(57)【要約】【課題】両立し難い、又は相反する傾向にある機械的特性に関してバランスがとれたチタン合金を得るためのチタン合金の組織決定方法を提供する。【解決手段】一実施形態に係るチタン合金の組織決定方法は、チタン合金の組織決定方法であって、前記チタン合金の機械的特性に関する機械的特性パラメータと、前記チタン合金の組織に関する組織パラメータと、前記チタン合金の組成に関する組成パラメータと、を含む関係式に基づいて、前記チタン合金の組織形態を決定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン合金の組織決定方法であって、
前記チタン合金の機械的特性に関する機械的特性パラメータと、前記チタン合金の組織に関する組織パラメータと、前記チタン合金の組成に関する組成パラメータと、を含む関係式に基づいて、前記チタン合金の組織形態を決定する
チタン合金の組織決定方法。
【請求項２】
前記機械的特性パラメータは、疲労特性についてのパラメータと、靭性又はクリープ強度の少なくとも一つについてのパラメータとを含み、
前記組織パラメータは、等軸α相面積率についてのパラメータと、ラメラ層間隔についてのパラメータとを含み、
前記組成パラメータは、アルミニウム含有量についてのパラメータを少なくとも含む
請求項１に記載のチタン合金の組織決定方法。
【請求項３】
前記組成パラメータは、窒素含有量についてのパラメータ、鉄含有量についてのパラメータ、又は、水素含有量についてのパラメータの少なくとも一つのパラメータをさらに含む
請求項２に記載のチタン合金の組織決定方法。
【請求項４】
前記クリープ強度についてのパラメータをＹＳ［ＭＰａ］とし、
前記靭性についてのパラメータをＫＩＣ［ＭＰａ√ｍ］とし、
前記疲労特性についてのパラメータをσｗ［ＭＰａ］とし、
前記等軸α相面積率についてのパラメータをＶα［％］とし、
前記ラメラ層間隔についてのパラメータをＤＬ［μｍ］とし、
前記アルミニウム含有量についてのパラメータをＡｌ［質量％］とし、
前記窒素含有量についてのパラメータをＮ［質量％］とし、
前記鉄含有量についてのパラメータをＦｅ［質量％］とし、
前記水素含有量についてのパラメータをＨ［質量％］とし、
第１定数をＣｏｎｓｔ１とし、
ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４をそれぞれ係数としたとき、
前記関係式は、次式（１）：
ａ１×ＤＬ−ａ２×Ｖα＝ｂ１×ＹＳ＋ｂ２×σｗ＋ｂ３×ＫＩＣ＋ｃ１×Ａｌ−ｃ２×Ｎ−ｃ３×Ｆｅ＋ｃ４×Ｈ−Ｃｏｎｓｔ１・・・（１）
で表され、
前記係数ａ１は、３０以上３００以下であり、
前記係数ａ２は、１以上１０以下であり、
前記係数ｂ１は、０．５以上５以下であり、
前記係数ｂ２は、０．１以上２以下であり、
前記係数ｂ３は、５以上５０以下であり、
前記係数ｃ１は、１００以上１５０以下であり、
前記係数ｃ２は、１０００以上２００００以下であり、
前記係数ｃ３は、４００以上５０００以下であり、
前記係数ｃ４は、５００以上５０００以下であり、
前記第１定数Ｃｏｎｓｔ１は、１０００以上２００００以下である
請求項３に記載のチタン合金の組織決定方法。
【請求項５】
前記組成パラメータは、炭素含有量についてのパラメータ、又は、バナジウム含有量についてのパラメータの少なくとも一つのパラメータをさらに含む
請求項３に記載のチタン合金の組織決定方法。
【請求項６】
前記クリープ強度についてのパラメータをＹＳ［ＭＰａ］とし、
前記靭性についてのパラメータをＫＩＣ［ＭＰａ√ｍ］とし、
前記疲労特性についてのパラメータをσｗ［ＭＰａ］とし、
前記等軸α相面積率についてのパラメータをＶα［％］とし、
前記ラメラ層間隔についてのパラメータをＤＬ［μｍ］とし、
前記アルミニウム含有量についてのパラメータをＡｌ［質量％］とし、
前記窒素含有量についてのパラメータをＮ［質量％］とし、
前記鉄含有量についてのパラメータをＦｅ［質量％］とし、
前記水素含有量についてのパラメータをＨ［質量％］とし、
前記炭素含有量についてのパラメータをＣ［質量％］とし、
前記バナジウム含有量についてのパラメータをＶ［質量％］とし、
第２定数をＣｏｎｓｔ２とし、
ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、ｃ５、ｃ６をそれぞれ係数としたとき、
前記関係式は、次式（２）：
ａ１×ＤＬ−ａ２×Ｖα＝ｂ１×ＹＳ＋ｂ２×σｗ＋ｂ３×ＫＩＣ＋ｃ１×Ａｌ−ｃ２×Ｎ−ｃ３×Ｆｅ＋ｃ４×Ｈ−ｃ５×Ｃ＋ｃ６×Ｖ−Ｃｏｎｓｔ２・・・（２）
で表され、
前記係数ａ１は、３０以上３００以下であり、
前記係数ａ２は、１以上１０以下であり、
前記係数ｂ１は、０．５以上５以下であり、
前記係数ｂ２は、０．１以上２以下であり、
前記係数ｂ３は、５以上５０以下であり、
前記係数ｃ１は、１００以上１５０以下であり、
前記係数ｃ２は、１０００以上２００００以下であり、
前記係数ｃ３は、４００以上５０００以下であり、
前記係数ｃ４は、５００以上５０００以下であり、
前記係数ｃ５は、５００以上５０００以下であり、
前記係数ｃ６は、１０以上２００以下であり、
前記第２定数Ｃｏｎｓｔ２は、１０００以上２００００以下である
請求項５に記載のチタン合金の組織決定方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の前記関係式に基づいて、前記組織パラメータが満たすべき条件を算出するステップと、
前記条件に基づいて、前記組織パラメータの値を決定するステップと、
決定された前記組織パラメータの値を実現するための熱処理条件を設定するステップと、
設定された前記熱処理条件で熱処理を実施するステップと、
を備えるチタン合金の製造方法。
【請求項８】
前記組織パラメータは、等軸α相面積率についてのパラメータと、ラメラ層間隔についてのパラメータとを含み、
前記組織パラメータの値を決定するステップは、
前記等軸α相面積率についてのパラメータ及び前記ラメラ層間隔についてのパラメータの何れか一方のパラメータの値を決定する第１決定ステップと、
前記第１決定ステップで決定された前記何れか一方のパラメータの値と、前記条件とに基づいて、前記等軸α相面積率についてのパラメータ及び前記ラメラ層間隔についてのパラメータの何れか他方のパラメータの値を決定する第２決定ステップと、
を含む
請求項７に記載のチタン合金の製造方法。
【請求項９】
前記第１決定ステップでは、前記等軸α相面積率についてのパラメータを決定し、
前記第２決定ステップでは、前記ラメラ層間隔についてのパラメータを決定する
請求項８に記載のチタン合金の製造方法。
【請求項１０】
前記第１決定ステップでは、前記ラメラ層間隔についてのパラメータを決定し、
前記第２決定ステップでは、前記等軸α相面積率についてのパラメータを決定する
請求項８に記載のチタン合金の製造方法。
【請求項１１】
設定された前記熱処理条件で熱処理を実施することで試験体を作製するステップと、
前記試験体の機械的特性を評価するステップと、
前記試験体の機械的特性を評価するステップにおける評価結果に基づいて、前記組織パラメータの値を決定するステップで決定された前記組織パラメータの値が妥当であるか否かを判断するステップと、
前記組織パラメータの値が妥当であるか否かを判断するステップにおいて前記組織パラメータの値が妥当でないと判断された場合に、前記組織パラメータの値又は前記組成パラメータの値の少なくとも何れか一方を修正するステップと、
をさらに備える
請求項７乃至１０の何れか一項に記載のチタン合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、チタン合金の組織決定方法及びチタン合金の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量で高い強度を有し、耐腐食性に優れたチタン合金は、発電プラントや化学プラント、航空機、自動車等の各分野において広く用いられている。
チタン合金では、添加元素の種類や添加量、熱処理の条件等によって機械的特性が変化する。そこで、チタン合金の用途の応じた機械的特性が得られるように、添加元素の種類や添加量、熱処理の条件を変更することが行われている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６６６３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のようなα＋β型のチタン合金において、金属組織中のα相の面積率や針状組織の組織間隔は、熱処理によって制御可能である。金属組織中のα相の面積率や針状組織の組織間隔といった、組織形態が変化すると当該合金の機械的特性も変化する。
機械的特性には、強度(室温強度・高温強度(クリープ強度)、衝撃特性、靭性、疲労特性等の種々の強度特性があり、各特性は金属組織の制御により向上を図ることも可能であるが、複数の強度特性の向上には、両立し難い、又は相反する特性の組み合わせが存在する。例えばα＋β型のチタン合金では、等軸粒のα相組織は、例えば疲労限界値の向上に寄与するが、例えば破壊靭性の向上にはあまり寄与しない。また、例えばα＋β型のチタン合金では、針状組織は、例えば破壊靭性の向上に寄与するが、例えば疲労限界値の向上にはあまり寄与しない。そのため、例えばα＋β型のチタン合金では、等軸粒のα相組織と針状組織とを複合的に有するバイモーダル組織とすることで、例えば靭性と疲労特性とのバランスをとるようにすることがある。
【０００５】
また、上述したようにチタン合金の機械的特性は、添加元素の種類や添加量によっても変わる。そのため、チタン合金において、例えば靭性と疲労特性とのように、例えば組織形態との関係で相反する傾向にある機械的特性のバランスをとるためには、組織形態に関するパラメータ、チタン合金の組成に関するパラメータ等も考慮しなければならない。そのため、チタン合金において、所望する機械的特性を得るために、上述した各種のパラメータを決定することが容易ではなかった。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、両立し難い、又は相反する傾向にある機械的特性に関してバランスがとれたチタン合金を得るためのチタン合金の組織決定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るチタン合金の組織決定方法は、
チタン合金の組織決定方法であって、
前記チタン合金の機械的特性に関する機械的特性パラメータと、前記チタン合金の組織に関する組織パラメータと、前記チタン合金の組成に関する組成パラメータと、を含む関係式に基づいて、前記チタン合金の組織形態を決定する。
【０００８】
上記（１）の方法によれば、所望する機械的特性を機械的特性パラメータとして上記の関係式に代入し、チタン合金の組成を組成パラメータとして上記の関係式に代入することで、所望する機械的特性を実現するために組織パラメータが満たすべき条件を得ることができる。したがって、例えば、上記条件を満たす組織形態となるように、チタン合金の熱処理を実施すれば、所望する機械的特性を有するチタン合金が得られる。これにより、両立し難い、又は相反する傾向にある機械的特性に関してバランスがとれたチタン合金を得るためのチタン合金の組織形態を容易に決定できる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記機械的特性パラメータは、疲労特性についてのパラメータと、靭性又はクリープ強度の少なくとも一つについてのパラメータとを含み、
前記組織パラメータは、等軸α相面積率についてのパラメータと、ラメラ層間隔についてのパラメータとを含み、
前記組成パラメータは、アルミニウム含有量についてのパラメータを少なくとも含む。
【００１０】
例えばα＋β型のチタン合金では、等軸粒のα相組織は、例えば疲労特性の向上に寄与するが、例えば靭性及びクリープ強度の向上にはあまり寄与しない。また、例えばα＋β型のチタン合金では、針状組織は、例えば靭性及びクリープ強度の向上に寄与するが、例えば疲労特性の向上にはあまり寄与しない。すなわち、疲労特性と、靭性及びクリープ強度とは、組織形態との関係で相反する傾向にある。
また、例えばα＋β型のチタン合金では、合金の靭性に対するアルミニウムの影響が他の添加元素の影響よりも大きい。
【００１１】
そこで、上記（２）の方法では、疲労特性についてのパラメータと、靭性又はクリープ強度の少なくとも一つについてのパラメータと、アルミニウム含有量についてのパラメータとについて、それぞれの値を上記（１）の関係式に代入することで、等軸α相面積率についてのパラメータと、ラメラ層間隔についてのパラメータとが満たすべき条件を得ることができる。そして、等軸α相面積率についてのパラメータと、ラメラ層間隔についてのパラメータとの何れか一方の値を決定すれば、何れか他方の値も決定できる。
したがって、上記（２）の方法によれば、上述のようにして値を決定した等軸α相面積率についてのパラメータの値と、ラメラ層間隔についてのパラメータの値とを実現する組織形態となるように、チタン合金の熱処理を実施すれば、組織形態との関係で相反する傾向にある機械的特性を所望する状態で取得できる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の方法において、前記組成パラメータは、窒素含有量についてのパラメータ、鉄含有量についてのパラメータ、又は、水素含有量についてのパラメータの少なくとも一つのパラメータをさらに含む。
【００１３】
上記（３）の方法によれば、窒素、鉄、又は、水素の少なくとも一つの含有量の影響を考慮してチタン合金の組織形態を決定できる。
【００１４】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の方法において、
前記クリープ強度についてのパラメータをＹＳ［ＭＰａ］とし、
前記靭性についてのパラメータをＫＩＣ［ＭＰａ√ｍ］とし、
前記疲労特性についてのパラメータをσｗ［ＭＰａ］とし、
前記等軸α相面積率についてのパラメータをＶα［％］とし、
前記ラメラ層間隔についてのパラメータをＤＬ［μｍ］とし、
前記アルミニウム含有量についてのパラメータをＡｌ［質量％］とし、
前記窒素含有量についてのパラメータをＮ［質量％］とし、
前記鉄含有量についてのパラメータをＦｅ［質量％］とし、
前記水素含有量についてのパラメータをＨ［質量％］とし、
第１定数をＣｏｎｓｔ１とし、
ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４をそれぞれ係数としたとき、
前記関係式は、次式（１）：
ａ１×ＤＬ−ａ２×Ｖα＝ｂ１×ＹＳ＋ｂ２×σｗ＋ｂ３×ＫＩＣ＋ｃ１×Ａｌ−ｃ２×Ｎ−ｃ３×Ｆｅ＋ｃ４×Ｈ−Ｃｏｎｓｔ１・・・（１）
で表され、
前記係数ａ１は、３０以上３００以下であり、
前記係数ａ２は、１以上１０以下であり、
前記係数ｂ１は、０．５以上５以下であり、
前記係数ｂ２は、０．１以上２以下であり、
前記係数ｂ３は、５以上５０以下であり、
前記係数ｃ１は、１００以上１５０以下であり、
前記係数ｃ２は、１０００以上２００００以下であり、
前記係数ｃ３は、４００以上５０００以下であり、
前記係数ｃ４は、５００以上５０００以下であり、
前記第１定数Ｃｏｎｓｔ１は、１０００以上２００００以下である。
【００１５】
上記（４）の方法によれば、上記式（１）に基づいて、両立し難い、又は相反する傾向にある機械的特性のバランスがとれたチタン合金を得るためのチタン合金の組織形態を容易に決定できる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（３）の方法において、前記組成パラメータは、炭素含有量についてのパラメータ、又は、バナジウム含有量についてのパラメータの少なくとも一つのパラメータをさらに含む。
【００１７】
上記（５）の方法によれば、炭素、又は、バナジウムの含有量の影響を考慮してチタン合金の組織形態を決定できる。
【００１８】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の方法において、
前記クリープ強度についてのパラメータをＹＳ［ＭＰａ］とし、
前記靭性についてのパラメータをＫＩＣ［ＭＰａ√ｍ］とし、
前記疲労特性についてのパラメータをσｗ［ＭＰａ］とし、
前記等軸α相面積率についてのパラメータをＶα［％］とし、
前記ラメラ層間隔についてのパラメータをＤＬ［μｍ］とし、
前記アルミニウム含有量についてのパラメータをＡｌ［質量％］とし、
前記窒素含有量についてのパラメータをＮ［質量％］とし、
前記鉄含有量についてのパラメータをＦｅ［質量％］とし、
前記水素含有量についてのパラメータをＨ［質量％］とし、
前記炭素含有量についてのパラメータをＣ［質量％］とし、
前記バナジウム含有量についてのパラメータをＶ［質量％］とし、
第２定数をＣｏｎｓｔ２とし、
ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、ｃ５、ｃ６をそれぞれ係数としたとき、
前記関係式は、次式（２）：
ａ１×ＤＬ−ａ２×Ｖα＝ｂ１×ＹＳ＋ｂ２×σｗ＋ｂ３×ＫＩＣ＋ｃ１×Ａｌ−ｃ２×Ｎ−ｃ３×Ｆｅ＋ｃ４×Ｈ−ｃ５×Ｃ＋ｃ６×Ｖ−Ｃｏｎｓｔ２・・・（２）
で表され、
前記係数ａ１は、３０以上３００以下であり、
前記係数ａ２は、１以上１０以下であり、
前記係数ｂ１は、０．５以上５以下であり、
前記係数ｂ２は、０．１以上２以下であり、
前記係数ｂ３は、５以上５０以下であり、
前記係数ｃ１は、１００以上１５０以下であり、
前記係数ｃ２は、１０００以上２００００以下であり、
前記係数ｃ３は、４００以上５０００以下であり、
前記係数ｃ４は、５００以上５０００以下であり、
前記係数ｃ５は、５００以上５０００以下であり、
前記係数ｃ６は、１０以上２００以下であり、
前記第２定数Ｃｏｎｓｔ２は、１０００以上２００００以下である。
【００１９】
上記（６）の方法によれば、上記式（２）に基づいて、両立し難い、又は相反する傾向にある機械的特性のバランスがとれたチタン合金を得るためのチタン合金の組織形態を容易に決定できる。
【００２０】
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係るチタン合金の製造方法は、
上記（１）乃至（６）の何れかの方法における前記関係式に基づいて、前記組織パラメータが満たすべき条件を算出するステップと、
前記条件に基づいて、前記組織パラメータの値を決定するステップと、
決定された前記組織パラメータの値を実現するための熱処理条件を設定するステップと、
設定された前記熱処理条件で熱処理を実施するステップと、
を備える。
【００２１】
上記（７）の方法によれば、所望する機械的特性を機械的特性パラメータとして上記の関係式に代入し、チタン合金の組成を組成パラメータとして上記の関係式に代入することで、所望する機械的特性を実現するために組織パラメータが満たすべき条件が得られ、この条件から組織パラメータの値を決定できる。
そして、上記（７）の方法によれば、決定された組織パラメータに対応する組織形態となるように、チタン合金の熱処理条件を設定できる。
さらに、上記（７）の方法によれば、設定した熱処理条件でチタン合金の熱処理を実施すれば、所望する機械的特性を有するチタン合金が得られる。これにより、両立し難い、又は相反する傾向にある機械的特性に関してバランスがとれたチタン合金が得られる。
【００２２】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の方法において、
前記組織パラメータは、等軸α相面積率についてのパラメータと、ラメラ層間隔についてのパラメータとを含み、
前記組織パラメータの値を決定するステップは、
前記等軸α相面積率についてのパラメータ及び前記ラメラ層間隔についてのパラメータの何れか一方のパラメータの値を決定する第１決定ステップと、
前記第１決定ステップで決定された前記何れか一方のパラメータの値と、前記条件とに基づいて、前記等軸α相面積率についてのパラメータ及び前記ラメラ層間隔についてのパラメータの何れか他方のパラメータの値を決定する第２決定ステップと、
を含む。
【００２３】
上記（８）の方法によれば、上記の関係式から、等軸α相面積率についてのパラメータと、ラメラ層間隔についてのパラメータとが満たすべき条件を得ることができる。
そして、上記（８）の方法によれば、等軸α相面積率についてのパラメータ及びラメラ層間隔についてのパラメータの何れか一方のパラメータの値を決定すれば、上記条件から何れか他方のパラメータの値についても決定できる。
【００２４】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の方法において、
前記第１決定ステップでは、前記等軸α相面積率についてのパラメータを決定し、
前記第２決定ステップでは、前記ラメラ層間隔についてのパラメータを決定する。
【００２５】
例えばα＋β型のチタン合金では、金属組織中の等軸粒のα相組織の面積率（等軸α相面積率）は、主に、熱処理における溶体化温度の影響を受ける。また、例えばα＋β型のチタン合金では、金属組織中の針状組織の組織間隔（ラメラ層間隔）は、主に、熱処理における溶体化処理での冷却速度の影響を受ける。
したがって、上記（９）の方法によれば、第２決定ステップに先駆けて第１決定ステップにおいて等軸α相面積率についてのパラメータを決定できるので、溶体化温度の条件を優先的に決定できる。
【００２６】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（８）の方法において、
前記第１決定ステップでは、前記ラメラ層間隔についてのパラメータを決定し、
前記第２決定ステップでは、前記等軸α相面積率についてのパラメータを決定する。
【００２７】
上述したように、例えばα＋β型のチタン合金では、金属組織中の等軸粒のα相組織の面積率（等軸α相面積率）は、主に、熱処理における溶体化温度の影響を受け、金属組織中の針状組織の組織間隔（ラメラ層間隔）は、主に、熱処理における溶体化処理での冷却速度の影響を受ける。
したがって、上記（１０）の方法によれば、第２決定ステップに先駆けて第１決定ステップにおいてラメラ層間隔についてのパラメータを決定できるので、熱処理における冷却速度の条件を優先的に決定できる。
【００２８】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１０）の何れかの方法において、
設定された前記熱処理条件で熱処理を実施することで試験体を作製するステップと、
前記試験体の機械的特性を評価するステップと、
前記試験体の機械的特性を評価するステップにおける評価結果に基づいて、前記組織パラメータの値を決定するステップで決定された前記組織パラメータの値が妥当であるか否かを判断するステップと、
前記組織パラメータの値が妥当であるか否かを判断するステップにおいて前記組織パラメータの値が妥当でないと判断された場合に、前記組織パラメータの値又は前記組成パラメータの値の少なくとも何れか一方を修正するステップと、
をさらに備える。
【００２９】
上記（１１）の方法によれば、試験体の機械的特性を評価し、その評価結果に基づいて、組織パラメータの値又は組成パラメータの値の少なくとも何れか一方を修正することにより、所望する機械的特性を有するチタン合金が得られる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、両立し難い、又は相反する機械的特性に関してバランスがとれたチタン合金を得るためのチタン合金の組織形態を容易に決定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】α＋β型のチタン合金の機械的特性に及ぼす組織形態の影響について示す表である。
【図２】等軸α相組織、針状組織、及び等軸α相組織と針状組織とのバイモーダル組織の例を示す図である。
【図３】幾つかの実施形態に係るチタン合金の製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【図４】幾つかの実施形態に係る組織パラメータ決定ステップＳ２０における組織パラメータの値の決定手順を説明するためのフローチャートである。
【図５】チタン合金の熱処理における温度変化の一例を示す図である。
【図６】幾つかの実施形態に係る特性評価ステップＳ４０における処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３３】
軽量で高い強度を有し、耐腐食性に優れたチタン合金は、発電プラントや化学プラント、航空機、自動車等の各分野において広く用いられている。
チタン合金では、添加元素の種類や添加量、熱処理の条件等によって機械的特性が変化する。そこで、チタン合金の用途の応じた機械的特性が得られるように、添加元素の種類や添加量、熱処理の条件を変更することが行われている。
【００３４】
例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のようなα＋β型のチタン合金において、金属組織中のα相の面積率や針状組織の組織間隔（ラメラ層間隔）は、熱処理によって制御可能である。金属組織中のα相の面積率や針状組織の組織間隔といった、組織形態（組織因子）が変化すると合金の機械的特性も変化する。
機械的特性には、強度(室温強度・高温強度(クリープ強度))、衝撃特性、靭性、疲労特性等の種々の特性があり、各特性は金属組織の制御により向上を図ることも可能であるが、複数の強度特性の向上には、両立し難い、又は相反する特性の組み合わせが存在する。
【００３５】
図１は、α＋β型のチタン合金の機械的特性に及ぼす組織形態の影響についての概略を示す表である。図１において、丸印は、組織形態が機械的特性に寄与する場合を示している。また、図１において、×印は、組織形態が機械的特性にあまり寄与しない場合を示している。
【００３６】
図１に示すように、α＋β型のチタン合金では、図１において等軸α組織と表した等軸粒のα相組織は針状組織に比べ、例えば疲労特性（高サイクル疲労強度、疲労亀裂発生抵抗力）には良好な特性を示すが、例えば靭性（破壊靭性）及びクリープ強度にはあまり寄与しない。また、例えばα＋β型のチタン合金では、針状組織は等軸α組織に比べ、例えば靭性（破壊靭性）及びクリープ強度には良好な特性を示すが、例えば疲労特性（高サイクル疲労強度、疲労亀裂発生抵抗力）の向上にはあまり寄与しない。すなわち、疲労特性と、靭性及びクリープ強度とは、組織形態との関係で相反する傾向にある。
【００３７】
そのため、例えばα＋β型のチタン合金では、等軸粒のα相組織と針状組織とを複合的に有するバイモーダル組織とすることで、上述したように両立し難い、又は相反する機械的特性のバランスをとるようにすることがある。図２は、等軸粒のα相組織（等軸α相組織）、針状組織、及び等軸α相組織と針状組織とのバイモーダル組織の例を示す図である。
【００３８】
また、上述したようにチタン合金の機械的特性は、添加元素の種類や添加量によっても変わる。そのため、チタン合金において、両立し難い、又は相反する機械的特性のバランスをとるためには、組織形態に関するパラメータだけではなく、チタン合金の組成に関するパラメータ等も考慮しなければならない。そのため、チタン合金において、所望する機械的特性を得るために、上述した各種のパラメータを決定することが容易ではなかった。
【００３９】
この点に関し、チタン合金の機械的特性に関する機械的特性パラメータと、チタン合金の組織形態に関する組織パラメータと、チタン合金の組成に関する組成パラメータと、を含む関係式に基づいて、チタン合金の組織形態を決定することができることが見出された。
すなわち、幾つかの実施形態に係るチタン合金の組織決定方法は、チタン合金の機械的特性に関する機械的特性パラメータと、チタン合金の組織に関する組織パラメータと、チタン合金の組成に関する組成パラメータと、を含む、後述する幾つかの関係式の何れかに基づいて、チタン合金の組織形態を決定する。
【００４０】
これにより、所望する機械的特性を機械的特性パラメータとして後述する関係式に代入し、チタン合金の組成を組成パラメータとして当該関係式に代入することで、所望する機械的特性を実現するために組織パラメータが満たすべき条件を得ることができる。したがって、例えば、上記条件を満たす組織形態となるように、チタン合金の熱処理を実施すれば、所望する機械的特性を有するチタン合金が得られる。これにより、両立し難い、又は相反する傾向にある機械的特性に関してバランスがとれたチタン合金を得るためのチタン合金の組織形態を容易に決定できる。
【００４１】
また、幾つかの実施形態では、上記機械的特性パラメータは、疲労特性についてのパラメータと、靭性又はクリープ強度の少なくとも一つについてのパラメータとを含んでいてもよい。
幾つかの実施形態では、上記組織パラメータは、等軸α相面積率についてのパラメータと、ラメラ層間隔についてのパラメータとを含んでいてもよい。
幾つかの実施形態では、組成パラメータは、アルミニウム含有量についてのパラメータを少なくとも含んでいてもよい。
【００４２】
上述したように、例えばα＋β型のチタン合金では、等軸粒のα相組織は、例えば疲労特性の向上に寄与するが、例えば靭性及びクリープ強度の向上にはあまり寄与しない。また、上述したように、例えばα＋β型のチタン合金では、針状組織は、例えば靭性及びクリープ強度の向上に寄与するが、例えば疲労特性の向上にはあまり寄与しない。すなわち、疲労特性と、靭性及びクリープ強度とは、組織形態との関係で相反する傾向にある。
また、例えばα＋β型のチタン合金では、合金の靭性に対するアルミニウムの影響が他の添加元素の影響よりも大きい。
【００４３】
そこで、幾つかの実施形態では、疲労特性についてのパラメータと、靭性又はクリープ強度の少なくとも一つについてのパラメータと、アルミニウム含有量についてのパラメータとについて、それぞれの値を後述する関係式に代入することで、等軸α相面積率についてのパラメータと、ラメラ層間隔についてのパラメータとが満たすべき条件を得ることができる。そして、等軸α相面積率についてのパラメータと、ラメラ層間隔についてのパラメータとの何れか一方の値を決定すれば、何れか他方の値も決定できる。
したがって、幾つかの実施形態では、上述のようにして値を決定した等軸α相面積率についてのパラメータの値と、ラメラ層間隔についてのパラメータの値とを実現する組織形態となるように、チタン合金の熱処理を実施すれば、組織形態との関係で相反する傾向にある機械的特性を所望する状態で取得できる。
【００４４】
すなわち、上記機械的特性パラメータは、例えばクリープ強度のようにチタン合金の強度に関するパラメータと、例えば破壊靭性のようにチタン合金の靭性に関するパラメータと、例えば高サイクル疲労限のようにチタン合金の疲労に関するパラメータとを含む。幾つかの実施形態に係るチタン合金の組織決定方法では、上記機械的特性パラメータに含まれる種々のパラメータの中から、チタン合金の組織形態との関係で、両立し難い、又は相反する少なくとも２つのパラメータを後述する関係式に代入するパラメータとして選定する。
したがって、両立し難い、又は相反する少なくとも２つの機械的特性に関してバランスがとれたチタン合金を得るためのチタン合金の組織形態を容易に決定できる。
【００４５】
幾つかの実施形態では、組成パラメータは、窒素含有量についてのパラメータ、鉄含有量についてのパラメータ、又は、水素含有量についてのパラメータの少なくとも一つのパラメータをさらに含んでいてもよい。
これにより、窒素、鉄、又は、水素の少なくとも一つの含有量の影響を考慮してチタン合金の組織形態を決定できる。
【００４６】
幾つかの実施形態では、組成パラメータは、炭素含有量についてのパラメータ、又は、バナジウム含有量についてのパラメータの少なくとも一つのパラメータをさらに含んでいてもよい。
これにより、炭素、又は、バナジウムの含有量の影響を考慮してチタン合金の組織形態を決定できる。
【００４７】
（関係式について）
以下、幾つかの実施形態に係る関係式について詳細に説明する。
クリープ強度についてのパラメータは、クリープ強度ＹＳ［ＭＰａ］とし、靭性についてのパラメータは、破壊靭性値ＫＩＣ［ＭＰａ√ｍ］とし、疲労特性についてのパラメータは、疲労限界値σｗ［ＭＰａ］とする。
また、等軸α相面積率についてのパラメータは、等軸α相面積率Ｖα［％］とし、ラメラ層間隔についてのパラメータは、平均ラメラ層間隔ＤＬ［μｍ］とする。
なお、等軸α相面積率Ｖα［％］は、チタン合金の切断面において、等軸粒のα相組織が占める面積の割合であり、当該切断面の金属組織を画像解析などにて定量評価することで求めることができる。
また、平均ラメラ層間隔ＤＬ［μｍ］は、チタン合金の切断面に表れる針状組織同士の間隔の平均値であり、当該切断面の金属組織を画像解析などにて定量評価することで求めることができる。
【００４８】
さらに、アルミニウム含有量についてのパラメータをＡｌ［質量％］とし、窒素含有量についてのパラメータをＮ［質量％］とし、鉄含有量についてのパラメータをＦｅ［質量％］とし、水素含有量についてのパラメータをＨ［質量％］とする。
第１定数をＣｏｎｓｔ１とし、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４をそれぞれ係数とする。
【００４９】
発明者が鋭意検討した結果、一実施形態の関係式は、次式（１）で表すことができることを見出した。
ａ１×ＤＬ−ａ２×Ｖα＝ｂ１×ＹＳ＋ｂ２×σｗ＋ｂ３×ＫＩＣ＋ｃ１×Ａｌ−ｃ２×Ｎ−ｃ３×Ｆｅ＋ｃ４×Ｈ−Ｃｏｎｓｔ１・・・（１）
【００５０】
なお、一実施形態に係る式（１）において、例えばチタン合金がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のようなα＋β型のチタン合金であれば、各係数ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の値は次のとおりである。
例えば、係数ａ１は、３０以上３００以下であり、係数ａ２は、１以上１０以下である。  また、例えば、係数ｂ１は、０．５以上５以下であり、係数ｂ２は、０．１以上２以下であり、係数ｂ３は、５以上５０以下である。
また、例えば、係数ｃ１は、１００以上１５０以下であり、係数ｃ２は、１０００以上２００００以下であり、係数ｃ３は、４００以上５０００以下であり、係数ｃ４は、５００以上５０００以下である。
式（１）において、第１定数Ｃｏｎｓｔ１は、１０００以上２００００以下である。
【００５１】
これにより、上記式（１）に基づいて、両立し難い、又は相反する傾向にある機械的特性のバランスがとれたチタン合金を得るためのチタン合金の組織形態を容易に決定できる。
具体的には、例えば、チタン合金に求められるクリープ強度ＹＳ［ＭＰａ］と、破壊靭性値ＫＩＣ［ＭＰａ√ｍ］と疲労限界値σｗ［ＭＰａ］とを式（１）に代入する。また、チタン合金の組成を式（１）に代入する。これにより、式（１）の右辺の値が求まる。
したがって、式（１）の左辺の等軸α相面積率Ｖα［％］と平均ラメラ層間隔ＤＬ［μｍ］とのうち、何れか一方を決定すれば、式（１）から何れか他方を求めることができる。後述する他の実施形態に係る式（２）についても同様である。
【００５２】
他の実施形態の関係式について説明する。
炭素含有量についてのパラメータをＣ［質量％］とし、バナジウム含有量についてのパラメータをＶ［質量％］とする。
第２定数をＣｏｎｓｔ２とし、ｃ５、ｃ６をそれぞれ係数とする。
その他のパラメータは、上述した式（１）と同じである。
発明者が鋭意検討した結果、他の実施形態の関係式は、次式（２）で表すことができることを見出した。
ａ１×ＤＬ−ａ２×Ｖα＝ｂ１×ＹＳ＋ｂ２×σｗ＋ｂ３×ＫＩＣ＋ｃ１×Ａｌ−ｃ２×Ｎ−ｃ３×Ｆｅ＋ｃ４×Ｈ−ｃ５×Ｃ＋ｃ６×Ｖ−Ｃｏｎｓｔ２・・・（２）
【００５３】
なお、他の実施形態に係る式（２）において、例えばチタン合金がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のようなα＋β型のチタン合金であれば、各係数ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、ｃ５、ｃ６の値は次のとおりである。
例えば、係数ａ１は、３０以上３００以下であり、係数ａ２は、１以上１０以下である。
また、例えば、係数ｂ１は、０．５以上５以下であり、係数ｂ２は、０．１以上２以下であり、係数ｂ３は、５以上５０以下である。
また、例えば、係数ｃ１は、１００以上１５０以下であり、係数ｃ２は、１０００以上２００００以下であり、係数ｃ３は、４００以上５０００以下であり、係数ｃ４は、５００以上５０００以下であり、係数ｃ５は、５００以上５０００以下であり、係数ｃ６は、１０以上２００以下である。
式（２）において、第２定数Ｃｏｎｓｔ２は、１０００以上２００００以下である。
【００５４】
これにより、上記式（２）に基づいて、両立し難い、又は相反する傾向にある機械的特性のバランスがとれたチタン合金を得るためのチタン合金の組織形態を容易に決定できる。
【００５５】
（関係式の導出過程について）
上述した関係式は、次のようにして求めることができる。
破壊靭性値ＫＩＣについて、等軸α相面積率Ｖαとの関係、等軸α相粒径Ｄαとの関係、及び平均ラメラ層間隔ＤＬとの関係を調べたところ、これら組織形態に関するパラメータと破壊靭性値ＫＩＣとの間には、相関があるように見受けられたが、チタン合金の組成や、延性、靭性の影響も受けている可能性があることを見出した。
そこで、破壊靭性値ＫＩＣについて、クリープ強度ＹＳ、平均ラメラ層間隔ＤＬ、等軸α相粒径Ｄα、及び等軸α相面積率Ｖαをパラメータとする、次式（３）のような関係式を求めたところよい相関がみられた。
ＫＩＣ＝ｆ（ＹＳ、ＤＬ、Ｄα、Ｖα）      ・・・（３）
【００５６】
また、疲労特性については、次式（４）のような関係式を求めたところ、疲労限界値σｗと等軸α相粒径Ｄαとの間でよい相関がみられた。
σｗ＝ｆ（Ｄα）      ・・・（４）
【００５７】
（３）式及び（４）式の何れにもパラメータとして等軸α相粒径Ｄαを含んでいることから、（４）式を（３）式に代入することで、（３）式の等軸α相粒径Ｄαのパラメータを疲労限界値σｗのパラメータで置き換え、上述した式（１）及び式（２）を求めた。
【００５８】
（チタン合金の製造方法）
以下、幾つかの実施形態に係るチタン合金の製造方法について説明する。図３は、幾つかの実施形態に係るチタン合金の製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。幾つかの実施形態に係るチタン合金の製造方法は、チタン合金の素材から、例えばエンジン部品・タービン翼等のチタン合金製の製品を製造する製造方法であって、組織形態評価ステップＳ１０と、組織パラメータ決定ステップＳ２０と、熱処理条件設定ステップＳ３０と、特性評価ステップＳ４０と、熱処理ステップＳ５０とを備える。
【００５９】
（組織形態評価ステップＳ１０）
幾つかの実施形態に係る組織形態評価ステップＳ１０は、上述した関係式に基づいて、組織パラメータが満たすべき条件を算出するステップである。幾つかの実施形態に係る組織形態評価ステップＳ１０では、チタン合金製の製品に求められる機械的特性（目標特性）に関する機械的特性パラメータの値と、チタン合金の素材の組成の値とを上述した関係式に代入して、組織パラメータが満たすべき条件を算出する。例えば、上述した式（１）又は式（２）を用いる場合、クリープ強度ＹＳと、破壊靭性値ＫＩＣと、疲労限界値σｗとを式（１）又は式（２）に代入する。また、チタン合金の素材の組成を式（１）又は（２）に代入する。これにより、式（１）又は式（２）の右辺の値、すなわち、左辺の等軸α相面積率Ｖαと平均ラメラ層間隔ＤＬとが満たすべき条件が求まる。
【００６０】
（組織パラメータ決定ステップＳ２０）
幾つかの実施形態に係る組織パラメータ決定ステップＳ２０は、組織形態評価ステップＳ１０で求めた上記条件に基づいて、組織パラメータの値を決定するステップである。図４は、幾つかの実施形態に係る組織パラメータ決定ステップＳ２０における組織パラメータの値の決定手順を説明するためのフローチャートである。幾つかの実施形態に係る組織パラメータ決定ステップＳ２０は、第１決定ステップＳ２１と、第２決定ステップＳ２２とを備える。
【００６１】
幾つかの実施形態に係る第１決定ステップＳ２１は、等軸α相面積率についてのパラメータ及びラメラ層間隔についてのパラメータの何れか一方のパラメータの値を決定するステップである。
幾つかの実施形態に係る第２決定ステップＳ２２は、第１決定ステップで決定された上記何れか一方のパラメータの値と、組織形態評価ステップＳ１０で求めた上記条件とに基づいて、等軸α相面積率についてのパラメータ及びラメラ層間隔についてのパラメータの何れか他方のパラメータの値を決定するステップである。
【００６２】
幾つかの実施形態に係る組織パラメータ決定ステップＳ２０では、等軸α相面積率についてのパラメータ及びラメラ層間隔についてのパラメータの何れか一方のパラメータの値を決定すれば、組織形態評価ステップＳ１０で求めた上記条件から何れか他方のパラメータの値についても決定できる。
【００６３】
一実施形態に係る組織パラメータ決定ステップＳ２０では、第１決定ステップＳ２１で等軸α相面積率についてのパラメータ（等軸α相面積率Ｖα）を決定し、第２決定ステップＳ２２でラメラ層間隔についてのパラメータ（平均ラメラ層間隔ＤＬ）を決定する。
【００６４】
例えばα＋β型のチタン合金では、金属組織中の等軸α相面積率Ｖαは、主に、熱処理における溶体化温度Ｔｓｔの影響を受ける。また、例えばα＋β型のチタン合金では、金属組織中の平均ラメラ層間隔ＤＬは、主に、熱処理における溶体化処理での冷却速度ｄＴ／ｄｔの影響を受ける。
すなわち、溶体化温度Ｔｓｔによって等軸α相面積率Ｖαを制御でき、溶体化処理での冷却速度ｄＴ／ｄｔによって平均ラメラ層間隔ＤＬを制御できる。
【００６５】
図５は、チタン合金の熱処理における温度変化の一例を示す図である。幾つかの実施形態では、チタン合金の熱処理には、溶体化処理と焼鈍処理とを含む。溶体化処理における保持温度が溶体化温度Ｔｓｔである。熱処理の対象であるチタン合金を溶体化温度Ｔｓｔで規定時間保持し、その後、焼鈍処理の前に、図５におけるｔ１の時点からｔ２の時点にかけて、熱処理の対象であるチタン合金を冷却するが、この時の冷却速度が上記の冷却速度ｄＴ／ｄｔである。
【００６６】
したがって、一実施形態に係る組織パラメータ決定ステップＳ２０では、第２決定ステップＳ２２に先駆けて第１決定ステップＳ２１において等軸α相面積率Ｖαを決定できるので、溶体化温度Ｔｓｔの条件を優先的に決定できる。
例えば、熱処理設備において昇温温度の制約が存在する等して、溶体化温度Ｔｓｔを先に決めた方がよい場合には、第１決定ステップＳ２１で等軸α相面積率Ｖαを決定し、その後、第２決定ステップＳ２２で平均ラメラ層間隔ＤＬを決定すればよい。
【００６７】
また、他の実施形態に係る組織パラメータ決定ステップＳ２０では、第１決定ステップでラメラ層間隔についてのパラメータ（平均ラメラ層間隔ＤＬ）を決定し、第２決定ステップで等軸α相面積率についてのパラメータ（等軸α相面積率Ｖα）を決定する。
【００６８】
他の実施形態に係る組織パラメータ決定ステップＳ２０では、第２決定ステップＳ２２に先駆けて第１決定ステップＳ２１において平均ラメラ層間隔ＤＬを決定できるので、熱処理における冷却速度ｄＴ／ｄｔの条件を優先的に決定できる。
例えば、冷却速度ｄＴ／ｄｔを大きく設定すると、熱処理の対象であるチタン合金において、肉厚の厚いところと薄いところとでは、実際の冷却速度ｄＴ／ｄｔに差が生じてしまうことが考えられる。そのため、冷却速度ｄＴ／ｄｔを大きく設定すると、熱処理の対象であるチタン合金において、肉厚の厚いところと薄いところとで平均ラメラ層間隔ＤＬが異なってしまうことが考えられる。このように、肉厚の差によって平均ラメラ層間隔ＤＬが異なってしまうことを抑制するためには、冷却速度ｄＴ／ｄｔを小さく設定することが望ましい。したがって、このような場合には、第１決定ステップＳ２１で平均ラメラ層間隔ＤＬを決定し、その後、第２決定ステップＳ２２で等軸α相面積率Ｖαを決定すればよい。
【００６９】
（熱処理条件設定ステップＳ３０）
幾つかの実施形態に係る熱処理条件設定ステップＳ３０は、組織パラメータ決定ステップＳ２０で決定された組織パラメータの値を実現するための熱処理条件を設定するステップである。幾つかの実施形態に係る熱処理条件設定ステップＳ３０では、組織パラメータ決定ステップＳ２０で決定された等軸α相面積率Ｖαを実現するための、熱処理における溶体化温度Ｔｓｔを決定する。また、幾つかの実施形態に係る熱処理条件設定ステップＳ３０では、組織パラメータ決定ステップＳ２０で決定された平均ラメラ層間隔ＤＬを実現するための、熱処理における溶体化処理での冷却速度ｄＴ／ｄｔを決定する。
なお、決定した溶体化温度Ｔｓｔや冷却速度ｄＴ／ｄｔが、設備の制約などの関係で実現が難しい場合には、組織パラメータ決定ステップＳ２０に戻って、等軸α相面積率Ｖα及び平均ラメラ層間隔ＤＬを再度決定するようにしてもよい。
【００７０】
（特性評価ステップＳ４０）
幾つかの実施形態に係る特性評価ステップＳ４０は、試験体を熱処理条件設定ステップＳ３０で設定した熱処理条件で熱処理して、目標特性を満たすか否かを評価するステップである。ここで、目標特性とは、幾つかの実施形態に係るチタン合金（チタン合金製の製品）に求められる機械的特性であり、具体的には、組織形態評価ステップＳ１０において関係式に代入した機械的特性パラメータの値である。すなわち、幾つかの実施形態に係る特性評価ステップＳ４０は、チタン合金の素材の組成や熱処理条件設定ステップＳ３０で設定した熱処理条件が妥当であるか否かを、試験体を用いて確認するステップである。
【００７１】
図６は、幾つかの実施形態に係る特性評価ステップＳ４０における処理の手順を説明するためのフローチャートである。幾つかの実施形態に係る特性評価ステップＳ４０は、試験体作製ステップＳ４１と、試験体評価ステップＳ４２と、パラメータ再設定ステップＳ４４とを備える。
【００７２】
幾つかの実施形態に係る試験体作製ステップＳ４１は、熱処理条件設定ステップＳ３０で設定された熱処理条件で熱処理を実施することで試験体を作製するステップである。すなわち、幾つかの実施形態に係る試験体作製ステップＳ４１では、試験体を作成する。すなわち、幾つかの実施形態に係る試験体作製ステップＳ４１では、チタン合金の素材から試験体を形成して熱処理を行うことで特性評価用の試験体を得る。
試験体の材料は、組織形態評価ステップＳ１０において関係式に入力した組成と同じ組成を有するチタン合金の素材である。
幾つかの実施形態に係る試験体作製ステップＳ４１における試験体の熱処理条件は、熱処理条件設定ステップＳ３０で設定した熱処理条件と同じである。
【００７３】
幾つかの実施形態に係る試験体評価ステップＳ４２は、上記試験体の機械的特性を評価するステップである。すなわち、幾つかの実施形態に係る試験体評価ステップＳ４２では、試験体作製ステップＳ４１で得られた試験体の機械的特性を評価する。幾つかの実施形態に係る試験体評価ステップＳ４２では、組織形態評価ステップＳ１０において関係式に入力した機械的特性パラメータに関する評価試験を実施する。
【００７４】
ステップＳ４３は、試験体評価ステップＳ４２における評価結果に基づいて、前記組織パラメータ決定ステップＳ２０で決定された組織パラメータの値が妥当であるか否かを判断するステップである。すなわち、ステップＳ４３において、試験体評価ステップＳ４２で実施した評価試験の結果が目標特性を満たすか否かを判断する。
ステップＳ４３が肯定判断される場合、すなわち、試験体評価ステップＳ４２で実施した評価試験の結果が目標特性を満たす場合には、熱処理ステップＳ５０を実施する。
ステップＳ４３が否定判断される場合、すなわち、試験体評価ステップＳ４２で実施した評価試験の結果が目標特性を満たさない場合には、パラメータ再設定ステップＳ４４を実施する。
【００７５】
幾つかの実施形態に係るパラメータ再設定ステップＳ４４では、熱処理条件設定ステップＳ３０で設定した熱処理条件や、チタン合金の組成を再設定するステップである。すなわち、幾つかの実施形態に係るパラメータ再設定ステップＳ４４では、目標特性を実現できるように、例えば組織パラメータ決定ステップＳ２０で決定した等軸α相面積率Ｖαや平均ラメラ層間隔ＤＬの値を適宜修正してもよい。この場合、上述した組織パラメータ決定ステップＳ２０に戻って、等軸α相面積率Ｖαや平均ラメラ層間隔ＤＬの値を適宜修正する。
【００７６】
また、幾つかの実施形態に係るパラメータ再設定ステップＳ４４では、目標特性を実現できるように、例えばチタン合金の素材の組成を適宜修正してもよい。具体的には、例えばチタン合金の素材を製造する製造メーカのように、各元素の含有量を制御し得る立場であれば、目標特性を実現できるようにチタン合金の素材の組成を適宜変更してもよい。また、チタン合金の素材を購入する立場であれば、他の製造メーカのチタン合金の素材を用いることを検討してもよい。すなわち、チタン合金の素材において、規格の範囲内であっても各元素の含有量が製造メーカによって異なることがあるため、目標特性を実現できるように、当初用いたチタン合金の製造メーカとは異なる製造メーカのチタン合金を用いるようにしてもよい。
この場合、上述した組織形態評価ステップＳ１０に戻って、チタン合金の素材の組成を式（１）又は（２）に代入し直す。
【００７７】
このように、幾つかの実施形態に係るパラメータ再設定ステップＳ４４では、ステップＳ４３において、組織パラメータ決定ステップＳ２０で決定された組織パラメータの値が妥当でないと判断された場合に、組織パラメータの値又は組成パラメータの値の少なくとも何れか一方を修正する。
これにより、所望する機械的特性を有するチタン合金が得られる。
【００７８】
（熱処理ステップＳ５０）
幾つかの実施形態に係る熱処理ステップＳ５０は、熱処理条件設定ステップＳ３０で設定された熱処理条件で熱処理を実施するステップである。すなわち、幾つかの実施形態に係る熱処理ステップＳ５０では、特性評価ステップＳ４０において目標特性を満たすことが確認されたチタン合金の素材を用いて形成された製品を、特性評価ステップＳ４０において目標特性を満たすことが確認された熱処理条件で熱処理する。
【００７９】
上述した幾つかの実施形態に係るチタン合金の製造方法によれば、所望する機械的特性を機械的特性パラメータとして上記関係式に代入し、チタン合金の素材の組成を組成パラメータとして上記関係式に代入することで、所望する機械的特性を実現するために組織パラメータが満たすべき条件が得られ、この条件から組織パラメータの値を決定できる。
そして、上述した幾つかの実施形態に係るチタン合金の製造方法によれば、決定された組織パラメータに対応する組織形態となるように、チタン合金の熱処理条件を設定できる。
さらに、上述した幾つかの実施形態に係るチタン合金の製造方法によれば、設定した熱処理条件でチタン合金の熱処理を実施すれば、所望する機械的特性を有するチタン合金が得られる。これにより、両立し難い、又は相反する傾向にある機械的特性に関してバランスがとれたチタン合金が得られる。
【００８０】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、幾つかの実施形態では、α＋β型のチタン合金について説明した。幾つかの実施形態に係るα＋β型のチタン合金は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に限らず、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ合金や、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ−２Ｓｎ合金であってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
Ｓ１０  組織形態評価ステップ
Ｓ２０  組織パラメータ決定ステップ
Ｓ３０  熱処理条件設定ステップ
Ｓ４０  特性評価ステップ
Ｓ５０  熱処理ステップ
【図１】
2020002398.tif 000003
【図２】
2020002398.tif 000004
【図３】
2020002398.tif 000005
【図４】
2020002398.tif 000006
【図５】
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【図６】
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