JP3459980B2 - Lamellar orientation control method for TiAl-based single crystal alloy - Google Patents
Lamellar orientation control method for TiAl-based single crystal alloyInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ＴｉＡｌ基単結晶
合金のラメラ方位制御法に関し、さらに詳しくは、航空
機産業におけるジェットエンジンなどの軽量耐熱構造材
料として好適に用いることのできる、ＴｉＡｌ基単結晶
合金のラメラ方位制御法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a lamella orientation control method for a TiAl-based single crystal alloy, and more specifically, a TiAl-based single crystal that can be suitably used as a lightweight heat-resistant structural material for jet engines and the like in the aircraft industry. A method for controlling the lamella orientation of an alloy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＴｉＡｌ基単結晶合金は、現在耐熱材料
として用いられているＮｉ基超合金の約半分の比重を有
し、さらには高温強度、耐熱性ともに優れているため、
次世代の耐熱材料への実用化が期待されている。そし
て、この合金をジェットエンジンのタービンブレードや
自動車の燃焼バルブなどの激しい環境下で使用される耐
熱材料として利用することができれば、燃焼温度の上昇
による燃焼効率の向上、並びに運動部材の軽量化による
高出力化が可能となり、地球規模の環境問題に対応する
ことができる。2. Description of the Related Art TiAl-based single crystal alloys have about half the specific gravity of Ni-based superalloys currently used as heat-resistant materials, and are also excellent in high temperature strength and heat resistance.
Practical application to next-generation heat-resistant materials is expected. If this alloy can be used as a heat-resistant material used in a severe environment such as a turbine blade of a jet engine or a combustion valve of an automobile, the combustion efficiency can be improved by increasing the combustion temperature and the weight of the moving member can be reduced. Higher output is possible and global environmental problems can be addressed.
【０００３】ＴｉＡｌ基単結晶合金の中でも、Ａｌ濃度
が４５〜４９原子％付近の合金は、（α２＋γ）２相域
となり、γ−ＴｉＡｌ相を主体として若干のα２―Ｔｉ
３Ａｌ相を含んだ組織となる。この合金は機械的特性に
優れているために最も注目されている。また、この合金
の高温強度はラメラ方位に強く依存することが明らかと
なっている。したがって、ラメラ方位を任意に制御した
ＴｉＡｌ基単結晶合金を育成することが、この合金の実
用化において非常に重要となってきている。Among the TiAl-based single crystal alloys, the alloy having an Al concentration of 45 to 49 atomic% is in the (α 2 + γ) 2 phase region, and the α 2 -TiAl phase is the main component, and some α 2 -Ti.
3 The structure includes the Al phase. This alloy has received the most attention due to its excellent mechanical properties. It has also been clarified that the high temperature strength of this alloy strongly depends on the lamella orientation. Therefore, growing a TiAl-based single crystal alloy in which the lamella orientation is arbitrarily controlled has become very important in the practical application of this alloy.
【０００４】ラメラ方位の制御法としては、D.R. Johon
son, Y. Masuda, H. Inui and M. Yamaguchiらによる”
Acta Mater.” 45 (1997), p2523において、第３元素を
添加することにより初晶をα相とし、一方向凝固におけ
る優先成長方位を利用することによりラメラ板を常に成
長方向に平行にするという多結晶一方向凝固材に対する
方法が記載されている。As a method for controlling the lamella direction, DR Johon
son, Y. Masuda, H. Inui and M. Yamaguchi et al. ”
In Acta Mater. ”45 (1997), p2523, the primary crystal is made into α phase by adding a third element, and the lamella plate is always parallel to the growth direction by utilizing the preferential growth orientation in directional solidification. Methods for polycrystalline unidirectionally solidified materials are described.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では合金の組成範囲が限られてしまうとともに、任
意のラメラ方位を有する単結晶を育成することが不可能
であるという問題があった。したがって、現状において
はＴｉＡｌ基単結晶合金におけるラメラ方位を任意に制
御する有効な方法が得られておらず、実用に足るＴｉＡ
ｌ基単結晶合金が得られていないのが実状である。However, the above method has a problem that the composition range of the alloy is limited and it is impossible to grow a single crystal having an arbitrary lamella orientation. Therefore, at present, an effective method for arbitrarily controlling the lamella orientation in a TiAl-based single crystal alloy has not been obtained, and TiA that is practical
The actual situation is that an l-based single crystal alloy has not been obtained.
【０００６】本発明は、十分な高温強度を有して実用に
足るＴｉＡｌ基単結晶合金を得るべく、このＴｉＡｌ基
単結晶合金におけるラメラ方位を任意に制御することの
できる方法を提供することを目的とする。[0006] The present invention provides a method capable of arbitrarily controlling the lamella orientation of a TiAl-based single crystal alloy in order to obtain a TiAl-based single crystal alloy having sufficient high temperature strength and practical use. To aim.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、初晶がγ相であるγ単相ＴｉＡｌ単結晶合金
を種結晶として用い、この種結晶から一方向凝固によっ
てＴｉＡｌ基単結晶合金を育成することにより、このＴ
ｉＡｌ基単結晶合金のラメラ方位を制御することを特徴
とする、ＴｉＡｌ基単結晶合金のラメラ方位制御法に関
する。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object,
The present invention uses a γ single-phase TiAl single crystal alloy whose primary crystal is the γ phase as a seed crystal, and grows a TiAl-based single crystal alloy by unidirectional solidification from this seed crystal to obtain this T
The present invention relates to a method for controlling a lamella orientation of a TiAl-based single crystal alloy, which is characterized by controlling a lamella orientation of an iAl-based single crystal alloy.
【０００８】本発明者らは、ＴｉＡｌ基単結晶合金にお
けるラメラ方位を任意に制御できる方法を見出すべく鋭
意検討を行った。そして、種々の単結晶育成法を試みる
とともに、その育成条件をも詳細に検討した。さらに
は、単結晶育成に用いる種結晶に着目し、この形状及び
組成を適宜に調節することを試みた。その結果、溶融状
態から晶出する初晶がγ相となるγ単相ＴｉＡｌ単結晶
合金を種結晶として用い、この種結晶からＴｉＡｌ基単
結晶合金を育成することにより、このＴｉＡｌ基単結晶
合金のラメラ方位を任意に制御できることを見出した。
本発明はこのような膨大な研究の過程よりなされたもの
である。The present inventors have conducted extensive studies to find a method capable of arbitrarily controlling the lamella orientation in a TiAl-based single crystal alloy. Then, while trying various single crystal growth methods, the growth conditions were also examined in detail. Furthermore, attention was paid to the seed crystal used for growing the single crystal, and an attempt was made to appropriately adjust the shape and composition. As a result, a γ-single phase TiAl single crystal alloy in which the primary crystal that crystallizes from the molten state becomes the γ phase is used as a seed crystal, and a TiAl-based single crystal alloy is grown from this seed crystal. It was found that the lamella orientation of the can be controlled arbitrarily.
The present invention has been made in the course of such enormous research.
【０００９】このように初晶がγ相であるγ単相ＴｉＡ
ｌ単結晶合金を種結晶として用いることにより、育成す
べきＴｉＡｌ基単結晶合金のラメラ方位を任意に制御で
きる原因は以下のように考えられる。図１は、Ｔｉ−Ａ
ｌ系の２元系状態図である。本発明と異なり、例えば初
晶がα相であるＴｉ−５３at%Ａｌ単結晶合金を種結晶
として用い、Ｔｉ−４８at%Ａｌ単結晶合金を育成する
場合においては、種結晶の先端において（Ｌ＋α→γ）
の包晶反応が生じる。その結果、固液界面がセル状とな
り別の方位を持つα相が形成される。Thus, the γ single phase TiA whose primary crystal is the γ phase
The reason why the lamella orientation of the TiAl-based single crystal alloy to be grown can be arbitrarily controlled by using the 1 single crystal alloy as a seed crystal is considered as follows. FIG. 1 shows Ti-A.
It is a binary system phase diagram of 1 system. Unlike the present invention, for example, when a Ti-53at% Al single crystal alloy whose primary crystal is α phase is used as a seed crystal and a Ti-48at% Al single crystal alloy is grown, (L + α → γ)
Peritectic reaction occurs. As a result, the solid-liquid interface becomes a cell and an α phase having another orientation is formed.
【００１０】これに対して、本発明にしたがい、例えば
初晶がγ相であるＴｉ−５７at%Ａｌ単結晶合金を種結
晶として用い、Ｔｉ−４８at%Ａｌ単結晶合金を育成す
る場合においては、上記のような包晶反応が回避され
る。そして、種結晶と育成すべき単結晶合金とのＡｌ濃
度の差に起因して、種結晶固相部のＡｌ濃度が固相線に
沿って組成トラベリングを起して減少するとともに、種
結晶の先端に種結晶と同じ方位を有するα相が液相から
晶出する。その結果、種結晶の結晶方位を受け継いだＴ
ｉＡｌ基単結晶合金が形成されるものである。On the other hand, according to the present invention, for example, in the case of growing a Ti-48at% Al single crystal alloy by using a Ti-57at% Al single crystal alloy whose primary crystal is the γ phase as a seed crystal, The peritectic reaction as described above is avoided. Then, due to the difference in Al concentration between the seed crystal and the single crystal alloy to be grown, the Al concentration in the solid phase portion of the seed crystal is reduced by causing compositional traveling along the solid line, and The α phase having the same orientation as the seed crystal at the tip is crystallized from the liquid phase. As a result, T which inherited the crystal orientation of the seed crystal
An iAl-based single crystal alloy is formed.
【００１１】すなわち、本発明によれば、単結晶育成の
際において包晶反応により別の方位を有する結晶粒の形
成が回避されるために、種結晶の結晶方位を受け継いだ
単結晶合金を育成することができる。したがって、種結
晶の結晶方位を任意に選択することにより、ＴｉＡｌ基
単結晶合金のラメラ方位を任意に制御することができる
ものである。That is, according to the present invention, in order to avoid the formation of crystal grains having a different orientation due to the peritectic reaction during the growth of a single crystal, a single crystal alloy that inherits the crystal orientation of the seed crystal is grown. can do. Therefore, the lamella orientation of the TiAl-based single crystal alloy can be arbitrarily controlled by arbitrarily selecting the crystal orientation of the seed crystal.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。本発明においては、初晶が
γ相であるγ単相ＴｉＡｌ単結晶合金を種結晶として用
いることが必要である。具体的には、Ｔｉ−Ａｌ２元系
であれば、合金中のＡｌの含有量の上限が６１原子％で
あることが好ましい。また、合金中のＡｌの含有量の下
限は５６原子％であることが好ましい。これによって、
ＴｉＡｌ基単結晶合金の育成方法が変わっても所定の育
成条件を満足することにより、包晶反応を回避すること
ができ、種結晶の結晶方位を受け継いだ単結晶合金を育
成することができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below in detail based on the embodiments of the invention. In the present invention, it is necessary to use a γ single phase TiAl single crystal alloy whose primary crystal is the γ phase as a seed crystal. Specifically, in the case of Ti-Al binary system, the upper limit of the Al content in the alloy is preferably 61 atom%. Further, the lower limit of the Al content in the alloy is preferably 56 atom%. by this,
Even if the growth method of the TiAl-based single crystal alloy is changed, by satisfying the predetermined growth conditions, the peritectic reaction can be avoided, and the single crystal alloy that inherits the crystal orientation of the seed crystal can be grown.
【００１３】なお、本発明は初晶がγ相となるγ単相単
結晶であれば、Ｔｉ−Ａｌ２元系に限らず、所定の第３
元素を数％添加してなる３元系の場合にも適用すること
ができる。The present invention is not limited to the Ti--Al binary system, as long as it is a γ single-phase single crystal in which the primary crystal is the γ phase.
It can also be applied to the case of a ternary system obtained by adding a few% of the element.
【００１４】種結晶の育成方法は特に限定されるもので
なく、公知の方法を用いて作製することができる。しか
しながら、不純物が少なく、方向性に優れた種結晶を簡
易に得ることができることから、アーク溶解／ドロップ
キャスト法及び光学式浮遊帯域溶融法を併用することに
よって作製することが好ましい。The method for growing the seed crystal is not particularly limited, and it can be prepared by using a known method. However, it is preferable to use the arc melting / drop casting method and the optical floating zone melting method in combination, because a seed crystal containing few impurities and excellent in directionality can be easily obtained.
【００１５】すなわち、Ｔｉ棒やＡｌ棒などを、例えば
非消耗タングステン電極アルゴンアーク溶解炉を用い
て、１．３３×１０−３Ｐａ程度まで真空排気した後、
アルゴンガス雰囲気中において、ボタン型インゴットを
溶製する。このとき、偏析を防止すべく、このボタン型
インゴットを裏返して数回溶製して最終的なインゴット
を得る。その後、このインゴットをドロップキャスト法
によって棒状合金とし、この棒状合金を原料棒として光
学式浮遊帯域溶融法によって一方向凝固する。そして、
得られた単結晶合金は、必要に応じて電解研磨し、結晶
表面の凝固歪みなどを除去する。That is, after the Ti rod and the Al rod are evacuated to about 1.33 × 10 −3 Pa using, for example, a non-consumable tungsten electrode argon arc melting furnace,
A button type ingot is melted in an argon gas atmosphere. At this time, in order to prevent segregation, the button type ingot is turned over and melted several times to obtain a final ingot. Then, this ingot is formed into a rod-shaped alloy by the drop casting method, and this rod-shaped alloy is used as a raw material rod to be unidirectionally solidified by the optical floating zone melting method. And
The obtained single crystal alloy is electrolytically polished as necessary to remove solidification strain and the like on the crystal surface.
【００１６】また、目的とするＴｉＡｌ基単結晶合金の
育成は、上記種結晶を用いてブリッジマン法、チョクラ
ルスキー法及び同じく光学式浮遊帯域溶融法などによっ
て行うことができる。The TiAl-based single crystal alloy of interest can be grown by the Bridgman method, the Czochralski method and the optical floating zone melting method using the seed crystal.
【００１７】しかしながら、上記ブリッジマン法やチョ
クラルスキー法などは、アルミナやカルシアなどのるつ
ぼを使用するため、高融点かつ活性なＴｉＡｌ基単結晶
合金の育成にはあまり適していない。さらに、これらの
方法を用いた場合においては、種結晶と育成結晶との溶
着時における種結晶側の固液界面において、包晶反応を
十分に回避することができず、本発明の目的であるラメ
ラ方位の制御を十分に行うことができない場合がある。However, the Bridgman method, the Czochralski method, and the like use crucibles such as alumina and calcia, and therefore are not suitable for growing a TiAl-based single crystal alloy having a high melting point and activeness. Furthermore, when these methods are used, the peritectic reaction cannot be sufficiently avoided at the solid-liquid interface on the seed crystal side during the welding of the seed crystal and the grown crystal, and this is the object of the present invention. In some cases, the lamella orientation cannot be sufficiently controlled.
【００１８】一方、光学式浮遊帯域溶融法は、ハロゲン
ランプからの光を楕円体内反射鏡で集光し、これを試料
に照射するようにしているため、非常に小さな均熱帯を
形成することができる。したがって、種結晶と育成結晶
との溶着時における種結晶側の固液界面における温度勾
配が大きくなるため、液相量を少なくすることができ、
その結果、包晶反応を回避してラメラ方位の制御を十分
に行うことができる。Meanwhile, optical floating zone melting method, the light from the halogen lamp is condensed by the ellipsoidal body reflector, which because it so as to irradiate the sample, to form a very small soaking zone You can Therefore, since the temperature gradient at the solid-liquid interface on the seed crystal side at the time of welding the seed crystal and the grown crystal becomes large, the liquid phase amount can be reduced,
As a result, the peritectic reaction can be avoided and the lamella orientation can be sufficiently controlled.
【００１９】さらには、るつぼの制約がないために種結
晶を任意の形状に作製することができるとともに、任意
の径の結晶を得ることもできる。また、種結晶側と育成
する合金側を固定する上下のロッドをそれぞれ逆向きに
回転させることにより、均一かつ安定な溶融部分を形成
することができる。したがって、より均一な液相を得る
ことが可能となり、ラメラ方位の制御をより正確に行う
ことができる。以上より、ＴｉＡｌ基単結晶合金の育成
は、光学式浮遊帯域溶融法を用いて行うことが好まし
い。Further, since there is no restriction on the crucible, the seed crystal can be produced in an arbitrary shape and a crystal having an arbitrary diameter can be obtained. Further, by rotating the upper and lower rods that fix the seed crystal side and the growing alloy side in opposite directions, a uniform and stable molten portion can be formed. Therefore, a more uniform liquid phase can be obtained, and the lamella orientation can be controlled more accurately. From the above, it is preferable to grow the TiAl-based single crystal alloy by using the optical floating zone melting method.
【００２０】光学式浮遊帯域溶融法を用いたＴｉＡｌ基
単結晶合金の育成は、具体的には以下に示すようにして
実施する。図２は、本発明で用いる光学式浮遊帯域溶融
法に用いる装置を模式的に示したものである。図２に示
す装置は、ハロゲンランプ１と、楕円体内反射鏡２と、
石英管３とを具えている。石英管３内には育成すべきＴ
ｉＡｌ基単結晶合金と同じ組成を有する原料棒６とγ単
相単結晶である種結晶７が配置されている。また、上ロ
ッド４及び下ロッド５は、原料棒６と種結晶７とにそれ
ぞれ接続されて、これらを互いに逆方向又は同方向に回
転できるようになっている。The growth of the TiAl-based single crystal alloy using the optical floating zone melting method is specifically carried out as follows. FIG. 2 schematically shows an apparatus used in the optical floating zone melting method used in the present invention. Apparatus shown in FIG. 2, the halogen lamp 1, the elliptical body reflector 2,
And a quartz tube 3. T to be grown in the quartz tube 3
A raw material rod 6 having the same composition as the iAl-based single crystal alloy and a seed crystal 7 which is a γ single-phase single crystal are arranged. Further, the upper rod 4 and the lower rod 5 are connected to the raw material rod 6 and the seed crystal 7, respectively, so that they can rotate in opposite directions or in the same direction.
【００２１】なお、ＴｉＡｌ基単結晶合金の育成に際し
ては、石英管３内を予め１．３３×１０−３Ｐａ以下に
なるまで排気した後、アルゴンガスを流して不活性雰囲
気としておく。When growing the TiAl-based single crystal alloy, the quartz tube 3 is evacuated in advance to 1.33 × 10 −3 Pa or less, and then argon gas is flowed to keep it in an inert atmosphere.
【００２２】ハロゲンランプ１からの光は、楕円体内反
射鏡２で反射されて原料棒６の下端部と種結晶７の上端
部に集光し、この部分を溶解させる。その後、下ロッド
５を上昇させて原料棒６に種結晶７を接着させる。そし
て、上ロッド４と下ロッド５とを同時に降下させること
で、原料棒６から次々と液相が形成され、この液相から
次々に前記所定のＴｉＡｌ基単結晶が生成して、一方向
凝固が行われる。その結果、種結晶の結晶方位を受け継
いだＴｉＡｌ基単結晶合金を形成することができる。な
お、育成中において、上ロッド４と下ロッド５を互いに
逆向きに回転させることによって、前記液相部分をより
均一に形成することができる。[0022] Light from a halogen lamp 1 is condensed in the upper part of the lower portion and the seed crystal 7 of the feed rod 6 is reflected by the ellipsoidal body reflector 2, to dissolve the part. Then, the lower rod 5 is raised to bond the seed crystal 7 to the raw material rod 6. Then, by simultaneously lowering the upper rod 4 and the lower rod 5, liquid phases are successively formed from the raw material rods 6, and the predetermined TiAl-based single crystals are successively generated from this liquid phase, and are unidirectionally solidified. Is done. As a result, a TiAl-based single crystal alloy that inherits the crystal orientation of the seed crystal can be formed. During the growth, the upper rod 4 and the lower rod 5 are rotated in opposite directions, so that the liquid phase portion can be formed more uniformly.
【００２３】[0023]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に示
す。
（実施例）本実施例では、初晶がγ相であるＴｉ−５７
at%Ａｌ単結晶合金を種結晶として用いた。この種結晶
は、純度９９．９８％のＴｉ棒と純度９９．９９％のＡ
ｌ棒とを用いて、上記「発明の実施の形態」で述べたア
ーク溶解／ドロップキャスト法と光学式浮遊帯域溶融法
とを併用することによって作製した。なお、種結晶の直
径は６ｍｍであり、長さは５０ｍｍであった。EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples. (Example) In this example, Ti-57 having a γ phase as a primary crystal was used.
At% Al single crystal alloy was used as a seed crystal. This seed crystal is composed of a Ti rod having a purity of 99.98% and an A rod having a purity of 99.99%.
It was produced by using the arc melting / drop casting method and the optical floating zone melting method described in the above-mentioned “Embodiment of the Invention” by using an L rod. The seed crystal had a diameter of 6 mm and a length of 50 mm.
【００２４】この種結晶を図２に示す装置に設置し、原
料棒６としてＴｉ−４８ａｔ％Ａｌ組成、直径１３ｍ
ｍ、長さ１３０ｍｍのインゴットを用いた。そして、ハ
ロゲンランプ１として３．５ｋＷ出力のハロゲンランプ
を用い、このランプから発せられた光を楕円体内反射鏡
２によって原料棒６の下端部と種結晶７の上端部に集光
させることによって、「発明の実施の形態」で述べたよ
うな手順にしたがってＴｉ−４８ａｔ％Ａｌ組成の合金
を一方向凝固させた。なお、成長速度は５ｍｍ／時間と
し、育成時間は４時間とした。This seed crystal was installed in the apparatus shown in FIG. 2, and the raw material rod 6 had a Ti-48 at% Al composition and a diameter of 13 m.
An m ingot having a length of 130 mm was used. Then, using a halogen lamp 3.5kW output as the halogen lamp 1, by condensing on the upper end of the lower portion and the seed crystal 7 of the feed rod 6 the light emitted from the lamp by the ellipsoidal body reflector 2 An alloy of Ti-48 at% Al composition was unidirectionally solidified according to the procedure described in "Embodiment of the Invention". The growth rate was 5 mm / hour and the growing time was 4 hours.
【００２５】このようにして得たＴｉＡｌ基合金の組織
写真を図３に示す。図３から明らかなように、一方向凝
固して形成されたＴｉＡｌ基合金と種結晶との界面はフ
ラットであり、双晶を呈する種結晶それぞれの結晶方位
を受け継いでＴｉＡｌ基合金が育成されていることが分
かる。したがって、本実施例によってラメラ方位が制御
されたＴｉＡｌ基単結晶合金が得られていることが分か
る。A micrograph of the TiAl-based alloy thus obtained is shown in FIG. As is clear from FIG. 3, the interface between the TiAl-based alloy formed by unidirectional solidification and the seed crystal is flat, and the TiAl-based alloy is grown by inheriting the crystal orientations of the twin-forming seed crystals. I know that Therefore, it can be seen that a TiAl-based single crystal alloy having a controlled lamella orientation was obtained by this example.
【００２６】（比較例）本比較例では、初晶がα相であ
るＴｉ−５３at%Ａｌ多結晶合金を種結晶として用いた
以外は、実施例と同様にしてＴｉ−４８at%Ａｌ組成の
合金の育成を実施した。なお、上記種結晶についても実
施例と同様にして作製した。(Comparative Example) In this comparative example, an alloy having a Ti-48at% Al composition was prepared in the same manner as in the example except that a Ti-53at% Al polycrystalline alloy having a primary phase of α phase was used as a seed crystal. Was carried out. The seed crystal was prepared in the same manner as in the example.
【００２７】図４は、本比較例によって得たＴｉＡｌ基
合金の組織写真である。図４から明らかなように、種結
晶と育成結晶との界面には新たな結晶粒の生成が認めら
れる。そして、この結晶粒に起因して、形成されたＴｉ
Ａｌ基合金は種結晶の結晶方位を受け継ぐことなくラン
ダムに配向していることが分かる。したがって、この場
合において、ＴｉＡｌ基合金は多結晶化して種結晶の方
位を受け継がず、ラメラ方位の制御は達成されていない
ことが分かる。FIG. 4 is a microstructure photograph of the TiAl-based alloy obtained in this comparative example. As is clear from FIG. 4, generation of new crystal grains is recognized at the interface between the seed crystal and the grown crystal. Then, Ti formed due to the crystal grains is formed.
It can be seen that the Al-based alloy is randomly oriented without inheriting the crystal orientation of the seed crystal. Therefore, in this case, it is understood that the TiAl-based alloy is polycrystallized and does not inherit the orientation of the seed crystal, and the control of the lamella orientation is not achieved.
【００２８】なお、具体的には示していないが、初晶が
α相であるＴｉ−５５at%Ａｌ単結晶合金を種結晶とし
て用いた場合においても同様の結果を示した。Although not specifically shown, similar results were obtained when a Ti-55at% Al single crystal alloy having an α phase as a primary crystal was used as a seed crystal.
【００２９】以上、具体例を挙げながら発明の実施の形
態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は
上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸
脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能であ
る。Although the present invention has been described in detail based on the embodiments of the invention with reference to specific examples, the present invention is not limited to the above contents and does not depart from the scope of the present invention. All modifications and changes are possible.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＴｉＡｌ基単結晶合金におけるラメラ方位を任意に制御
することができる。したがって、十分な高温強度を有し
て実用に足るＴｉＡｌ基単結晶合金を提供することがで
きる。As described above, according to the present invention,
The lamella orientation in the TiAl-based single crystal alloy can be controlled arbitrarily. Therefore, it is possible to provide a TiAl-based single crystal alloy that has sufficient high temperature strength and is suitable for practical use.
【図１】 Ｔｉ―Ａｌ系２元状態図である。FIG. 1 is a binary phase diagram of a Ti—Al system.
【図２】 光学式浮遊帯域溶融法に使用する装置を模式
的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing an apparatus used for an optical floating zone melting method.
【図３】 本発明にしたがって種結晶の方位を受け継い
だＴｉＡｌ基合金の組織写真である。FIG. 3 is a structural photograph of a TiAl-based alloy that inherits the orientation of seed crystals according to the present invention.
【図４】 本発明と異なる方法によって得たＴｉＡｌ基
合金の組織写真である。FIG. 4 is a microstructure photograph of a TiAl-based alloy obtained by a method different from the present invention.
１ ハロゲンランプ ２ 楕円体内反射鏡 ３ 石英管 ４ 上ロッド ５ 下ロッド ６ 原料棒 ７ 種結晶1 halogen lamp 2 ellipsoidal body reflector 3 quartz tube 4 on the rod 5 under the rod 6 the feed rod 7 seed crystals
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−115549（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−200529（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−230568（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−116691（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−279964（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−11369（ＪＰ，Ａ) 特開2000−17359（ＪＰ，Ａ) 特開2000−17360（ＪＰ，Ａ) Ｄ．Ｒ． ＪＯＨＮＳＯＮ ｅｔ ａ ｌ．，ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ ＯＦ ＴＨ Ｅ ＴｉＡｌ／Ｔｉ３Ａｌ ＬＡＭＥＬ ＬＡＲ ＭＩＣＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＩＮ ＴｉＡｌ ＡＬＬＯＹＳ ＢＹ ＧＲＯＷＴＨ ＦＲＯＭ Ａ ＳＥＥ Ｄ ＭＡＴＥＲＩＡＬ，Ａｃｔａ Ｍａ ｔｅｒｉａｌｉａ，1997年６月， Ｖｏ ｌ．45，Ｎｏ．６，ｐｐ．2523−2533 小池圭佐 他，一方向凝固によるγ− ＴｉＡｌ単結晶合金の育成と結晶成長過 程，第46回日本熱処理技術協会講演大会 講演概要集，1998年10月，ｐｐ．25−26 Ｍ． ＹＡＭＡＧＵＣＨＩ ｅｔ ａ ｌ．，Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｏｌ ｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＴｉＡ ｌ−ｂａｓｅ ａｌｌｏｙｓ，Ｉｎｔｅ ｒｍｅｔａｌｌｉｃｓ，2000年，Ｖｏ ｌ．８， Ｎｏｓ．５−６，ｐｐ．511 −517 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 C22C 1/02 B22D 23/00 B22D 27/04 ＣＡ（ＳＴＮ) ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-3-115549 (JP, A) JP-A-5-200529 (JP, A) JP-A-5-230568 (JP, A) JP-A-6- 116691 (JP, A) JP 6-279964 (JP, A) JP 7-11369 (JP, A) JP 2000-17359 (JP, A) JP 2000-17360 (JP, A) D. R. JOHNSON et al. , ALIGNMENT OF THE TiAl / Ti3Al LAMEL LAR MICROSTRUCTURE IN TiAl ALLOYS BY GROWTH FROM A SEE D MATERIAL, Acta Ma teraria, June 1997, Vol. 45, No. 6, pp. 2523-2533 Keisa Koike et al. Growth of γ-TiAl single crystal alloy by directional solidification and crystal growth process, Proc. Of the 46th Annual Meeting of Japan Heat Treatment Technology Association, October 1998, pp. 25-26 M.I. YAMAGUCHI et al. , Directional sol identification of TiA 1-base alloys, Intermetallics, 2000, Vol. 8, Nos. 5-6, pp. 511-517 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C30B 1/00-35/00 C22C 1/02 B22D 23/00 B22D 27/04 CA (STN) JSTPlus (JOIS) WPI (DIALOG) )
Claims (4)
合金を種結晶として用い、この種結晶から一方向凝固に
よってＴｉＡｌ基単結晶合金を育成することにより、こ
のＴｉＡｌ基単結晶合金のラメラ方位を制御することを
特徴とする、ＴｉＡｌ基単結晶合金のラメラ方位制御
法。1. A TiAl-based single crystal alloy is obtained by using a γ-single phase TiAl single crystal alloy whose primary crystal is the γ phase as a seed crystal and growing a TiAl-based single crystal alloy by unidirectional solidification from the seed crystal. A method for controlling lamella orientation of a TiAl-based single crystal alloy, which comprises controlling the lamella orientation of
Ａｌ単結晶合金のアルミニウムの含有量が、５６〜６１
原子％であることを特徴とする請求項１に記載のＴｉＡ
ｌ基単結晶合金のラメラ方位制御法。2. The γ single phase Ti used as the seed crystal
The aluminum content of the Al single crystal alloy is 56 to 61.
TiA according to claim 1, characterized in that it is in atomic%.
A lamella orientation control method for an l-based single crystal alloy.
Ａｌ単結晶合金は、アーク溶解／ドロップキャスト法に
よって溶製して棒状合金を作製した後、この棒状合金を
光学式浮遊帯域溶融法で一方向凝固して作製したことを
特徴とする、請求項１又は２に記載のＴｉＡｌ基単結晶
合金のラメラ方位制御法。3. The γ single phase Ti used as the seed crystal
The Al single crystal alloy is produced by melting by an arc melting / drop casting method to produce a rod-shaped alloy, and then produced by unidirectionally solidifying the rod-shaped alloy by an optical floating zone melting method. A method for controlling a lamella orientation of the TiAl-based single crystal alloy according to 1 or 2.
晶として用いる前記γ単相ＴｉＡｌ単結晶合金から、光
学式浮遊帯域溶融法により育成することを特徴とする、
請求項１〜３のいずれか一に記載のＴｉＡｌ基単結晶合
金のラメラ方位制御法。4. The TiAl-based single crystal alloy is grown from the γ single-phase TiAl single crystal alloy used as the seed crystal by an optical floating zone melting method.
A lamella orientation control method for the TiAl-based single crystal alloy according to claim 1.
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| Ｍ． ＹＡＭＡＧＵＣＨＩ ｅｔ ａｌ．，Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＴｉＡｌ−ｂａｓｅ ａｌｌｏｙｓ，Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｓ，２０００年，Ｖｏｌ．８， Ｎｏｓ．５−６，ｐｐ．５１１−５１７ |
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