チタン鍛造品の微細構造と特性に及ぼす圧延温度の分析

の品質チタン鍛造品 サービスの信頼性を直接決定します。熱間加工プロセスの中核となるプロセスパラメータとして、圧延温度は、鍛造品内部の相変態挙動と微細構造の進化を制御することにより、製品の最終的な機械的特性に大きく影響します。

 

 

チタン合金の結晶構造は温度によって変化し、相変態臨界点（市販の純チタンでは 885 ～ 900 度、Gr5 合金では 980 ～ 1010 度）があります。これに基づいて、圧延はフェーズ ゾーン、+ フェーズ ゾーン、クリティカル ゾーンの 3 つのカテゴリに分類され、微細組織の進化と特性に大きな違いがあります。

 

β Phase Zone Rolling (>相変態点)

ビレットは体心立方晶（BCC）相で構成されており、変形抵抗が低く、可塑性が優れているため、大きな変形加工に適しています。-インゴットは 70% ～ 80% の大きな変形を受け、粗大粒子が破壊され、均一な繊維構造が形成されます。ただし、針状マルテンサイトは冷却後に形成される傾向があり、強度、可塑性、靭性の不均衡を引き起こすため、その後の熱処理の最適化が必要です。

 

+ フェーズゾーンローリング (< Phase Transformation Point)

これは完成した鍛造品の中子圧延間隔であり、主に相変態点より 30 ～ 50 度低い温度に制御されます (たとえば、Gr5 型鍛造の場合は 950 ～ 800 度)。この材料は、六方最密充填（HCP）相と BCC 相の二相で構成されています。変形には結晶粒の細分化と相の微細化・球状化が伴い、等軸相＋層状変態相という強度と塑性のバランスが取れた理想的な構造が形成されます。

 

クリティカルゾーンローリング（位相変態点付近）

組織は混合されており不均一であるため、鍛造特性が変動しやすくなります。{0}{1}特別な要件がない限り、これはお勧めできません。

 

 

 

 

フェーズゾーンローリング

冷却後に針状マルテンサイトが形成され、強度は高くなりますが、可塑性と靭性は低くなります。変形が不十分であると、元の粒界が保持され、連続粒界相が生成される傾向があり、靭性が低下し、応力集中が生じ、使用上の安全性に影響を及ぼします。

 

+ フェーズゾーンローリング

強度と可塑性のバランスをとるのに最適な選択です。適切な温度制御により結晶粒を微細化し、相組成を最適化して特性を向上させることができます。

 

特性の均一性

大型の鍛造品は、温度勾配により表面コアの構造や特性が変化する傾向があります。{{1}温度システム (マルチパス圧延など) を最適化すると、これを改善できます。

 

 

-タイプおよび近タイプの- -チタン合金

インゴットの分解には、変形抵抗を低減し、生産性を向上させるために、比較的高いフェーズゾーン温度 (1180 ～ 900 度) が必要です。良好な微細構造特性を確保するには、予備成形と型鍛造を + 相ゾーンまで減らす必要があります。これらの合金は圧延温度に非常に敏感です。温度が高すぎると結晶粒が成長しやすくなり、温度が低すぎると変形抵抗が増加し、亀裂が発生しやすくなります。

 

+ -タイプ チタン合金（Gr5 など）

最も広く使用されているタイプのため、圧延温度範囲は広いですが、鍛造品の完成品は+相域で厳密に管理する必要があります。 Gr5を例に挙げると、インゴット破壊温度は1200～850度（相域）、予備成形温度は1000～800度（＋相変態点付近の相域）、型鍛造温度は950～800度（典型＋相域）である。多段階の温度制御により、処理効率と製品性能の両方のバランスが取れます。

 

近- -タイプのチタン合金

これらの合金は相変態温度が低く、広い温度範囲で圧延できますが、過度の結晶粒成長を引き起こす過度の高温は避けなければなりません。通常、+相ゾーンで圧延され、強度と靭性のバランスが取れた組織が得られます。

 

 

相変態温度の正確な位置特定

特定の合金の / 相変態点を熱膨張実験または金属組織学的分析によって決定し、相ゾーンと + 相ゾーンを分割し、間隔の誤った判断によって引き起こされる微細組織欠陥を回避します。

 

必要に応じてローリング間隔を選択します

元の組織を改善するためにインゴットの破壊のためのフェーズ ゾーンでの大きな変形圧延を優先し、強度と塑性のバランスを取るために完成した鍛造品の + フェーズ ゾーンを優先します。-高い靱性が要求される鍛造品では、+相域の圧延温度を適切に低下させて結晶粒を微細化することができます。

 

温度勾配制御の最適化

大型鍛造品には「低温急速圧延」または「マルチパス圧延」を採用します。-表面-の温度差を減らし、特性の均一性を向上させます。

 

その後の熱処理との相乗効果

相帯圧延後に焼鈍して針状組織を微細化し、＋相帯圧延後に溶体化時効を施すことで強度をさらに向上させます。