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JP7799181B2 - Titanium alloy member and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP7799181B2 - Titanium alloy member and manufacturing method thereof - Google Patents

Titanium alloy member and manufacturing method thereof

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JP7799181B2 JP2022056801A JP2022056801A JP7799181B2 JP 7799181 B2 JP7799181 B2 JP 7799181B2 JP 2022056801 A JP2022056801 A JP 2022056801A JP 2022056801 A JP2022056801 A JP 2022056801A JP 7799181 B2 JP7799181 B2 JP 7799181B2
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Description

本発明は、チタン合金部材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a titanium alloy member and a manufacturing method thereof.

エンジンバルブおよびコネクティングロッドのような自動車等の駆動部材は、繰り返し負荷を受けて使用される。このため、上記駆動部材には、高い強度を有するとともに、高い疲労特性をも備えることが求められる。 Drive components in automobiles, such as engine valves and connecting rods, are subjected to repeated loads during use. For this reason, these drive components are required to have high strength as well as excellent fatigue properties.

駆動部材にも利用されるα+β型チタン合金は、加工、熱処理といった製造条件を制御し、強度を高めることができる。その一方、上記合金は、製造条件を制御して疲労特性を高めようとすると、生産性が低下するといった問題がある。具体的には、疲労特性が良好な等軸組織に金属組織を制御するためには、α+β二相域で熱間加工等をする必要があり、変形抵抗が大きくなる。この結果、生産性が低下する。 Alpha + beta titanium alloys, which are also used in drive components, can have increased strength by controlling manufacturing conditions such as processing and heat treatment. However, when attempting to improve fatigue properties by controlling manufacturing conditions, these alloys suffer from the problem of reduced productivity. Specifically, in order to control the metal structure to an equiaxed structure with good fatigue properties, hot working must be performed in the alpha + beta two-phase region, which increases deformation resistance. As a result, productivity decreases.

そこで、非特許文献1ならびに特許文献1および2では、α+β二相域ではなく、β単相域で熱間加工または熱処理を行った場合であっても、合金の疲労特性を向上させる方法が検討されている。通常、β単相域で、熱間加工、または熱処理を行った場合、等軸組織ではなく、粗大な針状組織等が形成してしまい、疲労特性が低下する。 Therefore, Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 and 2 investigate methods for improving the fatigue properties of alloys even when hot working or heat treatment is performed in the β single-phase region rather than the α + β two-phase region. Normally, when hot working or heat treatment is performed in the β single-phase region, a coarse acicular structure is formed instead of an equiaxed structure, resulting in reduced fatigue properties.

非特許文献1には、β単相域での溶体化処理後に水冷することで、針状組織をより微細にし、疲労特性を向上させたチタン合金部材が開示されている。また、特許文献1には、β変態点を超える温度で加熱等を行うとともに、Ms点以上の温度から急冷し微細なマルテンサイト組織に制御することで、疲労特性を向上させたチタン合金部材が開示されている。 Non-Patent Document 1 discloses a titanium alloy member in which the acicular structure is refined and fatigue properties are improved by water cooling after solution treatment in the β single-phase region. Patent Document 1 also discloses a titanium alloy member in which the fatigue properties are improved by heating the material to a temperature above the β transformation point and then rapidly cooling it from a temperature above the Ms point to control the formation of a fine martensite structure.

特開平2-213453号公報Japanese Patent Application Publication No. 2-213453 特開平6-184683号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-184683

G.Lutjering,A.Gysler:Titanium Science and Technology,4(1985),p.2065G. Lutjering, A. Gysler: Titanium Science and Technology, 4 (1985), p. 2065

上述した非特許文献1および特許文献1では、チタン合金部材を製造する際に水冷を行う必要がある。このような水冷を行うと、残留応力が生じることで、曲がりなどの変形を引き起こす。この結果、その後の切削加工および研磨などの工程負荷が大きくなるといった問題がある。 The above-mentioned Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 require water cooling when manufacturing titanium alloy parts. Such water cooling generates residual stress, which can lead to deformation such as bending. This results in increased process loads for subsequent cutting and polishing, among other processes.

特許文献2には、水冷を行わずに針状組織を制御したチタン合金部材が開示されているものの、疲労特性および合金コストの観点からさらなる改善の余地がある。 Patent Document 2 discloses a titanium alloy component in which the acicular structure is controlled without water cooling, but there is room for further improvement in terms of fatigue properties and alloy costs.

本発明は、上記の課題を解決し、β単相域で加工を行った場合に、水冷を行わなくとも、疲労特性に優れるチタン合金部材およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to solve the above problems and provide a titanium alloy component that exhibits excellent fatigue properties when processed in the β single-phase region without water cooling, as well as a method for manufacturing the same.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のチタン合金部材およびその製造方法を要旨とする。 The present invention was made to solve the above problems, and is summarized as follows: The titanium alloy member and its manufacturing method.

(1)長手方向を有するチタン合金部材であって、
前記長手方向に垂直な断面の表層部における金属組織が、
複数のα相の結晶粒を有するαコロニーを含む針状組織であり、
前記αコロニーの平均径は、10μm以上300μm未満であり、
前記α相は、hcp構造を有し、前記αコロニーからなる領域の中で、前記hcp構造におけるc軸と前記長手方向とのなす角が0~45°であるα相の領域の面積率が30%以下である、チタン合金部材。
(1) A titanium alloy component having a longitudinal direction,
The metal structure in the surface layer portion of the cross section perpendicular to the longitudinal direction is
an acicular structure including α colonies having a plurality of α phase crystal grains;
the average diameter of the α colonies is 10 μm or more and less than 300 μm,
The α phase has a hcp structure, and in the region consisting of the α colonies, the area ratio of the α phase region in which the angle between the c axis of the hcp structure and the longitudinal direction is 0 to 45° is 30% or less.

(2)化学組成が、質量%で、
Al:4.4~5.5%、
Fe:1.4~2.5%、
Mo:1.5~5.5%、
O:0.05~0.25%、
残部:Tiおよび不純物である、上記(1)に記載のチタン合金部材。
(2) Chemical composition, in mass%,
Al: 4.4-5.5%,
Fe: 1.4-2.5%,
Mo: 1.5-5.5%,
O: 0.05-0.25%,
The titanium alloy member according to (1) above, wherein the balance is Ti and impurities.

(3)化学組成が、質量%で、
Al:5.50~6.75%、
V:3.5~4.5%、
Fe:0.05~0.40%、
O:0.05~0.25%、
残部:Tiおよび不純物である、上記(1)に記載のチタン合金部材。
(3) Chemical composition, in mass%,
Al: 5.50-6.75%,
V: 3.5-4.5%,
Fe: 0.05-0.40%,
O: 0.05-0.25%,
The titanium alloy member according to (1) above, wherein the balance is Ti and impurities.

(4)化学組成が、質量%で、
Al:5.50~6.50%、
Sn:1.75~2.25%、
Zr:3.5~4.5%、
Mo:1.8~2.2%、
Si:0.10%以下、
Fe:0.02~0.25%、
O:0.02~0.15%、
残部:Tiおよび不純物である、上記(1)に記載のチタン合金部材。
(4) Chemical composition, in mass%,
Al: 5.50-6.50%,
Sn: 1.75-2.25%,
Zr: 3.5 to 4.5%,
Mo: 1.8-2.2%,
Si: 0.10% or less,
Fe: 0.02-0.25%,
O: 0.02-0.15%,
The titanium alloy member according to (1) above, wherein the balance is Ti and impurities.

(5)エンジンバルブである、上記(1)~(4)に記載のチタン合金部材。 (5) A titanium alloy component according to any one of (1) to (4) above, which is an engine valve.

(6)コネクティングロッドである、上記(1)~(4)に記載のチタン合金部材。 (6) The titanium alloy component described in (1) to (4) above, which is a connecting rod.

(7)上記(1)~(6)に記載のチタン合金部材の製造方法であって、
(Tβ+20)℃以上での総加熱時間が10分以下となるよう、(Tβ+20)℃以上1240℃以下の温度まで加熱した後に空冷する熱処理工程を有し、
前記熱処理工程において、(Tβ-10)~(Tβ+20)℃の温度域での昇温速度が3℃/s以上である、チタン合金部材の製造方法。
(7) A method for producing a titanium alloy part according to any one of (1) to (6) above,
a heat treatment step of heating to a temperature of (Tβ+20)°C or higher and 1240°C or lower and then air-cooling so that the total heating time at (Tβ+20)°C or higher is 10 minutes or less;
In the heat treatment step, the temperature rise rate in the temperature range of (Tβ-10) to (Tβ+20)°C is 3°C/s or more.

(8)前記熱処理工程の前に、切削加工を行う、切削加工工程をさらに有する、上記(7)に記載のチタン合金部材の製造方法。 (8) The method for manufacturing a titanium alloy component according to (7) above, further comprising a cutting process step in which cutting is performed before the heat treatment process.

(9)前記切削加工工程の前に、(Tβ+70)℃以上(Tβ+270)℃未満の温度に加熱して、(Tβ+50)℃以上の温度域で減面率が10%以上の加工を行った後、(Tβ-100)℃以上(Tβ+50)℃未満の温度域で減面率が30%以上85%未満の加工を行う、成形加工工程をさらに有する、上記(8)に記載のチタン合金部材の製造方法。 (9) A method for producing a titanium alloy part as described in (8) above, further comprising a forming process step in which, prior to the cutting process, the material is heated to a temperature of (Tβ + 70)°C or higher but lower than (Tβ + 270)°C, processed at a temperature range of (Tβ + 50)°C or higher with an area reduction of 10% or more, and then processed at a temperature range of (Tβ - 100)°C or higher but lower than (Tβ + 50)°C with an area reduction of 30% or higher but lower than 85%.

本発明によれば、β単相域で加工を行った場合に、水冷を行わなくとも、疲労特性に優れるチタン合金部材を得ることができる。 According to the present invention, when processed in the β single-phase region, titanium alloy components with excellent fatigue properties can be obtained without water cooling.

図1は、針状組織を示した組織写真である。FIG. 1 is a photograph of the structure showing the acicular structure. 図2は、等軸組織を示した組織写真である。FIG. 2 is a structural photograph showing the equiaxed structure. 図3は、αコロニーを示した組織写真である。FIG. 3 is a tissue photograph showing α colonies.

本発明者らは、β相単相域で加工を行った場合に形成する針状組織について、検討を行い、チタン合金部材の疲労特性について、以下の(a)~(c)の知見を得た。 The inventors investigated the acicular structure that forms when processing is performed in the single-phase β region, and obtained the following findings (a) to (c) regarding the fatigue properties of titanium alloy components.

(a)針状組織中の粗大なα相が、疲労破壊の起点になる。この結果、疲労強度が低下する。そこで、本発明者らは、この粗大なα相に着目した。そして、この粗大なα相が、同一の結晶方位を有する針状のα相の結晶粒(以下、「α相粒」と記載する。)の集合体(以下、「αコロニー」と記載する。)であることを明らかにした。 (a) The coarse α phase in the acicular structure becomes the starting point for fatigue fracture, resulting in a decrease in fatigue strength. Therefore, the inventors focused on this coarse α phase. They discovered that this coarse α phase is an aggregate (hereinafter referred to as an "α colony") of acicular α phase crystal grains (hereinafter referred to as "α phase grains") with the same crystal orientation.

(b)疲労特性を向上させるためには、αコロニーを微細にすることが有効である。また、本発明者らは、破壊の起点となるαコロニーを構成する結晶粒が、特定の結晶方位を有することも明らかにした。このため、αコロニーを構成する結晶粒の結晶方位を制御し、破壊の起点となるようなαコロニーの形成を抑制することも有効である。 (b) In order to improve fatigue properties, it is effective to make the α colonies finer. The inventors have also clarified that the crystal grains that make up the α colonies, which are the starting points for fracture, have a specific crystal orientation. Therefore, it is also effective to control the crystal orientation of the crystal grains that make up the α colonies and suppress the formation of α colonies that can serve as the starting points for fracture.

(c)以上の点を踏まえ、αコロニーの大きさおよびαコロニーを構成する結晶粒の結晶方位を制御する上で、製造条件を制御するのが好ましい。水冷を行わずに、上述した組織制御を行うために、β単相域での加工後に行われる熱処理で、昇温速度を通常よりも速く行った後に、空冷するのが有効である。 (c) In light of the above, it is preferable to control the manufacturing conditions in order to control the size of the α colonies and the crystal orientation of the crystal grains that make up the α colonies. In order to achieve the above-mentioned structural control without water cooling, it is effective to heat the material at a faster rate than usual during heat treatment after processing in the β single-phase region, followed by air cooling.

本発明の一実施形態は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本実施形態の各要件について詳しく説明する。 One embodiment of the present invention was developed based on the above findings. Each requirement of this embodiment will be explained in detail below.

1.チタン合金部材の金属組織
1-1.針状組織およびαコロニー
疲労強度は、表面付近の金属組織に影響を受ける。このため、本実施形態のチタン合金部材では、表層部のαコロニーの大きさを制御する。
1. Metal structure of titanium alloy member 1-1. Acicular structure and α colonies Fatigue strength is affected by the metal structure near the surface. For this reason, in the titanium alloy member of this embodiment, the size of the α colonies in the surface layer is controlled.

本実施形態のチタン合金部材は、長手方向を有するチタン合金材であり、長手方向に垂直な断面の表層部における金属組織を制御する。具体的には、長手方向に垂直な断面の表層部における金属組織を針状組織とする。 The titanium alloy part of this embodiment is a titanium alloy material having a longitudinal direction, and the metal structure in the surface layer of the cross section perpendicular to the longitudinal direction is controlled. Specifically, the metal structure in the surface layer of the cross section perpendicular to the longitudinal direction is made to have an acicular structure.

ここで、表層部とは、長手方向に垂直な断面において、チタン合金部材の表面から深さ方向に1mmまでの領域のことをいう。なお、表層部の組織は、後述する測定視野の範囲で観察および測定を行えばよく、全ての範囲で観察および測定を行う必要はない。 Here, the surface layer refers to the region extending from the surface of the titanium alloy component to a depth of 1 mm in a cross section perpendicular to the longitudinal direction. Note that the structure of the surface layer only needs to be observed and measured within the measurement field of view described below; it is not necessary to observe and measure the entire area.

また、針状組織とは、β単相域から冷却する際に形成する組織であり、図1に示すように、板状または針状のα相粒(以下、「針状α粒」ともいう。)を含む微視組織のことをいう。なお、図2に、α+β二相域から冷却した場合に形成する等軸組織を示す。針状組織は、等軸組織と比較し、結晶粒の形状が異なることが分かる。 Furthermore, an acicular structure is a structure that forms when cooling from the β single-phase region, and refers to a microstructure that contains plate-like or needle-like α phase grains (hereinafter also referred to as "acicular α grains"), as shown in Figure 1. Figure 2 shows the equiaxed structure that forms when cooling from the α + β two-phase region. It can be seen that the shape of the crystal grains in an acicular structure is different from that in an equiaxed structure.

本実施形態のチタン合金部材において、針状組織は、αコロニーを含む。αコロニーとは、複数のα相粒、具体的には針状α粒を有する組織である。図3にαコロニーの組織写真を示す。図3の破線で囲まれた部分がαコロニーに該当する。αコロニーは、β相がα相に変態するときに形成するα相粒の集合体であり、旧β相の粒内に形成する。また、αコロニー中の針状α粒同士は、同様の結晶方位および配向を有する。具体的には、αコロニー内のα粒同士の方位差は、±5°以内となる。 In the titanium alloy component of this embodiment, the acicular structure includes α colonies. An α colony is a structure containing multiple α phase grains, specifically acicular α grains. Figure 3 shows a structural photograph of an α colony. The area surrounded by the dashed line in Figure 3 corresponds to the α colony. An α colony is an aggregate of α phase grains that form when the β phase transforms to the α phase, and forms within prior β phase grains. Furthermore, the acicular α grains within an α colony have similar crystal orientation and orientation. Specifically, the misorientation between α grains within an α colony is within ±5°.

なお、針状組織内には、αコロニーのほかに、β粒界に析出する粒界α粒がある。空冷した場合、粒界α粒の面積率は5%未満と小さく、粒界α粒の幅は5μm以下となり、粗大ではない。このため、疲労特性に対し、大きな影響を与えないことから、特段、粒界α粒の制御は、必要ない。 In addition to alpha colonies, the acicular structure also contains grain boundary alpha grains that precipitate at the beta grain boundaries. When air-cooled, the area ratio of the grain boundary alpha grains is small, less than 5%, and the width of the grain boundary alpha grains is 5 μm or less, so they are not coarse. For this reason, there is no need to particularly control the grain boundary alpha grains, as they do not have a significant impact on fatigue properties.

1-2.αコロニーの平均径
本実施形態のチタン合金部材において、αコロニーの平均径は、10μm以上300μm未満とする。水冷せずにチタン合金部材を製造する場合、αコロニーの平均径は、10μm以上となる。このため、αコロニーの平均径は、10μm以上とする。一方、αコロニーの平均径が300μmを超えると、疲労強度が低下する。このため、αコロニーの平均径は、300μm以下とする。αコロニーの平均径は、200μm以下とするのが好ましく、150μm以下とするのがより好ましく、20μm以下とするのがさらに好ましい。
1-2. Average diameter of α colonies In the titanium alloy part of this embodiment, the average diameter of α colonies is 10 μm or more and less than 300 μm. When a titanium alloy part is manufactured without water cooling, the average diameter of α colonies is 10 μm or more. Therefore, the average diameter of α colonies is set to 10 μm or more. On the other hand, if the average diameter of α colonies exceeds 300 μm, fatigue strength decreases. Therefore, the average diameter of α colonies is set to 300 μm or less. The average diameter of α colonies is preferably 200 μm or less, more preferably 150 μm or less, and even more preferably 20 μm or less.

1-3.αコロニーにおける低疲労強度面積率
α相は、hcp構造であることが知られている。αコロニーは、複数のα粒の集合体であるが、同様の結晶方位および配向を有しており、hcp構造におけるc軸方向も同様の方向である。そして、疲労破壊の起点となるαコロニーは、応力軸(合金部材においては、長手方向)に対して、c軸が0~45°の範囲にある結晶方位を有している。このため、この方位、具体的には、hcp構造におけるc軸と合金材の長手方向とのなす角が0~45°である方位(以下、「低疲労強度方位」と記載する。)を有するαコロニーを低減する必要がある。すなわち、低疲労強度方位を有するαコロニーを構成するα相を低減するのがよい。
1-3. Area ratio of low fatigue strength in α colonies
The α phase is known to have an hcp structure. While α colonies are aggregates of multiple α grains, they have similar crystal orientations and orientations, including the c-axis direction in the hcp structure. Furthermore, α colonies that are the starting point of fatigue fracture have a crystal orientation in which the c-axis is in the range of 0 to 45° relative to the stress axis (the longitudinal direction in alloy components). Therefore, it is necessary to reduce α colonies with this orientation, specifically, an orientation in which the angle between the c-axis in the hcp structure and the longitudinal direction of the alloy material is 0 to 45° (hereinafter referred to as "low fatigue strength orientation"). In other words, it is advisable to reduce the α phase that constitutes α colonies with low fatigue strength orientation.

従って、αコロニーからなる領域の中で、低疲労強度方位を有するα相の領域の面積率(以下、「低疲労強度面積率」と記載する。)は、30%以下とする。低疲労強度面積率は、極力低減するのが好ましい。 Therefore, within the region consisting of alpha colonies, the area ratio of alpha phase regions with low fatigue strength orientation (hereinafter referred to as the "low fatigue strength area ratio") should be 30% or less. It is preferable to reduce the low fatigue strength area ratio as much as possible.

針状組織、αコロニーの平均径、および低疲労強度面積率は、以下の手順で測定すればよい。最初に、チタン合金部材の長手方向に垂直な断面から表層部が含まれるように試験片を採取する。続いて、得られた試験片を上記表層部が含まれる上記断面を観察面とし、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察する。観察では、表面から深さ方向に1mmまでの位置において、観察倍率50倍、縦0.8mm横0.8mmの矩形の領域の5か所以上を観察すればよい。 The acicular structure, average diameter of α-colonies, and area ratio of low fatigue strength can be measured using the following procedure. First, a test specimen is taken from a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the titanium alloy component, including the surface layer. Next, the obtained test specimen is observed using a scanning electron microscope (SEM), with the cross section including the surface layer as the observation surface. For observation, five or more locations in a rectangular region measuring 0.8 mm in length and 0.8 mm in width can be observed at a magnification of 50x, up to 1 mm deep from the surface.

続いて、SEMに付属するEBSD装置(電子線後方散乱回折;Electron Backscatter Diffraction)を用いて測定し、得られた測定結果を、OIM(株式会社 TSLソリューションズ製の結晶方位解析ソフト)を用いて解析する。EBSDの解析では、隣り合うαコロニーの結晶方位の角度差を5°以下に設定し、αコロニーを特定する。特定したαコロニーについて、円相当径を算出し、平均径とする。 Next, measurements are taken using an EBSD (Electron Backscatter Diffraction) device attached to the SEM, and the measurement results are analyzed using OIM (crystal orientation analysis software manufactured by TSL Solutions Co., Ltd.). In the EBSD analysis, the angle difference between the crystal orientations of adjacent alpha colonies is set to 5° or less to identify alpha colonies. The circle-equivalent diameter of the identified alpha colonies is calculated and used as the average diameter.

全ての観察領域の中でαコロニーに該当する領域を特定し、この領域の中で、低疲労強度方位を有するα相の領域を特定し、その面積率(%)を算出する。なお、EBSDの測定条件は、測定間隔は2.0μm、加速電圧15kVとすればよい。 Identify the area corresponding to the alpha colony from all observation areas, and within this area, identify the area of the alpha phase with low fatigue strength orientation, and calculate its area percentage (%). The EBSD measurement conditions should be a measurement interval of 2.0 μm and an acceleration voltage of 15 kV.

2.化学組成
本実施形態のチタン合金部材では、α+β型チタン合金であれば、チタン合金の種類、化学組成等、特に限定されない。なお、α+β型チタン合金とは、25℃においてα相を主相としβ相を第2相とする金属組織を有するチタン合金のことである。以下、一例として、好ましい化学組成を記載する。
2. Chemical Composition In the titanium alloy member of this embodiment, the type, chemical composition, etc. of the titanium alloy are not particularly limited as long as it is an α+β type titanium alloy. Note that an α+β type titanium alloy is a titanium alloy having a metal structure in which the α phase is the main phase and the β phase is the secondary phase at 25°C. Below, as an example, a preferred chemical composition is described.

一例として、チタン合金部材の化学組成が、Al:4.4~5.5%、Fe:1.4~2.5%、Mo:1.5~5.5%、O:0.05~0.25%、残部:Tiおよび不純物であるのが好ましい。一例として、AMS4928のように、チタン合金部材の化学組成が、Al:5.50~6.75%、V:3.5~4.5%、Fe:0.05~0.40%、O:0.05~0.25%、残部:Tiおよび不純物であるのが好ましい。一例として、AMS4976のように、チタン合金部材の化学組成が、Al:5.50~6.50%、Sn:1.75~2.25%、Zr:3.5~4.5%、Mo:1.8~2.2%、Si:0.10%以下、Fe:0.02~0.25%、O:0.02~0.15%、残部:Tiおよび不純物であるのが好ましい。なお、上記各元素の含有量において、「%」の記載は、「質量%」を意味する。 As an example, the chemical composition of the titanium alloy part is preferably Al: 4.4-5.5%, Fe: 1.4-2.5%, Mo: 1.5-5.5%, O: 0.05-0.25%, balance: Ti and impurities. As an example, like AMS4928, the chemical composition of the titanium alloy part is preferably Al: 5.50-6.75%, V: 3.5-4.5%, Fe: 0.05-0.40%, O: 0.05-0.25%, balance: Ti and impurities. As an example, the chemical composition of a titanium alloy component, such as AMS4976, is preferably Al: 5.50-6.50%, Sn: 1.75-2.25%, Zr: 3.5-4.5%, Mo: 1.8-2.2%, Si: 0.10% or less, Fe: 0.02-0.25%, O: 0.02-0.15%, and the balance: Ti and impurities. Note that in the content of each of the above elements, "%" means "mass %."

また、「不純物」とは、チタン合金部材を工業的に製造する際に、原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。上記以外に含まれ得る不純物としては、例えば、N、C、H等が挙げられる。この場合、N:0.08%以下、C:0.08%以下、H:0.015%以下とするのがよい。さらに、Ni、Cr、Mn、Nb、Cuが不純物として、含有される場合がある。これら元素の含有量は、それぞれ0.1%以下とするのが好ましく、これら元素の合計含有量は、0.5%未満とするのが好ましい。 The term "impurities" refers to components that are mixed in due to various factors in the raw materials and manufacturing process when titanium alloy components are industrially manufactured, and are acceptable within a range that does not adversely affect this embodiment. Examples of impurities that may be contained other than those mentioned above include N, C, and H. In this case, it is preferable that N be 0.08% or less, C be 0.08% or less, and H be 0.015% or less. Furthermore, Ni, Cr, Mn, Nb, and Cu may be contained as impurities. The content of each of these elements is preferably 0.1% or less, and the total content of these elements is preferably less than 0.5%.

なお、疲労強度を高める上で、強度自体が高い方がよく、引張強さで950MPa以上のチタン合金であるのが好ましい。 In order to increase fatigue strength, it is better for the strength itself to be high, and a titanium alloy with a tensile strength of 950 MPa or more is preferable.

3.用途
本実施形態のチタン合金部材は、自動車等の駆動部材であるのが好ましい。なお、駆動部材とは、例えば、エンジンバルブ、コネクティングロッド等のことである。
3. Applications The titanium alloy part of this embodiment is preferably a driving part for an automobile, etc. The driving part is, for example, an engine valve, a connecting rod, etc.

4.製造方法
本実施形態のチタン合金部材の好ましい製造方法について説明する。以下のような製造方法により、本実施形態のチタン合金部材を安定して製造することができる。
4. Manufacturing Method A preferred manufacturing method for the titanium alloy part of this embodiment will be described. The titanium alloy part of this embodiment can be stably manufactured by the following manufacturing method.

チタン合金鋳塊またはチタン合金棒材といった加工素材を準備する。なお、この加工素材の寸法は、特に限定されず、後述する成形加工工程で取り扱える寸法であればよい。また、加工素材の化学組成および引張強さは、上述した範囲とするのが好ましい。 Prepare a processing material such as a titanium alloy ingot or titanium alloy bar. There are no particular restrictions on the dimensions of this processing material, as long as it is large enough to be handled in the forming process described below. It is also preferable that the chemical composition and tensile strength of the processing material be within the ranges described above.

4-1.成形加工工程
上記加工素材を、熱間加工し、所望する形状に成形するのが好ましい。熱間加工では、最初に、(Tβ+70)℃以上(Tβ+270)℃未満の温度に加熱するのが好ましい。続いて、上記加熱後、(Tβ+50)℃以上の温度域で減面率が10%以上の加工を行うのが好ましい。また、上記加工を行った後に、(Tβ-100)℃以上(Tβ+50)℃未満の温度域で減面率が30%以上85%未満の加工を行うのが好ましい。なお、この成形加工工程は、1ヒート、すなわち1回の加熱で行う処理であり、温度は加工素材の表面温度(物温)にて管理する。
4-1. Forming Process It is preferable to hot-work the above-mentioned material to be processed and formed into the desired shape. In hot processing, it is preferable to first heat the material to a temperature of (Tβ + 70) ° C or higher and lower than (Tβ + 270) ° C. Subsequently, after the above heating, it is preferable to carry out processing with an area reduction rate of 10% or higher in a temperature range of (Tβ + 50) ° C or higher. Furthermore, after the above processing, it is preferable to carry out processing with an area reduction rate of 30% or higher and lower than 85% in a temperature range of (Tβ - 100) ° C or higher and lower than (Tβ + 50) ° C. Note that this forming process is a one-heat process, i.e., a process carried out in one heating operation, and the temperature is controlled by the surface temperature (object temperature) of the material to be processed.

加工素材を(Tβ+70)℃以上(Tβ+270)℃未満の温度に加熱するのが好ましい。ここで、熱間加工の際の加熱温度が、(Tβ+70)℃未満であると、加熱炉内に温度が不均一な部分がある、または加工素材自体の大きさが不均一である場合に、加工素材全体で、Tβ℃以上の温度になりにくい。このため、熱間加工の際の加熱温度は、(Tβ+70)℃以上とするのが好ましい。一方、熱間加工の際の加熱温度が、(Tβ+270)℃以上であると、加工素材の表層が酸化しやすくなる。また、加工素材の金属組織が粗大になりやすくなる。このため、熱間加工の際の加熱温度は、(Tβ+270)℃未満とするのが好ましい。 It is preferable to heat the workpiece to a temperature of (Tβ + 70)°C or higher and lower than (Tβ + 270)°C. If the heating temperature during hot working is lower than (Tβ + 70)°C, the entire workpiece will be less likely to reach a temperature of Tβ°C or higher if there are areas in the heating furnace where the temperature is uneven, or if the workpiece itself is uneven in size. For this reason, it is preferable to set the heating temperature during hot working to (Tβ + 70)°C or higher. On the other hand, if the heating temperature during hot working is higher than (Tβ + 270)°C, the surface of the workpiece will be more likely to oxidize. In addition, the metal structure of the workpiece will be more likely to become coarse. For this reason, it is preferable to set the heating temperature during hot working to lower than (Tβ + 270)°C.

また、上述した温度に加熱後、(Tβ+50)℃以上の温度域で減面率が10%以上の加工を行うのが好ましい。加工の際に(Tβ+50)℃以上の温度域での減面率が10%未満であると、再結晶によるβ相の細粒効果が得にくくなる。この結果、αコロニーの平均径も大きくなりやすくなる。このため、(Tβ+50)℃以上の温度域での加工の減面率は、10%以上とするのが好ましい。 Furthermore, after heating to the above-mentioned temperatures, it is preferable to carry out processing with an area reduction rate of 10% or more in a temperature range of (Tβ + 50)°C or higher. If the area reduction rate in a temperature range of (Tβ + 50)°C or higher during processing is less than 10%, it becomes difficult to obtain the effect of recrystallization to refine the β phase grains. As a result, the average diameter of the α colonies also tends to increase. For this reason, it is preferable that the area reduction rate during processing in a temperature range of (Tβ + 50)°C or higher be 10% or more.

上記加工を行った後、さらに、(Tβ-100)℃以上(Tβ+50)℃未満の温度域で減面率が30%以上85%未満の加工を行うのが好ましい。(Tβ-100)℃以上(Tβ+50)℃未満の温度域での加工の減面率が30%未満であると、αコロニーが粗大になりやすくなる。このため、(Tβ-100)℃以上(Tβ+50)℃未満の温度域での加工の減面率は、30%以上とするのが好ましい。一方、(Tβ-100)℃以上(Tβ+50)℃未満の温度域での加工の減面率が85%以上であると、α相が特定の方位に集積しやすくなる。この結果、後述する熱処理工程において、β相粒およびαコロニーの粗大化が生じるとともに、β相粒およびαコロニーが特定の結晶方位への集積してしまうことで、疲労強度が低下しやすくなる。このため、(Tβ-100)℃以上(Tβ+50)℃未満の温度域での加工の減面率が85%未満とするのが好ましい。 After the above processing, it is preferable to further process the steel at a temperature range of (Tβ-100)°C or higher but lower than (Tβ+50)°C with an area reduction of 30% or higher but lower than 85%. If the area reduction rate during processing is less than 30% in the temperature range of (Tβ-100)°C or higher but lower than (Tβ+50)°C, the α colonies are likely to become coarse. For this reason, it is preferable that the area reduction rate during processing is 30% or higher in the temperature range of (Tβ-100)°C or higher but lower than (Tβ+50)°C. On the other hand, if the area reduction rate during processing is 85% or higher in the temperature range of (Tβ-100)°C or higher but lower than (Tβ+50)°C, the α phase is likely to accumulate in a specific orientation. As a result, in the heat treatment process described below, the β phase grains and α colonies will coarsen, and the β phase grains and α colonies will accumulate in a specific crystal orientation, which is likely to reduce fatigue strength. For this reason, it is preferable that the area reduction rate during processing in the temperature range of (Tβ - 100)°C or higher and lower than (Tβ + 50)°C be less than 85%.

4-2.切削加工工程
上記成形加工工程を経た中間素材に、必要に応じてさらに切削加工を行ってもよい。例えば、熱間加工によって表面に欠陥が生じたりした場合には、切削加工で欠陥を除去することができる。また、所望する形状にするために、切削加工を行ってもよい。なお、成形加工工程を経ずに、切削加工のみを行って、所望するチタン合金部材の形状に加工してもよい。切削加工の方法は、特に限定されない。常法の機械加工を行えばよい。以下、成形加工工程および/または切削加工工程を経た中間素材を加工材と呼ぶ。
4-2. Cutting Process The intermediate material that has undergone the above-mentioned forming process may be further cut, if necessary. For example, if defects occur on the surface due to hot working, these defects can be removed by cutting. Cutting may also be performed to form the desired shape. Note that the titanium alloy component may be processed into the desired shape by only cutting, without going through the forming process. The cutting method is not particularly limited; conventional machining may be performed. Hereinafter, the intermediate material that has undergone the forming process and/or cutting process will be referred to as the processed material.

4-3.熱処理工程
上記加工材に熱処理を行う。この熱処理では、熱処理温度を(Tβ+20)℃以上1240℃以下とし、(Tβ+20)℃以上での総加熱時間が10分以下となるよう加熱した後に空冷する。また、熱処理において、(Tβ-10)~(Tβ+20)℃の温度域での昇温速度を3℃/s以上とする。
4-3. Heat Treatment Step The processed material is subjected to heat treatment. In this heat treatment, the heat treatment temperature is set to (Tβ + 20) ° C or higher and 1240 ° C or lower, and the material is heated at (Tβ + 20) ° C or higher for a total heating time of 10 minutes or less, followed by air cooling. In addition, in the heat treatment, the temperature rise rate in the temperature range of (Tβ - 10) to (Tβ + 20) ° C is set to 3 ° C/s or higher.

熱処理温度は、(Tβ+20)℃以上とする。熱処理温度が、(Tβ+20)℃未満であると、加熱炉の状態、加工材の形状によらず、十分、加工材全体をTβ℃以上の温度に加熱できない。このため、熱処理温度は、(Tβ+20)℃以上とする。一方、熱処理温度が、1240℃を超えるとαコロニーの平均径が大きくなり、疲労強度が低下する。このため、熱処理温度は、1240℃以下とする。熱処理温度は、1200℃以下とするのが好ましい。 The heat treatment temperature must be (Tβ + 20)°C or higher. If the heat treatment temperature is below (Tβ + 20)°C, the entire processed material cannot be sufficiently heated to a temperature of Tβ°C or higher, regardless of the condition of the heating furnace or the shape of the processed material. For this reason, the heat treatment temperature must be (Tβ + 20)°C or higher. On the other hand, if the heat treatment temperature exceeds 1240°C, the average diameter of the alpha colonies will increase and fatigue strength will decrease. For this reason, the heat treatment temperature must be 1240°C or lower. A heat treatment temperature of 1200°C or lower is preferable.

また、熱処理において、(Tβ+20)℃以上での総加熱時間が10分超であると、β相粒が粗大化し、空冷後に望ましい大きさの旧β粒界が形成しにくくなる。この結果、αコロニーの平均径も粗大になる。このため、(Tβ+20)℃以上での総加熱時間が10分以下とする。なお、(Tβ+20)℃以上での総加熱時間とは、(Tβ+20)℃以上での温度域で維持された合計時間である。 Furthermore, if the total heating time at (Tβ + 20)°C or higher during heat treatment exceeds 10 minutes, the β phase grains will coarsen, making it difficult to form prior β grain boundaries of the desired size after air cooling. As a result, the average diameter of the α colonies will also coarsen. For this reason, the total heating time at (Tβ + 20)°C or higher should be 10 minutes or less. Note that the total heating time at (Tβ + 20)°C or higher is the total time maintained in the temperature range at (Tβ + 20)°C or higher.

加熱後には空冷をする。空冷とは、空気中で放冷する冷却方法であり、0.1~5℃/s程度の冷却速度になる。空冷より遅い冷却速度で冷却する、例えば、炉冷で冷却する場合、Tβ℃以上の温度域に保持される時間が長くなる。この結果、β粒およびαコロニーの粗大化が生じるとともに、粒界α粒が析出しやすくなる。これにより、疲労強度が低下する。一方、空冷より速い冷却速度で冷却する、例えば、水冷で冷却する場合、曲がりなどの変形を生じ、その後の切削加工および研磨などの工程負荷が大きくなる。従って、加熱後に空冷をする。 After heating, the material is air-cooled. Air-cooling is a cooling method in which the material is left to cool in the air, with a cooling rate of approximately 0.1 to 5°C/s. If the material is cooled at a slower rate than air-cooling, for example by furnace cooling, the temperature will be held at Tβ°C or higher for a longer period of time. This results in coarsening of the β grains and α colonies, and the precipitation of α grains at the grain boundaries. This reduces fatigue strength. On the other hand, if the material is cooled at a faster rate than air-cooling, for example by water cooling, deformation such as bending will occur, increasing the load on subsequent processes such as cutting and polishing. Therefore, air-cooling is performed after heating.

ここで、熱処理の際の昇温において、(Tβ-10)~(Tβ+20)℃の温度域での昇温速度を3℃/s以上とする。(Tβ-10)~(Tβ+20)℃の温度域での昇温速度が、3℃/s未満であると、粒成長速度の方が核生成速度より大きくなりβ粒径が粗大になるとともに、β相の結晶方位が特定方位に集積する。この結果、次ぐ冷却時のβ→α変態時に析出するαコロニーが粗大になるとともに、特定の方位への集積が生じる。これにより低疲労強度面積率が増加し、疲労強度が低下する。 Here, when heating during heat treatment, the heating rate in the temperature range of (Tβ-10) to (Tβ+20)°C is set to 3°C/s or more. If the heating rate in the temperature range of (Tβ-10) to (Tβ+20)°C is less than 3°C/s, the grain growth rate will exceed the nucleation rate, resulting in coarsening of the β grain size and accumulation of the β phase crystal orientation in a specific direction. As a result, the α colonies that precipitate during the β→α transformation during the subsequent cooling will become coarse and accumulate in a specific direction. This increases the low fatigue strength area ratio and reduces fatigue strength.

このため、(Tβ-10)~(Tβ+20)℃の温度域での昇温速度を3℃/s以上とし、8℃/s以上とするのが好ましい。なお、昇温速度は、加工材に熱電対を付けて測定した温度で管理する。なお、(Tβ-10)~(Tβ+20)℃の温度域での昇温速度を3℃/s以上とするためには、例えば、高周波加熱、または通電加熱を行えばよい。なお、Tβ(β変態点)は、素材をβ単相域に加熱した際に、α→β変態を終了する温度であり、事前の実験によって得られる値である。 For this reason, the heating rate in the temperature range of (Tβ - 10) to (Tβ + 20)°C should be 3°C/s or higher, and preferably 8°C/s or higher. The heating rate is controlled by measuring the temperature with a thermocouple attached to the processed material. In order to achieve a heating rate of 3°C/s or higher in the temperature range of (Tβ - 10) to (Tβ + 20)°C, high-frequency heating or electrical heating can be used, for example. Tβ (β transformation point) is the temperature at which the α → β transformation ends when the material is heated to the β single-phase region, and is a value obtained through prior experimentation.

Tβを調べるための事前の実験方法は以下の手順とする。最初に、チタン合金の素材の組織を観察する。素材の初期組織が針状組織である場合は、成形加工を行う。成形加工は、950℃以下の温度に加熱後、減面率が30%以上となるように行う。上述した成形加工により、素材の初期組織は針状組織とは異なる組織となる。素材の初期組織が針状組織とは異なる組織である場合は、成形加工を行わなくてもよい。 The preliminary experimental method for investigating Tβ is as follows: First, observe the structure of the titanium alloy material. If the initial structure of the material is acicular, it is subjected to forming processing. The forming processing is carried out after heating to a temperature of 950°C or less, so that the area reduction rate is 30% or more. The above-mentioned forming processing results in the initial structure of the material being different from an acicular structure. If the initial structure of the material is different from an acicular structure, forming processing does not need to be carried out.

このようにして準備した事前の実験の素材は、長手方向を有し、かつ、長手方向に垂直な断面が円形または矩形の棒状(棒材)となるように、必要に応じて切断、切削などを行う。棒材の長手方向に垂直な断面が円形の場合は、直径が30mm以下となるようにする。棒材の長手方向に垂直な断面が矩形の場合は、短辺の長さが30mm以下となるようにする。 The materials for the preliminary experiments prepared in this way are cut, milled, etc. as necessary to form rods (bars) with a longitudinal direction and a circular or rectangular cross section perpendicular to the longitudinal direction. If the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the bar is circular, the diameter should be 30 mm or less. If the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the bar is rectangular, the length of the short side should be 30 mm or less.

棒材を所定の形状とすることで、以降の熱処理において材料内部まで十分に加熱することができる。得られた棒材を加熱し、30分保持後、水冷する熱処理を行う。熱処理の温度管理は棒材の表面温度で行う。上記熱処理後、棒材の長手方向に垂直な断面の中央部の組織を観察する。上記熱処理の加熱温度を5℃刻みで変化させてゆき、上記熱処理後の組織が針状組織のみとなる最低温度をTβとする。 By forming the rod into the specified shape, it is possible to heat the material sufficiently deep into the interior during the subsequent heat treatment. The resulting rod is heated, held for 30 minutes, and then water-cooled for heat treatment. The temperature during the heat treatment is controlled by the surface temperature of the rod. After the heat treatment, the structure in the center of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the rod is observed. The heating temperature for the heat treatment is changed in 5°C increments, and the lowest temperature at which the structure after the heat treatment consists solely of an acicular structure is defined as Tβ.

以下、実施例によってチタン合金部材をより具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。 The following describes the titanium alloy member in more detail using examples, but the present embodiment is not limited to these examples.

表1に記載の化学組成を有するチタン合金の加工素材(丸棒素材:φ30mm)を用意した。用意した加工素材について、表2に記載の条件で、加熱後、丸形の溝付きロールを用いて、熱間圧延を行い、表2に記載する直径の中間素材とした。得られた中間素材を疲労試験片形状に切削(旋盤)加工した。なお、加工形状は、JIS Z 2274:1978(回転曲げ疲労試験)に準拠し、平行部寸法φ6×12.5mm/つかみ部φ12mmで、統一し、採取位置は中間素材中心部とした。その後、表2に記載の条件で熱処理を行い、チタン合金部材を得た。 A titanium alloy workpiece (round bar material: φ30 mm) having the chemical composition listed in Table 1 was prepared. The prepared workpiece was heated under the conditions listed in Table 2 and then hot-rolled using a round grooved roll to produce an intermediate material with the diameter listed in Table 2. The resulting intermediate material was machined (on a lathe) into the shape of a fatigue test specimen. The machined shape conformed to JIS Z 2274:1978 (rotating bending fatigue test), with a standardized parallel section dimension of φ6 x 12.5 mm and grip section φ12 mm, and the specimen was taken from the center of the intermediate material. The intermediate material was then heat-treated under the conditions listed in Table 2 to obtain a titanium alloy part.

なお、熱処理では、試験片を通電式(真空雰囲気)で加熱し、試験片の平行部に取り付けた熱電対で温度制御した。また、熱処理後、組織等の観察の前に、熱電対設置痕を除去するため、研磨紙(#1000)で平行部表面を研磨した。 During the heat treatment, the test specimen was heated electrically (in a vacuum atmosphere), and the temperature was controlled using a thermocouple attached to the parallel portion of the test specimen. After the heat treatment, the surface of the parallel portion was polished with abrasive paper (#1000) to remove any traces of the thermocouple installation before observing the structure, etc.

得られた各チタン合金部材について、以下の方法で表層部の金属組織を組織観察するとともに、αコロニーの平均径および低疲労強度面積率を測定した。またチタン合金部材の疲労強度についても、以下の手順で測定した。 For each of the obtained titanium alloy components, the metal structure of the surface layer was observed using the following method, and the average diameter of alpha colonies and the area ratio of low fatigue strength were measured. The fatigue strength of the titanium alloy components was also measured using the following procedure.

(組織観察、αコロニーの平均径、および低疲労強度面積率)
針状組織、αコロニーの平均径、および低疲労強度面積率は、以下の手順で測定した。最初に、試験片の表面から厚さ方向に1mmの深さまでが含まれるように、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。観察では、表面から深さ方向に1mmまでの位置において、観察倍率50倍、縦0.8mm横0.8mmの矩形の領域を10か所観察し、針状組織であるか否かを観察した。
(Structural observation, average diameter of α colonies, and area ratio of low fatigue strength)
The acicular structure, the average diameter of α colonies, and the area ratio of low fatigue strength were measured by the following procedure. First, the test specimen was observed using a scanning electron microscope (SEM) so as to include a depth of 1 mm from the surface in the thickness direction. Ten rectangular regions measuring 0.8 mm in length and 0.8 mm in width were observed at a magnification of 50x, from the surface to a depth of 1 mm, to determine whether or not they had an acicular structure.

続いて、SEMに付属するEBSD装置(電子線後方散乱回折;Electron Backscatter Diffraction)を用いて測定し、得られた測定結果を、OIM(株式会社 TSLソリューションズ製の結晶方位解析ソフト)を用いて解析する。EBSDの解析では、隣り合うαコロニーの結晶方位の角度差を5°以下に設定し、αコロニーを特定した。特定したαコロニーについて、円相当径を算出し、平均径とした。 Next, measurements were performed using an EBSD (Electron Backscatter Diffraction) device attached to the SEM, and the obtained measurement results were analyzed using OIM (crystal orientation analysis software manufactured by TSL Solutions Co., Ltd.). In the EBSD analysis, the angle difference between the crystal orientations of adjacent alpha colonies was set to 5° or less to identify alpha colonies. The circle-equivalent diameter of the identified alpha colonies was calculated and used as the average diameter.

全ての観察領域の中でαコロニーに該当する領域を特定し、この領域の中で、低疲労強度方位を有するα相の領域を特定し、その面積率を算出し、低疲労強度面積率とした。なお、EBSDの測定条件は、測定間隔は2.0μm、加速電圧15kVとした。 Areas corresponding to alpha colonies were identified from all observation areas, and within these areas, areas of the alpha phase with low fatigue strength orientation were identified and their area ratio was calculated, which was taken as the low fatigue strength area ratio. The EBSD measurement conditions were a measurement interval of 2.0 μm and an acceleration voltage of 15 kV.

(疲労試験)
合金材について、回転曲げ疲労試験を行い、疲労強度を評価した。試験は、JIS Z 2274:1978に準拠して実施し、疲労強度(10回時間強度)を評価した。疲労強度が、600MPa超である場合を疲労強度が最も良好であるとし、◎で記載した。また、疲労強度が520~600MPaである場合を疲労強度が良好であるとし、○と記載した。疲労強度が520MPa未満である場合を、疲労強度が不良であると評価し、×と記載した。以下、結果を表3に示す。
(Fatigue test)
The alloy materials were subjected to a rotating bending fatigue test to evaluate their fatigue strength. The test was carried out in accordance with JIS Z 2274:1978, and the fatigue strength ( 107 cycles time strength) was evaluated. A fatigue strength of over 600 MPa was considered to be the best fatigue strength and marked with a ◎. A fatigue strength of 520 to 600 MPa was considered to be good fatigue strength and marked with a ○. A fatigue strength of less than 520 MPa was considered to be poor fatigue strength and marked with an ×. The results are shown in Table 3 below.

本実施形態の要件を満足するNo.1~17は、良好な疲労強度を示した。一方、本実施形態の要件を満足しないNo.18~20は、疲労強度が低下した。No.18は、熱処理の昇温速度が低かったため、αコロニーの平均径が大きくなるとともに、低疲労強度面積率も大きくなった。No.19は、熱処理温度が高すぎたため、αコロニーの平均径が大きくなった。No.20は、熱処理の加熱時間が長すぎたため、αコロニーの平均径が大きくなった。 Nos. 1 to 17, which satisfy the requirements of this embodiment, exhibited good fatigue strength. On the other hand, Nos. 18 to 20, which do not satisfy the requirements of this embodiment, exhibited reduced fatigue strength. In No. 18, the heat treatment temperature rise rate was low, resulting in a large average diameter of α colonies and a large area ratio of low fatigue strength. In No. 19, the heat treatment temperature was too high, resulting in a large average diameter of α colonies. In No. 20, the heat treatment heating time was too long, resulting in a large average diameter of α colonies.

Claims (7)

化学組成が、質量%で、
Al:4.4~5.5%、
Fe:1.4~2.5%、
Mo:1.5~5.5%、
O:0.05~0.25%、
残部:Tiおよび不純物であり、
長手方向を有するチタン合金部材であって、
前記長手方向に垂直な断面の表層部における金属組織が、
複数のα相の結晶粒を有するαコロニーを含む針状組織であり、
前記αコロニーの平均径は、10μm以上300μm未満であり、
前記α相は、hcp構造を有し、前記αコロニーからなる領域の中で、前記hcp構造におけるc軸と前記長手方向とのなす角が0~45°であるα相の領域の面積率が30%以下である、チタン合金部材。
The chemical composition, in mass%, is
Al: 4.4-5.5%,
Fe: 1.4-2.5%,
Mo: 1.5-5.5%,
O: 0.05-0.25%,
The balance is Ti and impurities.
A titanium alloy component having a longitudinal direction,
The metal structure in the surface layer portion of the cross section perpendicular to the longitudinal direction is
an acicular structure including α colonies having a plurality of α phase crystal grains;
the average diameter of the α colonies is 10 μm or more and less than 300 μm,
The α phase has a hcp structure, and in the region consisting of the α colonies, the area ratio of the α phase region in which the angle between the c axis of the hcp structure and the longitudinal direction is 0 to 45° is 30% or less.
化学組成が、質量%で、
Al:5.50~6.75%、
V:3.5~4.5%、
Fe:0.05~0.40%、
O:0.05~0.25%、
残部:Tiおよび不純物であり、
長手方向を有するチタン合金部材であって、
前記長手方向に垂直な断面の表層部における金属組織が、
複数のα相の結晶粒を有するαコロニーを含む針状組織であり、
前記αコロニーの平均径は、10μm以上300μm未満であり、
前記α相は、hcp構造を有し、前記αコロニーからなる領域の中で、前記hcp構造におけるc軸と前記長手方向とのなす角が0~45°であるα相の領域の面積率が30%以下である、チタン合金部材。
The chemical composition, in mass%, is
Al: 5.50-6.75%,
V: 3.5-4.5%,
Fe: 0.05-0.40%,
O: 0.05-0.25%,
The balance is Ti and impurities.
A titanium alloy component having a longitudinal direction,
The metal structure in the surface layer portion of the cross section perpendicular to the longitudinal direction is
an acicular structure including α colonies having a plurality of α phase crystal grains;
the average diameter of the α colonies is 10 μm or more and less than 300 μm,
The α phase has a hcp structure, and in the region consisting of the α colonies, the area ratio of the α phase region in which the angle between the c axis of the hcp structure and the longitudinal direction is 0 to 45° is 30% or less.
化学組成が、質量%で、
Al:5.50~6.50%、
Sn:1.75~2.25%、
Zr:3.5~4.5%、
Mo:1.8~2.2%、
Si:0.10%以下、
Fe:0.02~0.25%、
O:0.02~0.15%、
残部:Tiおよび不純物であり、
長手方向を有するチタン合金部材であって、
前記長手方向に垂直な断面の表層部における金属組織が、
複数のα相の結晶粒を有するαコロニーを含む針状組織であり、
前記αコロニーの平均径は、10μm以上300μm未満であり、
前記α相は、hcp構造を有し、前記αコロニーからなる領域の中で、前記hcp構造におけるc軸と前記長手方向とのなす角が0~45°であるα相の領域の面積率が30%以下である、チタン合金部材。
The chemical composition, in mass%, is
Al: 5.50-6.50%,
Sn: 1.75-2.25%,
Zr: 3.5 to 4.5%,
Mo: 1.8-2.2%,
Si: 0.10% or less,
Fe: 0.02-0.25%,
O: 0.02-0.15%,
The balance is Ti and impurities.
A titanium alloy component having a longitudinal direction,
The metal structure in the surface layer portion of the cross section perpendicular to the longitudinal direction is
an acicular structure including α colonies having a plurality of α phase crystal grains;
the average diameter of the α colonies is 10 μm or more and less than 300 μm,
The α phase has a hcp structure, and in the region consisting of the α colonies, the area ratio of the α phase region in which the angle between the c axis of the hcp structure and the longitudinal direction is 0 to 45° is 30% or less.
エンジンバルブである、請求項1~請求項に記載のチタン合金部材。 The titanium alloy member according to any one of claims 1 to 3 , which is an engine valve. コネクティングロッドである、請求項1~請求項に記載のチタン合金部材。 The titanium alloy member according to any one of claims 1 to 3 , which is a connecting rod. 請求項1~請求項に記載のチタン合金部材の製造方法であって、
(Tβ+70)℃以上(Tβ+270)℃未満の温度に加熱して、(Tβ+50)℃以上の温度域で減面率が10%以上の加工を行った後、(Tβ-100)℃以上(Tβ+50)℃未満の温度域で減面率が30%以上85%未満の加工を行う、成形加工工程と、
(Tβ+20)℃以上での総加熱時間が10分以下となるよう、(Tβ+20)℃以上1240℃以下の温度まで加熱した後に空冷する熱処理工程と、を有し、
前記熱処理工程において、(Tβ-10)~(Tβ+20)℃の温度域での昇温速度が3℃/s以上である、チタン合金部材の製造方法。
The method for producing a titanium alloy member according to any one of claims 1 to 5 ,
a molding process in which the sheet is heated to a temperature of (Tβ+70)°C or higher but lower than (Tβ+270)°C, and processed at a temperature range of (Tβ+50)°C or higher with an area reduction rate of 10% or higher, and then processed at a temperature range of (Tβ-100)°C or higher but lower than (Tβ+50)°C with an area reduction rate of 30% or higher but lower than 85%;
a heat treatment step of heating to a temperature of (Tβ + 20) ° C. or higher and 1240 ° C. or lower and then air-cooling so that the total heating time at (Tβ + 20) ° C. or higher is 10 minutes or less;
In the heat treatment step, the temperature rise rate in the temperature range of (Tβ-10) to (Tβ+20)°C is 3°C/s or more.
前記成形加工工程と前記熱処理工程との間で、切削加工を行う、切削加工工程をさらに有する、請求項に記載のチタン合金部材の製造方法。
The method for producing a titanium alloy part according to claim 6 , further comprising a cutting step of performing cutting between the forming step and the heat treatment step.
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