JPH03193233A - 金属間化合物の恒温鍛造方法 - Google Patents
金属間化合物の恒温鍛造方法Info
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- JPH03193233A JPH03193233A JP33579089A JP33579089A JPH03193233A JP H03193233 A JPH03193233 A JP H03193233A JP 33579089 A JP33579089 A JP 33579089A JP 33579089 A JP33579089 A JP 33579089A JP H03193233 A JPH03193233 A JP H03193233A
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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。
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〕
本発明は、耐熱合金あるいは金属間化合物の恒温鍛造に
よる製造方法に関し、特に型材およびスペーサーに関す
るものである。
よる製造方法に関し、特に型材およびスペーサーに関す
るものである。
金属間化合物の中には通常の単相金属にはみられない特
異な性質をもつものが多く、機能性材料あるいは構造用
材料としての利用が研究されている。その中で、Ni3
Aj!、 TiAl!等は温度が上昇するに従って強度
が上昇するという正の温度依存性を示し、耐熱材料とし
ての期待が高まっている。
異な性質をもつものが多く、機能性材料あるいは構造用
材料としての利用が研究されている。その中で、Ni3
Aj!、 TiAl!等は温度が上昇するに従って強度
が上昇するという正の温度依存性を示し、耐熱材料とし
ての期待が高まっている。
特にTilは比重が3.8と軽量耐熱材料として、航空
機への応用をめざし研究開発がされている。
機への応用をめざし研究開発がされている。
Tilを含めて金属間化合物は一般の金属に比べて変形
能に乏しい特徴があり、室温での延性改善について多く
の研究がなされてきた(例えばV添加に関する米国特許
第4294615号、Mn添加に関する特開昭6l−4
1740)。
能に乏しい特徴があり、室温での延性改善について多く
の研究がなされてきた(例えばV添加に関する米国特許
第4294615号、Mn添加に関する特開昭6l−4
1740)。
金属を恒温鍛造によって、工業的に利用可能な成形体を
製造する技術は公知の技術であり、広(産業分野で利用
されている方法である。近年、耐熱合金の特性向上と共
に耐熱合金の成形法として恒温鍛造を利用するための研
究が行われている(例えば、特開昭63−171862
)。耐熱合金を恒温鍛造する場合、従来より型として利
用されていた材質、たとえばFe系超合金、Co系超合
金、Ni系超合金を使用し、試料を加熱後、型に熱移動
が起こらない短時間の間に鍛造する従来の製造方法では
成形体に欠陥が導入されたりして鍛造困難な材料が出現
してきた。この様な問題を克服するためにMO合金、セ
ラミックス等の材質の型として使用する鍛造法が考案さ
れている。(例えば、高温成形用型技術に関する調査報
告次世代金属・複合材料研究開発協会1983)さらに
金属間化合物を恒温鍛造する場合、サイアロンを型材と
して使用した例が公開されている(信木ら日本金属学会
会誌第53巻第9号(1989) 953−957)。
製造する技術は公知の技術であり、広(産業分野で利用
されている方法である。近年、耐熱合金の特性向上と共
に耐熱合金の成形法として恒温鍛造を利用するための研
究が行われている(例えば、特開昭63−171862
)。耐熱合金を恒温鍛造する場合、従来より型として利
用されていた材質、たとえばFe系超合金、Co系超合
金、Ni系超合金を使用し、試料を加熱後、型に熱移動
が起こらない短時間の間に鍛造する従来の製造方法では
成形体に欠陥が導入されたりして鍛造困難な材料が出現
してきた。この様な問題を克服するためにMO合金、セ
ラミックス等の材質の型として使用する鍛造法が考案さ
れている。(例えば、高温成形用型技術に関する調査報
告次世代金属・複合材料研究開発協会1983)さらに
金属間化合物を恒温鍛造する場合、サイアロンを型材と
して使用した例が公開されている(信木ら日本金属学会
会誌第53巻第9号(1989) 953−957)。
従来の技術は高温で強度の高い材料を鍛造しようとする
場合、試料のみを所定の温度に加熱し型はその温度より
も低く、十分な強度がある温度まで余熱し、より高温に
加熱された試料を鍛造する方法が取られていたが型と試
料との間に温度差があるため試料が均一に変形せず実用
上問題があった。さらに絶縁体であるセラミックスを型
材として使用した際も高周波数誘導加熱では型の温度が
上昇せず上記と同様な問題が生じていた。
場合、試料のみを所定の温度に加熱し型はその温度より
も低く、十分な強度がある温度まで余熱し、より高温に
加熱された試料を鍛造する方法が取られていたが型と試
料との間に温度差があるため試料が均一に変形せず実用
上問題があった。さらに絶縁体であるセラミックスを型
材として使用した際も高周波数誘導加熱では型の温度が
上昇せず上記と同様な問題が生じていた。
難加工性材料、とくに金属間化合物の場合、変形モード
は温度と歪速度に密接に間係しており、試料温度が部分
的に異なると不均一な変形が起こる。そのため恒温鍛造
を行うに際して、試料と型を同一温度に加熱し鍛造中も
試料温度が一様に保たれる必要がある。さらに高温で強
度の高い金属間化合物等を鍛造によって変形するために
は、型材は試料よりも変形温度に於て強度が高い材料が
必要である。さらに、型と試料の間で反応があってはな
らない。付は加えて、−回の鍛造で型が変形し再使用が
できないようでは製品の価格が上昇し好ましくない。本
発明はこれらの問題を解決するものである。
は温度と歪速度に密接に間係しており、試料温度が部分
的に異なると不均一な変形が起こる。そのため恒温鍛造
を行うに際して、試料と型を同一温度に加熱し鍛造中も
試料温度が一様に保たれる必要がある。さらに高温で強
度の高い金属間化合物等を鍛造によって変形するために
は、型材は試料よりも変形温度に於て強度が高い材料が
必要である。さらに、型と試料の間で反応があってはな
らない。付は加えて、−回の鍛造で型が変形し再使用が
できないようでは製品の価格が上昇し好ましくない。本
発明はこれらの問題を解決するものである。
耐熱金属あるいは金属間化合物を高温で恒温鍛造をおこ
なうに際し、型材としてグラファイトを使用し、スペー
サーとしてタンタルシートを使用し、真空域あるいは不
活性雰囲気に於て恒温鍛造することを特徴とする恒温鍛
造方法。
なうに際し、型材としてグラファイトを使用し、スペー
サーとしてタンタルシートを使用し、真空域あるいは不
活性雰囲気に於て恒温鍛造することを特徴とする恒温鍛
造方法。
本発明では、試料と型の温度を均一にするという課題に
対して、試料と型を同時に加熱し、恒温鍛造開始時点か
ら均熱状態に保持することを基本とするものである。即
ち、高周波誘導加熱により、試料と金型を同時に加熱す
る方法である。従来用いられている、高温強度に優れた
セラミックス材料では、高周波誘導加熱によって加熱さ
れずこの問題を解決できない。そこで導電性のある物質
で高周波誘導加熱できる材質を選ぶ必要がある。さらに
、被鍛造材である金属間化合物(例えばTil基合金)
と比較して鍛造温度において十分に降伏強度の高い材料
、すなわち鍛造中の応力によって塑性変形を起こさない
ような材料を選ばなければならない。型材の強度が十分
でなければ、鍛造中に型が変形し再使用できないばかり
か、鍛造品の寸法に誤差が生じ型としての機能を果たさ
ない。
対して、試料と型を同時に加熱し、恒温鍛造開始時点か
ら均熱状態に保持することを基本とするものである。即
ち、高周波誘導加熱により、試料と金型を同時に加熱す
る方法である。従来用いられている、高温強度に優れた
セラミックス材料では、高周波誘導加熱によって加熱さ
れずこの問題を解決できない。そこで導電性のある物質
で高周波誘導加熱できる材質を選ぶ必要がある。さらに
、被鍛造材である金属間化合物(例えばTil基合金)
と比較して鍛造温度において十分に降伏強度の高い材料
、すなわち鍛造中の応力によって塑性変形を起こさない
ような材料を選ばなければならない。型材の強度が十分
でなければ、鍛造中に型が変形し再使用できないばかり
か、鍛造品の寸法に誤差が生じ型としての機能を果たさ
ない。
上記条件を満し、強度、安定性、寸法精度の確保という
点を考慮して、本発明はグラファイトを型材とするもの
である。なおグラファイトは高温で酸素と反応するので
真空或は不活性ガス雰囲気で鍛造処理を行う。
点を考慮して、本発明はグラファイトを型材とするもの
である。なおグラファイトは高温で酸素と反応するので
真空或は不活性ガス雰囲気で鍛造処理を行う。
グラファイト型を使用した真空恒温鍛造装置の略図を図
1に示す。真空容器内に試料(1)、タンタルスペーサ
ー(2)、グラファイト型(3)、断熱セラミックス(
4)とグラファイト型取り付は台(5)から構成される
。試料及び型を高温で酸化雰囲気に曝さないために、真
空排気設備により容器内を真空あるいは不活性雰囲気に
する。グラファイト型(3)と型取り付は台(5)の間
の断熱セラミックス(4)は型(3)から型取り付は台
(5)への熱移動を抑える働きをし、装置全体の温度上
昇を抑える働きをする。型取り付は台(5)は鍛造装置
に直結し鍛造装置からの力を金型を通して、試料に伝達
する。そのため十分な寸法精度と共にある程度の高温強
度を具備する材料で作る必要がある。
1に示す。真空容器内に試料(1)、タンタルスペーサ
ー(2)、グラファイト型(3)、断熱セラミックス(
4)とグラファイト型取り付は台(5)から構成される
。試料及び型を高温で酸化雰囲気に曝さないために、真
空排気設備により容器内を真空あるいは不活性雰囲気に
する。グラファイト型(3)と型取り付は台(5)の間
の断熱セラミックス(4)は型(3)から型取り付は台
(5)への熱移動を抑える働きをし、装置全体の温度上
昇を抑える働きをする。型取り付は台(5)は鍛造装置
に直結し鍛造装置からの力を金型を通して、試料に伝達
する。そのため十分な寸法精度と共にある程度の高温強
度を具備する材料で作る必要がある。
型材として選択したグラファイトの特徴は、1)不活性
雰囲気中で3000℃まで使用でき、高温強度も高温に
なるに従って増加する性質を持つ。2)熱膨張率が鉄の
1/3程度であり高温での寸法安定性に優れている。3
)熱の伝導性が良く、電気も通すために高周波誘導加熱
で加熱が可能である。
雰囲気中で3000℃まで使用でき、高温強度も高温に
なるに従って増加する性質を持つ。2)熱膨張率が鉄の
1/3程度であり高温での寸法安定性に優れている。3
)熱の伝導性が良く、電気も通すために高周波誘導加熱
で加熱が可能である。
4)耐熱衝撃に優れており急加熱、急冷等が可能である
。5)軽くて機械加工が可能である。6)自己潤滑性が
ある。以上のような優れた性質を有し、強度的に問題が
なければ、恒温鍛造用の型材として好適である。近年、
1000℃以上の高温圧縮強度が20kg/mm2以上
のグラファイト材が利用可能となり、TiAj!等の難
加工性材料を1000℃以上で恒温鍛造用する際の型材
として使用できることが明かとなった。本発明において
は、型材として、圧縮強度20kg/mm2以上、曲げ
強さ10 kg / [[l+n 2以上比重2.00
のグラファイトを機械加工により加工し鍛造用型として
使用した。
。5)軽くて機械加工が可能である。6)自己潤滑性が
ある。以上のような優れた性質を有し、強度的に問題が
なければ、恒温鍛造用の型材として好適である。近年、
1000℃以上の高温圧縮強度が20kg/mm2以上
のグラファイト材が利用可能となり、TiAj!等の難
加工性材料を1000℃以上で恒温鍛造用する際の型材
として使用できることが明かとなった。本発明において
は、型材として、圧縮強度20kg/mm2以上、曲げ
強さ10 kg / [[l+n 2以上比重2.00
のグラファイトを機械加工により加工し鍛造用型として
使用した。
次に、タンクルスペーサーについて説明する。
金属間化合物Ti1等の活性な金属を含む合金の恒温鍛
造に際して重要な点は、高温強度に優れた型材の選択と
型と金属間化合物の間で反応を防止し、円滑な塑性流動
が起こるような潤滑効果を持った材料を組み合わせて使
用する点である。本発明では、型と試料の間にタンクル
シートを挟みグラファイト型と試料の間の反応を防止す
る。タンタルシートの厚さは0.1〜0.5 mmが適
当である。
造に際して重要な点は、高温強度に優れた型材の選択と
型と金属間化合物の間で反応を防止し、円滑な塑性流動
が起こるような潤滑効果を持った材料を組み合わせて使
用する点である。本発明では、型と試料の間にタンクル
シートを挟みグラファイト型と試料の間の反応を防止す
る。タンタルシートの厚さは0.1〜0.5 mmが適
当である。
本発明では、グラファイトは自己潤滑機能を持つためタ
ンクルシートは試料と共に変形し試料を周りから拘束す
る役割も担う。スペーサー材としては、タンクルシート
の他に高融点金属であり、高温で延性に富み、グラファ
イトとスペーサーの間で反応が起こりにくい材質、例え
ばモリブデンシート等も適用できる。
ンクルシートは試料と共に変形し試料を周りから拘束す
る役割も担う。スペーサー材としては、タンクルシート
の他に高融点金属であり、高温で延性に富み、グラファ
イトとスペーサーの間で反応が起こりにくい材質、例え
ばモリブデンシート等も適用できる。
恒温鍛造用型材として重要な点は型が繰り返し使用でき
るかどうかという点である。本発明によるグラファイト
型は、20回以上の使用後も型の変形あるいは表面状態
に異常は見いだされなかった。
るかどうかという点である。本発明によるグラファイト
型は、20回以上の使用後も型の変形あるいは表面状態
に異常は見いだされなかった。
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
実施例l
Ti−36重量%A1金属間化合物 60% 恒温鍛造
プラズマアーク法によって溶製したTiAβ金属間化合
物インゴット材を1050℃96時間均質化熱処理をし
た後、直径35mm高さ42止の円筒状に加工し、恒温
鍛造用試験片とした。型として直径80mm高さ60m
mのグラファイト型(商品名メタファイト新日鐵化学製
)を使用し、スペーサーとして厚さ0.3mmのタンタ
ルシートを試料断面積よりも大きく切り出し、試料上下
に挿入した。図1に示す設備を使用して以下の手順で恒
温鍛造を行った。1)試料を第1図に示すような位置に
セットする。2)試料直上まで上型を降ろす。3)真空
チャンバーを閉じ、ロータリーポンプ、油拡散ポンプに
よって7 X10−’Torrまで真空排気を行う。4
)1200℃まで高周波誘導加熱によって加熱を行う。
物インゴット材を1050℃96時間均質化熱処理をし
た後、直径35mm高さ42止の円筒状に加工し、恒温
鍛造用試験片とした。型として直径80mm高さ60m
mのグラファイト型(商品名メタファイト新日鐵化学製
)を使用し、スペーサーとして厚さ0.3mmのタンタ
ルシートを試料断面積よりも大きく切り出し、試料上下
に挿入した。図1に示す設備を使用して以下の手順で恒
温鍛造を行った。1)試料を第1図に示すような位置に
セットする。2)試料直上まで上型を降ろす。3)真空
チャンバーを閉じ、ロータリーポンプ、油拡散ポンプに
よって7 X10−’Torrまで真空排気を行う。4
)1200℃まで高周波誘導加熱によって加熱を行う。
5)上型と試料を接触させ、試料と型を均熱化する(約
30分)。6)歪速度5 XIO’s判の条件で圧下率
60%まで恒温鍛造を行う。7)鍛造後荷重を除荷し、
型が試料から離れた後、加熱電源を切り冷却を行う。1
回の鍛造工程には約3時間程度を要する。
30分)。6)歪速度5 XIO’s判の条件で圧下率
60%まで恒温鍛造を行う。7)鍛造後荷重を除荷し、
型が試料から離れた後、加熱電源を切り冷却を行う。1
回の鍛造工程には約3時間程度を要する。
上記条件で恒温鍛造を行った結果、割れ等の発生もなく
均一な変形が行われた。第2図に鍛造後の組織写真を示
す。
均一な変形が行われた。第2図に鍛造後の組織写真を示
す。
実施例2
T 1−36重量%A1金属間化合物 80% 恒温鍛
造 プラズマアーク法によって溶製したTiAl1インゴツ
ト材を1050℃96時間均質化熱処理をしたのち直径
35mm高さ42mmの円筒状に加工し、試験片とした
。
造 プラズマアーク法によって溶製したTiAl1インゴツ
ト材を1050℃96時間均質化熱処理をしたのち直径
35mm高さ42mmの円筒状に加工し、試験片とした
。
型材としてグラファイトを使用し、スペーサーとしてタ
ンクルシートを試料上下に挿入し、1300℃で歪速度
5 Xl0−’の条件下で圧下率80%まで恒温鍛造に
よる変形を行った。その結果、割れ等の発生もなく均一
な変形が行われた。第3図に恒温鍛造後の組織写真を示
す。
ンクルシートを試料上下に挿入し、1300℃で歪速度
5 Xl0−’の条件下で圧下率80%まで恒温鍛造に
よる変形を行った。その結果、割れ等の発生もなく均一
な変形が行われた。第3図に恒温鍛造後の組織写真を示
す。
比較例l
Ti−36重量%Af金属間化合物 恒温鍛造MO合金
型使用 プラズマアーク法によって溶製したTiAβインゴット
材を1050℃96時間均質化熱処理をしたのち直径3
5關高さ42鵬の円筒状に加工し、試験片とした。
型使用 プラズマアーク法によって溶製したTiAβインゴット
材を1050℃96時間均質化熱処理をしたのち直径3
5關高さ42鵬の円筒状に加工し、試験片とした。
型材としてMO合金を使用し、スペーサーとしてタンタ
ルシートを試料上下に挿入し1200℃で歪速度5X1
0−’の条件で圧下率60%まで変形を行った。
ルシートを試料上下に挿入し1200℃で歪速度5X1
0−’の条件で圧下率60%まで変形を行った。
その結果、MO型表面が3mm程変形し再使用できない
状態となった。
状態となった。
比較例2
Ti−36重量%Af金属間化合物 恒温鍛造SiC型
使用 プラズマアーク法によって溶製したTiAj!インゴッ
ト材を1050℃96時間均質化熱処理をしたのち直径
35mm高さ42mmの円筒状に加工し、試験片とした
。
使用 プラズマアーク法によって溶製したTiAj!インゴッ
ト材を1050℃96時間均質化熱処理をしたのち直径
35mm高さ42mmの円筒状に加工し、試験片とした
。
セラミックス型材としてSiCプレートを型として使用
し、スペーサーとしてタンクルシートを試料上下に挿入
し1300℃で歪速度で5X10−’の条件で圧下率8
0%まで変形を行った。その結果、試料変形途中でSi
C型が破損した。
し、スペーサーとしてタンクルシートを試料上下に挿入
し1300℃で歪速度で5X10−’の条件で圧下率8
0%まで変形を行った。その結果、試料変形途中でSi
C型が破損した。
比較例3
Ti−36重量%A1金属間化合物 恒温鍛造Ta シ
ートなし プラズマアーク法によって溶製したTilインゴツト材
を1050℃96時間均質化熱処理をしたのち直径35
mm高さ42闘の円筒状に加工し、試験片とした。
ートなし プラズマアーク法によって溶製したTilインゴツト材
を1050℃96時間均質化熱処理をしたのち直径35
mm高さ42闘の円筒状に加工し、試験片とした。
型材としてグラファイト型を使用し、炉温1200℃で
歪速度5 Xl0−’の条件で圧下率60%まで変形を
行った。その結果、TiAj!試料は十分均一な変形を
起こしたが試料最表面にグラファイトの付着層がみられ
、グラファイトとTiAj2金属間化合物の間に反応が
起こっていた。
歪速度5 Xl0−’の条件で圧下率60%まで変形を
行った。その結果、TiAj!試料は十分均一な変形を
起こしたが試料最表面にグラファイトの付着層がみられ
、グラファイトとTiAj2金属間化合物の間に反応が
起こっていた。
グラファイト型を使用することによって1200℃以上
でTiAβを80%以上の圧下率で恒温鍛造できること
が明かとなった。さらにグラファイト金型は20回程度
の再使用が可能であり経済的にも優れていることが明か
となった。グラファイト金型を使用することにより寸法
精度の優れたTil基金属間化合物の機械部品を容易に
製造することが可能となった。被鍛造材へのグラファイ
トの付着・拡散はTのシートをスペーサーに用いること
によって防止できる。本発明は、1000℃以上での恒
温鍛造方法として広く利用できるものである。
でTiAβを80%以上の圧下率で恒温鍛造できること
が明かとなった。さらにグラファイト金型は20回程度
の再使用が可能であり経済的にも優れていることが明か
となった。グラファイト金型を使用することにより寸法
精度の優れたTil基金属間化合物の機械部品を容易に
製造することが可能となった。被鍛造材へのグラファイ
トの付着・拡散はTのシートをスペーサーに用いること
によって防止できる。本発明は、1000℃以上での恒
温鍛造方法として広く利用できるものである。
第1図は真空恒温鍛造装置概略図であり、第2図は60
%恒温鍛造したTiAj7の金属組織写真であり、 第3図は80%恒温鍛造したTilの組織写真である。 l・・・試料、 2・・・タンクルスペーサー、 3・・・グラファイト型、 4・・・断熱セラミック
ス、5・・・グラファイト型取り付は台。
%恒温鍛造したTiAj7の金属組織写真であり、 第3図は80%恒温鍛造したTilの組織写真である。 l・・・試料、 2・・・タンクルスペーサー、 3・・・グラファイト型、 4・・・断熱セラミック
ス、5・・・グラファイト型取り付は台。
Claims (1)
- 1、耐熱金属あるいは金属間化合物を高温で恒温鍛造を
おこなうに際し、型材としてグラファイトを使用し、ス
ペーサーとしてタンタルシートを使用し、真空域あるい
は不活性雰囲気に於て恒温鍛造することを特徴とする金
属間化合物の恒温鍛造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33579089A JPH03193233A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 金属間化合物の恒温鍛造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33579089A JPH03193233A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 金属間化合物の恒温鍛造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03193233A true JPH03193233A (ja) | 1991-08-23 |
Family
ID=18292468
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33579089A Pending JPH03193233A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 金属間化合物の恒温鍛造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03193233A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101947617A (zh) * | 2010-08-30 | 2011-01-19 | 哈尔滨工业大学 | TiAl金属间化合物类锻件的双室高温锻造成形装置及方法 |
CN105397001A (zh) * | 2015-12-02 | 2016-03-16 | 贵州安大航空锻造有限责任公司 | 钛合金复杂薄板类锻件的等温锻造成形方法 |
US20210404042A1 (en) * | 2019-03-18 | 2021-12-30 | Ihi Corporation | Titanium aluminide alloy material for hot forging, forging method for titanium aluminide alloy material, and forged body |
-
1989
- 1989-12-25 JP JP33579089A patent/JPH03193233A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101947617A (zh) * | 2010-08-30 | 2011-01-19 | 哈尔滨工业大学 | TiAl金属间化合物类锻件的双室高温锻造成形装置及方法 |
CN105397001A (zh) * | 2015-12-02 | 2016-03-16 | 贵州安大航空锻造有限责任公司 | 钛合金复杂薄板类锻件的等温锻造成形方法 |
US20210404042A1 (en) * | 2019-03-18 | 2021-12-30 | Ihi Corporation | Titanium aluminide alloy material for hot forging, forging method for titanium aluminide alloy material, and forged body |
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