JPS63230857A - 超塑性加工用チタン合金板の製造方法 - Google Patents

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、超塑性加工に適した微細な等軸α＋β二相
組織を有するα＋β型チタン合金板の製造方法に関する
ものである。

く背景技術〉 一般に、チタン合金は優れた耐食性を有すると共に高い
比強度を示すことから、近年のチタン製造技術の進展に
伴って様々な分野で使用されるようになってきたが、中
でもＴｉ−６Ａｊｌ　−４Ｖ合金に代表されるα＋β型
チタン合金は、靭性や溶接性の点で一段と優れた特性を
備えており、航空機、化学設備・機器、熱交換器或いは
タービン翼等として高い使用頻度を誇っている。

ところで、上述のようなＴｉ−６ＡＩ−４Ｖ合金等のα
＋β型チタン合金は、超塑性加工によって複雑形状部品
を成形することが可能なものとしても知られており、十
分な超塑性変形を生じさせるためには“超微細な結晶粒
を有する等軸のα＋β二相組織”が必要であるとされて
いる。

そして、このような超微細粒を有する材料を実現するに
は、結晶成長を生じない温度、とりわけ冷間にて高い加
工率となる加工を施すことが有効。

であると考えられる。

ところが、α＋β型チタン合金の場合には、特有の圧延
及び焼鈍集合組織を有していることがら冷間加工は極め
て困難であり、割れを生じない限界の冷延率は精々６０
％程度にしかならないことが１告されている。そして、
このような比較的低い加工率では、冷間加工を施しても
α＋β二相組織の十分な超微細化を達成するのは極めて
困難なことだったのである。

〈問題点を解決する手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、超塑性加工に適
した超微細な等軸結晶粒を有するα＋β型チタン合金板
を工業的規模でより安定に生産することの可能性につい
て鋭意研究を行ったところ、以下（ａ）〜（Ｃ）に示さ
れる如き知見を得るに至ったのである。即ち、 （ａ）　　超微細な等軸のα＋β組織を有するα＋β型
チタン合金板を実現するには、やはり７０％以上という
高い加工度の冷間圧延を欠くことができず、このような
高加工率冷間圧延を施したα＋β型チタン合金に特定条
件の再結晶焼鈍を施した場合に初めて、超塑性加工に適
した上記組織の板材が安定かつ確実に得られること、 （ｂ）勿論、割れ等の不都合を伴うことなく加工率が７
０％以上となるようなα＋β型チタン合金の冷間圧延を
行うことは通常では殆んど不可能であるが、冷間圧延素
材として特に“微細なβ粒径を有し、かつ（０００２）
αの強い集合組織を形成しない材料”を使用することに
より、α＋β型チタン合金の加工率＝７０％以上の冷間
圧延が十分に可能となること、 （ｅ）　　上述のような微細なβ粒を有するα十β型チ
タン合金材は、β変態点以上で高加工率の加工を行った
材料に更にα＋β二相温度域での加工を施し、その後β
変態点〜〔β変態点＋７０℃〕に保持してから直ちに急
冷することで安定に得られること。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、
第１図に例示したように、 α＋β型チタン合金をβ変態点以上の温度にて加工率＝
７５％以上で加工し、その後更にα＋β二相温度域で２
０％以上の加工を行ってから昇温してβ変態点〜〔β変
態点＋７０℃〕の温度に３０秒〜３０分保持した後、冷
却速度＝５℃／秒以上で５００℃以下にまで冷却し、次
いで７０％以上の圧延率で冷間圧延を行い、更に７００
〜８００℃の温度域にて３０〜１２０分間の再結晶焼鈍
を行うことにより、超塑性加工に適した超微細な等軸の
α＋β組織を有するα＋β型チタン合金板を安定に製造
し得るようにした点、 を特徴とするものである。

次いで、この発明の方法において、β変態点以上の温度
での加工率、α＋β二相域での加工率、その後の高温保
持条件、引き続く冷却条件、冷間圧延条件、並びに再結
晶焼鈍条件を前記の如くに限定した理由を説明する。

Ａ）β変態点以上の温度での加工率 β粒径はβ域加工率の増加に伴い微細化するものであり
、後工程である「β再結晶を行ってβ粒を微細化した後
の７０％以上の冷間圧延」を可能とするためには、β再
結晶工程の前の素材について出来るだけ高い加工率のβ
域加工を施して予めβ粒を微細化しておくことが肝要で
ある。そして、β域加工の加工率が７５％未満の場合に
は、β再結晶を施しても所望の冷間加工が可能な微細β
粒組織材を得られないことから、β域加工での加工率は
７５％以上と定めた。

Ｂ）α＋β二相域での加工率 α＋β二相域加工における加工率が２０％未満では再結
晶β粒の微細化が行われず、従って所望の冷間加工がで
き出来なくなることから、α＋β二相域での加工率は２
０％以上と定めた。

Ｃ）二相域加工後の高温保持条件 ２０％以上のα＋β二相域加工を施した後にβ変態点〜
〔β変態点＋７０℃〕の温度範囲に３０秒〜３０分間保
持する処理は再結晶によって微細なβ粒を得るためにな
されるものである。そして、保持温度がβ変態点を下回
ったり保持時間が３０秒未満であると十分な再結晶β粒
が得られず、一方、保持温度が〔β変態点＋７０℃〕を
上回ったり保持時間が３０分を超えると再結晶β粒が成
長してしまい、何れも７０％以上の冷間加工を不可能に
することから、二相域加工後の高温保持条件を上記の如
くに限定した。

０）高温保持後の冷却条件 β変態点〜（β変態点＋７０℃〕の温度範囲に保持した
後の該温度からの冷却速度が５℃／秒より遅いとβ粒の
粒界に初析αが析出して冷間加工性を著しく阻害し、ま
たこの急冷処理を５００℃以下にまで温度低下する前に
終了すると再結晶β粒が成長して冷間加工性を悪化させ
ることから、上記冷却は５℃／秒以上の冷却速度で５０
０℃以下まで実施することと定めた。

Ｅ）冷間圧延の圧延率 冷間圧延での圧延率が７０％未満ではα＋β組織が十分
に微細化しないで、所望の超塑性加工に適したチタン合
金板を得ることが出来ないことから、冷間圧延の圧延率
は７０％以上と定めた。

Ｄ）再結晶焼鈍条件 冷間圧延後の上記チタン板のミクロ［％はαの結晶粒が
圧延方向に引き伸ばされた状態となっており、超塑性加
工に通した等軸の微細なα＋β組織を得るためにはα粒
の再結晶焼鈍が必要となる。

そして、この場合の焼鈍温度７００℃よりも低かったり
、処理時間が３０分未満であったりすると冷間加工後の
α粒の再結晶が十分でなく、一方、処理温度が８００℃
を越えたり、処理時間が１２０分より長くなったりする
と再結晶後のα粒が成長して所望の微細な等軸α＋β組
織が得られなくなることから、再結晶焼鈍は７００〜８
００℃の温度域で３０〜１２０分間実施することと定め
た。

続いて、この発明を、実施例により比較例と対比しなが
ら具体的に説明する。

〈実施例〉 真空アーク溶解して得たところの、直径が４００鶴φで
第１表に示す如き成分組成のＴｉ−６Ａｉ−４■合金製
インゴットに、第２表に示す条件のβ域加工、α＋β域
加工、β再結晶熱処理、冷却、冷間圧延及び再結晶焼鈍
を施して冷延板を製造した。

このようにして得られたＴｉ−６Ａｊ！　−４Ｖ合金板
のα結晶粒径及び超塑性伸び（試験温度＝８５０℃、歪
速度：　５　Ｘ　１０−３ｓｅｃ−’）を測定し、その
結果を第２表に併せて示した。

第２表に示される結果からも、本発明で規定する条件通
りの処理を施せば２μｍ以下の極めて微細な等軸α＋β
組織を持ち、１０００％を超える超塑性伸びを示すＴｉ
−６ＡＩ−４Ｖ合金板が得られるのに対して、処理条件
の一つでも本発明で規定する条件から外れた場合には十
分な超塑性伸びを示す板材を得られないことが明らかで
ある。

ところで、比較例のうち「試験番号３」の処理を施した
場合には比較的微細なα粒径の板材が得られるが、再結
晶焼鈍条件が不適切であるためαの再結晶が十分でなく
、従って大きな超塑性伸びを得るに至っていない。

なお、この実施例では代表的なα＋β型チタン合金であ
るＴｉ−６Ａｌｌ　−４Ｖ合金についての結果のみ示し
たが、その他のα＋β型チタン合金、例えばＴｉ−６Ａ
β−６Ｖ−２５ｎ合金、　Ｔｉ−６ＡＡ’　−２Ｓｎ　
−４Ｚｒ−２Ｍｏ合金或いはＴｉ−６八１２−２５ｎ　
−４Ｚｒ　−６Ｍｏ合金等についても同様な結果が得ら
れたことは言うまでもない。

〈効果の総括〉 以上に説明した如（、この発明によれば、超塑性加工に
適した“超微細な等軸α＋β二相組織”を有するα＋β
型チタン合金板を工業的規模でコスト安く安定して製造
することが可能となるなど、産業上極めて有用な効果が
もたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係るα＋β型チタン板の製造工程
例を示す模式図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 β変態点以上の温度で７５％以上の加工を行い、その後
   更にα＋β二相温度域で２０％以上の加工を行ってから
   昇温してβ変態点〜〔β変態点＋７０℃〕の温度に３０
   秒〜３０分保持した後、冷却速度：５℃／秒以上にて５
   ００℃以下にまで冷却し、次いで７０％以上の圧延率で
   冷間圧延を行い、更に７００〜８００℃の温度域にて３
   ０〜１２０分間の再結晶焼鈍を行うことを特徴とする、
   超塑性加工用α＋β型チタン合金板の製造方法。