JP2003533594A - 段階的ミクロ組織から成る多領域を有したγ‐ＴｉＡｌ合金を主成分とする物質 - Google Patents

段階的ミクロ組織から成る多領域を有したγ‐ＴｉＡｌ合金を主成分とする物質

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ギューテル，フォルケル
オットー，アンドレアス
クレメンス，ヘルムート
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ゲーエフエー メタレ ウント マテリアーリエン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、空間的に隣接した領域の各々が、異なったミクロ組織構造を有する段階的ミクロ組織転移を具現した金属間γ‐ＴｉＡｌベース合金からなる塊状物質に関するものである。この合金は、少なくとも一領域において複数層のα2 ／γ薄片を含み、少なくとも一つの他の領域において近似的‐γミクロ組織、二重ミクロ組織、又は微細薄片ミクロ組織を含み、更に、段階的ミクロ組織の転移ゾーンを含む薄片鋳造ミクロ組織をなすものであり、転移ゾーンにおいてそのミクロ組織は、領域間において段階的に変化するものである。本発明はまた、このような合金を製造する方法にも関連する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間的に分離した領域の各々が異なったミクロ組織を有するように、
それらの領域間において、段階的なミクロ組織転移を形成した金属間γ‐ＴｉＡ
ｌ合金を主成分とする物質及びそれらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属間γ‐ＴｉＡｌ合金は、近年、それらの独特な材料特性の組み合わせが生じ
得ることに注目されている。それらの物質が極めて軽量であるとともに、有利な
機械的及び熱物理学的特性を有するという特質は、それらを航空及び宇宙飛行の
分野において有用であるとされている。その高温耐性及び腐食耐性は、機械中の
急速動作要素、例えば、燃焼機関におけるバルブやガスタービン中のブレードと
してふさわしいものである。
【０００３】 近年、利用されている工業生産可能なγ‐ＴｉＡｌ合金は、主相としての規則的
な正方晶系γ‐ＴｉＡｌと、典型的には、５〜１５ｖｏｌ．％の規則的な六方晶
系α2 ‐Ｔｉ3 Ａｌに加えて多相構造を有している。合金要素（元素）としての
耐熱金属は、β相（無秩序）又はβ２相（規則的）のいずれかを生ずる準安定立
方体中心相の形成に寄与する。これらの合金添加物は、酸化耐性及びクリープ耐
性を改善するものである。Ｓｉ、Ｂ及びＣは少量を加えることにより、鋳造ミク
ロ組織の粒子を精製する。対応するＣ成分は、沈殿・固化に寄与させることがで
きる。合金要素Ｃｒ、Ｍｎ及びＶは、ＴｉＡｌ合金の室温延性を増大させ、それ
らが脆性を有しないようにする。合金の形成は、種々の合金種類の範囲に対する
使用プロファイルに応じて行われ、一般には、次のような実験式において記述さ
れる。 ＴｉＡｌ(44-48) （Ｃｒ，Ｍｎ，Ｖ）0.5-5 （Ｚｒ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｎｉ）0.1-10（Ｓｉ，Ｂ，Ｃ，Ｙ）0.05-1（ａｔｏｍ．％で記載）
【０００４】 ＴｉＡｌ合金は、通常、真空アーク炉（ＶＡＲ‐Ｖａｃｕｕｍ Ａｒｃ Ｒｅｍ
ｅｌｔｉｎｇ）中で繰り返し溶融されることにより、インゴットとして調製され
る。選択的に、工業的なγ‐ＴｉＡｌ主成分合金は、冷却壁誘導炉又はプラズマ
炉からチル鋳造されることにより、又は冷却壁るつぼから不活性ガスアトマイズ
によりγ‐ＴｉＡｌ粉末及び更なる粉末化金属加工を施すことにより製造される
。通常、インゴット根を介して溶融したγ‐ＴｉＡｌは、荒粒子化ミクロ組織を
有し、それらの粒子はγ‐ＴｉＡｌ／γα2 ‐Ｔｉ3 Ａｌ薄片（ｌａｍｅｌｌａ
ｒ：図１参照）から基本的に構成される。用いられる溶融工程、合金組成、及び
溶融体から固体合金への固化速度及び形式、更には、その後の冷却方式に応じて
、均質性の範囲及び粒子径の範囲が広範囲に異なり、更には、微細な又は荒い薄
片構造をも鋳造ミクロ組織における合金の粒子範囲内において実現することがで
きる。
【０００５】 例えば、米国特許明細書第５８４６３５１号、同第５８２３２４３号、同第５７
４６８４６号、及び同第５４９２５７４号に記載された記述内容は、上述の事項
を代表的に説明している。
【０００６】 材料中において、実際に生成される相及びミクロ組織によれば、その物質中にお
いて、機械的特性の種々の組み合わせ、例えば、延性、疲れ強さ（破断の伸び及
び引っ張り強さによる）、高温におけるクリープ抵抗及び破断の粘り強さなどの
異なった組み合わせを得ることができる。
【０００７】 γ‐ＴｉＡｌ合金のミクロ組織による機械的特性の幅は、９００℃〜１４００℃
内での温度における塊状金属形成により鋳造ミクロ組織のものと比較して、実質
的に広いものである。塊状金属形成中においては、動的に再結晶される微粒化ミ
クロ組織が形成される。金属形成温度を選択することにより、及び／又はいわゆ
るα‐転移温度以上、又は以下の熱処理を加えることにより、四種類の基本的ミ
クロ組織が形成される。すなわち、一つは、近似‐γミクロ組織（粒子境界及び
三重点におけるα2 相を有する球状γ粒子）であり、二つ目は、二重ミクロ組織
（ほとんど均等な配分における球状γ粒子及び薄片α2 ／γ）であり、三つ目は
、近似的薄片ミクロ組織（複数層のα2 ／γ薄片体及び分離した球状γ粒子から
なる粒子群）であり、さらに四つ目は、完全薄片化ミクロ組織（粒子群からなる
複数層のα2 ／γ薄片体）である（図２参照）。
【０００８】 微粒化された近似的γ及び二重ミクロ組織は、室温において良好な延性を有し、
高い伸び率、高い引っ張り強さ及び高い疲れ強さを有するが、クリープ抵抗は低
く、破断に対する粘り強さも小さい。他方、比較的粗い粒子を有するとともに、
顕著な薄片構造を有するミクロ組織は、明らかに増強されたクリープ抵抗と比較
的大きい破断粘り強さを有するものであるが、反面、疲れ強さ及び破断までの伸
びが低くなる。
【０００９】 γ‐ＴｉＡｌに関する多数の合金及びミクロ組織の設計は、すでにテストされ、
同一の効果を得るための工程は多数存在する。
【００１０】 これらの結果は、一方においては、処理工程によりしばしば逆の変化を生ずるこ
とになる物質中の個々の熱機械的特性のいずれを重視するかという問題を生じ、
他方においては、適用されるべき個々の不可欠な処理工程を最適のコストでどの
ように実施するかという問題を生ずる。
【００１１】 原理的に、溶融体から固化されたγ‐ＴｉＡｌを主成分とする合金は、その物質
の後処理に従って特定される相構造及びミクロ組織構造を生成するように用いら
る。これらの後処理は、従来技術によれば、特定の熱処理サイクル（２０００年
発行のドイツ語誌、サイツシュリフト フュール メタルクンデ、９０（２００
０）３、第２０５頁において、Ｄ．ツァング、Ｐ．コーボルト、Ｖ．ギュッター
及びＨ．クレメンツ共著のＴｉ‐４６Ａｌ‐２Ｃｒ‐２Ｍｏ‐Ｏ、２５Ｓｉ‐Ｏ
、３Ｂ合金における「コロニーサイズ及び薄片間隔の影響」参照）であるか、又
は種々の金属形成工程からなるものである。
【００１２】 ドイツ国特許明細書ＤＥ‐Ｃ‐４３ １８ ４２４ Ｃ２は、γ‐ＴｉＡｌ合金
から種々の形態に調製された物質を記載している。例えば、その形態としては、
エンジン用のバルブ構造におけるバルブヘッドなどがある。この目的のため、鋳
造素材は、高い度合いの金属形成を伴う準‐等温条件において、１０５０℃〜１
３００℃の温度範囲において最初の変形を生じ、次に冷却され、更に最終的に、
１０-4〜１０-1／ｓの低い金属形成速度において、温度９００℃〜１１００℃に
より、超硬化金属として形成される。この工程は、幾つかの工程を実施しなけれ
ばならないため、技術的にコストの高いものとなる。
【００１３】 しばしば要求されるこれら金属合金は、例えば、燃焼機関用のバルブ及びガスタ
ービン用のロータブレードを含み、各成分領域毎に異なった材料特性が要求され
る。特に、この傾向は、それらの熱機械的特性に関することが多い。この要求は
、ある成分が異なった物質、例えば、強制的及び／又は材料的なロッキングジョ
イントにより達せられる複数層の領域からなるべきであるという規則に適合する
。今日、燃焼機関用のバルブは、例えば、ステム用及びヘッド領域用として異な
った鋼材料から薄片にされ、各部分はフリクション溶接により互いに接合される
。
【００１４】 オーストリア国特許文献ＡＴ‐Ｕ‐３８１／９８によれば、主成分がγ‐ＴｉＡ
ｌからなる合金より形成された燃焼機関用バルブヘッドは、例えば、合金粉末の
熱平衡プレスにより調製されるか、又は成形された一塊の素材から薄片とされる
ものとして記述されている。バルブのヘッド領域として要求されることを満足す
る熱機械的な材料特性により、未完成部分は、最初の金属形成工程により均一に
形成される。押し出し成形による第二の金属形成工程において、この素材は、動
的に成分ターゲット寸法に形成された半製品として一度金属形成されたものが、
更に、適当な押し出し型において部分的に金属成形される。この押し出し型にお
いては、材料の特質に適合した処理パラメータが適用され、これによって、ステ
ムが製造される。バルブステムとして要求される熱機械的な材料特性は、この二
次成形部分において発揮される。この二次成形部分用の押し出し工程は、単一金
属から形成された狭いステム領域、厚いヘッド領域及び円錐転移領域とからなる
二重金属成形により完成したバルブが形成れたときにおいて、入口及び出口間の
円錐転移を圧縮モールド中に割り込んで実施される。ミクロ組織、特に、ヘッド
及びステム領域間の粒子状ミクロ組織及びサイズは、二段階の金属形成ステップ
の金属形成パラメータにより決定される態様において、段階的に変化する。この
工程は、同じく数段階の金属形成ステップからなり、したがって、時間消費及び
経済性の上で問題がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、最終状態において、異なった機械的要件のプロファイルを有す
る複数層の局部領域を有し、材料特性に関する転移ゾーンを現ずるようなγ‐Ｔ
ＩＡｌを主成分とする物品要素を製造することであり、その製造工程は、従来技
術におけるよりも経済的であり、比較的廉価に製造し得るものである。この目的
は、一成分中において異なった基本ミクロ組織を特定することにより、ミクロ組
織依存特性の可能な幅を拡張することにより達せられる。したがって、個々の領
域において、顕著に相違する温度と強い歪みを受けるような諸成分からなるよう
に、ミクロ組織は可能な限りの要求に適合し、かつ品質的に優れた熱機械的特性
を有するように製造され、若しくは、多段金属成形により、周知の工程で得られ
た物品要素に劣らず、しかも、クリープ性に優れた諸成分を形成することが可能
である。
【００１６】 この目的は、空間的に隣接した領域であって、各々が異なったミクロ組織構造を
有する段階的なミクロ組織転移を具現した金属間γ‐ＴｉＡｌ合金からなる塊状
物質を製造することにより達せられる。この塊状物質は、少なくとも一領域にお
いて複数層のα2 ／γ薄片からなる薄片体ミクロ組織と、少なくとも一つの他の
領域における近似的‐γミクロ組織、二重ミクロ組織又は微細薄片ミクロ組織、
及び薄片鋳造ミクロ組織が段階的に他のミクロ組織に変化するように、これら領
域間に存在する段階的ミクロ組織を伴う転移ゾーンを備えている。
【００１７】 複数層のα2 ／γ薄片からなる薄片化鋳造ミクロ組織は、好ましくは、溶融合金
の配向性固化により生成される。近似的‐γミクロ組織、二重ミクロ組織、又は
微細薄片ミクロ組織は、好ましくは、塊状金属形成及び選択的な後処理を施すこ
とにより、少なくとも一つの他の領域における鋳造ミクロ組織から生成される。
【００１８】 本発明の目的は更に、これらの物品要素を第一段階においては、通常の方法にお
いて適当な方法においてＴｉＡｌ溶融体とし、第二段階においては、平衡固化に
よりそのＴｉＡｌ溶融体を複数層のα2 ／γ‐ＴｉＡｌ薄片からなる薄片化鋳造
ミクロ組織を有する半製品に変換するように配向的に固化形成し、第三段階にお
いて、その半製品の一部又は複数層の領域を９００℃〜１４００℃の温度範囲に
おいて塊状金属形成することにより、変換されたα2 ／γ‐ＴｉＡｌ薄片体であ
って、近似的‐ミクロ組織、二重ミクロ組織又は微細薄片ミクロ組織に変換され
た薄片化ミクロ組織を得ることにより達せられる。
【００１９】
【発明を解決するための手段】
好ましい実施態様においては、連続鋳造によりＴｉＡｌ溶融体から生成され、バ
ー領域の押し出しにより、塊状金属形成された無空円筒形半製品が生成される。
【００２０】 更なる態様において、ＴｉＡｌ溶融体の延伸鋳造により、空洞のない物体として
生成され、かつバー領域の押し出しにより塊状金属形成された円筒状半製品が生
成される。
【００２１】 本発明によれば、高い引っ張り強度、延性、及び疲れ強さを有する領域と、高い
破断に対する粘り強さ及び高いクリープ抵抗を備えた領域が、一個の同一物体に
おいて実現される。
【００２２】 本発明により、製造された物体の主たる利点は、製造工程を選択することにより
、従来の方法に比して製造コストの十分な節約が可能となる。この経済的利益は
、このような要素によって鋳造ミクロ組織を有する半製品の反復的な金属形成に
よってそれが可能となるという技術的発見に基づくものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明による特定の鋳造工程を以下に詳述するが、各物質に対する要求
に個々にマッチした比較的大きい変動幅を有する特性の結合を達成した予期し得
ない有利な材料特性については、すでに述べた通りである。次に、鋳造半製品の
特性からは大きく異なった熱機械的特性を伴う動的な再結晶化ミクロ組織は、そ
のような方法において設定された鋳造ミクロ組織を有する半製品から塊状金属化
形成を行うことにより生成される。再結晶化ミクロ組織の特性は、処理パラメー
タを適用することによって等しく変化させることができる。
【００２４】 特定の溶融及び鋳造工程とそれに続く金属形成工程の双方は、互いに独自の態様
において補完される。全体として材料特性及びそれら材料特性の組み合わせは、
多段金属形成工程においてすら従来実現されなかったような広範囲において、単
一ステージ金属形成工程による単一物質内において達成することができる。この
発見は、大きく異なった歪みに対し、及びそれ自体は材料として、原理的にγ‐
ＴｉＡｌの使用が示唆されてきたような工業的利用に対して、限定的に寄与する
組成物に関するものである。
【００２５】 物質名“金属間γ‐ＴｉＡｌ合金”は、単一合金の広範な分野をカバーするもの
である。その鍵となる合金の範囲は、次の実験式により表される。 ＴｉＡｌ(44-48) （Ｃｒ，Ｍｎ，Ｖ）0.5-5 （Ｚｒ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｎｉ）0.1-10（Ｓｉ，Ｂ，Ｃ，Ｙ）0.05-1（ａｔｏｍ．％で記載） 更に、この物質グループは、例えば、典型的な合金組成Ｔｉ‐２５Ａｌ‐２０Ｎ
ｂ（ａｔｏｍ．％）を有するオルト斜方晶系チタニウムアルミナイドを含むもの
である。それらの比較的大きい質量は、このグループを、例えば、燃焼機関にお
けるバルブの場合など、急速かつ振動的な運動形態に支配されるような応用分野
における魅力を多少とも減殺するものである。
【００２６】 本発明により、ミクロ組織は、対応する物品要素に従って選択された本発明によ
る処理段階に基づく方法において多くの相から形成され、かつ基本的ミクロ組織
から形成されることは明らかである。
【００２７】 溶融体から形成され、又は溶融鋳造素材から得られるγ‐ＴａＡｌ合金の製造に
関して、先に述べた方法は、その素材内における不均質に発展たした相及びミク
ロ組織を有するものであり、それは熱平衡圧縮（ＨＩＰ）及び／又は高温アニー
ル又は金属形成を通じて本来必要な均質性をもたらす。他方、冷壁るつぼから本
発明による連続的な鋳造工程を実施し、インゴットを取り出すことは、物品要素
を形成するために理想的な方法として証明され、高い温度クリープ耐性及び高い
破断までの粘り強さの適用に対する必要な材料特性を示すものであるが、疲れ強
さ及び破断までの伸びの範囲を小さくするということに留意しなければならない
。連続鋳造を介して溶融体の引き抜きを行うことにより、特性プロファイルは、
金属形成されない物体領域においてその完成品に必要な程度の大きさを実現でき
る。例えば、特性プロファイルの一つは、燃焼機関用のバルブ中におけるヘッド
部分の特性である。連続鋳造による半製品の直径を小さく選択すればするほど、
薄片集群サイズ及び薄片相間の間隔は小さくなり、比較的大きい破断までの粘り
強さ及びクリープ抵抗を実現することができる。
【００２８】 鋳造素材型の半製品は、次に、９００℃〜１４００℃間の温度範囲において、押
し出し成形又はこれと同等の金属形成工程が実施され、本発明による塊状金属形
成を行い、最終製品の寸法に適合した形状に仕上げられる。段階的ミクロ組織を
実現するため、プロファイル寸法を有する押し出しダイにおける全長の一部分の
みにわたってバーが押し出される。この場合のプロファイル寸法とは、金属形成
領域における物品要素の最終寸法に少なくとも近似するものであり、例えば、燃
焼機関用のバルブの場合には、ステム及びヘッド領域間の円錐転移を伴うように
実行される。すなわち、押し出しダイは、入口領域及び出口領域間において円錐
状に傾斜した断面を有するものである。半製品は、円錐状テーパダイ領域におけ
る広範囲にわたって金属形成され、これによって、鋳造ミクロ組織のミクロ組織
状態から押し出しによって達成された再結晶化ミクロ組織状態へと連続的に変換
される。当業者にとっては、容易に認識されることであるが、その物質に固有の
熱機械的特性は、対応する金属形成パラメータによりその物質の属性限度内にお
いて選択的に変更され、それらを適当な特定の用途に向けることができる。
【００２９】 本発明による好ましい物品要素は、燃焼機関用バルブである。これは特に、将来
の使用を視野に入れたものである。現在までのエンジンバルブは、カムシャフト
を介して制御されるとともに、異なったタイプの鋼がこの目的のために用いられ
てきたのであるが、近年の傾向は、これを電磁的又は空気的な単一バルブ制御に
よって行おうとする。しかしながら、これは高温、特に、ヘッド領域において８
５０℃まで上がる温度条件において十分な強度及び腐食耐性を有しなければなら
ないために、軽量なバルブが要求される。
【００３０】 バルブは、ステム領域において比較的ゆるやかな温度範囲内にわたる強い交互歪
み（疲労）に晒される。強度及び延性に関する物質特性の要求は、これに伴って
高くなる。上述した通り、これらの局部的に異なる熱機械的特性は、本発明によ
る金属間γ‐ＴｉＡｌ合金の組成によって顕著に達せられる。
【００３１】 更に、極めて好ましく適用できる物品要素としては、異なった熱機械的特性がガ
スタービンのブレードの周辺領域におけるよりもブレードの基部において要求さ
れるようなガスタービンブレードである。
【００３２】 本発明は、燃焼機関用バルブに関する以下の実施例において、詳細に説明される
。
【００３３】
【実施例】
ａｔｏｍ．％における組成Ｔｉ‐４６Ａｌ‐８、５Ｎｂ‐（１−３）（Ｔａ、Ｓ
ｉ、Ｂ、Ｃ、Ｙ）のＴｉＡｌ出発合金は、溶融冶金根によって直径４０ｍｍのバ
ーに変換される。この直径は、バルブヘッドの直径にほぼ対応するものである。
合金は、チタンスポンジ、Ａｌ粒子化金属及びポリナリマスター合金（ｐｏｌｙ
ｎａｒｙ ｍａｓｔｅｒ ａｌｌｏｙ）ＡｌＮｂＴａＳｉＢＹＣを混合すること
により生成される。合金組成元素Ｎｂ、（１−３）（Ｔａ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ及びＹ
間の原子量比は、ＴｉＡｌ最終合金におけるものに対応する。安定なバーが材料
混合物から加圧され、真空アーク炉中における溶融型アーク溶接電極として用い
られるため、一次インゴットに再溶融される。この一次インゴットは、不均質な
合金組成を有するものであり、したがって、再溶融されることにより、水冷式銅
るつぼ中に配置されたような頭蓋骨状のプラズマ炉（冷間炉）において均質化さ
れる。溶融物質はプラズマ炉によって加熱されたチャンネルを経て、その頂上部
におけるバー取り出し装置中に流入する。この頂上部においては、冷却壁型誘導
るつぼにより、溶融相中における第三の均質化が生じる。溶融したＴｉＡｌ合金
は、ブロック又はバーとして下方に放出され、無空の固化体となる。この工程は
、図３に略示する通りであり、１９９５年刊の「ミネラル、金属及び物質」学会
誌において、Ｙ．Ｗ．キム、Ｒ．ワグナー及びＭ．ヤマグチ共著のＡ．Ｌ．ドー
ソン、その他による「プラズマアーク冷間炉内溶融されたＴｉ‐４８Ａｌ‐２Ｍ
ｎ‐２Ｎｂγチタニウムアルミナイドのミクロ組織及び化学的均質性」において
記載された通りである。
【００３４】 冷却壁型誘導コイルが、溶融体における攪拌効果を生ずるのみである前記文献記
載の工程に比して、本発明により設計されたコイルは、エネルギーがコイル中に
位置する合金の完全な溶融を行うに十分な値となるように設計されている。かく
して、得られた半製品は、１００μｍ〜５００μｍ間の薄片パケットからなるコ
ロニーサイズと、極めて高い均質性とを備えた薄片鋳造ミクロ組織を有するもの
である。このような半製品として得られた個々のバーは、円筒状セグメントに分
割され、保護ガスの下に金属形成のために必要な１２００℃まで昇温され、更に
、冷間押し出しによりバルブ形状を有する加熱ダイ中に押し込まれる。ステム領
域における金属形成比は、約１５：１であり、ステムの長さ方向における突出ヘ
ッド部からヘッドの先端にかけてゼロ金属形成となるまで減少していく。金属形
成された領域において、微細粒子化近似‐γミクロ組織が、この工程及び与えら
れた温度中により生ずる動的な再結晶の結果として生成されるが、薄片鋳造ミク
ロ組織は、ヘッド領域において残存する。このようにして得られた製品は、ここ
で３０分間脆性‐延性転移温度以上の温度において冷却される。この温度で、約
６０分間放置された後、室温において放冷される。
【００３５】 本発明は、以上に詳述した実施例に限定されるものではなく、その利用分野にお
ける要求に対応するミクロ組織を形成するための他の変形例を含むものである。
このγベースＴｉＡｌ合金材料は、例示した組成に限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＶＡＲ‐ＴｉＡｌインゴットの薄片化鋳造ミクロ組織を示す図である。
【図２】 Ａｌ量によって大きく変化するα転移が存在するα及びα＋γ間において対角線
上に走るラインを示したＴｉＡｌ相の断面図及びグラフであり、金属形成によっ
て動的に再結晶させる熱処理により、転移の上に完全に薄片体ミクロ組織を形成
し、それが温度に従って近似的薄片体、二重又は球状の近似的γ‐ミクロ組織と
なることを示している。
【図３】 １９９５年刊の「ミネラル、金属及び物質」学会誌において、Ｙ．Ｗ．キム、Ｒ
．ワグナー及びＭ．ヤマグチ共著のＡ．Ｌ．ドーソン、その他による「プラズマ
アーク冷間炉内溶融されたＴｉ‐４８Ａｌ‐２Ｍｎ‐２Ｎｂγチタニウムアルミ
ナイドのミクロ組織及び化学的均質性」において図示された均質ＴｉＡｌ半製品
の溶融状態を示す図である。
【図４】 本発明に従って薄片にされたバルブのヘッド領域の金属結晶性ミクロ組織図であ
って、ヘッド中において複数層のα2 ／γ相からなる粗粒子化薄片鋳造ミクロ組
織を示し、かつこのヘッドの円錐部におけるミクロ組織が分解して描かれた微細
粒子化近似‐γミクロ組織を有する領域へと連続的に変化する状態を示す図であ
る。
【図５】 ヘッド中心における薄片鋳造ミクロ組織の明るい顕微鏡写真である。
【図６】 ステム領域における球状金属形成ミクロ組織を更に拡大して示す明るい顕微鏡写
真である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年７月１５日（２００２．７．１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】 ヨーロッパ特許公開ＥＰ０９６５４１２Ａ１によれば、主成分がγ‐ＴｉＡｌか
らなる合金より形成された燃焼機関用バルブヘッドは、例えば、合金粉末の熱平
衡プレスにより調製されるか、又は成形された一塊の素材から薄片とされるもの
として記述されている。バルブのヘッド領域として要求されることを満足する熱
機械的な材料特性により、未完成部分は、最初の金属形成工程により均一に形成
される。押し出し成形による第二の金属形成工程において、この素材は、動的に
成分ターゲット寸法に形成された半製品として一度金属形成されたものが、更に
、適当な押し出し型において部分的に金属成形される。この押し出し型において
は、材料の特質に適合した処理パラメータが適用され、これによって、ステムが
製造される。バルブステムとして要求される熱機械的な材料特性は、この二次成
形部分において発揮される。この二次成形部分用の押し出し工程は、単一金属か
ら形成された狭いステム領域、厚いヘッド領域及び円錐転移領域とからなる二重
金属成形により完成したバルブが形成れたときにおいて、入口及び出口間の円錐
転移を圧縮モールド中に割り込んで実施される。ミクロ組織、特に、ヘッド及び
ステム領域間の粒子状ミクロ組織及びサイズは、二段階の金属形成ステップの金
属形成パラメータにより決定される態様において、段階的に変化する。この工程
は、同じく数段階の金属形成ステップからなり、したがって、時間消費及び経済
性の上で問題がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】 物質名“金属間γ‐ＴｉＡｌ合金”は、単一合金の広範な分野をカバーするもの
である。その鍵となる合金の範囲は、次の実験式により表される。 ＴｉＡｌ(44-48) （Ｃｒ，Ｍｎ，Ｖ）0.5-5 （Ｚｒ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｎｉ）0.1-10（Ｓｉ，Ｂ，Ｃ，Ｙ）0.05-1（ａｔｏｍ．％で記載）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 クレメンス，ヘルムート ドイツ連邦共和国、70174 シュトゥット ガルト、レレンベルクシュトラーセ 57

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空間的に隣接した各領域が互いに異なったミクロ組織構造を有す
    るように、段階的ミクロ組織転移を形成した金属間γ‐ＴｉＡｌ合金を主成分と
    する塊状物質であって、少なくとも１領域における複数層のα2 ／γ薄片からな
    る薄片鋳造ミクロ組織と、少なくとも一つの他の領域における近似的‐γミクロ
    組織、二重ミクロ組織又は微細・薄片ミクロ組織と、段階的ミクロ組織による転
    移ゾーンとからなり、前記薄片鋳造ミクロ組織が他のミクロ組織へと段階的に変
    化する構造が、これらの領域に渡って存在することを特徴とする金属間γ‐Ｔｉ
    Ａｌ合金を主成分とした塊状物質。
  2. 【請求項２】 前記α2 ／γ薄片からなる薄片鋳造ミクロ組織が溶融合金の配向
    性固化により生成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の塊状物質
    。
  3. 【請求項３】 前記近似的γミクロ組織、二重ミクロ組織又は微細・薄片ミクロ
    組織が、塊状金属形成及び選択的な後処理によって、前記少なくとも一つの他の
    領域における鋳造ミクロ組織から生成されたものであることを特徴とする請求項
    １又は２に記載の塊状物質。
  4. 【請求項４】 前記塊状物質が連続鋳造により溶融状態から無孔隙性のバー型に
    成形され、更にバー領域の押し出しにより塊状金属として成形された円筒状半製
    品であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の塊状物質。
  5. 【請求項５】 前記塊状物質が遠心鋳造により溶融状態から無空体のバ‐型に成
    形され、更にバー領域の押し出しにより塊状金属として成形された円筒状半製品
    であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の塊状物質。
  6. 【請求項６】 前記合金が、ａｔｏｍ．％において実験式 ＴｉＡｌ(44-48) （Ｃｒ，Ｍｎ，Ｖ）0.5-5 （Ｚｒ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，
    Ｗ，Ｎｉ）0.1-10（Ｓｉ，Ｂ，Ｃ，Ｙ）0.05-1 に対応するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の塊
    状物質。
  7. 【請求項７】 前記塊状物質が燃焼機関用のバルブであることを特徴とする請求
    項１〜６のいずれか１項に記載の塊状物質。
  8. 【請求項８】 第 1のステップにおいてＴｉ‐Ａｌ溶融体を生成し、第２のステ
    ップにおいてＴｉ‐Ａｌ溶融体を、配向性固化法により複数層のα2 ／γ薄片か
    らなる薄片鋳造ミクロ組織を有する半製品とし、前記半製品の部分領域又は部分
    領域群において、前記複数層のα2 ／γ薄片からなる薄片鋳造ミクロ組織を、第
    ３のステップにおいて９００℃〜１４００℃に加熱する塊状金属成形法により、
    近似的‐γミクロ組織、二重ミクロ組織又は微細・薄片ミクロ組織に変成するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の塊状物質を製造する方法。
  9. 【請求項９】 前記無孔隙性の円筒状半製品が、Ｔｉ‐Ａｌ溶融体を連続鋳造す
    ることにより生成され、更にバー領域の押し出しにより塊状金属として成形され
    ることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記円筒状半製品が、Ｔｉ‐Ａｌ溶融体を遠心鋳造法により無
    空体とし、次いでバー領域の押し出しにより塊状金属として成形されることを特
    徴とする請求項８に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記ＴｉＡｌ合金が、ａｔｏｍ．％において実験式 ＴｉＡｌ(44-48) （Ｃｒ，Ｍｎ，Ｖ）0.5-5 （Ｚｒ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，
    Ｗ，Ｎｉ）0.1-10（Ｓｉ，Ｂ，Ｃ，Ｙ）0.05-1 に対応するものであることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の
    方法。
  12. 【請求項１２】 前記塊状物質を燃焼機関用のバルブとして製造することを特徴
    とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
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