(57)【要約】【課題】強度及び靱性が改善されたチタン合金製の機械部品を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る機械部品は、６４チタン合金製である。この機械部品を構成する６４チタン合金は、旧β粒を含む。旧β粒は、セカンダリα結晶粒を有している。断面視野において、６４チタン中におけるプライマリα結晶粒の面積率は０パーセント以上１４パーセント以下である。断面視野において４００μｍ×３００μｍの矩形形状の測定領域内にあるセカンダリα結晶粒のうち、結晶粒径が最も大きいセカンダリα結晶粒から結晶粒径が１０番目に大きいセカンダリα結晶粒までが、又は結晶粒径が上位３０パーセントまでのセカンダリα結晶粒が第１群に属している。第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径は、６μｍ以上１７μｍ以下である。旧β粒の平均粒径は、６１７μｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
６４チタン製の機械部品であって、
前記６４チタンは、旧β粒を含み、
前記旧β粒は、セカンダリα結晶粒を有し、
断面視野において、前記６４チタン中におけるプライマリα結晶粒の面積率は０パーセント以上１４パーセント以下であり、
断面視野において４００μｍ×３００μｍの矩形形状の測定領域内にある前記セカンダリα結晶粒のうち、結晶粒径が最も大きい前記セカンダリα結晶粒から結晶粒径が１０番目に大きい前記セカンダリα結晶粒までが、又は結晶粒径が上位３０パーセントまでの前記セカンダリα結晶粒が第１群に属しており、
前記第１群に属する前記セカンダリα結晶粒の平均粒径は、６μｍ以上１７μｍ以下であり、
前記旧β粒の平均粒径は、６１７μｍ以下である、機械部品。
【請求項２】
応力比Ｒが−１、かつ繰り返し回数が１０7回である回転曲げ疲労試験において、疲労強度が７５０ＭＰａ以上である、請求項１に記載の機械部品。
【請求項３】
断面視野において、前記６４チタン中における前記プライマリα結晶粒の面積率は５パーセント以下であり、
前記第１群に属する前記セカンダリα結晶粒の平均粒径は、７μｍ以上１２μｍ以下であり、
前記旧β粒の平均粒径は、３５５μｍ以下である、請求項１または２に記載の機械部品。
【請求項４】
応力比Ｒが−１、かつ繰り返し回数が１０7回である回転曲げ疲労試験において、疲労強度が８００ＭＰａ以上である、請求項３に記載の機械部品。
【請求項５】
前記機械部品は、軸受部品である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の機械部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械部品に関する。より具体的には、本発明は、チタン合金製の機械部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、機械部品には、チタン合金が広く用いられている（例えば、特開２００７−３２５５８号公報（特許文献１）参照）。また、チタン合金の機械的特性を改善するための熱処理として、溶体化処理が知られている。
【０００３】
溶体化処理において、加熱温度がチタン合金のβ単相変態点以上である場合、プライマリα結晶粒が完全に消失してβ結晶粒となり、当該β結晶粒はセカンダリα結晶粒となるため、チタン合金の強度は改善される。しかしながら、この場合、プライマリα結晶粒によるピン止め効果も消失するため、結晶粒が粗大化してしまう。結晶粒が粗大化すると、衝撃強度が低下してしまう（靱性が低下してしまう）。
【０００４】
他方、溶体化処理の加熱温度がチタン合金のβ単相変態点未満である場合、プライマリα結晶粒が残留するため、強度の向上が不十分となる。また、この場合、プライマリα結晶粒は相変態しないため、結晶粒が微細化されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３２５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のとおり、チタン合金の強度及び靱性を改善するためには、プライマリα相の比率を減らしつつ、結晶粒を微細化させることが必要である。しかしながら、そのような目的を達成するための溶体化処理条件及び金属組織に関する知見は、乏しい。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。具体的には、プライマリα結晶粒の比率を減らしつつ、結晶粒が微細化することにより、強度及び靱性が改善されたチタン合金製の機械部品及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る機械部品は、６４チタン製である。この機械部品を構成する６４チタンは、旧β粒を含む。旧β粒は、セカンダリα結晶粒を有している。断面視野において、６４チタン中におけるプライマリα結晶粒の面積率は０パーセント以上１４パーセント以下である。断面視野において４００μｍ×３００μｍの矩形形状の測定領域内にあるセカンダリα結晶粒のうち、結晶粒径が最も大きいセカンダリα結晶粒から結晶粒径が１０番目に大きいセカンダリα結晶粒までが、又は結晶粒径が上位３０パーセントまでのセカンダリα結晶粒が第１群に属している。第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径は、６μｍ以上１７μｍ以下である。旧β粒の平均粒径は、６１７μｍ以下である。
【０００９】
上記の機械部品では、応力比Ｒが−１、かつ繰り返し回数が１０7回である回転曲げ疲労試験において、疲労強度が７５０ＭＰａ以上である。
【００１０】
上記の機械部品では、断面視野において、６４チタン中におけるプライマリα結晶粒の面積率は５パーセント以下であり、第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径は、７μｍ以上１２μｍ以下であり、かつ旧β粒の平均粒径は、３５５μｍ以下であってもよい。
【００１１】
上記の機械部品では、応力比Ｒが−１、かつ繰り返し回数が１０7回である回転曲げ疲労試験において、疲労強度が８００ＭＰａ以上である。
【００１２】
上記機械部品は、軸受部品であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様に係る機械部品及びその製造方法によると、プライマリα結晶粒の比率を減らしつつ、結晶粒が微細化することにより、機械部品を構成するチタン合金の強度及び靱性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】すべり軸受１０の上面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】針状組織のセカンダリα結晶粒の模式図である。
【図４】等軸状組織のセカンダリα結晶粒の模式図である。
【図５】回転曲げ疲労試験の試験片を示す図である。
【図６】実施形態に係る機械部品の製造方法を示す工程図である。
【図７】サンプル１のＥＢＳＤ像である。
【図８】サンプル２のＥＢＳＤ像である。
【図９】サンプル３のＥＢＳＤ像である。
【図１０】サンプル４のＥＢＳＤ像である。
【図１１】サンプル１〜サンプル４に対する回転曲げ疲労試験で得られた繰り返し回数と応力振幅との関係を示すグラフである。
【図１２】第１群に属するプライマリα結晶粒の面積率と疲労強度との関係を示すグラフである。
【図１３】第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径と疲労強度との関係を示すグラフである。
【図１４】旧β粒の平均粒径と疲労強度との関係を示すグラフである。
【図１５】平均結晶粒径と疲労強度との関係を示すグラフである。
【図１６】第１時間及び第１温度とプライマリα結晶粒の面積率との関係を示すグラフである。
【図１７】第１温度及び第１時間及び第１温度と第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。
【００１６】
（実施形態に係る機械部品の構成）
以下に、実施形態に係る機械部品の構成を説明する。
【００１７】
実施形態に係る機械部品は、例えば、すべり軸受１０である。実施形態に係る機械部品はこれに限られるものではないが、以下においては、すべり軸受１０を例として、実施形態に係る機械部品の構成を説明する。
【００１８】
図１は、すべり軸受１０の上面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。図１及び図２に示されるように、すべり軸受１０は、環状（リング状）の形状を有している。
【００１９】
すべり軸受１０は、上面１０ａと、底面１０ｂと、内周面１０ｃと、外周面１０ｄとを有している。上面１０ａ及び底面１０ｂは、中心軸１０ｅに沿う方向における端面を構成している。底面１０ｂは、上面１０ａの反対面である。内周面１０ｃは、上面１０ａ及び底面１０ｂに連なっており、外周面１０ｄは上面１０ａ及び底面１０ｂに連なっている。内周面１０ｃは、すべり軸受１０のすべり面を構成している。
【００２０】
すべり軸受１０は、チタン合金製である。より具体的には、すべり軸受１０は、６４チタンで形成されている。なお、６４チタンとは、ＡＳＴＭ規格（Ｂ３４８−１３  ＧＲ．５）に定められるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金である。
【００２１】
６４チタン合金は、５．５０重量パーセント以上６．７５重量パーセント以下のアルミニウム、３．５０重量パーセント以上４．５０重量パーセント以下のバナジウム、０．４０重量パーセント以下の鉄、０．０８重量パーセント以下の炭素、０．０５重量パーセント以下の窒素、０．０１５重量パーセント以下の水素及び０．２０重量パーセント以下の酸素を含有している。なお、６４チタン合金の残部は、チタンである。６４チタン合金は、α＋β型合金の一種である。α＋β型チタン合金は、常温においてα相及びβ相で構成される２相組織を呈するチタン合金である。α相とは、ｈｃｐ（hexagonal  closed  pack）構造のチタンの低温相であり、β相とは、ｂｃｃ（body  centered  cubic）構造のチタンの高温相である。
【００２２】
すべり軸受１０を構成しているチタン合金は、旧β粒を含んでいる。すべり軸受１０を構成しているチタン合金は、プライマリα結晶粒をさらに含んでいてもよい。
【００２３】
旧β粒は、α相で構成された結晶粒（セカンダリα結晶粒）と、β相で構成された結晶粒とを含む粒である。旧β粒は、溶体化処理においてβ変態開始点以上に加熱されたときにβ相で構成された１つの粒であった部分である。
【００２４】
セカンダリα結晶粒は、セカンダリα相で構成される結晶粒である。セカンダリα相は、溶体化処理工程Ｓ２においてβ変態開始点直下（９４０℃以上）に加熱されることによりβ相に変態した後、冷却によりマルテンサイト変態又はマッシブ変態により形成されたα相である。セカンダリα相には、ｈｃｐ構造のα’相と、斜方晶構造のα’’相とがある。セカンダリα結晶粒は、上述のように旧β粒内に形成されている。
【００２５】
プライマリα結晶粒は、プライマリα相で構成される結晶粒である。プライマリα相は、後述する溶体化処理工程Ｓ２及び時効処理工程Ｓ３のいずれにおいてもβ相に変態することなく残存したα相である。なお、プライマリα結晶粒、セカンダリα結晶粒、および旧β粒は、溶体化処理前後の組織観察により識別することができる。
【００２６】
各々の結晶粒は、結晶方位により識別される。より具体的には、ある結晶粒の結晶方位と当該結晶粒に隣接する別の結晶粒の結晶方位とのずれが１５°未満である場合には、それらの結晶粒は、１つの結晶粒と見做される。他方で、ある結晶粒の結晶方位と当該結晶粒に隣接する別の結晶粒の結晶方位とのずれが１５°以上である場合には、それらの結晶粒は、別々の結晶粒と見做される。なお、結晶方位の測定（各々の結晶粒界の特定）は、例えば、クロール液によって腐蝕されたチタン合金を光学顕微鏡にて観察することにより行われる。なお、結晶方位の測定（各々の結晶粒界の特定）は、例えばＥＢＳＤ（Electron  Back  Scatter  Diffraction）法を用いて行われてもよい。
【００２７】
断面視野において、すべり軸受１０を構成しているチタン合金中に含まれるプライマリα相の面積率は、０パーセント以上１４パーセント以下である。好ましくは、断面視野において、すべり軸受１０を構成しているチタン合金中に含まれるプライマリα相の面積率は、０パーセント以上２パーセント以下である。この数値範囲は、図１２に示される上記回転曲げ疲労試験の評価結果から導出された上記第１近似曲線から、疲労強度が８００ＭＰａ以上となるプライマリα相の面積率として算出された。断面視野におけるチタン合金中のプライマリα結晶粒の面積率は、上述した結晶方位の測定方法によってプライマリα結晶粒を特定した後、画像処理によりプライマリα結晶粒が占める面積の比率を算出することにより行われる。すべり軸受１０を構成しているチタン合金中に含まれるプライマリα相の面積率が０パーセントとは、算出対象となる領域内にプライマリα結晶粒が存在しない状態である。
【００２８】
断面視野において、測定領域内に存在するセカンダリα結晶粒は、第１群と、第２群とに区分されている。第１群には、測定領域内に存在するセカンダリα結晶粒のうち、最も結晶粒径が大きいセカンダリα結晶粒から結晶粒径が１０番目に大きいセカンダリα結晶粒が属している。第２群には、残余のセカンダリα結晶粒が属している。
【００２９】
このことを別の観点からいえば、第１群に属する１０個のセカンダリα結晶粒の結晶粒径の最小値は、第２群に属するセカンダリα結晶粒の最大値よりも大きく、第１群に属するセカンダリα結晶粒の数は１０である。
【００３０】
第１群には、測定領域内に存在するセカンダリα結晶粒のうち、結晶粒径が上位３０パーセントに属するセカンダリα結晶粒が属しているとともに、第２群には、残余のセカンダリα結晶粒が属していてもよい。
【００３１】
上記の測定領域は、すべり軸受１０の表面（上面１０ａ、底面１０ｂ、内周面１０ｃ及び外周面１０ｄ）から０．２ｍｍの位置に配置されることが好ましい。上記の測定領域の寸法は、４００μｍ×３００μｍの矩形形状である。
【００３２】
第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径は、６μｍ以上１７μｍ以下である。この数値範囲は、図１３に示される応力比Ｒが−１かつ繰り返し回数が１０7回である回転曲げ疲労試験の評価結果から導出された第２近似直線および第３近似曲線から、疲労強度が７５０ＭＰａ以上となる第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径として算出された。好ましくは、第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径は、７μｍ以上１２μｍ以下である。この数値範囲は、図１３に示される上記回転曲げ疲労試験の評価結果から導出された上記第２近似直線および上記第３近似曲線から、疲労強度が８００ＭＰａ以上となる第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径として算出された。第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径は、以下の方法により測定することができる。
【００３３】
セカンダリα結晶粒は、針状組織である場合と、等軸状組織である場合とがある。図３は、針状組織のセカンダリα結晶粒の模式図である。図３に示されるように、針状組織のセカンダリα結晶粒は、底面の直径がｂ、高さがａ／２の円錐の底面同士を接続した形状で近似することができる。
【００３４】
つまり、針状組織のセカンダリα結晶粒の体積は、２×｛１／３×ａ／２×（ｂ／２）２×π｝＝πａｂ２／１２で近似することができる。直径がｄの球の体積は、πｄ３／６で表すことができる。針状組織のセカンダリα結晶粒においてａの値及びｂの値を測定することにより、πａｂ２／１２＝πｄ３／６の関係から、針状組織のセカンダリα結晶粒における球相当径（（ａｂ２／２）１／３、ｄの値）を求めることができる。そして、この球相当径の値を、針状組織のセカンダリα結晶粒の結晶粒径と見做す。
【００３５】
図４は、等軸状組織のセカンダリα結晶粒の模式図である。図４に示されるように、等軸状組織のセカンダリα結晶粒は、長軸の長さがａ／２、短軸の長さがｂ／２である楕円球で近似することができる。つまり、等軸状組織のセカンダリα結晶粒の体積は、４π×ａ／２×（ｂ／２）２＝πａｂ２／６で近似することができる。等軸状組織のセカンダリα結晶粒においてａの値及びｂの値を測定することにより、πａｂ２／６＝πｄ３／６の関係から、等軸状組織のセカンダリα結晶粒における球相当径（（ａｂ２）１／３、上記のｄの値）を求めることができる。そして、この球相当径の値を、等軸状組織のセカンダリα結晶粒の結晶粒径と見做す。
【００３６】
上記のようにして得られた各々のセカンダリα結晶粒の結晶粒径に基づいて、測定領域内に存在するセカンダリα結晶粒のうち、結晶粒径が上位３０パーセントの範囲内にある第１群に属するセカンダリα結晶粒が特定される。さらに、第１群に属するセカンダリα結晶粒の結晶粒径が合計され、その合計値が第１群に属するセカンダリα結晶粒の数（１０）で除されることにより、第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径が得られる。
【００３７】
旧β粒の平均粒径は、６１７μｍ以下である。この数値範囲は、図１４に示される応力比Ｒが−１かつ繰り返し回数が１０7回である回転曲げ疲労試験の評価結果から導出された第４近似直線から、疲労強度が７５０ＭＰａ以上となる旧β粒の平均粒径として算出された。好ましくは、旧β粒の平均粒径は、３５５μｍ以下である。この数値範囲は、図１４に示される上記回転曲げ疲労試験の評価結果から導出された上記第４近似直線から、疲労強度が８００ＭＰａ以上となる旧β粒の平均粒径として算出された。
【００３８】
旧β粒の平均粒径は、例えば８０μｍ以上である。この数値範囲は、図１４に示される上記回転曲げ疲労試験の評価結果から導出された第５近似直線から、疲労強度が７５０ＭＰａ以上となる旧β粒の平均粒径として算出された。好ましくは、旧β粒の平均粒径は、１２０μｍ以上である。この数値範囲は、図１４に示される上記回転曲げ疲労試験の評価結果から導出された第５近似直線から、疲労強度が８００ＭＰａ以上となる旧β粒の平均粒径として算出された。旧β粒は、等軸状組織である。よって、旧β粒の平均粒径は、上述した等軸状組織のセカンダリα結晶粒の平均粒径と同等の方法により測定することができる。
【００３９】
応力比Ｒが−１、かつ繰り返し回数が１０7回である回転曲げ疲労試験において、すべり軸受１０の疲労強度は７５０ＭＰａ以上であるのが好ましい。より好ましくは、上記回転曲げ疲労試験において、すべり軸受１０の疲労強度は８００ＭＰａ以上である。
【００４０】
すべり軸受１０に対する回転曲げ疲労試験では、まず、試験片が準備される。図５は、回転曲げ疲労試験の試験片を示す図である。すべり軸受１０から、図５に示される形状および寸法を有する丸棒状の試験片が切り出される。図５に示されるように、試験片の軸方向の長さは１００ｍｍである。試験片は、その軸方向の中央に設けられたくびれ部と、軸方向においてくびれ部を挟んで配置された丸棒状部とを有している。軸方向に沿った断面において、くびれ部の外周面は、試験片の軸に対して対称に設けられている２つの円弧を成している。各円弧の曲率半径Ｒは７ｍｍである。軸方向に垂直な断面において、試験片の軸方向の中心くびれ部の外径は３ｍｍであり、丸棒状部の外径は１０ｍｍである。
【００４１】
次に、室温下で、応力比Ｒ＝σｍｉｎ／σｍａｘ＝−１、繰り返し速度３０００ｒｐｍ（５０Ｈｚ）の条件で回転曲げ疲労試験を行う。σｍｉｎは試験片に繰り返し印加される正弦波応力の最小値、σｍａｘは該正弦波応力の最大値である。回転曲げ疲労試験によって得られたＳ−Ｎ曲線から、正弦波応力の繰り返し数が１．０×１０7回以上であっても試験片が破断しなかった該正弦波応力の振幅σaの最大値が疲労強度として測定される。振幅σaは（σｍａｘ−σｍｉｎ）／２である。
【００４２】
より好ましくは、すべり軸受１０を構成しているチタン合金は、以下の構成を同時に満足している。断面視野において、すべり軸受１０を構成しているチタン合金中に含まれるプライマリα相の面積率は、０パーセント以上２パーセント以下である。第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径は、７μｍ以上１２μｍ以下である。旧β粒の平均粒径は、３５５μｍ以下である。
【００４３】
（実施形態に係る機械部品の製造方法）
以下に、実施形態に係る機械部品の製造方法を説明する。
【００４４】
図６は、実施形態に係る機械部品の製造方法を示す工程図である。図６に示されるように、実施形態に係る機械部品の製造方法は、準備工程Ｓ１と、溶体化処理工程Ｓ２と、時効処理工程Ｓ３とを有している。溶体化処理工程Ｓ２は準備工程Ｓ１の後に行われ、時効処理工程Ｓ３は溶体化処理工程Ｓ２の後に行われる。
【００４５】
準備工程Ｓ１においては、加工対象部材が準備される。加工対象部材は、チタン合金製である。より具体的には、加工対象部材は、焼き鈍し処理が施された６４チタンで形成されている。
【００４６】
溶体化処理工程Ｓ２においては、加工対象部材に対する溶体化処理が行われる。溶体化処理工程Ｓ２は、加熱工程Ｓ２１と冷却工程Ｓ２２とを有している。加熱工程Ｓ２１は、加工対象部材を第１温度において第１時間保持することにより行われる。加熱工程Ｓ２１は、例えば、多目的雰囲気焼成炉中において行われる。加熱工程Ｓ２１は、例えば、不活性ガス雰囲気中において行われる。上記炉内は、真空引きされた後、不活性ガスによって置換される。この不活性ガスは、例えばアルゴンガスである。なお、この不活性ガスは、窒素以外の任意の不活性ガスであってもよく、例えばヘリウムガスであってもよい。好ましくは、上記炉内の圧力は、常圧（大気圧）である。
【００４７】
第１温度は、冷却工程Ｓ２２において旧β粒およびそれに含まれるセカンダリα結晶粒を析出させるために、β変態開始点以上とされる。
【００４８】
冷却工程Ｓ２２は、加熱工程Ｓ２１の後に行われる。冷却工程Ｓ２２においては、加熱工程Ｓ２１において加熱保持された加工対象部材が冷却される。これにより、加熱工程Ｓ２１において形成されたβ相からセカンダリα結晶粒を含む旧β粒が形成される。冷却工程Ｓ２２は、例えば５質量パーセント濃度の食塩水で加工対象部材を水冷することにより行われる。
【００４９】
時効処理工程Ｓ３は、加工対象部材を第２温度において第２時間保持することにより行われる。
【００５０】
（実施形態に係る機械部品及びその製造方法の効果）
実施形態に係る機械部品を構成するチタン合金中においては、相対的に硬さが低いプライマリα結晶粒の面積率が０パーセント以上１４パーセント以下であり、かつ第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径が６μｍ以上１７μｍ以下とされている。そのため、実施形態に係る機械部品は、高い強度（硬さ）を有しながらも、高い靭性を有している。
【００５１】
実施形態に係る機械部品を構成するチタン合金中においては、旧β粒の平均粒径が、６１７μｍ以下に微細化されている。そのため、実施形態に係る機械部品においては、靱性も改善されている。このように、実施形態に係る機械部品及びその製造方法によると、機械部品を構成するチタン合金の強度及び靱性の双方を改善することができる。なお、実施の形態に係る機械部品は、上述のように、すべり軸受１０などの高い強度が要求される機械部品に好適である。
【実施例】
【００５２】
実施形態に係る機械部品の効果を確認するために、表１に示されるサンプル１〜５が準備された。表１に示されるように、サンプル１〜サンプル５は、焼き鈍し処理が施された６４チタンにより形成された。サンプル１〜４には、上記実施の形態に係る機械部品の製造方法と同様の溶体化処処理工程、冷却工程、および時効処理工程が施された。サンプル５には、溶体化処処理工程、冷却工程、および時効処理工程が施されなかった。
【００５３】
サンプル１に対する溶体化処理においては、第１温度が１０５０℃、第１時間が１．２×１０３秒とされた。サンプル２に対する溶体化処理においては、第１温度が１０００℃、第１時間が０．３×１０３秒とされた。サンプル３に対する溶体化処理においては、第１温度が９８０℃、第１時間が１．２×１０３秒とされた。サンプル４に対する溶体化処理においては、第１温度が９４０℃、第１時間が２．４×１０３秒とされた。なお、サンプル１については、第１温度が６４チタンのβ単相変態点以上に設定された。サンプル２，３および４については、第１温度が６４チタンのβ変態開始点以上β単相変態点未満に設定された。サンプル２および３については、第１温度がβ単相変態点よりも４０℃低い温度以上β単相変態点よりも１０℃低い温度以下に設定された。
【００５４】
サンプル１〜サンプル４の溶体化処理における冷却速度は、毎秒２５０℃〜毎秒３７０℃とされた。サンプル１〜サンプル４に対する時効処理は、５３０℃において１．８×１０４秒保持することにより行われた。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
図７は、サンプル１のＥＢＳＤ像である。図８は、サンプル２のＥＢＳＤ像である。図９は、サンプル３のＥＢＳＤ像である。図１０は、サンプル４のＥＢＳＤ像である。これらのＥＢＳＤ像に基づいてチタン合金中のプライマリα結晶粒の面積率を算出すると、サンプル１〜サンプル４におけるプライマリα結晶粒の面積率は、それぞれ０．０パーセント、０．３パーセント、７．３パーセント及び３１．１パーセントであった。サンプル５におけるプライマリα結晶粒の面積率は、１００パーセントであった。これらのＥＢＳＤ像に基づいてチタン合金中における第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径を算出すると、サンプル１〜サンプル４における第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径は、それぞれ１３μｍ、８μｍ、６μｍ、及び５μｍであった。さらに、これらのＥＢＳＤ像に基づいてチタン合金中における旧β粒の平均粒径を算出すると、サンプル１〜サンプル４における旧β粒の平均粒径は、それぞれ４２１μｍ、１５８μｍ、６１μｍ、及び５２μｍであった。なお、サンプル５には、旧β粒およびそれに含まれるセカンダリα結晶粒が確認されなかった。
【００５７】
図１１は、サンプル１〜サンプル５に対する回転曲げ疲労試験の結果を示すグラフである。図１１の横軸は回転曲げ疲労試験で各試験片に印加される正弦波応力の繰り返し回数Ｎfを示し、図１１の縦軸は正弦波応力の振幅σa（単位：ＭＰａ）を示す。図１１に示されるグラフから、サンプル１〜５の疲労強度は、それぞれ７８７．５ＭＰａ、８３７．５ＭＰａ、７６２．５ＭＰａ、６８７．５ＭＰａ、および６３７．５ＭＰａであった。溶体化処理、冷却処理、および時効処理が施されたサンプル１〜４の疲労強度は、溶体化処理、冷却処理、および時効処理が施されていないサンプル５の疲労強度よりも高かった。また、サンプル１〜４のうち、サンプル２〜４の間では溶体化処理の第１温度が高いほど疲労強度が高かったのに対し、サンプル２よりも第１温度が高いサンプル１の疲労強度はサンプル２の疲労強度よりも低かった。
【００５８】
図１２は、プライマリα結晶粒の面積率と回転曲げ疲労試験から得られた疲労強度との関係を示すグラフである。図１２の横軸はプライマリα結晶粒の面積率（単位：％）であり、図１２の縦軸は疲労強度（単位：ＭＰａ）である。図１３は、第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径と疲労強度との関係を示すグラフである。図１３の横軸は第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径（単位：μｍ）であり、図１３の縦軸は疲労強度（単位：ＭＰａ）である。図１４は、旧β粒の平均粒径と疲労強度との関係を示すグラフである。図１４の横軸は旧β粒の平均粒径（単位：μｍ）であり、図１４の縦軸は疲労強度（単位：ＭＰａ）である。図１５は、α相の平均結晶粒径と疲労強度との関係を示すグラフである。図１５の横軸はα相の平均結晶粒径第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径（単位：μｍ）であり、図１３の縦軸は疲労強度（単位：ＭＰａ）である。なお、これらのグラフは、サンプル１〜サンプル４に対する回転曲げ疲労試験、プライマリα結晶粒の面積率の測定結果、第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径の測定結果、およびα相の平均結晶粒径の測定結果に基づいて作成されている。
【００５９】
図１２中に示された折れ線のうち、プライマリα結晶粒の面積率が０パーセント以上３０パーセント以下の範囲に描かれた直線分は、当該範囲内にプロットされた４点の測定結果から導出された第１近似直線である。上記第１近似直線から、疲労強度が７５０ＭＰａ以上であるチタン合金のプライマリα相の面積率は０パーセント以上１４パーセント以下と算出された。
【００６０】
図１３中に示された折れ線のうち、セカンダリα結晶粒の平均粒径が５μｍ以上８μｍ以下の範囲に描かれた直線は当該範囲内にプロットされた３点の測定結果から導出された第２近似曲線であり、セカンダリα結晶粒の平均粒径が８μｍ以上１３μｍ以下の範囲に描かれた直線は当該範囲内にプロットされた２点の測定結果から導出された第３近似曲線である。上記第２近似直線および上記第３近似直線から、疲労強度が７５０ＭＰａ以上であるチタン合金の第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径は６μｍ以上１７μｍ以下と算出された。
【００６１】
図１４中に示された折れ線のうち、旧β粒の平均粒径が１５７μｍ以上４２１μｍ以下の範囲に描かれた直線は当該範囲内にプロットされた２点の測定結果から導出された上記第４近似曲線である。上記第４近似直線から、疲労強度が７５０ＭＰａ以上であるチタン合金の旧β粒の平均粒径は６１７μｍ以下と算出された。
【００６２】
図１２〜図１４に示されるように、プライマリα結晶粒の面積率が０パーセント以上１４パーセント以下であり、第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径が６μｍ以上１７μｍ以下であり、かつ旧β粒の平均粒径が６１７μｍ以下である場合には、疲労強度が７５０ＭＰａ以上となっていた。特に、プライマリα結晶粒の面積率が０パーセント以上２パーセント以下であり、第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径が７μｍ以上１２μｍ以下であり、かつ旧β粒の平均粒径が３５５μｍ以下である場合には、疲労強度が８００ＭＰａ以上となっていた。図１５に示されるように、α相の各結晶粒が微細なほど、疲労強度が高かった。
【００６３】
図１２に示されるように、プライマリα結晶粒に関しては、溶体化処理の第１温度が高いほど、プライマリα結晶粒の面積率が低く、疲労強度が高かった。図１３および図１４に示されるように、旧β結晶粒およびセカンダリα結晶粒に関しては、それぞれの平均粒径に対して疲労強度のピークが確認された。具体的には、サンプル２〜４の間では、溶体化処理の第１温度が高いほど第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径および旧β粒の平均粒径が大きく、疲労強度が高かった。一方、サンプル１，２の間では、サンプル２よりも第１温度が高いサンプル１の第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径および旧β粒の平均粒径がサンプル２のそれらよりも大きかったが、サンプル１の疲労強度はサンプル２のそれよりも低かった。
【００６４】
図１６は、第１時間及び第１温度とプライマリα結晶粒の面積率との関係を示すグラフである。図１７は、第１温度及び第１時間及び第１温度と第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径との関係を示すグラフである。図１６及び図１７においては、第１温度を８８０℃から１０００℃の範囲で変化させており、第１時間を０秒から１×１０4秒の範囲で変化させている。図１６及び図１７に示されるように、第１時間を０．５×１０3秒以上４．８×１０3秒以下とし、第１温度をβ単相変態点よりも４０℃低い温度以上β単相変態点よりも１０℃低い温度以下とすることにより、プライマリα結晶粒の面積率が０パーセント以上１７パーセント以下、かつ、第１群に属するセカンダリα結晶粒の平均粒径が６μｍ以上１７μｍ以下とすることができる。
【００６５】
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
上記の実施形態は、チタン合金製の機械部品及びチタン合金製の機械部品の製造方法に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００６７】
１０  すべり軸受、１０ａ  上面、１０ｂ  底面、１０ｃ  内周面、１０ｄ  外周面、１０ｅ  中心軸、Ｓ１  準備工程、Ｓ２  溶体化処理工程、Ｓ３  時効処理工程、Ｓ２１  加熱工程、Ｓ２２  冷却工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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