(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴｉＡｌ５Ｃｒ２Ｍｏ４からなる準β型チタン合金の非軸対称製造済み部品であって、
１０ｍｍ未満の厚さ、および
レンズ形であって４を超える細長比および１０μｍから３００μｍの範囲にある等価直径を示す全粒結晶により構成される内部微細構造を示す、製造済み部品。
【請求項２】
鍛造により得ることができる請求項１に記載の製造済み部品。
【請求項３】
ターボ機械のコンプレッサ用羽根に含まれる請求項１または２に記載の製造済み部品。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の部品を製造する方法であって、該方法が、連続して、鍛造するステップと、鍛造された部品を焼入れするステップと、前記鍛造されかつ焼入れられた部品を焼戻しするステップとを含み、
鍛造が、１００ｍｍ未満の等価直径のエナメル被覆された部品に行われ、
前記鍛造が、少なくとも２回の加熱工程を含み、第１回目の加熱工程が、β転移より低いかあるいは高い温度への加熱工程であり、最後の加熱工程が、β転移より高い温度への加熱工程であり、それぞれの加熱工程での鍛造比が、２以上であり、鍛造速度が、１ｓ−１から１×１０−５ｓ−１の範囲であることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記鍛造が、３回の加熱工程、すなわち独立にβ転移より上かあるいは下の温度への第１回目および第２回目の加熱工程、およびβ転移より上の温度への第３回目の加熱工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法
【請求項６】
２回の加熱工程の間に部品を再度エナメル被覆することを含むことを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
鍛造型が１００℃から７００℃の範囲の温度に保たれることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記焼戻しが、６２０℃から７５０℃の範囲にある温度で、３時間から５時間の範囲で実施されることを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記エナメル被覆された部品がＴｉＡｌ５Ｃｒ２Ｍｏ４からなり、
前記鍛造が、８４０℃±１０℃の範囲の温度若しくは該範囲より低い温度での、あるいは９４０℃±１０℃の範囲の温度若しくは該範囲より高い温度での第１の加熱工程、ならびに９４０℃±１０℃の範囲の温度での第２の加熱工程を含み、
前記焼入れが型上で、次に静止空気中で実施され、また
前記焼戻しが６３０℃で４時間実施される、
ことを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はβ型あるいは準β型チタン合金からなる薄肉部品、および鍛造による前記薄肉部品の製造に関する。
【０００２】
より詳細には、本発明は、
β型あるいは準β型チタン合金からなる、厚さが１０ミリメートル（ｍｍ）より薄い非軸対称製造済み部品に関し、前記合金は元の微細構造を示し、また
特徴的な方式で、鍛造工程に基づく、前記部品の製造方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
ここに特許請求される発明が考案され開発された背景は、線形摩擦圧接（ｌｉｎｅａｒ  ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｗｅｌｄｉｎｇ）により取り付けられた翼をもつ一体成形翼車（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｉｅｃｅ  ｂｌａｄｅｄ  ｄｉｓｋ、ＳＢＤ）の製造に関するものである。このような一体成形翼車は一般に、それらの機械的性質のために、また特に振動疲労に耐えうるそれらの性質のために、β型あるいは準β型チタン合金製である。現在、それらは固体ブランクから機械加工により得られている。
【０００４】
鍛造により、β型あるいは準β型チタン合金製のこのような翼車の羽根を得ることを妨げる先入観が実際に存在していた。β型あるいは準β型チタン合金からなる鍛造構造体、すなわち結晶粒が大きい構造体は、小さな寸法の部品（羽根）を製造しようとする目的では、失望させるような機械的性質（特に、衝撃に耐えうる性質、および振動疲労に対する耐久性において）をもつ部品になるだけであると、先験的に想定されていた。
【０００５】
【非特許文献１】
Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ（ＡＳＭＨ）
【非特許文献２】
Ｍｉｌｉｔａｒｙ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ（ＭＩＬＨ）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
全く驚くべき形で、本発明の背景となった状況において、高い性能（すなわち、優れた冶金学的健全さおよび優れた機械特性）を示す、β型あるいは準β型チタン合金からなる羽根（すなわち、薄い部品）が、鍛造により（従来行われている機械加工法に比べて材料を節約して）得られた。前記の羽根の寿命はまた機械加工により得られた羽根の寿命より長く、それらを最適の形状にして、それらの空気力学的性能を向上させ、その結果としてそれらが装着されるエンジンの性能を向上させることが可能である。
【０００７】
このように、本発明は、一体成形翼車（ＳＢＤ）を製造するという状況のもとで自明ではない手法で考案され開発された。しかし、本発明はこの状況には限定されず、一体成形羽根リング（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｉｅｃｅ  ｂｌａｄｅｄ  ｒｉｎｇ、ＳＢＲ）の製造、前記一体成形翼車（ＳＢＤ）および一体成形羽根リング（ＳＢＲ）の補修、またより一般的にはβ型あるいは準β型チタンからの薄肉部品の製造の場合などの、ある程度類似している状況で、全く当然に、同じようにそれは適切である。
【０００８】
薄肉のβ型あるいは準β型チタン合金ブランクの鍛造の、本発明による制御により、それらのコア微細構造に関しては元のままである、前記β型あるいは準β型チタン合金からなる薄肉部品を得ることが可能となった。
【０００９】
このような部品が本発明の第１の主題を構成する。
【００１０】
このような部品が得られる制御された鍛造方法が本発明の第２の主題を構成する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
したがって、第１の態様において、本発明は、４を超える細長比を示し等価直径（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）が１０マイクロメートル（μｍ）から３００μｍの範囲にある全粒結晶により構成されるコア微細構造をもつβ型あるいは準β型チタン合金からなり、厚さが１０ｍｍ未満である（本明細書では、１０ｍｍが「薄肉」と「厚肉」の基準を定める）非軸対称（すなわち、ワイヤを除く）製造済み部品を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
β型あるいは準β型チタン合金は当分野の技術者によく知られており、用語「準β型」合金はβ型微細構造に近い合金を表すために用いられている。それらは、コンパクトな６方晶構造を示す。それらは、殊に米国のハンドブック：Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ（ＡＳＭＨ）およびＭｉｌｉｔａｒｙ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ（ＭＩＬＨ）において十分に明らかにされている。現在、それらの使用は、大きいかあるいは厚肉の鍛造部品を製造することに限定されている。
【００１３】
前記合金からなる、本発明の製造済み部品は、特徴的な仕方で、１回または複数の鍛造工程に基づくそれらの製造方法の固有の痕跡を留める薄肉部品である。それらのコア微細構造は元々存在していたものである。前記コア微細構造の結晶粒は鍛接している（ｗｅｌｄｅｄ）。
【００１４】
それらは４を超える細長比を示し、前記細長比は慣例的に、軸断面における最長寸法と最短寸法の比として定義されている。
【００１５】
それらは１０μｍから３００μｍの範囲にある等価直径を示す。
【００１６】
機械加工により得られた同等の（薄肉）部品の構造に見出される大きな切頭（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ）結晶粒ではなく、本発明の部品のコアに見出される結晶粒は全て、平坦化されており、またレンズ形である。
【００１７】
すでに指摘された特徴のために、本発明により製造された部品は新規な部品である。鍛造によりこれらの新規な部品を得ることができる。すでに記載されたように、大きな結晶粒をもつより厚肉の構造体を鍛造することにより薄肉の構造体を得ようとすることを妨げる先入観が実際に存在していたが、全く驚くべき仕方で、このような薄肉構造体が大変利点のある特性を示すということが見出された。
【００１８】
本発明の製造済み部品は、ターボ機械用コンプレッサの羽根を利点をもって構成する。
【００１９】
しかし、本発明は、如何なる点でも前記の場合に限定されない。該部品はプロペラ、特に潜水艦用のもの、あるいはファンまたはミキサ（その羽根がβ型あるいは準β型チタン合金で作られていることが正当化されるような媒質中で運転することを、ファンまたはミキサが求められている場合）用の羽根を構成することもできる。この列挙により全てが網羅されたわけではない。
【００２０】
特に好ましい変形形態（如何なる意味においても限定ではない）において、本発明の製造済み部品は、Ｔｉ１７合金からなる。この合金は、当分野の技術者にはよく知られており、現在は、大きな部品、特にコンプレッサディスクの製造に用いられている。それは大きな流動応力を示し、また鍛造が困難であるとしても知られている。
【００２１】
より詳細には、それは以下の合金である：
冶金学的命名では、ＴＡ５ＣＤ４；
化学的命名では、ＴｉＡｌ５Ｃｒ２Ｍｏ４。
【００２２】
全く驚くべき仕方で、ここに特許請求される発明の背景となる状況において、本発明者等は前記Ｔｉ１７合金から、大きな溶接率（ｗｅｌｄｉｎｇ  ｒａｔｉｏ）で薄肉部品を鍛造した。前記鍛造部品は高品質の機械的性質を示す。
【００２３】
第２の態様において、本発明は前記の新規部品を製造する方法を提供する。
【００２４】
本発明の前記製造方法には、
エナメル被覆されたブランクを得ること；
必要であれば、前記のブランクを、１００ｍｍ未満の等価直径（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）の長い部品に変形すること、
前記の長い部品を鍛造すること、
前記の鍛造された長い部品を焼入れすること（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）、および
前記の焼入れされ鍛造された長い部品を焼戻しすること、
が含まれる。
【００２５】
鍛造される前記部品は、通常のやり方で、最初は、エナメル被覆される。
【００２６】
前記部品は一般に、（より大きな太さの）より大きな等価直径の出発材料を押出すこと（スピニング）、あるいは鍛造することにより得られた半完成部品からなる。それは、特に、ビレットの押出により得られた棒（例えば、２５ｍｍの直径をもつ）からなっていてもよい。β型あるいは準β型チタン合金は主に、このようなビレット（機械加工による圧縮ディスク製造用）の形態で入手できる。
【００２７】
このエナメル被覆部品、すなわち１００ｍｍ未満の等価直径をもつ、通常エナメル被覆された半完成部品は、本発明において、１０ｍｍ未満の厚さをもつ製造済み部品への鍛造により変形される。
【００２８】
最適化された性質をもつこのような製造済み部品を得るために、鍛造が次の条件で実施されることが推奨される。この鍛造作業には少なくとも２回の加熱工程：
β転移を超えないかまたは超える、通常７００℃から１０００℃の範囲にある温度での第１回目の加熱工程；および
β転移を超える、通常８８０℃より高い温度での最終的な加熱工程；
が含まれる。
【００２９】
該温度は当然、用いられる特定のβ型あるいは準β型Ｔｉ合金に依存する。
【００３０】
それぞれの加熱工程の間、鍛造比（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏ）は２以上（有利には２を超える）であり、鍛造速度（あるいは平坦化速度）は１ｓ−１から１×１０−５ｓ−１の範囲である。
【００３１】
上で詳細に記載したように、鍛造作業を２回の加熱工程に完全に十分に限定することができる（前記２回の加熱工程の第２のものは、β転移を超える温度で実施されなければならない）。β転移より上で実施される最終の（第３の）工程の前に、β転移の下あるいは上でのさらなる加熱工程が含まれていてもよい。それが３回を超える加熱工程を含むことは不可能ではないが（最後の工程はβ転移を超える温度で実施しなければならない）、このように加熱工程の数を増やすことの利点は明らかでない。
【００３２】
このように、鍛造作業は通常２回あるいは３回の加熱工程を含み、上で指定された条件のもとで実施される。
【００３３】
通常、鍛造された部品は、任意選択で、引き続く２回の加熱工程の間に再度エナメル被覆される。
【００３４】
利点のある変形形態の実施において、鍛造マトリックスは１００℃から７００℃の範囲の温度に保たれる。
【００３５】
鍛造作業の後には通常焼入れ作業がある（通常直ちにこの焼入れが実施される）。特に強制空気中、静止空気中、オイル浴中、あるいはマトリックス上で、この焼入れを実施することができる。それは、有利には、オイル浴での焼入れにより誘起される速度以下の冷却速度が誘起される条件のもとで実施される。
【００３６】
焼入れされた鍛造部品は、有利には、６２０℃から７５０℃の範囲にある温度で、３時間から５時間焼戻しされる。これらの作業条件は最終の部品に必要とされる特性との関係で最適化される。エナメルがひび割れるか剥げ落ちた場合、不活性雰囲気下（特に真空あるいはアルゴン）でこの焼戻しを実施するように注意が払われる。
【００３７】
特に利点のある変形形態において、本発明の方法は以下の条件のもとで実施される：
ブランクはＴｉ１７合金（ＴＡ５ＣＤ４あるいはＴｉＡｌ５Ｃｒ２Ｍｏ４）からなり；
鍛造は、８４０℃±１０℃以下（β転移より下）の温度への、あるいは９４０℃±１０℃以上（β転移の上）の温度への第１の加熱工程を含み、また第２の加熱工程は９４０℃±１０℃（β転移の上）の温度で実施され；
焼入れがマトリックス上で、次に静止空気中で実施され；
焼戻しが６３０℃で４時間実施される。
【００３８】
これにより本明細書の最初に記載されたような部品が製造され、この部品は、特に羽根を構成する。
【００３９】
このような羽根の製造は、例示のためにのみ記載された以下の実施例においてより詳細に記載される。
【００４０】
添付図１および２は、異なる２つの倍率での、このような羽根のコア微細構造−新規な微細構造−を示す。
【００４１】
図１は、３つの方向における切断面：面Ａの横切断面、面Ｂの縦切断面、面Ｃの正面切断面であり、拡大率は２０倍である。結晶粒がレンズ形であることを、はっきりと見ることができる。それらは、横方向および縦方向に非常に平坦化されており、正面切断面において大きな面を示している。
【００４２】
図２では、拡大率はずっと大きく、５０００倍である。図２は結晶粒の内部微細構造を示す。冷間鍛造結晶粒が１で示され、再結晶化結晶粒が２で示されている。α針状結晶は非常に細く、完全に絡まっている。
【００４３】
実施例
鍛造によるＴｉ１７製の羽根の製造
実施された方法は、引き続いて実施された以下のステップを含んでいた：
長さ２４０ｍｍのブランク（Φ＝２７ｍｍ）を得るために、棒（Φ＜１００ｍｍ）を押し出すこと；
エナメルで被覆すること；
押出棒を軸方向に平坦化して、羽根およびその根部を成形すること；
鍛造マトリックスを２００℃に昇温すること；
衝撃速度（スクリュプレス）＝１０−４ｓ−１；
第１の加熱工程：９４０℃（β転移より上での工程）に４５分間保たれたエナメル被覆ブランクが、１３ｍｍから８ｍｍの範囲にある当座の厚さに平坦化される；
第２の加熱工程：第１と同じ条件で、新たな平坦化作業で、厚さが９ｍｍから１ｍｍの範囲に渡り変化する部品を成形する；
マトリックス上で、次にテーブル上の静止空気で冷却すること；および
６３０℃で４時間、鍛造後の直接焼戻しをすること。
【００４４】
これにより、添付図に示されるようなコア微細構造をもつ羽根が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】コア微細構造を示す図である。
【図２】コア微細構造を示す図である。
【符号の説明】
Ａ  横切断面
Ｂ  縦切断面
Ｃ  正面切断面
１  冷間鍛造結晶粒
２  再結晶化結晶粒
【図１】
0004022482.tif 000002
【図２】
0004022482.tif 000003