(57)【要約】【課題】長期動作温度が４５０℃に達することができ、価格性能比がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金よりも顕著に優れた高強度α＋β型チタン合金を提供すること。【解決手段】本発明は、重量％でアルミニウム７〜８．５、バナジウム０．５〜１．５、モリブデン１〜３、クロム１〜３、鉄０．３〜１、希土類元素０．０５〜０．１を含有し、残部はチタンおよび不可避的不純物であるα＋β型チタン合金を開示する。本発明のチタン合金の室温における引張強さおよび降伏強さは、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖに比べ３０％以上向上し、高温強度もＴｉ−６Ａｌ−４Ｖよりも顕著に優れており、密度およびコストはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖよりもやや低いため、本発明のチタン合金は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖに比べさらに優れた価格性能比を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％でアルミニウム７〜８．５、バナジウム０．５〜１．５、モリブデン１〜３、クロム１〜３、鉄０．３〜１、希土類元素０．０５〜０．１を含有し、残部はチタンおよび不可避的不純物であることを特徴とする、α＋β型チタン合金。
【請求項２】
重量％でアルミニウム８．０、バナジウム１．０、モリブデン２．０、クロム２．０、鉄０．５、希土類元素０．０８を含有し、残部はチタンおよび不可避的不純物であることを特徴とする、α＋β型チタン合金。
【請求項３】
前記不純物のうち、炭素、水素、酸素、窒素の総重量が０．２５％を超えないことを特徴とする請求項１または２に記載する、α＋β型チタン合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン合金に関し、特に高強度で、優れた価格性能比を有するα＋β型チタン合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
α＋β型チタン合金は、航空、宇宙、自動車、ゴルフクラブ、自転車などの分野に広範に応用されており、その典型的な代表は１９５４年に米国で開発に成功したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金である。Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金は、良好な総合性能を有し、現在Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の使用量は全チタン合金の半分以上を占めている。しかし、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金は価格性能比が十分でなく、長期動作温度は約３５０℃であり、合金中の比較的高いＶ含有量のため合金の価格は高めであり、その室温強度と高温強度も向上が求められている。このため、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の国防軍事産業および民生品における更なる普及と応用が制限されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする技術的な課題は、長期動作温度が４５０℃に達することができ、価格性能比がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金よりも顕著に優れた高強度α＋β型チタン合金を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の技術的手段は次のとおりである。
【０００５】
重量％でアルミニウム７〜８．５、バナジウム０．５〜１．５、モリブデン１〜３、クロム１〜３、鉄０．３〜１、希土類元素０．０５〜０．１を含有し、残部はチタンおよび不可避的不純物であることを特徴とするα＋β型チタン合金である。
【０００６】
本発明のチタン合金は、鋳造圧力加工法（溶解鋳造法や、鍛造や、Pressのような圧力を加えて加工する塑性加工法）または粉末冶金法などのチタン合金の一般的な製造法により生産することを採用する。不純物中の炭素、水素、酸素、窒素の総重量が０．２５％を超えないように制御する。バナジウム元素はアルミニウム−バナジウム中間合金の形で添加し、モリブデン元素はアルミニウム−モリブデン中間合金の形で添加し、合金成分の正確さと均一性を確実にすることにより、合金材料の性能の一貫性を確実にする。希土類元素は、ランタン−セリウム混合希土類の形で添加する。
【０００７】
すなわち、本願の第１発明は、重量％でアルミニウム７〜８．５、バナジウム０．５〜１．５、モリブデン１〜３、クロム１〜３、鉄０．３〜１、希土類元素０．０５〜０．１を含有し、残部はチタンおよび不可避的不純物であることを特徴とする、α＋β型チタン合金であることを要旨としている。
【０００８】
また、本願の第２発明は、重量％でアルミニウム８．０、バナジウム１．０、モリブデン２．０、クロム２．０、鉄０．５、希土類元素０．０８を含有し、残部はチタンおよび不可避的不純物であることを特徴とする、α＋β型チタン合金であることを要旨としている。
【０００９】
また、本願の第３発明は、前記不純物のうち、炭素、水素、酸素、窒素の総重量が０．２５％を超えないことを特徴とする本願の第１発明又は第２発明に記載する、α＋β型チタン合金であることを要旨としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のα＋β型チタン合金におけるアルミニウム含有量は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖよりも高く、アルミニウム含有量を高めることは合金の常温強度および高温強度の向上、比重の低下、弾性係数の増加に顕著な効果を有する。バナジウム、モリブデン、クロム、鉄は、β相安定化元素であり、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖと比べてバナジウムの添加量は大幅に減少しているため、チタン合金の製造コストを低下させることができる。適量の希土類元素の添加により、チタン合金表面の抗酸化性能を改善する作用がもたらされる。本発明のα＋β型チタン合金の室温における引張強さおよび降伏強さは、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖに比べ３０％以上向上し、高温強度もＴｉ−６Ａｌ−４Ｖよりも顕著に優れており、密度およびコストはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖよりもやや低いため、本発明のチタン合金は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に比べさらに優れた価格性能比を有し、市場の先行きは明るい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。なお、本実施例はあくまで例示であって、本願発明の技術的範囲が制限されるものではない。
【実施例】
【００１２】
圧力鋳造加工法により本発明のチタン合金を製造した。具体的な合金成分の配合は、合金の重量％で、アルミニウム８．０、バナジウム１．０、モリブデン２．０、クロム２．０、鉄０．５、希土類元素０．０８とし、残部はチタンおよび不可避的不純物とした。以上の合金元素で電極を構成し、二度の消耗電極式真空アーク再溶解法によりインゴットを製造し、溶解の真空度の要求は１Ｐａ未満とした。溶解の過程において、バナジウム元素はアルミニウム−バナジウム中間合金の形で添加し、モリブデン元素はアルミニウム−モリブデン中間合金の形で添加し、希土類元素はランタン−セリウム混合希土類の形で添加し、炭素、水素、酸素、窒素元素の総重量が０．２５％を超えないよう厳格に制御した。インゴットは、１０００〜１２００℃でビレット鍛造を実施した後、９００〜１０００℃で低温の据込みと引抜きを繰り返し、スラブを製造した。次に熱間圧延を実施し、熱間圧延温度は８００〜１０００℃の間とし、熱間圧延板をアニール処理して、熱間圧延チタン合金板材を得た。
【００１３】
製造されたチタン合金板（厚さ３ｍｍ）を国家鋼鉄材料試験センターで試験した結果、室温の下で、引張強さは１２７０ＭＰａ、降伏強さは１２００ＭＰａ、破断伸びは１０．０％、ロックウェル硬度は４２であった。本発明のチタン合金と同じ厚さのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金アニール板材とについて室温の下で総合的な性能を比較した結果は表１のとおりである。
【００１４】
（表１）本発明のチタン合金とＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の室温における性能の比較
【００１５】
【表１】
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【００１６】
表中のデータから、本発明のチタン合金の密度はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖよりもやや低く、室温強度はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖよりも遥かに優れており、引張強さと降伏強さはいずれもＴｉ−６Ａｌ−４Ｖよりも３０％以上高く、塑性が高いことが分かる。本発明のチタン合金のアルミニウム含有量はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖよりも高く、バナジウム含有量は非常に低いため、コストはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖよりもやや低く、価格性能比はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖに比べ顕著に優れている。また、本実施例で得られたチタン合金板を温度４４０℃の下で測定した引張強さは９６０ＭＰａであり、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの温度４００℃での引張強さは６４５ＭＰａと低く、本発明のチタン合金の高温強度もＴｉ−６Ａｌ−４Ｖに比べ顕著に優れていることを示している。