KR20010040579A - Two phase titanium aluminide alloy - Google Patents

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Abstract

A two phase titanium aluminide alloy having a lamellar microstructure with little intercolony structures. The alloy can include fine particles such as boride particles at colony boundaries and/or grain boundary equiaxed structures. The alloy can include alloying additions such as </= 10 at % W, Nb and/or Mo. The alloy can be free of Cr, V, Mn, Cu and/or Ni and can include, in atomic %, 45 to 55 % Ti, 40 to 50 % Al, 1 to 5 % Nb, 0.3 to 2 % W, up to 1 % Mo and 0.1 to 0.3 % B. In weight %, the alloy can include 57 to 60 % Ti, 30 to 32 % Al, 4 to 9 % Nb, up to 2 % Mo, 2 to 8 % W and 0.02 to 0.08 % B.

Description

2상 알루민화 티탄 합금{TWO PHASE TITANIUM ALUMINIDE ALLOY}TWO PHASE TITANIUM ALUMINIDE ALLOY

알루민화 티탄 합금은 미국 특허 제 4,842,819호; 동 제 4,917,858호; 동 제 5,232,661호; 동 제 5,348,702호; 동 제 5,350,466호; 동 제 5,370,839호; 동 제 5,429,796호; 동 제 5,503,794호; 동 제 5,634,992호 및 동 제 5,746,846호, 일본국 특허공고 제 1988-171862호; 동 제 1988-259139호 및 동 제 1988-42539호, 유럽 특허공고 제 365174호와 V.R.Ryabov 등의 논문 "Properties of the Intermetallic Compounds of the System Iron-Aluminum" Metal Metalloved 출판, 27, No.4, 668-673, 1969; S.M.Barinov 등의 "Deformation and Failure in Titanium Aluminide" Izvestiya Akademii Nauk SSSR Metally 출판, No.3, 164-168, 1984; W. Wunderlich 등의 "Enhanced Plasticity by Deformation Twinning of Ti-Al-Base Alloys with Cr and Si" Z.Metallkunde 출판, 802-808, 11/1990; T. Tsujimoto의 "Research, Developement, and Prospects of TiAl Intermetallic Compound Alloys" Titanium and Zirconium 출판, Vol.33, No.3, 19 pages, 7/1985; N.Maeda의 "High Temperature Plasticity of Intermetallic Compound TiAl" Material of 53rdMeeting of Superplasticity 제공, 13 pages, 1/30/1990; N. Maeda 등의 "Improvement in Ductility of Intermetallic Compound through Grain Super-refinement" Autumn Symposium of the Japan Institude of Metals 제공, 14 pages, 1989; S. Noda등의 "Mechanical Properties of TiAl Intermetallic Compound" Autumn Symposium of the Japan Institute of Metals 제공, 3 pages, 1988; H.A. Lipsitt의 "Titanium Aluminides-An Overview" Mat. Res. Soc. Symp. Proc 출판. Vol 39, 351-364, 1985; P.L.Martin 등의 "The Effects of Alloying on the Microstructure and Properties of Ti3Al and TiAl" ASM in Titanium 80, Vol2, 1245-1254, 1980; S.H.Whang 등의 "Effect of Rapid Solidification in Ll0TiAl Compound Alloys" ASM Symposium Proceeding on Enhanced Properties in Structural Metals Via Rapid Solidification, Materials Week, 7 pages, 1986; D. Vujic 등의 "Effect of Rapid Solidification and Alloying Addition on Lattice Distortion and Atomic Ordering in L10TiAl Alloys and Their Ternary Alloys" Metallurgical Transaction A, Vol. 19A, 2445-2455, 10/1988 등과 같은 많은 특허 및 간행물의 주제이다.Aluminized titanium alloys are disclosed in US Pat. No. 4,842,819; 4,917,858; 4,917,858; 5,232,661; 5,232,661; 5,348,702; 5,348,702; 5,350,466; 5,370,839; 5,370,839; 5,429,796; 5,503,794; 5,503,794; 5,634,992 and 5,746,846, Japanese Patent Publication No. 1988-171862; 1988-259139 and 1988-42539, European Patent Publication No. 365174 and VRRyabov et al., "Properties of the Intermetallic Compounds of the System Iron-Aluminum" Metal Metalloved, 27, No. 4, 668- 673, 1969; SMBarinov et al., "Deformation and Failure in Titanium Aluminide," published by Izvestiya Akademii Nauk SSSR Metally, No. 3, 164-168, 1984; W. Wunderlich et al., Published in "Enhanced Plasticity by Deformation Twinning of Ti-Al-Base Alloys with Cr and Si" Z. Metallkunde, 802-808, 11/1990; Published by T. Tsujimoto in "Research, Developement, and Prospects of TiAl Intermetallic Compound Alloys" Titanium and Zirconium, Vol. 33, No. 3, 19 pages, 7/1985; Provided by N.Maeda "High Temperature Plasticity of Intermetallic Compound TiAl" Material of 53 rd Meeting of Superplasticity, 13 pages, 1/30/1990; By N. Maeda et al., "Improvement in Ductility of Intermetallic Compound through Grain Super-refinement" Autumn Symposium of the Japan Institude of Metals, 14 pages, 1989; S. Noda et al., "Mechanical Properties of TiAl Intermetallic Compound", Autumn Symposium of the Japan Institute of Metals, 3 pages, 1988; HA Lipsitt, "Titanium Aluminides-An Overview" Mat. Res. Soc. Symp. Proc Publishing. Vol 39, 351-364, 1985; PLMartin et al., “The Effects of Alloying on the Microstructure and Properties of Ti 3 Al and TiAl” ASM in Titanium 80, Vol 2, 1245-1254, 1980; "Effect of Rapid Solidification in Ll 0 TiAl Compound Alloys" ASM Symposium Proceeding on Enhanced Properties in Structural Metals Via Rapid Solidification, Materials Week, 7 pages, 1986; D. Vujic et al., "Effect of Rapid Solidification and Alloying Addition on Lattice Distortion and Atomic Ordering in L1 0 TiAl Alloys and Their Ternary Alloys" Metallurgical Transaction A, Vol. It is the subject of many patents and publications such as 19A, 2445-2455, 10/1988 and the like.

바람직한 특성을 얻기 위해 TiAl 알루미나이드를 처리할 수 있는 방법이 상기와 같은 많은 특허 및 간행물에 기재되어 있다. 그 밖에, 미국 특허 제 5,489,411호에는 감을 수 있는 스트립에 플라즈마를 분무하고, 스트립을 열처리하여 잔류 응력을 제거시키고, 가압 연결 롤 사이에 이와 같은 두 스트립의 거친 면을 배치하고, 스트립을 압착한 후 용액 어닐링, 냉간 압연 및 중간 어닐링에 의해 알루민화 티탄 포일을 제조하는 분말 야금술을 기재하고 있다. 미국 특허 제 4,917,858호는 티탄, 알루미늄 및 다른 합금 원소들을 사용하여 알루민화 티탄을 제조하는 분말 야금술을 기재하고 있다. 미국 특허 제 5,634,992호는 주조를 압밀하고 및 알파와 감마 상의 층상 콜로니를 더한 감마 결정립을 형성하기 위해 공융체 위에 압밀된 주조를 열처리하고, 콜로니 구조 내의 감마 결정립을 성장시키기 위해 공융체 아래를 열처리하고 및 어떤 남아있는 콜로니 구조를 감마 결정립 내에서 α2래드를 갖는 구조로 재형성하기 위해 알파 트란수스(transus)아래를 열처리 함에 의해 감마 알루민화 티탄을 제조하는 방법을 기재하고 있다.Many such patents and publications describe how TiAl aluminide can be treated to obtain desirable properties. In addition, U.S. Patent No. 5,489,411 discloses spraying a plasma on a reelable strip, heat treating the strip to remove residual stress, placing the rough side of these two strips between the press connection rolls, and then compressing the strip. Powder metallurgy for producing aluminized titanium foils by solution annealing, cold rolling and intermediate annealing is described. U. S. Patent No. 4,917, 858 describes powder metallurgy for making titanium aluminate using titanium, aluminum and other alloying elements. U. S. Patent No. 5,634, 992 consolidates the casting and heat-treats the consolidated casting over the eutectic to form gamma grains plus alpha and gamma-phase layered colonies, and heat-treat the bottom of the eutectic to grow gamma grains in the colony structure. And a method for producing gamma aluminated titanium by heat-treating under alpha transus to reform any remaining colony structure into a structure having α 2 rods in the gamma grains.

여전히, 알루민화 티탄의 특성을 향상시키기 위한 광범위한 노력을 고려하여, 향상된 합금 조성물 및 경제적인 처리과정이 필요하다.Still, considering the widespread efforts to improve the properties of titanium aluminate, improved alloy compositions and economical processes are needed.

본 발명은 일반적으로 저항 가열 및 구조적 적용등의 기타 적용에 유용한 2상 알루민화 티탄 합금 조성물에 관한 것이다.The present invention relates generally to biphasic aluminated titanium alloy compositions useful for other applications such as resistive heating and structural applications.

도 1a-d는 1400 ℃에서 고온 압출되고, 1000 ℃에서 2시간 동안 어닐링 시킨 PMTA TiAl합금의 200 배 광학 현미경 사진이다. 도 1a는 PMTA-1의 미세구조를 나타내고, 도 1b는 PMTA-2의 미세구조를 나타내고, 도 1c는 PMTA-3의 미세구조를 나타내고, 도 1d는 PMTA-4의 미세구조를 나타낸다.1A-D are 200-fold optical micrographs of a PMTA TiAl alloy extruded at 1400 ° C. and annealed at 1000 ° C. for 2 hours. FIG. 1A shows the microstructure of PMTA-1, FIG. 1B shows the microstructure of PMTA-2, FIG. 1C shows the microstructure of PMTA-3, and FIG. 1D shows the microstructure of PMTA-4.

도 2a-d는 1400 ℃에서 고온 압출되고, 1000 ℃에서 2시간 동안 어닐링 시킨 PMTA 합금의 500 배 광학 현미경 사진이다. 도 2a는 PMTA-1의 미세구조를 나타내고, 도 2b는 PMTA-2의 미세구조를 나타내고, 도 2c는 PMTA-3의 미세구조를 나타내고, 도 2d는 PMTA-4의 미세구조를 나타낸다.2A-D are 500-fold optical micrographs of PMTA alloys hot extruded at 1400 ° C. and annealed at 1000 ° C. for 2 hours. FIG. 2A shows the microstructure of PMTA-1, FIG. 2B shows the microstructure of PMTA-2, FIG. 2C shows the microstructure of PMTA-3, and FIG. 2D shows the microstructure of PMTA-4.

도 3은 W의 비균일 분포가 나타나는, 1400 ℃에서 고온 압출되고, 1000 ℃에서 2시간 동안 어닐링 시킨 PMTA-2의 후방산란 상에서 관찰된 허영-패턴 밴드를 나타낸다.FIG. 3 shows the vanity-pattern bands observed on backscattering of PMTA-2 hot extruded at 1400 ° C. and annealed at 1000 ° C. for 2 hours, showing a non-uniform distribution of W. FIG.

도 4는 1400 ℃에서 고온 압출되고, 1000 ℃에서 2시간 동안 어닐링 시킨 PMTA-2의 후방산란 상을 나타낸다.Figure 4 shows the backscattering phase of PMTA-2 hot extruded at 1400 ° C. and annealed at 1000 ° C. for 2 hours.

도 5a는 1400 ℃에서 고온 압출되고, 1000 ℃에서 1일 동안 어닐링시킨 PMTA-3의 200 배 현미경 사진이고, 도 5b는 500 배의 동일한 미세구조를 나타낸 것이다.5A is a 200-fold micrograph of PMTA-3 hot-extruded at 1400 ° C. and annealed at 1000 ° C. for 1 day, and FIG. 5B shows the same microstructure 500 times.

도 6a는 1400 ℃에서 고온 압출되고, 1000 ℃에서 3일 동안 어닐링 시킨 PMTA-2의 200 배 현미경 사진이고, 도 6b는 500 배의 동일한 미세구조를 나타낸 것이다.FIG. 6A is a 200-fold micrograph of PMTA-2 hot-extruded at 1400 ° C. and annealed at 1000 ° C. for 3 days, and FIG. 6B shows the same microstructure 500 times.

도 7a는 수납 상태에서의 TiAl 시트(Ti-45Al-5Cr, 원자%)의 광학 현미경 사진이고, 도 7b는 1000 ℃에서 3일 동안 어닐링 시킨 후의 동일한 미세구조를 나타낸 것이며, 모두 500 배 사진이다.7A is an optical micrograph of a TiAl sheet (Ti-45Al-5Cr, atomic%) in a stored state, and FIG. 7B shows the same microstructure after annealing at 1000 ° C. for 3 days, all of which are 500 times photographs.

도 8a는 PMTRA-6의 현미경 사진이고, 도 8b는 PMTA-7의 현미경 사진으로, 모두 1380 ℃에서 고온 압출된 것이다(200 배).8A is a micrograph of PMTRA-6, and FIG. 8B is a micrograph of PMTA-7, all of which were extruded at 200 ° C. at 1380 ° C.

도 9a는 PMTRA-6의 현미경 사진이고, 도 9b는 PMTA-7의 현미경 사진으로, 모두 1365 ℃에서 고온 압출된 것이다(200 배).9A is a micrograph of PMTRA-6, and FIG. 9B is a micrograph of PMTA-7, all of which were extruded at 200 ° C. at 1365 ° C.

도 10은 1380 ℃에서 고온 압출된 PMTA 중에서 비정상 결정립의 성장을 나타내는 현미경 사진이다.FIG. 10 is a micrograph showing the growth of abnormal grains in PMTA hot extruded at 1380 ° C. FIG.

도 11a-d는 1335 ℃에서 고온 압출 후, 다른 조건에서 열처리된 PMTA-8의 현미경 사진이다. 즉, 도 11a는 1000 ℃에서 2시간, 도 11b는 1340 ℃에서 30분, 도 11c는 1320 ℃에서 30분, 및 11d는 1315 ℃에서 30 분 열처리된 것이다(200 배).11A-D are micrographs of PMTA-8 heat-treated at different conditions after hot extrusion at 1335 ° C. FIG. That is, FIG. 11A is heat treated at 1000 ° C. for 2 hours, FIG. 11B is 30 minutes at 1340 ° C., FIG. 11C is 30 minutes at 1320 ° C., and 11d is 30 minutes at 1315 ° C. (200 times).

도 12는 PMTA-4 공칭의 조성을 갖는 잉곳으로부터 잘라낸 샘플 1과 2의 마이크로오옴 단위의 비저항 대 온도의 그래프이다.FIG. 12 is a graph of resistivity versus temperature in microohms of samples 1 and 2 taken from an ingot having a composition of PMTA-4 nominal.

도 13은 샘플 1과 2의 반구형 총 복사율 대 온도의 그래프이다.FIG. 13 is a graph of hemispherical total emissivity versus temperature for Samples 1 and 2. FIG.

도 14는 샘플 1 및 2와 동일한 잉곳으로부터 잘라낸 샘플 80259-1, 80259-2 및 80259-3의 확산도 대 온도의 그래프이다.14 is a graph of diffusivity versus temperature of samples 80259-1, 80259-2, and 80259-3 cut out from the same ingot as samples 1 and 2. FIG.

도 15는 본 발명에 따른 알루민화 티탄의 비열 대 온도의 그래프이다.15 is a graph of the specific heat versus temperature of titanium aluminated according to the present invention.

도 16은 샘플 1 및 2와 동일한 잉곳으로부터 잘라낸 샘플 80259-1H, 80259-1C, 80259-2H 및 80259-3H 및 80259-3C의 열팽창 대 온도 그래프이다.16 is a thermal expansion vs. temperature plot of samples 80259-1H, 80259-1C, 80259-2H and 80259-3H and 80259-3C cut out from the same ingot as Samples 1 and 2. FIG.

제 1 태양에 따르면, 본 발명은 콜로니 크기에 의해 조절되는 층상 미세구조를 갖는 2상 티탄 알루미늄 합금을 제공한다. 합금은 주조된, 고온 압출된, 냉각 및 고온 작업된, 또는 열처리된 상태 등의 다양한 형태로 제공될 수 있다. 최종 생성물로서, 합금은 비저항이 60 ~ 200 μΩㆍ㎝ 인 전기저항 가열소자로 제작될 수 있다. 합금은 클로니 경계에 제 2 상 또는 붕화물 입자와 같은 미세입자들을 제공하는 추가 원소를 포함할 수 있다. 합금은 결정입계 등축구조를 포함할 수 있다. 추가적 합금 원소는, 예를 들면 W, Nb 및/또는 Mo를 최대한 10 원자% 포함 할 수 있다. 합금은 80 ksi(560 MPa) 초과의 항복강도, 90 ksi(630MPa) 초과의 극한 인장강도, 및/또는 적어도 1.5 %의 인장 신장률을 갖는 얇은 시트로 제조될 수 있다. 알루미늄은 40 ~ 50 원자%의 양으로, 바람직하게는 약 46 원자%의 양으로 존재할 수 있다. 티탄은 적어도 45 원자%, 바람직하게는 적어도 50 원자%의 양으로 존재할 수 있다. 예를 들면, 합금은 Ti 45 ~ 55 원자%, Al 40 ~ 50 원자%, Nb 1 ~ 5 원자%, W 0.5 ~ 2 원자%, B 0.1 ~ 0.3 원자%를 포함할 수 있다. 합금은 Cr, V, Mn 및/또는 Ni가 없는 것이 바람직하다.According to a first aspect, the present invention provides a biphasic titanium aluminum alloy having a layered microstructure controlled by colony size. The alloy may be provided in various forms, such as in a cast, hot extruded, cooled and hot worked or heat treated state. As a final product, the alloy can be made of an electric resistance heating element having a specific resistance of 60 to 200 µΩ · cm. The alloy may include additional elements that provide microparticles, such as second phase or boride particles, to the clony boundary. The alloy may comprise a grain boundary equiaxed structure. Additional alloying elements may include, for example, up to 10 atomic percent of W, Nb and / or Mo. The alloy may be made from thin sheets having a yield strength of greater than 80 ksi (560 MPa), an ultimate tensile strength of greater than 90 ksi (630 MPa), and / or a tensile elongation of at least 1.5%. Aluminum may be present in an amount of 40-50 atomic%, preferably in an amount of about 46 atomic%. Titanium may be present in an amount of at least 45 atomic%, preferably at least 50 atomic%. For example, the alloy may include 45 to 55 atomic% Ti, 40 to 50 atomic% Al, 1 to 5 atomic% Nb, 0.5 to 2 atomic% W, 0.1 to 0.3 atomic% B. The alloy is preferably free of Cr, V, Mn and / or Ni.

본 발명은 저항 가열소자와 같은 다양한 적용에 유용한 열-물리적 및 기계적 특성을 갖는 2상 TiAl 합금을 제공한다. 상기 합금은 최대로 1000 ℃ 이상의 고온에서 유용한 기계적 특성 및 내식성을 나타낸다. TiAl 합금은 극히 낮은 밀도(약 4.0 g/cm3), 실온 및 고온에서 인장 연성과 강도의 바람직한 조합, 높은 전기 저항을 갖고, 및/또는 두께가 10 밀 미만인 시트 물질로 제조될 수 있다. 이러한 시트 재료의 용도 중 하나는 담배 라이터등과 같은 장치의 저항가열소자이다. 예를 들면, 시트는 미국 특허 제 5,591,368호, 제 5,530,225호에 기재된 유형의 전기 흡연 장치 중 담배의 점화부분에 개별적으로 전력을 공급하는 일련의 가열 스트립을 갖는 관상형가열 소자로 형성될 수 있다. 그 밖에, 합금은 Cr, V, Mn 및/또는 Ni와 같은 원소가 없을 수 있다.The present invention provides two-phase TiAl alloys having thermo-physical and mechanical properties useful for a variety of applications such as resistive heating elements. The alloy exhibits useful mechanical properties and corrosion resistance at high temperatures up to 1000 ° C. at most. TiAl alloys can be made of sheet materials having extremely low density (about 4.0 g / cm 3 ), a preferred combination of tensile ductility and strength at room temperature and high temperature, high electrical resistance, and / or less than 10 mils in thickness. One use of such sheet materials is resistive heating elements in devices such as cigarette lighters and the like. For example, the sheet may be formed of a tubular heating element having a series of heating strips that individually power an ignition portion of a cigarette of an electric smoking device of the type described in US Pat. Nos. 5,591,368 and 5,530,225. In addition, the alloy may be free of elements such as Cr, V, Mn and / or Ni.

주위 온도에서 인장 연성을 향상시키기 위해 1 ~ 4 원자%의 Cr, V, 및/또는 Mn를 함유하는 TiAl합금과 비교하여, 본 발명에 따른 층상 구조를 갖는 이중-상 TiAl 합금의 인장 연성은 이러한 합금 원소들 보다 콜로니 크기에 의해 주로 조절될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 Cr, V, Mn 및/또는 Ni가 없을 수 있는 고강도의 TiAl 합금을 제공한다.The tensile ductility of dual-phase TiAl alloys having a layered structure according to the present invention is comparable to TiAl alloys containing 1 to 4 atomic% Cr, V, and / or Mn to improve tensile ductility at ambient temperature. It can be controlled primarily by colony size rather than alloying elements. Therefore, the present invention provides a high strength TiAl alloy which may be free of Cr, V, Mn and / or Ni.

기초 합금이 Al 46.5 원자%, 나머지(balance)Ti로 구성되는 조사된 합금의 공칭 조성물이 표 1에 기재되어 있다. 2상 TiAl 합금의 기계적 및 야금학적 특성에 대한 효과를 조사하기 위해 소량의 합금 첨가물을 첨가 하였다. 최대로 4 % 양의 Nb에 대한 내산화성에 대한 가능한 효과를 조사하였고, 최대로 1.0% 양의 W에 대한 미세 구조 안정성 및 크리프 저항에 대한 효과를 조사하였고, 최대로 0.5 % 양의 Mo에 대한 고온 제작에 대한 효과를 조사하였다. 이중-상 TiAl 합금중의 층상 구조의 정련을 위해 최대로 0.18 % 양의 붕소를 첨가하였다.The nominal composition of the irradiated alloy whose base alloy is composed of Al 46.5 atomic% and balance Ti is shown in Table 1. Small amounts of alloying additives were added to investigate the effects on the mechanical and metallurgical properties of the two-phase TiAl alloys. The possible effects on oxidation resistance for up to 4% of Nb were investigated, the effects on microstructural stability and creep resistance for up to 1.0% of W were investigated, and up to 0.5% for Mo. The effect on high temperature fabrication was investigated. At most 0.18% of boron was added to refine the layered structure in the dual-phase TiAl alloy.

PMTA-1 내지 9로 확인된, 표 1에 나타낸 조성을 갖는 8개의 합금을 상업적으로 순수한 금속을 사용하여 아크 용융 및 드롭 주조에 의해 직경 1 인치 × 길이 5 인치의 구리 몰드로 제조하였다. 합금은 모두 주조 결점없이 성공적으로 주조 되었다. 7개의 합금 잉곳(PMTA-1 ~ 4 및 6 ~ 9)을 Mo캔에 넣고, 1335 내지 1400 ℃에서 압출비율 5:1 내지 6:1로 고온 압출 하였다. 압출조건을 표 2에 나타내었다. 압출 후 냉각 속도는 짧은 시간 동안 공냉 및 물 중에서 압출봉을 급냉해서 조절하였다. 1365 내지 1400 ℃에서 압출된 합금봉은 불규칙한 형태를 갖는 반면, 1335 ℃에서 고온 압출된 PMTA-8은 표면 불규칙성 없이 훨씬 부드러운 표면을 나타냈다. 그러나, 고온-압출 합금봉 중 어떤 것에서도 균열은 관찰되지 않았다.Eight alloys having the compositions shown in Table 1, identified as PMTA-1 to 9, were made into copper molds of 1 inch diameter by 5 inches long by arc melting and drop casting using commercially pure metals. All alloys were successfully cast without casting defects. Seven alloy ingots (PMTA-1 to 4 and 6 to 9) were placed in a Mocan and extruded at a high temperature of 1335 to 1400 ° C. with an extrusion ratio of 5: 1 to 6: 1. Extrusion conditions are shown in Table 2. The cooling rate after extrusion was controlled by quenching the extrusion rods in air and water for a short time. The alloy rods extruded at 1365-1400 ° C. had an irregular shape, while PMTA-8 hot extruded at 1335 ° C. showed a much smoother surface without surface irregularities. However, no crack was observed in any of the hot-extruded alloy rods.

합금의 미세 구조를 주조 중 및 열 처리된 상태(표 2)에서 광학 금속 조직학 및 전자 초탐침분석을 사용하여 검사하였다. 주조-중의 상태에서, 합금은 모두 어느 정도의 편석 및 핵편석을 갖는 층상 구조를 나타냈다. 도 1과 도 2는 1000 ℃에서 2시간 동안 응력-제거된, 고온 압출된 합금 PMTA-1 내지 4의 각각 200배 와 500배로 확대된 광학 현미경 사진이다. 합금은 모두 콜로니 경계에 소량의 등축 결정립 구조를 갖는 완전 층상 구조를 나타냈다. 일부 미세 입자들이 콜로니 경계에서 관찰 되었고, 이것은 전자 미세탐침 분석에 의해 붕화물로 확인 되었다. 또한, 이들 네개의 PMTA 합금들 중에 미세구조 특징에 있어서 명백한 차이는 없었다.The microstructure of the alloys was examined using optical metallography and electron super probe analysis during casting and in the heat treated state (Table 2). In the casting-state, the alloys all exhibited a layered structure with some degree of segregation and nuclear segregation. 1 and 2 are optical micrographs magnified 200 and 500 times, respectively, of the hot-extruded alloys PMTA-1 to 4, stress-relieved at 1000 ° C. for 2 hours. All alloys exhibited a fully layered structure with a small amount of equiaxed grain structures at the colony boundary. Some fine particles were observed at the colony boundary, which was identified as boride by electron microprobe analysis. In addition, there was no apparent difference in microstructural characteristics among these four PMTA alloys.

전자 미세탐침분석은 텅스텐이 고온 압출 합금에서 조차도 균일하게 분포하지 않는다는것을 보여준다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 보다 어두운 대비에서 허영패턴 밴드는 약 0.33 원자 %의 W가 감소했음을 나타내 준다. 도 4는 PMTA-2의 후방산란 상으로 콜로니 경계의 밝은 대비에서 제 2 상의 입자(붕화물)의 형성을 보여준다. 붕화물의 조성을 결정하였고 층상 매트릭스의 조성과 함께 표 3에 나타내었다. 제 2상의 입자들은 필수적으로(Ti, W, Nb)붕화물이고, 이것은 장식되고 고정된층상 콜로니 경계이다.Electron microprobe analysis shows that tungsten is not evenly distributed even in hot extruded alloys. As shown in FIG. 3, the vanity pattern band at darker contrast shows a decrease of about 0.33 atomic% of W. 4 shows the formation of particles of the second phase (borides) at bright contrast of the colony boundary onto the backscattering phase of PMTA-2. The composition of the boride was determined and shown in Table 3 together with the composition of the layered matrix. The particles of the second phase are essentially (Ti, W, Nb) borides, which are decorated and fixed layered colony boundaries.

도 5 및 도 6은 1000 ℃에서 각각 1일과 3일 동안 어닐링시킨 고온 압출된 PMTA-3과 2의 광학 미세구조를 나타낸 것이다. 결정입계 등축구조가 장기간 어닐링시킨 시편에서 명확히 관찰되었으며, 그 양은 1000 ℃에서의 어닐링 시간에 따라 증가했다. 1000℃에서 3일간 어닐링한 시편에서 상당한 양의 등축 결정립 구조가 존재한다.5 and 6 show optical microstructures of hot extruded PMTA-3 and 2 annealed at 1000 ° C. for 1 day and 3 days, respectively. The grain boundary equiaxed structure was clearly observed in specimens annealed for a long time and its amount increased with annealing time at 1000 ° C. There is a significant amount of equiaxed grain structure in the specimen annealed at 1000 ° C. for 3 days.

비교 목적으로, 9 밀 두께의 TiAl 시트(Ti-45Al-5Cr, 원자%)를 평가하였다. 도 7은 수납된 상태 및 어닐링된(1000 ℃에서 3일) 상태 모두에서 TiAlCr 시트의 광학적 미세구조를 나타낸 것이다. 본 발명에 의한 합금의 이중-상 층상구조와 대조적으로, TiAlCr 시트는 이중 구조를 갖고, 그것의 결정립 구조는 1000 ℃에서 상당한 거칠음을 나타내지 않는다.For comparison purposes, a 9 mil thick TiAl sheet (Ti-45Al-5Cr, atomic%) was evaluated. FIG. 7 shows the optical microstructure of the TiAlCr sheet in both the stored and annealed state (3 days at 1000 ° C.). In contrast to the dual-phase layered structure of the alloy according to the invention, the TiAlCr sheet has a double structure and its grain structure does not exhibit significant roughness at 1000 ° C.

두께가 9 ~ 20 밀이고, 게이지 길이가 0.5 인치인 인장 시트 시편을 EDM기계를 사용하여 1000 ℃에서 2시간 동안 어닐링 한 후, 고온 압출된 합금봉으로부터 절단 하였다. 시편 중 일부를 인장 시험하기 전에 1000 ℃에서 최대로 3일 동안 재어닐링 하였다. 인장시험은 실온에서 0.1 인치/초의 변형률로 인스트론 시험기계를 사용하여 실행하였다. 표 4에 인장시험 결과를 요약하였다.Tensile sheet specimens with a thickness of 9-20 mils and a gauge length of 0.5 inch were annealed at 1000 ° C. for 2 hours using an EDM machine and then cut from hot extruded alloy rods. Some of the specimens were reannealed at 1000 ° C. for up to 3 days before tensile testing. Tensile testing was performed using an Instron test machine at a strain rate of 0.1 inch / second at room temperature. Table 4 summarizes the tensile test results.

1000 ℃에서 2시간 동안 응력-제거한 합금은 모두 실온에서 공기 중에서 1% 이상의 인장 신장률을 나타냈다. 시편의 두께가 9 ~ 20 밀에서 인장 신장률은 영향을 받지 않았다. 표 4에 나타난 것과 같이, 4개의 합금 중 합금 PMTA-4가 가장 양호한 인장 연성을 나타내었다. 두께 20 밀의 시트 시편으로부터 얻은 1.6 %의 인장 신장률은 게이지 직경이 0.12 인치인 막대 시편으로 부터 얻은 4 %의 신장률과 같다는 것을 알아야 한다. 인장 신장률은 1000 ℃에서 어닐링의 시간에 따라 어느정도 증가 하는 것으로 보이며, 최대 연성은 시편을 1000 ℃에서 1일 동안 어닐링 했을때 얻어진다.All of the stress-relieved alloys at 1000 ° C. for 2 hours all exhibited tensile elongation of at least 1% in air at room temperature. Tensile elongation was unaffected at 9 to 20 mils thick. As shown in Table 4, alloy PMTA-4 of the four alloys showed the best tensile ductility. It should be noted that the 1.6% tensile elongation from a 20 mil thick sheet specimen is equivalent to a 4% elongation from a bar specimen with a gauge diameter of 0.12 inches. Tensile elongation seems to increase somewhat with annealing time at 1000 ° C and maximum ductility is obtained when the specimen is annealed at 1000 ° C for 1 day.

합금은 모두 예외없이 강하며, 실온에서 100 ksi(700 MPa) 이상의 항복강도 및 115 ksi(800 MPa)이상의 극한 인장강도를 갖는다. 높은 강도는 이러한 TiAl 합금 중에 생성되는 정련된 완전히 층상인 구조 때문이다. 비교하여, TiAlCr 시트 재료는 실온에서 오직 61 ksi(420 MPa)의 항복강도를 갖는다. 그러므로, PMTA 합금은 TiAlCr 시트 보다 67 % 만큼 더 강하다. Mo를 0.5 % 포함하는 PMTA 합금은 상당히 증가된 강도를 나타내지만, 실온에서의 약간 낮은 인장 신율을 갖는다.The alloys are all exceptionally strong and have a yield strength of at least 100 ksi (700 MPa) and ultimate tensile strength of at least 115 ksi (800 MPa) at room temperature. The high strength is due to the refined fully layered structure produced in this TiAl alloy. In comparison, the TiAlCr sheet material has a yield strength of only 61 ksi (420 MPa) at room temperature. Therefore, PMTA alloy is 67% stronger than TiAlCr sheet. PMTA alloys containing 0.5% Mo show significantly increased strength but have a slightly lower tensile elongation at room temperature.

도 8a-b 및 9a-b는 각각 1380 ℃와 1365 ℃에서 고온 압출된 PMTA-6 및 7의 광학적 현미경사진을 나타낸 것이다. 합금은 모두 내부 콜로니 구조가 거의 없는 층상 결정립 구조를 나타낸다. 큰 콜로니 결정립(도 10 참조)이 1380 ℃ 및 1365 ℃에서 고온 압출된 합금 모두에서 관찰되었으며, 이것은 아마도 고온 압출 후 낮은 농도의 보란을 함유하는 합금에서 비정상적인 결정립의 성장 때문일 것이다. 이들 두 PMTA 합금에서 미세구조 특성상에는 중요한 차이가 없었다.8A-B and 9A-B show optical micrographs of PMTA-6 and 7 hot extruded at 1380 ° C. and 1365 ° C., respectively. The alloys all exhibit a layered grain structure with little internal colony structure. Large colony grains (see FIG. 10) were observed in both hot extruded alloys at 1380 ° C. and 1365 ° C., possibly due to abnormal grain growth in alloys containing low concentrations of borane after hot extrusion. There was no significant difference in microstructure characteristics between these two PMTA alloys.

도 11a-d는 1335 ℃에서 고온 압출된 PMTA-8의 미세구조에 대한 열처리 효과를 나타낸 것이다. 1335 ℃에서 압출된 합금은 1380 ℃ 및 1365 ℃에서 고온압출된 합금과 비교하여, 훨씬 미세한 콜로니 크기 및 훨씬 더 많은 내부콜로니 구조를 나타낸다. 1000 ℃에서 2시간 동안의 열처리는 압출된 구조에 어떤 중요한 변화를 가져오지 않았다.(도 11a). 그러나, 1340 ℃에서 30 분 동안의 열처리는 실질적으로 커진 콜로니 구조를 생성하였다(도 11b). 1340 ℃에서 1320 ~ 1315 ℃로 열처리 온도를 낮추는 것은 (20 ~ 25 ℃의 차이로), 도 11c 및 11d에서 나타난 것과 같이 콜로니 크기를 급격하게 감소시켰다. 1320 ~ 1315 ℃에서의 어닐링은 또한 PMTA-8에서 더 많은 내부 콜로니 구조를 생성하는 것으로 보인다. 비정상적인 결정립 성장은 1335 ℃에서의 고온 압출에 의해 거의 완전히 제거되었다.Figure 11a-d shows the effect of heat treatment on the microstructure of the high-temperature extruded PMTA-8 at 1335 ℃. The alloy extruded at 1335 ° C exhibits much finer colony size and much more internal colony structure compared to the alloys hot extruded at 1380 ° C and 1365 ° C. Heat treatment at 1000 ° C. for 2 hours did not result in any significant change in the extruded structure (FIG. 11A). However, heat treatment at 1340 ° C. for 30 minutes produced substantially larger colony structures (FIG. 11B). Lowering the heat treatment temperature from 1340 ° C. to 1320-1315 ° C. (with a difference of 20-25 ° C.) drastically reduced the colony size as shown in FIGS. 11C and 11D. Annealing at 1320-1315 ° C. also appears to produce more internal colony structures in PMTA-8. Abnormal grain growth was almost completely removed by hot extrusion at 1335 ° C.

두께 8 ~ 22 밀과 게이지 길이 0.5 인치를 갖는 PMTA-6 ~ 8의 인장 시트 시편을 EDM기계를 사용하여 1000 ℃에서 2시간 동안, 또는 1320 ~ 1315 ℃에서 20분 동안 최종 열처리한 후, 고온 압출된 합금봉으로부터 절단하였다. 인장 시험을 공기 중에서 최대로 800 ℃의 온도, 변형률 0.1 인치/초에서 인스트론 시험기(Instron testing machine)를 사용하여 실시하였다. 인장시험 결과를 모두 표 5 내지 8에 나타내었다. 1000 ℃에서 2시간 동안 열 처리된 합금 PMTA-4, -6 및 -7은 고온 압출 온도와 관계 없이 모든 온도에서 우수한 강도를 나타낸다. 1400 ~ 1365 ℃에서의 고온 압출은 실온 및 고온에서 낮은 인장 연성(4% 미만)을 제공한다. 인장 연성에서의 상당한 증가는 1335 ℃에서 고온 압출시켰을 때 모든 온도에서 얻어졌다. 1335 ℃에서 고온 압출시킨 PMTA-8은 모든 시험 온도에서 가장 높은 강도 및 인장 연성을 나타냈다. 두께 8 ~ 22 밀을 갖는 시편에서 인장 연성의 체계적인 변화가 있는 것으로 나타나지 않았다.Tensile sheet specimens of PMTA-6-8 having a thickness of 8 to 22 mils and a gauge length of 0.5 inch were subjected to final heat treatment at 1000 ° C. for 2 hours or 1320 to 1315 ° C. for 20 minutes using an EDM machine, followed by hot extrusion. Cut from the alloy rods. Tensile tests were performed using an Instron testing machine at a temperature of up to 800 ° C., a strain of 0.1 inch / second in air. All of the tensile test results are shown in Tables 5 to 8. Alloys PMTA-4, -6 and -7 heat treated at 1000 ° C. for 2 hours show good strength at all temperatures regardless of the hot extrusion temperature. Hot extrusion at 1400-1365 ° C. provides low tensile ductility (less than 4%) at room temperature and high temperature. A significant increase in tensile ductility was obtained at all temperatures when hot extruded at 1335 ° C. PMTA-8, hot-extruded at 1335 ° C., exhibited the highest strength and tensile ductility at all test temperatures. There were no systematic changes in tensile ductility in specimens with a thickness of 8 to 22 mils.

표 7과 8은, 또한 각각 1320 ℃ 및 1315 ℃에서 20분간 열 처리된 PMTA-6 및 7의 인장 특성을 나타낸 것이다. 1000 ℃에서 열처리 후 얻어진 결과와 비교하여, 1320 ~ 1315 ℃에서의 열처리는 인장 신장률은 높아졌으나, 시험 온도에서의 강도는 낮아졌다. 모든 합금 및 열처리 중에서, 1335 ℃에서 고온 압출되고 1315 ℃에서 20분간 어닐링시킨 PMTA-8은 실온 및 고온에서 가장 양호한 인장 연성을 나타냈다. 이 합금은 실온 및 800 ℃에서 각각 3.3 %와 11.7 %의 인장 연성을 나타냈다. 1315 ℃에서 열처리된 PMTA-8은 공지의 TiAl 합금보다 실질적으로 강한 것으로 나타났다.Tables 7 and 8 also show the tensile properties of PMTA-6 and 7 heat treated at 1320 ° C. and 1315 ° C. for 20 minutes, respectively. Compared with the result obtained after the heat treatment at 1000 ° C., the heat treatment at 1320 to 1315 ° C. increased the tensile elongation but decreased the strength at the test temperature. Of all the alloys and heat treatments, PMTA-8 hot extruded at 1335 ° C. and annealed at 1315 ° C. for 20 minutes showed the best tensile ductility at room temperature and high temperature. The alloy exhibited tensile ductility of 3.3% and 11.7% at room temperature and 800 ° C., respectively. PMTA-8, heat treated at 1315 ° C., was found to be substantially stronger than known TiAl alloys.

TiAl 시트 재료의 휨 연성을 증명하기 위한 시도로서, 고온 압출 및 1320 ℃에서 열 처리하여 생산한 11 ~ 20 밀의 PTMA-7 및 PTMA-8 합금 시트의 몇 조각을 실온에서 구부렸다. 각 합금 조각은 42 °로 구부린 후 부러지지 않았다. 이런 결과는 조절된 미세구조를 갖는 PTMA 합금이 실온에서 구부러질 수 있음을 명확히 보여주는 것이다.In an attempt to demonstrate the flexural ductility of the TiAl sheet material, several pieces of 11-20 mil PTMA-7 and PTMA-8 alloy sheets produced by hot extrusion and heat treatment at 1320 ° C. were bent at room temperature. Each alloy piece was not broken after bending to 42 °. These results clearly show that PTMA alloys with controlled microstructures can be bent at room temperature.

PMTA-2, -5 및 -7 시트 샘플(두께 9 ~ 20 밀)을 공기 중, 800 ℃에서 노출시켜서 산화양태를 연구하였다. 샘플을 주기적으로 용광로에서 꺼내 중량을 측정하고 표면을 검사하였다. 샘플은 쪼개짐의 표시 없이 매우 낮은 중량 증가를 나타냈다. 이것은 W 및 Nb의 합금 첨가물이 800 ℃에서 합금의 산화율에 영향을 미치고, W는 TiAl합금의 내산화성의 향상에 더 효과적이라는 것을 나타낸다. 합금 중에서, PMTA-7은 800 ℃에서 최소의 질량 증가와 가장 양호한 내산화성을 나타냈다. PMTA-7의 산화는 산화물 비늘이 미세 크래킹 및 파열(spalling)의 표시 없이 완전히 고착된다는 것을 나타낸다. 이 관찰은 800 ℃에서 형성돤 산화물 비늘이 기초 재료에 잘 고착하며, 매우 보호적이라는 것을 명백히 암시해 준다.The oxidation mode was studied by exposing PMTA-2, -5 and -7 sheet samples (thickness 9-20 mils) in air at 800 ° C. Samples were periodically removed from the furnace and weighed and inspected for surfaces. The sample showed a very low weight increase without indicating cleavage. This indicates that the alloying additives of W and Nb affect the oxidation rate of the alloy at 800 ° C., and W is more effective in improving the oxidation resistance of the TiAl alloy. Among the alloys, PMTA-7 exhibited minimal mass increase and best oxidation resistance at 800 ° C. Oxidation of PMTA-7 indicates that the oxide scales are fully fixed without signs of fine cracking and spalling. This observation clearly suggests that the oxide scales formed at 800 ° C. adhere well to the base material and are very protective.

도 12는 PMTA-4의 공칭 조성, 즉 Al 30.8 중량%, Nb 7.1 중량%, W 2.4 중량%, B 0.045 중량%을 갖는 잉곳으로부터 잘라낸 샘플 1과 2에 대한 마이크로오옴 단위의 비저항 대 온도의 그래프이고; 도 13은 샘플 1과 2의 반구형 총 복사율 대 온도의 그래프이며; 도 14는 샘플 1과 2과 동일한 잉곳으로부터 잘라낸 샘플 80259-1, 80259-2 및 80259-3의 확산도 대 온도의 그래프이며; 도 15는 본 발명에 따른 알루민화 티탄의 비열 대 온도의 그래프이며; 도 16은 샘플 1과 2와 동일한 잉곳으로부터 잘라낸 샘플 80259-1H, 80259-1C, 80259-2H, 80259-3H, 및 80259-3C의 열 팽창 대 온도의 그래프이다.FIG. 12 is a graph of resistivity versus temperature in microohms for samples 1 and 2 cut out of an ingot with a nominal composition of PMTA-4, i.e. 30.8 wt% Al, 7.1 wt% Nb, 2.4 wt% W, 0.045 wt% B ego; 13 is a graph of hemispherical total emissivity versus temperature for Samples 1 and 2; 14 is a graph of diffusivity versus temperature of samples 80259-1, 80259-2, and 80259-3 cut out from the same ingot as Samples 1 and 2; 15 is a graph of the specific heat versus temperature of titanium aluminated according to the present invention; FIG. 16 is a graph of thermal expansion versus temperature of samples 80259-1H, 80259-1C, 80259-2H, 80259-3H, and 80259-3C cut out from the same ingot as Samples 1 and 2. FIG.

요약하면, 1365 ~ 1400 ℃에서 압출된 고온 PMTA 합금들은 주로 내부콜로니 구조가 거의 없는 층상구조를 나타내는 반면, 1335 ℃에서 압출된 PMTRA-8은 훨씬 미세한 콜로니 구조 및 더 많은 내부 콜로니 구조를 나타낸다. PMTA-8를 1315 ~ 1320 ℃에서 20분간 열처리하면 미세 층상 구조가 생성된다. 합금은 콜로니 경계에서 형성된 붕화물(Ti, W, Nb)을 포함할 수 있다. 더우기, 고온 압출된 합금 중의 텅스텐은 균일하게 분포되지 않고, W 첨가물을 함유하는 TiAl 합금의 높은 전기저항의 가능성을 시사해준다. 0.5 원자%의 Mo 첨가는 TiAl 합금의 항복강도 및 극한 인장 강도를 상당히 증가시키지만, 실온에서 어느정도까지 인장 신율을 감소시킨다. 고온 압출된 4개의 합금 PMTA 1~4 중에서, Ti 46.5 원자%, Al 3 원자%, Nb 0.5 원자%, W 0.2 원자% 및 B 합금 조성을 갖는 PMTA-4가 실온에서 인장 연성과 강도의 가장 양호한 조합을 갖는다. TiAlCr 시트 물질(Ti-45 Al-5Cr)과 비교하여, PMTA-4는 TiAlCr 시트 보다 67% 더 강하다. 그밖에, PMTA-4 가 1.4 %의 신율을 갖는 반면, TiAlCr 시트는 실온에서 휨 연성을 나타내지 않았다. TiAl 합금의 인장 신율은 9 ~ 20 밀 범위에서는 시트 두께와 관계가 없다. 1000 ℃에서 2시간 동안 열처리 한 합금 PMTA 4, 6 및 7은 최대로 800 ℃의 온도에서, 고온 압출 온도와 관계없이, 우수한 강도를 나타냈다. 그러나, 1400 ~ 1365 ℃에서의 고온 압출은 실온 및 고온에서 낮은 인장 연성(4% 미만)을 제공한다. 인장 연성에 있어서의 상당한 증가는 압출 온도가 1335 ℃일 때 모든 온도에서 얻어진다. 1335 ℃에서 고온 압출시키고, 1315 ℃에서 20분 동안 어닐링한 PMTA-8(Ti-46.5 Al-3 Nb-1W-0.5B)은 실온 및 고온에서 가장 양호한 인장 연성을 나타냈다.(실온에서 3.3 %, 800 ℃에서 11.7 %).In summary, high-temperature PMTA alloys extruded at 1365-1400 ° C. exhibit predominantly layered structures with little internal colony structure, while PMTRA-8 extruded at 1335 ° C. shows much finer colony structures and more internal colony structures. After heat-treating PMTA-8 for 20 minutes at 1315-1320 degreeC, a fine layered structure is produced. The alloy may comprise borides (Ti, W, Nb) formed at the colony boundary. Moreover, tungsten in hot extruded alloys is not evenly distributed, suggesting the possibility of high electrical resistance of TiAl alloys containing W additives. The addition of 0.5 atomic% Mo significantly increases the yield strength and ultimate tensile strength of the TiAl alloy, but reduces the tensile elongation to some extent at room temperature. Of the four high-temperature extruded alloys PMTA 1-4, PMTA-4 with Ti 46.5 atomic%, Al 3 atomic%, Nb 0.5 atomic%, W 0.2 atomic% and B alloy composition is the best combination of tensile ductility and strength at room temperature Has Compared to TiAlCr sheet material (Ti-45 Al-5Cr), PMTA-4 is 67% stronger than TiAlCr sheet. In addition, while PMTA-4 had an elongation of 1.4%, TiAlCr sheets did not exhibit flexural ductility at room temperature. Tensile elongation of TiAl alloy is independent of sheet thickness in the range of 9 to 20 mils. Alloys PMTA 4, 6 and 7 heat-treated at 1000 ° C. for 2 hours exhibited excellent strength at temperatures of up to 800 ° C., regardless of the hot extrusion temperature. However, hot extrusion at 1400-1365 ° C. provides low tensile ductility (less than 4%) at room temperature and high temperature. A significant increase in tensile ductility is obtained at all temperatures when the extrusion temperature is 1335 ° C. PMTA-8 (Ti-46.5 Al-3 Nb-1W-0.5B), hot-extruded at 1335 ° C. and annealed at 1315 ° C. for 20 minutes, showed the best tensile ductility at room temperature and high temperature (3.3% at room temperature, 11.7% at 800 ° C).

공칭 합금 조성Nominal alloy composition 조성(원자%)Subsidy (atomic%) 합금 번호Alloy number TiTi AlAl CrCr NbNb MoMo WW BB PMTA-1PMTA-1 50.3550.35 46.546.5 00 22 0.50.5 0.50.5 0.150.15 PMTA-2PMTA-2 50.3550.35 46.546.5 00 22 -- 1.01.0 0.150.15 PMTA-3PMTA-3 49.8549.85 46.546.5 00 22 0.50.5 1.01.0 0.150.15 PMTA-4PMTA-4 49.8549.85 46.546.5 00 33 -- 0.50.5 0.150.15 PMTA-5PMTA-5 47.8547.85 46.546.5 00 44 -- 0.50.5 0.150.15 PMTA-6PMTA-6 49.9249.92 46.546.5 00 33 -- 0.50.5 0.080.08 PMTA-7PMTA-7 49.9249.92 46.546.5 00 33 -- 1.01.0 0.080.08 PMTA-8PMTA-8 49.4049.40 46.546.5 00 33 -- 1.01.0 0.100.10 PMTA-9PMTA-9 49.3249.32 46.546.5 00 33 -- 1.01.0 0.180.18

조성(중량%)Composition (% by weight) 합금번호Alloy number TiTi AlAl CrCr NbNb MoMo WW BB PMTA-1PMTA-1 60.4660.46 31.3631.36 00 4.644.64 1.201.20 2.302.30 0.040.04 PMTA-2PMTA-2 59.8059.80 31.0231.02 00 4.604.60 -- 4.544.54 0.040.04 PMTA-3PMTA-3 58.8658.86 30.8330.83 00 4.574.57 1.181.18 4.524.52 0.040.04 PMTA-4PMTA-4 59.5559.55 31.1931.19 00 6.936.93 -- 2.292.29 0.040.04 PMTA-5PMTA-5 57.7157.71 30.8530.85 00 9.149.14 -- 2.262.26 0.040.04 PMTA-6PMTA-6 59.5659.56 31.2031.20 00 6.936.93 -- 2.292.29 0.020.02 PMTA-7PMTA-7 57.9857.98 30.6830.68 00 6.826.82 -- 4.504.50 0.020.02 PMTA-8PMTA-8 57.9857.98 30.6830.68 00 6.826.82 -- 4.504.50 0.020.02 PMTA-9PMTA-9 57.9757.97 30.6730.67 00 6.826.82 -- 4.494.49 0.050.05

PMTA 합금에 사용된 제작 및 열처리 조건Fabrication and Heat Treatment Conditions Used for PMTA Alloys 합금 번호Alloy number 고온 압출 온도(℃)Hot extrusion temperature (℃) 열처리(℃/시간)Heat treatment (℃ / hour) PMTA-1PMTA-1 14001400 1000 ℃, 최대 3일간1000 ℃, up to 3 days PMTA-2PMTA-2 14001400 1000 ℃, 최대 3일간1000 ℃, up to 3 days PMTA-3PMTA-3 14001400 1000 ℃, 최대 3일간1000 ℃, up to 3 days PMTA-4PMTA-4 14001400 1000 ℃, 최대 3일간1000 ℃, up to 3 days PMTA-5PMTA-5 PMTA-6PMTA-6 1380, 13651380, 1365 1000 ℃/2시간1000 ℃ / 2 hours PMTA-7PMTA-7 1380, 13651380, 1365 1000 ℃/2시간, 1320 ℃/20분1000 ° C./2 hours, 1320 ° C./20 minutes PMTA-8PMTA-8 13351335 1000 ℃/2시간, 1315 ℃/20분1000 ° C./2 hours, 1315 ° C./20 minutes

전자 미세탐침 분석으로 결정한 PMTA-2 합금 중의 상 조성Phase Composition in PMTA-2 Alloy Determined by Electron Microprobe Analysis 합금 원소(원자%)Alloy element (atomic%) Prize TiTi AlAl WW NbNb 매트릭스 상(어두운 대비)Matrix phase (dark contrast) 잔량Remaining amount 44.9644.96 0.820.82 1.321.32 매트릭스 상(밝은 대비)Matrix phase (bright contrast) 잔량Remaining amount 44.7044.70 1.151.15 1.321.32 붕화물(금속 원소만)Boride (metal elements only) 77.6977.69 8.668.66 9.989.98 3.673.67

1400 ℃에서 고온 압출되고, 실온에서 시험한 PMTA 합금의 인장특성Tensile Properties of PMTA Alloy Extruded at 1400 ° C and Tested at Room Temperature 합금 번호Alloy number 조성Nb-Mo-W(원자%)Composition Nb-Mo-W (Atom%) 인장 신율(%)Tensile Elongation (%) σy(ksi)σ y (ksi) σμe(ksi)σ μe (ksi) 2시간/1000 ℃2 hours / 1000 ℃ PMTA-1PMTA-1 2/0.5/0.52 / 0.5 / 0.5 1.01.0 114114 118118 PMTA-2PMTA-2 2/0/1.02/0 / 1.0 1.21.2 104104 117117 PMTA-3PMTA-3 2/0.5/1.02 / 0.5 / 1.0 1.11.1 123123 132132 PMTA-4PMTA-4 3/0/0.53/0 / 0.5 1.41.4 102102 115115 1일/1000 ℃1 day / 1000 ℃ PMTA-3PMTA-3 2/0.5/1.02 / 0.5 / 1.0 1.41.4 115115 131131 3일/1000 ℃3 days / 1000 ℃ PMTA-2PMTA-2 2/0/1.02/0 / 1.0 0.80.8 105105 109109

1400 ℃에서 고온 압출되고, 1000 ℃에서 2시간 동안 어닐링한 PMTA-4의 인장특성Tensile Properties of PMTA-4 Extruded at 1400 ° C. and Annealed at 1000 ° C. for 2 Hours 시험 온도(℃)Test temperature (℃) 항복강도(ksi)Yield strength (ksi) 극한인장강도(ksi)Ultimate tensile strength (ksi) 신율(%)% Elongation 2222 102.0102.0 115115 1.41.4 600600 101.0101.0 127127 2.42.4 700700 96.596.5 130130 2.72.7 800800 97.897.8 118118 2.42.4

1365 ℃에서 고온 압출되고, 1000 ℃에서 2시간 동안 어닐링한 PMTA-6의 인장특성Tensile Properties of PMTA-6 Extruded at 1365 ° C. and Annealed at 1000 ° C. for 2 Hours 시험 온도(℃)Test temperature (℃) 항복강도(ksi)Yield strength (ksi) 극한인장강도(ksi)Ultimate tensile strength (ksi) 신율(%)% Elongation 2222 121.0121.0 136136 1.31.3 300300 101.0101.0 113113 1.21.2 700700 93.693.6 125125 2.72.7 800800 86.586.5 125125 3.93.9

1365 ℃에서 고온 압출된 PMTA-7의 인장특성Tensile Properties of PMTA-7 Extruded at 1365 ℃ 시험 온도(℃)Test temperature (℃) 항복강도(ksi)Yield strength (ksi) 극한인장강도(ksi)Ultimate tensile strength (ksi) 신율(%)% Elongation 1000 ℃에서 2시간 동안 어닐링Annealing at 1000 ° C for 2 hours 2222 116.0116.0 122122 1.01.0 300300 101.0101.0 116116 1.51.5 700700 105.0105.0 131131 2.72.7 800800 87.287.2 121121 3.13.1 1320 ℃에서 20분 동안 어닐링Annealed for 20 minutes at 1320 ° C 2020 84.584.5 106.0106.0 3.03.0 300300 71.471.4 89.889.8 2.52.5 700700 68.568.5 97.297.2 4.54.5 800800 63.563.5 90.290.2 4.54.5

1335 ℃에서 고온 압출된 PMTA-8의 인장특성Tensile Properties of PMTA-8 Extruded at 1335 ℃ 시험 온도(℃)Test temperature (℃) 항복강도(ksi)Yield strength (ksi) 극한인장강도(ksi)Ultimate tensile strength (ksi) 신율(%)% Elongation 1000 ℃에서 2시간 동안 어닐링Annealing at 1000 ° C for 2 hours 2222 122.0122.0 140140 2.02.0 300300 102.0102.0 137137 4.34.3 700700 95.095.0 131131 4.74.7 800800 90.290.2 124124 5.65.6 1320 ℃에서 20분 동안 어닐링Annealed for 20 minutes at 1320 ° C 2020 96.296.2 116116 3.33.3 300300 79.479.4 115115 6.16.1 700700 72.272.2 112112 7.57.5 800800 72.072.0 100100 11.711.7

상기의 알루민화 티탄은 전기저항 가열소자와 같은 다양한 형태 또는 제품으로 제조될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 조성물은, 조성물이 내산화성 또는 내부식성을 갖는 코팅으로 사용될 수 있는 열분무기 적용 등의 다른 목적으로도 사용될 수 있다. 또한 조성물은 내산화성 및 내부식성 전극, 로 성분, 화학 반응기, 내황화 재료, 화학공업에서 사용되는 내식성 재료, 석탄 슬러리 또는 석탄 타르 운반용 파이프, 촉매 변환기용 기질 재료, 자동차 및 디젤 엔진용 배출벽 및 터보 충전기(turbocharger) 회전자, 다공성필터 등에 사용할 수 있다.The titanium aluminate may be manufactured in various forms or products such as an electric resistance heating element. However, the compositions described herein can also be used for other purposes, such as thermal spraying applications, in which the composition can be used as a coating having oxidation or corrosion resistance. The compositions also include oxidation and corrosion resistant electrodes, furnace components, chemical reactors, sulfurized materials, corrosion resistant materials used in the chemical industry, coal slurry or coal tar conveying pipes, substrate materials for catalytic converters, exhaust walls for automotive and diesel engines, and It can be used for turbocharger rotors, porous filters and the like.

저항가열소자에 대하여, 가열소자 블레이드의 기하구조는 히터저항을 최적화하기 위해 다음의 식에 따라 변할 수 있다: R=ρ(L/W × T), 여기서 R은 히터의 저항, ρ는 히터 재료의 비저항, L은 히터의 길이, W는 히터의 폭 및 T는 히터의 두께이다. 히터 재료의 비저항은 가열기 재료 중의 알루미늄 성분의 조절 등의 조성물의 변화에 의해, 또는 합금 첨가물의 혼합 등에 의해 변할 수 있다. 예를 들면, 비저항은 히터 재료에 알루미나 입자를 혼합시킴으로써 상당히 증가될 수 있다. 히터 재료는 크리프 저항 및/또는 열 전도도를 증대시키기 위해 임의로 세라믹 입자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 히터 재료는 최대로 1200 ℃ 에서 양호한 고온 크리프 저항 및 우수한 내산화성을 제공할 목적으로, 전이금속(Zr, Ti, Hf)의 질화물, 전이금속의 탄화물, 전이 금속의 붕화물 및 MoSi2와 같은 전도성 물질의 입자 또는 섬유를 포함 할 수 있다. 히터 재료는, 또한 고온에서 히터 재료 크리프 저항을 갖도록 하고, 또한 히터 재료의 열전도도의 향상 및/또는 열팽창 계수의 감소를 위해 Al2O3, Y2O3, Si3N4, ZrO2등의 전기 절연 물질의 입자를 혼합할 수 있다. 전기적으로 절연성/전도성 입자/섬유가 Fe, Al, Ti 또는 알루민화철의 분말 혼합물에 첨가될 수 있거나, 또는 이러한 입자/섬유가 히터 소자의 제조 중 발열반응하는 원소 분말의 합성 반응에 의해 형성될 수 있다.For resistive heating elements, the geometry of the heating element blades can be changed according to the following equation to optimize the heater resistance: R = ρ (L / W × T), where R is the resistance of the heater, ρ is the heater material The resistivity of L is the length of the heater, W is the width of the heater and T is the thickness of the heater. The specific resistance of the heater material can be changed by a change in the composition such as the adjustment of the aluminum component in the heater material, or by mixing the alloy additives. For example, the resistivity can be significantly increased by mixing alumina particles in the heater material. The heater material may optionally include ceramic particles to increase creep resistance and / or thermal conductivity. For example, heater materials may be nitrides of transition metals (Zr, Ti, Hf), carbides of transition metals, borides of transition metals, and MoSi for the purpose of providing good high temperature creep resistance and good oxidation resistance at up to 1200 ° C. It may comprise particles or fibers of a conductive material such as two . The heater material may also have a heater material creep resistance at high temperatures, and also for improving the thermal conductivity and / or reducing the coefficient of thermal expansion of the heater material, such as Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , Si 3 N 4 , ZrO 2, etc. Particles of the electrically insulating material can be mixed. Electrically insulating / conductive particles / fibers may be added to the powder mixture of Fe, Al, Ti or iron aluminide, or such particles / fibers may be formed by the synthesis reaction of an elemental powder exothermic during manufacture of the heater element. Can be.

지금까지 본 발명의 원리, 바람직한 구현예 및 실시 방법을 설명하였다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에 기재된 특정한 구현예에 의해 제한되지 않는다. 그러므로, 상기의 구현예는 제한적이기 보다는 설명적으로 간주되어야 하며, 이하의 청구범위에서 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 상기 구현예에 변형이 만들어질 수 있음을 알아야 한다.The principles, preferred embodiments, and implementation methods of the present invention have been described so far. However, the invention is not limited by the specific embodiments described herein. Therefore, the above embodiments should be considered illustrative rather than limiting, and it should be understood that modifications may be made to the embodiments by those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined in the following claims.

Claims (19)

반드시 Ti 50 ~ 65 중량%, Al 25 ~ 35 중량%, Nb 2 ~ 15 중량%, Mo 5 중량% 미만, W 1 ~ 10 중량%, 및 B 0.01 ~ 0.2 중량%로 이루어지는 알루민화 티탄 합금.An aluminated titanium alloy consisting essentially of 50 to 65 weight percent Ti, 25 to 35 weight percent Al, 2 to 15 weight percent Nb, less than 5 weight percent Mo, 1 to 10 weight percent W, and 0.01 to 0.2 weight percent B. 제 1항에 있어서, 주조한, 고온 압출, 냉각 작업, 또는 열처리 상태 중에 있는 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy according to claim 1, which is in a cast, hot extrusion, cooling operation, or heat treatment state. 제 1항에 있어서, 합금이, 미세한 입자들이 콜로니 경계에 위치한 2상 층상 미세구조를 갖는 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy of claim 1, wherein the alloy has a two-phase layered microstructure in which fine particles are located at the colony boundary. 제 3항에 있어서, 미세한 붕화물 입자가 콜로니 경계에 위치하는 알루민화 티탄 합금.4. The aluminated titanium alloy of claim 3, wherein the fine boride particles are located at the colony boundary. 제 3항에 있어서, 미세한 제 2상 입자가 콜로니 경계에 위치하는 알루민화 티탄 합금.4. The aluminized titanium alloy of claim 3, wherein the fine second phase particles are located at the colony boundary. 제 1항에 있어서, 합금이 결정입계 등축 구조를 포함하는 2상 미세구조를 갖는 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy according to claim 1, wherein the alloy has a two-phase microstructure comprising a grain boundary equiaxed structure. 제 1항에 있어서, Ti 함량이 57 ~ 60 %, Al 함량이 30 ~ 32 %, Nb 함량이 4 ~ 9 %, Mo 함량이 많아야 2 %, W 함량이 2 ~ 8 % 및 B 함량이 0.02 ~ 0.08 %인 알루민화 티탄 합금.The Ti content is 57 to 60%, Al content 30 to 32%, Nb content 4 to 9%, Mo content 2%, W content 2-8% and B content 0.02 ~ 0.08% titanium aluminate alloy. 제 1항에 있어서, 항복강도가 80 ksi(560 MPa) 초과이고, 극한인장 강도가 90 ksi(680 MPa)초과이고, 및/또는 인장 신율이 적어도 1 %인 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy of claim 1, wherein the yield strength is greater than 80 ksi (560 MPa), the ultimate tensile strength is greater than 90 ksi (680 MPa), and / or the tensile elongation is at least 1%. 제 1항에 있어서, 합금이, W가 비균일하게 분포된 미세구조를 갖는 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy according to claim 1, wherein the alloy has a microstructure in which W is nonuniformly distributed. 제 1항에 있어서, 알루미늄이 46 ~ 47 원자%의 양으로 존재하는 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy according to claim 1, wherein aluminum is present in an amount of 46 to 47 atomic percent. 제 1항에 있어서, 합금이 콜로니 경계에서 실질적으로 등축구조물이 없는 층상 미세구조를 갖는 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy of claim 1, wherein the alloy has a layered microstructure that is substantially free of equiaxes at the colony boundary. 제 1항에 있어서, 합금이 Mo 또는 Cr을 포함하지 않는 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy of claim 1, wherein the alloy does not comprise Mo or Cr. 제 1항에 있어서, Ti 함량이 57 ~ 60 %, Al 함량이 30 ~ 32 %, Nb 함량이 4 ~ 9 %, W 함량이 2 ~ 8 % 및 B 함량이 0.02 ~ 0.08 %인 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy according to claim 1, wherein the Ti content is 57 to 60%, the Al content is 30 to 32%, the Nb content is 4 to 9%, the W content is 2 to 8% and the B content is 0.02 to 0.08%. . 제 1항에 있어서, Ti 45 ~ 55 원자%, Al 40 ~ 50 원자%, Nb 1 ~ 5 원자%, W 0.3 ~ 1.5 원자%, 및 B 0.1 ~ 0.3 원자%를 포함하는 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy according to claim 1, comprising Ti 45-55 atomic%, Al 40-50 atomic%, Nb 1-5 atomic%, W 0.3-1.5 atomic%, and B 0.1-0.3 atomic%. 제 1항에 있어서, 두께가 8 ~ 30 밀의 시트로 이루어진 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy according to claim 1, which is composed of a sheet having a thickness of 8 to 30 mils. 제 1항에 있어서, Cr, V, Mn, Co, Cu 및 Ni가 없는 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy of claim 1, which is free of Cr, V, Mn, Co, Cu, and Ni. 제 1항에 있어서, Nb 2 ~ 4 원자%, Mo 1 원자% 이하 및 W 0.5 ~ 2 원자%, B 0.1 ~ 0.3 원자%를 갖는 TiAl로 이루어진 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy according to claim 1, which is made of TiAl having 2 to 4 atomic% Nb, 1 atomic% or less Mo, and 0.5 to 2 atomic% W, 0.1 to 0.3 atomic% B. 제 1항에 있어서, Nb 1 ~ 4 원자%, Mo 1원자% 이하 및 W 0.25 ~ 2 원자% 를 포함하는 알루민화 티탄 합금.The aluminized titanium alloy according to claim 1, comprising from 1 to 4 atomic percent Nb, up to 1 atomic percent Mo, and from 0.25 to 2 atomic percent W. 제 1항에 있어서, 합금이, 전압 최대로 10 볼트 및 전류 최대로 6 암페어를 가열 소자를 통해 통과시킬 때, 1초 미만에서 900 ℃까지 가열시킬 수 있는 전기 저항 가열소자로 성형되어지는 알루민화 티탄 합금.The aluminization of claim 1, wherein the alloy is formed of an electrical resistance heating element capable of heating from less than one second to 900 ° C. when passing a voltage of 10 volts at a maximum and 6 amps of current at a maximum through the heating element. Titanium alloy.
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