(57)【要約】  本発明は、実質的にチタン、ジルコニウム、ハフニウム、又は対応する合金を含んでなり、その剛性の増加が可能になる落し鍛造部品の製造方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
連接棒、クランクシャフト、カムシャフト、及び／又は弁などの自動車の落し鍛造可動部品の製造方法であって、８０重量％以上のＴｉ、Ｚｒ、又はＨｆを含む材料から製造され、前記落し鍛造部品が、変形の間、α／β相境界より５〜１５Ｋ上で加熱され、その後冷却される方法。
【請求項２】
前記材料が、２０〜６０分間加熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
冷却後、緩和熱処理が６００〜７００℃で行われることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｔｉ、Ｚｒ又はＨｆ、あるいはそれらの合金含有材料のヤング率Ｅ及び剛性が増加されることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の方法。
【請求項５】
チタン合金が、１〜２０重量％若しくは５〜１５重量％のＺｒ及び／又はＨｆ、並びに、場合により付随的な量の他の軽若しくは重金属を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
チタン合金が、９０重量％のチタンを含むか、又は、ＴｉＡｌ６Ｖ４若しくはＴｉＡｌ６Ｆｅ２Ｓｉから選択されることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の方法。
【請求項７】
α／β微細構造又は複合材料が形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記落し鍛造部品が、鍛造後、空気中でゆっくり冷却されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法によって得られる落し鍛造部品、特に連接棒、クランクシャフト、カムシャフト、及び／又は弁部品。
【請求項１０】
８０重量％以上のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、あるいはこれらの合金を含む材料を含んでなる落し鍛造部品、特に連接棒、クランクシャフト、カムシャフト、及び／又は弁部品であって、材料の変形の間、ヤング率Ｅが増加されるようにα／β相境界より５〜１５Ｋ上に加熱され、その後冷却される落し鍛造部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実質的にチタン、ジルコニウム、ハフニウム、又は対応する合金を含んでなる落し鍛造部品の製造方法に関する。この他に、本発明は、この種の落し鍛造部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタンは、鋼鉄より約５０％軽いので、特に興味深い軽金属である。この理由のため、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆ部品は、自動車の製造において、特にばね下質量又は回転質量、例えば振動質量が低減されるべき場合に用いられることがある。これに関して、（棒材、ワイヤの）落し鍛造部品、特に鍛造の連接棒、クランクシャフト及びカムシャフト、又は弁部品に言及することができる。しかし、チタンは、金属材料と比較して比較的低い弾性率（略記号：ＧＰａ単位のヤング率Ｅ、詳細は非特許文献１を参照）を示す。すなわち、チタン合金のヤング率Ｅは約９０ＧＰａであり、鋼鉄のそれは約２１０ＧＰａであり、Ａｌ合金のそれは約７０ＧＰａであり、Ｍｇ合金のそれは約３０〜４０ＧＰａである。
【０００３】
その結果、例えば、連接棒、クランクシャフト、カムシャフト、及び／又は弁部品などの、自動車用のチタン落し鍛造可動部品は、低荷重にのみ耐え得る。
【０００４】
現状技術では、部品用のコーティング法が説明されており、それはチタン合金の硬化に関するものである。特許文献１は、チタン合金機械部品の表面層の耐摩耗性を改善するための時間及び労働集約的なプラズマコーティング法に関する。
【０００５】
【特許文献１】ＤＥ  ３６  １５  ４２５号Ａ１明細書
【非特許文献１】「材料特性ハンドブック（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ）：チタン合金（Ｔｉｔａｎｉｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ）」、編集者：ボイエル（Ｂｏｙｅｒ）、ウェルシュ（Ｗｅｌｓｃｈ）、コリングス（Ｃｏｌｌｉｎｇｓ）、ＡＳＭインターナショナル（ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）、マテリアルパーク（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｐａｒｋ）、ＯＨ４４０７３〜００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実質的にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、又は対応する合金を含んでなる落し鍛造部品の製造方法を提供することが本発明の目的であり、該方法では、より高いヤング率Ｅの落し鍛造部品が得られる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、８０重量％以上のＴｉ及び／又はＺｒ及び／又はＨｆ、あるいはそれらの合金を含む材料が、変形の間、α／β相境界より５〜１５Ｋ上（遷移温度）で加熱され、その後冷却される方法によって解決される。加熱は、約２０〜６０分間にわたって行うことが好ましい。それによって、落し鍛造部品の製造中及びその際、使用したＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ材料のヤング率Ｅ及び剛性の増加が達成される。
【０００８】
本発明の方法を用いると、自動車の振動質量は、特に連接棒、クランクシャフト及びカムシャフト、並びに／又は弁は、鋼鉄部品に比べて最高３５％以上低減できる。燃料の節約だけでなく、自動車の動的性能の改善、騒音放出の低下、ランセスター（Ｌａｎｃｅｓｔｅｒ）カウンタウエイトの分配に関する利点が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ材料として、本発明の目的に適するのは、チタンそれ自体、ジルコニウムそれ自体、ハフニウムそれ自体であるが、しかし好ましいのは、最高８０重量％以上、好ましくは９０重量％のＴｉ及び／又はＺｒ及び／又はＨｆを含む合金である。しかし特に好ましいのは、８０重量％のチタン、好ましくは９０重量％のチタンを有するチタン合金である。Ｚｒ及びＨｆは、１〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％の範囲の少量の構成成分として含まれ得る。同様に、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｓｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｖ、又は他の軽及び重金属などの、付随的な量の従来金属が含まれ得る。自動車構造体に使用するのにさらに好ましい合金としては、ＴｉＡｌ６Ｖ４又はＴｉＡｌ６Ｆｅ２Ｓｉが挙げられる。
【００１０】
本発明によれば、α／β−Ｔｉ合金、場合によってはα／β−Ｔｉ含有材料が使用され、それらは、高いヤング率Ｅを有する六方晶α相だけでなく、強度の強い体心立方β相の両方を有する。いわゆる高温変形ではより多くのβ相が生成され、低温変形ではより多くのα相が生成される。本発明によれば、α／β帯域で、すなわちα／β相境界（遷移温度）より５〜１５℃、好ましくは８〜１０〜１２℃上で加熱しながら変形が行われる。すなわち、例えば８８２．５℃においてα−Ｔｉがβ−Ｔｉへ遷移（いわゆるα／β相境界限界）する純粋なチタンの場合、加熱は、本発明によれば８８７〜８９７℃で行うべきである。ＴｉＡｌ６Ｖ４又はＴｉＡｌ６Ｆｅ２Ｓｉの場合、対応する好ましい加熱量は９７５℃±１５℃である。
【００１１】
必要とされる温度範囲における加熱の所要時間は、少なくとも２０分〜４５分であり、好ましくは１時間以下である。
【００１２】
それによって、加熱の間、α／β微細構造、又は場合によっては本発明の複合材料が生成される（図１）ようにα低温相がβ高温相によって置き換えられ、それは、β相の強い強度特性とα相の高いヤング率Ｅとを兼ね備える。この温度に依存する変形範囲は、非常に狭く選択されるべきであり、又は場合によっては、加熱又は熱変形温度は、α／β相境界より１０Ｋ上の最適の熱変形温度から±１５Ｋに、好ましくは±５Ｋに調節されるべきである。この範囲から逸脱すると、その場合、βに、又は場合によってはα系マトリックスに、分離されたα又はβ相のいずれかが存在し（図２）、その結果、不都合にもβ相の低いヤング率Ｅが生ずる。変形後、それは、空気中で又は場合によってはガス雰囲気中でゆっくり冷却されるので、α及びβ相のより強力な織り交ぜに関して、本発明によれば所望のα／β微細構造又は結晶粒組織が改善され得る。それによって、α／β微細構造は、α相によってさらに混合される。その結果、材料におけるα相とβ相の交互配合が達成される。基本的には、α／βウェブ構造の混合相が得られる。本発明によれば、変形後、望ましくない変形引張応力を低減することの他に、α／β微細構造と高いヤング率Ｅを有するα相とのより強力な混合を達成するために、６５０±５０℃での緩和処理を後に続けることができる（図３）。それにより、加熱又は白熱時間は、α／β微細構造が破壊されないように制限されるべきである。これらＴｉ連接棒が９７５℃±５℃で落し鍛造されると、変形後それは空気中でゆっくり冷却されるが、１３０ＧＰａのヤング率Ｅを有するα／β合金ＴｉＡｌ６Ｖ４を得ることができる、又は場合によっては、１４０ＧＰａのヤング率Ｅを有するＴｉＡｌ６Ｆｅ２Ｓｉが実現される。それに続く６５０℃での緩和加熱により、少なくとも５ＧＰａの追加のヤング率Ｅの増加がもたらされる。本発明の方法によって達成される破断点伸びは、合金の場合（例えばＴｉＡｌ６Ｖ４、ＴｉＡｌ６Ｆｅ２Ｓｉ）、１１００ＭＰａより上にあり、又は場合によっては、技術上の弾性限界は１０００ＭＰａより上にある。これは、剛性の大きいβ−Ｔｉ合金の剛性値に対応し、それは鋼鉄のそれより上である。すなわち、有利にも、振動質量は、ＴｉＡｌ６Ｆｅ２Ｓｉ連接棒の場合、剛性の大きい鋼鉄連接棒と比較して最高３５％〜４５％だけ低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】９７５℃で鍛造されたＴｉＡｌ６Ｆｅ２ＳｉのＴｉ連接棒のα／βウェブ配合（微細構造）（白色がα−及び灰色がβ−ラメラ）。
【図２】９９０℃で鍛造され、白色のα島が分離したＴｉＡｌ６Ｆｅ２ＳｉのＴｉ連接棒のα／βウェブ配合（微細構造）。
【図３】９７５℃で変形され、次いで６５０℃で緩和処理されたＴｉＡｌ６Ｆｅ２ＳｉのＴｉ連接棒のα／βウェブ配合（微細構造）（白色がα−及び灰色がβ−ラメラ）。
【図１】
2007512433.tif 000002
【図２】
2007512433.tif 000003
【図３】
2007512433.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月5日(2006.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連接棒、クランクシャフト、カムシャフト、及び／又は弁などの自動車の落し鍛造部品の製造方法であって、８０重量％以上のＴｉ、Ｚｒ、又はＨｆを含む金属合金から製造され、前記落し鍛造部品が、変形の間、α／β相境界より５〜１５Ｋ上で加熱されてβ相を形成し、その後冷却されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記材料が、２０〜６０分間加熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
冷却後、緩和熱処理が６００〜７００℃で行われることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｔｉ、Ｚｒ又はＨｆ、あるいはそれらの合金含有材料のヤング率Ｅ及び剛性が増加されることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の方法。
【請求項５】
チタン合金が、１〜２０重量％若しくは５〜１５重量％のＺｒ及び／又はＨｆ、並びに、場合により付随的な量の他の軽若しくは重金属を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
チタン合金が、９０重量％のチタンを含むか、又は、ＴｉＡｌ６Ｖ４若しくはＴｉＡｌ６Ｆｅ２Ｓｉから選択されることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の方法。
【請求項７】
α／β微細構造又は複合材料が形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記落し鍛造部品が、鍛造後、空気中でゆっくり冷却されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法によって得られる落し鍛造部品、特に連接棒、クランクシャフト、カムシャフト、及び／又は弁部品。
【請求項１０】
８０重量％以上のＴｉ、Ｚｒ、又はＨｆ、あるいはこれらの金属合金を含む材料を含んでなり、連接棒、クランクシャフト、カムシャフト、及び／又は弁部品などの落し鍛造部品であって、材料の変形の間、ヤング率Ｅが増加されるようにα／β相境界より５〜１５Ｋ上に加熱され、その後冷却される落し鍛造部品。
【国際調査報告】
2007512433.tif 000005
2007512433.tif 000006
2007512433.tif 000007
2007512433.tif 000008
2007512433.tif 000009
2007512433.tif 000010