JP2017210658A - HEAT-RESISTANT Ti ALLOY AND HEAT-RESISTANT Ti ALLOY MATERIAL - Google Patents

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Naoyuki Narishima
尚之 成島
恭介 上田
Kyosuke Ueda
恭介 上田
幸大 前田
Yukihiro Maeda
幸大 前田
鈴木 聡
Satoshi Suzuki
聡 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat-resistant Ti alloy that can improve oxidation resistance in a high temperature region exceeding 800°C.SOLUTION: A heat-resistant Ti alloy is used in a high temperature region exceeding 800°C, the heat-resistant Ti alloy containing at least one of Al and Sn, and Si, with the content of Si of more than 0.1 mass% and less than 10 mass%.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、AlおよびSnの少なくとも1種を含む耐熱Ti合金および耐熱Ti合金材に関する。   The present invention relates to a heat resistant Ti alloy and a heat resistant Ti alloy material containing at least one of Al and Sn.

Ti合金は、軽量、高強度で耐腐食性に優れるため、化学や電力分野、航空機産業等の様々な技術分野において使用されている。近年では、部品の軽量化への要望や、Ti合金の低コスト製造技術開発の進展等の要因により、Ti合金を四輪車や二輪車等の車両用の排気系部品(例えばマフラー)に適用する動きが活発化している。   Ti alloys are lightweight, high-strength and excellent in corrosion resistance, and are therefore used in various technical fields such as the chemical and power fields and the aircraft industry. In recent years, Ti alloy is applied to exhaust system parts for vehicles such as four-wheeled vehicles and two-wheeled vehicles (for example, mufflers) due to factors such as demand for weight reduction of parts and progress in development of low-cost manufacturing technology for Ti alloys. The movement is becoming active.

一般的なTi合金の使用温度可能域は600℃以下とされているが、航空機エンジンや車両用の排気系部品では600℃を超える高温度域で使用可能な耐熱Ti合金が求められている。そこで、特許文献1、2では、高温度域750℃−800℃で使用可能な耐熱Ti合金が提案されている。   The usable temperature range of a general Ti alloy is set to 600 ° C. or less, but a heat-resistant Ti alloy that can be used in a high temperature range exceeding 600 ° C. is required for an exhaust system part for an aircraft engine or a vehicle. Therefore, Patent Documents 1 and 2 propose heat-resistant Ti alloys that can be used in a high temperature range of 750 ° C. to 800 ° C.

特開2005−290548号公報JP 2005-290548 A 特開2014−208873号公報JP 2014-208873 A

しかしながら、車両用の排気系部品では一時的に800℃を超える温度に曝されることがある。このため、800℃を超える高温度域において耐熱Ti合金の耐酸化性を向上することが望まれている。   However, exhaust parts for vehicles may be temporarily exposed to temperatures exceeding 800 ° C. For this reason, it is desired to improve the oxidation resistance of the heat-resistant Ti alloy in a high temperature range exceeding 800 ° C.

本発明の目的は、800℃を超える高温度域における耐酸化性を向上できる耐熱Ti合金および耐熱Ti合金材を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a heat-resistant Ti alloy and a heat-resistant Ti alloy material that can improve oxidation resistance in a high temperature range exceeding 800 ° C.

上述の課題を解決するために、第1の発明は、800℃を超える高温度域にて使用される耐熱Ti合金であって、AlおよびSnの少なくとも1種と、Siとを含み、Siの含有量が、0.1質量%を超え10質量%未満である耐熱Ti合金である。   In order to solve the above-described problems, a first invention is a heat-resistant Ti alloy used in a high temperature range exceeding 800 ° C., and includes at least one of Al and Sn, and Si. It is a heat-resistant Ti alloy having a content exceeding 0.1% by mass and less than 10% by mass.

第2の発明は、耐熱Ti合金からなる基材と、基材の表面に設けられた被膜とを備え、耐熱Ti合金は、AlおよびSnの少なくとも1種と、Siとを含み、Siの含有量が、0.1質量%を超え10質量%未満である耐熱Ti合金材である。   2nd invention is equipped with the base material which consists of a heat-resistant Ti alloy, and the film provided in the surface of the base material, and heat-resistant Ti alloy contains at least 1 sort (s) of Al and Sn, and Si containing It is a heat-resistant Ti alloy material whose amount is more than 0.1% by mass and less than 10% by mass.

本発明によれば、800℃を超える高温度域における耐熱Ti合金の耐酸化性を向上できる。   According to the present invention, the oxidation resistance of a heat-resistant Ti alloy in a high temperature range exceeding 800 ° C. can be improved.

図1は、AlとSiとを含む耐熱Ti合金材の構成の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a heat-resistant Ti alloy material containing Al and Si. 図2は、SnまたはAl、Snの両方とSiとを含む耐熱Ti合金材の構成の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a heat-resistant Ti alloy material containing Sn or both of Al and Sn and Si. 図3A、3B、3Cはそれぞれ、温度810K、910K、1010Kにおける質量増加と酸化時間との関係を示すグラフである。3A, 3B, and 3C are graphs showing the relationship between mass increase and oxidation time at temperatures of 810K, 910K, and 1010K, respectively. 図4A、4Bはそれぞれ、温度1110K、1210Kにおける質量増加と酸化時間との関係を示すグラフである。4A and 4B are graphs showing the relationship between mass increase and oxidation time at temperatures 1110K and 1210K, respectively. 図5A、5Bはそれぞれ、0質量、0.01質量%のSiを含有するTi合金における放物線則領域と酸化条件との関係を示すグラフである。5A and 5B are graphs showing the relationship between the parabolic law region and the oxidation conditions in a Ti alloy containing 0 mass% and 0.01 mass% Si, respectively. 図6A、6Bはそれぞれ、0.1質量、1質量%のSiを含有するTi合金における放物線則領域と酸化条件との関係を示すグラフである。6A and 6B are graphs showing the relationship between the parabolic law region and the oxidation conditions in a Ti alloy containing 0.1 mass and 1 mass% of Si, respectively. 図7は、0質量、0.01質量%、0.1質量、1質量%のSiを含有するTi合金における放物線則領域と酸化条件との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the parabolic law region and the oxidation conditions in a Ti alloy containing 0 mass, 0.01 mass%, 0.1 mass, and 1 mass% of Si. 図8は、1210K、48hの酸化試験後のTi合金(Si:0質量%)の断面EPMAマッピング結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional EPMA mapping result of a Ti alloy (Si: 0 mass%) after an oxidation test at 1210 K for 48 hours. 図9は、1210K、48hの酸化試験後のTi合金(Si:1質量%)の断面EPMAマッピング結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional EPMA mapping result of a Ti alloy (Si: 1% by mass) after an oxidation test at 1210K for 48 hours. 図10A、10Bはそれぞれ、温度923K、1023Kにおける質量増加と酸化時間との関係を示すグラフである。10A and 10B are graphs showing the relationship between mass increase and oxidation time at temperatures of 923K and 1023K, respectively. 図11A、11Bはそれぞれ、温度1123K、1223Kにおける質量増加と酸化時間との関係を示すグラフである。11A and 11B are graphs showing the relationship between mass increase and oxidation time at temperatures 1123K and 1223K, respectively. 図12は、0質量、0.01質量%、0.1質量、1質量%のSiを含有するTi合金における放物線則領域と酸化条件との関係を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the parabolic law region and the oxidation conditions in a Ti alloy containing 0 mass, 0.01 mass%, 0.1 mass, and 1 mass% of Si. 図13は、内側層および外側層の厚さ(din、dout)と酸化時間との関係を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the relationship between the thicknesses (d in , d out ) of the inner layer and the outer layer and the oxidation time. 図14Aは、1123K、86.4ksの酸化試験後のTi合金(Si:0質量%)断面のAl分布を示す図である。図14Bは、1123K、518.4ksの酸化試験後のTi合金(Si:0質量%)断面のAl分布を示す図である。FIG. 14A is a diagram showing an Al distribution of a cross section of a Ti alloy (Si: 0 mass%) after an oxidation test of 1123 K and 86.4 ks. FIG. 14B is a diagram showing an Al distribution in a Ti alloy (Si: 0 mass%) cross section after an oxidation test of 1123K and 518.4 ks. 図15Aは、1123K、86.4ksの酸化試験後のTi合金(Si:1質量%)断面のAl分布を示す図である。図15Bは、1123K、518.4ksの酸化試験後のTi合金(Si:1質量%)断面のAl分布を示す図である。FIG. 15A is a view showing an Al distribution of a cross section of a Ti alloy (Si: 1% by mass) after an oxidation test of 1123K and 86.4 ks. FIG. 15B is a diagram showing an Al distribution of a Ti alloy (Si: 1 mass%) cross section after an oxidation test of 1123K and 518.4 ks. 図16は、1223K、144hの酸化試験後のTi合金(Si:0質量%)断面の元素分布を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing an element distribution in a cross section of a Ti alloy (Si: 0 mass%) after an oxidation test of 1223K and 144h. 図17は、1223K、144hの酸化試験後のTi合金(Si:1質量%)断面の元素分布を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an element distribution of a cross section of a Ti alloy (Si: 1% by mass) after an oxidation test of 1223K and 144h. 図18は、1223K、144hの酸化試験後の内側層、外側層、TiN層の厚さ(din、dout、dTiNの測定結果を示すグラフである。FIG. 18 is a graph showing the measurement results of the thicknesses (d in , d out , d TiN) of the inner layer, the outer layer, and the TiN layer after the oxidation test of 1223K and 144h.

[耐熱Ti合金の組成]
本発明の一実施形態に係る耐熱Ti合金は、800℃を超える高温度域にて使用される耐熱Ti合金であり、Tiと、AlおよびSnの少なくとも1種と、Siと、不可避的不純物とからなる。耐熱Ti合金が、高温強度向上、耐クリープ性または疲労強度向上等の観点から、必要に応じて、O(酸素)、N(窒素)、C(炭素)、V、Nb、Ta、Mo、Zr、Cr、Fe、W、Hf、Ga、Cu、Mn、Pd、Y、LaおよびCe等からなる群より選ばれる少なくとも1種をさらに含んでいてもよい。耐熱Ti合金が使用される高温度域の上限値は、例えば1000℃以下、好ましくは900℃以下である。本実施形態に係る耐熱Ti合金では、800℃を超え900℃以下の高温度域において特に優れた耐酸化性が得られるからである。
[Composition of heat-resistant Ti alloy]
A heat-resistant Ti alloy according to an embodiment of the present invention is a heat-resistant Ti alloy used in a high temperature range exceeding 800 ° C., and includes Ti, at least one of Al and Sn, Si, and inevitable impurities. Consists of. The heat-resistant Ti alloy is O (oxygen), N (nitrogen), C (carbon), V, Nb, Ta, Mo, Zr as necessary from the viewpoint of improving high temperature strength, creep resistance or fatigue strength. , Cr, Fe, W, Hf, Ga, Cu, Mn, Pd, Y, La, Ce, and the like may further be included. The upper limit of the high temperature range in which the heat-resistant Ti alloy is used is, for example, 1000 ° C. or less, preferably 900 ° C. or less. This is because the heat-resistant Ti alloy according to the present embodiment provides particularly excellent oxidation resistance in a high temperature range exceeding 800 ° C. and 900 ° C. or less.

耐熱Ti合金は、α+β型Ti合金であってもよいし、α型またはβ型Ti合金であってもよい。耐熱Ti合金は、航空機エンジン、四輪車や二輪車用等の車両用の排気系部品に適用して好適なものである。排気系部品としては、例えば、エキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ、触媒マフラーまたはメインマフラー等が挙げられるが、これに限定されるものではない。   The heat-resistant Ti alloy may be an α + β-type Ti alloy, or an α-type or β-type Ti alloy. The heat-resistant Ti alloy is suitable for application to exhaust system parts for vehicles such as aircraft engines, automobiles, and motorcycles. Examples of the exhaust system parts include, but are not limited to, exhaust manifolds, exhaust pipes, catalyst mufflers, main mufflers, and the like.

耐熱Ti合金中におけるSiの含有量は、0.1質量%を超え10質量%未満、より好ましくは0.2質量%以上2質量%以下、さらにより好ましくは0.5質量%以上1質量%以下、最も好ましくは約1質量%である。Siの含有量が0.1質量%以下であると、Siの含有量が少なすぎて、耐酸化性向上の効果が低下する。一方、Siの含有量が10質量%以上であると、耐熱Ti合金の成形加工性が低下する。   The content of Si in the heat-resistant Ti alloy is more than 0.1% by mass and less than 10% by mass, more preferably 0.2% by mass to 2% by mass, and even more preferably 0.5% by mass to 1% by mass. Hereinafter, it is most preferably about 1% by mass. If the Si content is 0.1% by mass or less, the Si content is too small, and the effect of improving oxidation resistance is reduced. On the other hand, if the Si content is 10% by mass or more, the moldability of the heat-resistant Ti alloy is lowered.

耐熱Ti合金がAlおよびSnの少なくとも1種を含むことで、耐高温特性等が向上する。耐熱Ti合金中におけるAlの含有量は、例えば1質量%以上9質量%以下である。耐熱Ti合金中におけるSnの含有量は、例えば2質量%以上8質量%以下である。   When the heat resistant Ti alloy contains at least one of Al and Sn, the high temperature resistance and the like are improved. The Al content in the heat-resistant Ti alloy is, for example, 1% by mass or more and 9% by mass or less. The Sn content in the heat-resistant Ti alloy is, for example, 2% by mass or more and 8% by mass or less.

上記のSi、AlおよびSnの含有量は、誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−AES)を用いて元素分析を行うことにより求めることが可能である。   The contents of Si, Al, and Sn can be obtained by performing elemental analysis using inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES).

耐熱Ti合金は、AlおよびSnの少なくとも1種を含む既存のTi合金と、Siとを含むものであってもよい。既存のTi合金に上記範囲のSiを含ませることで、800℃を超える高温度域における耐酸化性を向上できる。   The heat resistant Ti alloy may include an existing Ti alloy containing at least one of Al and Sn, and Si. By including Si in the above range in the existing Ti alloy, oxidation resistance in a high temperature range exceeding 800 ° C. can be improved.

Alを含む既存のTi合金としては、例えば、Ti−6Al−4V(以下「Ti−64」という。)、Ti−3Al−2.5V、Ti−6Al−2Nb−1Ta−0.8Mo、Ti−8Al−1Mo−1V、Ti−7Al−4Mo、Ti−4.5Al−3V−2Mo−2Fe、Ti−6Al−7Nb、Ti−4Al−3Mo−1V、Ti−4.5Al−5Mo−1.5Cr、Ti−5Al−1.5Fe−1.4Cr−1.2Mo、Ti−5Al−2.5Fe、Ti−6.4Al−1.2Fe、Ti−3Al−8V−6Cr−4Mo−4Zr、Ti−10V−2Fe−3Al、Ti−13V−11Cr−3Al、Ti−1.5Al−5.5Fe−6.8Mo、Ti−8Mo−8V−2Fe−3Al、Ti−15Mo−5Zr−3Al、Ti−8V−5Fe−1Al、Ti−16V−2.5Al等を用いることができる。これらを単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。   Examples of the existing Ti alloy containing Al include Ti-6Al-4V (hereinafter referred to as “Ti-64”), Ti-3Al-2.5V, Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo, Ti— 8Al-1Mo-1V, Ti-7Al-4Mo, Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe, Ti-6Al-7Nb, Ti-4Al-3Mo-1V, Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr, Ti-5Al-1.5Fe-1.4Cr-1.2Mo, Ti-5Al-2.5Fe, Ti-6.4Al-1.2Fe, Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-10V- 2Fe-3Al, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-1.5Al-5.5Fe-6.8Mo, Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, Ti-15Mo-5Zr-3Al, Ti-8 -5Fe-1Al, can be used Ti-16V-2.5Al like. These may be used alone or in combination of two or more.

Snを含む既存のTi合金、およびAlおよびSnを含む既存のTi合金としては、例えば、Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−4Cr(以下「Ti−17」という。)、Ti−5Al−2.5Sn、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo、Ti−6Al−6V−2Sn、Ti−11.5Mo−6Zr−4.5Sn、Ti−15V−3Al−3Cr−3Sn、Ti−5Al−2Sn−4Zr−4Mo−2Cr−1Fe、Ti−11.5V−2Al−2Sn−11Zr、Ti−12V−2.5Al−2Sn−6Zr、Ti−13V−2.7Al−7Sn−2Zrを用いることができる。これらを単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。   Examples of the existing Ti alloy containing Sn and the existing Ti alloy containing Al and Sn include, for example, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr (hereinafter referred to as “Ti-17”), Ti-5Al-2. .5Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn, Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn, Ti-5Al-2Sn-4Zr -4Mo-2Cr-1Fe, Ti-11.5V-2Al-2Sn-11Zr, Ti-12V-2.5Al-2Sn-6Zr, Ti-13V-2.7Al-7Sn-2Zr can be used. These may be used alone or in combination of two or more.

不可避的不純物としては、例えば、O、N、C、H(水素)、Ni、Cl、Mg、Mn、Na、Cu、V、Pb、Ru、Co、S等が挙げられる。   Examples of inevitable impurities include O, N, C, H (hydrogen), Ni, Cl, Mg, Mn, Na, Cu, V, Pb, Ru, Co, and S.

[Si添加による耐酸化性向上のメカニズム]
AlおよびSnの少なくとも1種を含むTi合金に0.1質量%を超え10質量%未満のSiを添加することで、800℃を超える高温度域において耐酸化性を向上できる。この効果の発現のメカニズムは、以下に示すように、(a)耐熱Ti合金がAlを含む場合と、(b)耐熱Ti合金がSnを含む、もしくはAlおよびSnの両方を含む場合とで異なる。
[Mechanism for improving oxidation resistance by adding Si]
By adding more than 0.1 mass% and less than 10 mass% of Si to a Ti alloy containing at least one of Al and Sn, oxidation resistance can be improved in a high temperature range exceeding 800 ° C. The mechanism of manifestation of this effect is different between (a) the case where the heat-resistant Ti alloy contains Al and (b) the case where the heat-resistant Ti alloy contains Sn or contains both Al and Sn as shown below. .

(a)耐熱Ti合金がAlを含む場合
800℃を超える高温度域にて耐熱Ti合金を使用すると、図1に示すように、耐熱Ti合金からなる基材11の表面に酸化被膜12が形成される。この際、上記含有量のSiを耐熱Ti合金が含んでいることで、基材11と酸化被膜12との間にAl濃化層13が形成される。Al濃化層13は、Ti3Alを含んでいる。このようなAl濃化層13の形成により、基材11の耐酸化性が向上する。放物線速度定数を低減し、耐酸化性を向上する観点からすると、Al濃化層13は、連続膜であることが好ましい。なお、基材11と酸化被膜12とAl濃化層13とにより耐熱Ti合金材が構成される。
(A) When the heat-resistant Ti alloy contains Al When a heat-resistant Ti alloy is used in a high temperature range exceeding 800 ° C., an oxide film 12 is formed on the surface of the substrate 11 made of the heat-resistant Ti alloy as shown in FIG. Is done. At this time, the Al-enriched layer 13 is formed between the base material 11 and the oxide film 12 because the heat-resistant Ti alloy contains Si having the above content. The Al concentrated layer 13 contains Ti 3 Al. By forming the Al concentrated layer 13 as described above, the oxidation resistance of the substrate 11 is improved. From the viewpoint of reducing the parabolic rate constant and improving the oxidation resistance, the Al concentrated layer 13 is preferably a continuous film. The base material 11, the oxide film 12, and the Al concentrated layer 13 constitute a heat resistant Ti alloy material.

Al濃化層13の平均膜厚は、好ましくは2μm以上、より好ましくは4μm以上100μm以下、更により好ましくは5μm以上50μm以下である。Al濃化層13の平均膜厚が2μm以上であると、特に優れた耐酸化性が得られる。一方、Al濃化層13の平均膜厚が100μmを超えると、耐熱Ti合金材全体の機械的特性が低下する虞がある。Al濃化層13の平均膜厚は、以下のようにして求められる。まず、耐熱Ti合金の断面をEPMA(Electron Probe Micro Analyzer)等により観察する。次に、観察した断面像から無作為に10箇所のAl濃化層13の位置を選び出し、それらの各位置においてAl濃化層13の膜厚を測定する。次に、これらの測定値を単純に平均(算術平均)してAl濃化層13の平均膜厚を求める。   The average film thickness of the Al concentrated layer 13 is preferably 2 μm or more, more preferably 4 μm or more and 100 μm or less, and even more preferably 5 μm or more and 50 μm or less. When the average film thickness of the Al concentrated layer 13 is 2 μm or more, particularly excellent oxidation resistance is obtained. On the other hand, when the average film thickness of the Al concentrated layer 13 exceeds 100 μm, the mechanical properties of the entire heat resistant Ti alloy material may be deteriorated. The average film thickness of the Al concentrated layer 13 is obtained as follows. First, the cross section of the heat-resistant Ti alloy is observed with an EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) or the like. Next, ten positions of the Al concentrated layer 13 are selected at random from the observed cross-sectional image, and the film thickness of the Al concentrated layer 13 is measured at each of these positions. Next, these measured values are simply averaged (arithmetic average) to determine the average film thickness of the Al concentrated layer 13.

(b)耐熱Ti合金がSnを含む、もしくはAlおよびSnの両方を含む場合
800℃を超える高温度域にて耐熱Ti合金を使用すると、図2に示すように、耐熱Ti合金からなる基材21の表面に、内側層(Inner層)22aと外側層(Outer層)22bとからなる酸化被膜22が形成される。この際、内側層22aと外側層22bとの界面にAl23リッチ層(酸化アルミニウム含有層)22cが形成されるが、上記含有量のSiを耐熱Ti合金が含んでいることで、Al23リッチ層22cが安定化する。また、基材21と内側層22aとの界面にTiN層23が形成されるが、上記含有量のSiを耐熱Ti合金が含んでいることで、このTiN層23の形成が抑制される。このようなAl23リッチ層22cの安定化とTiN層23の形成抑制とにより、基材21の耐酸化性が向上する。なお、基材21と酸化被膜22とにより耐熱Ti合金材が構成されるか、もしくは基材21と酸化被膜22とTiN層23とにより耐熱Ti合金材が構成される。
(B) When the heat-resistant Ti alloy contains Sn or contains both Al and Sn When the heat-resistant Ti alloy is used in a high temperature range exceeding 800 ° C., as shown in FIG. An oxide film 22 composed of an inner layer (Inner layer) 22 a and an outer layer (Outer layer) 22 b is formed on the surface of 21. At this time, an Al 2 O 3 rich layer (aluminum oxide-containing layer) 22c is formed at the interface between the inner layer 22a and the outer layer 22b. The heat-resistant Ti alloy contains Si having the above content, so that Al The 2 O 3 rich layer 22c is stabilized. Moreover, although the TiN layer 23 is formed at the interface between the base material 21 and the inner layer 22a, the formation of the TiN layer 23 is suppressed because the heat-resistant Ti alloy contains the above-described content of Si. By stabilizing the Al 2 O 3 rich layer 22c and suppressing the formation of the TiN layer 23, the oxidation resistance of the substrate 21 is improved. The base material 21 and the oxide film 22 constitute a heat resistant Ti alloy material, or the base material 21, the oxide film 22 and the TiN layer 23 constitute a heat resistant Ti alloy material.

[耐熱Ti合金の製造方法]
まず、AlおよびSnの少なくとも1種を含む既存のTi合金を準備する。次に、準備したTi合金をSiと共に溶解し、Ti合金を作製する。この際、Siは、Ti合金中のSiの含有量が0.1質量%を超え10質量%未満となるように添加される。次に、Ti合金を熱間鍛造することにより、目的とする耐熱Ti合金が得られる。
[Method for producing heat-resistant Ti alloy]
First, an existing Ti alloy containing at least one of Al and Sn is prepared. Next, the prepared Ti alloy is melted together with Si to produce a Ti alloy. At this time, Si is added so that the content of Si in the Ti alloy is more than 0.1 mass% and less than 10 mass%. Next, the target heat-resistant Ti alloy is obtained by hot forging the Ti alloy.

なお、耐熱Ti合金の製造方法は上記の製造方法に限定されるものではなく、例えば、粉末冶金を用いて、以下のようにして耐熱Ti合金を製造してもよい。まず、原料となる粉末を準備する。粉末としては、目的の耐熱Ti合金と同様の組成を有するTi合金粉末であってもよいし、目的の耐熱Ti合金と同様の組成となるように複数の素粉末が混合されたものであってもよい。次に、粉末をプレス機等に入れて所定の形状に成形することにより、成形体を得る。最後に、成形体を焼結させることにより、目的とする耐熱Ti合金が得られる。   In addition, the manufacturing method of a heat resistant Ti alloy is not limited to said manufacturing method, For example, you may manufacture a heat resistant Ti alloy as follows using powder metallurgy. First, a raw material powder is prepared. The powder may be a Ti alloy powder having the same composition as the target heat-resistant Ti alloy, or a mixture of a plurality of elementary powders so as to have the same composition as the target heat-resistant Ti alloy. Also good. Next, the powder is put into a press machine or the like and molded into a predetermined shape to obtain a molded body. Finally, the target heat-resistant Ti alloy is obtained by sintering the compact.

[効果]
本実施形態に係る耐熱Ti合金は、Tiと、AlおよびSnの少なくとも1種と、Siと、不可避的不純物とからなる。耐熱Ti合金中におけるSiの含有量は、0.1質量%を超え10質量%未満である。これにより、800℃を超える高温度域における耐酸化性を向上できる。
[effect]
The heat-resistant Ti alloy according to this embodiment includes Ti, at least one of Al and Sn, Si, and inevitable impurities. The Si content in the heat-resistant Ti alloy is more than 0.1% by mass and less than 10% by mass. Thereby, the oxidation resistance in the high temperature range exceeding 800 degreeC can be improved.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited only to these Examples.

<Alを含むTi合金にSiを添加したサンプル>
[サンプル1〜4]
まず、原料としてTi−64ELIおよびSiフレーク(11N)を準備し、アーク溶製によりTi合金を作製した。この際、Siフレークの添加量は、Ti合金中におけるSiの含有量が0.01質量%(サンプル1)、0.1質量%(サンプル2)、1質量%(サンプル3)、10質量%(サンプル4)となるように調整した。次に、Ti合金を熱間鍛造(1173K)し、α+β型の耐熱Ti合金を得た。次に、この耐熱Ti合金の両面を鏡面研磨することにより、平板状(12mm×12mm×2mm)のサンプル1〜4を得た。
<Sample with Si added to Ti alloy containing Al>
[Samples 1 to 4]
First, Ti-64ELI and Si flakes (11N) were prepared as raw materials, and a Ti alloy was produced by arc melting. At this time, the amount of Si flake added was 0.01 mass% (sample 1), 0.1 mass% (sample 2), 1 mass% (sample 3), 10 mass% of the Si content in the Ti alloy. It adjusted so that it might become (sample 4). Next, the Ti alloy was hot forged (1173K) to obtain an α + β type heat-resistant Ti alloy. Next, both surfaces of this heat-resistant Ti alloy were mirror-polished to obtain flat plate-shaped (12 mm × 12 mm × 2 mm) samples 1 to 4.

[サンプル5]
Siフレーク(11N)を添加しないこと以外はサンプル1と同様にしてサンプル5を得た。
[Sample 5]
Sample 5 was obtained in the same manner as Sample 1 except that Si flakes (11N) were not added.

[評価]
上述のようにして得られたサンプル1〜3、5について以下の評価を行った。なお、サンプル4では鍛造時に割れが発生したため、以下の評価を行わなかった。
[Evaluation]
The following evaluations were performed on samples 1 to 3 and 5 obtained as described above. In sample 4, cracks occurred during forging, so the following evaluation was not performed.

(質量増加)
サンプルをアルミナボードに置き、マッフル炉にてサンプルを酸化させて、酸化による質量増加を評価した。以下に、酸化の条件を示す。
雰囲気:大気
温度:810K(536.85℃)、910K(636.85℃)、1010K(736.85℃)、1110K(836.85℃)、1210K(936.85℃)(室温から昇温[15K/min]、空冷)
時間:〜144h(810K:〜288h)
(Mass increase)
The sample was placed on an alumina board, the sample was oxidized in a muffle furnace, and the mass increase due to oxidation was evaluated. The oxidation conditions are shown below.
Atmosphere: Air Temperature: 810K (536.85 ° C), 910K (636.85 ° C), 1010K (736.85 ° C), 1110K (836.85 ° C), 1210K (936.85 ° C) 15K / min], air cooling)
Time: ~ 144h (810K: ~ 288h)

(断面分析)
サンプルをアルミナボードに置き、マッフル炉にてサンプルを酸化させた後、断面をEPMAにより観察した。以下に、酸化の条件を示す。
雰囲気:大気
温度:1210K(室温から昇温[15K/min]、空冷)
時間:48h
次に、断面像からTi合金基板と酸化被膜との界面(Ti合金基板側の界面)に、連続膜としてのAl濃化層が形成されているか否かを確認した。そして、連続膜としてのAl濃化層が形成されていた場合には、その平均膜厚を断面像から求めた。なお、平均膜厚の求め方は、上述した通りである。
(Cross section analysis)
After placing the sample on an alumina board and oxidizing the sample in a muffle furnace, the cross section was observed with EPMA. The oxidation conditions are shown below.
Atmosphere: Air Temperature: 1210K (temperature rise from room temperature [15K / min], air cooling)
Time: 48h
Next, it was confirmed from the cross-sectional image whether or not an Al concentrated layer as a continuous film was formed at the interface between the Ti alloy substrate and the oxide film (the interface on the Ti alloy substrate side). And when Al concentration layer as a continuous film was formed, the average film thickness was calculated | required from the cross-sectional image. The method for obtaining the average film thickness is as described above.

(Al濃化層の組成)
上記断面分析により連続膜としてのAl濃化層が確認されたサンプルについて、X線回折(X‐ray diffraction:XRD)によりAl濃化層の構成成分を同定した。その結果、Al濃化層はTi3Alにより構成されていることがわかった。
(Composition of Al concentrated layer)
About the sample by which the Al concentrated layer as a continuous film was confirmed by the said cross-sectional analysis, the component of Al concentrated layer was identified by X-ray diffraction (XRD). As a result, it was found that the Al concentrated layer was composed of Ti 3 Al.

[結果]
図3A〜4Bは、質量増加と酸化時間(1/2乗)との関係を示す。図3A〜4Bにおいて、放物線則領域を実線にて示している。
[result]
3A-4B show the relationship between mass increase and oxidation time (1/2 power). 3A to 4B, the parabolic law region is indicated by a solid line.

表1は、図3A〜4Bに示した直線の傾き(放物線速度定数Kp)を示す。
なお、表1中に示した直線の傾き(放物線速度定数Kp)の単位は、“10-10kg2・m-4・s-1”である。
Table 1 shows the slope of the straight line shown in FIGS. 3A to 4B (parabolic rate constant Kp).
The unit of the slope of the straight line (parabolic rate constant Kp) shown in Table 1 is “10 −10 kg 2 · m −4 · s −1 ”.

図3A〜4B、表1から以下のことがわかる。SiをTi−64に添加することにより、酸化時間の増加に対する質量増加が抑制されている。したがって、酸化被膜の厚さが低減され、酸化被膜の剥離が抑制されているので、耐酸化性が向上している。また、Si添加量が多いほど、直線の傾きが小さくなり、耐酸化性が向上する傾向がある。直線の傾きが小さくなるのは、Ti合金側の最表面(酸化被膜直下のTi合金基板)において、Ti−64から、より高い耐酸化性を有するTi3Alに変化するためと考えられる。直線の傾きが小さくなることは、酸化被膜の厚さが薄くなることを意味している。酸化被膜が薄くなると、酸化被膜の剥離が抑制される。また、直線の傾きが小さくなると、放物線則領域が拡大される傾向がある。 3A-4B and Table 1 show the following. By adding Si to Ti-64, an increase in mass with respect to an increase in oxidation time is suppressed. Therefore, since the thickness of the oxide film is reduced and the peeling of the oxide film is suppressed, the oxidation resistance is improved. Also, the greater the Si addition amount, the smaller the slope of the straight line and the better the oxidation resistance. The reason why the inclination of the straight line becomes smaller is considered to be that Ti-64 changes to Ti 3 Al having higher oxidation resistance on the outermost surface (Ti alloy substrate immediately below the oxide film) on the Ti alloy side. The smaller slope of the straight line means that the thickness of the oxide film becomes thinner. When the oxide film becomes thin, peeling of the oxide film is suppressed. Moreover, when the inclination of the straight line becomes small, the parabolic law region tends to be enlarged.

図5A〜6Bは、図3A〜4Bにて放物線則に従う酸化時間をx軸とし、温度をy軸としたグラフである。図7は、図5A〜6Bをまとめて表した3次元の棒グラフである。図5A〜6B、7から、SiをTi−64に添加することにより、放物線則領域が広がっていることがわかる。Siの含有量が1質量%である場合、放物線則領域が特に広がっていることがわかる。   5A to 6B are graphs in which the oxidation time according to the parabolic law in FIGS. 3A to 4B is taken as the x axis and the temperature is taken as the y axis. FIG. 7 is a three-dimensional bar graph that collectively represents FIGS. 5A to 6B and 7, it can be seen that the parabolic law region is expanded by adding Si to Ti-64. When the Si content is 1% by mass, it can be seen that the parabolic law region is particularly widened.

図8は、1210K、48hの酸化試験後のTi合金(Si:0質量%)の断面EPMAマッピング結果を示す。図9は、1210K、48hの酸化試験後のTi合金(Si:1質量%)の断面EPMAマッピング結果を示す。   FIG. 8 shows a cross-sectional EPMA mapping result of a Ti alloy (Si: 0 mass%) after an oxidation test at 1210 K for 48 hours. FIG. 9 shows a cross-sectional EPMA mapping result of a Ti alloy (Si: 1% by mass) after an oxidation test at 1210K for 48 hours.

表2は、サンプル1〜3、5のAl濃化層の観察結果を示す。
表2中で“有り”は、連続膜としてのAl濃化層が観察されたことを意味し、“無し”は、連続膜としてのAl濃化層が観察されなかったことを意味する。なお、島状膜(不連続膜)としてのAl濃化層が観察された場合には、“無し"と記載している。
Table 2 shows the observation results of the Al concentrated layers of Samples 1 to 3.
In Table 2, “present” means that an Al concentrated layer as a continuous film was observed, and “absent” means that an Al concentrated layer as a continuous film was not observed. When an Al concentrated layer as an island film (discontinuous film) is observed, “None” is described.

図8、9、表2から以下のことがわかる。Siの含有量が1質量%であるサンプル3では、1010K以上1210K以下の範囲の高温度域においてTi合金基板と酸化被膜との界面に連続膜としてのAl濃化層が形成されている。一方、Siの含有量が0、0.01、0.1質量%であるサンプル5、1、2では、1010K以上1210K以下の範囲の高温度域においてTi合金基板と酸化被膜との界面に連続膜としてのAl濃化層が形成されていない。但し、サンプル5、1、2では、1210Kの高温度域においてTi合金基板と酸化被膜との界面に非常に薄い島状膜(不連続膜)の形成が確認された(図8参照)。この島状膜もTi3Alにより構成されていると推測される。 8 and 9 and Table 2 show the following. In sample 3 having a Si content of 1 mass%, an Al concentrated layer as a continuous film is formed at the interface between the Ti alloy substrate and the oxide film in a high temperature range of 1010K to 1210K. On the other hand, in Samples 5, 1, and 2 having Si contents of 0, 0.01, and 0.1% by mass, continuous to the interface between the Ti alloy substrate and the oxide film in a high temperature range of 1010K to 1210K. An Al concentrated layer as a film is not formed. However, in Samples 5, 1, and 2, formation of a very thin island film (discontinuous film) was confirmed at the interface between the Ti alloy substrate and the oxide film in a high temperature range of 1210K (see FIG. 8). It is presumed that this island film is also composed of Ti 3 Al.

1210Kの高温度域では、上述のように、Siの含有量が0、0.01、0.1質量%であるサンプル5、1、2でも島状膜が形成されているため、図7に示すように、1210Kの高温度域において、Siの含有量が1質量%であるサンプル3と同程度の放物線則領域の広さとなっていると考えられる。しかしながら、1210Kの高温度域において、サンプル3の直線の傾き(放物線速度定数Kp)は、図4Bに示すように、サンプル5、1、2に比べて著しく抑制されている。したがって、Siの含有量が1質量%であるサンプル3が、耐酸化性の観点で最も優れている。   In the high temperature range of 1210 K, as described above, since the island-like films are formed even in the samples 5, 1, and 2 having the Si content of 0, 0.01, and 0.1 mass%, FIG. As shown, in the high temperature range of 1210K, it is considered that the width of the parabola law region is about the same as that of the sample 3 in which the Si content is 1% by mass. However, in the high temperature range of 1210 K, the slope of the straight line of sample 3 (parabolic rate constant Kp) is significantly suppressed as compared to samples 5, 1 and 2, as shown in FIG. 4B. Therefore, the sample 3 having a Si content of 1% by mass is most excellent in terms of oxidation resistance.

<AlおよびSnを含むTi合金にSiを添加したサンプル>
[サンプル6〜9]
まず、原料としてTi−17およびSiフレーク(11N)を準備し、アーク溶製によりTi合金を作製した。この際、Siフレークの添加量は、Ti合金中におけるSiの含有量が0.01質量%(サンプル6)、0.1質量%(サンプル7)、1質量%(サンプル8)、10質量%(サンプル9)となるように調整した。次に、Ti合金を熱間鍛造(1373K)し、near−β型の耐熱Ti合金を得た。次に、この耐熱Ti合金の両面を鏡面研磨することにより、平板状(12mm×12mm×2mm)のサンプル1〜4を得た。
<Sample in which Si is added to Ti alloy containing Al and Sn>
[Samples 6-9]
First, Ti-17 and Si flakes (11N) were prepared as raw materials, and a Ti alloy was produced by arc melting. At this time, the amount of Si flake added was 0.01 mass% (sample 6), 0.1 mass% (sample 7), 1 mass% (sample 8), 10 mass% of the Si content in the Ti alloy. It adjusted so that it might become (sample 9). Next, the Ti alloy was hot forged (1373K) to obtain a near-β type heat-resistant Ti alloy. Next, both surfaces of this heat-resistant Ti alloy were mirror-polished to obtain flat plate-shaped (12 mm × 12 mm × 2 mm) samples 1 to 4.

[サンプル10]
Siフレーク(11N)を添加しないこと以外はサンプル6と同様にしてサンプル10を得た。
[Sample 10]
Sample 10 was obtained in the same manner as Sample 6 except that Si flakes (11N) were not added.

[評価]
上述のようにして得られたサンプル6〜8、10について以下の評価を行った。なお、サンプル9では鍛造時に割れが発生したため、以下の評価を行わなかった。
[Evaluation]
The samples 6 to 8 and 10 obtained as described above were evaluated as follows. In sample 9, cracks occurred during forging, so the following evaluation was not performed.

(質量増加)
サンプルをアルミナボードに置き、マッフル炉にてサンプルを酸化させて、酸化による質量増加を評価した。以下に、酸化の条件を示す。
雰囲気:大気
温度:923K(649.85℃)、1023K(749.85℃)、1123K(849.85℃)、1223K(949.85℃)(室温から昇温[50K/min]、空冷)
時間:〜144h
(Mass increase)
The sample was placed on an alumina board, the sample was oxidized in a muffle furnace, and the mass increase due to oxidation was evaluated. The oxidation conditions are shown below.
Atmosphere: Air Temperature: 923K (649.85 ° C), 1023K (749.85 ° C), 1123K (849.85 ° C), 1223K (949.85 ° C) (temperature rise from room temperature [50K / min], air cooling)
Time: ~ 144h

(断面分析(1))
サンプルをアルミナボードに置き、マッフル炉にてサンプルを酸化させた後、断面をEPMAにより観察した。以下に、酸化の条件を示す。
雰囲気:大気
温度:1123K(室温から昇温[50K/min]、空冷)
時間:24h(86.4ks)、144h(518.4ks)
次に、断面像から内側層と外側層の厚さを測定した。また、断面像から酸化時間に対するAl23リッチ層の安定性を確認した。
(Cross section analysis (1))
After placing the sample on an alumina board and oxidizing the sample in a muffle furnace, the cross section was observed with EPMA. The oxidation conditions are shown below.
Atmosphere: Air Temperature: 1123K (temperature rise from room temperature [50K / min], air cooling)
Time: 24h (86.4ks), 144h (518.4ks)
Next, the thickness of the inner layer and the outer layer was measured from the cross-sectional image. The stability of the Al 2 O 3 rich layer with respect to the oxidation time was confirmed from the cross-sectional image.

(断面分析(2))
サンプルをアルミナボードに置き、マッフル炉にてサンプルを酸化させた後、断面をEPMAにより観察し、TiN層を観察した。以下に、酸化の条件を示す。
雰囲気:大気
温度:1223K(室温から昇温[50K/min]、空冷)
時間:144h
次に、断面像から内側層の厚さdin、外側層の厚さdoutおよびTiN層の厚さdTiNを測定した。
(Cross section analysis (2))
After placing the sample on an alumina board and oxidizing the sample in a muffle furnace, the cross section was observed with EPMA and the TiN layer was observed. The oxidation conditions are shown below.
Atmosphere: Air Temperature: 1223K (temperature rise from room temperature [50K / min], air cooling)
Time: 144h
Next, from the cross-sectional image, the thickness d in of the inner layer, the thickness d out of the outer layer, and the thickness d TiN of the TiN layer were measured.

[結果]
図10A〜11Bは、酸化における質量増加と酸化時間(1/2乗)との関係を示す。図10A〜11Bにおいて、放物線則領域を実線にて示している。図10A〜11Bから、SiをTi−17に添加することにより、酸化時間の増加に対する質量増加が抑制されている。したがって、酸化被膜の厚さが低減され、酸化被膜の剥離が抑制されているので、耐酸化性が向上している。
[result]
10A to 11B show the relationship between mass increase in oxidation and oxidation time (1/2 power). 10A to 11B, the parabolic law region is indicated by a solid line. From FIG. 10A-11B, the mass increase with respect to the increase in oxidation time is suppressed by adding Si to Ti-17. Therefore, since the thickness of the oxide film is reduced and the peeling of the oxide film is suppressed, the oxidation resistance is improved.

図12は、図10A〜11Bにて放物線則に従う酸化時間をz軸とし、Si添加量、温度をそれぞれx軸、y軸とする3次元の棒グラフである。図12から、SiをTi−17に添加することにより、放物線則領域が広がっていることがわかる。Siの含有量が1質量%である場合、放物線則領域が特に広がっていることがわかる。   FIG. 12 is a three-dimensional bar graph in which the oxidation time according to the parabolic law in FIGS. 10A to 11B is the z axis, and the Si addition amount and temperature are the x axis and the y axis, respectively. From FIG. 12, it can be seen that the parabolic law region is expanded by adding Si to Ti-17. When the Si content is 1% by mass, it can be seen that the parabolic law region is particularly widened.

図13は、内側層および外側層の厚さと酸化時間との関係を示す。図13から、SiをTi−17に添加することにより、内側層および外側層の厚さが低減されていることがわかる。   FIG. 13 shows the relationship between the thickness of the inner and outer layers and the oxidation time. FIG. 13 shows that the thickness of the inner layer and the outer layer is reduced by adding Si to Ti-17.

図14Aは、1123K、86.4ksの酸化試験後のTi合金(Si:0質量%)断面のAl分布を示す。図14Bは、1123K、518.4ksの酸化試験後のTi合金(Si:0質量%)断面のAl分布を示す。図15Aは、1123K、86.4ksの酸化試験後のTi合金(Si:1質量%)断面のAl分布を示す。図15Bは、1123K、518.4ksの酸化試験後のTi合金(Si:1質量%)断面のAl分布を示す。図14A〜15Bから、Ti合金がSiを1質量%含有することで、内側層と外側層との間に形成されるAl23リッチ層の安定性が向上していることがわかる。これは、内側層中に存在するSiがAl23リッチ層の安定性に寄与しているためと考えられる。 FIG. 14A shows an Al distribution of a cross section of a Ti alloy (Si: 0 mass%) after an oxidation test of 1123 K and 86.4 ks. FIG. 14B shows an Al distribution of a cross section of a Ti alloy (Si: 0 mass%) after an oxidation test of 1123K and 518.4 ks. FIG. 15A shows an Al distribution of a cross section of a Ti alloy (Si: 1% by mass) after an oxidation test of 1123K and 86.4 ks. FIG. 15B shows an Al distribution of a Ti alloy (Si: 1% by mass) cross section after an oxidation test of 1123K and 518.4 ks. 14A to 15B, it can be seen that the stability of the Al 2 O 3 rich layer formed between the inner layer and the outer layer is improved when the Ti alloy contains 1% by mass of Si. This is presumably because Si present in the inner layer contributes to the stability of the Al 2 O 3 rich layer.

図16は、1223K、144時間の酸化試験後のTi合金(Si:0質量%)断面の元素分布を示す。図17は、1223K、144時間の酸化試験後のTi合金(Si:1質量%)断面の元素分布を示す。図18は、1223K、144時間の酸化試験後の内側層、外側層、TiN層の厚さ(din、dout、dTiN)の測定結果を示す。図16、17、18から、内側層とTi合金基板との界面にTiN層が形成されていることがわかる。また、Ti合金がSiを1質量%含有することで、TiN層の膜厚が低減されていることがわかる。 FIG. 16 shows an element distribution of a cross section of a Ti alloy (Si: 0 mass%) after an oxidation test at 1223K for 144 hours. FIG. 17 shows an element distribution of a cross section of a Ti alloy (Si: 1% by mass) after an oxidation test at 1223K for 144 hours. FIG. 18 shows the measurement results of the thicknesses (d in , d out , d TiN ) of the inner layer, the outer layer, and the TiN layer after the oxidation test at 1223K for 144 hours. 16, 17, and 18 that a TiN layer is formed at the interface between the inner layer and the Ti alloy substrate. Moreover, it turns out that the film thickness of a TiN layer is reduced because Ti alloy contains 1 mass% of Si.

以上、本発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。   Although the embodiments and examples of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. It is.

例えば、上述の実施形態および実施例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値等を用いてもよい。   For example, the configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, and the like given in the above-described embodiments and examples are merely examples, and different configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, and the like, as necessary May be used.

また、上述の実施形態および実施例の構成、方法、工程、形状、材料および数値等は、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。   The configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like of the above-described embodiments and examples can be combined with each other without departing from the gist of the present invention.

また、耐熱Ti合金をユーザに提供する前に、予め800℃を超える高温度域にて耐熱Ti合金を熱処理し、耐酸化性を向上しておくようにしてもよい。   In addition, before providing the heat-resistant Ti alloy to the user, the heat-resistant Ti alloy may be heat-treated in advance in a high temperature range exceeding 800 ° C. to improve the oxidation resistance.

11、21 基材
12、22 酸化被膜(被膜)
13 Al濃化層
22a 内側層
22b 外側層
22c Al23リッチ層(酸化アルミニウム含有層)
23 TiN層
11, 21 Base material 12, 22 Oxide film (film)
13 Al concentrated layer 22a Inner layer 22b Outer layer 22c Al 2 O 3 rich layer (aluminum oxide-containing layer)
23 TiN layer

Claims (10)

800℃を超える高温度域にて使用される耐熱Ti合金であって、
AlおよびSnの少なくとも1種と、
Siと
を含み、
前記Siの含有量が、0.1質量%を超え10質量%未満である耐熱Ti合金。
A heat-resistant Ti alloy used in a high temperature range exceeding 800 ° C,
At least one of Al and Sn;
Si and
A heat-resistant Ti alloy having a Si content of more than 0.1% by mass and less than 10% by mass.
前記Siの含有量が、0.2質量%以上2質量%以下である請求項1に記載の耐熱Ti合金。   The heat-resistant Ti alloy according to claim 1, wherein the Si content is 0.2 mass% or more and 2 mass% or less. 前記Siの含有量が、0.5質量%以上1質量%以下である請求項1に記載の耐熱Ti合金。   The heat-resistant Ti alloy according to claim 1, wherein the Si content is 0.5 mass% or more and 1 mass% or less. 前記高温度域が、800℃を超え1000℃以下である請求項1に記載の耐熱Ti合金。   The heat-resistant Ti alloy according to claim 1, wherein the high temperature region is higher than 800 ° C and not higher than 1000 ° C. O、N、C、V、Nb、Ta、Mo、Zr、Cr、Fe、W、Hf、Ga、Cu、Mn、Pd、Y、LaおよびCeからなる群より選ばれる少なくとも1種をさらに含む請求項1に記載の耐熱Ti合金。   Claims further comprising at least one selected from the group consisting of O, N, C, V, Nb, Ta, Mo, Zr, Cr, Fe, W, Hf, Ga, Cu, Mn, Pd, Y, La and Ce. Item 2. The heat-resistant Ti alloy according to item 1. 耐熱Ti合金からなる基材と、
前記基材の表面に設けられた被膜と
を備え、
耐熱Ti合金は、
AlおよびSnの少なくとも1種と、
Siと
を含み、
前記Siの含有量が、0.1質量%を超え10質量%未満である耐熱Ti合金材。
A base material made of a heat-resistant Ti alloy;
A coating provided on the surface of the base material,
The heat-resistant Ti alloy
At least one of Al and Sn;
Si and
A heat-resistant Ti alloy material having a Si content of more than 0.1% by mass and less than 10% by mass.
前記耐熱Ti合金は、AlとSiとを含む耐熱Ti合金であり、
前記耐熱Ti合金層と前記被膜との界面に設けられたAl濃化層をさらに備える請求項6に記載の耐熱Ti合金材。
The heat-resistant Ti alloy is a heat-resistant Ti alloy containing Al and Si,
The heat resistant Ti alloy material according to claim 6, further comprising an Al concentrated layer provided at an interface between the heat resistant Ti alloy layer and the coating.
前記Al濃化層は、Ti3Alを含んでいる請求項7に記載の耐熱Ti合金材。 The heat-resistant Ti alloy material according to claim 7, wherein the Al concentrated layer contains Ti 3 Al. 前記Al濃化層の平均膜厚は、2μm以上である請求項7に記載の耐熱Ti合金材。   The heat-resistant Ti alloy material according to claim 7, wherein an average film thickness of the Al concentrated layer is 2 μm or more. 前記耐熱Ti合金は、SnとSiとを含む耐熱Ti合金、またはAlとSnとSiとを含む耐熱Ti合金であり、
前記被膜は、
内側層と、
外側層と、
前記内側層と前記外側層との間に設けられた安定な酸化アルミニウム含有層と
を備える請求項6に記載の耐熱Ti合金材。
The heat-resistant Ti alloy is a heat-resistant Ti alloy containing Sn and Si, or a heat-resistant Ti alloy containing Al, Sn and Si,
The coating is
An inner layer,
An outer layer,
The heat-resistant Ti alloy material according to claim 6, comprising a stable aluminum oxide-containing layer provided between the inner layer and the outer layer.
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