JP2000192176A - 耐異物衝撃性に優れたＴｉ―Ａｌ系合金およびタ―ビン部品 - Google Patents
耐異物衝撃性に優れたＴｉ―Ａｌ系合金およびタ―ビン部品Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐異物衝撃性にすぐれたＴｉ−Ａｌ系合金を
提供すること。 【解決手段】 本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、４４〜５
０原子％のＡｌと、０．５〜５．０原子％のＶとを含有
し、残部がＴｉおよび不可避不純物と、からなることを
特徴とする。本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、耐異物衝撃
性にすぐれる、軽量である、耐熱性を有するという特性
を有することからタービン用部品、特にタービンホイー
ルに用いられることが好ましい。
提供すること。 【解決手段】 本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、４４〜５
０原子％のＡｌと、０．５〜５．０原子％のＶとを含有
し、残部がＴｉおよび不可避不純物と、からなることを
特徴とする。本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、耐異物衝撃
性にすぐれる、軽量である、耐熱性を有するという特性
を有することからタービン用部品、特にタービンホイー
ルに用いられることが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐異物衝撃性にす
ぐれたＴｉ−Ａｌ系合金に関し、詳しくは自動車、航空
機エンジン用タービン部品等に用いられるＴｉ−Ａｌ系
合金に関する。
ぐれたＴｉ−Ａｌ系合金に関し、詳しくは自動車、航空
機エンジン用タービン部品等に用いられるＴｉ−Ａｌ系
合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車用、航空機用エンジン用の
ターボチャージャーやガスタービンの高性能化、高効率
化を図るために、タービンホイールやタービンブレード
などの回転部品には、耐熱性とともに軽量性が要求され
ており、このような要求に応じた部品用材料の研究、開
発が盛んに行われている。
ターボチャージャーやガスタービンの高性能化、高効率
化を図るために、タービンホイールやタービンブレード
などの回転部品には、耐熱性とともに軽量性が要求され
ており、このような要求に応じた部品用材料の研究、開
発が盛んに行われている。
【０００３】このようなタービンホイールやタービンブ
レード部材には、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１３Ｃ、Ｉｎｃｏｎ
ｅｌ７３８ＣなどのＮｉ基超合金が使用されてきた。し
かし、これらのＮｉ基合金はその重量が重いという欠点
があった。
レード部材には、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１３Ｃ、Ｉｎｃｏｎ
ｅｌ７３８ＣなどのＮｉ基超合金が使用されてきた。し
かし、これらのＮｉ基合金はその重量が重いという欠点
があった。
【０００４】そこで、近年、ＴｉＡｌ金属間化合物をベ
ースにしたＴｉ−Ａｌ系合金が新しい軽量・耐熱材料と
して注目されてきており、航空機および自動車用エンジ
ン部品などへの適用が検討されている。しかしながら、
このようなＴｉ−Ａｌ系合金は、まだ、軽量・耐熱材料
として実用化に至っていないことが実状である。
ースにしたＴｉ−Ａｌ系合金が新しい軽量・耐熱材料と
して注目されてきており、航空機および自動車用エンジ
ン部品などへの適用が検討されている。しかしながら、
このようなＴｉ−Ａｌ系合金は、まだ、軽量・耐熱材料
として実用化に至っていないことが実状である。
【０００５】また、前述のＴｉ−Ａｌ系合金は引張強
度、クリープ強度、耐酸化性の観点から種々の改良が加
えられてきたが、タービンホイールとして高速で回転稼
働しているときに異物が衝突することに対する耐性（耐
異物衝撃性）について考慮されていなかった。
度、クリープ強度、耐酸化性の観点から種々の改良が加
えられてきたが、タービンホイールとして高速で回転稼
働しているときに異物が衝突することに対する耐性（耐
異物衝撃性）について考慮されていなかった。
【０００６】この回転稼働中のタービンホイールへの異
物の衝突としては、たとえば、エギゾーストマニホール
ドからの酸化スケール、鋳物砂などがある。
物の衝突としては、たとえば、エギゾーストマニホール
ドからの酸化スケール、鋳物砂などがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように、タービン
ホイール等に用いられるタービン用部材としては、その
材質自体における静的な特性に優れているだけでなく、
タービンホイールとしての稼働状態における動的な特性
を向上させることが課題として残っていた。
ホイール等に用いられるタービン用部材としては、その
材質自体における静的な特性に優れているだけでなく、
タービンホイールとしての稼働状態における動的な特性
を向上させることが課題として残っていた。
【０００８】すなわち、従来の合金開発は、引張強さと
伸び、あるいは破壊靱性値ＫICの向上という観点から行
われてきたが、それらの試験速度はせいぜい１ｍ／秒で
あった。これに対して、タービンホイールは毎分１０万
回転以上の回転数で稼働する部品であり、例えば外径
０．０５ｍのホイールが１０万ｒｐｍで回転していると
きに、ホイールの最外周に異物が衝突するときの速度
は、少なくとも２６０ｍ／秒となる。したがって、ター
ビンホイールの場合には従来の強度評価試験よりも二桁
以上高速での破壊現象を取り扱う必要がある。しかし、
このような高速で異物が衝突したときの耐衝撃性は従来
の強度特性では予想が困難であり、耐異物衝撃性を考慮
した新たな合金開発が望まれていた。
伸び、あるいは破壊靱性値ＫICの向上という観点から行
われてきたが、それらの試験速度はせいぜい１ｍ／秒で
あった。これに対して、タービンホイールは毎分１０万
回転以上の回転数で稼働する部品であり、例えば外径
０．０５ｍのホイールが１０万ｒｐｍで回転していると
きに、ホイールの最外周に異物が衝突するときの速度
は、少なくとも２６０ｍ／秒となる。したがって、ター
ビンホイールの場合には従来の強度評価試験よりも二桁
以上高速での破壊現象を取り扱う必要がある。しかし、
このような高速で異物が衝突したときの耐衝撃性は従来
の強度特性では予想が困難であり、耐異物衝撃性を考慮
した新たな合金開発が望まれていた。
【０００９】本発明は上記実状に鑑みてなされたもので
あり、動的な特性として耐異物衝撃性にすぐれたＴｉ−
Ａｌ系合金を提供することを課題とする。
あり、動的な特性として耐異物衝撃性にすぐれたＴｉ−
Ａｌ系合金を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明者らはまず、タービンホイールへ異物を高速で衝
突させることが可能な試験装置を開発した。すなわち、
ヘリウムガスを用いたガス銃タイプの装置であり、異物
として、例えば直径１ｍｍの鋼球を高速で発射してター
ビンホイールの翼へ打ち込むことが可能な装置である。
この装置を用いて、翼の破損の有無を調べることによ
り、耐異物衝撃性を評価した。
本発明者らはまず、タービンホイールへ異物を高速で衝
突させることが可能な試験装置を開発した。すなわち、
ヘリウムガスを用いたガス銃タイプの装置であり、異物
として、例えば直径１ｍｍの鋼球を高速で発射してター
ビンホイールの翼へ打ち込むことが可能な装置である。
この装置を用いて、翼の破損の有無を調べることによ
り、耐異物衝撃性を評価した。
【００１１】本発明者らは、種々のＴｉ−Ａｌ系合金の
耐異物衝撃性について検討を重ねた結果、Ｖを含有した
Ｔｉ−Ａｌ系合金とすることで上記課題を解決できるこ
とを見出した。
耐異物衝撃性について検討を重ねた結果、Ｖを含有した
Ｔｉ−Ａｌ系合金とすることで上記課題を解決できるこ
とを見出した。
【００１２】すなわち、本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、
４４〜５０原子％のＡｌと、０．５〜５．０原子％のＶ
とを含有し、残部がＴｉおよび不可避不純物と、からな
ることを特徴とする。
４４〜５０原子％のＡｌと、０．５〜５．０原子％のＶ
とを含有し、残部がＴｉおよび不可避不純物と、からな
ることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、４
４〜５０原子％のＡｌを含有する。Ａｌは、Ｔｉととも
にＴｉＡｌおよびＴｉ3Ａｌを構成するための必須の元
素である。Ａｌ含有量が５０原子％を超えると、ＴｉＡ
ｌ単相、またはもろいＡｌ3Ｔｉ相が生成し、耐異物衝
撃性が低下する。また、Ａｌ含有量が４４原子％未満で
は、もろいＴｉ3Ａｌ相が多量に生成し、耐異物衝撃性
が劣るとともに耐酸化性が低下する。好ましいＡｌの含
有量は、４４〜４８原子％である。Ａｌの含有量が４８
原子％を超えると、脆く、かつ強度が低いＴｉＡｌ相が
多量に生成することにより、Ｔｉ−Ａｌ系合金の耐異物
衝撃性が低下する。
４〜５０原子％のＡｌを含有する。Ａｌは、Ｔｉととも
にＴｉＡｌおよびＴｉ3Ａｌを構成するための必須の元
素である。Ａｌ含有量が５０原子％を超えると、ＴｉＡ
ｌ単相、またはもろいＡｌ3Ｔｉ相が生成し、耐異物衝
撃性が低下する。また、Ａｌ含有量が４４原子％未満で
は、もろいＴｉ3Ａｌ相が多量に生成し、耐異物衝撃性
が劣るとともに耐酸化性が低下する。好ましいＡｌの含
有量は、４４〜４８原子％である。Ａｌの含有量が４８
原子％を超えると、脆く、かつ強度が低いＴｉＡｌ相が
多量に生成することにより、Ｔｉ−Ａｌ系合金の耐異物
衝撃性が低下する。
【００１４】また、本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、Ｔｉ
Ａｌ（γ相）とＴｉ3Ａｌ（α2相）が層状の組織（ラメ
ラー粒）を形成している。
Ａｌ（γ相）とＴｉ3Ａｌ（α2相）が層状の組織（ラメ
ラー粒）を形成している。
【００１５】本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、０．５〜
５．０原子％のＶを含有する。より好ましいＶの含有量
は、３．０〜５．０原子％である。Ｖは、ＴｉＡｌ、Ｔ
ｉ3Ａｌ相中に固溶し、それ自体の靱性を向上させ、Ｔ
ｉＡｌとＴｉ3Ａｌとの界面の結合力を高めるととも
に、ラメラー粒の境界を不規則にする効果があり、その
結果、き裂の進展を不連続にすることにより、耐異物衝
撃性を改善する元素である。Ｖの含有量が３．０原子％
未満では、き裂の進展を不連続にする効果が十分に発揮
されず、５．０原子％を超えると、耐熱材料として重要
な特性である耐酸化性が悪くなるとともに、ＴｉＡｌ合
金の軽量性を損ねることとなる。このように本発明のＴ
ｉ−Ａｌ系合金は、ＴｉＡｌ合金の軽量性、耐酸化性を
損なわずに耐異物衝撃性を改善することができる。
５．０原子％のＶを含有する。より好ましいＶの含有量
は、３．０〜５．０原子％である。Ｖは、ＴｉＡｌ、Ｔ
ｉ3Ａｌ相中に固溶し、それ自体の靱性を向上させ、Ｔ
ｉＡｌとＴｉ3Ａｌとの界面の結合力を高めるととも
に、ラメラー粒の境界を不規則にする効果があり、その
結果、き裂の進展を不連続にすることにより、耐異物衝
撃性を改善する元素である。Ｖの含有量が３．０原子％
未満では、き裂の進展を不連続にする効果が十分に発揮
されず、５．０原子％を超えると、耐熱材料として重要
な特性である耐酸化性が悪くなるとともに、ＴｉＡｌ合
金の軽量性を損ねることとなる。このように本発明のＴ
ｉ−Ａｌ系合金は、ＴｉＡｌ合金の軽量性、耐酸化性を
損なわずに耐異物衝撃性を改善することができる。
【００１６】また、一方、Ｔｉ−Ａｌ系合金にＶを含有
させると、ＴｉとＡｌの比にずれが生じるため、Ａｌと
Ｖの含有量は、合計で４７〜５２原子％であることが好
ましい。ＡｌとＶの含有量が、４７原子％未満では、も
ろいＴｉ3Ａｌ相が多量に生成し、耐異物衝撃性が低下
する。また、５２原子％を超えるともろく、かつ強度が
低いＴｉＡｌ相が多量に生成することにより、耐異物衝
撃性が低下する。
させると、ＴｉとＡｌの比にずれが生じるため、Ａｌと
Ｖの含有量は、合計で４７〜５２原子％であることが好
ましい。ＡｌとＶの含有量が、４７原子％未満では、も
ろいＴｉ3Ａｌ相が多量に生成し、耐異物衝撃性が低下
する。また、５２原子％を超えるともろく、かつ強度が
低いＴｉＡｌ相が多量に生成することにより、耐異物衝
撃性が低下する。
【００１７】また、Ｖを含有する場合のＴｉ−Ａｌ系合
金の耐異物衝撃性は、Ａｌ量に敏感に影響を受ける。Ｖ
含有量を変化させたときのＡｌ含有量と、Ｔｉ−Ａｌ系
合金の破壊限界速度との関係を図１に示した。ここで、
Ｔｉ−Ａｌ系合金の破壊限界速度とは、後述の実施例に
おける耐異物衝撃性の評価方法が用いられている。図１
より、Ｖ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金における破壊限界速度
は、Ａｌ含有量の増加とともに高くなり、極大値を示し
た後に低下していることがわかる。また、好ましいＶお
よびＡｌの含有量は、それぞれ、Ａｌ：４４〜４８原子
％、Ｖ：３．０〜５．０原子％であり、ＡｌおよびＶの
合計の含有量が４７．０〜５２．０原子％の範囲であ
る。
金の耐異物衝撃性は、Ａｌ量に敏感に影響を受ける。Ｖ
含有量を変化させたときのＡｌ含有量と、Ｔｉ−Ａｌ系
合金の破壊限界速度との関係を図１に示した。ここで、
Ｔｉ−Ａｌ系合金の破壊限界速度とは、後述の実施例に
おける耐異物衝撃性の評価方法が用いられている。図１
より、Ｖ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金における破壊限界速度
は、Ａｌ含有量の増加とともに高くなり、極大値を示し
た後に低下していることがわかる。また、好ましいＶお
よびＡｌの含有量は、それぞれ、Ａｌ：４４〜４８原子
％、Ｖ：３．０〜５．０原子％であり、ＡｌおよびＶの
合計の含有量が４７．０〜５２．０原子％の範囲であ
る。
【００１８】本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、４４〜４８
原子％のＡｌと、３．０〜５．０原子％のＶとを含有
し、残部がＴｉおよび不可避不純物と、からなることが
好ましい。Ａｌ含有量が４４原子％未満では、もろいＴ
ｉ3Ａｌ相が多量に生成し、５０原子％を超えると、Ｔ
ｉＡｌ単相、またはもろいＡｌ3Ｔｉ相が生成し、耐異
物衝撃性が低下する。また、Ｖ含有量が３．０原子％未
満では、不規則なラメラー粒によるき裂の進展を不連続
にする効果が十分に発揮されず、５．０原子％を超える
と、耐熱材料として重要な特性である耐酸化性が悪くな
るとともに、ＴｉＡｌ合金の軽量性を損ねることとな
る。
原子％のＡｌと、３．０〜５．０原子％のＶとを含有
し、残部がＴｉおよび不可避不純物と、からなることが
好ましい。Ａｌ含有量が４４原子％未満では、もろいＴ
ｉ3Ａｌ相が多量に生成し、５０原子％を超えると、Ｔ
ｉＡｌ単相、またはもろいＡｌ3Ｔｉ相が生成し、耐異
物衝撃性が低下する。また、Ｖ含有量が３．０原子％未
満では、不規則なラメラー粒によるき裂の進展を不連続
にする効果が十分に発揮されず、５．０原子％を超える
と、耐熱材料として重要な特性である耐酸化性が悪くな
るとともに、ＴｉＡｌ合金の軽量性を損ねることとな
る。
【００１９】本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、Ｚｒ、Ｈｆ
の１種以上の元素を合計量が０．１〜２．０原子％で含
有することが好ましい。Ｚｒ、Ｈｆは、ＴｉＡｌ中に固
溶して強度を向上させ、合金に異物が衝突したときの陥
没を抑制することで、耐異物衝撃性を向上させる元素で
ある。これらの元素の合計量が０．１原子％未満となる
と、合金の強度の向上の効果が見られず、２．０原子％
を超えると合金の強度の向上の効果の向上が見られなく
なるとともに、Ｔｉ−Ａｌ系合金の軽量性を損ねること
となる。
の１種以上の元素を合計量が０．１〜２．０原子％で含
有することが好ましい。Ｚｒ、Ｈｆは、ＴｉＡｌ中に固
溶して強度を向上させ、合金に異物が衝突したときの陥
没を抑制することで、耐異物衝撃性を向上させる元素で
ある。これらの元素の合計量が０．１原子％未満となる
と、合金の強度の向上の効果が見られず、２．０原子％
を超えると合金の強度の向上の効果の向上が見られなく
なるとともに、Ｔｉ−Ａｌ系合金の軽量性を損ねること
となる。
【００２０】本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、１種以上の
希土類元素を合計量が０．０１〜１．０原子％で含有す
ることが好ましい。本発明のＴｉ−Ａｌ系合金はＴｉＡ
ｌとＴｉ3Ａｌが層状構造を形成しているものであり、
希土類元素をこの合金に添加することで層状組織の層間
隔を小さくするとともにラメラー粒を微細にすることが
できる結果、き裂の進展が抑制され、耐異物衝撃性が向
上する。希土類元素の合計量が０．０１原子％未満では
そのような効果が見られず、１．０原子％を超えると粒
界に多量の晶出物の形成を招き、き裂が晶出物に沿って
容易に進展するようになるので耐異物衝撃性が低下す
る。
希土類元素を合計量が０．０１〜１．０原子％で含有す
ることが好ましい。本発明のＴｉ−Ａｌ系合金はＴｉＡ
ｌとＴｉ3Ａｌが層状構造を形成しているものであり、
希土類元素をこの合金に添加することで層状組織の層間
隔を小さくするとともにラメラー粒を微細にすることが
できる結果、き裂の進展が抑制され、耐異物衝撃性が向
上する。希土類元素の合計量が０．０１原子％未満では
そのような効果が見られず、１．０原子％を超えると粒
界に多量の晶出物の形成を招き、き裂が晶出物に沿って
容易に進展するようになるので耐異物衝撃性が低下す
る。
【００２１】本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｍｏ、Ｗの１種以上の元素を合計量が０．２〜２．
０原子％で含有することが好ましい。Ｎｂ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、ＷをＴｉ−Ａｌ系合金に添加することで合金の耐酸
化性が向上される。これらの元素の合計量が０．２原子
％未満では耐酸化性の向上効果が見られず、２．０原子
％を超えるとＴｉＡｌ（γ）相およびＴｉ3Ａｌ（α2）
相そのものが脆くなることから耐異物衝撃性が低下する
だけでなく、これらの元素は比重が大きいことからＴｉ
Ａｌ合金の軽量性を損ねることとなる。
ａ、Ｍｏ、Ｗの１種以上の元素を合計量が０．２〜２．
０原子％で含有することが好ましい。Ｎｂ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、ＷをＴｉ−Ａｌ系合金に添加することで合金の耐酸
化性が向上される。これらの元素の合計量が０．２原子
％未満では耐酸化性の向上効果が見られず、２．０原子
％を超えるとＴｉＡｌ（γ）相およびＴｉ3Ａｌ（α2）
相そのものが脆くなることから耐異物衝撃性が低下する
だけでなく、これらの元素は比重が大きいことからＴｉ
Ａｌ合金の軽量性を損ねることとなる。
【００２２】このことは、本発明のＴｉ−４６ａｔ％Ａ
ｌ−３．６ａｔ％Ｖ合金にＮｂを添加したときのＮｂ添
加量と酸化増量および破壊限界速度の関係の測定結果か
らも明らかである。ここでの酸化増量の測定方法は、所
定の組成のＴｉ−Ａｌ系合金から、１０×１５×３ｍｍ
の試験片を切り出し、９００℃の大気中に１００時間保
持した後の試験片の酸化増量を測定することにより行わ
れた。また、破壊限界速度については、後述の実施例で
行われたように、ヘリウム銃を用いてＳＵＪ２球をＴｉ
−Ａｌ系合金よりなるタービン翼に打ち込み、その翼欠
けの生じた速度を測定することで行われた。
ｌ−３．６ａｔ％Ｖ合金にＮｂを添加したときのＮｂ添
加量と酸化増量および破壊限界速度の関係の測定結果か
らも明らかである。ここでの酸化増量の測定方法は、所
定の組成のＴｉ−Ａｌ系合金から、１０×１５×３ｍｍ
の試験片を切り出し、９００℃の大気中に１００時間保
持した後の試験片の酸化増量を測定することにより行わ
れた。また、破壊限界速度については、後述の実施例で
行われたように、ヘリウム銃を用いてＳＵＪ２球をＴｉ
−Ａｌ系合金よりなるタービン翼に打ち込み、その翼欠
けの生じた速度を測定することで行われた。
【００２３】すなわち、図２に示されるように、本発明
のＴｉ−Ａｌ系合金は、Ｎｂの添加により酸化増量が減
少していることから耐酸化性が向上しているが、Ｎｂが
２ａｔ％を超えて添加されても添加されたＮｂの増加量
ほど酸化増量の減少が見られず耐酸化性の向上効果がほ
ぼ飽和していることがわかる。さらに、図２に示される
ように本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、Ｎｂの添加量が増
加するにつれて破壊限界速度が小さくなっており、耐異
物衝撃性の低下が見られる。
のＴｉ−Ａｌ系合金は、Ｎｂの添加により酸化増量が減
少していることから耐酸化性が向上しているが、Ｎｂが
２ａｔ％を超えて添加されても添加されたＮｂの増加量
ほど酸化増量の減少が見られず耐酸化性の向上効果がほ
ぼ飽和していることがわかる。さらに、図２に示される
ように本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、Ｎｂの添加量が増
加するにつれて破壊限界速度が小さくなっており、耐異
物衝撃性の低下が見られる。
【００２４】本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、タービン用
部品の合金であることが好ましい。本発明のＴｉ−Ａｌ
系合金は、軽量・耐熱材料としてすぐれているとともに
耐異物衝撃性にすぐれていることから、自動車エンジン
用のターボチャージャー部品をはじめ、航空機、発電用
などのタービン用部品に用いることが好ましい。
部品の合金であることが好ましい。本発明のＴｉ−Ａｌ
系合金は、軽量・耐熱材料としてすぐれているとともに
耐異物衝撃性にすぐれていることから、自動車エンジン
用のターボチャージャー部品をはじめ、航空機、発電用
などのタービン用部品に用いることが好ましい。
【００２５】特に、本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、耐異
物衝撃性にすぐれているとともに、軽量であることから
タービンホイール、タービンブレードに好適である。
物衝撃性にすぐれているとともに、軽量であることから
タービンホイール、タービンブレードに好適である。
【００２６】本発明のＴｉ−Ａｌ系合金よりなるタービ
ン用部品の製造方法としては、たとえば、以下に示す方
法により得られる。
ン用部品の製造方法としては、たとえば、以下に示す方
法により得られる。
【００２７】まず、Ｔｉ、ＡｌおよびＶ、さらに所望に
より他の添加元素物質を、目的の組成となるように準備
する。このとき、それぞれが単独の元素物質でも、添加
元素を２種以上含んだ混合物や化合物などであっても、
さらにはこれらの混合物や化合物などであってもよい。
より他の添加元素物質を、目的の組成となるように準備
する。このとき、それぞれが単独の元素物質でも、添加
元素を２種以上含んだ混合物や化合物などであっても、
さらにはこれらの混合物や化合物などであってもよい。
【００２８】その後、これらの原料を溶解する。この溶
解は、プラズマスカル溶解法、真空アーク溶解法、イン
ダクションスカル溶解法、電子ビーム溶解法、高周波る
つぼ溶解法などの通常知られたいずれの溶解方法を用い
てもよい。
解は、プラズマスカル溶解法、真空アーク溶解法、イン
ダクションスカル溶解法、電子ビーム溶解法、高周波る
つぼ溶解法などの通常知られたいずれの溶解方法を用い
てもよい。
【００２９】溶解した後の部品成形法としては、各種の
鋳造法、造塊後の加工熱処理法などの通常の方法を用い
ることができる。その中で、複雑な形状部品を容易に得
ることができることから精密鋳造法が好適である。
鋳造法、造塊後の加工熱処理法などの通常の方法を用い
ることができる。その中で、複雑な形状部品を容易に得
ることができることから精密鋳造法が好適である。
【００３０】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００３１】本発明のＴｉ−Ａｌ系合金の実施例とし
て、表１および表２に示される組成の合金を溶解し、精
密鋳造により翼厚０．７ｍｍのタービンホイールを作製
した。
て、表１および表２に示される組成の合金を溶解し、精
密鋳造により翼厚０．７ｍｍのタービンホイールを作製
した。
【００３２】本実施例の作製は、表１に示される所定の
組成となるようにＴｉ、Ａｌ、Ｖおよびその他の所定の
元素を調整し、銅製るつぼを用いたインダクションスカ
ル溶解により溶解した後に、タービンホイールの形状に
精密鋳造することで作製された。
組成となるようにＴｉ、Ａｌ、Ｖおよびその他の所定の
元素を調整し、銅製るつぼを用いたインダクションスカ
ル溶解により溶解した後に、タービンホイールの形状に
精密鋳造することで作製された。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】また、本発明の比較例として表３に示され
る組成の合金を用いて実施例と同様の方法でタービンホ
イールを作製した。
る組成の合金を用いて実施例と同様の方法でタービンホ
イールを作製した。
【００３６】
【表３】
【００３７】（耐異物衝撃性の評価）本実施例の耐異物
衝撃性の評価として、実施例のタービンホイールにＳＵ
Ｊ２球を衝突させ、翼欠けの出始める衝突速度（破壊限
界速度）を測定する試験を行った。このときの、測定結
果を表１にあわせて示した。
衝撃性の評価として、実施例のタービンホイールにＳＵ
Ｊ２球を衝突させ、翼欠けの出始める衝突速度（破壊限
界速度）を測定する試験を行った。このときの、測定結
果を表１にあわせて示した。
【００３８】すなわち、実施例として作製したタービン
ホイールの翼の表面に直径１ｍｍのＳＵＪ２球をヘリウ
ム銃で撃ち込み、この翼欠けが発生する衝突速度を測定
することで耐異物衝撃性の評価とした。なお、ＳＵＪ２
球の衝突速度の調節は、ヘリウム銃のヘリウムガス圧を
変化させることにより行われた。また、ＳＵＪ２球のタ
ービンホイールへの衝突は、タービンホイールの翼面に
垂直にＳＵＪ２球を衝突させることで行われた。ＳＵＪ
２球を衝突させた後、翼欠けの確認を目視により行っ
た。ここで、タービンブレードの翼欠けとは、タービン
ブレードがＳＵＪ２球により破断した状態を示す。
ホイールの翼の表面に直径１ｍｍのＳＵＪ２球をヘリウ
ム銃で撃ち込み、この翼欠けが発生する衝突速度を測定
することで耐異物衝撃性の評価とした。なお、ＳＵＪ２
球の衝突速度の調節は、ヘリウム銃のヘリウムガス圧を
変化させることにより行われた。また、ＳＵＪ２球のタ
ービンホイールへの衝突は、タービンホイールの翼面に
垂直にＳＵＪ２球を衝突させることで行われた。ＳＵＪ
２球を衝突させた後、翼欠けの確認を目視により行っ
た。ここで、タービンブレードの翼欠けとは、タービン
ブレードがＳＵＪ２球により破断した状態を示す。
【００３９】表１〜表３より、本発明の実施例によるＴ
ｉ−Ａｌ系合金は、破壊限界速度が４００ｍ／ｓ以上と
高くなっていることから、耐異物衝撃性にすぐれている
ことがわかる。ここで、比較例のＴｉ−Ａｌ系合金は、
破壊限界速度が最大で３８０ｍ／ｓと実施例の合金に比
べて速度が小さくなっている。
ｉ−Ａｌ系合金は、破壊限界速度が４００ｍ／ｓ以上と
高くなっていることから、耐異物衝撃性にすぐれている
ことがわかる。ここで、比較例のＴｉ−Ａｌ系合金は、
破壊限界速度が最大で３８０ｍ／ｓと実施例の合金に比
べて速度が小さくなっている。
【００４０】
【発明の効果】本発明のＴｉ−Ａｌ系合金は、実施例の
破壊限界速度が大きいことからわかるように、耐異物衝
撃性にすぐれている。また、Ｔｉ−Ａｌ系合金は軽量で
ある、耐熱性を有するという特性を有することからター
ビン用部品、特にタービンホイールに用いられることが
好ましい。
破壊限界速度が大きいことからわかるように、耐異物衝
撃性にすぐれている。また、Ｔｉ−Ａｌ系合金は軽量で
ある、耐熱性を有するという特性を有することからター
ビン用部品、特にタービンホイールに用いられることが
好ましい。
【図１】 ＡｌおよびＶ含有量を変化させたときのＴｉ
−Ａｌ系合金の破壊限界速度の測定結果を示した図であ
る。
−Ａｌ系合金の破壊限界速度の測定結果を示した図であ
る。
【図２】 本発明のＴｉ−４６ａｔ％Ａｌ−３．６ａｔ
％Ｖ合金にＮｂを添加したときのＮｂ添加量と酸化増量
および破壊限界速度の関係の測定結果の図である。
％Ｖ合金にＮｂを添加したときのＮｂ添加量と酸化増量
および破壊限界速度の関係の測定結果の図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 卓 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内
Claims (8)
- 【請求項１】 ４４〜５０原子％のＡｌと、０．５〜
５．０原子％のＶとを含有し、残部がＴｉおよび不可避
不純物と、からなることを特徴とするＴｉ−Ａｌ系合
金。 - 【請求項２】 前記Ｖの含有量は、３．０〜５．０原子
％である請求項１記載のＴｉ−Ａｌ系合金。 - 【請求項３】 前記Ａｌの含有量は、４４〜４８原子％
である請求項１記載のＴｉ−Ａｌ系合金。 - 【請求項４】 Ｚｒ、Ｈｆの１種以上の元素を合計量が
０．１〜２．０原子％で含有することを特徴とする請求
項１記載のＴｉ−Ａｌ系合金。 - 【請求項５】 １種以上の希土類元素を合計量が０．０
１〜１．０原子％で含有することを特徴とする請求項１
記載のＴｉ−Ａｌ系合金。 - 【請求項６】 Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗの１種以上の元素
を合計量が０．２〜２．０原子％で含有することを特徴
とする請求項１記載のＴｉ−Ａｌ系合金。 - 【請求項７】 タービン用部品の合金である請求項１記
載のＴｉ−Ａｌ系合金。 - 【請求項８】 ４４〜５０原子％のＡｌと、０．５〜
５．０原子％のＶとを含有し、残部がＴｉおよび不可避
不純物と、からなるＴｉ−Ａｌ系合金により形成されて
いることを特徴とするタービン部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11300735A JP2000192176A (ja) | 1998-10-23 | 1999-10-22 | 耐異物衝撃性に優れたＴｉ―Ａｌ系合金およびタ―ビン部品 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30275698 | 1998-10-23 | ||
| JP10-302756 | 1998-10-23 | ||
| JP11300735A JP2000192176A (ja) | 1998-10-23 | 1999-10-22 | 耐異物衝撃性に優れたＴｉ―Ａｌ系合金およびタ―ビン部品 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003435095A Division JP4211602B2 (ja) | 1998-10-23 | 2003-12-26 | 耐異物衝撃性に優れたＴｉ−Ａｌ系合金およびタービン部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000192176A true JP2000192176A (ja) | 2000-07-11 |
Family
ID=26562438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11300735A Pending JP2000192176A (ja) | 1998-10-23 | 1999-10-22 | 耐異物衝撃性に優れたＴｉ―Ａｌ系合金およびタ―ビン部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000192176A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009131905A (ja) * | 2001-06-06 | 2009-06-18 | Borgwarner Inc | 鋳造チタン製コンプレッサ羽根車 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01255632A (ja) * | 1988-04-04 | 1989-10-12 | Mitsubishi Metal Corp | 常温靭性を有するＴｉ―Ａｌ系金属間化合物型鋳造合金 |
| JPH05247566A (ja) * | 1992-03-06 | 1993-09-24 | Daido Steel Co Ltd | Ｔｉ−Ａｌ系耐熱部品 |
| JPH05255827A (ja) * | 1992-03-13 | 1993-10-05 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ＴｉＡｌ金属間化合物基合金の製造方法 |
| JPH05261590A (ja) * | 1992-03-16 | 1993-10-12 | Daido Steel Co Ltd | ＴｉまたはＴｉ合金製の部材の表面硬化材、表面硬化方法および表面硬化部材 |
| JPH05271830A (ja) * | 1992-03-27 | 1993-10-19 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ＴｉＡｌ系金属間化合物基合金部材 |
| JPH0741888A (ja) * | 1993-07-27 | 1995-02-10 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 高延性Ｔｉ−Ａｌ系合金 |
| JPH10110229A (ja) * | 1996-10-02 | 1998-04-28 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | クリープ強度に優れたＴｉＡｌ金属間化合物およびその製造方法 |
-
1999
- 1999-10-22 JP JP11300735A patent/JP2000192176A/ja active Pending
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| A02 | Decision of refusal |
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