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ FIELD OF TECHNOLOGY

[0001] Настоящее изобретение относится к α-β титановому сплаву. Более конкретно, настоящее изобретение относится к α-β титановому сплаву с превосходной обрабатываемостью резанием.[0001] The present invention relates to an α-β titanium alloy. More specifically, the present invention relates to an α-β titanium alloy with excellent machinability.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Высокопрочный α-β титановый сплав, типичным примером которого служит сплав Ti-6Al-4V, в дополнение к тому, что он является легким и имеет высокую прочность и высокую коррозионную стойкость, может легко менять уровень своей прочности при термической обработке. По этой причине данный тип α-β титанового сплава до настоящего времени используется очень часто, особенно в авиационной промышленности. Благодаря таким характеристикам в последние годы этот α-β титановый сплав все чаще применяется в областях потребительских товаров, включая детали транспортных средств, таких как детали двигателей автомобилей или мотоциклов, спортивных товаров, таких как аксессуары для гольфа, материалов для строительства гражданских, промышленных и инженерных сооружений, различных рабочих инструментов, оправ для очков, в области глубоководных разработок, в области энергетики и т.п.[0002] A high-strength α-β titanium alloy, a typical example of which is Ti-6Al-4V, in addition to being lightweight and having high strength and high corrosion resistance, it can easily change its strength in heat treatment. For this reason, this type of α-β titanium alloy is still used very often, especially in the aviation industry. Due to such characteristics, in recent years, this α-β titanium alloy has been increasingly used in consumer goods areas, including vehicle parts, such as engine parts for cars or motorcycles, sporting goods, such as golf accessories, civil, industrial and engineering materials constructions, various working tools, spectacle frames, in the field of deep-sea developments, in the field of energy, etc.

[0003] Например, в качестве такого α-β титанового сплава патентный документ 1 упоминает прессованный материал из α-β титанового сплава с превосходной усталостной прочностью и предлагает способ производства этого прессованного материала из α-β титанового сплава. В частности, такой прессованный материал из α-β титанового сплава имеет конкретные содержания C и Al, а также включает 2,0-10,0% в сумме одного или более из V, Cr, Fe, Mo, Ni, Nb и Ta, причем доля площади первичной α-фазы находится в определенном диапазоне, направление основной оси каждого из 80% или более первичных α-зерен первичной α-фазы расположено в пределах заданного углового диапазона, и средняя малая ось α-зерен вторичной α-фазы составляет 0,1 мкм или более.[0003] For example, as such an α-β titanium alloy, Patent Document 1 mentions extruded α-β titanium alloy material with excellent fatigue strength and proposes a method for producing this extruded material from α-β titanium alloy. In particular, such a pressed material of α-β titanium alloy has specific contents of C and Al, and also includes 2.0-10.0% in the sum of one or more of V, Cr, Fe, Mo, Ni, Nb and Ta, moreover, the area fraction of the primary α-phase is in a certain range, the direction of the main axis of each of 80% or more of the primary α-grains of the primary α-phase is located within the specified angular range, and the average minor axis of the α-grains of the secondary α-phase is 0, 1 μm or more.

[0004] В качестве α-β титанового сплава с улучшенной ковкостью патентный документ 2 упоминает литейный α-β титановый сплав, который имеет более высокую прочность и более превосходную жидкотекучесть, чем сплав Ti-6Al-4V. В частности, упомянутый α-β титановый сплав имеет конкретные содержания Al, Fe+Cr+Ni и C+N+O, и дополнительно конкретное содержание V, если необходимо, а остаток составляют Ti и неизбежные примеси.[0004] As α-β titanium alloy with improved ductility, Patent Document 2 mentions a foundry α-β titanium alloy, which has higher strength and better fluidity than Ti-6Al-4V alloy. In particular, said α-β titanium alloy has specific contents of Al, Fe + Cr + Ni and C + N + O, and additionally a specific content of V, if necessary, and the remainder is Ti and unavoidable impurities.

[0005] Однако этот α-β титановый сплав имеет чрезвычайно высокую себестоимость производства и, в дополнение к этому, особенно плохую обрабатываемость резанием, что препятствует расширению сфер применения этого α-β титанового сплава. Диапазон использования на практике ограничен. С учетом таких обстоятельств в последнее время были предложены различные титановые сплавы с улучшенной обрабатываемостью резанием.[0005] However, this α-β titanium alloy has an extremely high production cost and, in addition to this, particularly poor machinability, which prevents the expansion of the scope of this α-β titanium alloy. The range of use in practice is limited. Given these circumstances, various titanium alloys with improved machinability have recently been proposed.

[0006] Например, патентный документ 3 упоминает титановый сплав для шатуна, который имеет улучшенную обрабатываемость резанием при одновременном подавлении уменьшения вязкости разрушения и пластичности за счет содержания редкоземельных элементов (РЗМ) и Ca, S, Se, Те, Pb и Bi сообразно обстоятельствам для формирования зернистых соединений. Патентный документ 4 упоминает легкорежущийся титановый сплав, который улучшен по обрабатываемости резанием за счет содержания редкоземельного элемента и улучшен по горячей обрабатываемости давлением за счет содержания B.[0006] For example, Patent Document 3 mentions a titanium alloy for a connecting rod that has improved machinability while suppressing a decrease in fracture toughness and ductility due to the content of rare earth elements (REM) and Ca, S, Se, Te, Pb, and Bi, as appropriate for the formation of granular compounds. Patent Document 4 mentions an easy-cutting titanium alloy that is improved in machinability by cutting due to the content of the rare earth element and is improved in hot machinability by pressure due to the content of B.

[0007] Патентный документ 5 упоминает легкорежущийся титановый сплав, который достигает уменьшения пластичности матрицы и измельчения включений для улучшения свойств обрабатываемости резанием при одновременном подавлении снижения предела усталости и обеспечении горячей обрабатываемости давлением за счет добавления P и S, P и Ni, или P, S и Ni, или дополнительно РЗМ в дополнение к этим элементам в качестве обеспечивающего легкость резания компонента.[0007] Patent Document 5 mentions a light-cutting titanium alloy that achieves a reduction in the ductility of the matrix and grinding of inclusions to improve the machinability by cutting while suppressing the reduction of the fatigue limit and providing hot workability by pressure by adding P and S, P and Ni, or P, S and Ni, or additionally REM in addition to these elements as a component providing ease of cutting.

[0008] Кроме того, патентный документ 6 упоминает α-β титановый сплав с превосходной обрабатываемостью резанием и давлением в горячем состоянии. Этот α-β титановый сплав имеет конкретные содержания C и Al, а также 2,0-10% в сумме одного или более элементов, выбираемых из группы β-стабилизирующих элементов, состоящей из соответствующих предписанных содержаний V, Cr, Fe, Mo, Ni, Nb и Ta, а остаток составляют Ti и примеси. В этом титановом сплаве средняя доля площади выделений TiC в микроструктуре составляет 1% или менее, а среднее значение диаметра эквивалентной окружности выделений TiC составляет 5 мкм или менее.[0008] In addition, Patent Document 6 mentions an α-β titanium alloy with excellent machinability and hot pressure. This α-β titanium alloy has specific contents of C and Al, as well as 2.0-10% in the sum of one or more elements selected from the group of β-stabilizing elements consisting of the corresponding prescribed contents of V, Cr, Fe, Mo, Ni , Nb and Ta, and the remainder is Ti and impurities. In this titanium alloy, the average fraction of the area of TiC precipitates in the microstructure is 1% or less, and the average diameter of the equivalent circumference of TiC precipitates is 5 μm or less.

ДОКУМЕНТЫ УРОВНЯ ТЕХНИКИLEVEL DOCUMENTS

[0009] ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ[0009] PATENT DOCUMENTS

Патентный документ 1: JP 2012-52219 APatent Document 1: JP 2012-52219 A

Патентный документ 2: JP 2010-7166 APatent Document 2: JP 2010-7166 A

Патентный документ 3: JP 06-99764 BPatent Document 3: JP 06-99764 B

Патентный документ 4: JP 06-53902 BPatent Document 4: JP 06-53902 B

Патентный документ 5: JP 2626344 B1Patent Document 5: JP 2626344 B1

Патентный документ 6: JP 2007-84865 BPatent Document 6: JP 2007-84865 B

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМPROBLEMS SOLVED BY THE INVENTION

[0010] В способах по упомянутым выше патентным документам 3 и 4 металлические включения выделяются при использовании РЗМ. В способе по упомянутому выше патентному документу 5 фосфор (P) обязательно содержится для формирования включений P. В способе по патентному документу 6 контролируется размер выделений TiC. Однако в этих способах считается, что на осаждение этих выделений и включений с большей вероятностью влияют температуры и скорости охлаждения на стадиях плавки и ковки, затрудняя тем самым управление размером выделений или т.п. Кроме того, форма или размер сырья имеет тенденцию вызывать вариации в размере и т.п. выделений или включений. Таким образом, достижению превосходной обрабатываемости резанием за счет выделения интересующих включений препятствует проблема, заключающаяся в необходимости строгого контроля за производственным процессом.[0010] In the methods of the aforementioned patent documents 3 and 4, metal inclusions are released using REM. In the method of Patent Document 5 mentioned above, phosphorus (P) is necessarily contained to form inclusions P. In the method of Patent Document 6, the size of TiC emissions is controlled. However, in these methods, it is believed that the deposition of these precipitates and inclusions is more likely to be affected by temperatures and cooling rates at the melting and forging stages, thereby making it difficult to control the size of the precipitates or the like. In addition, the shape or size of the feedstock tends to cause variations in size and the like. discharge or inclusion. Thus, the achievement of excellent machinability by cutting through the inclusion of interesting inclusions is hindered by the problem of the need for strict control over the production process.

[0011] Настоящее изобретение было создано с учетом вышеизложенных обстоятельств, и задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы получить α-β титановый сплав, который имел бы высокую прочность и превосходную горячую обрабатываемость давлением уровня α-β титанового сплава, типичным примером которого служит Ti-6Al-4V, демонстрируя при этом более превосходную обрабатываемость резанием, чем сплав Ti-6Al-4V, без необходимости в строгом контроль и т.п. за производственным процессом.[0011] The present invention has been made in view of the foregoing circumstances, and an object of the present invention is to provide an α-β titanium alloy that has high strength and excellent hot workability at a level of α-β titanium alloy, a typical example of which is Ti -6Al-4V, while demonstrating more superior machinability than Ti-6Al-4V alloy, without the need for strict control, etc. for the production process.

СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМMEANS FOR SOLVING PROBLEMS

[0012] α-β титановый сплав в соответствии с настоящим изобретением, который может решить вышеупомянутую проблему, характеризуется тем, что он включает в себя, в массовых процентах: по меньшей мере один элемент из 0,1-2,0% Cu и 0,1-2,0% Ni; 2,0-8,5% Al; 0,08-0,25% C; и 1,0-7,0% в сумме по меньшей мере одного элемента из 0-4,5% Cr и 0-2,5% Fe, а остаток составляют Ti и неизбежные примеси.[0012] an α-β titanium alloy in accordance with the present invention, which can solve the above problem, is characterized in that it includes, in mass percent: at least one element of 0.1-2.0% Cu and 0 1-2.0% Ni; 2.0-8.5% Al; 0.08-0.25% C; and 1.0-7.0% in the sum of at least one element of 0-4.5% Cr and 0-2.5% Fe, and the remainder is Ti and inevitable impurities.

[0013] α-β титановый сплав может дополнительно включать, в массовых процентах: более чем 0% и 10% или менее в сумме одного или более элементов, выбранных из группы, состоящей из более чем 0% и 5,0% или менее V; более чем 0% и 5,0% или менее Mo; более чем 0% и 5,0% или менее Nb; и более чем 0% и 5,0% или менее Ta.[0013] The α-β titanium alloy may further include, in weight percent: more than 0% and 10% or less in the sum of one or more elements selected from the group consisting of more than 0% and 5.0% or less V ; more than 0% and 5.0% or less Mo; more than 0% and 5.0% or less Nb; and more than 0% and 5.0% or less Ta.

[0014] α-β титановый сплав может дополнительно включать, в массовых процентах, более чем 0% и 0,8% или менее Si.[0014] The α-β titanium alloy may further include, in weight percent, more than 0% and 0.8% or less Si.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯUSEFUL EFFECTS OF THE INVENTION

[0015] Соответственно, настоящее изобретение может предложить α-β титановый сплав, который имеет высокую прочность и превосходную горячую обрабатываемость давлением, такую как ковкость, уровня α-β титанового сплава, типичным примером которого служит Ti-6Al-4V, а также демонстрирует более превосходную обрабатываемость резанием, чем сплав Ti-6Al-4V, позволяя гарантировать удовлетворительный срок службы рабочих инструментов.[0015] Accordingly, the present invention can provide an α-β titanium alloy that has high strength and excellent hot workability by pressure, such as ductility, of the level of α-β titanium alloy, a typical example of which is Ti-6Al-4V, and also shows more superior machinability than Ti-6Al-4V, guaranteeing a satisfactory tool life.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0016] Фиг. 1 представляет собой микрофотографию титанового сплава в соответствии с настоящим изобретением.[0016] FIG. 1 is a micrograph of a titanium alloy in accordance with the present invention.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯMODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION

[0017] Авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования по решению вышеописанных проблем. В результате было найдено в частности, что указанное содержание по меньшей мере одного из Cu и Ni в титановом сплаве значительно улучшает пластичность титанового сплава при высоких температурах. В частности, во время процесса резания на титановом сплаве образуется тонкая стружка из-за уменьшения сопротивления деформации, что приводит к уменьшению сопротивления резанию, то есть к улучшению его обрабатываемости резанием. Состав α-β титанового сплава в соответствии с настоящим изобретением будет описан по порядку ниже, начиная с Cu и Ni, которые являются особенностями настоящего изобретения.[0017] The authors of the present invention have carried out intensive studies to solve the above problems. As a result, it was found, in particular, that said content of at least one of Cu and Ni in the titanium alloy significantly improves the ductility of the titanium alloy at high temperatures. In particular, during the cutting process on the titanium alloy, thin chips are formed due to a decrease in the deformation resistance, which leads to a decrease in the cutting resistance, that is, to an improvement in its machinability by cutting. The composition of the α-β titanium alloy in accordance with the present invention will be described in order below, starting with Cu and Ni, which are features of the present invention.

По меньшей мере один элемент из Cu 0,1-2,0% и Ni 0,1-2,0%At least one element of Cu 0.1-2.0% and Ni 0.1-2.0%

[0018] Эти элементы переходят в твердый раствор α-фазы и β-фазы в сплаве, увеличивая тем самым его пластичность при высокой температуре и улучшая горячую обрабатываемость давлением. Таким образом, в частности, сопротивление титанового сплава резанию становится более низким, а его обрабатываемость резанием улучшается. Эти элементы могут использоваться по отдельности или в комбинации. Если содержание каждого из этих элементов составляет менее чем 0,1%, эффект улучшения пластичности уменьшается. Таким образом, содержание каждого из этих элементов устанавливается равным 0,1% или более. Содержание каждого из этих элементов предпочтительно составляет 0,3% или более, а предпочтительнее 0,5% или более. С другой стороны, если содержание каждого из этих элементов превышает 2,0%, твердость титанового сплава увеличивается, тем самым повышая вероятность уменьшения обрабатываемости резанием и горячей обрабатываемости давлением, такой как ковкость. Таким образом, содержание каждого из этих элементов устанавливается равным 2,0% или менее. Содержание каждого из этих элементов предпочтительно составляет 1,5% или менее, а предпочтительнее 1,0% или менее.[0018] These elements transform into a solid solution of the α-phase and β-phase in the alloy, thereby increasing its ductility at high temperature and improving hot workability by pressure. Thus, in particular, the resistance of the titanium alloy to cutting becomes lower, and its machinability is improved. These elements can be used individually or in combination. If the content of each of these elements is less than 0.1%, the effect of improving ductility is reduced. Thus, the content of each of these elements is set to 0.1% or more. The content of each of these elements is preferably 0.3% or more, and more preferably 0.5% or more. On the other hand, if the content of each of these elements exceeds 2.0%, the hardness of the titanium alloy increases, thereby increasing the likelihood of a decrease in machinability by cutting and hot machinability by pressure, such as ductility. Thus, the content of each of these elements is set to 2.0% or less. The content of each of these elements is preferably 1.5% or less, and more preferably 1.0% or less.

Al: 2,0-8,5%Al: 2.0-8.5%

[0019] Al является α-стабилизирующим элементом и поэтому содержится в титановом сплаве для образования α-фазы. Если содержание Al составляет менее 2,0%, образование α-фазы уменьшается, что не позволяет получить достаточную прочность. Таким образом, содержание Al устанавливается равным 2,0% или более. Содержание Al предпочтительно составляет 2,2% или более, а предпочтительнее 3,0% или более. В то же время, если содержание Al превышает 8,5% и становится чрезмерным, пластичность титанового сплава ухудшается. Таким образом, содержание Al устанавливается равным 8,5% или менее. Содержание Al предпочтительно составляет 8,0% или менее, предпочтительнее 7,0% или менее, а еще более предпочтительно 6,0% или менее.[0019] Al is an α-stabilizing element and therefore is contained in a titanium alloy to form the α phase. If the Al content is less than 2.0%, the formation of the α phase is reduced, which does not allow to obtain sufficient strength. Thus, the Al content is set to 2.0% or more. The Al content is preferably 2.2% or more, and more preferably 3.0% or more. At the same time, if the Al content exceeds 8.5% and becomes excessive, the ductility of the titanium alloy is deteriorated. Thus, the Al content is set to 8.5% or less. The Al content is preferably 8.0% or less, more preferably 7.0% or less, and even more preferably 6.0% or less.

C: 0,08-0,25%C: 0.08-0.25%

[0020] C является элементом, который проявляет эффект улучшения прочности титанового сплава. Для проявления такого эффекта содержание C должно составлять 0,08% или более. Содержание C предпочтительно составляет 0,10% или более. В то же время, если содержание C превышает 0,25%, остаются крупные частицы TiC, не перешедшие в твердый раствор α-фазы, что ухудшает механические свойства титанового сплава. Следовательно, содержание углерода устанавливается равным 0,25% или менее. Содержание C предпочтительно составляет 0,20% или менее.[0020] C is an element that exhibits an effect of improving the strength of a titanium alloy. To exhibit such an effect, the C content should be 0.08% or more. The content of C is preferably 0.10% or more. At the same time, if the C content exceeds 0.25%, large TiC particles remain that have not passed into the α-phase solid solution, which impairs the mechanical properties of the titanium alloy. Therefore, the carbon content is set to 0.25% or less. The content of C is preferably 0.20% or less.

1,0-7,0% в сумме по меньшей мере одного элемента из Cr 0-4,5% и Fe 0-2,5%1.0-7.0% in the sum of at least one element of Cr 0-4.5% and Fe 0-2.5%

[0021] Эти элементы являются β-стабилизирующими элементами. Эти элементы могут использоваться по отдельности или в комбинации. Для проявления вышеупомянутых эффектов суммарное содержание этих элементов должно составлять 1,0% или более. Суммарное содержание этих элементов предпочтительно составляет 2,0% или более, а предпочтительнее 3,0% или более. Нижний предел суммарного содержания этих элементов должен составлять 1,0% или более, как упомянуто выше, а нижний предел содержания каждого из этих элементов особо не ограничен. Что касается нижнего предела содержания отдельного элемента, например, то когда в титановом сплаве содержится Cr, нижний предел содержания Cr может быть установлен равным 0,5% или более, и даже 1,0% или более. Когда в титановом сплаве содержится Fe, нижний предел содержания Fe может быть установлен равным 0,5% или более, и даже 1,0% или более.[0021] These elements are β-stabilizing elements. These elements can be used individually or in combination. For the manifestation of the above effects, the total content of these elements should be 1.0% or more. The total content of these elements is preferably 2.0% or more, and more preferably 3.0% or more. The lower limit of the total content of these elements should be 1.0% or more, as mentioned above, and the lower limit of the content of each of these elements is not particularly limited. As for the lower limit of the content of an individual element, for example, when Cr is contained in the titanium alloy, the lower limit of the Cr content can be set to 0.5% or more, and even 1.0% or more. When Fe is contained in the titanium alloy, the lower limit of the Fe content can be set to 0.5% or more, and even 1.0% or more.

[0022] С другой стороны, когда суммарное содержание этих элементов является чрезмерным, пластичность титанового сплава ухудшается. Таким образом, суммарное содержание этих элементов устанавливается равным 7,0% или менее. Суммарное содержание этих элементов предпочтительно составляет 5,0% или менее, а предпочтительнее 4,0% или менее. Даже когда суммарное содержание этих элементов находится внутри вышеупомянутого диапазона суммарного содержания, если содержание Fe является чрезмерным, ухудшение пластичности становится значительным. Таким образом, содержание Fe должно быть ограничено до 2,5% или менее. Содержание Fe предпочтительно составляет 2,0% или менее. В то же время, если содержание Cr является чрезмерным, обрабатываемость титанового сплава резанием ухудшается. Таким образом, содержание Cr устанавливается равным 4,5% или менее. Содержание Cr предпочтительно составляет 4,0% или менее, а предпочтительнее 3,0% или менее.[0022] On the other hand, when the total content of these elements is excessive, the ductility of the titanium alloy deteriorates. Thus, the total content of these elements is set equal to 7.0% or less. The total content of these elements is preferably 5.0% or less, and more preferably 4.0% or less. Even when the total content of these elements is within the aforementioned range of the total content, if the Fe content is excessive, deterioration in ductility becomes significant. Thus, the Fe content should be limited to 2.5% or less. The Fe content is preferably 2.0% or less. At the same time, if the Cr content is excessive, the machinability of the titanium alloy by cutting deteriorates. Thus, the Cr content is set to 4.5% or less. The Cr content is preferably 4.0% or less, and more preferably 3.0% or less.

[0023] α-β титановый сплав в соответствии с настоящим изобретением содержит вышеупомянутые компоненты, а остаток составляют Ti и неизбежные примеси. Неизбежные примеси могут включать P, N, S, O и т.п. В α-β титановом сплаве по настоящему изобретению содержание P ограничено до 0,005% или менее; содержание N ограничено до 0,05% или менее; содержание S ограничено до 0,05% или менее; и содержание O ограничено до 0,25% или менее. α-β титановый сплав в соответствии с настоящим изобретением может дополнительно содержать следующие элементы.[0023] The α-β titanium alloy according to the present invention contains the aforementioned components, and the remainder is Ti and unavoidable impurities. Inevitable impurities may include P, N, S, O, and the like. In the α-β titanium alloy of the present invention, the P content is limited to 0.005% or less; the content of N is limited to 0.05% or less; S content is limited to 0.05% or less; and the O content is limited to 0.25% or less. The α-β titanium alloy in accordance with the present invention may further comprise the following elements.

Более 0% и 10% или менее в сумме одного или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из V: более чем 0% и 5,0% или менее, Mo: более чем 0% и 5,0% или менее, Nb: более чем 0% и 5,0% или менее, и Ta: более чем 0% и 5,0% или менее.More than 0% and 10% or less in the sum of one or more elements selected from the group consisting of V: more than 0% and 5.0% or less, Mo: more than 0% and 5.0% or less, Nb : more than 0% and 5.0% or less, and Ta: more than 0% and 5.0% or less.

[0024] Эти элементы являются β-стабилизирующими элементами. Эти элементы могут использоваться по отдельности или в комбинации. Чтобы образовалась β-фаза, суммарное содержание этих элементов предпочтительно составляет 2,0% или более, а предпочтительнее 3,0% или более. Если суммарное содержание этих элементов составляет более чем 0%, нижний предел содержания отдельного элемента особо не ограничен. Что касается нижнего предела содержания отдельного элемента, например, то когда в титановом сплаве содержится V, нижний предел содержания V может быть установлен равным 0,5% или более, и даже 2,0% или более. Когда в титановом сплаве содержится Mo, нижний предел содержания Mo может быть установлен равным 0,1% или более, и даже 1,0% или более. Когда в титановом сплаве содержится Nb, нижний предел содержания Nb может быть установлен равным 0,1% или более, и даже 1,0% или более. Когда в титановом сплаве содержится Ta, нижний предел содержания Ta может быть установлен равным 0,1% или более, и даже 1,0% или более.[0024] These elements are β-stabilizing elements. These elements can be used individually or in combination. In order for the β phase to form, the total content of these elements is preferably 2.0% or more, and more preferably 3.0% or more. If the total content of these elements is more than 0%, the lower limit of the content of an individual element is not particularly limited. As for the lower limit of the content of an individual element, for example, when V is contained in the titanium alloy, the lower limit of the V content can be set to 0.5% or more, and even 2.0% or more. When Mo is contained in the titanium alloy, the lower limit of the Mo content can be set to 0.1% or more, and even 1.0% or more. When Nb is contained in the titanium alloy, the lower limit of the Nb content can be set to 0.1% or more, and even 1.0% or more. When Ta is contained in the titanium alloy, the lower limit of the Ta content can be set to 0.1% or more, and even 1.0% or more.

[0025] С другой стороны, если суммарное содержание этих элементов является чрезмерным, пластичность титанового сплава ухудшается. Таким образом, суммарное содержание этих элементов предпочтительно составляет 10% или менее, а предпочтительнее 5,0% или менее. Даже когда суммарное содержание этих элементов находится в пределах вышеупомянутого диапазона, если содержание по меньшей мере одного из них является чрезмерным, пластичность титанового сплава ухудшается. Таким образом, верхний предел содержания любого из этих элементов предпочтительно составляет 5,0% или менее. Содержание любого из этих элементов предпочтительнее составляет 4,0% или менее.[0025] On the other hand, if the total content of these elements is excessive, the ductility of the titanium alloy is deteriorated. Thus, the total content of these elements is preferably 10% or less, and more preferably 5.0% or less. Even when the total content of these elements is within the aforementioned range, if the content of at least one of them is excessive, the ductility of the titanium alloy is deteriorated. Thus, the upper limit of the content of any of these elements is preferably 5.0% or less. The content of any of these elements is preferably 4.0% or less.

Si: более чем 0% и 0,8% или менееSi: more than 0% and 0.8% or less

[0026] Si служит выделению Ti₅Si₃ в титановом сплаве. Во время резания напряжение концентрируется на Ti₅Si₃, вызывая образование трещин от Ti₅Si₃ в качестве исходной точки, что облегчает отделение стружки. Следовательно, сопротивление резанию предположительно уменьшается. Для того, чтобы эффективно проявить этот эффект, содержание Si предпочтительно составляет 0,1% или более, а предпочтительнее 0,3% или более.[0026] Si serves to isolate Ti ₅ Si ₃ in a titanium alloy. During cutting, the stress is concentrated on Ti ₅ Si ₃ , causing cracks from Ti ₅ Si ₃ as a starting point, which facilitates chip separation. Therefore, the cutting resistance is supposedly reduced. In order to effectively exhibit this effect, the Si content is preferably 0.1% or more, and more preferably 0.3% or more.

[0027] В то же время, если содержание Si является чрезмерным, прочность титанового сплава становится чрезвычайно высокой, в результате чего рабочий инструмент может сильно изнашиваться или ломаться, что затрудняет резание титанового сплава. Соответственно, содержание Si устанавливается равным 0,8% или менее. Содержание Si предпочтительнее составляет 0,7% или менее, а еще более предпочтительно 0,6% или менее.[0027] At the same time, if the Si content is excessive, the strength of the titanium alloy becomes extremely high, as a result of which the tool can wear out or break, making it difficult to cut the titanium alloy. Accordingly, the Si content is set to 0.8% or less. The Si content is preferably 0.7% or less, and even more preferably 0.6% or less.

[0028] Титановый сплав в соответствии с настоящим изобретением имеет при комнатной температуре микроструктуру, которая состоит из α-фазы и β-фазы, или из α-фазы, β-фазы и третьей фазы, такой как Ti₂Cu или Ti₂Ni. Когда в титановом сплаве содержится Si, выделяется Ti₅Si₃ в титановом сплаве, как было упомянуто выше.[0028] The titanium alloy according to the present invention has a microstructure at room temperature which consists of an α phase and a β phase, or an α phase, a β phase and a third phase, such as Ti ₂ Cu or Ti ₂ Ni. When Si is contained in the titanium alloy, Ti ₅ Si _{3 is released} in the titanium alloy, as mentioned above.

[0029] Способ производства α-β титанового сплава особо не ограничен. Однако α-β титановый сплав может быть произведен, например, следующим способом. А именно, α-β титановый сплав получают выплавкой материала титанового сплава с вышеупомянутыми компонентами, литьем с получением слитка, а затем выполнением горячей обработки давлением, то есть горячей ковки или горячей прокатки слитка, с последующим отжигом при необходимости. Вышеупомянутая горячая обработка давлением включает в себя: нагревание слитка в диапазоне температур от температуры T_β β-превращения до приблизительно (T_β+250)°C, с последующей черновой ковкой или черновой прокаткой с коэффициентом обжатия приблизительно 1,2-4,0, который представлен отношением «начальная площадь поперечного сечения/площадь поперечного сечения после горячей обработки давлением», а затем выполнение конечной обработки с коэффициентом обжатия 1,7 или более в диапазоне температур приблизительно от (T_β - 50) до 800°C. После вышеупомянутой конечной обработки может быть выполнен отжиг при температуре 700-800°C при необходимости. Отжиг выполняется, например, в течение 2-24 часов. Затем может быть выполнена обработка старением при необходимости.[0029] A method for producing an α-β titanium alloy is not particularly limited. However, an α-β titanium alloy can be produced, for example, in the following manner. Namely, an α-β titanium alloy is obtained by smelting a titanium alloy material with the aforementioned components, casting to produce an ingot, and then performing hot forming, that is, hot forging or hot rolling of the ingot, followed by annealing if necessary. The above hot forming involves: heating the ingot in a temperature range from a temperature T _β β transformation to approximately (T _β +250) ° C, followed by rough forging or rough rolling with a reduction ratio of approximately 1.2-4.0, which is represented by the ratio of “initial cross-sectional area / cross-sectional area after hot forming”, and then performing the final processing with a compression ratio of 1.7 or more in the temperature range from about (T _β - 50) to 800 ° C. After the aforementioned final treatment, annealing can be performed at a temperature of 700-800 ° C, if necessary. Annealing is carried out, for example, within 2-24 hours. Then, aging treatment may be performed if necessary.

[0030] Следует отметить, что вышеупомянутая температура T_β определяется по нижеприведенной формуле (1). Нижеприведенная формула (1) соответствует формулам (1) - (3), упомянутым в публикации Morinaga и др., «Titanium alloy design using d electron theory», Light metal, Vol. 42, No. 11 (1992), p. 614-621.[0030] It should be noted that the above temperature T _β is determined by the following formula (1). The following formula (1) corresponds to formulas (1) to (3) mentioned in Morinaga et al., “Titanium alloy design using d electron theory”, Light metal, Vol. 42, No. 11 (1992), p. 614-621.

Boave=0,326Mdave - 1,95×10^-4T_β+ 2,217 (1)Boave = 0.326Mdave - 1.95 × 10 ^-4 T _β + 2.217 (1)

В формуле (1) соответствующие символы означают следующее:In the formula (1), the corresponding symbols mean the following:

Boave=

⋅ (Bo)i (2)Boave =

⋅ (Bo) i (2)

Mdave=

⋅ (Md)i (3)Mdave =

⋅ (Md) i (3)

где T_β - температура β-превращения (K).where T _β is the β-transformation temperature (K).

Когда каждый элемент представлен как элемент i в формуле (2), Boave означает среднее значение порядка связи Bo элемента i, Xi - атомную долю элемента i, а (Bo)i - значение порядка связи Bo элемента i.When each element is represented as element i in formula (2), Boave means the average value of the bond order Bo of element i, Xi is the atomic fraction of element i, and (Bo) i is the value of the bond order Bo of element i.

Когда каждый элемент представлен как элемент i в формуле (3), Mdave означает среднее значение параметра Md энергии d-орбитали элемента i, Xi - атомную долю элемента i, а (Md)i - значение параметра Md энергии d-орбитали элемента i.When each element is represented as element i in formula (3), Mdave means the average value of the parameter Md of the d-orbital energy of element i, Xi is the atomic fraction of the element i, and (Md) i is the value of the parameter Md of the energy of the d-orbital of element i.

[0031] Порядок связи Bo и параметр Md энергии d-орбитали каждого элемента приведены в Таблице 1 на с.616 вышеупомянутой публикации. Значение Xi определяется из состава. Из этих данных определяют значения Boave и Mdave каждого элемента, включая Ti, и подставляют в вышеупомянутую формулу (1), что позволяет вычислить значение T_β. Следует отметить, что эта публикация не содержит данных о Bo и Md для C. Однако поскольку содержание C в настоящем изобретении мало, им можно пренебречь при вычислении T_β.[0031] The coupling order Bo and the parameter Md of the d-orbital energy of each element are shown in Table 1 on p.616 of the above publication. The value of Xi is determined from the composition. From these data, the Boave and Mdave values of each element, including Ti, are determined and substituted into the above formula (1), which allows us to calculate the value of T _β . It should be noted that this publication does not contain data on Bo and Md for C. However, since the content of C in the present invention is small, it can be neglected when calculating T _β .

[0032] Данная заявка испрашивает приоритет на основе японской патентной заявки № 2015-064275, поданной 26 марта 2015 г., и японской патентной заявки № 2016-009417, поданной 21 января 2016 г., раскрытие которых включено сюда посредством ссылки.[0032] This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-064275, filed March 26, 2015, and Japanese Patent Application No. 2016-009417, filed January 21, 2016, the disclosures of which are incorporated herein by reference.

ПримерыExamples

[0033] Далее настоящее изобретение будет описано более подробно с помощью примеров, но оно не ограничено нижеследующими примерами. Очевидно, что могут быть проделаны различные модификации этих примеров, при условии, что они соответствуют упомянутым выше и ниже концепциям и не выходят за объем настоящего изобретения.[0033] The present invention will now be described in more detail by way of examples, but it is not limited to the following examples. Obviously, various modifications of these examples can be made, provided that they are consistent with the above and below concepts and are not beyond the scope of the present invention.

[Первый пример][First example]

[0034] Опытные материалы изготовили следующим образом. Титановый сплав с каждым составом, показанным в нижеприведенной Таблице 1, подвергали луночной дуговой плавке для получения слитка с размером примерно 40 мм диаметром на 20 мм высотой. В каждом примере содержание P было ограничено до 0,005% или менее; содержание N было ограничено до 0,05% или менее; содержание S было ограничено до 0,05% или менее; и содержание O было ограничено до 0,25% или менее. В Таблице 1 знак «-» означает, что соответствующий элемент не содержался. Слиток нагревали до 1200°C и подвергали черновой ковке с коэффициентом обжатия 2,4, определяемым как «начальная площадь поперечного сечения/площадь поперечного сечения после горячей обработки давлением», с последующей ковкой с коэффициентом обжатия 4,4 при 870°C для выполнения конечной обработки. После этого выполняли отжиг кованого материала путем его выдержки при 750°C в течение 12 часов, в результате чего получался опытный материал. Следует отметить, что, как показано в Сравнительном примере 7 нижеприведенной Таблицы 1, опытный материал, в котором появилась трещина при черновой ковке, не подвергался ковке в размер.[0034] The experimental materials were made as follows. A titanium alloy with each composition shown in Table 1 below was melted in an arc to form an ingot with a size of about 40 mm in diameter and 20 mm in height. In each example, the content of P was limited to 0.005% or less; N content was limited to 0.05% or less; S content was limited to 0.05% or less; and the O content was limited to 0.25% or less. In Table 1, the “-" sign means that the corresponding element was not contained. The ingot was heated to 1200 ° C and subjected to rough forging with a compression ratio of 2.4, defined as the “initial cross-sectional area / cross-sectional area after hot working”, followed by forging with a compression ratio of 4.4 at 870 ° C to perform the final processing. After that, the forged material was annealed by holding it at 750 ° C for 12 hours, as a result of which the experimental material was obtained. It should be noted that, as shown in Comparative Example 7 of Table 1 below, the test material in which the crack appeared during rough forging was not forged to size.

Оценка ковкостиMalleability Rating

[0035] В этом примере горячую обрабатываемость давлением оценивали по ковкости в горячем состоянии. Более подробно, оценивали наличие или отсутствие трещин на каждой из стадий ковки, а именно, упомянутых выше черновой ковки и ковки в размер. Таким образом, поверхность вышеупомянутого опытного материала визуально изучали после каждой стадии ковки. Опытные материалы с какой-либо трещиной оценивали как NG, в то время как не имеющие трещин опытные материалы оценивали как OK. Затем опытные материалы, оцененные как OK и при черновой ковке, и при ковке в размер, оценивали как имеющие превосходную ковкость.[0035] In this example, hot workability was evaluated by malleability in the hot state. In more detail, the presence or absence of cracks was assessed at each of the forging stages, namely, the above-mentioned rough forging and forging in size. Thus, the surface of the aforementioned test material was visually examined after each stage of forging. Experimental materials with any crack were rated as NG, while non-cracked experimental materials were rated as OK. Then, experimental materials rated OK both for rough forging and forging in size were evaluated as having excellent ductility.

Оценка обрабатываемости резаниемMachinability Assessment

[0036] Опытные материалы с хорошей ковкостью оценивали на обрабатываемость резанием следующим образом. Из вышеупомянутого опытного материала брали тестовый образец с указанным ниже размером и на нем выполняли испытание резанием при указанных ниже условиях резания. Обрабатываемость резанием оценивалась как среднее сопротивление резанию путем измерения сопротивления резанию в направлении резания с помощью динамометра резания Кесслера, модель 9257 B, от начала до конца резания, а затем определения среднего значения сопротивления резанию от начала до конца резания. При выполнении испытания резанием на сплаве Ti-6Al-4V в качестве обычного α-β титанового сплава при тех же самых условиях среднее сопротивление резанию составило 180 Н. Из-за этого в первом примере тестовые материалы с более низким средним сопротивлением резанию, чем 180 Н, оценивались как отличные по обрабатываемости резанием, в то время как тестовые материалы со средним сопротивлением резанию в 180 Н или выше, оценивались как плохие по обрабатываемости резанием.[0036] Experienced materials with good ductility were evaluated for machinability as follows. A test sample with the size indicated below was taken from the aforementioned test material, and a cutting test was carried out on it under the following cutting conditions. Machinability was evaluated as the average resistance to cutting by measuring the cutting resistance in the cutting direction using a Kessler cutting dynamometer, model 9257 B, from beginning to end of cutting, and then determining the average value of cutting resistance from beginning to end of cutting. When performing a cutting test on a Ti-6Al-4V alloy as a normal α-β titanium alloy under the same conditions, the average cutting resistance was 180 N. Because of this, in the first example, test materials with a lower average cutting resistance than 180 N were rated as excellent by machinability, while test materials with an average cutting resistance of 180 N or higher were rated as poor by machinability.

[0037] Условия резания[0037] Cutting conditions

Тестовый образец: 10 мм в высоту × 10 мм в ширину × 150 мм в длинуTest sample: 10 mm high × 10 mm wide × 150 mm long

Инструмент: Карбидный наконечник S30T (режущая кромка 0,4 мм) производства компании Sandvik CorporationTool: S30T carbide tip (0.4 mm cutting edge) manufactured by Sandvik Corporation

Торцевая фреза R390 производства компании Sandvik Corporation (диаметр 20 мм, одно лезвие)Sandvik Corporation End Mill R390 (diameter 20 mm, single blade)

Скорость резания Vc: 100 м/минCutting Speed Vc: 100 m / min

Глубина резания в осевом направлении: 1,2 ммAxial cutting depth: 1.2 mm

Глубина резания в радиальном направлении: 1 ммRadial cutting depth: 1 mm

Скорость подачи: 0,08 мм/лезвиеFeed Speed: 0.08mm / Blade

Длина резания: 150 ммCutting length: 150mm

Смазочно-охлаждающая жидкость: нет Cutting fluid: no

Измерение прочности при растяженииTensile strength measurement

[0038] Прочность при растяжении α-β титанового сплава в соответствии с настоящим изобретением также измеряли для сравнения. Более подробно, использовали титановые сплавы Примеров 1 и 3 и Сравнительного примера 1, которые подвергали испытанию на растяжение при следующих условиях по форме и скорости тестирования образца. В результате тестовые материалы имели предел прочности 948 МПа в Примере 1, 1125 МПа в Примере 3 и 948 МПа в Сравнительном примере 1, то есть все эти пределы прочности были относительно высокими. В частности, пределы прочности этих тестовых материалов были более высокими, чем предел прочности в 896 МПа у отожженного материала Ti-6Al-4V в качестве обычного α-β титанового сплава.[0038] The tensile strength of the α-β titanium alloy in accordance with the present invention was also measured for comparison. In more detail, the titanium alloys of Examples 1 and 3 and Comparative Example 1 were used, which were subjected to a tensile test under the following conditions in terms of shape and speed of testing the sample. As a result, the test materials had a tensile strength of 948 MPa in Example 1, 1125 MPa in Example 3 and 948 MPa in Comparative Example 1, that is, all of these tensile strengths were relatively high. In particular, the tensile strengths of these test materials were higher than the 896 MPa tensile strength of the annealed Ti-6Al-4V material as a conventional α-β titanium alloy.

Форма испытываемого образца: ASTM E8/E8M Фиг. 8 Образец 3Test sample shape: ASTM E8 / E8M FIG. 8 Sample 3

Скорость теста: 4,5 мм/минTest speed: 4.5 mm / min

[0039] Результат оценки вышеупомянутой ковкости и среднего сопротивления резанию также показаны в Таблице 1.[0039] The result of the assessment of the aforementioned ductility and average cutting resistance are also shown in Table 1.

[0040][0040]

[Таблица 1][Table 1]

Состав (мас.%),
остаток - Ti и неизбежные примесиComposition (wt.%),
residue - Ti and unavoidable impurities T_β T _β КовкостьDuctility Среднее сопротивление резаниюAverage cutting resistance CuCu NiNi SiSi AlAl CC CrCr FeFe (°C)(° C) Черновая ковкаRough forging Ковка в размерForging in size (Н)(H) Пример 1Example 1 0,50.5 0,50.5 -- 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 976976 OKOk OKOk 148148 Пример 2Example 2 1,01,0 1,01,0 -- 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 974974 OKOk OKOk 170170 Пример 3Example 3 2,02.0 2,02.0 -- 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 969969 OKOk OKOk 167167 Пример 4Example 4 -- 0,50.5 -- 4,54,5 0,100.10 -- 1,21,2 10101010 OKOk OKOk 129129 Пример 5Example 5 0,50.5 0,50.5 -- 4,54,5 0,100.10 -- 1,21,2 10111011 OKOk OKOk 148148 Пример 6Example 6 -- 1,01,0 -- 4,54,5 0,100.10 -- 1,21,2 10061006 OKOk OKOk 140140 Пример 7Example 7 1,01,0 1,01,0 -- 4,54,5 0,100.10 -- 1,21,2 10091009 OKOk OKOk 146146 Пример 8Example 8 2,02.0 2,02.0 -- 4,54,5 0,100.10 -- 1,21,2 10041004 OKOk OKOk 155155 Сравнительный пример 1Comparative Example 1 -- -- -- 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 979979 OKOk OKOk 199199 Сравнительный пример 2Reference Example 2 -- 3,03.0 -- 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 957957 OKOk OKOk 229229 Сравнительный пример 3Reference Example 3 3,03.0 3,03.0 -- 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 965965 OKOk OKOk 241241 Сравнительный пример 4Reference Example 4 4,04.0 -- -- 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 989989 OKOk NGNG -- Сравнительный пример 5Reference Example 5 6,06.0 -- -- 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 994994 OKOk OKOk 234234 Сравнительный пример 6Reference Example 6 4,04.0 4,04.0 -- 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 960960 OKOk OKOk 261261 Сравнительный пример 7Reference Example 7 6,06.0 6,06.0 -- 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 950950 NGNG -- --

[0041] Таблица 1 показывает следующее. Все Примеры 1-8 удовлетворяли составу, определяемому настоящим изобретением, и оказались хорошо пригодными для ковки и имеющими превосходную ковкость. Кроме того, было найдено, что эти примеры имеют более низкое среднее сопротивление резанию, чем материал Ti-6Al-4V в качестве обычного α-β титанового сплава, а также имеют хорошую обрабатываемость резанием.[0041] Table 1 shows the following. All Examples 1-8 satisfied the composition defined by the present invention, and proved to be well suited for forging and having excellent ductility. In addition, it was found that these examples have a lower average cutting resistance than Ti-6Al-4V as a conventional α-β titanium alloy, and also have good machinability.

[0042] В противоположность этому, все Сравнительные примеры 1-7 не соответствовали составу, определяемому настоящим изобретением, и в результате обладали худшей ковкостью или обрабатываемостью резанием. Более подробно, в Сравнительном примере 1 не содержалось ни Cu, ни Ni, что привело к высокому среднему сопротивлению резанию. Сравнительный пример 1 имел тот же самый состав, что и в патентном документе 6. Сравнение вышеупомянутых Примеров 1-3 со Сравнительным примером 1, в котором составляющие элементы, отличающиеся от Cu и Ni, и их содержания являются теми же самыми, что и в Примерах 1-3, показывает, что для того, чтобы гарантированно получить хорошую обрабатываемость резанием за счет существенного уменьшения среднего сопротивления резанию, сплав должен содержать указанное количество по меньшей мере одного из Cu и Ni, как упомянуто в настоящем изобретении.[0042] In contrast, all Comparative Examples 1-7 did not correspond to the composition defined by the present invention, and as a result had the worst malleability or machinability. In more detail, in Comparative Example 1, neither Cu nor Ni was contained, which led to a high average cutting resistance. Comparative Example 1 had the same composition as in Patent Document 6. Comparison of the above Examples 1-3 with Comparative Example 1, in which constituent elements other than Cu and Ni and their contents are the same as in Examples 1-3, shows that in order to guarantee good machinability by substantially reducing the average resistance to cutting, the alloy must contain the indicated amount of at least one of Cu and Ni, as mentioned in the present invention.

[0043] В Сравнительном примере 2, который содержал Ni, содержание Ni было чрезмерным. В Сравнительном примере 5, который содержал Cu, содержание Cu было чрезмерным. В обоих примерах среднее сопротивление резанию было более высоким, чем 180 Н, что означает плохую обрабатываемость резанием. В Сравнительных примерах 3 и 6 соответствующие содержания Cu и Ni были чрезмерными. В обоих Сравнительных примерах среднее сопротивление резанию было более высоким, чем 180 Н, что означает плохую обрабатываемость резанием.[0043] In Comparative Example 2, which contained Ni, the Ni content was excessive. In Comparative Example 5, which contained Cu, the Cu content was excessive. In both examples, the average cutting resistance was higher than 180 N, which means poor machinability. In Comparative Examples 3 and 6, the corresponding contents of Cu and Ni were excessive. In both Comparative Examples, the average cutting resistance was higher than 180 N, which means poor machinability.

[0044] Поскольку в Сравнительном примере 4 содержание Cu было чрезмерным, ковкость была ухудшена. Поскольку в Сравнительном примере 7 соответствующие содержания Cu и Ni были сильно избыточными, произошло растрескивание на стадии черновой ковки, что означает плохую ковкость.[0044] Since, in Comparative Example 4, the Cu content was excessive, the ductility was deteriorated. Since, in Comparative Example 7, the corresponding contents of Cu and Ni were very excessive, cracking occurred at the stage of rough forging, which means poor ductility.

[Второй пример][Second example]

[0045] Во втором примере было изучено влияние содержания Si, в частности на обрабатываемость резанием. Как показано в Таблице 2, изготовили различные слитки металла с различными содержаниями Si с получением тестовых материалов таким же образом, что и в первом примере. В каждом примере содержание P было ограничено до 0,005% или менее; содержание N было ограничено до 0,05% или менее; содержание S было ограничено до 0,05% или менее; и содержание O было ограничено до 0,25% или менее. В Таблице 2 знак «-» означает, что соответствующий элемент не содержался.[0045] In a second example, the effect of Si content, in particular on cutting machinability, was studied. As shown in Table 2, various metal ingots with different Si contents were made to produce test materials in the same manner as in the first example. In each example, the content of P was limited to 0.005% or less; N content was limited to 0.05% or less; S content was limited to 0.05% or less; and the O content was limited to 0.25% or less. In Table 2, the “-" sign means that the corresponding element was not contained.

[0046] Каждый из вышеупомянутых тестовых материалов использовали для того, чтобы подтвердить наличие или отсутствие выделившейся фазы, как упомянуто ниже, и измеряли твердость по Виккерсу тестового материала в качестве показателя прочности во втором примере. Кроме того, ковкость тестового материала оценивали таким же образом, как и в первом примере, а его обрабатываемость резанием оценивали так, как упомянуто ниже. Для сравнения прочность при растяжении тестового материала № 3 в Таблице 2 измеряли таким же образом, что и в первом примере. Этот тестовый материал № 3 имел предел прочности 968 МПа, то есть более высокий, чем предел прочности, то есть 896 МПа, у отожженного материала Ti-6Al-4V в качестве обычного α-β титанового сплава.[0046] Each of the above test materials was used to confirm the presence or absence of a precipitated phase, as mentioned below, and the Vickers hardness of the test material was measured as an indicator of strength in the second example. In addition, the ductility of the test material was evaluated in the same manner as in the first example, and its machinability by cutting was evaluated as mentioned below. For comparison, the tensile strength of test material No. 3 in Table 2 was measured in the same manner as in the first example. This test material No. 3 had a tensile strength of 968 MPa, that is, higher than the tensile strength, that is, 896 MPa, of the annealed Ti-6Al-4V material as a conventional α-β titanium alloy.

Оценка присутствия или отсутствия выделившейся фазыAssessment of the presence or absence of a precipitated phase

[0047] Разрез тестового материала полировали до зеркального состояния, после чего обрабатывали фтористоводородной кислотой до такой степени, чтобы стало видно границы кристаллических зерен, а затем визуально наблюдали в десяти полях зрения, каждое из которых имело размер 40 мкм × 40 мкм, с помощью сканирующего электронного микроскопа с автоэлектронной эмиссией (FE-SEM) при 4000-кратном увеличении. Тестовые материалы, в которых выделившаяся фаза с эквивалентным диаметром окружности в 2 мкм или более была найдена в сумме в пяти или более из вышеупомянутых десяти полей зрения, оценивались как имеющие выделившуюся фазу. Тестовые материалы, в которых выделившаяся фаза была найдена в сумме в четырех или менее из вышеупомянутых десяти полей зрения, оценивались как не имеющие выделившейся фазы. Следует отметить, что вышеупомянутую выделившуюся фазу отдельно признали как Ti₅Si₃ с помощью рентгеновской дифракции (XRD).[0047] A section of the test material was polished to a mirror state, then treated with hydrofluoric acid to such an extent that crystal grain boundaries were visible, and then visually observed in ten fields of view, each of which had a size of 40 μm × 40 μm, using a scanning field emission electron microscope (FE-SEM) at 4000x magnification. Test materials in which a precipitated phase with an equivalent circle diameter of 2 μm or more was found in total in five or more of the above ten fields of view were evaluated as having a precipitated phase. Test materials in which the precipitated phase was found in total in four or less of the above ten fields of view were evaluated as not having a distinguished phase. It should be noted that the aforementioned precipitated phase was separately recognized as Ti ₅ Si ₃ using X-ray diffraction (XRD).

[0048] Фиг. 1 показывает один пример микрофотографии, полученной с помощью вышеупомянутого микроскопа. Эта микрофотография получена путем измерения тестового материала № 3, показанного в Таблице 2, со стрелкой, указывающей одну выделившуюся фазу.[0048] FIG. 1 shows one example of a micrograph taken with the aforementioned microscope. This micrograph was obtained by measuring test material No. 3, shown in Table 2, with an arrow indicating one phase that separated out.

Измерение твердости по Виккерсу HVVickers Hardness Measurement HV

[0049] Твердость по Виккерсу HV измеряли в пяти местах каждого тестового материала при условии нагрузки в 10 кгс, и измеренные значения усредняли. Таким образом определяли среднее значение твердости по Виккерсу.[0049] Vickers hardness HV was measured at five locations of each test material under a load of 10 kgf, and the measured values were averaged. Thus, the average value of the Vickers hardness was determined.

[0050] Тестовые материалы, оцененные как имеющие хорошую ковкость таким же образом, как и в первом примере, то есть все примеры, показанные в Таблице 2, оценивали на их обрабатываемость резанием следующим образом. Из вышеупомянутого тестового материала брали тестовый образец с указанным ниже размером и на нем выполняли испытание резанием при указанных ниже условиях резания. Обрабатываемость резанием оценивали как среднее сопротивление резанию путем измерения сопротивления резанию в направлении резания с помощью динамометра резания Кесслера, модель 9257 B, от начала до конца резания, а затем определения среднего значения сопротивления резанию от начала до конца резания. При выполнении испытания резанием на сплаве Ti-6Al-4V в качестве обычного α-β титанового сплава при тех же самых условиях среднее сопротивление резанию составило 122 Н. Из-за этого во втором примере тестовые материалы с более низким средним сопротивлением резанию, чем 122 Н, оценивали как имеющие превосходную обрабатываемость резанием, в то время как тестовые материалы со средним сопротивлением резанию в 122 Н или выше, оценивались как имеющие плохую обрабатываемость резанием.[0050] Test materials rated as having good ductility in the same manner as in the first example, that is, all examples shown in Table 2 were evaluated for their machinability by cutting as follows. A test sample with the size indicated below was taken from the aforementioned test material, and a cutting test was performed on it under the following cutting conditions. Machinability was evaluated as the average resistance to cutting by measuring the cutting resistance in the cutting direction using a Kessler cutting dynamometer, model 9257 B, from beginning to end of cutting, and then determining the average value of cutting resistance from beginning to end of cutting. When performing a cutting test on a Ti-6Al-4V alloy as a normal α-β titanium alloy under the same conditions, the average cutting resistance was 122 N. Because of this, in the second example, test materials with a lower average cutting resistance than 122 N were rated as having excellent machinability, while test materials with an average cutting resistance of 122 N or higher were rated as having poor machinability.

[0051] Условия резания[0051] Cutting conditions

Тестовый образец: 10 мм в высоту × 10 мм в ширину × 60 мм в длинуTest sample: 10 mm high × 10 mm wide × 60 mm long

Скорость резания Vc: 100 м/минCutting Speed Vc: 100 m / min

Скорость подачи: 0,08 мм/лезвиеFeed Speed: 0.08mm / Blade

Длина резания: 15 ммCutting length: 15mm

Смазочно-охлаждающая жидкость: нетCutting fluid: no

[0052] Эти результаты также показаны в Таблице 2.[0052] These results are also shown in Table 2.

[0053] [Таблица 2][0053] [Table 2]

№No. Состав (мас.%),
остаток - Ti и неизбежные примесиComposition (wt.%),
residue - Ti and unavoidable impurities T_β T _β Выделившаяся фазаStand out phase HVHv КовкостьDuctility Среднее сопротивление резаниюAverage cutting resistance CuCu NiNi SiSi AlAl CC CrCr FeFe (°C)(° C) Черновая ковкаRough forging Ковка в размерForging in size (Н)(H) 1one 0,50.5 0,50.5 -- 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 976976 ОтсутствуетMissing 298298 OKOk OKOk 111111 22 0,50.5 0,50.5 0,10.1 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 993993 ПрисутствуетIs present 316316 OKOk OKOk 9999 33 0,50.5 0,50.5 0,30.3 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 10271027 ПрисутствуетIs present 320320 OKOk OKOk 105105 4four 0,50.5 0,50.5 0,80.8 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 11101110 ПрисутствуетIs present 335335 OKOk OKOk 112112 5five 0,30.3 0,30.3 0,30.3 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 10281028 ПрисутствуетIs present 316316 OKOk OKOk 106106 66 2,02.0 2,02.0 0,50.5 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 10541054 ПрисутствуетIs present 365365 OKOk OKOk 120120 77 2,02.0 2,02.0 1,01,0 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 11371137 ПрисутствуетIs present 380380 OKOk OKOk 134134 8eight 2,02.0 2,02.0 2,02.0 4,54,5 0,100.10 2,52.5 1,21,2 13031303 ПрисутствуетIs present 397397 OKOk OKOk Измерение невозможно из-за повреждения инструментаMeasurement not possible due to tool damage

[0054] Таблица 2 показывает следующее. А именно, как это ясно показано, тестовый материал № 1, имеющий тот же самый состав, что и в Примере 1 из Таблицы 1, сравнивался с тестовыми материалами № 2-6, в частности тестовыми материалами № 2-4, в которых содержания элементов, отличающихся от Si, были теми же самыми, что и в Примере 1 из Таблицы 1. Из результатов этого сравнения видно, что вариант, который содержит Si в титановом сплаве, позволил дополнительно уменьшить среднее сопротивление резанию и обеспечить достаточно высокую обрабатываемость резанием по сравнению со случаем, в котором Si не содержался. В отличие от этого, когда содержание Si было чрезмерным, как в тестовых материалах № 7 и № 8, твердость титанового сплава становилась чрезвычайно высокой, увеличивая среднее сопротивление резанию, а также вызывая такие неудобства, как повреждение рабочего инструмента.[0054] Table 2 shows the following. Namely, as it is clearly shown, test material No. 1, having the same composition as in Example 1 of Table 1, was compared with test materials No. 2-6, in particular test materials No. 2-4, in which the content of elements , differing from Si, were the same as in Example 1 of Table 1. From the results of this comparison it can be seen that the option, which contains Si in the titanium alloy, allowed to further reduce the average cutting resistance and provide a sufficiently high machinability compared to case in which Si n It contained. In contrast, when the Si content was excessive, as in Test Materials No. 7 and No. 8, the hardness of the titanium alloy became extremely high, increasing the average cutting resistance, and also causing inconveniences such as damage to the working tool.

Claims

1. Titanium α-β alloy containing, wt.%:

Cu 0.1-2.0;

Ni 0.1-2.0;

Al 2.0-8.5;

C 0.08-0.25;

Cr 0-4.5 and / or Fe 0-2.5 with a total content of 1.0-7.0;

Ti and unavoidable impurities are the rest.

2. The alloy according to claim 1, characterized in that it further comprises in total from more than 0 to 5.0 wt.% At least one element selected from, wt.%:

V from more than 0 to 5.0;

Mo from more than 0 to 5.0;

Nb from more than 0 to 5.0;

Ta from more than 0 to 5.0.

3. The alloy according to claim 1 or 2, characterized in that it additionally contains Si from more than 0 to 0.8 wt.%.