JPH02101133A

JPH02101133A - ＴｉＡｌ−Ｔｉ↓３Ａｌ系複合材料

Info

Publication number: JPH02101133A
Application number: JP25116988A
Authority: JP
Inventors: Susumu Isobe; 磯部　晋; Tomohito Iikubo; 知人飯久保; Toshiharu Noda; 俊治野田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1988-10-05
Publication date: 1990-04-12
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: DE68921410D1; EP0365174B1; JP2960068B2; DE68921410T2; EP0365174A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【発明の目的】

（産業上の利用分野）本発明は、耐熱性や靭性に優れていることが要求される
部品、例えば、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などの回転運
動部品、あるいは、エンジンバルブ、ピストン、ロッカ
ーアームなどの往復運動部品の素材として利用されるＴ
ｉＡ！；Ｌ−Ｔｉ３ＡＪｌｊ系複合材料に関するもので
ある。（従来の技術）従来、上述した各種回転運動部品や往復運動部品におい
て、タービンブレードやロータなどにはＮｉ基耐熱合金
が使用され、エンジンバルブには耐熱鋼が使用され、ピ
ストンには鋳造用アルミニウム合金が使用され、ロッカ
ーアーム（本体）には鋳鉄が使用されることが多かった
。一方、軽量で強度にすぐれた材料としてＴｉお、Ｊ：　
Ｕ　Ｔ　ｉ　合金（例エバ、Ｔｉ−６ＡＫ！、−４Ｖ）
が航空機分野などにおいて使用されており、さらに耐熱
性を向上させた軽量なものとしてＴｉＡＪＬ金属間化合
物をベースとする材料が注目されるようになってきてい
る。このＴｉＡｌ金属間化合物をベースとする材料は、軽量
で耐熱性にすぐれたものであるが、室温での靭性（延性
）が低く、いまだ実用化されるには至っていない。そこで、このＴｉＡｕ金属間化合物をベースとする材料
の室温延性を改善するために第３元素を添加することも
考えられ、またＴ　ｉ　Ａ文金属間化合物にＴｉ３Ａｕ
金属間化合物を分散させることも考えられていた。例えば、特開昭５６−４１３４４号公報には、二相構造
を有するＴ　１−Ａ１合金が開示され、主要な相はγ相
（ＴｉＡ文）であり、これに僅かな球状のα２相（Ｔ　
ｉ　３　Ａ　ｌ　）が含まれていることが述べられてい
る。また、特開昭６１−４１７４０号公報には、Ｔ　ｉ　Ａ
　ｆＬ金属間化合物をベースとした合金にＭｎを添加し
た金属間化合物ＴｉＡ文基耐熱合金が開示されている。（発明が解決しようとする課題）しかしながら、Ｔ　ｉ　Ａ　ｌ金属間化合物中にＴｉ３
ＡＭ金属間化合物を分散させるとしても、例えば、前出
の特開昭５６−４１３４４号公報に開示されているよう
に、主要な相はγ相（ＴｉＡ文）であり、これに僅かな
球状のα２相（Ｔｉ３Ａ９Ｌ）が含まれていることが示
されているだけであって、ＴｉＡｕ金属間化合物中のＴ
ｉ３Ａｌ金属間化合物の最適量については明らかになっ
ておらず、Ｔｉ３　ＡＭ金属間化合物を分散させること
により室温延性をより一層向上させたものとすることに
ついていまだ十分に解明がなされていないという課題を
有していた。（発明の目的）本発明は、上述した従来の課題にかんがみてなされたも
ので、ＴｉＡｕ金属間化合物のもつすぐれた軽量耐熱特
性を活用し、さらにはＴｉ３ＡＪｌｊ全３ＡＪｌｊによ
って室温延性が改善されたＴ　ｉ　Ａ文−Ｔｉ３Ａｌ系
複合材料を提供することを目的としている。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段）本発明者らは、ＴｉにＡ文を３３〜３５重量％の範囲で
含有させたインゴットを溶製し、引張試験とともにＴｉ
３Ａｕ金属間化合物の量をＸ線回折により詳細に調査し
た結果、Ｔ　ｉ　Ａ　ｌ金属間化合物中のＴｉ３ＡＭ金
属間化合物の量がある特定された範囲内で含有されてい
ることによって延性が著しく改善され、室温伸びが１．
５％以」二に達することを見い出した。すなわち、本発明に係るＴｉＡｌ−ＴｉＡＡ文系複合材
料は、ＡＪｌｊを３３〜３５重量％含み、残部が実質的
にＴｉからなり、Ｔ　ｉ　Ａ　ｌ金属間化合物中にＴｉ
３ＡＪＬ全３ＡＪＬ物を１０〜３５体積％含んでいる構
成としたことを特徴としており、一実施態様においては
、Ａ文を３３〜３４重量％含み、残部が実質的にＴｉか
らなり、Ｔ　ｉ　Ａ　ｌ金属間化合物中にＴｉ３ＡＪＪ
金属間化合物を１５〜３５体積％含んでいる構成とした
ことを特徴としており、このようなＴｉＡ見−Ｔｉ３Ａ
Ｍ系複合材料の構成をト述した従来の課題を解決するた
めの手段としている。本発明に係るＴｉＡ文−Ｔｉ３ＡＭ系複合材料において
は、Ａ文を３３〜３５重量％含み、残部が実質的にＴｉ
からなり、ＴｉＡＪ１金属間化合物中にＴｉ３　Ａ文金
属間化合物を１０〜３５体積％含んでいるものであるが
、ＴｉＡＪＪ金属間化合物の引張延性は、Ｔ　ｉ　Ａ　
ｌ金属間化合物中にＴｉ３ＡＭ金属間化合物がラメラ−
状に細かくなっている状態で１０〜３５体積％、より好
ましくは１５〜３５体積％存在しているときに最も大き
くなる。そして、ｌＯ〜３５体積％、より好ましくは１
５〜３５体積％のＴｉ３ＡＪ１全３ＡＪ合物を含み、し
かもラメラ−状に細かく析出させるためには、ＡＪＩ量
が３３〜３５重量％、より好ましくは３３〜３４重量％
含有させることが必要であることがわかった。そして、
Ａｕ量が３３重量％未満ではＴｉ３ＡｆＬ金属間化合物
が多くなり、引張延性が低下してしまい、Ａ文事が３５
重量％を超えるとＴｉ３ＡＭ金属間化合物が逆に少なく
なるので好ましくなく、良好なる引張延性を得るために
Ｔ　ｉ　Ａ　ｎ金属間化合物中にＴｉ３ＡＭ金属間化合
物を１０〜３５体積％存在させうるようにＡＩ含有量を
３３〜３５重量％とした。このＴ　ｉ　Ａ　ｌ金属間化合物中におけるＴｉ３Ａｆ
ｌ全３Ａｆ合物は、合金組成のみならず製造の際の熱処
理によっても変化する。すなわち、製造時に非平衡凝固
したＴ　ｉ　Ａ　ｌ金属間化合物は、１１００°Ｃ以上
の高温で長時間保持されると、ＴｉＡｕ金属間化合物中
のＴ　ｉ　３　Ａ　ｌ金属間化合物が固溶し、Ｔｉ３Ａ
ｌ金属間化合物の減少が生じると共にＴｉ３ＡＪ１全３
ＡＪ合物の凝集粗大化がおこり、延性の低下をまねく。したがって、１１００°Ｃ以上での長時間熱処理は好ま
しくなく、例えば１１５０°Ｃでの熱処理の場合は８時
間以内程度とすることが望ましいことがわかった。そして、Ｔ　ｉ　Ａ　ｌ金属間化合物中に１０〜３５体
積％の細かいＴｉ３Ａｌ金属間化合物のラメラ−相を得
るに際しては、鋳造法によって得ることが可能であるが
、Ｔ　ｉ　Ａ　ｌ金属間化合物の粉末とＴｉ３ＡＭ金属
間化合物の粉末とを混合して焼結したのち加工を行う粉
末冶金法によっても得ることが可能である。（発明の作用）本発明に係るＴ　ｉ　Ａ　ｆｌ　　Ｔ　ｉ　ｓ　Ａ　ｆ
ｌ系複合材料は、Ａｌを３３〜３５重量％含み、残部が
実質的にＴｉからなり、ＴｉＡｕ金属間化合物中にＴｉ
３ＡＭ金属間化合物を１０〜３５体積％含んでいるもの
であるから、ＴｉＡｌ金属間化合物中に適量のＴｉ３Ａ
ｌ金属間化合物が分散したものとなっており、耐熱性の
すぐれた軽量Ｔ　ｉ　Ａ　ｌ金属間化合物の靭性（とく
に延性）がこのＴｉＡｕ金属間化合物中で適量に分散さ
れたＴ　ｉ　３　Ａ　ｌ金属間化合物によって著しく改
善されたものとなる作用がもたらされる。（実施例）原料としてスポンジＴｉと高純度粒状Ａｎを用い、プラ
ズマスカル炉を使用してＡｒガス雰囲気中で溶解し、第
１表のＮｏ、　　１〜１０に示す組成のＴｉ−Ａｌ合金
からなる約５ｋｇのインゴットにそれぞれ鋳造した。次に、各インゴットから引張試験片を切出し、Ｎｏ、　
９を除いて鋳造のまま（ａ　ｓ　　ｃ　ａ　ｓ　ｔ）と
して熱処理を行うことなく引張試験を行って、０．２％
耐力、引張強さ、伸びおよび絞りを測定すると共に、Ｔ
　ｉ　Ａ　ｌ金属間化合物中のＴｉ３Ａｎ全３Ａ化合物
の量をＸ線回折により調べた。また、Ｎ０９９はＮ０１３と同じ引張試験片に対して１
１５０°Ｃ×２４時間加熱後空冷の熱処理を行って、Ｔ
ｌ３Ａｌ金属間化合物の量を意図的に少なくした場合を
示している。これらの結果を第１表に示す。第１表に示した結果より明らかなように、Ａ文を３３〜
３５重量％含み、Ｔ　ｉ　Ａｌ金属間化合物中にＴｉ３
ＡＪｌｊ全３ＡＪｌｊを１０〜３５体積％含む本発明例
Ｎｏ、１〜５のＴｉＡｌ−Ｔｉ２Ａｌ合金からなる複合
材料では１機械的強度が高くしかも室温伸びが１．５％
以上となっていることが明らかであり、靭性にすぐれた
ものであることが認められた。そして、Ａｎ量が３４重
量％を超えるＮｏ、　４および陥、５では機械的強度が
低下する傾向がみられるので、この点からはＡｉ量を３
４重量％以下とすることがより望ましく、また、Ｔｉ３
Ａｕ金属間化合物量が１５体積％未満であるＮｏ、　５
では機械的強度および伸びが低下する傾向がみられるの
で、この点からはＴｉ３Ａｌｌ金属間化合物の量を１５
体積％以上とするのがより望ましいことがわかった。これに対して、Ａｎ量が３３重量％未満と低すぎるＮｏ
、　６ではＴｉＢＡｉ金属間化合物が多くなりすぎて延
性に著しく劣ったものとなっており、また、Ａ２量が３
５重量％超過と多すぎるＮ００７ではＴｉ３ＡＭ金属間
化合物が少なすぎて同様に延性にかなり劣ったものとな
っており、Ａ立置がＮ００７よりもさらに多いＮｏ、　
８ではＴｉ３ＡｊＬ全３ＡｊＬ物がさらに少ないものと
なっていて機械的強度および延性がより一層劣ったもの
となっていることが認められた。さらに、／Ｍｌ量が適
量であっても高温で長時間の熱処理を施したＮ００９で
は、高温での長時間熱処理によってＴｉ３Ａｉ全３Ａｉ
合物が少なくなっているため、１．５％以上の伸びを得
ることができないものとなっていた。さらにまた、第３
元素としてＶを添加したＮｏ、１０では機械的強度は比
較的高いもののＡＭ量が３．５重量％よりも多いため１
．５％以上の伸びを得ることができなかった。

【発明の効果】

本発明に係るＴｉＡｌ−Ｔｉ３ＡＭ系複合材料は、Ａ立
を３３〜３５重量％含み、残部が実質的にＴｉからなり
、Ｔ　ｉ　Ａ　ｌ金属間化合物中にＴ　ｉ　３Ａ　ｌ金
属間化合物を１０〜３５体積％含んでいるものであるか
ら、軽量であって耐熱性にすぐれ、しかも機械的強度が
高いと共に伸びも大きい値を示すものであり、耐熱性と
靭性とが要求されるタービンブレードやターボチャージ
ャーロータなどの回転部品の素材として適した複合材料
であり、重量の減少による応答性の向」−に寄与すると
いう著しく優れた効果が得られ、かつまたエンンンバル
ブ、ピストン、ロッカーアーム（本体）などの往復運動
部品の素材としても適した複合材料であり、慣性重量の
減少によるエンジンの高速化等に寄与するという著しく
優れた効果がもたらされる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ａｌを３３〜３５重量％含み、残部が実質的にＴ
ｉからなり、ＴｉＡｌ金属間化合物中にＴｉ＿３Ａｌ金
属間化合物を１０〜３５体積％含んでいることを特徴と
するＴｉＡｌ−Ｔｉ＿３Ａｌ系複合材料。
（２）Ａｌを３３〜３４重量％含み、残部が実質的にＴ
ｉからなり、ＴｉＡｌ金属間化合物中にＴｉ＿３Ａｌ金
属間化合物を１５〜３５体積％含んでいることを特徴と
するＴｉＡｌ−Ｔｉ＿３Ａｌ系複合材料。