钛合金、时钟外装部件用材料的制造方法技术

在本发明专利技术的钛合金中，含有28.0原子％以上且38.0原子％以下的比例的铝，含有2.0原子％以上6.0原子％以下的比例的铁，并且作为剩余部分而含有钛及不可避免的杂质，或者，含有28.0原子％以上且38.0原子％以下的比例的铝，含有4.0原子％以上8.0原子％以下的比例的锰，并且作为剩余部分而含有钛及不可避免的杂质，还可以含有0.3原子％以上1.50原子％以下的比例的硅。

Manufacturing Method of Titanium Alloy and Clock External Components

In the titanium alloy of the present invention, aluminium containing a proportion of more than 28.0 atoms per cent and less than 38.0 atoms per cent, iron containing a proportion of more than 2.0 atoms per cent and less than 6.0 atoms per cent, and titanium and unavoidable impurities as the remaining part, or aluminium containing a proportion of more than 28.0 atoms per cent and less than 38.0 atoms per cent, contains 4. Manganese with a ratio of more than 8.0 atom% to less than 8.0 atom% contains titanium and unavoidable impurities as the remaining part, and silicon with a ratio of more than 0.3 atom% to less than 1.50 atom%.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钛合金、时钟外装部件用材料的制造方法
本专利技术涉及高硬度且在韧性及热锻性方面优异，并且皮肤过敏的诱发性非常小的钛合金、由钛合金形成的时钟外装部件用材料的制造方法。本申请要求2016年4月14日在日本提出申请的特愿2016-081506号的优先权，其全部内容通过引用包含于此。
技术介绍
近年来，作为时钟外装部件用材料，多使用Ti系合金(钛合金)。Ti系合金与以往使用的不锈钢相比轻得多，且对海水等的耐腐蚀性非常良好。此外，已知的存在引起皮肤过敏的可能性的元素有Hg、Ni、Cr、Co，但是Ti系合金能够不含这些元素而构成，在能够使引起皮肤过敏的可能性显著降低的构成方面优异。但是，以往的Ti系合金为软质的，因此为了防止刮伤、提高表面的基于镜面研磨的审美性而必须进行如氮化处理那样的硬化处理。但是，存在如下问题：即，硬化处理使表面粗糙度变差，表面状态粗糙而上色，设计单调而高档感严重受损等问题。从而，一直以来追求无需进行硬化处理且材料自身够硬而能够进行镜面研磨的Ti系合金。具体地，追求作为表示硬度的单位的维氏硬度(Vickershardness)为HV600以上的Ti系合金。只是，通常使材料变硬的话，则变脆，据此极端追求硬度导致极脆，则存在无法加工成时钟外装部件并会在使用中破损等问题。从而，时钟外装部件要有不产生这些问题的程度的韧性。此外，为了防止色斑、亮斑，需要材料的微细组织具有均匀性。因此，使用微细组织不均的铸造材料的是不妥的，而有必要使用微细组织均匀的锻造材料。此外，铸造材料存在铸造缺陷的可能性，因此从这个观点出发也有必要使用锻造材料。而为了根据这些必要性使用锻造材料，所使用的合金需要具有优异的锻造加工性。为了提高Ti系合金的硬度，迄今为止已提出了在添加元素的组分上下功夫的很多方案，但任何方案也没能获得充分的硬度。在专利文献1中，公开了含有0.5重量％以上的铁的装饰用钛合金，但所公开的钛合金的维氏硬度的最高值为HV400左右，就防止刮伤、提高镜面研磨性的观点而言，其硬度还不够。在专利文献2中，提出有含有4.5％(wt％，下同)的Al、3％的V、2％的Fe、2％的Mo、0.1％的O的钛合金，但该钛合金的维氏硬度为HV440，就防止刮伤、提高镜面研磨性的观点而言，其硬度依然不够。在专利文献3中，公开了一种钛合金，其含有4.0～5.0重量％的铝、2.5～3.5重量％的钒、1.5～2.5重量％的钼、1.5～2.5重量％的铁，剩余部分为钛及不可避免的成分。在说明书中没有明确记载该钛合金的维氏硬度，但其组分与专利文献2的钛合金的组分并无较大差异，因此认为其硬度也同样地为HV440左右。在专利文献4中，公开了一种冷加工性方面优异的含锗的高强度钛合金，其含有大于20质量％且小于40质量％的比例的Nb、0.2质量％～4.0质量％的比例的Ge，进而含有总计为15质量％以下的比例的Ta、W、Cr、Ni、Mn、Co、Fe、Cu、Si中的一种以上，剩余部分由Ti和不可避免的杂质组成。关于其维氏硬度并没有明确记载，但如说明书段落[0004]中所记载那样，该合金为β型钛合金，因此难以认为与上述的各种钛合金相比非常硬。如此，为了提高Ti系合金的硬度，在添加元素方面下了各种功夫，但硬度的提高均微小，因此至少必须对表面进行硬化处理。因此，产生设计单调而高档感严重受损的问题。(现有技术文献)(专利文献)专利文献1：日本特开平7-62466号公报专利文献2：日本特开平7-150274号公报专利文献3：日本特开平9-145855号公报专利文献4：日本特开2008-127667号公报
技术实现思路
(专利技术所要解决的问题)本专利技术是鉴于以上问题而做出的，其目的在于，提供一种硬度达到不需要表面的硬化处理的程度的材料，具体而言，维氏硬度为HV600以上，热锻性方面优异，且并非极脆的Ti系合金。(用于解决问题的方案)通常，金属材料的硬度和强度、延展性有密切的关系，若硬度增加，则强度增加，延展性下降。也就是说，在本专利技术中作为目标的硬材料的硬度虽高，但延展性小。延展性小，则热锻性当然低，从而产生在锻造作业中材料破裂等问题。也就是说，兼顾硬度和热锻性通常是困难的技术问题。但是，在室温下要求硬度，而在高温下要求热锻性，因此本专利技术人们认为开发出在室温下非常硬，但在高温下急剧软化的Ti系合金即可。此外，为了实现此想法，想到有效的做法为利用存在于Ti系合金中的β相。在Ti系合金中，β相为固溶体的高温相，因此如现有技术的说明书中所记载那样，能够通过添加Nb、V、Mo等的β稳定化元素的来使β相稳定，以使其也能够在室温下存在。但是，在通常的Ti系合金中，β相为从室温到高温都富有变形能力的柔软的固溶体。从而，虽然高温的热锻性良好，但如现有技术那样，在室温下的硬度的提高方面有限度。于是，本专利技术人们考虑与现有技术相比大幅提高Al浓度。在提高了Al浓度的Ti-Al系合金中，在利用β稳定化添加元素来稳定β相的情况下，该β相在高温下虽保持为固溶体，但在室温下有序转变成金属间化合物的B2相。金属间化合物相为变形能力小的硬的相，因此能够期待硬度的提高。也就是说，考虑在存在于Ti-Al-M(M：β稳定化元素)中的β相中，利用高温的固溶体相有序转变成室温的金属间化合物相，能够获得在热锻时的高温下柔软且在室温下硬的合金。这是本专利技术的基本构思。接着，研究了用于稳定化β相的适当的添加元素。一般来说，Ti系或Ti-Al系合金中的β稳定化元素有Cr、Mo、V、Mn、Fe、Nb、Nb、Co等多个，并在产业用部件中自由选择这些而开发出了具有各种特性的Ti系合金。但是，在作为本专利技术的对象的时钟外装部件中使用存在引起皮肤过敏的可能性的添加元素是不妥的。于是，不能使用Cr、Ni、Co，有必要研究基于其他元素的β相稳定化。此外，添加元素以固溶状态置换至β相中，因此相的结晶结构本身不依赖于添加元素的种类，但该相的机械特性(例如高温的延展性、室温的硬度、室温的脆度等)根据固溶的添加元素及其量而不同。此外，Al浓度的影响也非常大。从而，为了获得在室温下硬且非极脆并且在高温下的锻造性优异的合金，有必要针对添加成分的种类及其添加量、Al浓度找出最优値，本专利技术人们从这些观点出发实施了多次实验。本专利技术是以这些实验为基础而做出的，其特征如下。[1]在本专利技术的一个形态的钛合金中，含有28.0原子％以上且38.0原子％以下的比例的铝，2.0原子％以上且6.0原子％以下的比例的铁，并且作为剩余部分而含有钛及不可避免的杂质。[2]在[1]中所述的钛合金中，还可以含有0.3原子％以上且1.5原子％以下的比例的硅。[3]在本专利技术的另一形态的钛合金中，含有28.0原子％以上且38.0原子％以下的比例的铝，4.0原子％以上且8.0原子％以下的比例的锰，作为剩余部分而含有钛及不可避免的杂质。[4]本专利技术的一个形态的时钟外装部件用材料的制造方法包括：对[1]～[3]中任一项所述的钛合金进行热加工的工序；以及对热加工的所述钛合金进行热处理的工序。(专利技术的效果)在本专利技术的钛合金中，与现有技术相比含有更高浓度的铝，并且作为β稳定化元素含有铁或锰。此外，使铝和这些添加元素的浓度为最优。因此，作为构成该合金的相的β相具有在高温下保持具有延展性的固溶体相，而在室本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金，其特征在于，含有28.0原子％以上且38.0原子％以下的比例的铝，含有2.0原子％以上6.0原子％以下的比例的铁，并且作为剩余部分而含有钛及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.14 JP 2016-0815061.一种钛合金，其特征在于，含有28.0原子％以上且38.0原子％以下的比例的铝，含有2.0原子％以上6.0原子％以下的比例的铁，并且作为剩余部分而含有钛及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的钛合金，其特征在于，还含有0.3原子％以上1.50原...

【专利技术属性】
技术研发人员：铁井利光，佐藤雅浩，小川刚主，
申请(专利权)人：国立研究开发法人物质·材料研究机构，西铁城时计株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP