JPH0211658B2

JPH0211658B2 -

Info

Publication number: JPH0211658B2
Application number: JP19052384A
Authority: JP
Inventors: Hidehiro Onodera; Toshihiro Yamagata; Michio Yamazaki
Original assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
Current assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
Priority date: 1984-09-13
Filing date: 1984-09-13
Publication date: 1990-03-15
Also published as: JPS6169936A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は高温比強度の高い超塑性加工用チタン
合金に関する。更に詳しくは850℃でα相を30〜
70％含み、残部はβ相からなり、高温比強度及び
延性に優れた超塑性加工用チタン合金に関する。従来技術従来、Ti合金部品は鍛造及び切削加工により
製造されてきたが、コンプレツサーローターの製
造の場合には、切削くずが約90％程度にもなり、
極めて歩留りが悪いばかりでなく、作業性も極め
て悪かつた。これは改善するためにはTi合金の
超塑性加工が有効な手段である。超塑性加工は加
工温度でα相とβ相の体積比が１：１に近いTi
合金が優れている。また超塑性加工温度は900℃
附近の温度が適している。900℃より高い高温で
は結晶粒の粗大化及び酸化が生じ易くなるため超
塑性特性が劣化する。また900℃より低い温度で
は、粒界辷りが起きにくくなるため、超塑性特性
が劣化し、また変形応力が高くなり、超塑性加工
が困難となる。従来の超塑性加工用チタン合金と
しては、Ti−6Al−4V合金、Ti−6Al−2Sn−
4Zr−2Mo合金、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo合金
が知られている。しかし、これらのTi合金はい
ずれもβ型Ti合金と比べて強度が低い欠点があ
つた。発明の目的本発明は前記従来の超塑性加工用チタン合金の
欠点を改善せんとするものであり、その目的は超
塑性特性が優れ、かつ高温比強度及び延性の優れ
た超塑性加工用チタン合金を提供するにある。発明の構成本発明者らは前記目的を達成すべく研究の結
果、850℃でα相を約30〜70％含み、残部がβ相
からなり、超塑性特性が優れ、かつ高温比強度及
び延性の優れた超塑性加工用チタン合金を究明し
得た。この知見に基いて本発明を完成した。本発明のチタン合金は、重量％で、Al5.3〜6.1％、V1.6〜2.2％、Sn1.2
〜1.6％、Zr5.0〜7.5％、Mo1.3〜1.8％、Cr0.8〜
1.6％、Fe0.8〜1.7％、O0.10〜0.15％を含み、残
部は実質的にTiよりなる高温比強度の高い超塑
性加工用チタン合金にある。本発明の合金における組成成分の作用ならびに
組成割合の限定理由は次の通りである。 Alは主としてα相に固溶してα相を強化する
作用をする。Al量が5.3％（％は重量％を示す。
以下同じ）より少ないとα相強化の効果が十分得
られなく、その量が6.1％を超えるとα相量が増
加して十分な超塑性特性が得られなくなるので、
Al量は5.3〜6.1％であることが必要である。Ｖはα相及びβ相に固溶してこれらの相を強化
する作用をする。Ｖ量が1.6％より少いとα相及
びＢ相の強化効果が十分得られなく、その量が
2.2％を超えるとα相が減少して十分な超塑性特
性が得られなくなるので、Ｖ量は1.6〜2.2％であ
ることが必要である。 Sn及びZrはα相及びβ相にほぼ同じ比率で固
溶してこれらの相を強化する作用をする。Sn量
が1.2％より少いとα相及びβ相の強化効果が十
分得られなく、その量が1.6％を超えると、比重
が大きくなり比強度が低下するので、Sn量は1.2
〜1.6％であることが必要である。またZr量が5.0
％より少いとα相及びβ相の強化効果が十分得ら
れなく、その量が7.5％を超えるとα相量が減少
して十分な超塑性特性が得られなくなるのでZr
量は5.0〜7.5％であることが必要である。 Mo、Cr及びFeは主としてβ相に固溶してβ相
を強化する作用をする。Mo量が1.3％より少いと
β相強化の効果が十分得られなく、その量が1.8
％を超えると比重が大きくなり比強度が低下する
のでMo量は1.3〜1.8％であることが必要である。
Cr量が0.8％より少いとβ相強化の効果が十分得
られなく、その量が1.6％を超えるとα相量が減
少して十分な超塑性特性が得られなくなるので、
Cr量は0.8〜1.6％であることが必要である。ま
た、Fe量が0.8％より少いとβ相強化の効果が十
分得られなく、その量が1.7％を超えるとα相量
が減少して十分な超塑性特性が得られなくなるの
でFe量は0.8〜1.7％であることが必要である。Ｏは主としてα相に固溶してα相を強化する作
用をする。Ｏ量が0.10％より少いとα相強化の効
果が十分得られなく、その量が0.15％を超えると
α相量が増加して十分な超塑性特性が得られなく
なるのでＯ量が0.10〜0.15％であることが必要で
ある。以上のような各元素を前記割合で含ませたチタ
ン合金は、850℃においてα相が30〜70％で残部
がβ相となる。α相とβ相は互に結晶粒の成長を
妨げ超塑性特性を向上させる。α相が30％より少
くなるとβ相の結晶粒が粗大化し易くなり超塑性
特性が劣化する。またα相が70％を超えるとα相
の結晶粒が粗大化し易くなり超塑性特性が劣化す
る。α相及びβ相の強化に必要な各元素の最低の
含有量は他の元素の含有量とのかね合いで決ま
る。本発明のチタン合金は、前記の各元素の含有量
の範囲において、超塑性加工を行うのに十分な特
性を有し、かつ優れた高温比強度と延性を有す
る。発明の効果本発明の合金は、以下の実施例における比較例
からも明らかなように、従来の超塑性加工用チタ
ン合金に比べて超塑性特性が優れ、超塑性加工が
容易で、かつ高温比強度及び延性も優れたもので
ある。従つて切削加工なしにコンプレツサーロー
ター等の部品を安価に製造することができる。ま
たこれを使用することによりジエツトエンジンや
発電設備などの各種ガスタービンの軽量化及び高
効率化が可能になる等の優れた効果を有する。実施例本発明の下記表１に示す組成の合金と比較のた
めの既存合金をアーク容解、鍛造後、850℃で約
85％の熱間圧延し、６mmφ引張試験片及び５mmφ
超塑性試験片を作つた。

【表】

【表】高温引張試験片は、850〜900℃で１時間熱処理
した後水冷し、再び500〜600℃で４時間熱処理、
空冷して試験に供した。高温引張試験は300℃で、
３×10^-4S^-1の歪速度で行つた。超塑性試験片は
熱間圧延のままの状態で試験に供した。超塑性試
験は850℃で、アルゴン雰囲気中で、1.7×
10^-3S^-1の速度で行つた。その結果は下記の表２及び表３に示す通りであ
つた。

【表】表２の結果が示すように、本発明のTi合金は
既存のTi−6Al−4V、Ti−6Al−2Sn−4Zr−
2Mo及びTi−6Al−2Sn−4Zr−6Mo合金に比べ
て、延性及び比強度において著しく優れているこ
とがわかる。すなわち、本発明のTi合金では、
比強度が29.1〜29.8Kgｆ／mm²／ｇ／cm³の値を示す
条件で7.3〜9.4％の伸びが確保されるのに対し、
Ti−6Al−4V及びTi−6Al−2Sn−4Zr−2Mo合
金では、そのような高比強度が得られない。また、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo合金の場合
は、比強度が29.9Kgｆ／mm²／ｇ／cm³まで増大する
と伸びは5.2％まで低下する。

【表】この結果が示すように、本発明チタン合金は、
584〜600％の超塑性伸びを有し、最大変形応力も
1.7〜1.8Kgｆ／mm²と十分に低く、既存のTi−6Al
−2Sn−4Zr−6Mo合金に比べて著しく優れてい
る。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量％で、Al5.3〜6.1％、V1.6〜2.2％、
Sn1.2〜1.6％、Zr5.0〜7.5％、Mo1.3〜1.8％、
Cr0.8〜1.6％、Fe0.8〜1.7％、O0.10〜0.15％を含
み、残部は実質的にTiよりなる高温比強度の高
い超塑性加工用チタン合金。