チタン合金鍛造材の製造方法
- 【要約】
【課題】材料特性の変動が長手方向及び肉厚方向のいずれの方向へも小さいとともに鍛造後の表面疵が少ないチタン合金鍛造材を、金型を加熱しなくとも製造する。
【解決手段】鍛造素材に与える歪速度が正弦波の周期で変化する機械駆動の高速鍛造機を用い、α＋β型のチタン合金からなる鍛造素材に、（圧下前の鍛造素材の幅―圧下後の鍛造素材の幅）として規定される圧下量ｄ（ｍｍ）と、圧下後の鍛造素材をずらして未圧下の部分を次パスで圧下する際のずらし量である送り量Ｌ（ｍｍ）と、１秒当たりの鍛造素材の圧下回数である圧下ピッチｐ（回／秒）と、（鍛造素材の表面積／鍛造素材の体積）として規定される放熱指数Ａとが、４．０≦ｄＬｐ／１００Ａ≦６．０を満足するように、圧下量ｄ、送り量Ｌ及び圧下ピッチｐのうちの少なくとも一つを制御しながら、自由鍛造を行う。
- 【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造素材に与える歪速度が正弦波の周期で変化する機械駆動の高速鍛造機を用い、α型またはα＋β型のチタン合金からなる鍛造素材に、（圧下前の前記鍛造素材の幅−圧下後の前記鍛造素材の幅）として規定される圧下量ｄ（ｍｍ）と、圧下後の鍛造素材をその長手方向へ所定距離移動して未圧下の部分を次パスで圧下する際のずらし量である送り量Ｌ（ｍｍ）と、１秒当たりの前記鍛造素材の圧下回数である圧下ピッチｐ（回／秒）と、（前記鍛造素材の表面積／前記鍛造素材の体積）として規定される放熱指数Ａとが４．０≦ｄ・Ｌ・ｐ／１００・Ａ≦６．０を満足するように、前記圧下量ｄ、前記送り量Ｌ及び前記圧下ピッチｐのうちの少なくとも一つを制御しながら、自由鍛造を行うことを特徴とするチタン合金鍛造材の製造方法。
- 【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン合金鍛造材の製造方法に関し、具体的には、材料特性の変動が長手方向及び肉厚方向のいずれの方向へも小さいとともに鍛造後の表面疵が少ないチタン合金鍛造材を、金型を加熱しなくとも製造することができる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン合金は、優れた耐食性を有することから、化学工業用装置、海水用の熱交換器や淡水化装置等の構成部材用材料や、航空機関連部材等の構造用材料として広く用いられている。特に、α＋β型チタン合金は、軽量かつ高強度であることから、航空機部品に賞用されている。
【０００３】
一般的に、チタン合金は、鋼に比較して割れ感受性が高いとともに、加工性が不芳なα型（細密六方格子）と加工性が良好なβ型（体心立方格子）と前記α型およびβ型の混合組織を有するα＋β型の３種類がある。α型およびα＋β型は、相構造が完全にβ相へ転移するβ変態点（含有成分によって変化するが、純チタンの場合８８２℃である。）を有する。このため、α型およびα＋β型のチタン合金の鍛造は、良好な加工性を得られる高温域で、且つβ変態点未満の温度域で行われる。しかし、高温域で鍛造を行っても、型との接触による抜熱によって鍛造素材の温度が部分的に低下して割れが発生し易いとともに、加工発熱により素材温度が上昇しβ変態点を超えた部分に、不均一組織（ミクロ組織異常）が発生する。このミクロ組織異常は、β変態点を超えた部分が一旦β相に変態し、冷却中にβ相の中に針状のα相が析出した組織となり、製品の機械的特性を大きく劣化させる原因となる。
【０００４】
このため、チタン合金鍛造材を製造する際には、温度低下による鍛造素材の割れを防止しながら、加工発熱を考慮して鍛造パススケジュールを設定する必要がある。しかし、チタン合金の適正な加工条件の温度範囲は広くないため、通常の鍛造方法では、加工発熱が大きいことに起因したミクロ組織の不均一や、金型温度が低いことに起因した温度低下による表面割れ等の欠陥が発生する。
【０００５】
特許文献１には、鍛造金型の温度を４００℃以上に保ち、鍛造素材の温度を（β変態点−４００）℃以上β変態点以下に保つとともに、１０−１ｓ−１以上１ｓ−１以下の歪み速度で鍛造素材を鍛造することによって、肉厚方向での材料特性の分布が小さく、鍛造後の表面手入れが簡便で、割れ感受性が低く、加工性に優れ、延性及び疲労特性が良好なチタン合金鍛造材を製造する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１４６４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
鍛造素材の放熱性は鍛造素材の表面積や体積、更には金型温度や金型の熱容量により変動するが、特許文献１により開示された発明は、金型を加熱して実施されるために、鍛造素材の放熱は自然放熱のみで、そのために放熱性に劣り、加工発熱を低く抑えるために、低い歪速度で鍛造を行わなければならず、コストアップになるばかりか生産性も低くなる。 また、特許文献１により開示された発明は、鍛造金型の温度を４００℃以上に保つために鍛造金型を外部加熱する必要があり、これにより、鍛造金型の強度が低下して摩耗が促進されるとともに、チタン合金鍛造材の製造コストの上昇は避けられない。
【０００８】
本発明の目的は、材料特性の変動が長手方向及び肉厚方向のいずれの方向へも小さいとともに鍛造後の表面疵が少ないチタン合金鍛造材を、鍛造金型を外部加熱せずに製造することができるチタン合金鍛造材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
チタン合金からなる鍛造素材に高速鍛造を行うと、加工発熱によって鍛造素材の内部が高温になること、及び、これによりβ変態点を超えた部分でミクロ組織異常が発生することは、いずれも周知である。また、チタン合金からなる鍛造素材の表面の温度が低下すると、その表面が割れることは、チタン合金のみならず金属材料では周知である。このため、従来は、例えば特許文献１にも開示されるように、鍛造金型を外部加熱して恒温鍛造を行う等の対策が採用されてきた。
【００１０】
本発明者も、高速鍛造による鍛造素材の温度上昇を抑制するとともに、鍛造素材の温度低下による疵（割れ）の発生を防止するためには、恒温鍛造を行うことが有効であるとの認識のもと、鋭意検討を重ねた。
【００１１】
その結果、本発明者は、（圧下前の鍛造素材の幅−圧下後の鍛造素材の幅）として規定される圧下量ｄ（ｍｍ）と、圧下後の鍛造素材をその長手方向へ所定距離送って未圧下の部分を次パスで圧下する際の送り量Ｌ（ｍｍ）と、１秒当たりの鍛造素材の圧下回数である圧下ピッチｐ（回／秒）と、（鍛造素材の表面積／鍛造素材の体積）として規定される放熱指数Ａとからなる、チタン合金の鍛造パラメータ（ｄ・Ｌ・ｐ／１００・Ａ）が適正な値となるように、圧下量ｄ（ｍｍ）、送り量Ｌ（ｍｍ）及び圧下ピッチｐ（回／秒）の少なくとも一つを制御することによって、鍛造金型を外部加熱しなくとも、鍛造素材に恒温鍛造を行うことが可能になり、これにより、等軸晶（結晶粒の長辺／短辺：３以下）の金属組織を有するチタン合金鍛造材を製造できることを知見し、さらに検討を重ねて、本発明を完成した。
【００１２】
本発明は、鍛造素材に与える歪速度が正弦波の周期で変化する機械駆動の高速鍛造機を用い、α＋β型のチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）からなる鍛造素材に、（圧下前の鍛造素材の幅−圧下後の鍛造素材の幅）として規定される圧下量ｄ（ｍｍ）と、圧下後の鍛造素材をその長手方向へ所定距離移動して未圧下の部分を次パスで圧下する際のずらし量である送り量Ｌ（ｍｍ）と、１秒当たりの鍛造素材の圧下回数である圧下ピッチｐ（回／秒）と、（鍛造素材の表面積／鍛造素材の体積）として規定される放熱指数Ａとが４．０≦ｄ・Ｌ・ｐ／１００・Ａ≦６．０を満足するように、圧下量ｄ、送り量Ｌ及び圧下ピッチｐのうちの少なくとも一つを制御しながら、自由鍛造を行うことを特徴とするチタン合金鍛造材の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、材料特性の変動が長手方向及び肉厚方向のいずれの方向へも小さいとともに鍛造後の表面疵が少ないチタン合金鍛造材を、鍛造金型を外部加熱しなくとも製造することができるようになる。
- 【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明で用いる高速鍛造機の構成の一例を模式的に示す説明図である。
【図２】図２は、本発明で用いる高速鍛造機の動作の特徴を示す説明図である。
【図３】図３は、実施例の結果を示すグラフである。
- 【公開番号】特開２０１２−４０５９２（Ｐ２０１２−４０５９２Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【発明の名称】チタン合金鍛造材の製造方法
- 【出願番号】特願２０１０−１８４２２８（Ｐ２０１０−１８４２２８）
【出願日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】
【識別番号】０００００２１１８
【氏名又は名称】住友金属工業株式会社
- 【代理人】
【識別番号】１０００８１３５２
【弁理士】
【氏名又は名称】広瀬 章一
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