JP2002088456A - 超細粒組織を有するα＋β型チタン合金の製造方法 - Google Patents
超細粒組織を有するα＋β型チタン合金の製造方法Info
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- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】従来のα＋βの２相を有するチタン合金は、通
常の製造法で得られる結晶粒径は、大体１μｍまでであ
った。しかし、金属材料において、これよりもさらに細
かい結晶粒が得られれば、機械的性質において、さらな
る向上が期待できることから、１μｍもしくはそれ以下
の結晶粒を得られる方法が求められていた。 【解決方法】α＋βの２相を有するチタン合金に、水素
吸蔵させ、熱処理、加工をし、しかるのち脱水素処理を
施すことにより、αマトッリクス内に１μｍもしくはそ
れ以下のβ相結晶粒を有する超細粒を得ることができ
る。
常の製造法で得られる結晶粒径は、大体１μｍまでであ
った。しかし、金属材料において、これよりもさらに細
かい結晶粒が得られれば、機械的性質において、さらな
る向上が期待できることから、１μｍもしくはそれ以下
の結晶粒を得られる方法が求められていた。 【解決方法】α＋βの２相を有するチタン合金に、水素
吸蔵させ、熱処理、加工をし、しかるのち脱水素処理を
施すことにより、αマトッリクス内に１μｍもしくはそ
れ以下のβ相結晶粒を有する超細粒を得ることができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は機械的性質および加
工性に優れたα＋β型チタン合金の製造法に関するもの
である。金属材料において、結晶粒を細かくすると、機
械的性質、とりわけ延性をそこなわずして強度が向上
し、構造物の設計上有利になることから、細粒化する方
法は、金属材料の性質向上にきわめて有効な手段であ
る。
工性に優れたα＋β型チタン合金の製造法に関するもの
である。金属材料において、結晶粒を細かくすると、機
械的性質、とりわけ延性をそこなわずして強度が向上
し、構造物の設計上有利になることから、細粒化する方
法は、金属材料の性質向上にきわめて有効な手段であ
る。
【０００２】しかし、今までの手段で得られる細粒径
は、おおよそ１μｍまでであった。そこで、本発明は、
材料に水素処理（プロチウム（水素原子）処理とも言わ
れている）を施すことによって、１μｍないしはそれ以
下の結晶粒を得る方法を提供しようとするものである。
は、おおよそ１μｍまでであった。そこで、本発明は、
材料に水素処理（プロチウム（水素原子）処理とも言わ
れている）を施すことによって、１μｍないしはそれ以
下の結晶粒を得る方法を提供しようとするものである。
【０００３】
【従来の技術】チタン合金は、その比強度および耐食性
に優れていることから、航空機用部材をはじめ民生品、
生体材料に至るまで多くの分野で用途が拡大しつつあ
る。代表的チタン合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金は
α＋β型の二相合金であり、強度、延性の優れた材質を
有している。
に優れていることから、航空機用部材をはじめ民生品、
生体材料に至るまで多くの分野で用途が拡大しつつあ
る。代表的チタン合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金は
α＋β型の二相合金であり、強度、延性の優れた材質を
有している。
【０００４】α＋β型チタン合金の板材、線材、管材、
形材等の展伸材は、鋳造されたインゴットに熱間で鍛造
または分塊圧延または鍛造と分塊圧延の双方を行い、さ
らに必要に応じて熱間圧延等の加工を行って製造され
る。このようにして、製造された材料の結晶粒は、細か
いものでも、おおよそ１μｍまでである。
形材等の展伸材は、鋳造されたインゴットに熱間で鍛造
または分塊圧延または鍛造と分塊圧延の双方を行い、さ
らに必要に応じて熱間圧延等の加工を行って製造され
る。このようにして、製造された材料の結晶粒は、細か
いものでも、おおよそ１μｍまでである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】α＋β型チタン合金の
組織は細粒な組織である方が、機械的性質および加工性
に優れている。しかし、α＋β型チタン合金の展伸材の
結晶粒径は、従来の方法で製造した場合、細かいもので
大体１μｍまでである。これより小さいものは得られ難
い。本発明は、α＋β型チタン合金において、結晶粒径
を細粒にし、とりわけαマトリックス内において、β粒
の粒径を１μｍないしそれ以下の結晶粒とし、強度およ
び延性が優れた材料を提供しようとするものである。
組織は細粒な組織である方が、機械的性質および加工性
に優れている。しかし、α＋β型チタン合金の展伸材の
結晶粒径は、従来の方法で製造した場合、細かいもので
大体１μｍまでである。これより小さいものは得られ難
い。本発明は、α＋β型チタン合金において、結晶粒径
を細粒にし、とりわけαマトリックス内において、β粒
の粒径を１μｍないしそれ以下の結晶粒とし、強度およ
び延性が優れた材料を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、次のとおりで
ある。 （１）α＋β型チタン合金に重量％にて水素を０．２〜
１．０％添加した素材を、６５０〜８５０℃の温度にて
加工率７０％超の加工を行い、その後真空中で５５０〜
６８０℃にて水素を除去することを特徴とする超細粒組
織を有するα＋β型チタン合金の製造方法。 （２）α＋β型チタン合金に重量％にて水素を０．２〜
１．０％添加した素材を、β変態点以上の温度に加熱し
冷却した後、６５０〜８５０℃の温度にて加工率６５％
超の加工を行い、その後真空中で５５０〜６８０℃にて
水素を除去することを特徴とする超細粒組織を有するα
＋β型チタン合金の製造方法。
ある。 （１）α＋β型チタン合金に重量％にて水素を０．２〜
１．０％添加した素材を、６５０〜８５０℃の温度にて
加工率７０％超の加工を行い、その後真空中で５５０〜
６８０℃にて水素を除去することを特徴とする超細粒組
織を有するα＋β型チタン合金の製造方法。 （２）α＋β型チタン合金に重量％にて水素を０．２〜
１．０％添加した素材を、β変態点以上の温度に加熱し
冷却した後、６５０〜８５０℃の温度にて加工率６５％
超の加工を行い、その後真空中で５５０〜６８０℃にて
水素を除去することを特徴とする超細粒組織を有するα
＋β型チタン合金の製造方法。
【０００７】本発明における素材は、鋳造材、鍛造材、
分塊材、板材およびこれらの製造方法を組み合わせた材
料である。水素を添加する手段としては、インゴット溶
解時に添加する方法、あるいはインゴットスラブおよび
ビレット、板等を水素雰囲気内で加熱して添加する方法
等がある。
分塊材、板材およびこれらの製造方法を組み合わせた材
料である。水素を添加する手段としては、インゴット溶
解時に添加する方法、あるいはインゴットスラブおよび
ビレット、板等を水素雰囲気内で加熱して添加する方法
等がある。
【０００８】請求項（１）は、水素を添加した素材を、
圧延、押出および鍛造などの方法で熱間加工する。請求
項（２）は、水素を添加した素材をβ変態点以上の温度
に加熱し冷却した後に、圧延、押出および鍛造などの方
法で熱間加工する。β変態点は、α＋β相のニ相からβ
相の一相に変わる温度である。
圧延、押出および鍛造などの方法で熱間加工する。請求
項（２）は、水素を添加した素材をβ変態点以上の温度
に加熱し冷却した後に、圧延、押出および鍛造などの方
法で熱間加工する。β変態点は、α＋β相のニ相からβ
相の一相に変わる温度である。
【０００９】一般に、組織を細かくするためには、比較
的低温で熱間加工して再結晶させる方法が採られてい
る。しかし、チタン合金、たとえばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ
合金では通常９００℃以上β変態点（９９０℃）以下の
高温度域で熱間加工している。そのため粒成長により結
晶粒が大きくなる。
的低温で熱間加工して再結晶させる方法が採られてい
る。しかし、チタン合金、たとえばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ
合金では通常９００℃以上β変態点（９９０℃）以下の
高温度域で熱間加工している。そのため粒成長により結
晶粒が大きくなる。
【００１０】本発明法においては、水素の添加によりβ
変態点が低下して、従来よりも低温域での熱間加工が可
能となる。
変態点が低下して、従来よりも低温域での熱間加工が可
能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明者は、水素を添加したα＋
β型チタン合金の素材を、β変態点以上の温度に加熱し
冷却するか、あるいは、このような加熱冷却をせずに、
比較的低温で熱間加工し、これを真空焼鈍で再結晶させ
るとともに材料中の水素を除去することによって、αマ
トリックス内にβ相粒が１μｍないしはそれ以下の結晶
粒を有する組織が得られることを見出した。この組織を
超細粒組織と呼ぶ。組織の超細粒化に必要な水素添加
量、加工のための加熱温度および加工率を様々なレベル
で実験して本発明法を完成させた。
β型チタン合金の素材を、β変態点以上の温度に加熱し
冷却するか、あるいは、このような加熱冷却をせずに、
比較的低温で熱間加工し、これを真空焼鈍で再結晶させ
るとともに材料中の水素を除去することによって、αマ
トリックス内にβ相粒が１μｍないしはそれ以下の結晶
粒を有する組織が得られることを見出した。この組織を
超細粒組織と呼ぶ。組織の超細粒化に必要な水素添加
量、加工のための加熱温度および加工率を様々なレベル
で実験して本発明法を完成させた。
【００１２】まず水素添加量については、０．２％以上
でないと加工後の真空焼鈍によって超細粒組織を得るこ
とが難しい。また、水素が多いほど低温域まで加工が容
易となり、組織の細粒化効果も大きい。その上限は適正
加工温度領域を考慮すると１．０％であり、これを越え
ると細粒化効果が飽和してくるし、加工の工程で、素材
に割れを生じやすい。その適正加工温度領域の下限は６
５０℃であり、この温度より低いと加工割れ等が発生し
やすい。適正加工温度領域の上限は８５０℃で、これを
越えると粒が成長して、組織の細粒化効果があまり認め
られない。従って、水素添加量を０．２〜１．０％と
し、加工のための加熱温度を６５０〜８５０℃とした。
でないと加工後の真空焼鈍によって超細粒組織を得るこ
とが難しい。また、水素が多いほど低温域まで加工が容
易となり、組織の細粒化効果も大きい。その上限は適正
加工温度領域を考慮すると１．０％であり、これを越え
ると細粒化効果が飽和してくるし、加工の工程で、素材
に割れを生じやすい。その適正加工温度領域の下限は６
５０℃であり、この温度より低いと加工割れ等が発生し
やすい。適正加工温度領域の上限は８５０℃で、これを
越えると粒が成長して、組織の細粒化効果があまり認め
られない。従って、水素添加量を０．２〜１．０％と
し、加工のための加熱温度を６５０〜８５０℃とした。
【００１３】請求項（１）における加工率については、
加工後の真空焼鈍で超細粒な再結晶粒を得るためには７
０％超が必要である。請求項（２）においては、水素を
添加した素材をβ変態点以上の温度に加熱し冷却するこ
とによって、素材は微細な組織となるので、これを加工
する場合の加工率は６５％以上である。
加工後の真空焼鈍で超細粒な再結晶粒を得るためには７
０％超が必要である。請求項（２）においては、水素を
添加した素材をβ変態点以上の温度に加熱し冷却するこ
とによって、素材は微細な組織となるので、これを加工
する場合の加工率は６５％以上である。
【００１４】この場合のβ変態点以上に加熱後の冷却速
度は炉冷、空冷、水冷のいずれでもよいが、冷却速度は
早い方が望ましい。β変態点以上に加熱後は、添加水素
量に応じて、適当な温度に冷却保持したのち圧下率６５
％超で熱間加工し冷却する。しかるのち、真空焼鈍で超
細粒な再結晶粒を得ることができる。
度は炉冷、空冷、水冷のいずれでもよいが、冷却速度は
早い方が望ましい。β変態点以上に加熱後は、添加水素
量に応じて、適当な温度に冷却保持したのち圧下率６５
％超で熱間加工し冷却する。しかるのち、真空焼鈍で超
細粒な再結晶粒を得ることができる。
【００１５】ここでいう加工率とは、１回あるいはそれ
以上の回数で行われる加工の全加工率を表す。真空中で
の焼鈍では、再結晶させるとともに水素を除去する。も
し、一定量以上の水素が残存していると、再結晶させて
超細粒な組織になっても脆化の原因となり製品特性とし
てよくない。再結晶粒の成長を抑制するために脱水素の
温度は５５０〜６８０℃である。
以上の回数で行われる加工の全加工率を表す。真空中で
の焼鈍では、再結晶させるとともに水素を除去する。も
し、一定量以上の水素が残存していると、再結晶させて
超細粒な組織になっても脆化の原因となり製品特性とし
てよくない。再結晶粒の成長を抑制するために脱水素の
温度は５５０〜６８０℃である。
【００１６】
【実施例−１】０．０５，０．２，０．５，０．９，
１．１％の水素を添加したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のス
ラブをβ変態点以上に加熱冷却し、しかるのち６００、
６５０、７５０、８５０、９００℃に加熱し、加工率を
６０、７０、８０％として熱間圧延した。熱延後、真空
中で６００℃で１時間の焼鈍を行った。熱延し真空焼鈍
した材料の組織観察結果を表１〜４に示す。ここで超細
粒組織とは、組織の大部分、少なくとも８割以上が粒径
１μｍないしそれ以下の組織を示すものである。水素量
０．２，０．５，０．７，０．９％、加熱温度６５０、
７５０、８５０℃、加工率７０，８０％での熱延・焼鈍
材は超細粒組織を示している。
１．１％の水素を添加したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のス
ラブをβ変態点以上に加熱冷却し、しかるのち６００、
６５０、７５０、８５０、９００℃に加熱し、加工率を
６０、７０、８０％として熱間圧延した。熱延後、真空
中で６００℃で１時間の焼鈍を行った。熱延し真空焼鈍
した材料の組織観察結果を表１〜４に示す。ここで超細
粒組織とは、組織の大部分、少なくとも８割以上が粒径
１μｍないしそれ以下の組織を示すものである。水素量
０．２，０．５，０．７，０．９％、加熱温度６５０、
７５０、８５０℃、加工率７０，８０％での熱延・焼鈍
材は超細粒組織を示している。
【００１７】代表例として水素量０．５％の材料を７５
０℃に加熱し加工率８０％の加工を行った後、６００℃
で真空焼鈍した材料の光学顕微鏡写真を第１図に、そし
てその電子顕微鏡（走査型）写真を第２図に示す。但
し、水素量１．１％の材料は熱間加工の過程で、１部に
割れを生じて正常な材料がえられなかった。比較例とし
て、従来法により製造した材料、つまり水素を添加して
いないＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を加熱温度９５０℃、加
工率８０％の加工後、焼鈍した材料の光学顕微鏡写真を
第３図に示す。
０℃に加熱し加工率８０％の加工を行った後、６００℃
で真空焼鈍した材料の光学顕微鏡写真を第１図に、そし
てその電子顕微鏡（走査型）写真を第２図に示す。但
し、水素量１．１％の材料は熱間加工の過程で、１部に
割れを生じて正常な材料がえられなかった。比較例とし
て、従来法により製造した材料、つまり水素を添加して
いないＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を加熱温度９５０℃、加
工率８０％の加工後、焼鈍した材料の光学顕微鏡写真を
第３図に示す。
【００１８】本発明法により製造した材料は、従来法に
より製造した材料に比べてきわめて細粒な超細粒組織を
示す。
より製造した材料に比べてきわめて細粒な超細粒組織を
示す。
【００１９】上記実施例（１）と同様な効果は、線、
棒、板圧延、熱間押出加工さらに鍛造加工でも認められ
た。
棒、板圧延、熱間押出加工さらに鍛造加工でも認められ
た。
【発明の効果】本発明は、今後ますます需要の増加が予
想される航空機用材料をはじめとする各種分野で使用さ
れる材料として、従来得られていなかった優れた組織お
よび材質を有するチタン合金の製造法を提供するもので
あり、工業的価値は大きい。
想される航空機用材料をはじめとする各種分野で使用さ
れる材料として、従来得られていなかった優れた組織お
よび材質を有するチタン合金の製造法を提供するもので
あり、工業的価値は大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｋ ６８２ ６８２ ６８３ ６８３ ６９１ ６９１Ｂ ６９４ ６９４Ａ ６９４Ｂ
Claims (2)
- 【請求項１】 α＋β型チタン合金に重量％にて水素を
０．２〜１．０％添加した材料を、６５０〜８５０℃の
温度にて加工率７０％超の加工を行い、その後真空中で
５５０〜６８０℃にて水素を除去することを特徴とする
超細粒組織を有するα＋β型チタン合金の製造方法。 - 【請求項２】 α＋β型チタン合金に重量％にて水素を
０．２〜１．０％添加した材料を、β変態点以上の温度
に加熱し冷却した後、６５０〜８５０℃の温度にて加工
率６５％超の加工を行い、その後真空中で５５０〜６８
０℃にて水素を除去することを特徴とする超細粒組織を
有するα＋β型チタン合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000318597A JP2002088456A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | 超細粒組織を有するα＋β型チタン合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000318597A JP2002088456A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | 超細粒組織を有するα＋β型チタン合金の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002088456A true JP2002088456A (ja) | 2002-03-27 |
Family
ID=18797194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000318597A Pending JP2002088456A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | 超細粒組織を有するα＋β型チタン合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002088456A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6902601B2 (en) | 2002-09-12 | 2005-06-07 | Millennium Inorganic Chemicals, Inc. | Method of making elemental materials and alloys |
| RU2490356C1 (ru) * | 2012-03-14 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Ультрамелкозернистый двухфазный альфа-бета титановый сплав с повышенным уровнем механических свойств и способ его получения |
| CN113278901A (zh) * | 2021-05-01 | 2021-08-20 | 上海交通大学 | 钛合金板材晶粒细化的多次循环置氢处理方法 |
-
2000
- 2000-09-12 JP JP2000318597A patent/JP2002088456A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6902601B2 (en) | 2002-09-12 | 2005-06-07 | Millennium Inorganic Chemicals, Inc. | Method of making elemental materials and alloys |
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| WO2013137765A1 (ru) * | 2012-03-14 | 2013-09-19 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет" (Фгбоу Впо "Угату") | Ультрамелкозернистый двухфазный альфа-бета титановый сплав и способ его получения |
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