チタン合金およびその製造方法
【課題】銅を固溶限まで添加したチタン合金を効率よく製造する方法およびこれを用いたチタン合金を提供する。
【解決手段】銅を１〜１０ｍａｓｓ％含有しているα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法であって、（１）α＋β型またはβ型チタン合金原料を水素化、脱水素化し、チタン合金粉末を得る工程、（２）前記チタン合金粉に銅粉末を混合して、チタン合金と銅の複合粉末を得る工程、（３）前記チタン合金複合粉末をＨＩＰ処理する工程、（４）前記ＨＩＰ処理材を熱間塑性加工する工程を実施することを特徴とするα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法。また、この方法で製造されたα＋β型またはβ型チタン合金。
【解決手段】銅を１〜１０ｍａｓｓ％含有しているα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法であって、（１）α＋β型またはβ型チタン合金原料を水素化、脱水素化し、チタン合金粉末を得る工程、（２）前記チタン合金粉に銅粉末を混合して、チタン合金と銅の複合粉末を得る工程、（３）前記チタン合金複合粉末をＨＩＰ処理する工程、（４）前記ＨＩＰ処理材を熱間塑性加工する工程を実施することを特徴とするα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法。また、この方法で製造されたα＋β型またはβ型チタン合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度を要求されるチタン合金に係り、特に、粉末冶金により、チタン合金を製造する技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽くて高強度であるチタン合金は、航空機の部材として、あるいは、自動車の部品として、さらには一般の機械部品等で広く使用されている。材料強度の改善により材料の断面積を薄くすることが可能となるために、使用材料の重量削減につながることから、特に、重量削減を課題としている航空機部材、自動車部品の用途では材料強度の改善への要求が高い。
【０００３】
高強度チタン合金としては、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金が代表的で、さらに強度を高めた材料として、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金（１０−２−３合金）、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金（１５−３−３−３合金）が広く知られている。また、バナジウムの添加量を減らし、鉄、クロム、モリブデン等を添加することで同等もしくは同等以上の強度を有するＴｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金（５−５−５−３合金）、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金（５２３ＡＦＭ合金）も報告されている。さらには、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の加工性を改善したＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金（ＳＰ７００合金）、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金（Ｔｉｍｅｔａｌ５４Ｍ合金）等も報告されている。
【０００４】
また、銅を添加することで、室温での強度改善だけではなく、高温特性の改善にも有効であることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、鉄、クロム、銅はいずれもインゴット溶製時に偏析しやすい元素であり、インゴット製造に当たっては、これらの元素の最大添加量は制限されている。特に銅は、チタン合金インゴットが凝固するときの偏析が大きいために、実用合金での添加量が最大２．５％と制限されているようである。
【０００５】
すなわち、インゴット溶解製造法では、強度アップや高温特性改善に寄与の大きい銅を固溶限一杯まで添加したチタン合金は製造されていない。
【０００６】
このような制限は、粉末冶金法を用いることによって撤廃することができる。すなわち、粉末冶金では、溶融・凝固のプロセスがないために、凝固に伴う偏析が発生しないので、固溶限一杯まで配合しても偏析は生じない。しかしながら、現在のところ、粉末冶金法による銅を固溶限一杯まで添加したチタン合金は製造されていない。これは次の２つの理由によると思われる。
【０００７】
第一の理由はコストの問題である。高品質な焼結体の製造技術は、原料としてそれぞれの単体粉末を混合する素粉末混合法として確立されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、素粉末混合法の応用例は限定されているのが現状で、これは素粉末混合法で必要となる原料粉末が高価なことが一因である。すなわち、純チタン粉末、合金元素粉末または合金元素の母合金粉末ともに高価で、インゴット溶製法で作製したチタン合金よりも製造コストが高くなってしまうためである。
【０００９】
第二の理由は粉末冶金で製造したチタン合金の品質の問題である。ＨＩＰや真空ホットプレスを用いることによって、材料の密度を上げる技術は確立しているものの、疲労特性や高い引張り特性を要求される用途には使用されていない。これは、プロセスに起因する理由である。すなわち、粉末冶金材料には、インゴット溶解製造法で作られた材料のような塑性流動工程がないために、材料の信頼性の点で不十分と思われてしまうことが原因である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】H. Otsuka, H. Fujii, K. Takahashi and M. Ishii: Ti-2007 Science and Technology (Kyoto, 2007), pp1391-1394.
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−００９６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上のように、粉末冶金法によれば、偏析の問題は避けることができるものの、コストの問題、品質の問題で、銅を固溶限一杯まで添加したチタン合金は製造されていない。
【００１３】
本発明は、銅を固溶限まで添加したチタン合金を効率よく製造する方法およびこれを用いたチタン合金を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる実情に鑑みて、偏析の起こらない粉末冶金法でのチタン合金製造を種々検討してきたところ、α＋β型またはβ型チタン合金原料を水素化、脱水素化し、チタン合金粉末を得、このチタン合金粉末に、銅粉末を混合して、チタン合金粉末とこれら粉末の複合粉末を得て、この粉末をＨＩＰし、さらに熱間圧延することによって、銅を固溶限一杯まで添加したチタン合金焼結体を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
即ち、本発明は、銅を１〜１０ｍａｓｓ％含有しているα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法であって、
次の（１）〜（４）の工程
（１）α＋β型またはβ型チタン合金原料を水素化、脱水素化し、チタン合金粉末を得る工程
（２）前記チタン合金粉に銅粉末を混合して、チタン合金と銅の複合粉末を得る工程
（３）前記チタン合金複合粉末をＨＩＰ処理する工程
（４）前記ＨＩＰ処理材を熱間塑性加工する工程
を実施することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明に係るα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法は、前記熱間塑性加工が、熱間押出、熱間圧延、熱間鍛造のいずれかであることを好ましい態様とするものである。
【００１７】
また、本発明に係るα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法は、前記チタン合金原料がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金であることを好ましい態様とするものである。
【００１８】
また、本発明に係るα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法は、前記熱間塑性加工を、（β変態点−２００℃）〜（β変態点＋１００℃）の温度範囲で行うことを好ましい態様とするものである。
【００１９】
更に、本発明に係るα＋β型またはβ型チタン合金は、前記いずれかの方法で製造されたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明に係るα＋β型またはβ型チタン合金は、引っ張り強さが１０００ＭＰａ〜１５００ＭＰａ、伸びが９％〜１５％であることを好ましい態様とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に従えば、前記チタン合金中に銅を１〜１０ｍａｓｓ％という、従来にはない高濃度域まで偏析なく含有させることができるという効果を奏するものである。
【００２２】
その結果、チタン合金材料の機械的特性を効果的に向上できるという効果を奏するものであり、引張り強さでは、銅無添加合金と比べて１０％〜２５％大きな値を維持することができる。
【００２３】
更には、引張り強さが極めて大きい材料も可能であるし、強さと伸びのバランスのとれた材料も可能である。強さと伸びのバランスのとれた材料の一例としては、伸びは１０％以上と殆ど低下がないままに、引張り強さが銅無添加材と比べて２０％増しの材料が可能であるという効果を奏するものである。
【００２４】
また、本発明においては原料としてチタン合金スクラップを使うことができ、銅以外の合金元素の粉末を準備する必要がないために、原料代の大幅低減が可能になる、という効果を有する。素粉末混合法で原料粉末を準備する場合と比較して、本発明に従えば原料コストは最大で７０％まで低減可能であると、いう効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のチタン合金の製造工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の最良の実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
図１は、本発明に係るチタン合金焼結体の製造に係る好ましい態様を表している。本発明に係るチタン合金原料は、コスト削減の観点から、チタン合金切粉、チタン合金鍛造片、あるいは、チタン合金棒の端材等の、当初より所望の成分を有する合金スクラップを原料として用いることが好ましい。
【００２７】
これらのチタン合金スクラップ（以降、単に「チタン合金原料」と略称する場合がある。）は、事前に所定の長さ、あるいは、大きさにサイジングしておくことが好ましい。例えば、合金切粉の場合には、１００ｍｍ以下の長さに、事前に切断しておくことが好ましい。前記のような長さに切断しておくことにより、次工程の水素化工程を効率よく進めることができるという効果を奏するものである。また、鍛造片のようなブロック状の合金スクラップでは、水素化炉に入る程度の大きさであれば、特に事前処理の大きさであれば支障がない。
【００２８】
前記のように処理して調整されたチタン合金原料は、水素雰囲気下での水素化処理工程に供される。水素化処理は、５００〜６５０℃の温度域で行なうことが好ましい。合金原料の水素化処理反応は、発熱反応であるため、水素化反応の進行に伴い、加熱炉による昇温操作は不要であり自発的に水素化反応を進めることができる。
【００２９】
水素化処理された合金原料（以降、単に「水素化チタン合金」と略称する場合がある。）は、室温まで冷却後、アルゴンガス等の不活性雰囲気で所定の粒度になるまで粉砕・篩別することが好ましい。
【００３０】
続いて、粉末状に粉砕・篩別された水素化チタン合金粉は、減圧雰囲気に保持された雰囲気中で、高温域まで加熱処理することにより脱水素処理することが好ましい。脱水素処理温度は、５００℃〜８００℃の温度域で行うことが好ましい。
【００３１】
脱水素反応は、前記の水素化処理反応と異なり吸熱反応であるために、水素化合金粉からの水素の発生がなくなるまで、加熱操作が必要とされる。
【００３２】
前記脱水素処理が完了した水素化チタン合金粉は、相互に焼結している場合があり、この場合には、軽い粉砕（解砕と呼ぶ場合がある）および篩別処理を行なうことが好ましい。解砕、篩別処理により、チタン合金粉の粒度を、１μｍ〜１５０μｍの範囲に整粒しておくことが好ましい。
【００３３】
脱水素処理後、解砕および篩別されたチタン合金粉に、本発明に用いる銅粉を配合することにより、本発明に係るチタン合金複合粉を得ることができる。
【００３４】
本発明で使用する銅粉は、３Ｎ５〜４Ｎ５程度の純度を有しているものが好ましく、市販されている粉末状の試料を用いることができる。
【００３５】
本発明では、チタン合金粉に対して、第三成分として銅粉を配合することが好ましい。 その配合比率は、チタン合金粉の質量に対して、１〜１０ｍａｓｓ％の範囲に配合することが好ましい。
【００３６】
ここで、銅粉の添加量をこのようにするのは、固溶度を考慮してのことである。すなわち、ベータチタン中への銅の最大個溶度は、１７．１ｍａｓｓ％である。最大固溶度を超えた量の添加は金属間化合物の析出を起こし、材料の脆化につながるので避けなければならない。
【００３７】
実際の加工温度は最大固溶度を示す温度より低いために、溶解度の減少も考え、最大１０ｍａｓｓ％とするものである。
【００３８】
チタン合金が例えばＴｉ−１Ｃｕ−０．５Ｎｂ合金のように、Ｃｕを含有している場合は、合金が含んでいる量と添加した量の合計が上記の濃度範囲になるように設計することが好ましい。
【００３９】
チタン合金粉末は焼結性が悪いために、粉末冶金では高密度な焼結体を得るのが困難である。この問題を解決するためにＨＩＰ処理を行う。適切な条件でＨＩＰ処理を行えば、材料の緻密化が可能である。さらにＨＩＰ処理した材料を熱間塑性加工することによって、焼結体を所定の寸法に成形加工できるのみならず、材料に塑性流動を与えることになり、引っ張り強さと伸びのバランスが良い材料が得られ、材料の信頼性が格段に向上する。
【００４０】
本発明では、上述の方法で得られたチタン合金複合粉を軟鋼カプセルに充填して脱気後真空封入して（β変態点−１００℃）〜（β変態点＋１００℃）の温度において５０〜２００ＭＰａの圧力で１〜５Ｈｒ、ＨＩＰ処理する。
【００４１】
もしくは、チタン合金複合粉をＣＩＰラバーに充填して、１００〜２００ＭＰａで処理した後、前記ＣＩＰ処理で形成されたチタン合金材を、ＨＩＰカプセルに充填して、ＨＩＰ処理することが好ましい。
【００４２】
このような処理を行なうことにより緻密化されたチタン合金材料を得ることができる。ＨＩＰ処理の温度と圧力は、カプセル材と、Ｃｕを含有したチタン合金材のその温度における変形抵抗を考慮して選定することができる。
【００４３】
ＨＩＰ前にＣＩＰ処理を行うことによって、カプセルに充填するチタン合金の充填密度を高くすることができるので、ＨＩＰ工程での収縮が少なくて緻密化が完了するために、ＨＩＰによる材料の変形が小さくなるメリットがある。
【００４４】
次に、ＨＩＰ処理により緻密化したＣｕを含有したチタン合金材を熱間塑性加工して所定の寸法の棒材に加工する。ここで、熱間塑性加工にあたっては、（β変態点−２００℃）〜（β変態点＋１００℃）の温度に１〜２Ｈｒ加熱保持してから熱間塑性加工処理を開始することが好ましい。
【００４５】
前記熱間塑性加工開始温度が、（β変態点−２００℃）よりも低温側にある場合には、 材料の変形抵抗が大きく、材料を加工しきれないことがあり好ましくない。 一方、熱間塑性加工開始温度が、（β変態点＋１００℃）以上である場合には、熱間塑性加工材の結晶粒が粗大になる傾向を示して好ましくない。
【００４６】
よって、本発明に係る熱間塑性加工開始温度は、（β変態点−２００℃）〜（β変態点＋１００℃）の範囲とすることが好ましい。
【００４７】
ここで、熱間塑性加工とは、熱間押出、熱間圧延、熱間鍛造等の加工を含んでいる。熱間押出ならば、加工度（押出による断面の面積減少率）８０％〜９５％と非常に大きい加工度での加工が可能で、塑性変形による材料の特性改善を実現することができる。
【００４８】
熱間圧延ならば、１パスの加工度（圧延による断面厚み減少率）を１５％〜５０％とコントロールしながら圧延することが好ましい。１パスの加工率が１５％以下の場合は、圧延のパス回数が増えてしまい、作業時間が長くなり、圧延中の材料温度低下が無視できないレベルになってくる。また、加工率が小さい場合は、材料内部まで十分な塑性変形がされず、材料の外周部と中心部との組織の不均一が問題となるので好ましくない。１パスの加工率が５０％を超える場合は、材料の塑性変形は十分となるものの、材料にクラックが生じることがあるので、好ましくない。
【００４９】
熱間鍛造の場合は、プレス鍛造、ハンマー鍛造等一般的な鍛造で加工できる。一回の加熱で加工度（鍛造による断面厚み減少率）を３０％〜６０％とすることが可能である。また、断面形状をＨＩＰ上がりの丸型から途中形状を八角、四角ととり、最終的に丸型にすることで、効果的に材料に塑性変形を与えることができる。
【００５０】
ＨＩＰ処理、熱間塑性加工処理により材料製造コストは高くなることが課題であるが、最終的に得られる銅を固溶限一杯まで添加したチタン合金の特性が、現有のインゴット溶解製造法で作られるα＋β型およびβ型チタン合金と比べて格段に向上しているので、製造コスト高も解消されるものである。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例および比較例により本発明をより詳細かつ具体的に説明する。
［実施例１］（６４合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した６４合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この混合粉末３．２ｋｇを内径１００ｍｍの軟鋼カプセルに充填し、９６０℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒの条件でＨＩＰ処理した。Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金にＣｕを６％添加した合金のβ変態点は約９１０℃であり、ＨＩＰ温度９６０℃はβ変態点より５０℃高い温度となる。ＨＩＰ処理後カプセルを除去し、表面を平滑になるまで切削したところ、密度は真密度比１００％であることが確認された。この材料をφ１５０ｍｍｘ９０ｍｍに切削加工し、熱間押出用のビレットとした。熱間押出は、材料を８７０℃に１Ｈｒ加熱してφ３５ｍｍのダイスを用いて実施した。８７０℃はβ変態点より４０℃低い温度である。なお、熱間押出に当ってはビレットを直接押出しても良いし、軟鋼カプセルに充填してから押出しても良いが、ここではカプセルに充填しないで直接押出を行った。押出材から引張り試験片を切り出し、引張り試験を行ったところ、引っ張り強さ１，１７０ＭＰａ、伸び１４％の結果が得られた。１,１７０ＭＰａの引っ張り強さは、インゴット溶解製造法で得られている６４合金の値（９８０ＭＰａ）と比べて約２０％高い値であった。
【００５２】
［実施例２］（６４合金に銅を９％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末に対して、銅粉末を９ｍａｓｓ％添加混合した混合粉末を、実施例１と同じ手順でＨＩＰ、熱間押出を実施した。ＨＩＰ温度、熱間押出温度は合金組成によって変えたが、ＨＩＰ圧力、ＨＩＰ時間、熱間押出の加工度は実施例２から実施例８、比較例１〜比較例８で全く同じとした。得られた押出棒で引張り試験をおこなった。ＨＩＰ条件、熱間押出温度、得られた押出材の引張り試験結果は表１に示すとおりであった。
【００５３】
［比較例１］（６４合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例１−１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１と同じ手順で、ＨＩＰ、熱間押出を実施、φ３５ｍｍの押出棒を得、引張り試験をおこなった。ＨＩＰ条件、熱間押出温度、引張り試験結果は表１に示す。引張り強さ、伸びはインゴット溶解製造法で得られている６４合金の値とほぼ同じであった。
【００５４】
［実施例３］（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間押出処理し、φ３５ｍｍの押出棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００５５】
［比較例２］（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例３で得られたＴｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例３と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間押出処理し、得られた押出棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００５６】
［実施例４］（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間押出処理し、φ３５ｍｍの押出棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００５７】
［比較例３］（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例４で得られたＴｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例４と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間押出処理し、得られた押出棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００５８】
［実施例５］（Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間押出処理し、φ３５ｍｍの押出棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００５９】
［比較例４］（Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例５で得られたＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例５と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間押出処理し、得られた押出棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６０】
［実施例６］（Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間押出処理し、φ３５ｍｍの押出棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６１】
［比較例５］（Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例６で得られたＴｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例６と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間押出処理し、得られた押出棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６２】
［実施例７］（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間押出処理し、φ１２ｍｍの押出棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６３】
［比較例６］（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例７で得られたＴｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例７と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間押出処理し、得られた押出棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６４】
［実施例８］（Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間押出処理し、φ３５ｍｍの押出棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６５】
［比較例７］（Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例８で得られたＴｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例８と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間押出処理し、得られた押出棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６６】
［比較例８］（６４合金＋６％ＣｕをＨＩＰで製品化）（圧延しない場合）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に銅を６％添加した合金のＨＩＰ材をそのまま製品化しようと試み、引張り試験で特性を確認した。引張り強さは１０６０ＭＰａと高い値が得られたが、伸びが３％と低い結果であった。
【００６７】
【表１】
【００６８】
［実施例９］（６４合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末とＣｕ粉末の混合粉末を得た。この混合粉末３．２ｋｇを内径１００ｍｍの軟鋼カプセルに充填し、９６０℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒの条件でＨＩＰ処理した。Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金にＣｕを６％添加した合金のβ変態点は約９１０℃であり、ＨＩＰ温度９６０℃はβ変態点より５０℃高い温度となる。ＨＩＰ処理後カプセルを除去し、表面を平滑になるまで切削したところ、密度は真密度比１００％であることが確認された。この材料をφ７６ｍｍに切削加工し熱間圧延用元材とした。φ７６ｍｍの材料を８７０℃に１Ｈｒ加熱して圧延を開始し、φ１２ｍｍまで合計９パス圧延した。圧延のパススケジュールはφ６７ｍｍ、φ５６ｍｍ、φ４５ｍｍ、φ３６ｍｍ、φ２９ｍｍ、φ２３ｍｍ、φ１８ｍｍ、φ１５ｍｍ、φ１２ｍｍとした。圧延材から引張り試験片を切り出し、引張り試験を行ったところ、引っ張り強さ１，１７０ＭＰａ、伸び１４％の結果が得られた。１,１７０ＭＰａの引っ張り強さは、インゴット溶解製造法で得られている６４合金の値（９８０ＭＰａ）と比べて約２０％高い値であった。
【００６９】
［実施例１０］（６４合金に銅を９％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末に対して、銅粉末を９ｍａｓｓ％添加混合した混合粉末を、実施例９と同じ手順でＨＩＰ、熱間圧延を実施した。ＨＩＰ温度、熱間圧延温度は合金組成によって変えたが、ＨＩＰ圧力、ＨＩＰ時間、熱間圧延のパススケジュールは実施例１０から実施例１６、比較例９〜比較例１５ですべて実施例９と全く同じとした。得られたφ１２ｍｍの圧延棒から引張り試験片を切り出し、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延開始温度、引張り試験結果は表２に記載したとおりである。
【００７０】
［比較例９］（６４合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例９と同じ手順で、ＨＩＰ、熱間圧延を実施、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を行った。ＨＩＰ条件、熱間圧延開始温度、引張り試験結果は表２に記載したとおりである。引張り試験結果は、引っ張り強さ９８０ＭＰａ、伸び１４％であり、インゴット溶解製造法でえられている６４合金の値とほぼ同じであった。
【００７１】
［実施例１１］（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例３で得られたＴｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７２】
［比較例１０］（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例３で得られたＴｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１１と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、得られた圧延棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７３】
［実施例１２］（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例４で得られたＴｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７４】
［比較例１１］（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例４で得られたＴｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１２と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、得られた圧延棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７５】
［実施例１３］（Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例５で得られたＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７６】
［比較例１２］（ＴＩ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例４で得られたＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１３と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、得られた圧延棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７７】
［実施例１４］（Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例６で得られたＴｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７８】
［比較例１３］（Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例６で得られたＴｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１４と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、得られた圧延棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７９】
［実施例１５］（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例７で得られたＴｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００８０】
［比較例１４］（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例７で得られたＴｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１５と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、得られた圧延棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００８１】
［実施例１６］（Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例８で得られたＴｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００８２】
［比較例１５］（Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例８で得られたＴｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１６と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、得られた圧延棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００８３】
【表２】
【００８４】
［実施例１７］（６４合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を段造）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末とＣｕ粉末の混合粉末を得た。この混合粉末３．２ｋｇを内径１００ｍｍの軟鋼カプセルに充填し、９６０℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒの条件でＨＩＰ処理した。Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金にＣｕを６％添加した合金のβ変態点は約９１０℃であり、ＨＩＰ温度９６０℃はβ変態点より５０℃高い温度となる。ＨＩＰ処理後カプセルを除去し、表面を平滑になるまで切削したところ、密度は真密度比１００％であることが確認された。この材料をφ７６ｍｍに切削加工し熱間鍛造用元材とした。φ７６ｍｍの材料を８７０℃に１Ｈｒ加熱してハンマー鍛造を開始し、φ２５ｍｍまで鍛造した。鍛造材から引張り試験片を切り出し、引張り試験を行ったところ、引っ張り強さ１，１６０ＭＰａ、伸び１３％の結果が得られた。１,１６０ＭＰａの引っ張り強さは、インゴット溶解製造法でえられている６４合金の値（９８０ＭＰａ）と比べて約１８％高い値であった。
【００８５】
［実施例１８］（６４合金に銅を９％添加、ＨＩＰ材を段造）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末に対して、銅粉末を９ｍａｓｓ％添加混合した混合粉末を、実施例１７と同じ手順でＨＩＰ、熱間鍛造を実施した。ＨＩＰ温度、熱間鍛造温度は合金組成によって変えたが、ＨＩＰ圧力、ＨＩＰ時間、熱間鍛造の加工法は実施例１８から実施例２４、比較例１６から比較例２２ですべて実施例１７と全く同じとした。得られたφ２５ｍｍの段造棒から引張り試験片を切り出し、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造温度、引張り試験結果は表３に記載したとおりである。
【００８６】
［比較例１６］（６４合金、銅無添加、ＨＩＰ材を段造）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１７と同じ手順で、ＨＩＰ、熱間鍛造を実施、φ２５ｍｍの段造棒を得、引張り試験を行った。ＨＩＰ条件、熱間鍛造温度、引張り試験結果は表３に記載したとおりである。引張り試験結果は、引っ張り強さ９８０ＭＰａ、伸び１４％であり、インゴット溶解製造法でえられている６４合金の値とほぼ同じであった。
【００８７】
［実施例１９］（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例３で得られたＴｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、φ２５ｍｍの鍛造棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００８８】
［比較例１７］（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例３で得られたＴｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１９と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、得られた鍛造棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００８９】
［実施例２０］（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例４で得られたＴｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、φ２５ｍｍの鍛造棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９０】
［比較例１８］（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例４で得られたＴｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例２０と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、得られた鍛造棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９１】
［実施例２１］（Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例５で得られたＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、φ２５ｍｍの鍛造棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９２】
［比較例１９］（Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例４で得られたＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例２１と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、得られた鍛造棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９３】
［実施例２２］（Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例６で得られたＴｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、φ２５ｍｍの鍛造棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９４】
［比較例２０］（Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例６で得られたＴｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例２２と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、得られた鍛造棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９５】
［実施例２３］（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例７で得られたＴｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、φ２５ｍｍの鍛造棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９６】
［比較例２１］（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例７で得られたＴｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例２３と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、得られた鍛造棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９７】
［実施例２４］（Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例８で得られたＴｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、φ２５ｍｍの鍛造棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９８】
［比較例２２］（Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例８で得られたＴｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例２４と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、得られた鍛造棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９９】
【表３】
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、伸びの低下が殆どなく、引張り強さが従来の合金より１０％〜２５％高い銅を高濃度に含有する高強度チタン合金の製造法を提供する。高強度チタン合金を必要とする分野での利用が期待される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度を要求されるチタン合金に係り、特に、粉末冶金により、チタン合金を製造する技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽くて高強度であるチタン合金は、航空機の部材として、あるいは、自動車の部品として、さらには一般の機械部品等で広く使用されている。材料強度の改善により材料の断面積を薄くすることが可能となるために、使用材料の重量削減につながることから、特に、重量削減を課題としている航空機部材、自動車部品の用途では材料強度の改善への要求が高い。
【０００３】
高強度チタン合金としては、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金が代表的で、さらに強度を高めた材料として、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金（１０−２−３合金）、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金（１５−３−３−３合金）が広く知られている。また、バナジウムの添加量を減らし、鉄、クロム、モリブデン等を添加することで同等もしくは同等以上の強度を有するＴｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金（５−５−５−３合金）、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金（５２３ＡＦＭ合金）も報告されている。さらには、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の加工性を改善したＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金（ＳＰ７００合金）、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金（Ｔｉｍｅｔａｌ５４Ｍ合金）等も報告されている。
【０００４】
また、銅を添加することで、室温での強度改善だけではなく、高温特性の改善にも有効であることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、鉄、クロム、銅はいずれもインゴット溶製時に偏析しやすい元素であり、インゴット製造に当たっては、これらの元素の最大添加量は制限されている。特に銅は、チタン合金インゴットが凝固するときの偏析が大きいために、実用合金での添加量が最大２．５％と制限されているようである。
【０００５】
すなわち、インゴット溶解製造法では、強度アップや高温特性改善に寄与の大きい銅を固溶限一杯まで添加したチタン合金は製造されていない。
【０００６】
このような制限は、粉末冶金法を用いることによって撤廃することができる。すなわち、粉末冶金では、溶融・凝固のプロセスがないために、凝固に伴う偏析が発生しないので、固溶限一杯まで配合しても偏析は生じない。しかしながら、現在のところ、粉末冶金法による銅を固溶限一杯まで添加したチタン合金は製造されていない。これは次の２つの理由によると思われる。
【０００７】
第一の理由はコストの問題である。高品質な焼結体の製造技術は、原料としてそれぞれの単体粉末を混合する素粉末混合法として確立されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、素粉末混合法の応用例は限定されているのが現状で、これは素粉末混合法で必要となる原料粉末が高価なことが一因である。すなわち、純チタン粉末、合金元素粉末または合金元素の母合金粉末ともに高価で、インゴット溶製法で作製したチタン合金よりも製造コストが高くなってしまうためである。
【０００９】
第二の理由は粉末冶金で製造したチタン合金の品質の問題である。ＨＩＰや真空ホットプレスを用いることによって、材料の密度を上げる技術は確立しているものの、疲労特性や高い引張り特性を要求される用途には使用されていない。これは、プロセスに起因する理由である。すなわち、粉末冶金材料には、インゴット溶解製造法で作られた材料のような塑性流動工程がないために、材料の信頼性の点で不十分と思われてしまうことが原因である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】H. Otsuka, H. Fujii, K. Takahashi and M. Ishii: Ti-2007 Science and Technology (Kyoto, 2007), pp1391-1394.
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−００９６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上のように、粉末冶金法によれば、偏析の問題は避けることができるものの、コストの問題、品質の問題で、銅を固溶限一杯まで添加したチタン合金は製造されていない。
【００１３】
本発明は、銅を固溶限まで添加したチタン合金を効率よく製造する方法およびこれを用いたチタン合金を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる実情に鑑みて、偏析の起こらない粉末冶金法でのチタン合金製造を種々検討してきたところ、α＋β型またはβ型チタン合金原料を水素化、脱水素化し、チタン合金粉末を得、このチタン合金粉末に、銅粉末を混合して、チタン合金粉末とこれら粉末の複合粉末を得て、この粉末をＨＩＰし、さらに熱間圧延することによって、銅を固溶限一杯まで添加したチタン合金焼結体を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
即ち、本発明は、銅を１〜１０ｍａｓｓ％含有しているα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法であって、
次の（１）〜（４）の工程
（１）α＋β型またはβ型チタン合金原料を水素化、脱水素化し、チタン合金粉末を得る工程
（２）前記チタン合金粉に銅粉末を混合して、チタン合金と銅の複合粉末を得る工程
（３）前記チタン合金複合粉末をＨＩＰ処理する工程
（４）前記ＨＩＰ処理材を熱間塑性加工する工程
を実施することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明に係るα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法は、前記熱間塑性加工が、熱間押出、熱間圧延、熱間鍛造のいずれかであることを好ましい態様とするものである。
【００１７】
また、本発明に係るα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法は、前記チタン合金原料がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金であることを好ましい態様とするものである。
【００１８】
また、本発明に係るα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法は、前記熱間塑性加工を、（β変態点−２００℃）〜（β変態点＋１００℃）の温度範囲で行うことを好ましい態様とするものである。
【００１９】
更に、本発明に係るα＋β型またはβ型チタン合金は、前記いずれかの方法で製造されたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明に係るα＋β型またはβ型チタン合金は、引っ張り強さが１０００ＭＰａ〜１５００ＭＰａ、伸びが９％〜１５％であることを好ましい態様とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に従えば、前記チタン合金中に銅を１〜１０ｍａｓｓ％という、従来にはない高濃度域まで偏析なく含有させることができるという効果を奏するものである。
【００２２】
その結果、チタン合金材料の機械的特性を効果的に向上できるという効果を奏するものであり、引張り強さでは、銅無添加合金と比べて１０％〜２５％大きな値を維持することができる。
【００２３】
更には、引張り強さが極めて大きい材料も可能であるし、強さと伸びのバランスのとれた材料も可能である。強さと伸びのバランスのとれた材料の一例としては、伸びは１０％以上と殆ど低下がないままに、引張り強さが銅無添加材と比べて２０％増しの材料が可能であるという効果を奏するものである。
【００２４】
また、本発明においては原料としてチタン合金スクラップを使うことができ、銅以外の合金元素の粉末を準備する必要がないために、原料代の大幅低減が可能になる、という効果を有する。素粉末混合法で原料粉末を準備する場合と比較して、本発明に従えば原料コストは最大で７０％まで低減可能であると、いう効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のチタン合金の製造工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の最良の実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
図１は、本発明に係るチタン合金焼結体の製造に係る好ましい態様を表している。本発明に係るチタン合金原料は、コスト削減の観点から、チタン合金切粉、チタン合金鍛造片、あるいは、チタン合金棒の端材等の、当初より所望の成分を有する合金スクラップを原料として用いることが好ましい。
【００２７】
これらのチタン合金スクラップ（以降、単に「チタン合金原料」と略称する場合がある。）は、事前に所定の長さ、あるいは、大きさにサイジングしておくことが好ましい。例えば、合金切粉の場合には、１００ｍｍ以下の長さに、事前に切断しておくことが好ましい。前記のような長さに切断しておくことにより、次工程の水素化工程を効率よく進めることができるという効果を奏するものである。また、鍛造片のようなブロック状の合金スクラップでは、水素化炉に入る程度の大きさであれば、特に事前処理の大きさであれば支障がない。
【００２８】
前記のように処理して調整されたチタン合金原料は、水素雰囲気下での水素化処理工程に供される。水素化処理は、５００〜６５０℃の温度域で行なうことが好ましい。合金原料の水素化処理反応は、発熱反応であるため、水素化反応の進行に伴い、加熱炉による昇温操作は不要であり自発的に水素化反応を進めることができる。
【００２９】
水素化処理された合金原料（以降、単に「水素化チタン合金」と略称する場合がある。）は、室温まで冷却後、アルゴンガス等の不活性雰囲気で所定の粒度になるまで粉砕・篩別することが好ましい。
【００３０】
続いて、粉末状に粉砕・篩別された水素化チタン合金粉は、減圧雰囲気に保持された雰囲気中で、高温域まで加熱処理することにより脱水素処理することが好ましい。脱水素処理温度は、５００℃〜８００℃の温度域で行うことが好ましい。
【００３１】
脱水素反応は、前記の水素化処理反応と異なり吸熱反応であるために、水素化合金粉からの水素の発生がなくなるまで、加熱操作が必要とされる。
【００３２】
前記脱水素処理が完了した水素化チタン合金粉は、相互に焼結している場合があり、この場合には、軽い粉砕（解砕と呼ぶ場合がある）および篩別処理を行なうことが好ましい。解砕、篩別処理により、チタン合金粉の粒度を、１μｍ〜１５０μｍの範囲に整粒しておくことが好ましい。
【００３３】
脱水素処理後、解砕および篩別されたチタン合金粉に、本発明に用いる銅粉を配合することにより、本発明に係るチタン合金複合粉を得ることができる。
【００３４】
本発明で使用する銅粉は、３Ｎ５〜４Ｎ５程度の純度を有しているものが好ましく、市販されている粉末状の試料を用いることができる。
【００３５】
本発明では、チタン合金粉に対して、第三成分として銅粉を配合することが好ましい。 その配合比率は、チタン合金粉の質量に対して、１〜１０ｍａｓｓ％の範囲に配合することが好ましい。
【００３６】
ここで、銅粉の添加量をこのようにするのは、固溶度を考慮してのことである。すなわち、ベータチタン中への銅の最大個溶度は、１７．１ｍａｓｓ％である。最大固溶度を超えた量の添加は金属間化合物の析出を起こし、材料の脆化につながるので避けなければならない。
【００３７】
実際の加工温度は最大固溶度を示す温度より低いために、溶解度の減少も考え、最大１０ｍａｓｓ％とするものである。
【００３８】
チタン合金が例えばＴｉ−１Ｃｕ−０．５Ｎｂ合金のように、Ｃｕを含有している場合は、合金が含んでいる量と添加した量の合計が上記の濃度範囲になるように設計することが好ましい。
【００３９】
チタン合金粉末は焼結性が悪いために、粉末冶金では高密度な焼結体を得るのが困難である。この問題を解決するためにＨＩＰ処理を行う。適切な条件でＨＩＰ処理を行えば、材料の緻密化が可能である。さらにＨＩＰ処理した材料を熱間塑性加工することによって、焼結体を所定の寸法に成形加工できるのみならず、材料に塑性流動を与えることになり、引っ張り強さと伸びのバランスが良い材料が得られ、材料の信頼性が格段に向上する。
【００４０】
本発明では、上述の方法で得られたチタン合金複合粉を軟鋼カプセルに充填して脱気後真空封入して（β変態点−１００℃）〜（β変態点＋１００℃）の温度において５０〜２００ＭＰａの圧力で１〜５Ｈｒ、ＨＩＰ処理する。
【００４１】
もしくは、チタン合金複合粉をＣＩＰラバーに充填して、１００〜２００ＭＰａで処理した後、前記ＣＩＰ処理で形成されたチタン合金材を、ＨＩＰカプセルに充填して、ＨＩＰ処理することが好ましい。
【００４２】
このような処理を行なうことにより緻密化されたチタン合金材料を得ることができる。ＨＩＰ処理の温度と圧力は、カプセル材と、Ｃｕを含有したチタン合金材のその温度における変形抵抗を考慮して選定することができる。
【００４３】
ＨＩＰ前にＣＩＰ処理を行うことによって、カプセルに充填するチタン合金の充填密度を高くすることができるので、ＨＩＰ工程での収縮が少なくて緻密化が完了するために、ＨＩＰによる材料の変形が小さくなるメリットがある。
【００４４】
次に、ＨＩＰ処理により緻密化したＣｕを含有したチタン合金材を熱間塑性加工して所定の寸法の棒材に加工する。ここで、熱間塑性加工にあたっては、（β変態点−２００℃）〜（β変態点＋１００℃）の温度に１〜２Ｈｒ加熱保持してから熱間塑性加工処理を開始することが好ましい。
【００４５】
前記熱間塑性加工開始温度が、（β変態点−２００℃）よりも低温側にある場合には、 材料の変形抵抗が大きく、材料を加工しきれないことがあり好ましくない。 一方、熱間塑性加工開始温度が、（β変態点＋１００℃）以上である場合には、熱間塑性加工材の結晶粒が粗大になる傾向を示して好ましくない。
【００４６】
よって、本発明に係る熱間塑性加工開始温度は、（β変態点−２００℃）〜（β変態点＋１００℃）の範囲とすることが好ましい。
【００４７】
ここで、熱間塑性加工とは、熱間押出、熱間圧延、熱間鍛造等の加工を含んでいる。熱間押出ならば、加工度（押出による断面の面積減少率）８０％〜９５％と非常に大きい加工度での加工が可能で、塑性変形による材料の特性改善を実現することができる。
【００４８】
熱間圧延ならば、１パスの加工度（圧延による断面厚み減少率）を１５％〜５０％とコントロールしながら圧延することが好ましい。１パスの加工率が１５％以下の場合は、圧延のパス回数が増えてしまい、作業時間が長くなり、圧延中の材料温度低下が無視できないレベルになってくる。また、加工率が小さい場合は、材料内部まで十分な塑性変形がされず、材料の外周部と中心部との組織の不均一が問題となるので好ましくない。１パスの加工率が５０％を超える場合は、材料の塑性変形は十分となるものの、材料にクラックが生じることがあるので、好ましくない。
【００４９】
熱間鍛造の場合は、プレス鍛造、ハンマー鍛造等一般的な鍛造で加工できる。一回の加熱で加工度（鍛造による断面厚み減少率）を３０％〜６０％とすることが可能である。また、断面形状をＨＩＰ上がりの丸型から途中形状を八角、四角ととり、最終的に丸型にすることで、効果的に材料に塑性変形を与えることができる。
【００５０】
ＨＩＰ処理、熱間塑性加工処理により材料製造コストは高くなることが課題であるが、最終的に得られる銅を固溶限一杯まで添加したチタン合金の特性が、現有のインゴット溶解製造法で作られるα＋β型およびβ型チタン合金と比べて格段に向上しているので、製造コスト高も解消されるものである。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例および比較例により本発明をより詳細かつ具体的に説明する。
［実施例１］（６４合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した６４合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この混合粉末３．２ｋｇを内径１００ｍｍの軟鋼カプセルに充填し、９６０℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒの条件でＨＩＰ処理した。Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金にＣｕを６％添加した合金のβ変態点は約９１０℃であり、ＨＩＰ温度９６０℃はβ変態点より５０℃高い温度となる。ＨＩＰ処理後カプセルを除去し、表面を平滑になるまで切削したところ、密度は真密度比１００％であることが確認された。この材料をφ１５０ｍｍｘ９０ｍｍに切削加工し、熱間押出用のビレットとした。熱間押出は、材料を８７０℃に１Ｈｒ加熱してφ３５ｍｍのダイスを用いて実施した。８７０℃はβ変態点より４０℃低い温度である。なお、熱間押出に当ってはビレットを直接押出しても良いし、軟鋼カプセルに充填してから押出しても良いが、ここではカプセルに充填しないで直接押出を行った。押出材から引張り試験片を切り出し、引張り試験を行ったところ、引っ張り強さ１，１７０ＭＰａ、伸び１４％の結果が得られた。１,１７０ＭＰａの引っ張り強さは、インゴット溶解製造法で得られている６４合金の値（９８０ＭＰａ）と比べて約２０％高い値であった。
【００５２】
［実施例２］（６４合金に銅を９％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末に対して、銅粉末を９ｍａｓｓ％添加混合した混合粉末を、実施例１と同じ手順でＨＩＰ、熱間押出を実施した。ＨＩＰ温度、熱間押出温度は合金組成によって変えたが、ＨＩＰ圧力、ＨＩＰ時間、熱間押出の加工度は実施例２から実施例８、比較例１〜比較例８で全く同じとした。得られた押出棒で引張り試験をおこなった。ＨＩＰ条件、熱間押出温度、得られた押出材の引張り試験結果は表１に示すとおりであった。
【００５３】
［比較例１］（６４合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例１−１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１と同じ手順で、ＨＩＰ、熱間押出を実施、φ３５ｍｍの押出棒を得、引張り試験をおこなった。ＨＩＰ条件、熱間押出温度、引張り試験結果は表１に示す。引張り強さ、伸びはインゴット溶解製造法で得られている６４合金の値とほぼ同じであった。
【００５４】
［実施例３］（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間押出処理し、φ３５ｍｍの押出棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００５５】
［比較例２］（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例３で得られたＴｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例３と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間押出処理し、得られた押出棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００５６】
［実施例４］（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間押出処理し、φ３５ｍｍの押出棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００５７】
［比較例３］（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例４で得られたＴｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例４と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間押出処理し、得られた押出棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００５８】
［実施例５］（Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間押出処理し、φ３５ｍｍの押出棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００５９】
［比較例４］（Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例５で得られたＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例５と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間押出処理し、得られた押出棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６０】
［実施例６］（Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間押出処理し、φ３５ｍｍの押出棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６１】
［比較例５］（Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例６で得られたＴｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例６と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間押出処理し、得られた押出棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６２】
［実施例７］（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間押出処理し、φ１２ｍｍの押出棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６３】
［比較例６］（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例７で得られたＴｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例７と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間押出処理し、得られた押出棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６４】
［実施例８］（Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金切粉を真空で加熱し、炉内温度が６００℃になった時点で加熱を停止し、水素ガスを導入して切粉を水素化した。冷却後合金水素化物を取り出し、ＡＣＭ粉砕装置で粉砕、分級装置で−１５０μｍに篩別した。次に、合金水素化物を６５０℃まで真空加熱し、脱水素処理した。脱水素した合金粉末は軽く凝集しており、解砕装置で解砕し、−１５０μｍに篩別し、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末を得た。この粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間押出処理し、φ３５ｍｍの押出棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６５】
［比較例７］（Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を熱間押出）
実施例８で得られたＴｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例８と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間押出処理し、得られた押出棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間押出条件、引張り試験結果は表１に示したとおりである。
【００６６】
［比較例８］（６４合金＋６％ＣｕをＨＩＰで製品化）（圧延しない場合）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に銅を６％添加した合金のＨＩＰ材をそのまま製品化しようと試み、引張り試験で特性を確認した。引張り強さは１０６０ＭＰａと高い値が得られたが、伸びが３％と低い結果であった。
【００６７】
【表１】
【００６８】
［実施例９］（６４合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末とＣｕ粉末の混合粉末を得た。この混合粉末３．２ｋｇを内径１００ｍｍの軟鋼カプセルに充填し、９６０℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒの条件でＨＩＰ処理した。Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金にＣｕを６％添加した合金のβ変態点は約９１０℃であり、ＨＩＰ温度９６０℃はβ変態点より５０℃高い温度となる。ＨＩＰ処理後カプセルを除去し、表面を平滑になるまで切削したところ、密度は真密度比１００％であることが確認された。この材料をφ７６ｍｍに切削加工し熱間圧延用元材とした。φ７６ｍｍの材料を８７０℃に１Ｈｒ加熱して圧延を開始し、φ１２ｍｍまで合計９パス圧延した。圧延のパススケジュールはφ６７ｍｍ、φ５６ｍｍ、φ４５ｍｍ、φ３６ｍｍ、φ２９ｍｍ、φ２３ｍｍ、φ１８ｍｍ、φ１５ｍｍ、φ１２ｍｍとした。圧延材から引張り試験片を切り出し、引張り試験を行ったところ、引っ張り強さ１，１７０ＭＰａ、伸び１４％の結果が得られた。１,１７０ＭＰａの引っ張り強さは、インゴット溶解製造法で得られている６４合金の値（９８０ＭＰａ）と比べて約２０％高い値であった。
【００６９】
［実施例１０］（６４合金に銅を９％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末に対して、銅粉末を９ｍａｓｓ％添加混合した混合粉末を、実施例９と同じ手順でＨＩＰ、熱間圧延を実施した。ＨＩＰ温度、熱間圧延温度は合金組成によって変えたが、ＨＩＰ圧力、ＨＩＰ時間、熱間圧延のパススケジュールは実施例１０から実施例１６、比較例９〜比較例１５ですべて実施例９と全く同じとした。得られたφ１２ｍｍの圧延棒から引張り試験片を切り出し、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延開始温度、引張り試験結果は表２に記載したとおりである。
【００７０】
［比較例９］（６４合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例９と同じ手順で、ＨＩＰ、熱間圧延を実施、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を行った。ＨＩＰ条件、熱間圧延開始温度、引張り試験結果は表２に記載したとおりである。引張り試験結果は、引っ張り強さ９８０ＭＰａ、伸び１４％であり、インゴット溶解製造法でえられている６４合金の値とほぼ同じであった。
【００７１】
［実施例１１］（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例３で得られたＴｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７２】
［比較例１０］（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例３で得られたＴｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１１と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、得られた圧延棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７３】
［実施例１２］（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例４で得られたＴｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７４】
［比較例１１］（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例４で得られたＴｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１２と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、得られた圧延棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７５】
［実施例１３］（Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例５で得られたＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７６】
［比較例１２］（ＴＩ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例４で得られたＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１３と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、得られた圧延棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７７】
［実施例１４］（Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例６で得られたＴｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７８】
［比較例１３］（Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例６で得られたＴｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１４と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、得られた圧延棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００７９】
［実施例１５］（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例７で得られたＴｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００８０】
［比較例１４］（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例７で得られたＴｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１５と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、得られた圧延棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００８１】
［実施例１６］（Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例８で得られたＴｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、φ１２ｍｍの圧延棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００８２】
［比較例１５］（Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を圧延）
実施例８で得られたＴｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１６と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間圧延処理し、得られた圧延棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間圧延条件、引張り試験結果は表２に示したとおりである。
【００８３】
【表２】
【００８４】
［実施例１７］（６４合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を段造）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末とＣｕ粉末の混合粉末を得た。この混合粉末３．２ｋｇを内径１００ｍｍの軟鋼カプセルに充填し、９６０℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒの条件でＨＩＰ処理した。Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金にＣｕを６％添加した合金のβ変態点は約９１０℃であり、ＨＩＰ温度９６０℃はβ変態点より５０℃高い温度となる。ＨＩＰ処理後カプセルを除去し、表面を平滑になるまで切削したところ、密度は真密度比１００％であることが確認された。この材料をφ７６ｍｍに切削加工し熱間鍛造用元材とした。φ７６ｍｍの材料を８７０℃に１Ｈｒ加熱してハンマー鍛造を開始し、φ２５ｍｍまで鍛造した。鍛造材から引張り試験片を切り出し、引張り試験を行ったところ、引っ張り強さ１，１６０ＭＰａ、伸び１３％の結果が得られた。１,１６０ＭＰａの引っ張り強さは、インゴット溶解製造法でえられている６４合金の値（９８０ＭＰａ）と比べて約１８％高い値であった。
【００８５】
［実施例１８］（６４合金に銅を９％添加、ＨＩＰ材を段造）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末に対して、銅粉末を９ｍａｓｓ％添加混合した混合粉末を、実施例１７と同じ手順でＨＩＰ、熱間鍛造を実施した。ＨＩＰ温度、熱間鍛造温度は合金組成によって変えたが、ＨＩＰ圧力、ＨＩＰ時間、熱間鍛造の加工法は実施例１８から実施例２４、比較例１６から比較例２２ですべて実施例１７と全く同じとした。得られたφ２５ｍｍの段造棒から引張り試験片を切り出し、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造温度、引張り試験結果は表３に記載したとおりである。
【００８６】
［比較例１６］（６４合金、銅無添加、ＨＩＰ材を段造）
実施例１で得られたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１７と同じ手順で、ＨＩＰ、熱間鍛造を実施、φ２５ｍｍの段造棒を得、引張り試験を行った。ＨＩＰ条件、熱間鍛造温度、引張り試験結果は表３に記載したとおりである。引張り試験結果は、引っ張り強さ９８０ＭＰａ、伸び１４％であり、インゴット溶解製造法でえられている６４合金の値とほぼ同じであった。
【００８７】
［実施例１９］（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例３で得られたＴｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、φ２５ｍｍの鍛造棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００８８】
［比較例１７］（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例３で得られたＴｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例１９と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、得られた鍛造棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００８９】
［実施例２０］（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例４で得られたＴｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、φ２５ｍｍの鍛造棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９０】
［比較例１８］（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例４で得られたＴｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例２０と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、得られた鍛造棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９１】
［実施例２１］（Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例５で得られたＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、φ２５ｍｍの鍛造棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９２】
［比較例１９］（Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例４で得られたＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例２１と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、得られた鍛造棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９３】
［実施例２２］（Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例６で得られたＴｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、φ２５ｍｍの鍛造棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９４】
［比較例２０］（Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例６で得られたＴｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例２２と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、得られた鍛造棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９５】
［実施例２３］（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例７で得られたＴｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、φ２５ｍｍの鍛造棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９６】
［比較例２１］（Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例７で得られたＴｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例２３と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、得られた鍛造棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９７】
［実施例２４］（Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金に銅を６％添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例８で得られたＴｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末１０ｋｇに、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製の電解銅粉（＃５１−Ｒ）０．６ｋｇ（６ｍａｓｓ％）をＶ型混合器で混合し、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末と銅粉末の混合粉末を得た。この粉末をＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、φ２５ｍｍの鍛造棒を得、引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９８】
［比較例２２］（Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金、銅無添加、ＨＩＰ材を鍛造）
実施例８で得られたＴｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金粉末に、銅粉を添加することなく、実施例２４と同じ手順で、ＨＩＰ処理、熱間鍛造処理し、得られた鍛造棒の引張り試験を実施した。ＨＩＰ条件、熱間鍛造条件、引張り試験結果は表３に示したとおりである。
【００９９】
【表３】
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、伸びの低下が殆どなく、引張り強さが従来の合金より１０％〜２５％高い銅を高濃度に含有する高強度チタン合金の製造法を提供する。高強度チタン合金を必要とする分野での利用が期待される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を１〜１０ｍａｓｓ％含有しているα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法であって、
次の（１）〜（４）の工程
（１）α＋β型またはβ型チタン合金原料を水素化、脱水素化し、チタン合金粉末を得る工程
（２）前記チタン合金粉に銅粉末を混合して、チタン合金と銅の複合粉末を得る工程
（３）前記チタン合金複合粉末をＨＩＰ処理する工程
（４）前記ＨＩＰ処理材を熱間塑性加工する工程
を実施することを特徴とするα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法。
【請求項２】
前記熱間塑性加工が、熱間押出、熱間圧延、熱間鍛造のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法。
【請求項３】
前記チタン合金原料がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金であることを特徴とする請求項１または２に記載のα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法。
【請求項４】
前記熱間塑性加工を、（β変態点−２００℃）〜（β変態点＋１００℃）の温度範囲で行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の方法で製造されたことを特徴とするα＋β型またはβ型チタン合金。
【請求項６】
引っ張り強さが１０００ＭＰａ〜１５００ＭＰａ、伸びが９％〜１５％であることを特徴とする請求項５に記載のα＋β型またはβ型チタン合金。
【請求項１】
銅を１〜１０ｍａｓｓ％含有しているα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法であって、
次の（１）〜（４）の工程
（１）α＋β型またはβ型チタン合金原料を水素化、脱水素化し、チタン合金粉末を得る工程
（２）前記チタン合金粉に銅粉末を混合して、チタン合金と銅の複合粉末を得る工程
（３）前記チタン合金複合粉末をＨＩＰ処理する工程
（４）前記ＨＩＰ処理材を熱間塑性加工する工程
を実施することを特徴とするα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法。
【請求項２】
前記熱間塑性加工が、熱間押出、熱間圧延、熱間鍛造のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法。
【請求項３】
前記チタン合金原料がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ合金、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金であることを特徴とする請求項１または２に記載のα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法。
【請求項４】
前記熱間塑性加工を、（β変態点−２００℃）〜（β変態点＋１００℃）の温度範囲で行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のα＋β型またはβ型チタン合金の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の方法で製造されたことを特徴とするα＋β型またはβ型チタン合金。
【請求項６】
引っ張り強さが１０００ＭＰａ〜１５００ＭＰａ、伸びが９％〜１５％であることを特徴とする請求項５に記載のα＋β型またはβ型チタン合金。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−１１２８６０（Ｐ２０１３−１１２８６０Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６０６７１（Ｐ２０１１−２６０６７１）
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り Ｔｈｅ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ発行、刊行物名「Ｐｒｏｇｒａｍ ＆ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ Ｔｉ−２０１１ Ｔｈｅ １２ｔｈ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｔｉｔａｎｉｕｍ」、２０１１年６月１９日発行
【出願人】（３９０００７２２７）東邦チタニウム株式会社 (191)
【出願人】（０００１８００７０）山陽特殊製鋼株式会社 (601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り Ｔｈｅ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ発行、刊行物名「Ｐｒｏｇｒａｍ ＆ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ Ｔｉ−２０１１ Ｔｈｅ １２ｔｈ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｔｉｔａｎｉｕｍ」、２０１１年６月１９日発行
【出願人】（３９０００７２２７）東邦チタニウム株式会社 (191)
【出願人】（０００１８００７０）山陽特殊製鋼株式会社 (601)
【Ｆターム（参考）】
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