2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of environment-friendly as-cast Ti alloys both by simplifying the manufacturing process and expanding the alloy compositional area
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18K11712
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
松木 一弘 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (30253115)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
崔 龍範 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (00457269)
佐々木 元 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (30192595)
許 哲峰 広島大学, 工学研究科, 特任助教 (70620863) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 鋳放し使用チタン合金 / 合金設計 / 浮揚溶解・凝固 / 材質制御 / 省エネルギー合金 / 安価チタン合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
希少金属多用し製造プロセスの煩雑なβ型Ti合金の、鋳放し状態での高性能化を目指すため、電子パラメータのBoとMdを用いた相境界図中で拡大化された新規組成領域内で、15種の新規合金組成を提案できた。Ti中の元素拡散指標から合金元素の凝固偏析度合や変形挙動から機械的特性を推定して組成を提案し、唯一の製造プロセスの浮揚溶解・凝固法による組織制御を行った。鋳放し状態で引張強さ1000MPa、伸び10%さらに923K下でNa2SO4-45%NaCl溶融塩中で耐食特性が良好であることを、開発目標とした。汎用のTi-15V-3Cr-3Sn-3Al合金以上の機械的・耐食特性を基本とした。一方、溶解・鋳造後に煩雑な後処理を行う15-3-3-3の単純価格は60,000円/kgであり、後処理を省略で25,000円/kgへと約40%価格削減効果が期待できる。したがって本研究で行う合金設計と組織制御で、鋳放し適用合金が開発でき、しかも15-3-3-3と同等の特性を有し、35％の省エネルギー効果が得られた。開発合金の一例を示すと、Ti-5Cr-5Mn-2.5Zr-2FeやTi-10.5Cr-5.4Mn-2.4Zr-1Al合金は共に降伏応力950MPa, 引張強さ1030MPa, 破断伸び10%以上を示し、溶融塩腐食環境下では15-3-3-3合金に比べ腐食量が半減し良好な耐食性を示した。なお提案合金の鋳放し特性は、溶体化処理のものと比肩したので、本研究手法の有効性が、さらに示されている。また浮揚溶解パラメータ―組成―組織―機械・腐食特性―電子パラメータ関係を一般化しBo-Md図中で諸特性の推定を可能とした。例えば、新規組成領域内で、β単相を有しTiCr2やTiCrMnの金属間化合物の出現のない相安定性良好域を限定でき、本限定領域内では、機械的特性や表面安定性を容易に制御することが可能である。
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