JPH02259043A - Ａｌ↓３Ｔｉ型の低密度耐熱性金属間合金 - 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】 （産業上の利用分野） この出願は、米国において１９８８年１２月２３日に出
願された私の先願、継続番号２８９．５４３の一部継続
出願である。

この出願の発明は、アルミニウムに富んだ低密度の耐熱
、耐酸化性の合金、特に主な自余添加元素として、マン
ガンおよび／またはクローム、並びにバナジウムと、同
様の合金元素を含有するアルミニウム、−チタン合金に
関する。

（従来の技術） 高温挙動の改善された新規材料に対する継続的な要求と
共に、効率的および経済的な改善のために低密度で且つ
密度に対する強度比の高い高温材料の開発に、特に航空
システムに対して注目されて、強い関心が寄せられてい
る。Ａ　Ｓ　Ｍ　　Ｔ　ｎｔ、ｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、
Ｍｅｔａｌｓ　Ｐａｒｋ、ＯＨ（１９８４）　、Ｅ　ｌ
ｉｌ＋ｕ　Ｆ　。

Ｂｒａｄｌｅｙ、編による″“超合金−技術ガイド″で
検討る。これらの密度は本発明により提供された合金の
密度の２倍以上である。

Ａ　１　、　Ｔ　ｉの低密度二元アルミニウム−チタン
金属間合金は高強度、高硬度（〜４５０ＨＤ　Ｐ　）、
並びに良好な耐熱および耐酸化性を有するが、室温で極
端に腹いことが知られている。Ｍ、Ｙ吐ａｇｕｃｌ＋　
ｉ　、　Ｙ　。

Ｕ　＋ｎａｋｏｓｈ　ｉおよびＴ　、　Ｙ　ａｍａｎｅ
は”Ｐ　ｈｉｌｏｓｏｌ）ｌ＋ｉ’ｃａＭａｇａｚｉｎ
ｅ”Ａ　、５５（１９８７）３０１中でこの現象を検討
している。増大した用途に対してＡｌ３Ｔｉ型自金の価
値を高める試みが処理技術の研究分野でいくつか行なわ
れてきた。しかし、処理技術による延性の改善の予想は
多結晶の変形および延性に必要なすべりシステム（ｓｌ
　ｉｐ　ｓｙｓｔｅｍｓ）の必須の数よりも少ない正方
晶形（Ｄｏ□２）結晶構造に主としであるために少ない
。また、二元合金は調製が困難である。Ａ　１　：ｌ　
Ｘ型の他のアルミニウム基合金は類似の特性を有してい
ることが知られている。ここでＸは週期率表のＩＶＡ族
およびＶＡ族の元素例えばＶ　、　Ｚ　ｒ　、　Ｎ　ｂ
　、　ＨｆおよびＴａを示す。ここに使用されるＡ亜族
の選定は純粋および応用化学の国際連合（ｔ、ｌ＋ｃ　
Ｔ　ｎｔｅｒｎ＋ｉ１．１ｏｎａＬ　ｔＪｎｉｏｎ　ｏ
ｆ　Ｆ’ｕｒｅ　ａｎｄＡ　ｐｐｌ　ｉｅｄ　Ｃｌ＋ｅ
Ｍｉｓｔｒｙ）によって推せんされているものであり、
ＩＶＡ族はＴｉが筆頭にありＶＡ族は■が筆頭にありＶ
Ｔ族はＣｒが筆頭にある。

必須のすべりシステム数を有しているので、立方晶構造
（Ｉ−１□）の合金が低温で一層延性であり得ることか
良く知られている。これらの合金はまた押圧強度の正の
温度依存度をしばしば示す。

正方晶ＡｆｓＴｉはＦｅ、ＣｕあるいはＮｉの第３成分
添加により立方晶Ｌ１□構造に変換され得ることが時に
は知られている。その現象は、Ａ　、　ＲａＩＩｌａｎ
およびＫ　、Ｓｃｌ＋ｕｂｅｒｔ、Ｚ　、Ｍｅｔａｌｉ
ｋ、５６（１９６５）９９；Ａ　　、５ｅｉｂｏｌｄ、
Ｚ　　、Ｍｅｔａｌｉｋ、７２（１９８１）７１２；Ｋ
　　、Ｓ　　。

ＫｕｍａｒおよびＪ　、Ｒ、Ｒ１ｋｅｎｓ、　Ｓ　ｃｒ
ｉｐｔａ　Ｍｅｔ、２２（１９８８）１０１５などの出
版物中で検討されている。特別の例として、Ｋｕ＋ｎａ
ｒおよびＰ　１ｅｋｅｎｓ、”ＴｅｒｎａｒｙＬｏｗ−
Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｃｕｂｉｃ　Ｌ１２Ａｌｕｍｉｎｉｄ
ｅｓ。

“Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｙｍｐｏ
ｓｉｕＩＩＩＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＳ　ｔｒｅｎｇｔｈ
ｅｎｅｄ　ＡＪ！ｕｍｉｎｕ＋ｎ　Ａｕｏｙｓ、１９８
８　Ｔ　Ｍ　５Ａｎｎｕａｌ　　　Ｍｅｅｔｉｎｇ、Ｐ
ｈｏｅｎｉｚ、Ａｒ１ｚｏｎａ、Ｊａｎｕａｒｙ２５−
２８．１９８８は、これらのいく例かの初期の観察を集
約しており、ＡＩ、、ＣｕＴ　ｉ２およびＡ　Ｉ　２２
　Ｆ　ｅ　＊　Ｔ　ｉ　２音金の立方晶の別形を記述し
ている。報告された硬度は〜３３０１１　Ｄ　Ｐで、合
金は試験硬度切欠きの附近の割れに対する耐性がほとん
ど無いことを示している。一般に、この型の合金は製造
が困難であり多孔質、不均一性および第２相の欠点があ
り、これらの全ては機械的性質に有害な影響を及ぼし得
る。また、ＣｕあるいはＦｅの添加は高温での耐酸化性
を減少する徴候がある。

（発明が解決しようとする課題） この発明の目的は改善された延性と圧縮強度特性を有す
る低密度のアルミニウムに富んだ金属間合金を提供する
ことである。

特にこの発明の目的は優れた耐酸化性および高温特性を
有し、かつ魅力的な密度−補正強度となる低密度である
立方晶構造の工学実用性の合金組成を提供することであ
る。

この発明の他の特別の目的は低温で適切な延性を有する
アルミニウム−チタン組成物を提供することである。

その他の目的および利点は続いて記載され、詳細な説明
および請求の範囲の記載を検討することにより当業者に
明らかになる。

前述の目的を達成するためにかつ発明の目的によると、
ここに具体的に広範に記載されるように、この発明のア
ルミニウム−チタン合金組成はマンガン元素、あるいは
クロム元素、化合物状態のマンガンとクロムをアルミニ
ウムの一部の置換として、かつ、前もって選択した場合
には、週期率表のＩＶＡあるいはＶＡならびにＶＩＡ族
の元素をチタンの一部の置換として含有させて改良され
る。

三元形態のそのような改良合金は約１５から約３５原子
パーセントまでのチタンと、約３から約１５原子パーセ
ントまでのマンガン、あるいはクロームあるいはマンガ
ンとクロムの化合物と、残部の実質的アルミニウムを含
有している。マンガンおよび／またはクロームの添加は
Ａ　１３Ｔ　ｉの立方晶改変を安定化する。これらのき
金は特に低密度で、改善された延性と、高温での改善さ
れた耐酸化性と、正の押圧強度温度依存性を有している
ことが見出されてきた。

マンガン、あるいはクローム、あるいはマンガン−クロ
ム化合物はこの点で好ましい置換物であると信じられて
いるけれども、週期率表の上述の族から選んだ元素は四
元組成物を構成するためにマンガンおよび／またはクロ
ームに加えて追加的合金元素として使用され得るという
ことが信じられていることは注目されねばならない。

かくて、より特別な点でこの発明はバナジウノ＼と追加
的に合金化することを提案する。このより特別な合金組
成は上述のパーセント範囲のチタンとマンガンおよび／
またはクロームから、すなわち、約１５ないし約３５原
子パーセントのチタンと、約３ないし約１５原子パーセ
ントのマンガンおよび／またはクロームから成るが、約
９原子パーセントまでのバナジウムが添加される。この
バナジウム添加は耐割れ性を増大する。

好ましくは、アルミニウム−チタン合金組成は約２０か
ら約３０原子パーセントまでのチタンと、約４から約１
２原子パーセントまでのマンガンまたはクロームあるい
は合金状態のマンガン−クロームと、約３から約８原子
パーセントまでのバナジウムと、残部の実質的なアルミ
ニウムとを含有している。これらの組成物は約３．６１
Ｆ／ｃｃの密度と、改善された延性と１０００℃附近の
温度での意義ある強度と、優れた耐酸化性を有する。特
性評価と確立された原子的立場の置換挙動に基いて、週
期率表のＩＶＡあるいはＶＡ、並びに■Ａ族からの他の
元素がバナジウムの代りに使用される。同様にマンガン
および／またはクロームの一部が鉄、銅および／または
ニッケルによって立方晶構造を失うことなく置換される
。

（実施例） この発明の好ましい具体例に対し詳細に検討される。

この発明によれば、アルミニウム、チタンおよびマンガ
ンの量を変えることで、またアルミニウム、チタン、マ
ンガン、およびバナジウムおよび主な合金元素としてＨ
ｆ　、　Ｚ　ｒ　、　Ｎ　ｌ）　、　Ｔ　ａ　、　’＊
およびＭ。

のような、その他のＩＶＡ、ＶＡおよびＶＩＡ族の元＝
８ 素の量を変えることでおおよそ３５の合金が名目上Ａ　
Ｉ　、Ｔ　ｉ基として調製される。また、マンガンの全
部あるいは一部にクロームを使用することが関連して実
験された。

名目上の組成（ＡＬＭｎ）３Ｔｉの三元合金および名目
上の組成（Ａ　Ｉ　、　Ｍ　ｎ）ｓ　（Ｔ　ｉ　、　Ｖ
　）の四元合金が非消耗性電極アーク溶解を含む数種の
従来方法と、種々の粉末処理方法によって感知し得る多
孔質のない均質な形態で製造された。三元合金では、維
持される関係は約１５から約３５原子パーセントまでの
Ｔｉ　と、約３から約１５原子パーセントまでのＭ　＋
＋と残部が実質的にＡＩｌであった。四元合金では、維
持される関係は約１５から約３５原子パーセントまでの
Ｔｉ　と、約３から１５原子パーセントまでのＭｎと、
約９原子パーセントまでの■と、残部が実質的にＡＩで
あった。Ｘ−線回折によって調査したところ、望ましい
組成のこれらの合金の結晶Ｗｉ造は主として、無視し得
る第２相を有する立方晶である。さらに、ＭｎがＡＩに
置き換っていること、および■を添加した場合にはＶが
Ｔｉに置き換っていることが回折パターンから測定され
る強度から確証された。他の金属同相がある合金におい
て形成されるが、正方晶形のＤ　Ｏ２２相は、原子パー
セントのガイドライン：　Ａ１＜６８．Ｍｎ＞６および
Ｔｉ（２８；あるいはＡｆ（６８，Ｍｎ＞６およびＴ　
ｉ　＋Ｖ（２８を守ることによって三元および四元自余
において回避できることが明らかである。マンガンの全
部あるいは一部がクロームにより置き換えられ同様の結
果を得ることが協同作業により確証された。予しめ使用
の鉄、銅および／またはニッケル元素のある量が立方晶
構造を失うことなくクロームおよび／またはマンガンで
形成される立方晶今今に添加しようとずればできること
が更に観察することにより確証された。

この発明の合金は従来の冶金技術によって追加的に有利
な特性を開発するために更に改良し得る。

例えば通常採用の酸化物およびほう化物のように分散相
が結晶粒構造を微細化するために、あるいは強度に作用
するために添加される。また、熱的機械的処理や、直接
凝固／単結晶鋳造や、あるいは（息速凝固粉末を含む）
粉末の熱押出しから成る処理技術が特性を創り出すため
に使用できる。

更に詳述しなくとも、前述の記載に基いてこの発明を最
大範囲まで熟達者は利用できる。次の例はこの発明の好
ましい具体化の実施のためにあり、この発明を制限する
ものとして解釈してはならない 例 三元組成物Ａ　ｌ　６６Ｍ　ｎ　６Ｔ　ｉ　２　Ｂ　、
　Ａ　Ｉｌ　ｓ　７Ｍ　ＩＩ　６Ｔ　ｉ２７　、および
Ａ　１６ｓ　、　７　Ｍ　ｎ　ｓ　、　３　Ｔ　ｉ　２
　、および四元組成物ＡＩｒ、６ＭｎＩ、Ｔ：、−＋Ｖ
ｓであるアルミニウム基の低密度金属間化合物が厚肉状
および冷間善用プレス成形粉末成形体形状の純元素をア
ーク溶解することによって調製された。Ｘ−線回折パタ
ーンは、立方晶Ｌ　１２相が本質的に１００パーセント
であることを、さらに結晶構造においてＭｎがＡ１に置
換していること、■を開いた場合にはＶがＴｉに置換し
ていることを示した。合金Ａ　１．６Ｍ　ｎ６’Ｙ’　
ｉ□８の回折パターンの例は図面に示される。

均質化のために溶融され熱処理１例えば１０００℃で１
６時間、された合金の圧痕硬度は約２００ＨＤ　Ｐであ
り、二元合金のＡ　１３　Ｔ　ｉ　ｓの４５０ＨＤ　Ｐ
に比較して、１７５ＨＤ　Ｐと同じ位い低い。ダイヤモ
ンドピラミッド硬度圧痕の耐割れ性はこれらの合金では
二元合金Ａ　１３　Ｔ　ｉのあるいはＦｅ、Ｃｎおよび
Ｎｉのみでき金化されて改良された立方晶の耐割れ性よ
り更に大きかった。例えば、Ａ　Ｉ　３　Ｔ　ｉは１ｋ
ｇの圧痕荷重で重大な割れを示したが、一方上記で検討
した特別の合金は荷重が５０に９を超過するまで割れな
かった。マンガンの全部あるいは一部がクロームによっ
て置き換えられた合金での同じテストは同様の結果を与
えた。

押圧テストではこの合金はアルミニウム基合金としては
高温度まで持続する高強度を有することを確証した。こ
れは下記の表に示される。

表１．　　立方晶Ｌ１□構造の三元合金Ａ　ｌ　６ｓ　
、　７Ｍ　ｎ　ｓ　、　Ｇ　Ｔ　ｉ　２０の機械的性質
温度（℃）　　　　２５　　４００　　６００　　８０
０　　９００降伏強度（ｋｓｉ）　４８　　４５　　５
７　　４３　　３４さらに、この合金は１２ないし１５
ｐｃｔの大きさの重圧まで室温で押圧して塑性的に変形
することができた。二元Ａ　１　ｓ　Ｔ　ｉに対する同
様の押圧テストでは延性のないことを示した。アーク溶
解金属粒の幾何学的制限により引張り試料は造られなか
った。小さな試料の曲げ試験により曲げ延性がある程度
あるが押圧時の延性に比しかなり小さいことが確証され
た。

空気中で１０００℃で２４時間加熱された上記の合金の
試料はほんのわずか薄い酸化物層を形成し、その為研摩
表面は高い反射性を維持することを示した。

一ヒ記の記載から、当該技術に熟達した者は発明の精神
と範囲から離れることな〈発明の本質的特徴を容易に確
認でき、様々の用途に発明を適用するために種々の変更
および改変ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は立方晶ＬＬ相のみが存在することを示す特別の
合金Ａ　１６６Ｍ　ｎ６Ｔ　ｉｃｅのＸ−線回折パター
手 続 補 正 書（方式） ％式％ ２、発明の名称 アルミニウム、チタン型の低密度耐熱金属間合金３゜ 補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所 名　称　　テクノロジー・デイベロプメント・コーポレ
ーション ６、補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、約１５原子パーセントから約３５原子パーセントの
   チタンと；約３原子パーセントから約１５原子パーセン
   トのマンガン、あるいはクローム、あるいはマンガンと
   クロムの化合物と：実質的に残部がアルミニウムから成
   ることを特徴とする低密度耐熱アルミニウム−チタン合
   金。 ２、合金組成の式がほゞＡｌ＿６＿６Ｍｎ＿６Ｔｉ＿２
   ＿８あるいはＡｌ＿６＿６Ｃｒ＿６Ｔｉ＿２＿８である
   請求項１に記載の合金。 ３、約９原子パーセントまでのバナジウムを追加的に含
   有する組成である請求項１に記載の合金。 ４、合金組成の式がほゞＡｌ＿６＿６Ｍｎ＿６Ｔｉ＿２
   ＿３Ｖ＿５あるいはＡｌ＿６＿６Ｃｒ＿６Ｔｉ＿２＿３
   Ｖ＿５である請求項３に記載の合金。 ５、マンガンおよび／またはクロームの全部でなくて一
   部がＦｅ、Ｃｕおよび／またはＮｉの元素から選択され
   た１元素で置換されている請求項１に記載の合金。 ６、マンガンおよび／またはクロームの全部でなくて一
   部がＦｅ、Ｃｕおよび／またはＮｉの元素から選択され
   た１元素で置換されている請求項３に記載の合金。 ７、約１５原子パーセントから約３５原子パーセントの
   チタンと；約３原子パーセントから約１５原子パーセン
   トのマンガン、あるいはクローム、あるいはマンガンと
   クロムの化合物と；約９原子パーセントまでのＺｒ、Ｈ
   ｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏおよび／またはＷの元素から選択
   された１元素と；残部が実質的にアルミニウムから成る
   ことを特徴とする低密度耐熱アルミニウム−チタン合金
   。 ８、マンガンおよび／またはクロームの全部でなくて一
   部がＦｅ、Ｃｕおよび／またはＮｉの元素から選択され
   た１元素で置換されている請求項７に記載の合金。