JP2510141B2 - Ｔｉ―Ａｌ系軽量耐熱材料 - Google Patents
Ｔｉ―Ａｌ系軽量耐熱材料Info
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- JP2510141B2 JP2510141B2 JP1213702A JP21370289A JP2510141B2 JP 2510141 B2 JP2510141 B2 JP 2510141B2 JP 1213702 A JP1213702 A JP 1213702A JP 21370289 A JP21370289 A JP 21370289A JP 2510141 B2 JP2510141 B2 JP 2510141B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
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- Supercharger (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はTi−Al系軽量耐熱材料に関し、詳しくはそ
の耐酸化性改良のための技術手段に関する。
の耐酸化性改良のための技術手段に関する。
（従来の技術及び発明が解決しようとする課題） エンジンバルブ，ピストン，ロッカーアーム等の高速
往復運動部品或いはガスタービンやジェットエンジンの
タービンブレード，ターボチャージャーロータ等の高温
回転部品は、近年、エンジン等の高性能化，エンジンの
利用効率化等に伴なってますます軽量性，耐熱性が要求
されてきており、これに応じてこれら部品用の材料の研
究，開発が盛んに行なわれている。
往復運動部品或いはガスタービンやジェットエンジンの
タービンブレード，ターボチャージャーロータ等の高温
回転部品は、近年、エンジン等の高性能化，エンジンの
利用効率化等に伴なってますます軽量性，耐熱性が要求
されてきており、これに応じてこれら部品用の材料の研
究，開発が盛んに行なわれている。
現在これら部品用の材料としてはNi基の超合金が主流
で、その他にTi合金やセラミックス材料等が用いられて
いるが、このNi基の合金は重量が重い欠点があり、また
セラミックス材料は靭性に劣り、上記部品の材料として
信頼性に欠ける難点がある。
で、その他にTi合金やセラミックス材料等が用いられて
いるが、このNi基の合金は重量が重い欠点があり、また
セラミックス材料は靭性に劣り、上記部品の材料として
信頼性に欠ける難点がある。
そこで近時Ti−Al金属間化合物をベースとするTi−Al
系材料が注目されている。このTi−Al系材料は軽量性に
おいてNi基合金よりも優れ、また靭性においてセラミッ
クス材料よりも優れているが、反面、耐酸化性が悪いと
いう欠点があり、未だ実用化されるに至っていないのが
実情である。
系材料が注目されている。このTi−Al系材料は軽量性に
おいてNi基合金よりも優れ、また靭性においてセラミッ
クス材料よりも優れているが、反面、耐酸化性が悪いと
いう欠点があり、未だ実用化されるに至っていないのが
実情である。
（課題を解決するための手段） 本発明はこのような課題を解決するためになされたも
のであり、その要旨は、Ti−Al系材料の組成を重量％で
Al:30〜42％,Si:0.1〜２％,Nb:0.1〜0.5％未満を含み、
残部が実質的にTiから成るようにしたことにある。
のであり、その要旨は、Ti−Al系材料の組成を重量％で
Al:30〜42％,Si:0.1〜２％,Nb:0.1〜0.5％未満を含み、
残部が実質的にTiから成るようにしたことにある。
本発明者は、かかる発明に至る過程で、Si及びNbを夫
々単独でTi−Al系材料中に含有させる実験を行なってみ
た。これにより耐酸化性が向上することが認められた
が、その向上の程度は十分とは言えないものであった。
即ちSiを単独で３％程度まで含有させたところ、材料の
酸化増量はこれを添加しないものに比べて1/3程度止り
であり、また一方Nbを単独で１％まで含有させたとこ
ろ、酸化増量は無添加のものに比べて1/4までであっ
た。
々単独でTi−Al系材料中に含有させる実験を行なってみ
た。これにより耐酸化性が向上することが認められた
が、その向上の程度は十分とは言えないものであった。
即ちSiを単独で３％程度まで含有させたところ、材料の
酸化増量はこれを添加しないものに比べて1/3程度止り
であり、また一方Nbを単独で１％まで含有させたとこ
ろ、酸化増量は無添加のものに比べて1/4までであっ
た。
しかるに本発明者がSiとNbとを共に含有させて両者を
共存させたところ、相乗効果が現われ、耐酸化性が著し
く向上することが判明した。本発明はこのような知見に
基づいて完成されたものであり、上記のようにこれら両
成分を所定割合で含有させることを骨子とするものであ
る。
共存させたところ、相乗効果が現われ、耐酸化性が著し
く向上することが判明した。本発明はこのような知見に
基づいて完成されたものであり、上記のようにこれら両
成分を所定割合で含有させることを骨子とするものであ
る。
ところでこれら両成分を共存状態で含有させた場合
に、Ti−Al系材料の耐酸化性が著しく向上することの詳
しい理由については分かっていないが、現象として、こ
れら両成分を含有させた場合に表面に形成される酸化膜
の厚みが、これら両成分を含有させない場合に比べて著
しく薄くなる事実が確認されている。因みに第１図
（Ａ）として、Alを33.5％含有するTi−Al系材料にSi:1
％,Nb:1％を添加した場合の表層部の顕微鏡写真を、ま
た（Ｂ）としてSi,Nbを添加しないTi−Al系材料の表層
部の顕微鏡写真を夫々示しているが、これらの比較から
明らかなように、Si,Nb両成分を添加した場合に酸化膜
の厚みが極めて薄くなっている。
に、Ti−Al系材料の耐酸化性が著しく向上することの詳
しい理由については分かっていないが、現象として、こ
れら両成分を含有させた場合に表面に形成される酸化膜
の厚みが、これら両成分を含有させない場合に比べて著
しく薄くなる事実が確認されている。因みに第１図
（Ａ）として、Alを33.5％含有するTi−Al系材料にSi:1
％,Nb:1％を添加した場合の表層部の顕微鏡写真を、ま
た（Ｂ）としてSi,Nbを添加しないTi−Al系材料の表層
部の顕微鏡写真を夫々示しているが、これらの比較から
明らかなように、Si,Nb両成分を添加した場合に酸化膜
の厚みが極めて薄くなっている。
またこの他、Si,Nbを含有させた場合の酸化膜（第１
図（Ａ）の酸化膜）は、これらを含有させない場合の酸
化膜（第１図（Ｂ）の酸化膜）に比べて著しく剥離し難
いことも確認されており、そしてこれらがTi−Al系材料
における耐酸化性を向上させている要因になっているも
のと考えられる。
図（Ａ）の酸化膜）は、これらを含有させない場合の酸
化膜（第１図（Ｂ）の酸化膜）に比べて著しく剥離し難
いことも確認されており、そしてこれらがTi−Al系材料
における耐酸化性を向上させている要因になっているも
のと考えられる。
次に本発明における各成分の含有量の限定理由を詳説
する。
する。
Al:30〜42重量％ AlはTiと金属間化合物を形成する一方の成分であり、
その含有量は30％以上とする必要がある。これは、Alが
30％未満であると、Ti3Alの生成量が多くなり過ぎて、
常温での延性，靭性が不足するとともに、耐酸化性能も
不足するからである。このTi3Alは、適量に存在する限
りむしろTi−Al材料の常温延性を良くするが、適量範囲
を超えて多量に存在すると、上記特性の低下をもたら
す。
その含有量は30％以上とする必要がある。これは、Alが
30％未満であると、Ti3Alの生成量が多くなり過ぎて、
常温での延性，靭性が不足するとともに、耐酸化性能も
不足するからである。このTi3Alは、適量に存在する限
りむしろTi−Al材料の常温延性を良くするが、適量範囲
を超えて多量に存在すると、上記特性の低下をもたら
す。
一方、Alが42％を超えるとAl3Tiが多量に生成し、常
温延性，靭性が不足するようになる。
温延性，靭性が不足するようになる。
そこで本発明では、Alを30〜42重量％の範囲内に抑え
るようにした。尚、望ましい範囲は31〜36重量％の範囲
である。
るようにした。尚、望ましい範囲は31〜36重量％の範囲
である。
Si:0.1〜２重量％ Siは耐酸化性向上のために必須の成分であり、その含
有量をNbとの共存下で0.1％以上にすると、相乗作用に
より耐酸化性が大幅に向上する。但し0.1％未満の場合
には期待するだけの効果は得られない。
有量をNbとの共存下で0.1％以上にすると、相乗作用に
より耐酸化性が大幅に向上する。但し0.1％未満の場合
には期待するだけの効果は得られない。
逆に２％を超えて含有させると、珪素化合物が多く生
成するようになり、常温延性，靭性が不足する。
成するようになり、常温延性，靭性が不足する。
以上の理由により、本発明ではSiを0.1〜２重量％の
範囲で含有させる。但し望ましい範囲は0.2〜１重量％
の範囲である。
範囲で含有させる。但し望ましい範囲は0.2〜１重量％
の範囲である。
Nb:0.1〜0.5重量％未満 NbはSiと共に耐酸化性向上成分であり、その含有量は
少なくとも0.1％以上とする必要がある。これより少な
いと耐酸化性向上効果が不足する。
少なくとも0.1％以上とする必要がある。これより少な
いと耐酸化性向上効果が不足する。
このNbは、添加量を多くすれば耐酸化性は向上するも
のの、Si共存の下ではその効果は比較的少量で、具体的
には５％程度で飽和し、更に５％直前においては耐酸化
性の向上効果はNbの添加量増量ほどには向上しない。
のの、Si共存の下ではその効果は比較的少量で、具体的
には５％程度で飽和し、更に５％直前においては耐酸化
性の向上効果はNbの添加量増量ほどには向上しない。
加えてNbの添加量が多くなると、Nbの比重が高いこと
から本来軽量性を特徴とするTi−Al系材料の比重が増大
してその利点が減殺されてしまう。
から本来軽量性を特徴とするTi−Al系材料の比重が増大
してその利点が減殺されてしまう。
またこの他にも、高価なNbの多量添加によって材料コ
ストが増大してしまう。
ストが増大してしまう。
本発明はSiとNbとを併用することで、即ちそれらの相
乗効果によって、低Nb添加の下でTi−Al系材料の耐酸化
性を効果的に高め得た点を特徴とするもので、その必要
的添加範囲は0.1〜0.5重％未満である。
乗効果によって、低Nb添加の下でTi−Al系材料の耐酸化
性を効果的に高め得た点を特徴とするもので、その必要
的添加範囲は0.1〜0.5重％未満である。
（実施例） 次に本発明の特徴をより明確にすべく、以下にその実
施例を詳述する。
施例を詳述する。
原料としてスポンジTiと高純度粒状Alを用い、これを
Ar雰囲気中，プラズマスカル炉で溶解し、第１表に示す
組成の100mmφ,15kg鋳塊を得た。これを1300℃×24時間
熱処理して炉冷し、これより3mm（厚み）×10mm（幅）
×25mm（長さ）の試験片を切り出して、以下の耐酸化性
評価試験に供した。結果を第１表に示している。
Ar雰囲気中，プラズマスカル炉で溶解し、第１表に示す
組成の100mmφ,15kg鋳塊を得た。これを1300℃×24時間
熱処理して炉冷し、これより3mm（厚み）×10mm（幅）
×25mm（長さ）の試験片を切り出して、以下の耐酸化性
評価試験に供した。結果を第１表に示している。
［耐酸化性評価試験］ 内容:900℃までの繰返し加熱及び冷却による酸化増量の
測定 試験装置：昇降装置付カンタル炉 試験条件:900℃/96時間（加熱時間） 加熱・冷却の繰返し回数:192回 雰囲気：露点20℃，合成空気中 加熱・冷却パターン：第２図に示しているように900℃
に加熱して30分保持した後、180℃まで冷却してこれを
繰り返す。
測定 試験装置：昇降装置付カンタル炉 試験条件:900℃/96時間（加熱時間） 加熱・冷却の繰返し回数:192回 雰囲気：露点20℃，合成空気中 加熱・冷却パターン：第２図に示しているように900℃
に加熱して30分保持した後、180℃まで冷却してこれを
繰り返す。
尚、第１表に示した結果より、Alの含有量と酸化増量
との関係を求めて第３図に示した。また併せて、SiとNb
の添加効果を整理して第２表に別途示してある。
との関係を求めて第３図に示した。また併せて、SiとNb
の添加効果を整理して第２表に別途示してある。
これらの結果にみられるように、SiとNbとを共存状態
で含有させた場合、酸化増量が著しく減少する。尚前述
したようにSi,Nbを夫々単独で含有させた場合、酸化増
量の抑制効果は不十分であって、例えばSiを３％まで含
有させた場合、酸化増量は無添加の場合の1/3程度であ
り、またNbを１％添加した場合、酸化増量は無添加の場
合の1/4程度であった。
で含有させた場合、酸化増量が著しく減少する。尚前述
したようにSi,Nbを夫々単独で含有させた場合、酸化増
量の抑制効果は不十分であって、例えばSiを３％まで含
有させた場合、酸化増量は無添加の場合の1/3程度であ
り、またNbを１％添加した場合、酸化増量は無添加の場
合の1/4程度であった。
以上本発明の実施例を詳述したが、これはあくまで本
発明の一例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲
において、当業者の知識に基づき様々な変更を加えた形
態で構成可能である。
発明の一例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲
において、当業者の知識に基づき様々な変更を加えた形
態で構成可能である。
第１図は本発明の実施例に係るTi−Al系材料と従来のTi
−Al系材料との各金属組織の顕微鏡写真であり、第２図
は本発明の効果確認のために行なった耐酸化性評価試験
における繰返し加熱・冷却パターンの説明図、第３図は
同実験の結果得られたAl含有量と酸化増量との関係を示
す図である。
−Al系材料との各金属組織の顕微鏡写真であり、第２図
は本発明の効果確認のために行なった耐酸化性評価試験
における繰返し加熱・冷却パターンの説明図、第３図は
同実験の結果得られたAl含有量と酸化増量との関係を示
す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】重量％でAl:30〜42％,Si:0.1〜２％,Nb:0.
1〜0.5％未満を含み、残部が実質的にTiから成ることを
特徴とするTi−Al系軽量耐熱材料。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1213702A JP2510141B2 (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | Ｔｉ―Ａｌ系軽量耐熱材料 |
| DE69017305T DE69017305T2 (de) | 1989-08-18 | 1990-08-10 | Hitzebeständiger, leichter Werkstoff auf Titan-Aluminiumbasis. |
| EP90308817A EP0413524B1 (en) | 1989-08-18 | 1990-08-10 | Titanium-aluminium based lightweight, heat resisting material |
| US07/567,503 US5120497A (en) | 1989-08-18 | 1990-08-15 | Ti-al based lightweight-heat resisting material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1213702A JP2510141B2 (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | Ｔｉ―Ａｌ系軽量耐熱材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0379735A JPH0379735A (ja) | 1991-04-04 |
| JP2510141B2 true JP2510141B2 (ja) | 1996-06-26 |
Family
ID=16643579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1213702A Expired - Fee Related JP2510141B2 (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | Ｔｉ―Ａｌ系軽量耐熱材料 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5120497A (ja) |
| EP (1) | EP0413524B1 (ja) |
| JP (1) | JP2510141B2 (ja) |
| DE (1) | DE69017305T2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE59106459D1 (de) * | 1990-05-04 | 1995-10-19 | Asea Brown Boveri | Hochtemperaturlegierung für Maschinenbauteile auf der Basis von dotiertem Titanaluminid. |
| US5175423A (en) * | 1991-05-09 | 1992-12-29 | Verifone, Inc. | Rotary data card scanning apparatus |
| US5264051A (en) * | 1991-12-02 | 1993-11-23 | General Electric Company | Cast gamma titanium aluminum alloys modified by chromium, niobium, and silicon, and method of preparation |
| DE4215194C2 (de) * | 1992-05-08 | 1995-06-29 | Abb Patent Gmbh | Hochwarmfester Werkstoff |
| US5451366A (en) * | 1992-07-17 | 1995-09-19 | Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. | Product of a halogen containing Ti-Al system intermetallic compound having a superior oxidation and wear resistance |
| DE4224867A1 (de) * | 1992-07-28 | 1994-02-03 | Abb Patent Gmbh | Hochwarmfester Werkstoff |
| US6174387B1 (en) | 1998-09-14 | 2001-01-16 | Alliedsignal, Inc. | Creep resistant gamma titanium aluminide alloy |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPH01298127A (ja) * | 1988-05-27 | 1989-12-01 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 金属間化合物ＴｉＡｌ基軽量耐熱合金 |
| JPH02138430A (ja) * | 1988-08-16 | 1990-05-28 | Nkk Corp | 常温破壊靭性、耐高温酸化性および高温強度に優れたＴｉＡ▲ｌ▼基耐熱合金 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB782564A (en) * | 1952-12-22 | 1957-09-11 | Rem Cru Titanium Inc | Improvements in or relating to titanium-aluminium base alloys |
| US3203794A (en) * | 1957-04-15 | 1965-08-31 | Crucible Steel Co America | Titanium-high aluminum alloys |
| JPS6141740A (ja) * | 1984-08-02 | 1986-02-28 | Natl Res Inst For Metals | 金属間化合物ＴｉＡｌ基耐熱合金 |
| GB8718192D0 (en) * | 1987-07-31 | 1987-09-09 | Secr Defence | Titanium alloys |
| US4836983A (en) * | 1987-12-28 | 1989-06-06 | General Electric Company | Silicon-modified titanium aluminum alloys and method of preparation |
| JP2569710B2 (ja) * | 1988-04-04 | 1997-01-08 | 三菱マテリアル株式会社 | 常温靱性を有するＴｉ−Ａ▲ｌ▼系金属間化合物型鋳造合金 |
| US4983357A (en) * | 1988-08-16 | 1991-01-08 | Nkk Corporation | Heat-resistant TiAl alloy excellent in room-temperature fracture toughness, high-temperature oxidation resistance and high-temperature strength |
| JPH03243234A (ja) * | 1990-02-19 | 1991-10-30 | Shinko Metal Prod Kk | 高温用複合線 |
-
1989
- 1989-08-18 JP JP1213702A patent/JP2510141B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-08-10 DE DE69017305T patent/DE69017305T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-08-10 EP EP90308817A patent/EP0413524B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-08-15 US US07/567,503 patent/US5120497A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01298127A (ja) * | 1988-05-27 | 1989-12-01 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 金属間化合物ＴｉＡｌ基軽量耐熱合金 |
| JPH02138430A (ja) * | 1988-08-16 | 1990-05-28 | Nkk Corp | 常温破壊靭性、耐高温酸化性および高温強度に優れたＴｉＡ▲ｌ▼基耐熱合金 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69017305T2 (de) | 1995-08-10 |
| EP0413524B1 (en) | 1995-03-01 |
| DE69017305D1 (de) | 1995-04-06 |
| EP0413524A1 (en) | 1991-02-20 |
| US5120497A (en) | 1992-06-09 |
| JPH0379735A (ja) | 1991-04-04 |
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