[發明專利]含納米晶體的鈦合金及其制造方法

無效

• 申請號: 201180056027.7
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN103210101A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 李尚學;小野芳樹;松本洋明;千葉晶彥
• 申請（專利權）人: 日本發條株式會社;國立大學法人東北大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22F1/18;C22F1/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 龐立志;孟慧嵐

技術領域

本發明涉及一種高強度Ti合金及其制造方法，特別涉及通過熱加工而具有納米晶體的具備高強度和高疲勞強度的Ti合金及其制造方法。

背景技術

以往，在重視高強度和疲勞強度的懸架彈簧、發動機用閥彈簧中，主要使用用作汽車用部件的Ti合金中通常分類為β型的β型Ti合金，該β型Ti合金的冷加工性優異，通過熱處理能比較簡單地得到高強度。β型Ti合金是指具有如下組成的合金：該組成被分類為在室溫下成為亞穩β相后能時效硬化的Ti合金。然而，β型Ti合金通常是通過固溶處理使高溫下穩定的β相在室溫下達到亞穩態，因此需要含有大量的作為高價格元素的V、Mo和Cr等β穩定化元素。因此，作為低廉材料且具有同等強度的Ti合金部件的需求越來越高。

此外，β型Ti合金雖然通過α相析出時效處理等熱處理來提高強度，但在機構部件的實際應用中，重要的是疲勞強度。然而，認為β型Ti合金的破壞是從析出的α相粒子內或α相和β相的邊界發生龜裂而引起的，任何一種龜裂的發生原因也在于α相和β相的彈性應變差等。因此，對于β型Ti合金之類的從β基體相通過時效處理使α相析出來進行強化的結構，即使靜態強度優異，在疲勞強度的提高方面也存在制約。基于這樣的事實，迫切希望高價的β相穩定化元素量少、并且容易變形強度低的β相少的近α型或α＋β型Ti合金除了疲勞強度外，在成本方面也能應用于汽車部件。

另一方面，例如專利文獻1所示，代表性的分類為α＋β型的Ti?6Al?4V(質量％)合金的強度、延展性和韌性等機械性質的平衡性良好，因此顯示出高普及率，占Ti合金總生產量的約70％。因此，Ti?6Al?4V合金具有價格低廉、成分和原材料強度的偏差少等優點。

這種Ti?6Al?4V合金的特性和強度主要受到組織形態的影響，即，α相的形狀是否是等軸晶組織、針狀晶組織或它們的混合(雙態)組織。一般來說，等軸晶組織例如通過在β轉變點－50℃以下的溫度區域進行加工而形成，強度、伸長率、疲勞龜裂的發生抵抗性和塑性加工性優異。針狀晶組織例如通過在β轉變點＋50℃以上的溫度區域進行加工而形成，蠕變抵抗性、破壞韌性和對龜裂的傳播的抵抗性優異。此外，混合(雙態)組織例如通過在比β轉變點略低一些的溫度下進行固溶處理后在550℃附近的溫度區域進行時效處理而形成，具有等軸晶組織和針狀晶組織各自的長處。

然而，上述Ti?6Al?4V合金難以具備超越上述β型Ti合金的靜態強度的特性，大多數情況下，通過控制微米尺寸的組織和組織形態來控制力學特性和功能特性。然而，近年來，人們進行了使用ECAP(等通道轉角擠壓(Equal?Channel?Angular?Pressing))法、例如堀田等〔材料第37卷第9號(1998),767?774〕、專利文獻2中記載的ARB(累積疊軋焊(Accumulative?Roll?Bonding))法等強加工法將金屬材料的微細組織控制在納米尺度的嘗試，發現利用具備納米組織的金屬，能獲得現有的金屬材料所無法實現的優異的力學特性。

然而，ECAP法是將被加工金屬構件壓入到在入口和出口之間有一處彎曲的通道狀擠出通路中，使其反復通過，從而對被加工金屬構件施加大量的剪切應變的方法。這種剪切變形加工法中，供給的被加工材料的長度存在制約，因此被加工材料的長尺寸化和裝置的大型化在原理上是困難的。

此外，ARB法具有能將經軋制的板材重疊起來反復進行多次軋制、從而進行板材的加工極限值以上的加工的優點，但其應用僅限于板材，在實際應用上要應用于具有復雜形狀的機構部件是困難的。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第3789852號公報

專利文獻2：日本專利第2961263號公報。

發明內容

發明所要解決的課題

如上所述，為了通過強加工法實現被加工金屬構件組織的納米尺度化，需要施加很大的應變。然而，因為通過施加應變的加工只能制造簡單形狀的產品，所以在制造適合于實際應用的機械部件方面存在制約。此外，通過這些強加工法制成的被加工材料的晶體內部的應變密度高，因此即使形成納米尺度的晶體，其組織也脆弱，與拉伸強度相比，疲勞強度的提高率低。由于以上原因，要實現納米尺度的組織的實用化，必需能通過更簡單的加工法來制造，并且需要減小應變密度，在實現高強度化的同時實現高疲勞強度化。