JP3054696B2 - Ti−Al−Si系合金の製造方法 - Google Patents
Ti−Al−Si系合金の製造方法Info
- Publication number
- JP3054696B2 JP3054696B2 JP10183979A JP18397998A JP3054696B2 JP 3054696 B2 JP3054696 B2 JP 3054696B2 JP 10183979 A JP10183979 A JP 10183979A JP 18397998 A JP18397998 A JP 18397998A JP 3054696 B2 JP3054696 B2 JP 3054696B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- single crystal
- solidification
- based alloy
- phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
Ti3Al の金属間化合物と微細に分散するTi5Si3とから成
る、Ti−Al−Si系合金の製造方法に関する。このTi−Al
−Si系合金は、ジェットエンジンおよび陸上タービンの
コンプレッサー並びにタービンのブレードおよびベーン
の他、自動車エンジンの排気バルブおよびピストンや、
ロケット、超音速航空機および宇宙航空機のエンジン並
びに耐熱構造材、さらにはボイラーの耐熱管並びに耐熱
構造材など、新しい軽量耐熱材料としての用途が期待さ
れる。
およびべーンについて、Ni基超合金の一方向凝固技術が
よく知られている。すなわち、図1に示すように、種結
晶を用いることなく、ブレードあるいはべーンとなる溶
融金属1の下部に複雑な凝固経路2を設け、成長する結
晶を1つに絞ることによって、溶融金属1を単結晶3化
する、技術が知られている。なお、図1において、符号
4は高周波コイルである。ここに、Ni基超合金を構成す
るNi合金相と金属間化合物であるNi3Al 相は<001>
方向に成長する傾向が強いために、単結晶材の成長方向
は自動的に<001>となる。この<001>方向は、
耐クリープ性の高い方位であるため、Ni基超合金の一方
向凝固単結晶材は、必然的に優れたクリープ強度を有す
ることになる。
て得られるNi基超合金は、とりわけ優れたクリープ強度
を有することから、近年、この一方向凝固単結晶技術
を、主にTiAlおよびTi3Al の金属間化合物から成るTi−
Al系合金についても適用することが検討されている。
Ni基超合金と同様に一方向凝固による単結晶化を、図1
に示した単純な手法で実現するのは不可能であり、予め
ラメラ方位に制御した種結晶を用いることが必須にな
る。この種結晶を用いた一方向凝固によって、Ti−Al系
合金の単結晶材を育成することが可能である。
金に、種結晶を用いる一方向凝固による単結晶化を所期
してSiを添加した組成、とりわけSiを1at%以上含有す
る組成においては、粗大なチタンシリサイドが生成、そ
して分散するために、図2に示すように、常温延性が著
しく低下する不利がある。なお、図2は、Al+Si:47at
%以下の下にAlおよびSiを含む、Ti−Al−Si系合金のSi
含有量と常温延性との関係を示したものである。同図に
おいて、□および○印は、それぞれ引張試験を大気中と
真空中にて行った場合の結果である。ここで、Siの増加
と共に常温延性が低下するのは、Siの増加と共にチタン
シリサイドが粗大化することが原因である。
−Si系合金では、生成するチタンシリサイドを単結晶の
成長方向に配向させつつ微細化することが実現されれ
ば、常温延性と高温クリープ特性とを両立させることが
可能であるが、未だ実現されていない。
有するTi−Al−Si基合金のラメラ界面が凝固方向に沿っ
て配向した単結晶を育成し、その単結晶中に分散する針
状あるいは板状のチタンシリサイドを微細化すると共
に、ラメラ界面に平行に配向させる、一方向凝固技術を
確立することによって、優れた常温延性および高温強度
特性を併せ持つTi−Al−Si系合金を提供しようとするす
るものである。
次のとおりである。 (1) Al :43at%以上およびSi:1at%以上を、Al+S
i:47at%以下の下に含み、さらにCr、Mo、W、V、N
b、Ta、MnおよびReから選ばれる1種または2種以上を
合計で1.0 〜 5.0at%含有するTi溶湯を、一方向凝固さ
せたのち、α相単相領域にて加熱し、その後徐冷するこ
とを特徴とするTi−Al−Si系合金の製造方法。
上を、Al+Si:47at%以下の下に含み、さらにCr、Mo、
W、V、Nb、Ta、MnおよびReから選ばれる1種または2
種以上を合計で1.0 〜 5.0at%、並びにC、NおよびRE
M から選ばれる1種または2種以上を合計で0.05〜 1.0
at%、含有するTi溶湯を、一方向凝固させることを特徴
とするTi−Al−Si系合金の製造方法。
合金から、ラメラ界面が凝固方向に平行な単結晶を一方
向凝固により育成すると、粗大なTi5Si3が分散して生成
する。このTi5Si3相は、当該単結晶材の代表的組織を図
3に示すように、凝固方向に沿って配向するが、ところ
によっては図4に示すように、凝固方向に沿って配向し
ない部分も存在する。このチタンシリサイドのうち、凝
固方向に沿って配向するチタンシリサイドは、高い高温
クリープ強度をもたらす要因となるものの、部分的に生
成する粗大なチタンシリサイドは常温延性を著しく損な
う要因となる。このような粗大なチタンシリサイドは、
共晶凝固過程にて生ずるものである。そして、常温延性
および高温強度特性を両立するには、この共晶シリサイ
ドを微細化することが、肝要であり、共晶シリサイドを
微細化する手法について、以下に詳細に説明する。
l:43at%以上およびSi:1at%以上を、Al+Si:47at
%以下の下に含み、さらにCr、Mo、W、V、Nb、Ta、Mn
およびReから選ばれる1種または2種以上を合計で1.0
〜 5.0at%含有する、成分組成を基本とする。
%以上を、Al+Si:47at%以下の下に含有させるのは、
図5に示す斜線部の組成を有する種結晶を用いる一方向
凝固によって、上記の基本成分組成のTi−Al−Si系合金
を、単結晶化することを可能ならしめるためである。
Reから選ばれる1種または2種以上を合計で1.0 〜 5.0
at%含有するのは、Ti−Al−Si系合金の常温延性を適正
に保ちつつ、優れた高温強度および耐酸化性を確保する
ためである。
と平衡し得る組成(図5の斜線部)を有するTi−Al−Si
系種結晶を用いて、昇温中に(γ十Ti5Si3)2相領域に
入ることなく(α十Ti5Si3)2相領域に入る、凝固過程
を与えることによって、(γ十α2 +Ti5Si3)なる相構
成を持ち、かつラメラ界面が凝固方向に沿って成長した
単結晶中に、針状あるいは板状のチタンシリサイドが分
散して生成した、組織が得られる。そして、以上の基本
成分または製造工程において、次のいずれかの手法にて
チタンシリサイドの微細化を達成することが、肝要であ
る。
て一方向凝固を行うに当たり、上記基本成分に加えて、
C、NおよびREM から選ばれる1種または2種以上を合
計で0.05〜 1.0at%含有することによって、得られる一
方向凝固材は、共晶シリサイドが微細化しかつラメラ界
面に沿って配向した、組織となる。なぜなら、C、Nお
よびREM から選ばれる1種または2種以上を合計で0.05
at%以上含有することによって、共晶シリサイドの核生
成サイトが多数導入されるために、共晶シリサイドの微
細化が達成される。一方、含有量が 1.0at%をこえる
と、粗大なC、NおよびREM とTiとの化合物が出現し、
常温延性を著しく阻害するためである。
ら選ばれる1種または2種以上を添加しないと、一方向
凝固によって粗大なチタンシリサイドを含む単結晶材が
得られるが、この場合は、この単結晶材を、α相単相領
域にて加熱して、粗大シリサイドをα相中に一旦溶解さ
せ、その後徐冷することによって、過飽和のSiを微細な
チタンシリサイドとして、ラメラ界面に沿って配向析出
させると、図6に示す、組織が得られる。
の(α+γ)相境界の直上のα相単相領域における加熱
を意味し、具体的には、合金組成にもよるが、1350℃程
度の温度に対応する。また、加熱時間は1時間以上必要
である。さらに、微細なチタンシリサイドをラメラ界面
に沿って配列させるためには、その後の徐冷は、1300〜
1100℃の間を5〜20℃/hの冷却速度で行うことが、好
ましい。
C、NおよびREM から選ばれる1種または2種以上を添
加した場合にも適用すると、共晶シリサイドのさらなる
微細化が達成できるのは勿論である。
以上含み、微細なチタンシリサイドがラメラ界面に平行
に配向している単結晶は、ラメラ界面と平行に負荷され
る引張応力に対して、数%の常温延性と共に、非常に優
れたクリープ抵抗を示す。
の760 ℃における最小クリープ速度を負荷応力の関数と
してプロットした図に、Ti−43at%Al−3at%Si系合金
およびTi−45at%Al−2at%Si系合金の750 ℃における
最小クリープ速度をプロットした結果を、図7に示す。
従来の合金の最小クリープ速度は、760 ℃におけるもの
であり、Ti−43at%Al−3at%SiおよびTi−45at%Al−
2at%Si系合金のそれは、750 ℃における値である。従
って、両者を直接比較できないが、従来のTiAl基合金の
場合、一定応力下で最小クリープ速度を1桁大きくする
ためには、少なくとも50℃以上の温度上昇が必要である
から、この発明に従う単結晶は、従来のTi−Al基合金を
凌駕するクリープ強度を有することがわかる。
−Al基合金に関するデータは、「Creep of a fine-grou
ned,fully-lamellar two-phase TiAl alloy at 760℃」
(J.N.Wang, A.J.Schwartz ,T.G.Nieh,C.T.Liu ,V.
K.Sikka and D.Clements著、Gamma Titanium Aluminide
s Editedly Y-W.Kim,R.Wagner and M.Yamaguchi,The
Minerals,Metals and Materials Society,1995,第94
9 〜957 頁)を出典とする。
有するTi−Al基合金において、ラメラ界面が凝固方向に
沿って配向した単結晶を育成し、その単結晶中に分散す
る針状あるいは板状のチタンシリサイドを微細化すると
共に、ラメラ界面に平行に配向させる、一方向凝固技術
が確立するために、優れた常温延性および高温強度特性
を併せ持つTi−Al系合金の提供が可能となる。
である。
びとの関係を示す図である。
鏡写真である。
鏡写真である。
る。
組織を示す顕微鏡写真である。
ける最小クリープ速度と負荷応力との関係と、この発明
によるTi−43at%Al−3at%SiおよびTi−45at%Al−2
at%Si単結晶の750 ℃における最少クリープ速度とを示
す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 Al:43at%以上およびSi:1at%以上
を、Al+Si:47at%以下の下に含み、さらにCr、Mo、
W、V、Nb、Ta、MnおよびReから選ばれる1種または2
種以上を合計で1.0 〜 5.0at%含有するTi溶湯を、種結
晶を用いて一方向凝固させたのち、α相単相領域にて加
熱し、その後徐冷することを特徴とするTi−Al−Si系合
金の製造方法。 - 【請求項2】 Al:43at%以上およびSi:1at%以上
を、Al+Si:47at%以下の下に含み、さらにCr、Mo、
W、V、Nb、Ta、MnおよびReから選ばれる1種または2
種以上を合計で1.0 〜 5.0at%、並びにC、NおよびRE
M から選ばれる1種または2種以上を合計で0.05〜 1.0
at%、含有するTi溶湯を、種結晶を用いて一方向凝固さ
せることを特徴とするTi−Al−Si系合金の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10183979A JP3054696B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Ti−Al−Si系合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10183979A JP3054696B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Ti−Al−Si系合金の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000017359A JP2000017359A (ja) | 2000-01-18 |
JP3054696B2 true JP3054696B2 (ja) | 2000-06-19 |
Family
ID=16145196
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10183979A Expired - Lifetime JP3054696B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Ti−Al−Si系合金の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3054696B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106676324A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-17 | 南京理工大学 | 一种含碳高铌钛铝基单晶合金 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104878444A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-09-02 | 南京理工大学 | 一种TiAl基合金单晶的制备方法 |
CN108796606B (zh) * | 2018-07-07 | 2020-11-03 | 玉环市几偶孵化器有限公司 | 太阳能级多晶硅制备装置 |
-
1998
- 1998-06-30 JP JP10183979A patent/JP3054696B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
STRUCTURAL INTERMETALLICS 1997,pp.287−294(1997) |
材料,Vol.47,No.5,pp.540−541(1998) |
金属,Vol.1990,No.7,pp.34−40 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106676324A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-17 | 南京理工大学 | 一种含碳高铌钛铝基单晶合金 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000017359A (ja) | 2000-01-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2782340B2 (ja) | 単結晶合金およびその製造方法 | |
US4764225A (en) | Alloys for high temperature applications | |
JP3184882B2 (ja) | Ni基単結晶合金とその製造方法 | |
Bewlay et al. | Niobium silicide high temperature in situ composites | |
EP1295969A1 (en) | Method of growing a MCrAIY-coating and an article coated with the MCrAIY-coating | |
JP4521610B2 (ja) | Ni基一方向凝固超合金およびNi基単結晶超合金 | |
JP3902714B2 (ja) | γ′ソルバスの高い、ニッケル系単結晶超合金 | |
JP5299899B2 (ja) | Ni基超合金及びその製造方法 | |
JP2678083B2 (ja) | Ti―Al系軽量耐熱材料 | |
EP1997923B1 (en) | Method for producing an ni-base superalloy | |
US4849030A (en) | Dispersion strengthened single crystal alloys and method | |
JPH04124237A (ja) | ガスタービンブレード及びその製造方法並びにガスタービン | |
JP3084764B2 (ja) | Ni基超合金部材の製造方法 | |
JP2009149976A (ja) | 三元ニッケル共晶合金 | |
JP3054697B2 (ja) | Ti−Al系合金の製造方法 | |
US6159314A (en) | Nickel-base single-crystal superalloys, method for manufacturing the same, and gas turbine parts prepared therefrom | |
JP2707520B2 (ja) | Ti−Al系耐熱部品 | |
JPS6324029A (ja) | 分散強化された単結晶合金 | |
JP3054696B2 (ja) | Ti−Al−Si系合金の製造方法 | |
JP2000199025A (ja) | TiAl系金属間化合物基合金およびその製造方法、タ―ビン部材およびその製造方法 | |
JPH1121645A (ja) | Ni基耐熱超合金、Ni基耐熱超合金の製造方法及びNi基耐熱超合金部品 | |
JPH10317080A (ja) | Ni基耐熱超合金、Ni基耐熱超合金の製造方法及びNi基耐熱超合金部品 | |
US4830679A (en) | Heat-resistant Ni-base single crystal alloy | |
JP2000239771A (ja) | Ni基超合金、その製造方法およびガスタービン部品 | |
Gale et al. | Microstructure and mechanical properties of transient liquid phase bonds between NiAl and a Nickel-Base superalloy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000307 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S631 | Written request for registration of reclamation of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313631 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D02 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |