钛合金的制造方法技术

一种钛合金及其制造方法。将含Ａ１４. ５％（重量，以下同），Ｖ３％、Ｆｅ２％、Ｍｏ２％、Ｏ０. １％、结晶组织为α＋β型的板状钛合金材料以放电成型法作成坯件。以８００℃的金属模加压，作超塑性加工，作成所定形状、尺寸后，机械加工。接着，对此坯件在氩气氛中，８２５℃下作固溶处理２小时，油冷。再在真空中，５００℃下作时效硬化处理３小时。然后，用氧化铝系研磨剂抛光，结果，得到平均晶粒粒径３μｍ的具有细小α＋β等轴二相组织的钛合金。该合金具有完全的抛光镜面，ＨＶ硬度为４４０，Ｒ↓［ｍａｘ］为０. ４μｍ，可用于钟表外装饰等。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别是涉及一种可用作装饰品用原材料的、其表面抛光成镜面的。钛合金为一种具有比重小、强度高、耐腐蚀性好等多种优点的金属材料。在一般的机械部件中，例如在阀门、汽车的发动机部件、自行车部件等中所用的钛合金，并不要求对其表面作抛光处理以使这些部件的表面具有如装饰品一般的高度美观。但是，对于如钟表等的装饰工艺品，则要求除了利用上述钛合金的优点之外，再将其表面抛光加工成镜面状态。不过，由于已往的钛合金易氧化、且其热传导率较低，所以在作镜面抛光加工时，其温度升高，由此发生钛合金的烧结、变色、研磨工具的异常磨损及磨石气孔堵塞等问题。这样，因钛合金的抛光加工非常困难，就须采用梨皮纹加工或者发纹加工，或用玻璃等作一保护层，以替代抛光加工。另外，在通常的α+β型的钛合金中，α相和β相混合存在，各相之间存在着硬度的差别及加工性能的差别，各相的粒径在30μm-80μm，差别很大，对其不同的质相，需作有选择地研磨，其结果，磨削表面凹凸不平，无法得到镜面状态。作为目的在于解决这个问题的技术，特开平2-258960号公报上公开了一种钛合金的热处理方法。按该热处理方法，将α+β型钛合金或β型钛合金在β转变温度以上的温度下作固溶处理之后，骤冷至室温，再在β转变温度以下的温度作时效硬化处理。由此可在该钛合金的整个表面上的马丁体相及β相内析出细微的α沉积物。然而，在上述方法中，固溶处理的温度较高，因伴随该热处理而产生应变，致使制品上易产生扭曲及变形。又，特别对如钟表的外饰部件之类的、注重小尺寸和美观的部件来说，尽管也有必要确实预防其产生变形，然而，要对在前述固溶处理中发生变形的部件的形状进行校正，则在技术上和成本上都是有困难的。再有，在该方法中，因是在β转变温度以上的温度下作β固溶处理，位于残留β相中的β粒的晶粒粒径有增大的倾向，从而，因该各个β粒的结晶方法有所差异，也产生磨削性能的不同。因此，由上述热处理方法提供的、对外包装部件的抛光加工的品质，与奥氏体不锈钢材料的抛光加工程度相同，但以肉眼视之，仍未达到如钨铬钛合金等的硬质合金的抛光处理水平。因此，本专利技术的目的是，解决上述问题，提供一种特别可用于装饰品的。如权利要求1中所述的钛合金由对其组份如下述〔化1〕式的钛合金材料进行热处理而得，其特征在于，其中具有平均结晶粒径为1μm-10μm的等轴二相(α+β)组织。(其中，3.0≤a≤5.0， 2.1≤b≤3.7，0.85≤c≤3.15， 0.85≤d≤3， 0.06≤e≤0.20)如权利要求2所述的钛合金的特征在于，加工成形为权利要求1中所定的形状和尺寸，且将其表面加工成镜面状态。如权利要求3所述的钛合金的制造方法，其特征在于，将组份如前述〔化1〕式表示的钛合金材料在低于β转变温度25°～100℃的α+β区域作固溶处理后，骤冷，再在α转变温度以下的温度作时效硬化处理。如权利要求4所述的钛合金的制造方法，其特征在于，在300°-600℃温度下进行权利要求3中所述的时效硬化处理。如权利要求5所述的钛合金的制造方法，其特征在于，在权利要求3或4中，对所述钛合金材料作上述固溶处理及时效硬化处理之后，再作适当加工，使成为所定的形状和尺寸，再作抛光加工处理。如权利要求6所述的钛合金的制造方法，其特征在于，在权利要求3或4中，对所述钛合金材料作适当加工，使成所定的形状和尺寸后，作上述固溶处理及时效硬化处理，再作抛光加工处理。如权利要求7所述的钛合金的制造方法，其特征在于，在权利要求3或4中，在对上述钛合金材料进行适当加工，使其具有大致形状和尺寸，进行上述固溶处理及时效硬化处理之后，再施以适当的加工，使成为所定的形状和尺寸，再进行抛光加工处理。下面，详细说明本专利技术的结构。在本专利技术的中，作为原料的钛合金材料(热处理前的材料)由前述〔化1〕式所示成分组成，具有超塑性特性。以下是作出如上组份的设计的根据。Al成分为使α相得以生成的元素，该Al成分的含量如不到3%，则钛合金材料的强度不够。如该含量超过5%，则须增加可降低β转变温度的、作为β相稳定元素的V、Mo、Fe的添加量，且，此时，钛合金材料的超塑性特性下降。因此，将Al含量定为3%-5%。当V成分的含量不到2.1%时，在钛合金中就很难获得可显示超塑性特性的α+β型钛合金组织;而当V成分含量超过3.7%，则因V固溶于α相中，可用以进行镜面抛光加工的α+β组织的固溶处理的温度范围就变得很窄。Mo成分是为稳定β相、降低β转变温度的一个因素。由于该Mo成分的扩散速度低，当其含量不到0.85%时，则在作固溶处理时的β粒变得粗大;所得(热处理后的)钛合金的延伸率减小。又，含量超过3.15%时则合金材料的比重增大。Fe成分是一种稳定β相的元素，可降低β转变温度，稳定α+β区域。该Fe成分的含量不到0.85%时，在固溶处理过程中，该成分对β粒的稳定不起作用。又，当其含量超过3.15%时，则由于扩散系数变大，使β粒变得粗大，所得的钛合金的延伸率减少。O成分为提高强度用元素。如该成分含量不到0.06%，则在钛合金材料中见不到强度提高的效果;如其含量超过0.2%，则虽可提高钛合金材料的强度，但其延伸率减小。用具有上述组份的、作为原料的钛合金材料，要以工业规模制得具有平均晶粒粒径(其定义如后述)不到1μm的细小的α+β组织的钛合金是极为困难的。另外，在所得到的钛合金中，当形成了晶粒粒径超过10μm的α+β组织时，则不能得到良好的超塑性特性。因此，等轴二相(α+β)组织的平均晶粒粒径设为1μm以上，10μm以下。测定上述平均晶粒粒径时，先将α+β型钛合金用腐蚀液(硝酸与氢氟酸的混合液)处理，然后在光学显微镜下作放大倍率为800倍以上的摄影，以互为垂直相交的、长度30μm以上的二根线段作为基准，测出各线段所穿越过的晶粒数。将该测得值的平均数定义为平均晶粒粒径。该平均晶粒粒径的测量以用扫描电子显微镜作显微摄影较有效。在本专利技术中，因β转变温度随钛合金的组份不同而不同，其固溶处理温度及时效硬化处理温度的最佳值也依钛合金的组份而异。但其固溶处理温度最好在低于β转变温度25°～100℃的α+β区域(例如，当β转变温度为900℃时，该最佳固溶处理温度宜在800-875℃，更好地，在825℃～850℃的范围)，而其时效处理温度最好在300℃～600℃的范围。选择上述温度范围的理由是，在本专利技术的钛合金的组份范围内，可将固溶处理设定为上述α+β区域，由此可以工业规模稳定地、且是高效地以α+β相进行热处理。如该固溶处理温度低于“β转变温度-100℃”，则必须延长固溶处理时间，很难认为是一种可有效地作工业化加工处理的条件;又，当该固溶处理温度高于“β转变温度-25℃”，如果热处理炉内的温度分布不是极为均匀的话，则在上述组份范围内，在β转变温度不到900℃时作多个处理时，产生局部温度升高和温度不匀，易产生β相的处理物。又因为将时效处理温度设为300℃～600℃，可以工业化地、在有利的短时间内均匀析出可作镜面抛光加工的细小的α相;如时效处理温度低于300℃，则为了获得必要的硬度，α相的析出时间延长，生产成本上升;如果时效处理温度高于600℃，则易使α相的粒径粗大，镜面抛光加工也会发生困难。上述的固溶处理或时效硬化处理最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛合金，系对组份如下式所示的钛合金材料进行热处理而得，其特征在于，该钛合金具有平均晶粒粒径在１μｍ～１０μｍ的等轴二相（α＋β）组织：Ｔｉ↓［１００－ａ－ｂ－ｃ－ｄ－ｅ］Ａｌ↓［ａ］Ｖ↓［ｂ］Ｆｅ↓［ｃ］Ｍｏ↓［ｄ］Ｏ↓［ｅ］（ 其中，３. ０≤ａ≤５. ０， ２. １≤ｂ≤３. ７，０. ８５≤ｃ≤３. １５， ０. ８５≤ｄ≤３. １５０. ０６≤ｅ≤０. ２０）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：木村南，
申请(专利权)人：东方钟表股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]