[发明专利]α+β型钛合金制部件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及螺栓、发动机气门、连杆（Connection rod）等的α+β型钛合金制部件及其制造方法。

背景技术

钛合金由于密度为钢的约60%、重量轻，且比强度（＝抗拉强度/密度）高，因此被应用于要求轻量化的螺栓、发动机气门、连杆所代表的机械部件。

作为这些机械部件所应用的代表性的α+β型钛合金，有Ti-6质量%Al-4质量%V（以下称为「Ti-6Al-4V」）、Ti-3质量%Al-2.5质量%V（以下称为「Ti-3Al-2.5V」）。

这些机械部件的形状是具有纵轴的大致棒状（除了连杆的大端部和小端部以外），由于沿纵轴方向施加力，因此特别是要求纵轴方向的刚性。

作为机械部件为了提高刚性，增大该部分的截面积即可。但是，如果单单增大截面积，则机械部件的质量增加。为了不使机械部件的质量增加而提高刚性，需要提高坯料本身的杨氏模量。

钛的杨氏模量（室温）是88~113GPa（9000~11500kgf/mm²），为钢铁材料的约二分之一、较小，因此其需求特别强。

另外，除了上述的机械部件以外，一般在两轮和四轮车或者自行车等的机械部件的用途中优选杨氏模量高的金属材料。

钛具有由密排六方晶（以下记为hcp）构成的α相和由体心立方晶（以下记为bcc）构成的β相。杨氏模量，α相为110GPa左右，β相为90GPa左右，α相高约20%左右。

因此，在如上述那样要求刚性的螺栓、连杆、和发动机气门等中可使用α相为主的α+β型钛合金。

作为用于提高钛合金的杨氏模量的方法，例如，有通过向钛合金中添加B（硼），使杨氏模量高的金属硼化物分散来进行高刚性化的方法（例如，专利文献1）。

此外，有将杨氏模量高的SiC纤维和/或碳纤维、与钛合金进行复合化的方法（复合材料）。

在钛合金制的螺栓、发动机气门和连杆的制造中，全都使用由热加工制造成的圆棒（棒线）作为坯料。

螺栓是将圆棒坯料在热态或冷态下锻造和/或滚压成形、或者切削加工来制造的。

在发动机气门的制造方法中，有加热圆棒坯料的一部分成形出伞部的镦锻法、和在热态下挤压圆棒坯料的热挤压法。

连杆是将圆棒坯料热锻来制造的。

如上述那样，钛合金制的机械部件的制造主要是使用钛合金制圆棒作为坯料的制造。

已知钛α相的hcp在杨氏模量上具有晶体取向各向异性，成为坯料的圆棒的纵向的晶体取向对杨氏模量影响很大。

在作为由热轧制成的高强度钛合金制冷锻用坯料的圆柱形（圆棒）中，hcp的c轴与圆柱形的圆周方向或者径向一致的晶体取向集积。另外，在圆柱形的T截面测定的来自hcp底面的（0002）面的X射线衍射强度极低，可知hcp的c轴没有集积在圆柱形的纵向（专利文献2）。

现有技术文献

专利文献1：日本专利第2663802号公报

专利文献2：日本特开2008-208413号公报

发明内容

在专利文献1中公开的钛合金，室温拉伸的强度约为1000~1300MPa，伸长率约为3~14%，其杨氏模量约为140~160GPa，较高。

但是，在合金中分散着的硬质的硼化钛由于延韧性低，因此有时成为疲劳断裂的起点。另外，螺栓和连杆等在加工成最终成品的阶段，实施切削加工的情况较多。由于硼化钛等的金属硼化物是硬质的，因此加工时对切削刀的刀尖的负荷高，有时使切削效率（机械加工效率）降低。

另外，在使用添加有B的钛合金作为再熔化原料的情况下，由于B浓度变高、对机械特性产生影响，因此难以作为其他一般的钛合金的原料有效利用，从再循环的观点来看不优选。SiC纤维和碳纤维等与钛合金的复合材料，在为了再循环而分离钛和纤维的工序中花费成本。这样，复合材料化在再循环性上存在课题。

在现有的螺栓、发动机气门和连杆的制造方法中，使用通过热轧或热锻制造出的圆棒作为螺栓、发动机气门和连杆的加工用坯料。该情况下，圆棒的纵向成为最终成品的长轴方向。

即，为了提高最终制品的长轴方向的杨氏模量，成为坯料的圆棒的纵向需要处于杨氏模量高的状态。因此，需要使钛的杨氏模量高的晶体取向优先地发达。