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JP7107501B2 - β-type titanium alloy and its manufacturing method - Google Patents
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JP7107501B2 - β-type titanium alloy and its manufacturing method - Google Patents

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JP7107501B2 JP2018131883A JP2018131883A JP7107501B2 JP 7107501 B2 JP7107501 B2 JP 7107501B2 JP 2018131883 A JP2018131883 A JP 2018131883A JP 2018131883 A JP2018131883 A JP 2018131883A JP 7107501 B2 JP7107501 B2 JP 7107501B2
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Description

本発明は、β型チタン合金及びその製造方法に関する。詳しくは、部分的に高硬度の表面部位を形成することができるβ型チタン合金及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a β-titanium alloy and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a β-titanium alloy capable of partially forming a high-hardness surface region and a method for producing the same.

チタン合金は、軽量、高強度及び高耐食性等の優れた特性と、地球環境に優しいリサイクル性とを兼ね備えた実用金属として注目されている。
このようなチタン合金は、摺動部材等の機械部品や、医療及び食品用の刃物等に使用されている。これら用途における摩耗に対する対策として、チタン合金の必要な部分に良好な耐摩耗性を付与するための手段が求められている。チタン合金のより具体的な耐摩耗性の付与手段として、複数種類の熱処理を順次行うことによって、必要な箇所を部分的に硬質化することができる手段を提案している(特許文献1を参照。)。
Titanium alloys are attracting attention as practical metals that combine excellent properties such as light weight, high strength, and high corrosion resistance with recyclability that is friendly to the global environment.
Such titanium alloys are used in mechanical parts such as sliding members, cutlery for medical and food use, and the like. As a countermeasure against wear in these applications, there is a demand for a means for imparting good wear resistance to the necessary parts of the titanium alloy. As a more specific means of imparting wear resistance to titanium alloys, a method has been proposed in which a plurality of types of heat treatments are sequentially performed to partially harden the necessary portions (see Patent Document 1). .).

特開2015-190032号公報JP 2015-190032 A

特許文献1に示すβ型チタン合金及びその製造方法は、チタン合金の一部位を硬質化することが可能であるが、該当部位の表面をより硬質化させて耐摩耗性を高めることが求められている。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、部分的に高硬度の表面部位を形成することができるβ型チタン合金及びその製造方法を提供することを目的とする。
In the β-type titanium alloy and the method for producing the same disclosed in Patent Document 1, it is possible to harden a part of the titanium alloy, but it is required to harden the surface of the part to increase the wear resistance. ing.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a β-titanium alloy capable of partially forming a high-hardness surface region, and a method for producing the same.

本発明は以下のとおりである。
1.β型チタン合金母材を熱処理してその一部位の表面側から順に浸酸素層及び硬化層が形成されているβ型チタン合金を作製する製造方法であって、前記β型チタン合金母材を下記式(1)で表される温度H(℃)で熱処理する第1熱処理工程と、前記第1熱処理工程で前記熱処理された前記β型チタン合金母材の前記一部位を酸化雰囲気下で局所加熱する第2熱処理工程と、前記第2熱処理工程で熱処理された前記β型チタン合金母材を120時間以上熱処理して前記β型チタン合金を得る第3熱処理工程と、この順に実施することを特徴とするβ型チタン合金の製造方法。
200≦H≦β-70 (1)
(式中、βは、前記β型チタン合金のβ変態点(℃)を示す)
2.前記第2熱処理工程の前記局所加熱の間において、前記一部位に不活性ガスを継続して吹き付け、前記局所加熱の終了時に前記吹きつけを停止する前記1.記載のβ型チタン合金の製造方法。
3.前記第1熱処理工程は、前記熱処理後に前記β型チタン合金母材の表面に形成された酸化皮膜の除去を行う前記1.又は2.に記載のβ型チタン合金の製造方法。
4.前記浸酸素層、前記硬化層、及びβ型チタン合金母材を熱処理した熱処理後母材の各々の酸素量は、前記浸酸素層が最も酸素量が多く、順次低くなる前記1.乃至3.のいずれかに記載のβ型チタン合金の製造方法。
5.β型チタン合金母材を熱処理して得られた熱処理後母材と、前記熱処理後母材の一部位の表面側から順次に形成された浸酸素層及び硬化層と、を備えるβ型チタン合金であって、前記浸酸素層、前記硬化層及び前記熱処理後母材の各々に含まれる酸素量は、前記浸酸素層が最も酸素量が多く、順次低くなることを特徴とするβ型チタン合金。
6.前記β型チタン合金母材は、22質量%のV、4質量%のAl及び残部のTiからなるTi-22V-4Alであり、前記浸酸素層は、前記硬化層及び前記熱処理後母材よりもバナジウム量が低くなっている前記5.に記載のβ型チタン合金。
7.前記一部位は、前記熱処理後母材の先端側に位置している前記5.又は前記6.に記載のβ型チタン合金。
The present invention is as follows.
1. A manufacturing method for heat-treating a β-type titanium alloy base material to produce a β-type titanium alloy in which an oxygen-immersed layer and a hardened layer are formed in order from the surface side of a part of the base material, wherein the β-type titanium alloy base material is a first heat treatment step of heat-treating at a temperature H T (° C.) represented by the following formula (1); A second heat treatment step of locally heating, and a third heat treatment step of obtaining the β-titanium alloy by heat-treating the β-titanium alloy base material heat-treated in the second heat-treatment step for 120 hours or more to perform in this order. A method for producing a β-type titanium alloy, characterized by:
200≤HT≤βT - 70 (1)
(In the formula, β T indicates the β transformation point (°C) of the β-type titanium alloy)
2. During the local heating of the second heat treatment step, the inert gas is continuously blown to the one portion, and the blowing is stopped when the local heating is finished. A method for producing the described β-titanium alloy.
3. The first heat treatment step removes the oxide film formed on the surface of the β-type titanium alloy base material after the heat treatment. or 2. A method for producing a β-type titanium alloy according to 1.
4. The amount of oxygen in each of the oxygen-immersed layer, the hardened layer, and the heat-treated base material after heat treatment of the β-type titanium alloy base material has the highest oxygen amount in the oxygen-immersed layer and decreases sequentially. to 3. A method for producing a β-type titanium alloy according to any one of 1.
5. A β-type titanium alloy comprising a heat-treated base material obtained by heat-treating a β-type titanium alloy base material, and an oxygen-immersed layer and a hardened layer sequentially formed from the surface side of a portion of the heat-treated base material. The β-type titanium alloy, wherein the oxygen content of each of the oxygen-immersed layer, the hardened layer, and the heat-treated base material is the highest in the oxygen-immersed layer and decreases in order. .
6. The β-type titanium alloy base material is Ti-22V-4Al consisting of 22% by mass of V, 4% by mass of Al, and the balance of Ti, and the oxygen-immersed layer is formed from the hardened layer and the heat-treated base material. 5. The amount of vanadium is also low. β-type titanium alloy according to.
7. 5. The one portion is located on the front end side of the base material after the heat treatment. or 6 above. β-type titanium alloy according to.

本発明のβ型チタン合金の製造方法によれば、構造体としての靱性を保ち被削性に優れ、且つ、浸酸素層を有することにより該当部位の表面がより硬質化しており、優れた耐摩耗性を有する。また、一部位に浸酸素層及び硬化層を有することにより一部位の変形を抑制することができる。これらの層の形成によって靱性と耐摩耗性の両方の特性が要求される各種分野(機械部品、食品加工機器、調理器具、医療器具、工具等)で好適に使用することができる。 According to the method for producing a β-titanium alloy of the present invention, the toughness as a structure is maintained and the machinability is excellent. Abrasive. Further, by having the oxygen-immersed layer and the hardened layer in one part, the deformation of one part can be suppressed. By forming these layers, it can be suitably used in various fields (machine parts, food processing equipment, cooking utensils, medical instruments, tools, etc.) where both toughness and wear resistance properties are required.

前記第2熱処理工程の前記局所加熱の間において、前記一部位に不活性ガスを継続して吹き付け、前記局所加熱の終了時に前記吹きつけを停止する場合は、該当部位の表面を局所加熱の期間に限り不活性ガスにより冷却することで第3熱処理工程により浸酸素層及び硬化層となる準硬化層を容易に形成することができ、優れた耐摩耗性を備えた浸酸素層及び硬化層を得ることができる。
前記第1熱処理工程は、前記熱処理後に前記β型チタン合金母材の表面に形成された酸化皮膜の除去を行う場合は、酸化皮膜の除去により第2熱処理工程による母材への酸素の進入を用意にして、浸酸素層層の形成を容易にすることができる。
前記浸酸素層、前記硬化層、及びβ型チタン合金母材を熱処理した熱処理後母材の各々の酸素の元素量は、前記浸酸素層が最も酸素量が多く、この順に低くなる場合は、耐摩耗性に優れる浸酸素層を備え、他の部位は十分な靱性を得ることができる。
During the local heating of the second heat treatment step, if the inert gas is continuously blown to the part and the blowing is stopped at the end of the local heating, the surface of the part is heated during the local heating. By cooling with an inert gas only in the third heat treatment step, a semi-hardened layer that becomes an oxygen-impregnated layer and a hardened layer can be easily formed, and an oxygen-impregnated layer and a hardened layer with excellent wear resistance can be formed. Obtainable.
In the first heat treatment step, if the oxide film formed on the surface of the β-type titanium alloy base material is removed after the heat treatment, the removal of the oxide film prevents oxygen from entering the base material in the second heat treatment step. Preparations can be made to facilitate the formation of the oxygen-immersed layer.
When the oxygen-immersed layer, the hardened layer, and the base material after heat treatment of the β-titanium alloy base material have the highest oxygen content and decrease in this order, Equipped with an oxygen-immersed layer with excellent wear resistance, other parts can obtain sufficient toughness.

本発明のβ型チタン合金によれば、前記浸酸素層、前記硬化層及び前記熱処理後母材の各々に含まれる酸素の元素量は、前記浸酸素層が最も酸素量が多く、順次低くなることで、耐摩耗性に優れる浸酸素層を備え、他の部位は十分な靱性を得ることができる。
また、前記β型チタン合金母材は、22質量%のV、4質量%のAl及び残部のTiからなるTi-22V-4Alであり、前記浸酸素層は、前記硬化層及び前記熱処理後母材よりもバナジウム量が低くなっている場合は、第1熱処理工程により、α相の析出が十分にされており、優れた耐摩耗性を備えた硬化層を得ることができる。
前記一部位は、前記熱処理後母材の先端側に位置している場合は、刃物の刃先等の高硬度が必要な箇所に浸酸素層及び硬化層を形成して硬度を高めることができ、多くの用途に適したβ型チタン合金とすることができる。
According to the β-type titanium alloy of the present invention, the elemental amount of oxygen contained in each of the oxygen-immersed layer, the hardened layer, and the heat-treated base material has the highest oxygen content in the oxygen-immersed layer, and decreases sequentially. As a result, an oxygen-immersed layer with excellent wear resistance can be provided, and other portions can obtain sufficient toughness.
In addition, the β-type titanium alloy base material is Ti-22V-4Al consisting of 22% by mass of V, 4% by mass of Al, and the balance of Ti, and the oxygen-immersed layer is composed of the hardened layer and the heat-treated mother. When the amount of vanadium is lower than that of the material, the α-phase is sufficiently precipitated by the first heat treatment step, and a hardened layer having excellent wear resistance can be obtained.
When the part is located on the tip side of the base material after the heat treatment, it is possible to increase the hardness by forming an oxygen-immersed layer and a hardened layer in a part where high hardness is required, such as the cutting edge of a cutting tool. It can be a β-titanium alloy suitable for many applications.

本β型チタン合金の一部位の硬化面周辺を説明するための模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the vicinity of a hardened surface of a portion of the β-titanium alloy. 第2熱処理工程の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of a 2nd heat processing process. ドリルビットの例を示す斜視図である。It is a perspective view showing an example of a drill bit. 本ドリルビットの図2に示すG-Gから刃先部までの部分拡大断面図である。FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view from GG shown in FIG. 2 to the cutting edge of the drill bit; 図4の先端側の部分拡大断面図である。5 is a partially enlarged cross-sectional view of the distal end side of FIG. 4; FIG. 作製したドリルビットの先端側を軸方向に切断した画像である。It is the image which cut|disconnected the front end side of the produced drill bit in the axial direction. 図6の先端側の部分拡大図である。FIG. 7 is a partially enlarged view of the distal end side of FIG. 6; 硬化面から深部への酸素量の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the amount of oxygen from a hardened surface to a deep part. 硬化面から深部へのバナジウム量の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the amount of vanadium from a hardened surface to a deep part. ドリルビットの浸酸素層と硬化層の断面におけるO、Ti、V、Alの変化を示す分析画像である。It is an analysis image showing changes in O, Ti, V, and Al in cross sections of an oxygen-immersed layer and a hardened layer of a drill bit. ドリルビットの熱処理後母材の断面におけるO、Ti、V、Alの変化を示す分析画像である。4 is an analysis image showing changes in O, Ti, V, and Al in the cross section of the base material after heat treatment of the drill bit.

ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。 The material presented herein is intended to be illustrative and illustrative of the embodiments of the invention and is believed to be the most effective and readily comprehensible description of the principles and conceptual features of the invention. It is stated for the purpose of providing what it seems. In this regard, no attempt is made to show structural details of the invention beyond those necessary for a fundamental understanding of the invention, and the description in conjunction with the drawings will illustrate some aspects of the invention. It will be clear to those skilled in the art how it is actually implemented.

本β型チタン合金の製造方法は、β型チタン合金母材に対して第1熱処理工程、第2熱処理工程及び第3熱処理工程を順に実施して一部位の表面側から順に浸酸素層及び硬化層が形成されているβ型チタン合金を作製することを特徴とする。
作製されたβ型チタン合金1は、β型チタン合金母材を熱処理して得られた熱処理後母材11と、前記熱処理後母材11の一部位2の表面である硬化面21側から順次に形成された浸酸素層5及び硬化層6と、を備える(図1を参照)。また、一部位2の表面に酸化被覆層4が形成されていてもよい。この場合、一部位2の表面から順に、酸化被覆層4、浸酸素層5及び硬化層6が形成されている。
In the method for producing the present β-titanium alloy, a first heat treatment step, a second heat treatment step, and a third heat treatment step are sequentially performed on a β-titanium alloy base material to form an oxygen-immersed layer and harden in order from the surface side of a part. It is characterized by producing a β-type titanium alloy in which a layer is formed.
The produced β-titanium alloy 1 consists of a heat-treated base material 11 obtained by heat-treating the β-type titanium alloy base material, and a hardened surface 21 which is the surface of a portion 2 of the heat-treated base material 11 in this order. an oxygen-immersed layer 5 and a stiffening layer 6 formed in (see FIG. 1). Also, an oxide coating layer 4 may be formed on the surface of the portion 2 . In this case, an oxide coating layer 4 , an oxygen-immersed layer 5 and a hardened layer 6 are formed in this order from the surface of the part 2 .

前記一部位は、β型チタン合金に対して任意に設定された部位であり、表面の硬度が熱処理後母材11よりも高硬度となる耐摩耗性を付与させる部位である。前記一部位は、1箇所でもよいし2以上の箇所であってもよい。また、前記一部位の具体的な場所の例として、前記熱処理後母材の先端側を挙げることができる。前記熱処理後母材の先端側は、刃物の刃先等の高硬度が必要になることが多い。 The one portion is a portion that is arbitrarily set for the β-titanium alloy, and is a portion that is imparted with wear resistance such that the hardness of the surface is higher than that of the base material 11 after heat treatment. The one site may be one site or two or more sites. Further, as a specific example of the one portion, the front end side of the base material after the heat treatment can be mentioned. The tip side of the heat-treated base material often needs to have high hardness, such as the cutting edge of a cutting tool.

前記β型チタン合金母材(以下、母材と略す。)は、その結晶構造がβ相のチタン合金であれば良く、例えば、Al、C、Ga、N、O、Sn、Mo、V、Nb、Ta、Ru、Cr、Fe、Mn、Cu、Co、Si、Zr、Hf、Ni及びW等の1種、又は2種以上を含有し、残部がTi及び不可避的な不純物からなる合金とすることができる。また、本母材は、β相にα相が混在しているnearβ型チタン合金も含まれる。
より具体的なβ型チタン合金としては、Ti-V-Al系、Ti-V-Cr-Al系、Ti-Mo-V-Fe-Al系、Ti-Al-V-Cr-Mo-Zr系、Ti-Mo-Zr系、Ti-Mo-Zr-Al系、Ti-Fe系、Ti-Fe-Al系、Ti-Mo-Zr-Sn系、Ti-V-Zr-Al-Sn系、Ti-V-Cr-Al-Sn系、Ti-Al-V-Fe系、Ti-Mo-Nb-Al-Si系、Ti-Fe-Cr-Al系、Ti-Mo-Zr-Fe系、Ti-Mo系、Ti-Nb-Zr-Ta系、T-Nb系、Ti-V-Mo-Cr-Al系、Ti-V-Mo-Cr-Fe-Al系及びTi-Al-Sn-Cr-Mo-Zr-Fe系等の2元系以上のβ型チタン合金を挙げることができる。
The β-type titanium alloy base material (hereinafter abbreviated as base material) may be a titanium alloy having a β-phase crystal structure, and examples include Al, C, Ga, N, O, Sn, Mo, V, An alloy containing one or more of Nb, Ta, Ru, Cr, Fe, Mn, Cu, Co, Si, Zr, Hf, Ni and W, with the balance being Ti and unavoidable impurities can do. Further, the present base material also includes a near β-type titanium alloy in which the α phase is mixed in the β phase.
More specific β-type titanium alloys include Ti-V-Al, Ti-V-Cr-Al, Ti-Mo-V-Fe-Al, and Ti-Al-V-Cr-Mo-Zr. , Ti-Mo-Zr system, Ti-Mo-Zr-Al system, Ti-Fe system, Ti-Fe-Al system, Ti-Mo-Zr-Sn system, Ti-V-Zr-Al-Sn system, Ti -V-Cr-Al-Sn system, Ti-Al-V-Fe system, Ti-Mo-Nb-Al-Si system, Ti-Fe-Cr-Al system, Ti-Mo-Zr-Fe system, Ti- Mo system, Ti-Nb-Zr-Ta system, T-Nb system, Ti-V-Mo-Cr-Al system, Ti-V-Mo-Cr-Fe-Al system and Ti-Al-Sn-Cr-Mo Binary or higher β-type titanium alloys such as -Zr-Fe can be mentioned.

また、前記2元系以上のβ型チタン合金のより具体的なものとしては、例えば、22質量%のV、4質量%のAl及び残部のTiからなるTi-22V-4Al(以下、質量%の記載を省略する)、Ti-15V-6Cr-4Al、Ti-13V-11Cr-3Al、Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr、Ti-15Mo-5Zr、Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-2~15Fe(例えば、Ti-4Fe、Ti-4.5Fe、T-5Feを例示することができる。)、Ti-2~15Fe-1~10Al(例えば、Ti-4Fe-1Al、Ti-5Fe-1Alを例示することができる。)、Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn、Ti-11V-11Zr-2Al-2Sn、Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn、Ti-1Al-8V-5Fe、Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si、Ti-4.3Fe-7.1Cr-3Al、Ti-12Mo-6Zr-2Fe、Ti-15Mo、Ti-35Nb-7Zr-5Ta、Ti-45Nb、及びTi-5Al-5V-5Mo-3Cr等を挙げることができる。また、nearβ型チタン合金として、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-5V-5Mo-1Cr-1Fe-5Al、及びTi-5Al-2Sn-2Cr-4Mo-4Zr-1Fe等を挙げることができる。 Further, as a more specific example of the binary or higher β-type titanium alloy, for example, Ti-22V-4Al (hereinafter referred to as mass% omitted), Ti-15V-6Cr-4Al, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-15Mo-5Zr , Ti-15Mo-5Zr-3Al, Ti-2-15Fe (for example, Ti-4Fe, Ti-4.5Fe, T-5Fe can be exemplified.), Ti-2-15Fe-1-10Al (for example, Ti-4Fe-1Al, Ti-5Fe-1Al can be exemplified.), Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn, Ti-11V-11Zr-2Al-2Sn, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, Ti-1Al-8V-5Fe, Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si, Ti-4.3Fe-7.1Cr-3Al, Ti-12Mo-6Zr-2Fe, Ti-15Mo, Ti-35Nb-7Zr-5Ta, Ti-45Nb, Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr and the like can be mentioned. Examples of near β titanium alloys include Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-5V-5Mo-1Cr-1Fe-5Al, and Ti-5Al-2Sn-2Cr-4Mo-4Zr-1Fe.

前記β型チタン合金のうち、スズ原子を成分として含まないβ型チタン合金がより好ましい。このようなβ型チタン合金は、Al、C、Ga、N、O、Mo、V、Nb、Ta、Ru、Cr、Fe、Mn、Cu、Co、Si、Zr、Hf、Ni、W等の1種又は2種以上を含有し、残部がTi及び不可避的な不純物からなり、Ti-V-Al系、Ti-V-Cr-Al系、Ti-Mo-V-Fe-Al系、Ti-Al-V-Cr-Mo-Zr系、Ti-Mo-Zr系、Ti-Mo-Zr-Al系、Ti-Fe系、Ti-Fe-Al系、Ti-Al-V-Fe系、Ti-Mo-Nb-Al-Si系、Ti-Fe-Cr-Al系、Ti-Mo-Zr-Fe系、Ti-Mo系、Ti-Nb-Zr-Ta系、T-Nb系及びTi-V-Mo-Cr-Fe-Al系を挙げることができる。
また、前記β型チタン合金のより具体的なものとしては、例えば、Ti-22V-4Al、Ti-15V-6Cr-4Al、Ti-13V-11Cr-3Al、Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr、Ti-15Mo-5Zr、Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-2~15Fe、Ti-2~15Fe-1~10Al、Ti-1Al-8V-5Fe、Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si、Ti-4.3Fe-7.1Cr-3Al、Ti-12Mo-6Zr-2Fe、Ti-15Mo、Ti-35Nb-7Zr-5Ta、Ti-45Nb、Ti-10V-2Fe-3Al及びTi-5V-5Mo-1Cr-1Fe-5Alを挙げることができる。これらのうち、Ti-22V-4Al(β変態点:730℃)、Ti-15V-6Cr-4Al(β変態点:730℃)、Ti-4Fe(β変態点:830℃)、Ti-5Fe 、Ti-4Fe-1Al、Ti-5Fe-1Al、又はTi-15Mo-5Zr-3Alが特に好例として挙げることができる。
Of the β-type titanium alloys, a β-type titanium alloy containing no tin atoms as a component is more preferable. Such β-type titanium alloys include Al, C, Ga, N, O, Mo, V, Nb, Ta, Ru, Cr, Fe, Mn, Cu, Co, Si, Zr, Hf, Ni, W, etc. It contains one or more types, the balance being Ti and unavoidable impurities, Ti-V-Al system, Ti-V-Cr-Al system, Ti-Mo-V-Fe-Al system, Ti- Al-V-Cr-Mo-Zr system, Ti-Mo-Zr system, Ti-Mo-Zr-Al system, Ti-Fe system, Ti-Fe-Al system, Ti-Al-V-Fe system, Ti- Mo-Nb-Al-Si, Ti-Fe-Cr-Al, Ti-Mo-Zr-Fe, Ti-Mo, Ti-Nb-Zr-Ta, T-Nb and Ti-V- The Mo-Cr-Fe-Al system can be mentioned.
Further, more specific examples of the β-type titanium alloys include Ti-22V-4Al, Ti-15V-6Cr-4Al, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-15Mo-5Zr, Ti-15Mo-5Zr-3Al, Ti-2~15Fe, Ti-2~15Fe-1~10Al, Ti-1Al-8V-5Fe, Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si, Ti-4.3Fe-7.1Cr-3Al, Ti-12Mo-6Zr-2Fe, Ti-15Mo, Ti-35Nb-7Zr-5Ta, Ti-45Nb, Ti-10V- Mention may be made of 2Fe-3Al and Ti-5V-5Mo-1Cr-1Fe-5Al. Among these, Ti-22V-4Al (β transformation point: 730°C), Ti-15V-6Cr-4Al (β transformation point: 730°C), Ti-4Fe (β transformation point: 830°C), Ti-5Fe, Ti-4Fe-1Al, Ti-5Fe-1Al or Ti-15Mo-5Zr-3Al are particularly good examples.

母材の市販品の例として大同特殊鋼株式会社製DAT51(Ti-22V-4Al)JIS80種、株式会社神戸製鋼所製KS15-5-3(Ti-15Mo-5Zr-3Al)、新日鉄住金株式会社製SSAT-2041CF(Ti-20V-4Al-1Sn)等を挙げることができる。 Examples of commercially available base materials include DAT51 (Ti-22V-4Al) manufactured by Daido Steel Co., Ltd., JIS 80 class, KS15-5-3 (Ti-15Mo-5Zr-3Al) manufactured by Kobe Steel, Ltd., and Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation. SSAT-2041CF (Ti-20V-4Al-1Sn), etc. can be mentioned.

熱処理される母材は、通常板形状等の偏平な形状を挙げることができるが特に限定されず、必要となるβ型チタン合金製品の物品形状に応じて適宜選択されることができる。母材の大きさは特に限定されず、例えば、作製するβ型チタン合金が包丁の刃である場合、母材の厚さは、0.5~5.0mm程度とすることができる。また、摺動部材である場合の母材の厚さは、少なくとも1mm以上とすることができる。但し、各前記母材の厚さは当該厚さに限定されるものではなく、任意厚さの母材を使用することができる。 The base material to be heat-treated is not particularly limited and can be appropriately selected according to the shape of the required β-titanium alloy product, although a flat shape such as a plate can be mentioned. The size of the base material is not particularly limited. For example, when the β-titanium alloy to be produced is a blade of a kitchen knife, the thickness of the base material can be about 0.5 to 5.0 mm. Moreover, the thickness of the base material in the case of the sliding member can be at least 1 mm or more. However, the thickness of each base material is not limited to the thickness, and a base material having an arbitrary thickness can be used.

(第1熱処理工程)
第1熱処理工程は、母材を温度Hに加熱後、冷却する熱処理である溶体化を行い、熱処理された母材(以下、第1熱処理母材とする)を得る工程である。
前記熱処理は、母材全体を加熱する全体加熱であればよく、例えば低周波加熱炉等、ガス炉、電気炉等を挙げることができる。
前記熱処理の温度H(℃)は、下記式(1)を満たす温度である。
200≦H≦β-70 (1)
(式中、βは、前記β型チタン合金のβ変態点(℃)を示す)
(First heat treatment step)
The first heat treatment step is a step of heating a base material to a temperature HT and then performing solution heat treatment, which is a heat treatment for cooling, to obtain a heat-treated base material (hereinafter referred to as a first heat-treated base material).
The heat treatment may be whole heating for heating the entire base material, and examples thereof include a low-frequency heating furnace, a gas furnace, an electric furnace, and the like.
The heat treatment temperature H T (° C.) is a temperature that satisfies the following formula (1).
200≤HT≤βT - 70 (1)
(In the formula, β T indicates the β transformation point (°C) of the β-type titanium alloy)

β変態点とは、それ以上の温度で熱処理を行うと母材の結晶構造がβ単相となる温度である。本発明の第1熱処理工程では、熱処理温度Hが前記式(1)を満たすように(具体的には、β型チタン合金のβ変態点βよりも大幅に低い温度で)熱処理を行う。
通常の溶体化は融点直下となるβ変態点以上の温度で行うが、第1熱処理工程は、前記式(1)に示すβ変態点以下の温度で行うことによって、α相が全体に均等に析出し、母材の結晶構造を、β相(体心立方晶)にα相(最密立方晶)が混在した結晶構造にすることができ、通常の溶体化よりも硬度を高めたチタン合金を得ることができる。
熱処理温度Hがβ-70℃よりも高い場合、α相の析出比率が少なくなるため、第3熱処理工程での熱処理後で構造体としての靱性を保つことに寄与するα相が第1熱処理工程で得られにくく、β単相(又はそれに近い結晶構造)が第1熱処理工程で得られるおそれがある。一方、熱処理温度Hが200℃よりも低い場合、上記熱処理による効果が得られないおそれがある。そのため、熱処理温度Hは上記式(1)とする。また、熱処理温度Hの上限値はβ-80℃が好ましく、Hの下限値は500℃がより好ましい。このような温度範囲で第1熱処理工程を行うと、例えば母材のビッカース硬さが230HVのとき、230~350HVの第1熱処理母材を得ることができる。
The β transformation point is the temperature above which the crystal structure of the base material becomes a single β phase when heat treated. In the first heat treatment step of the present invention, the heat treatment is performed so that the heat treatment temperature H T satisfies the above formula (1) (specifically, at a temperature significantly lower than the β transformation point β T of the β-type titanium alloy). .
Ordinary solution treatment is performed at a temperature above the β transformation point, which is directly below the melting point, but the first heat treatment step is performed at a temperature below the β transformation point shown in the above formula (1), so that the α phase is uniformly distributed throughout. Titanium alloy that precipitates and changes the crystal structure of the base material to a crystal structure in which the α phase (close-packed cubic crystal) is mixed with the β phase (body-centered cubic crystal), and has a higher hardness than ordinary solution treatment can be obtained.
When the heat treatment temperature H T is higher than β T −70° C., the precipitation ratio of the α phase decreases. It is difficult to obtain in the heat treatment step, and there is a possibility that a β single phase (or a crystal structure close to it) may be obtained in the first heat treatment step. On the other hand, if the heat treatment temperature HT is lower than 200° C., the effect of the heat treatment may not be obtained. Therefore, the heat treatment temperature HT is defined by the above formula (1). The upper limit of the heat treatment temperature H T is preferably β T -80°C, and the lower limit of H T is more preferably 500°C. If the first heat treatment step is performed in such a temperature range, for example, when the Vickers hardness of the base material is 230 HV, the first heat treated base material with a hardness of 230 to 350 HV can be obtained.

第1熱処理工程の熱処理時間は特に限定されず、熱処理される母材の厚さ、種類等に応じて適宜設定することができる。一般的には、母材の厚さや種類にかかわらず、15分(0.25時間)以上とすることが好ましく、1時間以上がより好ましく、3時間以上がさらに好ましく、24時間以上が特に好ましい。また、熱処理時間の上限は特に問わない。
第1熱処理工程の熱処理雰囲気は特に限定されず、酸化雰囲気(大気雰囲気も含む)、不活性ガス雰囲気下(例えばアルゴン等の希ガス雰囲気下を例示することができる)及び真空下等を挙げることができる。また、酸化雰囲気下で第1熱処理工程を行い、第1熱処理母材の表面に酸化皮膜が形成された場合、形成された酸化皮膜を除去することが好ましい。
熱処理後の母材の冷却方法は特に問わず、例えば母材を水中や油中に投入して冷却する液冷等を挙げることができる。
The heat treatment time of the first heat treatment step is not particularly limited, and can be appropriately set according to the thickness, type, etc. of the base material to be heat treated. In general, regardless of the thickness and type of the base material, the time is preferably 15 minutes (0.25 hours) or longer, more preferably 1 hour or longer, even more preferably 3 hours or longer, and particularly preferably 24 hours or longer. . Moreover, the upper limit of the heat treatment time is not particularly limited.
The heat treatment atmosphere of the first heat treatment step is not particularly limited, and examples include an oxidizing atmosphere (including an air atmosphere), an inert gas atmosphere (for example, an atmosphere of a rare gas such as argon), and a vacuum. can be done. Moreover, when the first heat treatment step is performed in an oxidizing atmosphere and an oxide film is formed on the surface of the first heat-treated base material, it is preferable to remove the formed oxide film.
The method for cooling the base material after the heat treatment is not particularly limited, and examples thereof include liquid cooling in which the base material is cooled by putting it in water or oil.

(第2熱処理工程)
第2熱処理工程は、第1熱処理工程で得られた第1熱処理母材の一部位を酸化雰囲気下で局所加熱した母材(以下、第2熱処理母材とする)を得る工程である。局所加熱によって一部位2に限定して加熱し、その後冷却することにより、前記一部位2が、第3熱処理工程により表面側から順に浸酸素層5及び硬化層6となるβ単相からなる準硬化層となる。このとき、表面に酸化被覆層4が形成されていてもよい。
なお、当該局所加熱の加熱温度は限定的ではないが、当該局所加熱によって第1熱処理母材の一部位は1000℃以上(好ましくは、1300℃以上)にまで加熱されるものと推定される。
(Second heat treatment step)
The second heat treatment step is a step of obtaining a base material (hereinafter referred to as a second heat treated base material) by locally heating a portion of the first heat treated base material obtained in the first heat treatment step in an oxidizing atmosphere. By heating only one part 2 by local heating and then cooling, the one part 2 becomes a β single phase that becomes an oxygen-immersed layer 5 and a hardened layer 6 in order from the surface side by the third heat treatment step. It becomes a hardened layer. At this time, an oxide coating layer 4 may be formed on the surface.
Although the heating temperature of the local heating is not limited, it is presumed that one portion of the first heat-treated base material is heated to 1000° C. or higher (preferably 1300° C. or higher) by the local heating.

局所加熱の具体的な加熱手段として、例えば、レーザ加熱、高周波誘導加熱、ガスバーナー加熱及び電子ビーム加熱等を用いることができる。これら加熱手段のうち、レーザ加熱、高周波誘導加熱及びガスバーナー加熱からなる群から選ばれた少なくとも1種を好例として挙げることができる。 As specific heating means for local heating, for example, laser heating, high-frequency induction heating, gas burner heating, electron beam heating, and the like can be used. Among these heating means, at least one selected from the group consisting of laser heating, high-frequency induction heating and gas burner heating can be mentioned as a good example.

前記レーザ加熱の種類として、COレーザ、YAGレーザ、エキシマレーザ、UVレーザ、半導体レーザ、ファイバレーザ、LDレーザ及びLD励起固体レーザ熱等を例示することができる。具体的に、局所加熱として半導体レーザによる加熱を行う場合の条件の例として、出力50~1000Wのレーザトーチ91を、第1熱処理母材に対する移動速度6mm/sとして第1熱処理母材12の一部位2表面を溶解させることなく移動させながら加熱させることを挙げることができる(図2を参照。)。
前記高周波誘導加熱は、交流電源による高周波電流の誘導加熱で加熱することができればよく、具体的な種類は特に問わず、市販品を使用することができる。
前記ガスバーナー加熱は、燃料ガスとしてメタン、エタン、プロパン及びブタン等の炭化水素系ガスを空気と混合して燃焼させて加熱することができればよく、具体的な種類は特に問わず、市販品を使用することができる。
電子ビーム加熱は、真空中で高密度に収束させた電子ビームを対象物に照射して加熱することができればよく、具体的な種類は特に問わず、市販品を使用することができる。
Examples of the types of laser heating include CO 2 laser, YAG laser, excimer laser, UV laser, semiconductor laser, fiber laser, LD laser, and LD-excited solid-state laser heat. Specifically, as an example of conditions for heating by a semiconductor laser as local heating, a laser torch 91 with an output of 50 to 1000 W is moved at a moving speed of 6 mm / s with respect to the first heat treatment base material 12. 2 heating while moving without melting the surface (see FIG. 2).
The high-frequency induction heating may be performed by induction heating with high-frequency current from an AC power source, and commercial products can be used regardless of specific types.
The gas burner heating can be performed by mixing a hydrocarbon gas such as methane, ethane, propane and butane with air as a fuel gas and burning it for heating. can be used.
Electron beam heating can be performed by irradiating an object with an electron beam that is converged at high density in a vacuum to heat the object, and commercial products can be used regardless of the specific type.

第2熱処理工程の熱処理時には、前記局所加熱の間において、一部位2にノズル93等から不活性ガスを継続して吹き付けを行い、加熱部位以外を冷却することができる(図2を参照。)。また、前記局所加熱の終了時に吹きつけを停止することが好ましい。この局所加熱の間に限った吹き付けにより、第2熱処理母材の準硬化層の結晶粒の粗大化の防止とβ単相形成がより得られて浸酸素層5及び硬化層6の形成が容易となる。吹き付けに用いる不活性ガスは、例えばアルゴン等の希ガス及び窒素等を挙げることができる。
前記不活性ガスの吹き付け量は特に限定されないが、例えば、アルゴンガスを吹き付ける場合、口径φ6mmのノズルから10~40L/分(より好ましくは20~35L/分)の条件を挙げることができる。
通常、チタンはその表面が酸素とすぐに反応してTiOとなり、酸素進入を妨げる酸化被覆層となるため、酸素が母材の深層に進入しにくい。そこで、不活性ガスを加熱部位に吹きかけることで加熱部位付近の酸素分圧を下げて、表面の酸化被覆層の形成を抑制、又は形成された酸化被覆層の厚みが厚くなることを抑制することにより、酸素が母材のより深層に進入し易くすることができる。
そして、酸素が母材に進入した場合、化合してTiOを形成せず酸素がチタン合金中に固溶した(つまり浸酸素層が形成された)状態になる。また、単に雰囲気中の酸素分圧を下げる場合は、酸素の侵入は時間がかかる上、結晶粒の粗大化の問題があるが、不活性ガスの吹きつけを行う本方法は、短時間処理で浸酸素層が厚く形成することができ、結晶粒の粗大化も抑えられると考えられる。
During the heat treatment of the second heat treatment step, during the local heating, inert gas can be continuously blown to the part 2 from the nozzle 93 or the like to cool the part other than the heated part (see FIG. 2). . Moreover, it is preferable to stop blowing when the local heating is completed. By spraying only during this local heating, it is possible to prevent coarsening of crystal grains in the semi-hardened layer of the second heat-treated base material and to form a β single phase, thereby facilitating the formation of the oxygen-immersed layer 5 and the hardened layer 6. becomes. Examples of the inert gas used for spraying include rare gases such as argon and nitrogen.
Although the amount of the inert gas to be blown is not particularly limited, for example, when argon gas is to be blown, conditions of 10 to 40 L/min (more preferably 20 to 35 L/min) from a nozzle with a diameter of φ6 mm can be mentioned.
Normally, the surface of titanium readily reacts with oxygen to form TiO 2 , which forms an oxide coating layer that prevents oxygen from entering, so oxygen is less likely to enter deep layers of the base material. Therefore, by blowing an inert gas onto the heated portion, the partial pressure of oxygen in the vicinity of the heated portion is lowered, thereby suppressing the formation of the oxide coating layer on the surface or suppressing the thickness of the formed oxide coating layer from becoming thicker. This makes it easier for oxygen to penetrate deeper into the base material.
When oxygen penetrates into the base material, it does not combine to form TiO 2 , but instead dissolves in the titanium alloy (that is, an oxygen-immersed layer is formed). In the case of simply lowering the oxygen partial pressure in the atmosphere, it takes a long time for the oxygen to penetrate, and there is a problem of coarsening of the crystal grains. It is considered that a thick oxygen-immersed layer can be formed and coarsening of crystal grains can be suppressed.

(第3熱処理工程)
第2熱処理工程で得られた第2熱処理母材の一部位2を120時間以上熱処理して浸酸素層5及び硬化層6が形成されているβ型チタン合金1を得る工程である。当該第3熱処理工程の熱処理により、第2熱処理工程で得られた準硬化層(β単相)の硬化が促進(時効硬化ともいう。)されて、酸素が固溶している浸酸素層5、及び残部の硬化層6となる。一方、α相とβ相の2相を含む第2熱処理母材は、上記熱処理による硬化の進行は起きず熱処理後母材11となる。
そのため、構造体としての靱性を保ちつつ、優れた耐摩耗性を有するβ型チタン合金(具体的には、軟らかい熱処理後母材11と硬くて厚い浸酸素層5及び硬化層6を組み合わせたβ型チタン合金)が好適に得られる。なお、当該第3熱処理工程の示すような熱処理は、一般的に時効処理とも呼ばれている。
(Third heat treatment step)
In this step, a portion 2 of the second heat-treated base material obtained in the second heat treatment step is heat-treated for 120 hours or more to obtain a β-type titanium alloy 1 having an oxygen-immersed layer 5 and a hardened layer 6 formed thereon. The heat treatment in the third heat treatment step promotes hardening (also referred to as age hardening) of the quasi-hardened layer (β single phase) obtained in the second heat treatment step, forming an oxygen-immersed layer 5 in which oxygen is dissolved. , and the remaining hardened layer 6 . On the other hand, the second heat-treated base material containing two phases of α phase and β phase does not progress hardening due to the heat treatment, and becomes the base material 11 after the heat treatment.
Therefore, while maintaining the toughness as a structure, a β-type titanium alloy having excellent wear resistance (specifically, a β type titanium alloy) is suitably obtained. The heat treatment shown in the third heat treatment step is generally called aging treatment.

前記熱処理の加熱手段は、第1熱処理工程と同様に母材全体を加熱する全体加熱が可能な手段であればよく、例えば低周波加熱炉等、ガス炉、電気炉等を挙げることができる。また、第1熱処理工程と同じ加熱手段を用いてもよいし、異なる加熱手段を用いてもよい。
第3熱処理工程における熱処理の温度は、200~500℃が好ましく、200~450℃がより好ましい。
熱処理の時間は120時間以上とすることができる。第3熱処理工程の熱処理時間が当該範囲であることにより、浸酸素層5の硬さが400HV以上になり、耐摩耗性が向上する。なお、当該熱処理の時間の上限は、特に限定はないが、硬さが下がる過時効となる時間を上限とすることが好ましく、当該時間は例えば1000時間程度とすることができる。
The heating means for the heat treatment may be any means capable of heating the entire base material as in the first heat treatment step. Moreover, the same heating means as in the first heat treatment step may be used, or a different heating means may be used.
The heat treatment temperature in the third heat treatment step is preferably 200 to 500.degree. C., more preferably 200 to 450.degree.
The heat treatment time can be 120 hours or longer. By setting the heat treatment time of the third heat treatment process within this range, the hardness of the oxygen-immersed layer 5 becomes 400 HV or more, and the wear resistance is improved. The upper limit of the heat treatment time is not particularly limited, but it is preferable to set the upper limit of the time for overaging to reduce the hardness, and the time can be set to about 1000 hours, for example.

第3熱処理工程における雰囲気は、酸化雰囲気(大気雰囲気も含む)、不活性ガス雰囲気下(例えばアルゴン等の希ガス雰囲気下を例示することができる)及び真空下等を挙げることができる。 Examples of the atmosphere in the third heat treatment step include an oxidizing atmosphere (including an air atmosphere), an inert gas atmosphere (for example, an atmosphere of a rare gas such as argon), and a vacuum.

(酸化被覆層)
前記製造方法により形成された酸化被覆層4は、一部位2の表層に形成されており、チタンが酸化して形成された主にTiOからなる酸化層である。酸化被覆層4の厚さは用途に応じて適宜設定されるが、例えば20μm以下、好ましくは5μm以下とすることができる。前記厚みに抑えることにより、酸化被覆層4が剥離することなく、耐摩耗性を維持することができる。
(Oxide coating layer)
The oxide coating layer 4 formed by the above manufacturing method is formed on the surface layer of the part 2 and is an oxide layer mainly composed of TiO 2 formed by oxidation of titanium. The thickness of the oxide coating layer 4 is appropriately set according to the application, and can be, for example, 20 μm or less, preferably 5 μm or less. By suppressing the thickness to the above range, abrasion resistance can be maintained without exfoliation of the oxide coating layer 4 .

(浸酸素層)
浸酸素層5は、表面、又は酸化被覆層4の深層側に形成された、β相の結晶構造に酸素を固溶させたチタン合金の層である。
浸酸素層5の硬度は用途に応じて適宜設定されるが、通常500~850HV(より好ましくは更に好ましくは550~800HV)とすることができる。浸酸素層5の厚みは、5~100μm(更に好ましくは10~70μm、特に好ましくは10~50μm)を挙げることができる。
(Oxygen immersion layer)
The oxygen-immersed layer 5 is a titanium alloy layer formed on the surface or on the deep layer side of the oxide coating layer 4 and in which oxygen is dissolved in the crystal structure of the β phase.
The hardness of the oxygen-immersed layer 5 is appropriately set according to the application, but it can be usually 500 to 850 HV (more preferably 550 to 800 HV). The thickness of the oxygen-immersed layer 5 can be 5 to 100 μm (more preferably 10 to 70 μm, particularly preferably 10 to 50 μm).

(硬化層)
前記製造方法により形成された硬化層6は、浸酸素層5の深層側に形成された、結晶構造がβ相からなるチタン合金の層である。硬化層6の硬度は適宜設定されるが、通常400~550HVとすることができる。硬化層6の厚さは用途に応じて適宜設定されるが、例えば30μm~3.5mmを挙げることができる。
一部位2に負荷がかかり、酸化被覆層4や浸酸素層5に面力が加わった場合、浸酸素層5が、靱性が高い熱処理後母材11上に直接形成されていると、熱処理後母材11に前記面力により変形して各層の境界に力が加わり、浸酸素層5が熱処理後母材11から剥離したり、酸化被膜層4が浸酸素層5から剥離したりしやすくなる。一方、本チタン合金は、浸酸素層5が熱処理後母材11より高硬度の硬化層6上に形成されているため、面力が加わっても硬化層6が変形しにくく、その上に形成されている浸酸素層5及び酸化被膜層4の剥離を防止することができる。
(Hardened layer)
The hardened layer 6 formed by the above-described manufacturing method is a titanium alloy layer having a β-phase crystal structure, which is formed on the deep layer side of the oxygen-immersed layer 5 . The hardness of the hardened layer 6 is appropriately set, but it can usually be 400 to 550 HV. The thickness of the hardened layer 6 is appropriately set according to the application, and may be, for example, 30 μm to 3.5 mm.
When a load is applied to one part 2 and surface force is applied to the oxide coating layer 4 and the oxygen-immersed layer 5, if the oxygen-immersed layer 5 is directly formed on the post-heat treatment base material 11 having high toughness, The base material 11 is deformed by the surface force, and force is applied to the boundaries of each layer, making it easier for the oxygen-immersed layer 5 to separate from the base material 11 after heat treatment, or for the oxide film layer 4 to separate from the oxygen-immersed layer 5 . . On the other hand, in the present titanium alloy, since the oxygen-immersed layer 5 is formed on the hardened layer 6 having a hardness higher than that of the base material 11 after heat treatment, the hardened layer 6 is less likely to be deformed even when surface force is applied. It is possible to prevent peeling of the oxygen-immersed layer 5 and the oxide film layer 4 .

(熱処理後母材)
β型チタン合金1の熱処理後母材11は、結晶構造がβ相(体心立方晶)にα相(最密立方晶)が混在したチタン合金の層である。
熱処理後母材11の硬度は適宜設定されるが、通常ビッカース硬さが200~380HV(より好ましくは230~350HV)とすることができる。
(Base material after heat treatment)
The post-heat treatment base material 11 of the β-type titanium alloy 1 is a titanium alloy layer in which the crystal structure is a mixture of the β-phase (body-centered cubic) and the α-phase (close-packed cubic).
The hardness of the base material 11 after the heat treatment is appropriately set, but the Vickers hardness can be usually 200 to 380 HV (more preferably 230 to 350 HV).

浸酸素層5及び硬化層6と、熱処理後母材11との各々に含まれる酸素量は、浸酸素層5が最も酸素量が多く、この順に低くなる。
浸酸素層5及び硬化層6に固溶する酸素の割合は適宜選択することができ、例えば、浸酸素層5は酸素原子を3~8質量%含み、硬化層6は酸素原子を1.0~5質量%含むものとすることができる。また、好例として、浸酸素層5は酸素原子を4~6.9質量%(特に好ましくは、4.4~6.6質量%)含み、硬化層6は酸素原子を1.8~4.4質量%(特に好ましくは、2.0~4.4質量%)含むものとすることができる。
The amount of oxygen contained in each of the oxygen-immersed layer 5 and the hardened layer 6 and the post-heat treatment base material 11 is highest in the oxygen-immersed layer 5 and decreases in this order.
The proportion of oxygen dissolved in the oxygen-immersed layer 5 and the hardened layer 6 can be appropriately selected. It can contain up to 5% by mass. As a good example, the oxygen-immersed layer 5 contains 4 to 6.9% by mass of oxygen atoms (particularly preferably 4.4 to 6.6% by mass), and the hardened layer 6 contains 1.8 to 4.0% by mass of oxygen atoms. 4% by weight (particularly preferably 2.0 to 4.4% by weight).

また、β型チタン合金母材はTi-22V-4Alであるとき、前記浸酸素層5は、前記硬化層6及び前記熱処理後母材11よりもバナジウムの元素量が低くすることができる。このときの浸酸素層5はバナジウム原子を21~23質量%含み、硬化層6はバナジウム原子を21.5~25質量%含むものとすることができる。また、好例として、浸酸素層5はバナジウム原子を21.5~22.5質量%(特に好ましくは、21.8~22.2質量%)含み、硬化層6はバナジウム原子を21.8~24質量%(特に好ましくは、22~23質量%)含むものとすることができる。 Further, when the β-type titanium alloy base material is Ti-22V-4Al, the oxygen-immersed layer 5 can have a lower vanadium element content than the hardened layer 6 and the heat-treated base material 11 . At this time, the oxygen-immersed layer 5 can contain 21 to 23% by mass of vanadium atoms, and the hardened layer 6 can contain 21.5 to 25% by mass of vanadium atoms. As a good example, the oxygen-immersed layer 5 contains 21.5 to 22.5% by mass of vanadium atoms (particularly preferably 21.8 to 22.2% by mass), and the hardened layer 6 contains 21.8 to 21.8% by mass of vanadium atoms. 24% by mass (particularly preferably 22-23% by mass).

本β型チタン合金は、一部位2の表面に任意の表面処理膜を備えていてもよい。この場合、一部位2の表面から順に、表面処理膜、浸酸素層5及び硬化層6が形成されている。表面処理膜は用途に応じて適宜選択され、陽極酸化被膜の他、PVDやCVDによって蒸着されたダイヤモンドライクカーボン(DLC)、TiN、TiC等を例示することができる。 The present β-type titanium alloy may be provided with an arbitrary surface treatment film on the surface of the part 2 . In this case, a surface treatment film, an oxygen-immersed layer 5 and a hardened layer 6 are formed in this order from the surface of the part 2 . The surface treatment film is appropriately selected according to the application, and examples thereof include diamond-like carbon (DLC) deposited by PVD and CVD, TiN, TiC, etc., in addition to the anodized film.

本β型チタン合金は靱性と耐摩耗性の両方の特性が要求される各種分野で使用することができる。
β型チタン合金を備える物品としては、特に限定されず、一般的に金属を使用する物品に対して当該βチタン合金を使用することができる。具体的なβ型チタン合金を有する物品としては、機械部品、食品加工機器、調理器具、医療器具、工具等が挙げられる。
The β-titanium alloy can be used in various fields where both toughness and wear resistance properties are required.
The article comprising the β-titanium alloy is not particularly limited, and the β-titanium alloy can be used for articles that generally use metals. Examples of articles having a β-titanium alloy include machine parts, food processing equipment, cooking utensils, medical instruments, and tools.

前記機械部品としては、自動車部品、航空機部品等に用いられる摺動部材等が挙げられる。自動車部品としては、エンジン部品、コンロッド及びバルブ等が挙げられる。航空機部品としては、エンジン部品が挙げられる。摺動部材は、摺動により接触する部分を硬化面21としたβチタン合金であって、例えば、ベアリング、ベアリングボール、ローラ、コンプレッサ用ベーン、ガスタービン翼及びカムローラ等が挙げられる。
前記食品加工機器としては、食品を加工する刃先等を硬化面21としたβチタン合金を用いた機器であって、肉用スライサー、野菜用切断機及びミキサー等が挙げられる。
前記調理器具としては、刃先等を硬化面21としたβチタン合金を用いた器具であって、包丁、調理バサミ、串、鍋及びフライパン等が挙げられる。
前記医療器具としては、刃先等を硬化面21としたβチタン合金を用いた器具であって、メス、ハサミ、注射針及びドリルビット等が挙げられる。
Examples of the mechanical parts include sliding members used for automobile parts, aircraft parts, and the like. Automotive parts include engine parts, connecting rods, valves, and the like. Aircraft parts include engine parts. The sliding member is a β-titanium alloy having a hardened surface 21 at a sliding contact portion, and includes, for example, bearings, bearing balls, rollers, vanes for compressors, gas turbine blades, and cam rollers.
Examples of the food processing equipment include a meat slicer, a vegetable cutter, a mixer, and the like, which are equipment using a β-titanium alloy having a hardened surface 21 such as a cutting edge for processing food.
Examples of the cooking utensils include kitchen knives, cooking scissors, skewers, pots, frying pans, and the like, which are utensils using a β-titanium alloy with a cutting edge or the like having a hardened surface 21 .
Examples of the medical instrument include a knife, scissors, an injection needle, a drill bit, and the like, which are instruments using a β-titanium alloy having a hardened surface 21 such as a cutting edge.

前記工具としては、刃先等を硬化面21としたβチタン合金を用いた道具であり、各種切削工具(バイト、フライス及びドリルビット等)などが挙げられる。
前記ドリルビット7は、軸部71、及び前記軸部71の先端に有する一部位2である刃先部75を備える(図3~5を参照。)。ドリルビット7は、人体との親和性が望まれる医療用及び歯科用として好適に使用することができる。
The tool is a tool using a β-titanium alloy with a cutting edge or the like having a hardened surface 21, and includes various cutting tools (bite, milling cutter, drill bit, etc.).
The drill bit 7 includes a shaft portion 71 and a cutting edge portion 75 which is a portion 2 provided at the tip of the shaft portion 71 (see FIGS. 3 to 5). The drill bit 7 can be suitably used for medical and dental purposes where compatibility with the human body is desired.

一部位2は、前記軸部71の前記刃先部75から所定範囲の延設部73を含むことができる。延設部73は、浸酸素層5と熱処理後母材11との境界が切削を行う場所から離れて、刃先部75の浸酸素層5が前記境界から欠けにくくなり、ドリルビット7の耐久性を向上させることができる。延設部73が形成されている刃先部75からの長さ(延設長)は、例えば0.3~12mm(より好ましくは1~7mm)とすることができる。 The first portion 2 can include an extension portion 73 within a predetermined range from the cutting edge portion 75 of the shaft portion 71 . The extended portion 73 separates the boundary between the oxygen-immersed layer 5 and the post-heat-treatment base material 11 from the cutting location, so that the oxygen-immersed layer 5 of the cutting edge portion 75 is less likely to be chipped from the boundary, and the durability of the drill bit 7 is improved. can be improved. The length (extended length) from the cutting edge portion 75 where the extended portion 73 is formed can be, for example, 0.3 to 12 mm (more preferably 1 to 7 mm).

また、ドリルビット等の刃先部を有する食品加工機器、調理器具、医療器具及び工具の用途においては、刃先部が磨耗したときに刃先部を再形成して再利用する需要がある。
β型チタン合金を有する前記用途の各物品(又はβ型チタン合金を有する物品中のβ型チタン合金部分)は、母材を加工して刃先部の形状を再形成した後、本β型チタン合金の製造方法の第2熱処理工程及び第3熱処理工程をこの順に実施することにより、硬化面に浸酸素層及び硬化層を形成され、高硬度の刃先等を再形成することができる。実施する第2熱処理工程及び第3熱処理工程は、本β型チタン合金を作製するときの第2熱処理工程及び第3熱処理工程と同じ条件であってもよいし、異なる条件であってもよい。
In addition, in the applications of food processing equipment, cooking utensils, medical instruments and tools having cutting edges such as drill bits, there is a demand for re-forming and reusing cutting edges when the cutting edges are worn.
Each article for the above application having a β-type titanium alloy (or a β-type titanium alloy portion in an article having a β-type titanium alloy) is manufactured by processing the base material to reshape the shape of the cutting edge, and then applying the β-type titanium alloy. By performing the second heat treatment step and the third heat treatment step of the alloy manufacturing method in this order, an oxygen-immersed layer and a hardened layer are formed on the hardened surface, and a high-hardness cutting edge can be re-formed. The conditions of the second heat treatment step and the third heat treatment step to be performed may be the same as or different from those of the second heat treatment step and the third heat treatment step when producing the present β-titanium alloy.

(実施例1)
本実施例1として、医療用又は歯科用に用いるためのドリルビットを作製した。ドリルビット7はβ型チタン合金Ti-22V-4Alを母材として熱処理をして作製されたドリルビットであり、図3~5に示すように、略丸棒形状の軸部71と、軸部71の先端側に設けられる前記一部位2となる刃先部75とを備える。また、刃先部75には、軸部71の軸心上に位置する鋭端部76を備えている。更に、延設部73の延設長は、刃先部75の末端から約2mmとした。
(Example 1)
As Example 1, a drill bit for medical or dental use was produced. The drill bit 7 is a drill bit made by heat-treating a β-titanium alloy Ti-22V-4Al as a base material. As shown in FIGS. A cutting edge portion 75 provided on the tip side of 71 and serving as the one portion 2 is provided. Further, the cutting edge portion 75 is provided with a sharp end portion 76 positioned on the axis of the shaft portion 71 . Furthermore, the extension length of the extension portion 73 was set to about 2 mm from the end of the cutting edge portion 75 .

このようなドリルビット7は、次に示すように作製した。
(1)母材形成工程
始めに、β型チタン合金Ti-22V-4Al(大同特殊鋼株式会社製DAT51)の丸棒材(直径約2mm)を加工して、軸部71と刃先部75の形状を形成した母材を作製した。
(2)第1熱処理工程
その後、第1熱処理工程として母材に対して約650℃の大気雰囲気の低周波加熱炉により0.5時間加熱することにより熱処理を行い、第1熱処理母材を得た。熱処理が完了した第1熱処理母材は、水没させて室温となるまで冷却した、また、熱処理に伴って表面に形成された酸化膜を、ショットブラストを用いて除去した。前記ショットブラストは、ノズル径がφ8mm、圧力が0.5MPaの条件で、粒度がJIS R6001に準拠したF46のアルミナ粒を用いた。また、ショットブラスト後、アセトンにより洗浄した。
Such a drill bit 7 was produced as follows.
(1) Base Material Forming Step First, a round bar (about 2 mm in diameter) of β-type titanium alloy Ti-22V-4Al (DAT51 manufactured by Daido Steel Co., Ltd.) is processed to form the shaft portion 71 and the cutting edge portion 75. A preform having a shape was produced.
(2) First heat treatment step After that, as the first heat treatment step, the base material is heat treated for 0.5 hours in a low-frequency heating furnace in an air atmosphere at about 650°C to obtain a first heat-treated base material. rice field. After the heat treatment was completed, the first heat-treated base material was submerged in water and cooled to room temperature, and the oxide film formed on the surface due to the heat treatment was removed by shot blasting. The shot blasting was carried out under conditions of a nozzle diameter of φ8 mm and a pressure of 0.5 MPa, using alumina particles having a particle size of F46 conforming to JIS R6001. Also, after shot blasting, it was washed with acetone.

(3)第2熱処理工程
次いで、第2熱処理工程として第1熱処理母材の一部位2である刃先部75及び延設部73までの範囲をレーザ照射して熱処理を行い、第2熱処理母材を得た。第2熱処理工程の熱処理は、720Wの半導体レーザ(LDL160-1000、レーザライン社製)を、表面温度が1000℃以上になるように、焦点距離が100mm、デフォーカスが15mm、スポット径が1mm、傾斜角度θが10度の条件で移動速度6mm/sで照射することで行った。また、レーザを照射している間、一部位2の表面に向けたノズル93からアルゴンガスを20L/分でレーザ照射部に吹きつけた。レーザ照射終了後、直ちにアルゴンガスの吹きつけを停止し、室温となるまで自然徐冷を行った。
(3) Second heat treatment step Next, as a second heat treatment step, the range up to the cutting edge portion 75 and the extended portion 73, which are the part 2 of the first heat treated base material, is subjected to heat treatment by irradiating a laser. got The heat treatment in the second heat treatment step is carried out by using a 720 W semiconductor laser (LDL160-1000, manufactured by Laser Line Co., Ltd.) with a focal length of 100 mm, a defocus of 15 mm, a spot diameter of 1 mm, and a surface temperature of 1000 ° C. or higher. The irradiation was carried out at a moving speed of 6 mm/s under the condition that the inclination angle θ was 10 degrees. During the laser irradiation, argon gas was blown to the laser irradiation portion at 20 L/min from the nozzle 93 directed toward the surface of the portion 2 . Immediately after the end of the laser irradiation, the blowing of argon gas was stopped, and natural slow cooling was performed until the temperature reached room temperature.

(4)第3熱処理工程
その後、第3熱処理工程として第2熱処理母材を大気雰囲気の低周波加熱炉により約300℃、120時間加熱する熱処理を行い、β型チタン合金を得た。熱処理が完了した後は、室温となるまで自然徐冷を行った。
(4) Third Heat Treatment Step After that, as the third heat treatment step, the second heat treatment base material was heat treated in a low-frequency heating furnace in an air atmosphere at about 300° C. for 120 hours to obtain a β-type titanium alloy. After the heat treatment was completed, natural slow cooling was performed until the temperature reached room temperature.

作製したβ型チタン合金であるドリルビット7を縦断した画像を図6及び図7に示す。図6及び図7に示すドリルビット7の先端から2mmの範囲の一部位2である刃先部75及び延設部73の硬化面21から順に形成された酸化被覆層4、浸酸素層5及び硬化層6は、それぞれ熱処理後母材11と異なる色彩を示し、その厚みは酸化被覆層4が約5μm、浸酸素層5が約40μmであった。また、一部位2の残部は全て硬化層6となっていた。 FIGS. 6 and 7 show longitudinally sectioned images of the prepared drill bit 7 made of β-type titanium alloy. The oxide coating layer 4, the oxygen-immersed layer 5, and the hardened surface 21 formed in order from the hardened surface 21 of the cutting edge portion 75 and the extension portion 73, which are a portion 2 within a range of 2 mm from the tip of the drill bit 7 shown in FIGS. Layer 6 showed a color different from that of base material 11 after heat treatment, and its thickness was about 5 μm for oxide coating layer 4 and about 40 μm for oxygen-immersed layer 5 . In addition, the remaining portion of the one portion 2 was entirely the hardened layer 6 .

作成したドリルビット7において、酸化被覆層4表面と、浸酸素層5、硬化層6及び熱処理後母材11とのビッカース硬さを計測した。
酸化被覆層4(刃先部75)の表面のビッカース硬さは、約590HVであり、人骨に対して穿孔可能であることがわかる。また、表面から30μmの位置まで研磨して、浸酸素層5を露出させた後計測したところ、ビッカース硬さが約500~約520HVであった。
更に、熱処理後母材11のビッカース硬さは、表面から0.5mmの位置で計測したところ約240HVであった。また、熱処理後母材11は、β相にα相が混在した結晶構造であり、穿孔によって破断することがない靱性を備えている。
In the prepared drill bit 7, the Vickers hardness of the surface of the oxide coating layer 4, the oxygen-immersed layer 5, the hardened layer 6, and the heat-treated base material 11 was measured.
The Vickers hardness of the surface of the oxide coating layer 4 (cutting edge portion 75) is about 590 HV, and it is understood that a hole can be drilled into a human bone. Further, when measured after exposing the oxygen-immersed layer 5 by polishing to a position 30 μm from the surface, the Vickers hardness was about 500 to about 520 HV.
Furthermore, the Vickers hardness of the base material 11 after heat treatment was about 240 HV when measured at a position of 0.5 mm from the surface. In addition, the post-heat treatment base material 11 has a crystal structure in which the α phase is mixed in the β phase, and has toughness that does not break due to piercing.

このようなドリルビット7は、β型チタン合金の母材を熱処理して作製されており、超硬チップ等の小片等を接合していないため、前記小片等が接合箇所から脱落することがなく、手術等の用途に適している。また、チタン合金を用いることにより人体との相互作用が少ない。
更に、ドリルビット7を用いて、エポキシ樹脂とガラス短繊維からなる厚さ6mmの加圧整形板である皮質骨シート(SAW3401-04、株式会社アヴィス社製)に穴開けを5箇所行った後、刃先部75の観察を行ったところ、酸化被覆層4の剥離も見られず良好であった。一方、比較例として同形状のSUS420J2製ドリルビットを用いて同様の穴開けを行った後、刃先部75の観察を行ったところ、刃の大部分が欠ける等の磨耗が見られた。
Such a drill bit 7 is produced by heat-treating a base material of a β-titanium alloy, and since it does not have small pieces such as cemented carbide tips attached thereto, the small pieces do not come off from the joints. , suitable for applications such as surgery. Also, by using a titanium alloy, there is little interaction with the human body.
Furthermore, using a drill bit 7, after drilling five holes in a cortical bone sheet (SAW3401-04, manufactured by Avis Co., Ltd.), which is a 6 mm-thick pressure shaping plate made of epoxy resin and short glass fibers. When the cutting edge portion 75 was observed, the peeling of the oxide coating layer 4 was not observed and it was good. On the other hand, as a comparative example, a SUS420J2 drill bit of the same shape was used to drill a hole in the same manner, and then the cutting edge 75 was observed.

作製したドリルビット7の浸酸素層5及び硬化層6との酸素量等の違いを確認するため、定量分析を行った。この定量分析は、電子プローブマイクロアナライザー(JXA-8530、日本電子製)を用い、線分析及び面分析を行った。ドリルビット7の硬化面21(実施例)、及び熱処理後母材11表面(比較例)から100μmまでの各々の酸素量変化及びバナジウム量を示す線分析グラフを図8及び図9に示す。また、ドリルビット7表面(図面上方)から深部(図面下方)におけるO、Ti、V、Alの変化を示す面分析グラフを図10及び図11に示す。 Quantitative analysis was performed in order to confirm the difference in oxygen content between the oxygen-immersed layer 5 and the hardened layer 6 of the prepared drill bit 7 . For this quantitative analysis, line analysis and surface analysis were performed using an electron probe microanalyzer (JXA-8530, manufactured by JEOL Ltd.). 8 and 9 are line analysis graphs showing changes in oxygen content and vanadium content from the hardened surface 21 of the drill bit 7 (example) and the surface of the base material 11 after heat treatment (comparative example) to 100 μm. 10 and 11 are surface analysis graphs showing changes in O, Ti, V, and Al from the surface of the drill bit 7 (upper part of the drawing) to the deep part (lower part of the drawing).

図8に示すとおり、実施例における酸素量は、浸酸素層5に相当する表面からの深さ5μm、10μmにおいてはそれぞれ6.6質量%、6.9質量%となっており、硬化層6に相当する深さ50μm以上の3.9~2.7質量%、及び熱処理後母材11に相当する深さ55μm以上の2.7質量%以下に対して著しく大きな酸素が固溶した層が形成されていることがわかる。
一方、第2熱処理工程を行っていない比較例は、酸素量は深さにかかわらず大きな変化がなく、1.4~1.8質量%の範囲内である。
このように、第2熱処理工程の有無により、酸素量が大きく変化したのは、第2熱処理工程により、一部位2の表層の結晶構造がβ相単体となり、酸化膜が形成されやすくなったためだと考えられる。
As shown in FIG. 8, the amount of oxygen in the example is 6.6% by mass and 6.9% by mass at depths of 5 μm and 10 μm from the surface corresponding to the oxygen-immersed layer 5 . 3.9 to 2.7% by mass at a depth of 50 μm or more corresponding to , and 2.7% by mass or less at a depth of 55 μm or more corresponding to the base material 11 after heat treatment. It can be seen that they are formed.
On the other hand, in the comparative example in which the second heat treatment step was not performed, the oxygen content did not change significantly regardless of the depth, and was within the range of 1.4 to 1.8% by mass.
The reason why the amount of oxygen changed greatly depending on the presence or absence of the second heat treatment process is that the crystal structure of the surface layer of the part 2 became a single β phase due to the second heat treatment process, and the oxide film was easily formed. it is conceivable that.

面分析の計測結果の画像を確認したところ、実施例において表層の酸化被覆層4(図10における上方)から深層の熱処理後母材11(図10における下方)に掛けて減少していることがわかる。一方、比較例の酸素量は図11に示すように、場所にかかわらず大きな変化がないことがわかる。 As a result of checking the image of the measurement result of the surface analysis, it was found that in the example, it decreased from the surface oxide coating layer 4 (upper in FIG. 10) to the deep heat-treated base material 11 (lower in FIG. 10). Recognize. On the other hand, as shown in FIG. 11, it can be seen that the amount of oxygen in the comparative example does not change significantly regardless of the location.

バナジウム量について図9に示すように、表層の21.8質量%から深層(100μm)の23質量%に掛けて漸次増加している。一方、比較例のバナジウム量は図10に示すように、図10に示すように、場所にかかわらず大きな変化がないことがわかる。
このような違いは第1熱処理工程でα相が析出するため、その影響により第2熱処理工程で残ったβ相の部分にバナジウムが集まっていると考えられる。
As shown in FIG. 9, the amount of vanadium gradually increases from 21.8% by mass in the surface layer to 23% by mass in the deep layer (100 μm). On the other hand, as shown in FIG. 10, it can be seen that the amount of vanadium in the comparative example does not change significantly regardless of the location.
Such a difference is considered to be due to the fact that the α-phase precipitates in the first heat treatment step, and vanadium is concentrated in the β-phase portion remaining in the second heat treatment step due to its influence.

このように、酸素量が硬化層6より固溶により増えている浸酸素層5により、一部位2の硬度を高めつつ、酸化被覆層4及び浸酸素層5が硬化層6を介して靱性を備える熱処理後母材11に形成されているため、酸化被覆層4及び浸酸素層5が剥離しにくいβ型チタン合金とすることができる。また、このようなβ型チタン合金を用いるドリルビットは、刃先部75の硬度を高めつつ、靱性を備える熱処理後母材11により軸部71の靱性を高めることができるため、切削が容易で強靱なドリルビットとすることができる。
また、酸化被覆層4及び浸酸素層5と、熱処理後母材11との境界が、切削を行う刃先部75から離れており、切削中に切削対象と直接接触しない延設部73に位置しているため酸化被覆層4や浸酸素層5が境界から欠けにくくなるため、ドリルビットの耐久性を向上させることができる。
In this way, the oxygen-immersed layer 5, in which the amount of oxygen is increased by solid solution from the hardened layer 6, increases the hardness of the one portion 2 while the oxide coating layer 4 and the oxygen-immersed layer 5 increase the toughness through the hardened layer 6. Since it is formed on the base material 11 after heat treatment, the oxide coating layer 4 and the oxygen-immersed layer 5 can be a β-type titanium alloy that is difficult to peel off. Further, in the drill bit using such a β-type titanium alloy, the hardness of the cutting edge portion 75 can be increased, and the toughness of the shaft portion 71 can be increased by the post-heat treatment base material 11 having toughness. drill bit.
In addition, the boundary between the oxide coating layer 4 and the oxygen-immersed layer 5 and the post-heat treatment base material 11 is located at the extended portion 73, which is away from the cutting edge portion 75 for cutting and does not come into direct contact with the cutting object during cutting. Since the oxide coating layer 4 and the oxygen-immersed layer 5 are less likely to be chipped from the boundary, the durability of the drill bit can be improved.

(実施例2)
次いで、前記実施例1のドリルビット7の刃先部75を研磨して酸化被覆層4及び浸酸素層5を全て除去した後、刃先部75の形状を加工して再形成した。その後、実施例1と同じ条件で第2熱処理工程及び第3熱処理工程を順次行い、酸化被覆層4、浸酸素層5及び硬化層6を再形成したドリルビット7’を作製した。このように刃先部75を再形成したドリルビット7’は、酸化被覆層4のビッカース硬さを測定したところ約590HVであり、第1熱処理工程を再実施することなくドリルビット7として再利用できることが分かった。
(Example 2)
Next, after the cutting edge portion 75 of the drill bit 7 of Example 1 was ground to remove all of the oxide coating layer 4 and the oxygen-immersed layer 5, the shape of the cutting edge portion 75 was reshaped. After that, the second heat treatment step and the third heat treatment step were sequentially performed under the same conditions as in Example 1, and a drill bit 7' in which the oxide coating layer 4, the oxygen-immersed layer 5 and the hardened layer 6 were re-formed was manufactured. When the Vickers hardness of the oxide coating layer 4 was measured, the drill bit 7' having the cutting edge portion 75 re-formed in this way had a Vickers hardness of about 590 HV, and could be reused as the drill bit 7 without repeating the first heat treatment step. I found out.

尚、本発明においては、以上に示した実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。本β型チタン合金及びその製造方法の実施例はドリルビット7であるがこれに限られず、包丁、メス、鋏、食品用カッター等の任意の刃物であってもよいし、機械部品等であってもよい。また、ドリルビット7は、鋭端部76の有無を問わない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified within the scope of the present invention according to the purpose and application. An embodiment of the present β-titanium alloy and its manufacturing method is a drill bit 7, but it is not limited to this, and any cutlery such as a kitchen knife, a scalpel, scissors, a food cutter, or a machine part may be used. may Also, the drill bit 7 may or may not have the sharp end 76 .

1;β型チタン合金、11;熱処理後母材、2;一部位、21;硬化面、4;酸化被覆層、5;浸酸素層、6;硬化層、
7;ドリルビット、71;軸部、72;排出溝、73;延設部、75;刃先部、76;鋭端部。
1; β-type titanium alloy, 11; base material after heat treatment, 2; one part, 21; hardened surface, 4; oxide coating layer, 5;
7; drill bit, 71; shank, 72; discharge groove, 73; extension, 75; cutting edge, 76;

Claims (6)

β型チタン合金母材を熱処理してその一部位の表面側から順に酸化被覆層、浸酸素層及び硬化層が形成されているβ型チタン合金を作製する製造方法であって、
前記β型チタン合金母材を下記式(1)で表される温度H(℃)で熱処理する第1熱処理工程と、
前記熱処理された前記β型チタン合金母材の前記一部位を酸化雰囲気下で1000℃以上の温度にて局所加熱し、
前記局所加熱の間において、前記一部位の加熱部以外に不活性ガスを継続して吹き付けて冷却し、前記局所加熱の終了時に前記吹きつけを停止し、
加熱部位付近の雰囲気は不活性ガスを含む前記酸化雰囲気である第2熱処理工程と、
前記第2熱処理工程で熱処理された前記β型チタン合金母材を200~500℃の温度にて120時間以上熱処理して前記β型チタン合金を得る第3熱処理工程と、この順に実施し、
前記浸酸素層の硬度は前記硬化層の硬度よりも大きく、前記硬化層の硬度は前記熱処理後母材の硬度よりも大きいことを特徴とするβ型チタン合金の製造方法。
200≦H≦β-70 (1)
(式中、βは、前記β型チタン合金のβ変態点(℃)を示す)
A production method for heat-treating a β-type titanium alloy base material to produce a β-type titanium alloy in which an oxide coating layer, an oxygen-immersed layer and a hardened layer are formed in order from the surface side of a part of the base material,
a first heat treatment step of heat-treating the β-type titanium alloy base material at a temperature H T (° C.) represented by the following formula (1);
locally heating the portion of the heat-treated β-type titanium alloy base material at a temperature of 1000° C. or higher in an oxidizing atmosphere ;
During the local heating, the inert gas is continuously blown to cool the part other than the one heated part, and the blow is stopped at the end of the local heating,
a second heat treatment step in which the atmosphere in the vicinity of the heated portion is the oxidizing atmosphere containing an inert gas ;
a third heat treatment step of obtaining the β-type titanium alloy by heat-treating the β-type titanium alloy base material heat-treated in the second heat-treatment step at a temperature of 200 to 500° C. for 120 hours or longer , and
A method for producing a β-type titanium alloy , wherein the hardness of the oxygen-immersed layer is higher than the hardness of the hardened layer, and the hardness of the hardened layer is higher than the hardness of the heat-treated base material .
200≤HT≤βT - 70 (1)
(In the formula, β T indicates the β transformation point (°C) of the β-type titanium alloy)
前記不活性ガスの吹き付け量が10~40L/分である請求項1記載のβ型チタン合金の製造方法。 2. The method for producing a β-titanium alloy according to claim 1 , wherein the inert gas is blown at an amount of 10 to 40 L/min . 前記浸酸素層の厚さは5~50μmであり、前記酸化被覆層の厚さは5μm以下である請求項1に記載のβ型チタン合金の製造方法。 2. The method for producing a β-type titanium alloy according to claim 1 , wherein the oxygen-immersed layer has a thickness of 5 to 50 μm, and the oxide coating layer has a thickness of 5 μm or less . β相にα相が混在したチタン合金からなる母材と、前記母材の一部位に形成された浸酸素層及び前記浸酸素層の前記母材側に形成された硬化層と、を備えるβ型チタン合金であって、
前記浸酸素層は、β相の結晶構造に酸素を固溶させたチタン合金の層であり、
前記浸酸素層に含まれる酸素量は前記硬化層に含まれる酸素量よりも大きく、前記硬化層に含まれる酸素量は前記熱処理後母材に含まれる酸素子量よりも大きく、
前記浸酸素層と前記硬化層との境界において前記酸素量が前記浸酸素層から前記硬化層に至るまで連続的に減少しており、
前記浸酸素層の硬度は前記硬化層の硬度よりも大きく、前記硬化層の硬度は前記熱処理後母材の硬度よりも大きく、
前記浸酸素層の厚さは5~50μmであることを特徴とするβ型チタン合金。
A base material made of a titanium alloy in which an α phase is mixed in a β phase, an oxygen-immersed layer formed in a part of the base material, and a hardened layer formed on the base material side of the oxygen-immersed layer β type titanium alloy,
The oxygen-immersed layer is a titanium alloy layer in which oxygen is dissolved in the crystal structure of the β phase,
The amount of oxygen contained in the oxygen-immersed layer is larger than the amount of oxygen contained in the hardened layer, and the amount of oxygen contained in the hardened layer is larger than the amount of oxygen contained in the heat-treated base material,
the amount of oxygen at the boundary between the oxygen-immersed layer and the hardened layer continuously decreases from the oxygen-immersed layer to the hardened layer;
The hardness of the oxygen-immersed layer is greater than the hardness of the hardened layer, and the hardness of the hardened layer is greater than the hardness of the heat-treated base material,
A β-type titanium alloy, wherein the oxygen-immersed layer has a thickness of 5 to 50 μm .
丸棒状形状の軸部と、前記軸部の前記先端側に設けた刃先部と、を備えるドリルビットであって、A drill bit comprising a round bar-shaped shank and a cutting edge provided on the distal end side of the shank,
前記軸部は、前記請求項4に記載の母材からなり、The shaft portion is made of the base material according to claim 4,
前記刃先部は、前記請求項4に記載の前記一部位に浸酸素層及び前記浸酸素層の前記母材側に硬化層が形成されたことを特徴とするドリルビット。5. A drill bit, wherein said cutting edge portion has an oxygen-impregnated layer formed on said one portion according to claim 4 and a hardened layer formed on said base material side of said oxygen-impregnated layer.
請求項5に記載のドリルビットの再利用方法であって、A method for reusing a drill bit according to claim 5,
使用済の前記ドリルビットの前記一部位の前記浸酸素層を除去して、前記浸酸素層が除去された新たな刃先部の形状を形成し、removing the oxygen-immersed layer from the part of the used drill bit to form a new cutting edge shape from which the oxygen-immersed layer has been removed;
その後、前記新たな刃先部の形状が形成された母材の新たな一部位を酸化雰囲気下で1000℃以上の温度にて局所加熱し、前記局所加熱の間において、前記一部位の加熱部以外に不活性ガスを継続して吹き付けて冷却し、前記局所加熱の終了時に前記吹きつけを停止し、加熱部位付近の雰囲気は不活性ガスを含む前記酸化雰囲気である第2熱処理工程と、After that, a new part of the base material on which the shape of the new cutting edge is formed is locally heated at a temperature of 1000 ° C. or higher in an oxidizing atmosphere, and during the local heating, the part other than the heated part is heated. a second heat treatment step in which an inert gas is continuously blown to cool the portion, the blowing is stopped when the local heating is completed, and the atmosphere near the heated portion is the oxidizing atmosphere containing the inert gas;
前記第2熱処理工程で熱処理された母材を200~500℃の温度にて120時間以上熱処理してβ型チタン合金を得る第3熱処理工程と、を、この順に実施して、新浸酸素層を、前記浸酸素層が除去された前記新たな一部位に形成することを特徴とするドリルビットの再利用方法。and a third heat treatment step of obtaining a β-type titanium alloy by heat treating the base material heat-treated in the second heat treatment step at a temperature of 200 to 500° C. for 120 hours or longer, and is formed on the new part from which the oxygen-immersed layer has been removed.
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