JPH0225534A - チタンアルミニウム合金 - Google Patents

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】 発明の背景 本発明は一般にチタンとアルミニウムとの合金に関する
。さらに詳しくは、それは化学量論比及びクローム及び
ニオブの添加に関して改造した、チタンとアルミニウム
とのガンマ合金に関する。

金属チタンにアルミニウムをより多量に加えるにつれて
、その結果生成するチタン−アルミニウム組成物の結晶
形が変化することは知られている。

アルミニウムの含有割合が低い場合には、アルミニウム
はチタン中に固溶し、結晶形はアルファチタンの結晶形
のままである。アルミニウムの濃度が高い場合（約２５
〜３５原子％）、金属間化合物Ｔ＋　　Ａｔが形成され
る。ＴＩ３／Ｖはアルファ２と呼ばれる規則六方晶形を
有する。さらにアルミニウムの濃度が高い場合（５０・
〜６０原子％のＮ）、別の金属間化合物Ｔ＋Ｍが形成さ
れる。ＴｌＮｌはガンマと呼ばれる規則正方品形を有す
る。

ガンマ結晶形を保有しかつ約１の化学量論比を持つ、チ
タンとアルミニウムとの合金は、高いモジュラス、低い
密度、高い熱伝導性、良好な耐酸化性及び優れた耐クリ
ープ性を保有する。第１図にＴｉＭのモジュラスと温度
との関係をその他のチタン合金及びニッケルベース超合
金と対比して示す。図から明らかなように、ＴｌＡｌは
他のどのチタン合金よりも優れたモジュラスを保有する
。ＴｌＡｌのモジュラスが高温において高いばかりでな
く、温度上昇にともなうモジュラスの低下率がＴｌ１４
Ｊは他のチタン合金より低い。さらに、他のチタン合金
は役に立たなくなるような高い温度で、ＴｌＡｌはａ用
なモジュラスを維持する。Ｔ＋ＡＩ金属間化合物に基ず
く合金は、高温において高いモジュラスが要求されしか
も良好な耐環境性が必要な用途にとって魅力的な軽量材
料である。

そのような用途に対してＴｉＭを実際に適用することを
制限するＴ１Ａｌの特性の一つは、室温において発生す
ることが観測される脆性である。また、金属間化合物Ｔ
ｉＮを構造部材用途に利用するには、まず該金属間化合
物の室温における強度を改善しなければならない。Ｔ＋
Ｎ！金属間化合物を改良して室温における延性及び／又
は強度を向上することは、組成物についてそれらに求め
られている高温度での利用を可能にするために極めて要
望が高い。

軽量及び高温での利用の潜在的な利点とともに、使用さ
れるＴ＋Ｍ組成物において最も望まれることは、室温に
おける強度と延性とを合わせ持つことである。該金属組
成物の一部の用途には最小１％台の延性でかまわないが
、より高い延性に対する要望はずっと高い。組成物が有
用であるための最小強度は約５０ｋｓｉ又は約３５０Ｍ
Ｐａである。しかし、この水準の強度を保有する材料は
実用に洪する限界であり、用途によりさらに高い強度が
望まれる。

ＴｉＮ化合物の化学量論比は結晶構造を変化することな
くある範囲で変化させることができる。アルミニウム含
を量は約５０〜約６０原子％の範囲で変化させることが
できる。ＴＩＭ組成物の性質は、チタン及びアルミニウ
ム成分の化学量論比に１％ないしそれ以上の比較的小さ
な変化をもたらす結果として、非常に大きく変化する。

これらの性質は、同様に比較的少量の第３の元素を添加
することによっても同様に影響を受ける。

本発明者は、ガンマ″ｒＩＮ金属化合物をさらに改良す
るには、第３添加元素だけでなく第４添加元素をも組成
物が含有するように添加元素を組合わせて加えればよい
ことを見い出した。

さらに、本発明者は第４の添加元素を含有する組成物は
望ましいほどに高い延性と有用な耐酸化性とを含む性質
を独特で望ましい組合わせで保有することを発明した。

先行技術 Ｔ＋３／Ｖ金属間化合物、ＴｉＭ金属間化合物及びＴＩ
Ｍ３金属間化合物を含むチタンアルミニウム組成物に関
して多くの文献がある。米国特許明細書箱４．２９４，
６１５号ｒＴｉ／Ｖ型チタン合金」はＴｉＭ金属間化合
物を含むチタンアルミ化合物型合金についての広範な検
討を含む。該特許の第１欄の５０行目以後に、ＴＩＭの
利点及び欠点をＴｉ３４と比較して以下のように論じて
いる。

「ＴＩＮガンマ合金系はアルミニウムをより多く含存す
るのだからより軽量であるという潜在特性を保有するこ
とは明白であろう。１９５０年代の研究室における研究
によれば、チタンのアルミニウム化合物合金は約１００
０℃までの高温度用途に対する可能性があることを示し
ていた。しかし、その後のそのような合金についての工
業的な経験から、それら合金は必要な高温強度は保有す
るが室温から中程度の温度、すなわち２０°〜５５０℃
の温度においてほとんどあるいは全く延性を保有しない
ということであった。極度に魔性の材料は容易には組立
てることができないうえ、希れではあるが避けられない
使用中の小さな損傷に耐えることができず割れ及び続い
て破損を起こしてしまうこととなる。これらは他の基本
合金を代替するような有用な工業材料ではない。」 ＴｒｆｉＪとＴｉ３Ｍとは基本的には規則的チタンアル
ミニウム金属間化合物ではあるが、合金系ＴＩＭは実質
的にＴｉ３Ａｔと（Ｔｉの固溶体合金とも）異なること
は知られている。上記特許明細書箱４，２９４．６１５
号は第１欄の下段に次のように述べている。

「当業者は２種の規則内相の間には実質的な相異のある
ことを認める。Ｔ＋ａ／Ｖの合金化及び変態についての
挙動はチタンの場合とくらべてそれらの六方晶構造が非
常に類似しているので類似する。

しかし、化合物ＴＩＮは原子の正方配列を保有しており
、そのためやや異なる合金化特性を持つ。このような差
異は以前の文献ではしばしば認識されていない。」 前記特許第４．２９４．６１５号には、バナジウムと炭
素とをＴｔＡＪに添加して生成する合金について、特性
の改良がもたらされると記述しである。

前記特許第４．２９４，６１５号は、また−一４５Ａ＃
−５，ＯＮｂの原子％組成を有する合金Ｔ２Ａ−１１２
を第２表に開示しているが、しかし該組成物が何らの有
用な性質を保有するとは記述してない。

チタンアルミニウム化合物及びそれら化合物の性質を扱
った幾つかの技術文献を以下に記す。

１、イー中ニス・バンプス、エイチφデイー参ケスラー
及びエム・ハンセン、　′チタニウムーアルミニウム　
システム１．ジャーナル　オブ　メタルス、１９５２年
り月、６０９〜６１４ページ。

トランズアクションス　エイアイエムイー、巻１（１，
Ｅ、Ｓ、Ｂｕｉｐｓ、Ｈ，Ｄ、Ｋｅｓｓｌｅｒ、ａｎｄ
　Ｍ、Ｈａｎｓａｎ、　　”Ｔｌｔａｎｌｕｍ−ＡＩｕ
ｔｌｌｎｕｍ　　Ｓｙｓｔｅｍ　　　、Ｊｏｕｒｎａｌ
　　ｏｆ　　Ｍｅｔａｌｓ、Ｊｕｎｅ、１９５２．ｐｐ
、６０９−８１４．ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　ＡＩＭ
Ｂ、Ｖｏｌ、１９４、） ２、エイ千Ｑアール会オグデン、ディー−ジエイ・メイ
クス、ダブリュ・エル・フィンレー、及びアール−アイ
中ジャフィー　”メカニカル　プロパティーズ　オブ　
ハイ　ピュアリティ　−−Ｎ　アロイズ０ジャーナル　
オブ　メタルス、１９５３年り月、２６７〜２７２ペー
ジ、トランズアクションス　エイアイエムイー、巻１９
７゜（２、）１．Ｒ，Ｏｇｄｅｎ、Ｄ、Ｊ、Ｍａｙｋｕ
ｔｈ、Ｗ、Ｌ、Ｐｌｎｌａｙ、ａｎｄ　Ｒ，１，Ｊａｆ
’ｒｅｅ、　”Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔ
ｉｅｓ　ｏ（’旧ｇｈ　Ｐｕｒｌｔｙ　　７ｌ−ＮＩＡ
ｌｌｏｙｓ　”　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｓ
、Ｆｅｂｒｕａｒ）’、１９５３．１）Ｉ）、２６７−
２７２．　　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　ＡＩＭＢ、Ｖ
ｏｌ。

１９７．） ３、ジョセフ・ビー・マクアンドリュー、及びエイチ・
デイ−・ケスラー、　“Ｔｔ　−３６Ｐｅｔ　　ＡＪア
ズ　ア　ベース　フォア　ハイテンベレーチャアロイズ
２．ジャーナル　オブ　メタルス、１９５６年り０月、
１３４８〜１３５３ページ、トランズアクションス　エ
イアイエムイー、巻２０６゜（３、Ｊｏｓｅｐｈ　Ｂ、
ＭｃＡｎｄｒｅｖ、ａｎｄ　ＩＩＤ、Ｋｅｓｓｌｅｒ。

”Ｔｉ　−３６Ｐｅｔ　　Ｍ　ａｓ　ａ　Ｂａ５ｅ　ｆ
’ｏｒ　ｌｌｌｇｈ　Ｔｅ＋＊ｐｅｒａｔｕｒｅ　Ａ１
１ｏｙｓ　　、　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｓ
、０ｃｔｏｂｅｒ、１９５６、ｐｐ、１３４８−１３５
３．ＴＲＡＮＳＡＣＴ！ＯＮＳ　ＡＩＭＥ、Ｖｏｌ、２
０６．）上記マクアンドリューの参照文献はＴｉＡｊ金
属間ガンマ合金を開発中の研究を開示している。マクア
ンドリューは第２表に３３〜４９ｋｓｔの引張強さを保
存する合金を、「設計応力がこの水準より十分に下であ
る用途には適切である」と報告している。この記述は第
２表の直ぐ上にある。第４表の上にあるバラグラフでは
、タンタル、銀及びニオブ（コロンビウム）は１２００
℃以下の温度に露出した合金に薄い保護酸化物被覆の形
成を起こすので有効な合金成分であることがわかったと
マクアンドリューは述べている。マクアンドリューの第
４図には、１２００℃で９６時間静止した空気中に露出
した場合における、酸化の深度に対するニオブの公称重
量％がプロットしである。第１３５３頁の“まとめ“の
真上に、７重量％のニオブを含有するチタン合金の試料
が比較に用いたＴ１−３６Ｍよりも５０％高い破断応力
特性を示すと、報告されている。

発明の要約 本発明の一つの目的は、室温における延性及び関連する
特性の改善されたチタンアルミニウム金属間化合物を形
成する方法を提供することである。

もう一つの目的は、チタンアルミニウム金属間化合物の
低中温度における性質を改善することである。

もう一つの目的は、改善された性質及び加工性を低中温
度において保有するチタンとアルミニウムとの合金を提
供することである。

もう一つの目的は、″ｎＡ１ベース組成物の延性及び耐
酸化性を合わせて改善することである。

さらなるもう一つの目的は、Ｔ＋／Ｖ組成物の耐酸化性
を改善することである。

さらにもう一つの目的は強度、延性及び耐酸化性を合わ
せて改善することである。

その他の目的は以下の説明において一部は自明となりま
た一部は指摘されるであろう。

本発明の一般的な一側面において、本発明の目的は、非
化学量論的なＴＨＡＮベース合金を得ること、そしてこ
の非化学量論組成物に比較的低濃度のクロームと低濃度
のニオブとを添加することにより達成される。添加に続
いてクロームを含有する非化学量論Ｔ＋／Ｖ金属間化合
物を急速に凝固させることができる。約１〜３原子％台
のクローム及び１〜５ＴＦｊｔ子％程度のニオブの添加
を意図する。

急速に凝固させた組成物は静水圧圧縮成形及び押出加工
のごときにより圧密して本発明の緻密な組成物とするこ
とができる。

本発明の合金はインゴット状に製造することができると
ともにインゴット冶金により処理することができる。

発明の詳しい内容 実施例１〜３ ＴｔＡＩの化学量論比に近い様々な化学量論比にチタン
とアルミニウムとを含有する三種の別々の溶融物を作成
した。組成、焼なまし温度及び該組成物で実施した試験
の結果は第１表に示す。

各実施例について電気アーク溶解により合金をまずイン
ゴットとした。アルゴンの分圧中で溶融スピニング（Ｉ
Ｉｅｌｔ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　）することにより該イン
ゴットをリボン状とした。該両溶融工程において望まし
くない溶融物−容器反応を防ぐために溶融体用の容器と
して水冷銅炉床を用いた。チタンは酸素との親和力が強
いので、高温の金属を酸素に曝さないようにも注意した
。

急速凝固させたリボンは真空に引いた鋼製缶に詰め込み
密封した。次に、該缶を９５０℃（１７４０″Ｆ）で３
時間３０ｋｓｉの圧力で熱間静水圧処理（ＨＩＰ）した
、熱間静水圧処理した漸は削り取って圧密されたリボン
でできたプラグ状物とした。熱間静水圧処理した試料は
直径が約１インチ長さが約３インチのプラグ状物であっ
た。

該プラグ状物をビレットの中央開口部に軸方向に沿って
入れてその中に密封した。該ビレットを９７５℃（１７
８７″Ｆ）に加熱し、断面減少率が約７：１になるよう
にダイによって押出加工した。

押出加工したプラグをビレットから取り出して熱処理し
た。

押出加工した試料は第１表に示す温度で２時間焼なまし
を施した。焼なましに続いて１０００℃で２時間の時効
を行った。１．５Ｘ３Ｘ２５．４ａｍ（０，０６０ＸＯ
，１２０Ｘ１．０インチ）の寸法の室温４点曲げ試験用
試験片を削り出した。

内側スパン１０ｍｍ（０，４インチ）外側スパン２０１
１１１１（０，８インチ）の４点曲げ試験治具により曲
げ試験を実施した。荷重負荷支点（１ｏａｄ−ｃｒｏｓ
ｓｈｅａｄ）の変位を示す曲線を記録した。得られた曲
線に基ずき以下の性質が明らかにされた。

１、降伏強さは１／１０００インチの荷重負荷支点の変
位に相当する流れ応力である。この量の荷重負荷支点の
変位は塑性変形が起こり始め弾性変形から塑性変形に移
行したことを示すものとみなされる。一般の圧縮又は引
張試験による降伏強さ及び／又は破断強さの測定結果は
、ここで報告する測定値を得るために実施した４点曲げ
の結果より低い値となる傾向がある。４点曲げ測定によ
る結果が、一般の圧縮又は引張試験で得られる値と比較
して高いレベルにあることは記憶しておかなければなら
ない。しかし、ここでの実施例の測定結果の比較は測定
したすべての試料について４点曲げ試験同志の間で行っ
ており、組成あるいは組成物の処理の差に起因する強度
特性の差異を確立するに際してそれらの比較は全く有効
である。

２、破断強さは破断を起こした応力である。

３、外側繊維ひずみは、試験片厚さをｈインチ、破断時
の荷重負荷支点変位をｄインチとして９゜７１ｈｄの量
である。金属学的には、計算値は曲げ試験片の外側表面
における破断時の塑性変形量を表わしている。

結果は次の第１表に示した。１０００℃で焼なました試
料の性質に関してのデータを第１表に示す。これらの試
料について個々にその他のデータを第２図に示す。

第１表 ガンマ 組成 焼なまし　　降伏強さ　破断強さ　外側繊維１２　　”
５２ｆｉＪ４ｇ ８５　　”５０”５０ ｔ＋Ｕ＋定に耐えられるだけの延性が試料になかったの
で、潴淀値は得られなかった。

実施例２の合金１２が特性の最善の組合わせを示してい
ることがこの表のデータから明らかである。Ｔ　Ａ１組
成物の特性はＴｉ　／　ＡＪの原子比及び適用する熱処
理に非常に鋭敏であることがこれにより確認できる。下
記のように実施した実験に基ずくさらなる特性改善のた
めの基本合金として合金１２を用いた。

１２５０℃〜１３５０℃の間の温度における焼なましに
より試験片は降伏強さ、破断強さ及び外側繊維ひずみが
望ましいレベルとなることも明らかである。しかし、１
４００℃で焼なました場合には１３５０℃で焼なました
場合よりも、試験片はかなり低い降伏強さ（約２０％低
い）、低い破断強さ（約３０％低い）及び低い延性（約
７８％低い）を保有する結果となる。特性の急激な低化
は１３５０℃をかなりに越える温度での多量のベータ変
態のための顕微鏡組織の著しい変化による。

実施例４〜１３ 所定の原子比にチタンとアルミニウムとを含有するとと
もに比較的小さい原子％で添加物を含有するさらに１０
種の別々の溶融物を作成した。

試料はそれぞれ上記実施例１〜３に記載の方法で作成し
た。

組成、焼なまし温度及び組成物について実施した試験の
結果は、比較のための基本合金である合金１２と対比し
て第２表に記述する。

ガンマ 組成 第２表 外側繊維 焼な才し　　降伏強さ　破断強さ　ひずみ０．９ ０．９ Ｇ ０．５ ０．１ １３　２０　　”４９．５Ｍ４９．５Ｅ’ｔ　　”　　
　　”１第１表に記載の８の注記を参照のこと。

中試験片を作成するための機械加工中に材料は破損した
。

１２００℃で熱処理した実施例４及び５は、延性が本質
的に０であると認められたため降伏強さは測定できなか
った。１３００℃で焼なましを実施した実施例５の試験
片は延性が増加したが、しかし依然として不当に低かっ
た。

１２５０℃で焼なましをした実施例６は上記と同じであ
った。１３００℃及び１３５０℃で焼なましを実施した
実施例６の試験片は延性はかなり高いが降伏強さは低か
った。

その他の実施例のいずれの試験片も意味のある水準の延
性を保有するとは認められなかった。

試験のための組成物の調製において用いたパラメータの
セットは極めて複雑で相互に関連していることは第２表
に示した結果から明らかである。

１つのパラメータはチタンのアルミニウムに対する原子
比である。化学量論比又は非化学量論比は、種々の組成
物について形成される試験特性に強い影響があることは
第２図にプロットしたデータから明らかである。

もう一つのパラメータのセットはＴ＋Ａ７基本組成に添
加するべく選択する添加物である。このセットの第１の
パラメータは個々の添加物がチタンとアルミニウムとの
うちのいずれに対して置換原子として作用するかに関係
する。ある金属はいずれの置換原子としても作用するこ
とができ、添加物がいずれの作用をするかを判断するこ
とのできる簡単な規則はない。このパラメータの重要性
は添加物Ｘをある原子％で添加することを考慮する場合
に明らかである。

Ｘがチタン置換原子として作用するならば、組成物Ｔｉ
４Ｂ”４ｇＸ４において、アルミニウムの有効濃度は４
８原子％であり、チタンの有効濃度は５２原子％であろ
う。

反対にＸがアルミニウムの置換原子として作用するなら
ば、生成する組成物は有効アルミニウム濃度が５２原子
％となり、有効チタン濃度が４８原子％となるだろう。

従つて、行われる置換の性質は非常に重要であるが、し
かし予測が極めて困難である。

このセットのもう一つのパラメータは添加物の濃度であ
る。

第２表から明らかなさらにもう一つのパラメータは焼な
まし温度である。一つの添加物について最潜の強度特性
をもたらす焼なまし温度は添加物によって異なることが
認められる。実施例６に述べた結果と実施例７に述べた
結果とを比較することによりこれは認めることができる
。

さらに、添加物に関して濃度と焼なましとの複合効果が
あることがあり、特性に何らかの改善がみられるとすれ
ば最高の効果は添加物濃度と焼なまし温度とのある組合
わせにおいて生起されるものであるから希望する特性改
良を行うには濃度及び／又は焼なまし温度はそれより高
くてもまた低くても効果的でなくなる。

非化学ご論ＴｉＭｍｍ物に第３成分を添加して得られる
結果は予測が極めて困難であること、そして延性又は強
度又はその両者に関する試験の大多数の結果は成功とは
言えないことは、第２表の内容から明らかである。

実施例１４〜１７ 添加物をも含有するチタンのアルミニウム化合物合金の
さらなるパラメータは、組合わせて用いた添加物がそれ
らの添加物を別々に添加して得られるそれぞれの効果の
寄せ集めの効果を必ずしも示さないことである。

第３表に示すように、バナジウム、ニオブ及びタンタル
をそれぞれに添加した４種のＴ＋ＡＪ基本試料を上記実
施例１〜３に述べた方法で調製した。

これらの組成は同時係続米国特許出願明細書箱１３８．
４７６号、第１３８，４０８号及び第１３８．４８５号
それぞれに報告されている最善の組成である。

第４の組成は、バナジウム、ニオブ及びタンタルを組合
わせて添加し第３表において合金４８と呼称している単
一の合金とした組成である。

バナジウム、ニオブ及びタンタルそれぞれ単独に添加す
ることにより、実施例１４．１５及び１６に示されるよ
うにそれぞれ個別に実質的に″ｒｔ／Ｖ基本合金を改良
することができることは第３表から明らかである。しか
し、これらの同じ添加物を一つの合金の中に組合わせて
添加した場合には、個りの添加物の改良効果を加算した
結果とはならない。事実は全く逆である。

まず第一に、個別に添加した合金に用いた焼なまし温度
である１３５０℃で焼なましを施した合金４８は脆性材
料に変化してしまい、試験片を作成するための機械加工
中に破損してしまった。

第二に、組合わせ添加物を入れた合金は１２５０℃で焼
なましを実施した場合に、個々の添加物の別々の合金で
得られるよりも劣る結果を示した。

特に延性については、バナジウムは実施例１４の合金１
４において実質的に延性を改善することに非常に成功し
ていることが明らかである。しかし、実施例１７の合金
４８においてバナジウムをその他の添加物と組合わせた
場合、バナジウム単独なら達成できる延性の改良が全く
達成されなくなる。事実基本合金の延性は０．１まで低
下してしまう。

さらに、耐酸化性に関しては、ニオブを添加した合金４
０のｍ　Ｒ減少は４ａｇｌｃｄであり、基本合金の重量
減少３１ｍｇ／ｃｄと比較し非常に大幅に改良されてい
る。酸化試験、すなわち耐酸化性の補助的試験は試験用
試料を９８２℃で４８時間加熱することからなる。試料
を冷却してから試料をこすってすべての酸化物膜を取り
除く。加熱及びこすり落としの前後に試料の重さを測定
することにより重量変化を測定した。ダラムで表わした
全重量減少量を平方センナメートルで表わした試料の全
表面積で除して重量減少をｇ　／　ｅ−単位で計算する
。この酸化試験は本出願に述べる酸化又は耐酸化性のす
べての測定に用いた試験である。

タンタルを添加した合金６０に関しては、１３２５℃で
焼なましを実施した試料の重量減少は２１１ｇ　／　ｃ
ｊであり、基本合金の重量減少３］、ｍｇ／ｃ−と再び
比較する。すなわち、ニオブ及びタンタルはそれぞれ単
独に添加するかぎり基本合金の耐酸化性の改良に非常に
効果がある。

しかし、第３表の実施例１７の結果から明らかであるよ
うに、バナジウム、ニオブ及びタンタルの３成分すべて
を組合わせて含有する合金４８では酸化は基本合金の約
２倍に増加する。これはニオブを単独で含有させた上記
合金４０より７倍大きく、またタンタルを単独で含有さ
せた合金６０より約１５倍大きい。

個別に添加物を用いることにより得られるそれぞれの長
所及び短所はそれらの添加物を個別に何度繰返して用い
ても確実に再現する。しかし、添加物を組合わせて用い
ると基本合金中での組合せた個々の添加物の効果は同一
ベース合金中であってもそれらの添加物を単独に加えた
場合の効果とは全く違ったものになり得る。かくして、
バナジウムの添加はチタンアルミニウム組成物の延性に
対して効果があることを発明した。これは米国特許出願
節１３８，４７Ｇ号に開示し検討した。さらに、ＴｉＡ
ｊ基本合金の強度に対して効果があることがわかった添
加物の一つでありかつ１９８７年１２月２８日出願の米
国特許出願節１３８，４０８号明細書に説明のある添加
物の一つはニオブである。さらに、ＴｉＭ基本合金に単
独にニオブを添加することにより耐酸化性が向上するこ
とは前記のマクアンドリューの文献にも示されている。

同様に、タンタルの単独添加も耐酸化性の向上を支援す
るとマクアンドリューは指摘している。さらに、米国特
許出願節１３８，４８５号明細書においてタンタルの添
加によって延性が向上することが開示されている。

換言すれば、バナジウムは単独でチタンアルミニウム化
合物の延性の改良に効果的に貢献し得ること、及びタン
タルは単独、で延性と耐酸化性とに貢献し得ることは判
明している。ニオブの添加はチタンアルミニウム合金の
強度及び耐酸化性特性に効果的に貢献し得ることは個別
に判明している。

しかし、実施例１７に示されるように、バナジウム、タ
ンタル及びニオブを同時に用いて添加物として一つの合
金組成物に入れた場合、該合金組成物は該添加物により
改良されず、むしろニオブ、タンタル又はバナジウムを
含有するＴ＋　Ｍｌの特性より実質的に減少又は損失が
ある。これは第３表から明らかである。

２以上の添加物成分が単独にＴｉ／Ｖを改良するならば
それらを同時に用いるとＴｉＭをさらに改良するだろう
とみなされるかも知れないが、しかしそのような添加は
予測が極めて困難であり、事実、バナジウム、ニオブ及
びタンタルを組合わせて添加した場合には、特性の全体
としての利得があるよりはむしろ特性の損失に終わるこ
とは明白である。

しかし、バナジウム、ニオブ及びタンタルを組合わせて
含有する合金は実施例２のＴ＋Ａｊ１２基本合金よりは
るかに劣る耐酸化性を保有することは第３表から明らか
である。ここでまた、個々に単独では特性を改良する添
加物を組合わせて添加することにより、個々に単独に添
加物を添加するのであれば改良される特性そのものが損
失する結果となることがわかった。

実施例１８〜２３ 第４表に示すような組成をそれぞれに保有するクローム
により改造したチタンのアルミニウム化合物を含有する
６種の試料を前記実施例１〜３に記載の方法により調製
した。

適切と考えられる様々な熱処理条件で処理した標準及び
改造合金のすべてについての曲げ試験結果を第４表にま
とめた。

Ｃｒ改改良丁合合金４点曲げ特性 ガンマ 組成 第４表 外側繊維 焼なまし　　降伏強さ　破断強さ　ひずみ３５Ｇ ８ｇ ０．９ ０．２ ０．２ ０．７ ０．２ ０．３ 合金化添加物又はドーピング添加物基本合金に付与する
性質に及ぼす効果を決める際に要因の組合わせが重要で
あることを第４表に記載の結果は示している。たとえば
、２原子％のクロームの添加によって合金８０は特性の
良好なセットを示す。

さらにクロームの添加量を増加することによりさらに改
良できると期待するかも知れない。しかし、３種類の異
なる１１Ｍ原子比を有する合金に４原子％のクロームを
添加すると、低濃度において効果的であるとわかった添
加物の濃度を増せばさらに効果があるだろうという単純
な推理の成り立たないが示される。事実、クロームのへ
加においては推理とは逆に、少量で良好な効果があるも
のが量を増すと悪い結果となることが示される。

第４表において明らかなように、よりクローム含有】の
多い（４原子％）合金４９．７９及び８８のすべては基
本合金に比較し強度が劣っているとともに外側繊維ひず
み（延性）も劣っている。

対１１α的に、実施例１８の合金は２原子％の添加物を
含有しており、強度は幾分低いが延性は大幅に改良され
ている。また、合金３８の外側繊維ひずみ測定値は熱処
理条件によって著しく変化することが観測される。外側
繊維ひずみの著しい増加が１２５０℃の焼なましにより
達成された。より高温で焼なましを行った場合にはひず
みの減少が観測された。２原子％の添加物を含有した合
金８０について同様な改良が観測されたが、この場合１
３００℃の焼なましにより最高の延性が得られた。

実施例２０では、合金８７には２原子％の水準のクロー
ムを用いるとともにアルミニウムの濃度は５０原子％に
増加した。４６〜４８原子％のアルミニウム濃度におい
て２原子％のクロームを添加した組成物について測定さ
れた延性に比べて、より高いアルミニウム濃度において
は延性は少し低下する。合金８７では、最適熱処理温度
は約１３５０℃であることがわかった。

それぞれ２原子％の添加物を含ぎする実施例１８．１９
及び２０から、最適の焼なまし温度はアルミニウム濃度
の増加につれて上昇することが観謝された。

このデータから１２５０℃で熱処理した合金３８は室温
特性の最善の組合わせを保有していることがわかった。

アルミニウムが４６原子％の合金３８についての最適焼
なまし温度は１２５０℃であるがアルミニウムが４８原
子％の合金８０の最適焼なまし温度は１３００℃である
ことに注意する。

１２５０℃での処理による合金３８の、及び１３００℃
での熱処理による合金８０のこれらの著しい延性の向上
は、１９８７年１２月２８日出願の米国特許出願第３．
３８，４８５号明細書に述べられているごとく、予期し
ていなかった。

Ｔ＋　Ｎ組成物を改造し、て該組成物の特性を改良する
ことは非常に複雑で予測し難い仕事であることは第４表
に示したデータから明らかである。たとえば、ＴＩＭの
原子比が適切な範囲にありしかも組成物の焼なまし温度
がクローム添加量に対して適切な範囲にある場合には、
２％水準のクローム添加によって非常に大幅に組成物の
延性が増加することが明らかである。添加物の添加水準
を上げることによって特性の改良効果が大きくなると期
待することがあるかも知れないが実際には逆であり、２
原子％の水準で達成される延性の向上はクロームを４％
水準に上げた場合逆転して失われてしまうことが第４表
のデータから明らかである。さらに、添加物の濃度を上
げることにともなう特性の変化の研究及び試験において
かなり広い焼なまし温度範囲を用いるとともにチタンの
アルミニウムに対する原子比を相当に変化させたにもか
かわらず４％の水準ではＴＩＮの特性改良に効果がない
ことが明らかである。

実施例２４ 下記の組成を保有する合金の試料を作成した。

丁’５２Ｍ４Ｇ”２ 該合金の試験試料は２種の異なる製造モード又は方法に
より作成し、引張試験により各試料の特性を測定した。

用いた試験方法及び得られた結果を下記の第５表に示す
。

第５表 合金　　　組成　　　　　　　　　焼なまし　降伏強　
引張強　塑性伸び第５表には、実施例１８と２４とに従
って調製した合金試料３８についての結果を示しである
。

これらの二つの実施例は二つの明白に異なる合金製造方
法を用いてそれぞれの実情例の合金を作った。さらに、
実施例１８の合金３８から作成した金属試験片とそれと
は別に実施例２４の合金３８から作成した金属試験片と
に対して、従前の実施例の試験片に対して用いた試験方
法とは異なる試験方法を、採用した。

実施例１８について検討すると、この実施例の合金は前
記実施例１〜３で述べた方法により作成した。これは急
速凝固及び圧密法である。さらに実施例１８については
、前記の表のすべてのデータ、特に第４表の実施例１Ｂ
のデータを得るために採用した４点曲げ試験は用いなか
った。そのかわり、採用した試験方法はより一般的な引
張試験方法であり、それによると、金属試料から引張試
験片を作成し、かかる試験片を金属が伸びそしてついに
破断するまでの引張試験に供する。たとえば、実施例１
８について、合金３８を引張試験片に加工しその引張試
験片を９３ｋｓｉで試験片が降伏する又は伸びるまで引
張荷重を負荷した。

第５表の実施例１８の降伏強さ（ｋｓｉ　）と、４点曲
げ試験により測定した第４表の実施例１８の降伏強さ（
ｋｓｉ　）と比較する。一般に金属工学の慣例では、引
張試験片の伸びにより測定した降伏強さが工業的な目的
のためにより一般的に、受入れられている尺度である。

同様に、引張強さ１０８ｋｓｌは実施例１８の引張試験
片が引張られた結果として破断したときの強さである。

この尺度を第４表の実施例１８の破断強さ（ｋｓｉ　）
と比較する。二つの異なる試験は結果的にすべてのデー
タについて二つの異なる尺度となることは明らかである
。

ここで再び塑性伸びに関して、前述の第４表に記述した
４点曲げ試験による実施例１８の結果と第５表の最後の
欄に記載の実施例１８の永久伸び（％）との間には相関
がある。

再び第５表に関連して、実施例２４は「処理方法」の欄
にインゴット冶金により製造されたと表示しである。こ
こでいう「インゴット冶金」とは、第５表に記載の比率
で合金３８の成分を溶解したものであり、実施例１８に
記載の比率に厳密に一致するものを意味する。換言すれ
ば、実施例１８及び実施例２４の合金３８の組成は全く
同一である。これら二つの実施例の間の差異は、実施例
１８の合金は急速凝固により作成されているのに対し、
実施例２４の合金はインゴット冶金により作成されてい
ることである。繰返すと、インゴット冶金とは成分を溶
解すること及び該成分をインゴットに凝固させることで
ある。急速凝固方法は溶融物をスピニングによってリボ
ンを作成すること及びリボンを完全に緻密に結合した金
属試料に圧密することから成る。

実施例２４のインゴット溶解工程において、直径が約２
インチで厚さが約十インチのほぼホッケー用のバックの
形状のインゴットを作成した。溶解及びホッケーバック
状のインゴットの凝固に続いて、該インゴットを肉厚が
約十インチで縦方向厚さがホッケーパック状のインゴッ
トと同一厚さを保有する鋼製の環体の中に封入した。保
持環体の中にホッケーバック状インゴットを封入する前
に該インゴットを１２５０℃で２時間加熱して均一化し
た。ホッケーバックと容器環体との組立体を約９７５℃
に加熱した。加熱した試料と容器環体とをそのもとの厚
さの約半分の厚さになるまで鍛造した。

試料の鍛造及び冷却に続いて、実施例１８で作成した引
張試験片に相当する引張試験片を作成した。これらの引
張試験片を実施例１８において用いたものと同じ通常の
引張試験に供し、その試験の結果得られた降伏強さ、引
張強さ及び塑性伸びを第５表実施例２４に記した。第５
表の結果から明らかなように、個々の試験試料は実際に
引張試験に供する前にそれぞれ異なる焼なまし温度で処
理した。

実施例１８では、引張試験片に採用した焼なまし温度は
１２５０℃であった。実施例２４の合金３８の三つの試
料については、それぞれの試料を第５表に示した１２２
５℃、１２５０℃及び１２７５℃の３温度で別々に焼な
ましを実施した。この約２時間の焼なまし処理に続いて
、これらの試料を通常の引張試験に倶した。三つの別々
に処理した引張試験片について試験結果を第２４表に示
した。

第５表に示した試験結果からは、急速凝固させた合金に
ついてＭ１定した降伏強さは、インゴット工程による金
属試験片について測定した降伏強さより幾分高いことが
明らかである。また、インゴット冶金の方法で作成した
試料の塑性伸びは、急速凝固の方法で作成した試料より
も概してより高い延性を示すことも明らかである。実施
例２４についての結果は、降伏強さ測定値は実施例１８
のそれらより幾分低いが、これらは航空機エンジン及び
その他の産業分野の多くの用途に十分に適格であること
を示している。しかし、延性測定値及び第２４表に記載
の測定の結果に基ずけば、合金３８はインゴット冶金の
方法により製造された場合に延性が向上するので、高い
延性を必要とする用途には非常に好ましい独特の合金と
なる。−殻内に、インゴット冶金による方法は、溶融体
スピニング又は急速凝固による方法に比較し、て、高価
な溶融体スピニング工程自身のみならず溶融体スピニン
グに後続する圧密工程も必要がないので、はるかに安価
であることは周知である。

実施例２５ クローム添加物及びニオブ添加物を含有する合金の試料
を前記実施例１〜３記載の方法で調製した。試料片につ
いて試験を実施した。その結果を以下の第６表に示した
。

第３表の実施例１７かられかるように、個々に単独では
Ｔ＋Ｍ組成物の各種の特性を改良しまた改良に寄与する
成分であっても、実施例１７のように２種以上を同時に
組合わせて用いた場合には、望ましい諸特性が全般的に
向上するよりもむしろ低下するというかんばしくない結
果になっている。

従って、２種の成分、具体的にはクロームとニオブとを
Ｔ＋Ａｊｌに対し添加物レベルから４原子％にもってい
くように添加することによって、すなわち２種の異なる
作用をする添加物を組合わせて用いることによって″ｒ
ＩＡ１組成物合金の望ましい特性について全般的に実質
的な向上が実現されることを発見することは非常に意外
なことである。事実、急速凝固による方法で作成した材
料についてのすべての試験において達成された最も高い
延性の水準はニオブとクロームとを組合わせて添加に用
いた事例において示されているものである。

さらに別の試験を該合金に関して実施した。これらの試
験は合金の耐酸化性に関する。この試験において、空気
中で９８２℃に４８時間加熱後のｆｆｉ量減量減側定し
た。測定は試験片表面積単位平方センナメートル当りの
ミリグラムで行った。試験の結果を第６表に示した。

合金１２の加熱による重量減少は約３１ａｇ／ｃＩｆで
あることが第６表のデータから明らかである。

さらに、前記のクロームを含有する合金８０の加熱によ
る重量減少は４７ＩＩ１ｇ／ｃ−であったことが明らか
である。対照的に、１２７５℃で焼なましを実施した合
金８１の加熱による重量減少は約４ｗｇ／ｃｊであった
。この重量減少レベルの低下は合金の耐酸化性の向上を
意味する。これは合金８１におけるクロームとニオブと
の組合わせ添加により約７倍という非常に著しい向上に
なる。従って、りａ−ムとニオブとを含ａする合金に関
して判明したことは、それが非常に望ましい水準の延性
を有し、大幅に改善された耐酸化性ともに延性が最高水
準に達することである。

酸化試験の結果は第４図にプロットしである。

第６表の強度及び延性の試験結果は第５図及び第６図に
それぞれプロントしである。

本発明の合金は、高温度における高強度を必要とするジ
ェットエンジン部品のごとき部品に使用するのに適して
いる。そのような部品の例としては、うずなし排気部品
、ＬＰＴブレード又はベーン、コンポーネントベーン又
はダクトがあげられるだろう。

該合金は、１９８７年２月４日付で出願され本願と同一
の譲受人に譲渡された米国特許出願節０１０．８８２号
明細書に記載の強化複合構造体に採用することができる
。

【図面の簡単な説明】 第１図は各種合金についてモジュラスと温度との関係を
示すグラフである。 第２図は異なる化学量論比のＴＩＶ組成物についての４
点曲げ試験における荷重（ボンド）と荷重負荷支点変位
（ミル）との関係を示すグラフである。 第３図は”　５ＯＮ１４８Ｃｒ２について第２図に示し
たものと同じ関係を示すグラフである。 第４図は耐酸化性を比較して示すグラフである。 第５図は異なる熱処理を施した試料の強度（ｋｓｌ　）
を示す棒グラフである。 第６図は熱処理温度と延性の関係を示す棒グラフである
。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子比が概略で、 Ｔｉ＿５＿２＿−＿４＿２Ａｌ＿４＿６＿−＿５＿０Ｃ
   ｒ＿１＿−＿３Ｎｂ＿１＿−＿５であるＴｉ、Ａｌ、Ｃ
   ｒ及びＮｂを必須成分とする、ＣｒとＮｂとにより改造
   されたチタンアルミニウム合金。
2. （２）該合金は溶融体から急速凝固させしかも圧密して
   あることを特徴とする、請求項（１）記載の合金。
3. （３）該合金は溶融体から急速凝固させしかも圧密しさ
   らに１２５０℃〜１３５０℃で熱処理してあることを特
   徴とする、請求項（１）記載の合金。
4. （４）原子比が概略で、 Ｔｉ＿５＿１＿−＿４＿５Ａｌ＿４＿６＿−＿５＿０Ｃ
   ｒ＿１＿−＿３Ｎｂ＿２であるＴｉ、Ｍ、Ｃｒ及びＮｂ
   を必須成分とする、ＣｒとＮｂとにより改造されたチタ
   ンアルミニウム合金。
5. （５）該合金は溶融体から急速凝固させしかも圧密して
   あることを特徴とする、請求項（４）記載の合金。
6. （６）該合金は溶融体から急速凝固させしかも圧密しさ
   らに１２５０℃〜１３５０℃で熱処理してあることを特
   徴とする、請求項（４）記載の合金。
7. （７）原子比が概略で、 Ｔｉ＿５＿１＿−＿４＿３Ａｌ＿４＿６＿−＿５＿０Ｃ
   ｒ＿２Ｎｂ＿１＿−＿５であるＴｉ、Ｍ、Ｃｉ及びＮｂ
   を必須成分とする、ＣｒとＮｂとにより改造されたチタ
   ンアルミニウム合金。
8. （８）該合金は溶融体から急速凝固させしかも圧密して
   あることを特徴とする、請求項（７）記載の合金。
9. （９）該合金は溶融体から急速凝固させしかも圧密しさ
   らに１２５０℃〜１３５０℃で熱処理してあることを特
   徴とする、請求項（７）記載の合金。
10. （１０）原子比が概略で、 Ｔｉ＿５＿０＿−＿４＿６Ａｌ＿４＿６＿−＿５＿０Ｃ
    ｒ＿２Ｎｂ＿２であるであるＴｉ、Ｍ、Ｃｒ及びＮｏを
    必須成分とする、ＣｒとＮｂとにより改造されたチタン
    アルミニウム合金。
11. （１１）該合金は溶融体から急速凝固させしかも圧密し
    てあることを特徴とする、請求項（１０）記載の合金。
12. （１２）該合金は溶融体から急速凝固させしかも圧密し
    さらに１２５０℃〜１３５０℃で熱処理してあることを
    特徴とする、請求項（１０）記載の合金。
13. （１３）原子比が概略で、 Ｔｉ＿５＿０＿−＿４＿６Ａｌ＿４＿６＿−＿５＿０Ｃ
    ｒ＿２Ｎｂ＿２であるＴｉ、Ｍ、Ｃｒ及びＮｂを必須成
    分とする、ＣｒとＮｂとにより改造されたチタンアルミ
    ニウム合金により作成された、高強度高温用途用構造部
    材。
14. （１４）該部材がジェットエンジンの構造部材である、
    請求項（１３）記載の部材。
15. （１５）該部材が繊維状強化材により強化されているこ
    とを特徴とする、請求項（１３）記載の部材。
16. （１６）該繊維状強化材が炭化ケイ素繊維であることを
    特徴とする、請求項（１５）記載の部材。