JP3923948B2 - ラメラ合金のための耐損傷性ミクロ組織 - Google Patents

Description

本発明は、ラメラ合金のための耐損傷性ミクロ組織およびその製造方法に関する。

（米国政府の権益の陳述）
米国政府は、空軍省により結ばれた契約第Ｆ３３６１５−９４−Ｃ−２４２２号に従って本発明に権利を有し得る。

ラメラ（ｌａｍｅｌｌａｒ）γＴｉＡｌ合金の現在のミクロ組織（ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）は、図１に示すような平面状ラメラ（ｐｌａｎａｒ ｌａｍｅｌｌａ）を有する等軸（旧β（ｐｒｉｏｒ β））結晶粒組織（ｇｒａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）から構成される。結晶粒またはラメラコロニー（ｃｏｌｏｎｙ）それ自体は、図２に概略示すものなどのように、ＴｉＡｌ（γ）小板（ｐｌａｔｅｌｅｔ）とＴｉ₃Ａｌ（α₂）小板のラメラスタック（ｓｔａｃｋ）、すなわち、板状ＴｉＡｌ（γ）と板状Ｔｉ₃Ａｌ（α₂）とから成るラメラスタックを示す。

ラメラスタックの層間のラメラ間またはラメラ内剪断は、ラメラミクロ組織を有するガンマＴｉＡｌ合金内における図３に示すものなどの単調かつ周期的なクラック形成に繋がる主要な機構の１つとして、疲労試験および破壊試験で同定されている。高および低サイクル疲労破壊および近しきい値小クラック成長試験破壊は、１２００°Ｆより下でそれらの破壊起源においてラメラ間剪断を示す。

従って、本発明の目的は、ラメラＴｉＡｌ合金などのラメラ合金のための耐損傷性（ｄａｍａｇｅ ｔｏｌｅｒａｎｔ）ミクロ組織を提供することである。

本発明のさらなる目的は、ラメラγＴｉＡｌ合金などのラメラ合金のための耐損傷性ミクロ組織を提供する方法を提供することである。

上述した目的は、本発明により達成される。

本発明に従うと、ラメラγＴｉＡｌ合金のための耐損傷性ミクロ組織は、一般に、マトリックス（ｍａｔｒｉｘ）と、このミクロ組織内にあり非平面状（ｎｏｎｐｌａｎａｒ）形態を有する複数のラメラコロニーとから成る。

本発明に従うと、ラメラ合金のための耐損傷性ミクロ組織を形成する方法は、一般に、合金を鋳造し、この鋳造合金を、１２９０から１３１５℃の範囲の温度において９０：１から１００：１の範囲の押し出し比で押し出すことを含む。

本発明のラメラ合金のための耐損傷性ミクロ組織の他の詳細ばかりでなく、それに付随する他の目的および利点は、以下の詳細な説明と、同様の参照番号が同様の要素を図示している添付の図面とに述べられる。

本発明に従うラメラγＴｉＡｌ合金は、マトリックス中に非平面状形態を有するラメラコロニーと呼ばれる複数の結晶粒を示すミクロ組織を有する。この合金は、非平面状形態を有するラメラコロニーばかりでなくマトリックス中に平面状結晶粒を有することもできる。非平面状形態を有するラメラコロニーは、一般に、多数の積層（ｓｔａｃｋ）された層を含み、それぞれが、湾曲したまたは非平面状の組織を有する。γＴｉＡｌ合金中では、これらの層のいくつかが、ＴｉＡｌ（γ）から成り、他のいくつかの層は、Ｔｉ₃Ａｌ（α₂）から成る。ラメラコロニーのそれぞれは、不規則繰り返し規則（ｉｒｒｅｇｕｌａｒｌｙ ｒｅｐｅａｔｉｎｇ ｏｒｄｅｒ）を有する多数のラメラを含有する。γＴｉＡｌ小板は、三角形（八面体）単位格子（ｕｎｉｔ ｃｅｌｌ）と、γ双晶を含むスタックとを有する。α₂Ｔｉ₃Ａｌ小板は、不規則に散在（ｉｎｔｅｒｓｐｅｒｓｅ）している。α₂Ｔｉ₃Ａｌに対する単位格子は、六方晶系である。湾曲したまたは非平面状の組織を有する層を形成することにより、結晶粒は、ラメラ間またはラメラ内剪断により生じるクラック形成に、より良く耐えることができる。

本発明の好ましい実施態様では、非平面状形態を有するラメラコロニーは、マトリックス中の少なくとも１０％のラメラコロニーから成り、マトリックスの外側縁部に沿って配置される。非平面状形態を有するラメラコロニーをマトリックスの外側縁部に備えることにより、合金は、疲労損傷に対して、より耐性があるようになる。さらに、本発明の好ましい実施態様では、非平面状形態を有するラメラコロニーは、平均結晶粒径（ａｖｅｒａｇｅ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ）が０．８から１．０９ミクロンの範囲にある微細な構造を有する。微細結晶粒構造は、合金の破壊に繋がる有害なクラックの形成に、より抵抗するので、望ましい。

有利な非平面状形態を有するγＴｉＡｌ合金などのラメラ合金は、合金成分を真空アーク溶解し、この合金を棒状体（ｂａｒ）または細長い片（ｓｔｒｉｐ ｓｔｏｃｋ）に鋳造し、この鋳造合金を、１２９０℃から１３１５℃の範囲の温度において９０：１から１００：１の範囲の押し出し比で押し出すことにより形成され得る。当業技術内で知られるどのような適切な押し出し装置も、押し出し工程を実施するのに使用され得る。

図４〜図６をここで参照すると、本発明に従うラメラ合金のための耐損傷性ミクロ組織が、示される。合金は、４６ｗｔ％のＡｌと、５〜１０ｗｔ％のＮｂと、０．２ｗｔ％のホウ素と、０．２ｗｔ％の炭素と、残部のチタンと、不可避的不純物とから成る組成を有するラメラγＴｉＡｌ合金であって、１３１０℃の温度において１００：１の押し出し比で押し出された合金である。この合金のα変態（ｔｒａｎｓｕｓ）温度は、１３１０℃である。

上述した説明から理解できるように、本発明に従うミクロ組織を有するラメラ合金、特にγＴｉＡｌ合金は、向上した疲労抵抗と、小クラック破壊抵抗に対するより高いしきい値とを示す。

明らかなように、本発明に従って、上述した目的、手段、および利点を十分に満足するラメラ合金のための耐損傷性ミクロ組織が提供された。本発明は、その具体的な実施態様の文脈で説明したが、上述した説明を読んだ当業者には、他の代替物、変形物、および変更物も明らかとなるであろう。従って、特許請求の範囲の広い範囲内に含まれるようなそのような、代替物、変形物、および変更物が包含されることが意図される。

平面状ラメラばかりを有する従来の完全なラメラγＴｉＡｌ合金のミクロ組織を示す顕微鏡写真である。 平面状ラメラ結晶粒構造の概略図である。 γＴｉＡｌ合金内における単調かつ周期的なクラック形成を示す顕微鏡写真である。 本発明に従うミクロ組織を有するγＴｉＡｌ合金の顕微鏡写真である。 本発明に従うミクロ組織を有するγＴｉＡｌ合金の顕微鏡写真である。 本発明に従うミクロ組織を有するγＴｉＡｌ合金の顕微鏡写真である。

Claims (1)

1. 非平面状形態を有する複数の結晶粒を含むラメラγＴｉＡｌ合金を製造する方法であって、
   ラメラγＴｉＡｌ合金を鋳造し、
   この鋳造合金を、１２９０から１３１５℃の範囲の押し出し温度において９０：１から１００：１の範囲の押し出し比で押し出して、非平面状形態を有する結晶粒を形成する、
   ことを含むことを特徴とする方法。