JP6944874B2 - TiAl金属間化合物の単結晶材料及びその製造方法 - Google Patents
TiAl金属間化合物の単結晶材料及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6944874B2 JP6944874B2 JP2017538285A JP2017538285A JP6944874B2 JP 6944874 B2 JP6944874 B2 JP 6944874B2 JP 2017538285 A JP2017538285 A JP 2017538285A JP 2017538285 A JP2017538285 A JP 2017538285A JP 6944874 B2 JP6944874 B2 JP 6944874B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- orientation
- rod
- solidification
- tial
- 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.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/52—Alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
- C22C33/06—Making ferrous alloys by melting using master alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/001—Continuous growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/003—Heating or cooling of the melt or the crystallised material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B21/00—Unidirectional solidification of eutectic materials
- C30B21/04—Unidirectional solidification of eutectic materials by zone-melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B33/02—Heat treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B35/007—Apparatus for preparing, pre-treating the source material to be used for crystal growth
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
原子パーセントで、合金成分の表現式がTiaAlbNbc(C,Si)d(ただし、43≦b≦49、2≦c≦10、a+b+c=100、0≦d≦1である)であるTiAl金属間化合物の単結晶材料。
(1)それぞれ純度が99.9%以上の各純物質の素材を選択し、合金成分の表現式に応じて配合し、真空度が10−3Paよりも小さいコールドクルーシブル電磁誘導浮揚型の製錬炉で母合金インゴットを製錬し、重力鋳造法又は吸引鋳造法により母合金棒材を得る工程と、
(2)母合金棒材を上下棒材の2つの部分に切断し、それぞれ光学浮遊帯の配向凝固炉の原料棒と種結晶棒とし、上端原料棒と下端種結晶棒との間の距離を1〜5mmに制御し、上下棒材間の距離を1〜5mmとし、まず、原料棒と種結晶棒を水平面に同軸で垂直になるように設け、配向凝固する時に保護するための不活性ガスを流入させ、上下棒材を、逆方向で相対回転数10〜40rpmで回転するように調節し、加熱を開始し、上下棒材の対向する一端をまず溶解させ、対向する一端が次第に近接してから接合するように、上下棒材の位置を調整し、設備の出力を調節して5〜10min保温した後に、浮遊帯の表面が平滑になり、均一に溶解すると、成長速度を2.5〜30mm/hに調節し、配向凝固を開始し、凝固が完了した後に出力を徐々に低下させるとともに、凝固した試料と残りの送り棒試料とを徐々に分離する工程と、
(3)1250℃〜1350℃×12h〜24h+900℃×30min/炉冷又は空冷による熱処理方式により、製造されたTiAl合金の単結晶棒材を真空熱処理する工程と、を備える。
純度が99.999%以上のTi、Al、Nb純金属素材を選択し、合金成分の表現式に応じて配合し、真空度が10−3Paよりも小さいコールドクルーシブル浮揚型の製錬炉で母合金を製錬し、3〜4回製錬して合金成分を均一化し、配向凝固した棒材になるように吸引鋳造する第一工程と、
TiAl合金試料棒を、高純度のイットリアがコーティングされた鋼玉ルツボに入れて配向凝固し、5×10−3Paまで真空引きし、システム内に高純度アルゴン保護ガスを充填する第二工程と、
誘導電源の出力を調節して試料を加熱し、保温温度を1450〜1650Kとし、保温時間を15〜30minとし、配向凝固を開始し、配向凝固の引上げ速度を5〜20μm/sに制御し、試料の長さが50mmになるまで持続的に成長させ、高速焼入れを開始して配向凝固した試料に高速焼入れ処理を行い、固液界面を残す第三工程と、
を備える前記TiAl金属間化合物の単結晶材料の別の製造方法をさらに提供する。
実験で用いられる合金成分は、Ti47Al45Nb8(原子パーセントat%)であり、金属成分の純度がいずれも99.999%であり、高純度のArガスの保護下で、真空度5×10−3Paで、コールドクルーシブル電磁浮揚型の製錬設備により母合金を溶製した。4回製錬して均一な母合金インゴットを得、Φ4×100mmの母合金棒材になるように吸引鋳造した。TiAl合金試料棒を、内壁に高純度イットリアが塗布された鋼玉ルツボに入れて配向凝固実験を行い、5×10−3Paまで真空引きし、そして、システム内に0.05MPaの高純度アルゴン保護ガスを充填した。誘導電源の出力を調節して試料を加熱し、保温温度を1550Kとし、保温時間を25minとし、配向凝固を開始し、配向凝固の成長速度を5μm/sに制御した。試料の長さが50mmになるまで長さを引き上げると、高速焼入れを開始して試料に高速焼入れ処理を行い、固液界面を残す。当該円柱試料の最大縦断面に対して、ミクロ組織を評価し、当該引上げ速度での凝固先析出相、結晶粒の大きさ及びラメラの配向を観察し分析したところ、図2(a)及び図2(b)に示されるように、ラメラの配向が成長方向に平行するTiAl合金の単結晶を得たことが分かった。成長速度が5μm/sと小さい場合、溶質の富化を十分に拡散させることができ、成長が安定して進行することができ、結晶粒が成長するための時間が十分であるので、得られた結晶粒は、単結晶成長するまで粗大である。
実施例1と同じ合金成分及び方法を採用し、保温温度を1550Kとし、保温時間を25minとし、配向凝固を開始し、配向凝固の成長速度を15μm/sに制御した。図4(a)及び図4(b)に示されるように、この引上げ速度でβ→α固相相転移において、45°のラメラの配向のα相が残されたので、最終的な組織は、ラメラの配向が45°の単結晶であった。
実施例1と同じ合金成分及び方法を採用し、保温温度を1550Kとし、保温時間を25minとし、配向凝固を開始し、配向凝固の成長速度を20μm/sに制御した。図6(a)及び図6(b)に示されるように、ラメラの配向と成長方向が45°をなす単結晶を得た。
実施例1と同じ方法を採用し、用いられる合金成分をTi55Al43Nb2とし、保温温度を1650Kとし、保温時間を30minとし、配向凝固の成長速度を5μm/sとし、ラメラの配向が成長方向に平行するTiAl合金の単結晶を得た。
実施例1と同じ方法を採用し、用いられる合金成分をTi48Al43Nb9とし、保温温度を1450Kとし、保温時間を30minとし、配向凝固の成長速度を10μm/sとし、ラメラの配向と成長方向が45°をなすTiAl合金の単結晶を得た。
実施例1と同じ方法を採用し、用いられる合金成分をTi51Al45Nb6とし、保温温度を1650Kとし、保温時間を15minとし、配向凝固の成長速度を5μm/sとし、ラメラの配向が成長方向に平行するTiAl合金の単結晶を得た。
実施例1と同じ方法を採用し、用いられる合金成分をTi42Al49Nb9とし、保温温度を1550Kとし、保温時間を25minとし、配向凝固の成長速度を5μm/sとし、ラメラの配向が成長方向に平行するTiAl合金の単結晶を得た。
(1)素材の選用:
本発明では、母合金インゴットの製造で選用される合金成分はTi47Al45Nb8(原子パーセント)であり、各金属成分の純度について、Ti、Alが99.999%であり、Nbが99.95%であった。
高純度アルゴンガスの保護条件下で、水冷銅ルツボを用いた電磁誘導浮揚型の製錬炉により母合金インゴットを溶製した。金属原料の表面を機械的研磨して表面の酸化皮膜を除去した後、設計された成分配合材料に応じて材料を準備した。インゴットごとに70g程度の重量で、配合された材料を製錬炉内の水冷銅ルツボ内に入れ、5×10−3Paまで真空引きした。炉内に所定の圧力の高純度のアルゴンガス(99.999%)を充填し、アルゴンガスの圧力範囲を0.8〜1MPaとした。3〜4回マルチパス製錬して、均一に混合した母合金インゴットを得た。その後、母合金インゴットをΦ6×120mmの棒材になるように吸引鋳造した。
母合金棒材を上下棒材の2つの部分に切断し、それぞれ光学浮遊帯の配向凝固炉の原料棒と種結晶棒とした。下端は、長さが30mmの種結晶棒であり、上端は、長さが100mmよりも小さい送り棒であった。配向凝固する時に、まず、原料棒と種結晶棒を水平面に同軸で垂直になるように設け、上下棒材間の距離を5mmとし、かつ、当該間隔を4つのフィラメント集束中心に位置させた。5L/minの高純度のアルゴンガスを保護雰囲気として流入させ、上下棒材の軸方向の相対回転数を30rpmに調節し、加熱を開始し、上下棒材の対向する一端をまず溶解させ、対向する一端が次第に近接してから接合するように、上下棒材の位置を調整し、出力を総出力の68%に調節し、5min保温して浮遊帯の表面を平滑にし、均一に溶解させると(すなわち、浮遊帯に明らかな振動がなくなると)、成長速度を5mm/hに調節して、配向凝固を開始した。80mmまで成長させると、配向凝固を停止し、出力を徐々に低下させるとともに、凝固した試料と残りの送り棒試料とを徐々に分離した。
配向凝固棒材の単結晶部分を鋼玉管内に入れ、10−3Paまで真空引きした後に封管し、熱処理炉に入れ、1300℃×24h+900℃×30min/炉冷による熱処理プロセスを採用した。
図9aは、光学浮遊帯の配向凝固後の試料棒の巨視的写真であり、試料が配向凝固において短い競争淘汰を経た後迅速に単結晶成長したことが認められた。図9bは、単結晶ラメラの配向が成長方向に平行することを示す。図10(a)及び図10(b)は、熱処理前後のミクロ組織図であり、図11のXRDスペクトルを参照し、熱処理前の組織内部にB2相が大量分布しており、24h熱処理した後に、B2が完全に解消されたことが分かった。図12は、製造された高強度高塑性のTiAl合金の室温での引張応力−ひずみ曲線であり、降伏強度が729MPaであるとともに、塑性ひずみが6.9%であり、非常に優れた室温力学性能を有する。
実施例8と同じ製造方法を採用し、合金成分をTi44Al47Nb9(原子パーセント)とし、光学浮遊帯の配向凝固プロセスは、相対回転数20rpm、加熱出力55%、成長速度2.5mm/hとし、真空熱処理プロセスは、1250℃×12h+900℃×30min/炉冷とし、B2相が完全に解消され、TiAl合金材料の室温での引張降伏強度が550MPaであり、塑性ひずみが6.0%であった。
実施例8と同じ製造方法を採用し、合金成分をTi51Al40Nb9(原子パーセント)とし、光学浮遊帯の配向凝固プロセスは、相対回転数25rpm、加熱出力70%、成長速度10mm/hとし、真空熱処理プロセスは、1300℃×20h+900℃×30min/炉冷とし、B2相が完全に解消され、TiAl合金材料の室温での引張降伏強度が628MPaであり、塑性ひずみが6.5%であった。
実施例8と同じ製造方法を採用し、合金成分をTi48Al43Nb9(原子パーセント)とし、光学浮遊帯の配向凝固プロセスは、相対回転数20rpm、加熱出力68%、成長速度15mm/hとし、真空熱処理プロセスは、1350℃×24h+900℃×30min/炉冷とし、B2相が完全に解消され、TiAl合金材料の室温での引張降伏強度が660MPaであり、塑性ひずみが6.2%であった。
実施例8と同じ製造方法を採用し、合金成分をTi48Al43Nb9(原子パーセント)とし、光学浮遊帯の配向凝固プロセスは、相対回転数20rpm、加熱出力70%、成長速度15mm/hとし、真空熱処理プロセスは、1350℃×12h+900℃×30min/炉冷とし、B2相が完全に解消され、TiAl合金材料の室温での引張降伏強度が593MPaであり、塑性ひずみが6.8%であった。
実施例8と同じ製造方法を採用し、合金成分をTi48Al46Nb6(原子パーセント)とし、光学浮遊帯の配向凝固プロセスは、相対回転数30rpm、加熱出力60%、成長速度20mm/hとし、真空熱処理プロセスは、1250℃×12h+900℃×30min/炉冷とし、B2相が完全に解消されず、図10bのXRDスペクトルにおいて、12h熱処理の後に、B2相が少量残ったことが分かり、TiAl合金材料の室温での引張降伏強度が656MPaであり、塑性ひずみが3.0%であった。
実施例8と同じ製造方法を採用し、合金成分をTi44Al45Nb8(原子パーセント)とし、光学浮遊帯の配向凝固プロセスは、相対回転数25rpm、加熱出力55%、成長速度30mm/hとし、ラメラの配向と成長方向が45°をなすTiAl合金の単結晶を得た。真空熱処理プロセスは、1250℃×12h+900℃×30min/炉冷とし、B2相が完全に解消され、TiAl合金材料の室温での引張降伏強度が430MPaであり、塑性ひずみが7.8%であった。
(1)選用された合金成分の原子パーセントがTi−45Al−8Nb−0.3C−0.2Siであり、残量がTiであり、初期原料が99.999%の高純度Al、Ti、CとSi及び99.95%の高純度Nbであり、真空度5×10−3MPaで、コールドクルーシブル電磁誘導浮揚型の製錬炉により4回繰り返して製錬し、TiAl−Nb母合金インゴットを得た。
実施例15と同じ方法を採用し、Ti−45Al−8Nb−0.4C−0.5Siで、残量がTiである合金を製造したが、重力鋳造方法に変更し、Φ8mmの丸棒状試料を得た。ネックイン結晶選択処理を採用したため、当該直径の合金によりも単結晶試料を快速に得ることができ、同様に脱偏析熱処理した後の引張強度が618MPaであり、伸びが9.2%であった。
実施例15と同じ製造方法を採用し、合金成分をTi−45Al−8Nb−0.4Si−0.6Cに変更し、残量をTi(原子パーセント)とした。同様に同じ熱処理プロセスを採用し、少量のC及びSiにより相転移温度点が大幅に変化することがないが、高温強化作用をもたらし、材料の900℃での引張降伏強度が650MPaであり、塑性ひずみが7.6%であった。
実施例15と同じ製造方法を採用し、合金成分をTi−45Al−8Nb−0.5Siとし、残量をTiとし、引上げ速度を40mm/hに変更し、温度勾配が小さくても、ネックイン結晶選択処理を採用したため、速い成長速度で依然として単結晶を得た。熱処理後の900℃での引張降伏強度が595MPaであり、伸びが8.7%であった。
実施例15と同じ製造方法を採用し、合金成分をTi−43Al−10Nb−0.3C−0.3Siに変更し、残量をTiとした。Nb元素により強化作用をもたらしたが、偏析も相対的に多くなり、しかし、当該熱処理プロセスにより依然として脆性偏析相を解消することができた。900℃での引張結果は、降伏強度が668MPaであり、伸びが6%であったことを示す。
実施例15と同じ製造方法を採用し、合金成分をTi−45Al−8Nb−0.4Cとし、残量をTiとし、光学浮遊帯の配向凝固プロセスの成長速度を5mm/hに変更し、低い成長速度は、単結晶の形成により有利であり、これは、淘汰領域の距離が短くなることとして現れた。真空熱処理と脱偏析熱処理を行った後、単結晶合金材料の900℃での引張降伏強度が602MPaであり、塑性ひずみが7.6%であった。
実施例15と同じ製造方法を採用し、合金成分をTi−45Al−8Nbとし、残量をTiとし、光学浮遊帯の配向凝固プロセスは相対回転数20rpmとし、回転数が遅くなることにより温度がより不均一になるので、中間結晶粒の成長がより速くなり、単結晶を得た。900℃での引張降伏強度が620MPaであり、塑性ひずみが7%であった。
実施例15と同じ製造方法を採用し、合金成分をTi−45Al−8Nb−0.4Si−0.6Cとし、残量をTiとし、光学浮遊帯の加熱出力を65%とした。低い加熱温度により温度勾配が小さくなり、単結晶の形成に不利であるが、ネックイン結晶選択の方法により、当該加熱出力で依然として単結晶を形成できた。900℃での引張後の降伏強度が639MPaであり、伸びが7.2%であった。
ルーチンの室温と高温での引張テストにより、光学浮遊帯法により製造されたTiAl単結晶合金に対して性能検出を行ったところ、当該合金が、他の類似する合金よりも顕著に優れた室温と高温性能を有することが分かった(具体的な性能について、表を参照する)。
2. D.R.Johnson,Y.Masuda,H.Inui and M.Yamaguchi,Acta Mater.45,2523−2533(1997).
3. I.S.Jung,H.S.Jang,M.H.Oh,J.H.Lee,D.M.Wee,Mater.Sci.Eng.A 329−331,13−18(2002).
4. T.Yamanaka,D.R.Johnson,H.Inui,M.Yamaguchi,Intermetallics 7,779−784(1997).
5. D.R.Johnson,K.Chihara,H.Inui,M.Yamaguchi,Acta Mater.46,6529−6540(1998).
6. H.N.Lee,D.R.Johnson,H.Inui,M.H.Oh,D.M.Wee,M.Yamaguchi,Acta Mater.48,3221−3233(2000).
7. G.L.Chen,W.J.Zhang,Z.C.Liu,S.J.Li,Y.W.Kim,Gamma titaniμm alμminides,31−40(1999).
8. H.Clemens,I.Rμmberg,P.Schretter.Intermetallics,2(3),179−184(1994).
9. T.Tetsui.Structural Intermetallics,489−493(1997).
10. Y.W.Kim.Mater.Sci.Eng.A.192−193,519−533(1995).
11. Z.C.Liu,J.P.Lin,S.J.Li.Intermetallics 10(7),653−659(2002).
Claims (5)
- TiAl金属間化合物の単結晶材料の製造方法であって、
前記TiAl金属間化合物の単結晶材料が合金成分を含み、前記合金成分の表現式が、原子パーセントで、Ti a Al b Nb c (Cおよび/またはSi) d (ただし、43≦b≦47、6≦c<10、0.1≦d≦1であり、dはCおよびSiの合計の原子パーセントであり、a+b+c+d=100)であり、
(1)それぞれ純度が99.999%以上のAl、Ti、Cおよび/またはSiの素材と、純度が99.95%以上のNbの素材とを選択し、合金成分の表現式に応じて配合し、コールドクルーシブル電磁誘導浮揚型の製錬炉で母合金インゴットを製錬し、重力鋳造法又は吸引鋳造法により母合金棒材を得る工程と、
(2)母合金棒材を上下棒材の2つの部分に切断し、それぞれ光学浮遊帯の配向凝固炉の原料棒と種結晶棒とし、上端原料棒と下端種結晶棒との間の距離が1〜3mmに制御し、まず、原料棒と種結晶棒を水平面に同軸で垂直になるように設け、配向凝固する時に保護するための不活性ガスを流入させ、上下棒材を、逆方向で相対回転数20〜40rpmで回転させるように調節し、加熱を開始し、上下棒材の対向する一端をまず溶解させ、対向する一端が次第に近接してから接合するように、上下棒材の位置を調整し、設備の出力を調節して5〜10min保温した後、浮遊帯の表面が平滑になり、均一に溶解すると、成長速度を5〜30mm/hに調節し、配向凝固を開始し、凝固が完了した後に、出力を徐々に低下させるとともに、凝固した試料と残りの送り棒試料とを徐々に分離する工程と、
(3)熱処理方式を炉冷又は空冷とし、1250℃×24h+900℃×30minの条件で、製造されたTiAl合金の単結晶棒材を真空熱処理する工程と、
を備えることを特徴とするTiAl金属間化合物の単結晶材料の製造方法。 - 工程(1)において、電磁誘導浮揚製錬に水冷銅ルツボを採用し、合金の製錬回数が4回以上であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 工程(1)において、前記母合金棒材の寸法がΦ4〜8mmであり、
前記吸引鋳造法に差圧吸引鋳造を採用する場合、圧力の強さの差を3MPaに維持し、
重力鋳造法を採用する場合、保護ガスの圧力の強さが標準大気圧の3分の2とする
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 工程(2)において、下端種結晶棒の長さが20〜30mmであり、上端原料棒の長さが190mmよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 工程(2)において、前記不活性ガスがアルゴンガス又は窒素ガスであり、配向凝固する時に流入させた不活性ガスの流量が3〜5L/minであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
Applications Claiming Priority (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410528019.3 | 2014-10-09 | ||
CN201410528019.3A CN104328501B (zh) | 2014-10-09 | 2014-10-09 | 一种片层取向完全可控的TiAl单晶合金及其制备方法 |
CN201410529844.5 | 2014-10-09 | ||
CN201410529844.5A CN104278173B (zh) | 2014-10-09 | 2014-10-09 | 一种高强高塑TiAl合金材料及其制备方法 |
CN201510244611.5A CN104878452A (zh) | 2015-05-13 | 2015-05-13 | 一种高温高强TiAl-Nb单晶及其制备方法 |
CN201510244611.5 | 2015-05-13 | ||
PCT/CN2015/091508 WO2016055013A1 (zh) | 2014-10-09 | 2015-10-09 | TiAl金属间化合物单晶材料及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017536327A JP2017536327A (ja) | 2017-12-07 |
JP6944874B2 true JP6944874B2 (ja) | 2021-10-06 |
Family
ID=55652598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017538285A Active JP6944874B2 (ja) | 2014-10-09 | 2015-10-09 | TiAl金属間化合物の単結晶材料及びその製造方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10570531B2 (ja) |
EP (1) | EP3205753B1 (ja) |
JP (1) | JP6944874B2 (ja) |
RU (1) | RU2701438C2 (ja) |
WO (1) | WO2016055013A1 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3326746A1 (en) * | 2016-11-25 | 2018-05-30 | Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH | Method for joining and/or repairing substrates of titanium aluminide alloys |
RU2725229C1 (ru) * | 2019-12-03 | 2020-06-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Способ получения Ti2MnAl |
CN112746187B (zh) * | 2020-12-21 | 2021-10-01 | 安徽工程大学 | 一种大尺寸的TiAl基合金籽晶的制备方法 |
CN112746329A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-05-04 | 安徽工程大学 | 一种用于TiAl基合金定向凝固的籽晶制备方法 |
CN114908422A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-08-16 | 合肥工业大学 | 锶掺杂六硼化镧单晶及其制备方法 |
CN115198356B (zh) * | 2022-07-15 | 2023-07-21 | 郑州大学 | 一种特定取向的大规格金属单晶及其制备方法 |
CN115558811B (zh) * | 2022-09-10 | 2023-06-16 | 哈尔滨工业大学 | 利用超声与电磁场制备TiAl半固态材料的装备与方法 |
CN116516213A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-08-01 | 北京科技大学 | 一种含Si高Nb-TiAl合金的制备方法 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4461659A (en) * | 1980-01-17 | 1984-07-24 | Cannon-Muskegon Corporation | High ductility nickel alloy directional casting of parts for high temperature and stress operation |
EP0530968A1 (en) * | 1991-08-29 | 1993-03-10 | General Electric Company | Method for directional solidification casting of a titanium aluminide |
US6059015A (en) * | 1997-06-26 | 2000-05-09 | General Electric Company | Method for directional solidification of a molten material and apparatus therefor |
JP3054697B2 (ja) * | 1998-06-30 | 2000-06-19 | 京都大学長 | Ti−Al系合金の製造方法 |
US7343960B1 (en) * | 1998-11-20 | 2008-03-18 | Rolls-Royce Corporation | Method and apparatus for production of a cast component |
US6436208B1 (en) * | 2001-04-19 | 2002-08-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Process for preparing aligned in-situ two phase single crystal composites of titanium-niobium alloys |
US6755239B2 (en) * | 2001-06-11 | 2004-06-29 | Santoku America, Inc. | Centrifugal casting of titanium alloys with improved surface quality, structural integrity and mechanical properties in isotropic graphite molds under vacuum |
TWI265198B (en) * | 2002-12-02 | 2006-11-01 | Univ Nat Taiwan | The method and equipments for controlling the solidification of alloys in induction melting using cold crucible |
KR100644880B1 (ko) * | 2004-11-30 | 2006-11-15 | 한국과학기술원 | 층상조직의 열적안정성 및 기계적 성질이 매우 우수한 일방향응고 TiAlNbSiC계 합금 |
CN100465309C (zh) * | 2006-09-22 | 2009-03-04 | 北京科技大学 | 一种利用放电等离子烧结制备高铌钛铝合金材料的方法 |
CN102011195B (zh) * | 2010-11-23 | 2012-06-06 | 北京科技大学 | 一种定向凝固高铌钛铝合金单晶的制备方法 |
US20120152483A1 (en) * | 2010-12-16 | 2012-06-21 | General Electric Company | Unidirectional solidification process and apparatus and single-crystal seed therefor |
CN102400074A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-04-04 | 南京理工大学 | 一种减少定向凝固高铌钛铝合金显微偏析的热处理工艺 |
CN102672150A (zh) * | 2012-05-14 | 2012-09-19 | 北京科技大学 | 一种钛铝铌合金片层组织方向控制方法 |
CN102921929B (zh) * | 2012-11-01 | 2015-05-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种高铌钛铝金属间化合物的无污染定向凝固方法 |
CN103789598B (zh) * | 2014-02-28 | 2015-12-02 | 南京理工大学 | 一种定向TiAl基合金及其制备方法 |
CN104878452A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-09-02 | 南京理工大学 | 一种高温高强TiAl-Nb单晶及其制备方法 |
CN104278173B (zh) * | 2014-10-09 | 2016-07-06 | 南京理工大学 | 一种高强高塑TiAl合金材料及其制备方法 |
CN104328501B (zh) * | 2014-10-09 | 2017-06-27 | 南京理工大学 | 一种片层取向完全可控的TiAl单晶合金及其制备方法 |
-
2015
- 2015-10-09 WO PCT/CN2015/091508 patent/WO2016055013A1/zh active Application Filing
- 2015-10-09 JP JP2017538285A patent/JP6944874B2/ja active Active
- 2015-10-09 RU RU2017115945A patent/RU2701438C2/ru active
- 2015-10-09 EP EP15849516.8A patent/EP3205753B1/en active Active
- 2015-10-09 US US15/517,165 patent/US10570531B2/en active Active - Reinstated
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US10570531B2 (en) | 2020-02-25 |
RU2701438C2 (ru) | 2019-09-26 |
EP3205753A4 (en) | 2018-09-12 |
RU2017115945A (ru) | 2018-11-12 |
EP3205753A1 (en) | 2017-08-16 |
JP2017536327A (ja) | 2017-12-07 |
WO2016055013A1 (zh) | 2016-04-14 |
US20170268127A1 (en) | 2017-09-21 |
RU2017115945A3 (ja) | 2019-04-30 |
EP3205753B1 (en) | 2020-04-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6944874B2 (ja) | TiAl金属間化合物の単結晶材料及びその製造方法 | |
CN102011195B (zh) | 一种定向凝固高铌钛铝合金单晶的制备方法 | |
CN105648370B (zh) | 一种提高稀土镁合金铸件力学性能的热处理工艺 | |
CN104278173B (zh) | 一种高强高塑TiAl合金材料及其制备方法 | |
CN102888531B (zh) | 一种960MPa强度级电子束熔丝堆积快速成形构件用α+β型钛合金丝材 | |
CN104328501B (zh) | 一种片层取向完全可控的TiAl单晶合金及其制备方法 | |
CN103382536A (zh) | 一种高强度且组织稳定的第四代单晶高温合金及制备方法 | |
WO2013170585A1 (zh) | 一种钛铝铌合金片层组织方向控制方法 | |
CN104878452A (zh) | 一种高温高强TiAl-Nb单晶及其制备方法 | |
Xiao et al. | Revealing modification mechanism of Mg2Si in Sb modified Mg2Si/AZ91 composites and its effect on mechanical properties | |
Yang et al. | Improvement of microstructure and mechanical properties of TiAl− Nb alloy by adding Fe element | |
CN104878444A (zh) | 一种TiAl基合金单晶的制备方法 | |
Li et al. | Effect of post-heat treatment on Ti2AlNb-based alloy fabricated by twin-wire alternating dual-electron beam additive manufacturing technology | |
Cao et al. | Refinement of carbide precipitates in high-Nb TiAl by cyclic aging treatments | |
Liu et al. | Effect of annealing treatment on microstructure and tensile properties of Ti-48Al-2Cr-5Nb alloy fabricated by laser additive manufacturing | |
Peng et al. | Effect of cyclic heat treatment on abnormal grain growth in Fe-Mn-Al-based shape memory alloys with different Ni contents | |
CN114214532A (zh) | 一种精确控制亚稳组织稳定化实现γ-TiAl合金细化的方法 | |
CN113512668A (zh) | 一种含硼形状记忆合金及其制备方法 | |
Yanqing et al. | Lamellar orientation control in directionally solidified TiAl intermetallics | |
CN115404385A (zh) | 一种有优异室温拉伸延展性的难熔高熵合金及其制备方法 | |
Yong et al. | Improvement of microstructure and mechanical properties of TiAl− Nb alloy by adding Fe element | |
JP2006241484A (ja) | 新規ニオブ基複合体及びその利用 | |
CN109182810B (zh) | 一种低成本高室温塑性变形镁合金及其制备方法 | |
CN115725874B (zh) | 一种兼具强度和塑性的TiAlCrRe合金及其制备方法 | |
Lu et al. | Microstructural evolution of unidirectionally solidified Nb SS-Nb 5 Si 3 eutectic alloy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170525 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180312 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180508 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180806 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190205 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190424 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190917 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200117 |
|
C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20200117 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20200124 |
|
C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21 Effective date: 20200128 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20200228 |
|
C211 | Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211 Effective date: 20200303 |
|
C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20201117 |
|
C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20210413 |
|
C13 | Notice of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13 Effective date: 20210601 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210602 |
|
C302 | Record of communication |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C302 Effective date: 20210615 |
|
C23 | Notice of termination of proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23 Effective date: 20210713 |
|
C03 | Trial/appeal decision taken |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03 Effective date: 20210817 |
|
C30A | Notification sent |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012 Effective date: 20210817 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210913 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6944874 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |