JPH03219034A - 耐酸化性に優れた金属間化合物ＴｉＡｌ基合金 - Google Patents
耐酸化性に優れた金属間化合物ＴｉＡｌ基合金Info
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- JPH03219034A JPH03219034A JP1231590A JP1231590A JPH03219034A JP H03219034 A JPH03219034 A JP H03219034A JP 1231590 A JP1231590 A JP 1231590A JP 1231590 A JP1231590 A JP 1231590A JP H03219034 A JPH03219034 A JP H03219034A
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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、軽量で且つ高温強度に優れ、将来の航空機、
超音速旅客機、スペースプレーン等の部材として期待さ
れている金属間化合物ＴｉＡｌ基合金に係わり、詳しく
は高温における耐酸化性を改善した金属間化合物ＴｉＡ
ｌ基合金に関するものである。
超音速旅客機、スペースプレーン等の部材として期待さ
れている金属間化合物ＴｉＡｌ基合金に係わり、詳しく
は高温における耐酸化性を改善した金属間化合物ＴｉＡ
ｌ基合金に関するものである。
（従来の技術）
Ｔｉ−Ａｌ２元合金系には、Ｔｉ、ＡＩ、ＴｉＡｌ及び
７ｉＡｌｉなる３種の金属間化合物の存在が知られてい
る。
７ｉＡｌｉなる３種の金属間化合物の存在が知られてい
る。
このうちのＴｉＡ１はＬｌ。型の結晶構造をもっており
、化学量論組成（Ｔｉ−３６重量％Ａ１合金）より高Ａ
Ｉ側に広い固溶範囲をもち、また、多くの第３元素も固
溶する。そして、このＴｉＡｌは比重が約３．８でＴｉ
の比重４．５より小さく非常に軽量である。また、Ｔｉ
Ａｌは８００°Ｃ程度の温度まで室温の強度が低下せず
、むしろ温度上昇とともに強度が高くなるという特徴を
有している。このことからＴｉＡｌ基合金は、軽量、高
温強度、耐酸化性が要求されるジェットエンジン部材等
への応用が期待されている。
、化学量論組成（Ｔｉ−３６重量％Ａ１合金）より高Ａ
Ｉ側に広い固溶範囲をもち、また、多くの第３元素も固
溶する。そして、このＴｉＡｌは比重が約３．８でＴｉ
の比重４．５より小さく非常に軽量である。また、Ｔｉ
Ａｌは８００°Ｃ程度の温度まで室温の強度が低下せず
、むしろ温度上昇とともに強度が高くなるという特徴を
有している。このことからＴｉＡｌ基合金は、軽量、高
温強度、耐酸化性が要求されるジェットエンジン部材等
への応用が期待されている。
ところが、ＴｉＡ１合金合金の欠点は、８００℃以下の
使用温度域での耐酸化性はＴｉ合金より優れるが、８０
０°Ｃを趙える温度域になると急激に耐酸化性が劣化す
ること、および常温延性に劣ることである。
使用温度域での耐酸化性はＴｉ合金より優れるが、８０
０°Ｃを趙える温度域になると急激に耐酸化性が劣化す
ること、および常温延性に劣ることである。
常温延性に関しては、Ａｌ１織の微細化と第３元素添加
によるＴｉＡｌ相の改質により向上がはかられており、
第３元素としてはＭｎ、、Ｖ、 Ｎｂ、 Ｗ等が常温延
性向上に有効であるとされている。この中でもＭｎは効
果が大きいとされているが、ＴｉＡｌ基合金にＭｎを添
加すると耐酸化性、特に８００°Ｃ以上での耐酸化性が
第３元素無添加のＴｉＡ１合金より劣るという問題があ
る。
によるＴｉＡｌ相の改質により向上がはかられており、
第３元素としてはＭｎ、、Ｖ、 Ｎｂ、 Ｗ等が常温延
性向上に有効であるとされている。この中でもＭｎは効
果が大きいとされているが、ＴｉＡｌ基合金にＭｎを添
加すると耐酸化性、特に８００°Ｃ以上での耐酸化性が
第３元素無添加のＴｉＡ１合金より劣るという問題があ
る。
（発明が解決しようとする課題）
ＴｉＡ１．１合金は、経世で且つ高温強度に優れるが、
航空機等の部材として用いるには優れた耐酸化性、特に
８００°Ｃ以上での高耐酸化性が必要である。
航空機等の部材として用いるには優れた耐酸化性、特に
８００°Ｃ以上での高耐酸化性が必要である。
本発明の課題は、このＴｉＡ１基合金の欠点の一つであ
る耐酸化性を改善することにあり、詳しくは第３元素無
添加のＴｉＡｌをベースにした合金及びＭｎ、■を添加
して常温延性を高めたＴｉＡｌ基合金の耐酸化性を改善
することにある。
る耐酸化性を改善することにあり、詳しくは第３元素無
添加のＴｉＡｌをベースにした合金及びＭｎ、■を添加
して常温延性を高めたＴｉＡｌ基合金の耐酸化性を改善
することにある。
（課題を解決するための手段）
ＴｉＡｌ１合金の組成であるＴｉおよびＡ１は単体では
非常に酸化されやすい、しかし、ＴｉＡｌ合金とするこ
とで特別な結晶構造（面心正方品）を有する金属間化合
物となる。そして、この金属間化合物ＴｉＡ１基合金の
耐酸化性を向上させるためには、表面に生成するＴｉ及
びＡＩの酸化物のうち、ＡＩ！Ｏｉの酸化皮膜が緻密で
あり、しかも長期間安定に存在し酸化反応の保護皮膜と
して働くことが必要であるとされている。そして、緻密
な＾１．０．の酸化皮膜を形成する方法として、予め、
２ ＸＩＯ”’Ｐ ａといった低酸素分圧下において熱
処理を行う方法が知られている（日本金属学会誌第５３
巻第２号（１９８９）２５１２５２）。
非常に酸化されやすい、しかし、ＴｉＡｌ合金とするこ
とで特別な結晶構造（面心正方品）を有する金属間化合
物となる。そして、この金属間化合物ＴｉＡ１基合金の
耐酸化性を向上させるためには、表面に生成するＴｉ及
びＡＩの酸化物のうち、ＡＩ！Ｏｉの酸化皮膜が緻密で
あり、しかも長期間安定に存在し酸化反応の保護皮膜と
して働くことが必要であるとされている。そして、緻密
な＾１．０．の酸化皮膜を形成する方法として、予め、
２ ＸＩＯ”’Ｐ ａといった低酸素分圧下において熱
処理を行う方法が知られている（日本金属学会誌第５３
巻第２号（１９８９）２５１２５２）。
しかし、ＡＩｔｏ３の酸化皮膜の保護性は酸化反応が進
み、皮膜厚みの増加によるクラックの生成とともに減少
するので、長期間安定に保護皮膜として働かない、とこ
ろが、本発明者はＴｉＡｌ合金にＹ、Ｍｏ、 Ｓｉを添
加すると表面に生成するＡｈＯｓが緻密化し、しかも皮
膜中に生成する歪み置が減少してクラックの発生が抑制
され、長期間安定に保護皮膜とし作用することを見出し
た。
み、皮膜厚みの増加によるクラックの生成とともに減少
するので、長期間安定に保護皮膜として働かない、とこ
ろが、本発明者はＴｉＡｌ合金にＹ、Ｍｏ、 Ｓｉを添
加すると表面に生成するＡｈＯｓが緻密化し、しかも皮
膜中に生成する歪み置が減少してクラックの発生が抑制
され、長期間安定に保護皮膜とし作用することを見出し
た。
ところで、特開昭６３−１１１１５２号公報にはＳｉを
添加してＴｉＡｌ基合金の耐酸化性を改善する方法が提
案されている。値かにＳｉ単独添加でも耐酸化性向上の
効果が認められるがその向上に限りがある。
添加してＴｉＡｌ基合金の耐酸化性を改善する方法が提
案されている。値かにＳｉ単独添加でも耐酸化性向上の
効果が認められるがその向上に限りがある。
本発明者は、ＡＩｔｏｓの酸化皮膜の安定性を高めると
いう観点から検討した結果、Ｓｉを用いる場合は単独に
添加するよりＹ及び／又はＭＯと一緒に複合添加する方
が、より一層効果が発揮されて耐酸化性が向上すること
を確認した。
いう観点から検討した結果、Ｓｉを用いる場合は単独に
添加するよりＹ及び／又はＭＯと一緒に複合添加する方
が、より一層効果が発揮されて耐酸化性が向上すること
を確認した。
ここに本発明の要旨は下記の■〜■にある。
■ 下記の組成を有する耐酸化性に優れた金属間化合物
ＴｉＡｌ基合金。
ＴｉＡｌ基合金。
Ａｌ：３１〜４４重四％
Ｔｉ及び不可避不純物：残部
■ 下記の組成を有する耐酸化性に優れた金属間化合物
ＴｉＡｌ基合金。
ＴｉＡｌ基合金。
Ａ１８３１〜４４重量％
Ｙ：ｏ、ｔ〜１．０重量％
Ｔｉ及び不可避不純物：残部
■ 下記の組成を有する耐酸化性に優れた金属間化合物
ＴｉＡｌ基合金。
ＴｉＡｌ基合金。
Ａｌ：３１〜４４重量％
Ｓｉ ： ０．１〜７．５重量％
Ｔｉ及び不可避不純物：残部
■ 下記の組成を有する耐酸化性に優れた金属間化合物
ＴｉＡｌ基合金。
ＴｉＡｌ基合金。
ＡＩ：３１〜４４重量％
Ｙ：０．１〜１．０重量％
Ｓｉ ： ０．１〜７．５重量％
Ｔｉ及び不可避不純物：残部
（作用）
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、本願第１〜第４発明のＴｉＡｌ基合金に共通する
成分のＡ１について、含有量の限定理由を作用効果とと
もに説明する。
成分のＡ１について、含有量の限定理由を作用効果とと
もに説明する。
（ａ） Ａ１
＾ｌは本発明にかかる合金の根幹をなす成分である。含
有量が３１重量％未満ではＴＩｊＡＩ相となり、４４重
量％を超えるとＴｉＡｌ□相またはＴｉＡｈ相が生成し
、延性が低下する。従って、ＴｉＡ１金属間化合物のＬ
ｌ、型結晶構造をとるためには、ＡＩは３１〜４４重四
％の含有量が必要である。
有量が３１重量％未満ではＴＩｊＡＩ相となり、４４重
量％を超えるとＴｉＡｌ□相またはＴｉＡｈ相が生成し
、延性が低下する。従って、ＴｉＡ１金属間化合物のＬ
ｌ、型結晶構造をとるためには、ＡＩは３１〜４４重四
％の含有量が必要である。
なお、耐酸化性を高める保護皮膜であるＡ１８０゜を効
率よく生成させようとすれば、含有量は上限に近い方が
望ましい。
率よく生成させようとすれば、含有量は上限に近い方が
望ましい。
第１発明のＴｉＡ１基合金は、更にＹ又は−〇の１種又
は２種を添加したものである。
は２種を添加したものである。
（ｂ） Ｙ、Ｍ。
これらの成分には何れもＡ１．０．の酸化皮膜を緻密に
し、且つクラックの生成を抑えて安定化させる働きがあ
る。また、Ｍｏには常温延性を改善する効果も有してい
る。これらの効果はＹおよびＭｏともに０．１重量％よ
り得られるが、Ｙの場合には１．０重尾％を超えると、
Ｍｏの場合には７．５重蓋％を超えると共に耐酸化性は
寧ろ低下するので、Ｙについては０．１〜１．帽１％、
Ｍｏについては０．１〜７．５重量％と定めた。望まし
い範囲は、Ｙでは０．２５〜０．７５重盪％、Ｍｏでは
１．０〜２．５重量％であり、この範囲が最も改善効果
が高い。
し、且つクラックの生成を抑えて安定化させる働きがあ
る。また、Ｍｏには常温延性を改善する効果も有してい
る。これらの効果はＹおよびＭｏともに０．１重量％よ
り得られるが、Ｙの場合には１．０重尾％を超えると、
Ｍｏの場合には７．５重蓋％を超えると共に耐酸化性は
寧ろ低下するので、Ｙについては０．１〜１．帽１％、
Ｍｏについては０．１〜７．５重量％と定めた。望まし
い範囲は、Ｙでは０．２５〜０．７５重盪％、Ｍｏでは
１．０〜２．５重量％であり、この範囲が最も改善効果
が高い。
本発明では、このＹ及びＭｏは１種又は２種添加するこ
とができるが、前記の効果は単独添加の場合よりも複合
添加の方が大きい。
とができるが、前記の効果は単独添加の場合よりも複合
添加の方が大きい。
第２発明のＴｉＡｌ基合金は、前記のＹの他に、Ｍｎ又
は■のいずれか１種以上を添加したものである。
は■のいずれか１種以上を添加したものである。
（ＣＩ Ｍｎ、Ｖ
これらの成分はいずれもＴｉＡ１の常温延性を改善する
ために添加される。常温延性の改善はいずれの場合にも
０．１重量％から得られるが、７．５重量％を超えると
常温延性が低下することから、Ｍｎおよび■の含有量を
それぞれ０．１〜７．５重量％と定めた。
ために添加される。常温延性の改善はいずれの場合にも
０．１重量％から得られるが、７．５重量％を超えると
常温延性が低下することから、Ｍｎおよび■の含有量を
それぞれ０．１〜７．５重量％と定めた。
なお、Ｍｎは耐酸化性に悪影響を及ぼすので、その含有
量は所望の常温延性が確保できる範囲で低くする方が望
ましい。
量は所望の常温延性が確保できる範囲で低くする方が望
ましい。
第３および第４発明のＴｉＡｌ基合金は、第１および第
２発明のＴｉＡ１基合金に更にＳｉを添加したものであ
る。
２発明のＴｉＡ１基合金に更にＳｉを添加したものであ
る。
（ｄ） ５ｉ
ＳｉはＡｈＯｉの酸化皮膜を緻密にするとともに安定化
させる働きがある。これらのＡｈＯｉを安定化させる作
用はＭｏとの共存下で更に大きくなり、Ｙとの共存下で
一層顕著となる。これはＳｉにはＹ、ＭｏによるＡ１．
０□の安定化と同時に耐酸化性をより高める効果がある
ためと考えられる。この効果は０．１重量％の含有量か
ら現れるが、１．２重蓋％を超えて含有すると延性が損
なわれる。
させる働きがある。これらのＡｈＯｉを安定化させる作
用はＭｏとの共存下で更に大きくなり、Ｙとの共存下で
一層顕著となる。これはＳｉにはＹ、ＭｏによるＡ１．
０□の安定化と同時に耐酸化性をより高める効果がある
ためと考えられる。この効果は０．１重量％の含有量か
ら現れるが、１．２重蓋％を超えて含有すると延性が損
なわれる。
以下、実施例により本発明を更に説明する。
（実ｓｂ例）
タングステン電極による非消耗電極式＾ｒアーク溶解炉
によって、第１表に示す化学組成のインゴット（１０ｍ
■厚×５ｏｌ輻Ｘ １００ｍｍ長さ）を溶製した。
によって、第１表に示す化学組成のインゴット（１０ｍ
■厚×５ｏｌ輻Ｘ １００ｍｍ長さ）を溶製した。
次いで、これらのインゴットを１２００”Ｃの温度で２
４時間真空熱処理を行い均質化した後、ｈ１厚Ｘｌ０−
幅×４０−曽長さの板状の試験片を切り出し、その全表
面をＳｉＣペーパー（１８００）で研磨し、アセトン脱
脂した後、酸化試験に供した。
４時間真空熱処理を行い均質化した後、ｈ１厚Ｘｌ０−
幅×４０−曽長さの板状の試験片を切り出し、その全表
面をＳｉＣペーパー（１８００）で研磨し、アセトン脱
脂した後、酸化試験に供した。
酸化試験は大気酸化試験で行い、電気抵抗式管状炉を用
い、炉心管端開放の条件で９２０°Ｃの温度で１００時
間加熱を行い、そのときの酸化による重量増加を測定す
ることで評価した。なお、試験片は個々に高純度Ａ１．
Ｏ，製のルツボに入れ、酸化により生成した皮膜は残ら
ず回収し、重量測定に加えた。試験結果を第１表に併せ
て示す。
い、炉心管端開放の条件で９２０°Ｃの温度で１００時
間加熱を行い、そのときの酸化による重量増加を測定す
ることで評価した。なお、試験片は個々に高純度Ａ１．
Ｏ，製のルツボに入れ、酸化により生成した皮膜は残ら
ず回収し、重量測定に加えた。試験結果を第１表に併せ
て示す。
（以下、余白）
第１表において、Ｎａｌは第３元素無添加の従来のＴｉ
ＡＩＪｊ合金である。ＦｋＬ２〜隘８はＹを添加した合
金、漱９〜Ｎ（Ｌｉ２はＭｏを添加した合金、Ｎａ１９
〜漱２６はＹとＭｏを複合添加した合金ある。適正量の
Ｙ又はＭｏを単独添加した本発明の合金は、いずれも第
３元素無添加の従来合金より耐酸化性に優れている。ま
た、ＹとＭｏを複合添加した合金はこれら単独添加の合
金よりも一層耐酸化性に優れる。しかし、比較例に示す
ようにこれら元素を単独添加或いは複合添加した合金で
あっても、その含有量が本発明で規定する範囲外である
場合は、耐酸化性は寧ろ従来合金より劣る。
ＡＩＪｊ合金である。ＦｋＬ２〜隘８はＹを添加した合
金、漱９〜Ｎ（Ｌｉ２はＭｏを添加した合金、Ｎａ１９
〜漱２６はＹとＭｏを複合添加した合金ある。適正量の
Ｙ又はＭｏを単独添加した本発明の合金は、いずれも第
３元素無添加の従来合金より耐酸化性に優れている。ま
た、ＹとＭｏを複合添加した合金はこれら単独添加の合
金よりも一層耐酸化性に優れる。しかし、比較例に示す
ようにこれら元素を単独添加或いは複合添加した合金で
あっても、その含有量が本発明で規定する範囲外である
場合は、耐酸化性は寧ろ従来合金より劣る。
漱２７〜４１はＹとＭｎ又はＶのいずれかを添加した合
金である。本発明合金は耐酸化性が良好である。
金である。本発明合金は耐酸化性が良好である。
特に、ＭｎとＹを複合添加した本発明合金はＹ単独添加
の合金より耐酸化性は寧ろ向上している。これらに対し
て、比較例の含有量が適正でない合金は耐酸化性が悪い
。
の合金より耐酸化性は寧ろ向上している。これらに対し
て、比較例の含有量が適正でない合金は耐酸化性が悪い
。
漱４２〜Ｎａ５１の合金は、前記元素に加えて更にＳｉ
を添加したものである１本発明合金はＳｉとＹ、Ｍ。
を添加したものである１本発明合金はＳｉとＹ、Ｍ。
との相乗効果によって耐酸化性が一段と優れている。
（発明の効果）
以上説明した如く、本発明のＴｉＡｌ基合金は従来のＴ
ｉＡｌ基合金に比較して非常に良好な耐酸化性を有し、
ＴｉＡｌ基合金本来の高い比強度と併せて航空機部材等
の素材として優れた特性をもっている。
ｉＡｌ基合金に比較して非常に良好な耐酸化性を有し、
ＴｉＡｌ基合金本来の高い比強度と併せて航空機部材等
の素材として優れた特性をもっている。
Claims (4)
- （１）下記の組成を有する耐酸化性に優れた金属間化合
物ＴｉＡｌ基合金。 Ａｌ：３１〜４４重量％ Ｙ：０．１〜１．０重量％ Ｍｏ：０．１〜７．５重量
％｝いずれか１種又は２種Ｔｉ及び不可避不純物：残部 - （２）下記の組成を有する耐酸化性に優れた金属間化合
物ＴｉＡｌ基合金。 Ａｌ：３１〜４４重量％ Ｙ：０．１〜１．０重量％ Ｍｎ：０．１〜７．５重量％ Ｖ：０．１〜７．５重量
％｝いずれか１種又は２種Ｔｉ及び不可避不純物：残部 - （３）下記の組成を有する耐酸化性に優れた金属間化合
物ＴｉＡｌ基合金。 Ａｌ：３１〜４４重量％ Ｙ：０．１〜１．０重量％ Ｍｏ：０．１〜７．５重量
％｝いずれか１種又は２種Ｓｉ：０．１〜１．２重量％ Ｔｉ及び不可避不純物：残部 - （４）下記の組成を有する耐酸化性に優れた金属間化合
物ＴｉＡｌ基合金。 Ａｌ：３１〜４４重量％ Ｙ：０．１〜１．０重量％ Ｍｎ：０．１〜７．５重量％ Ｖ：０．１〜７．５重量
％｝いずれか１種又は２種Ｓｉ：０．１〜１．２重量％ Ｔｉ及び不可避不純物：残部
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1231590A JPH03219034A (ja) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | 耐酸化性に優れた金属間化合物ＴｉＡｌ基合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1231590A JPH03219034A (ja) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | 耐酸化性に優れた金属間化合物ＴｉＡｌ基合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03219034A true JPH03219034A (ja) | 1991-09-26 |
Family
ID=11801883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1231590A Pending JPH03219034A (ja) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | 耐酸化性に優れた金属間化合物ＴｉＡｌ基合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03219034A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5372663A (en) * | 1991-01-17 | 1994-12-13 | Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. | Powder processing of titanium aluminide having superior oxidation resistance |
| WO1998021375A1 (de) * | 1996-11-09 | 1998-05-22 | Georg Frommeyer | TiAl-LEGIERUNG UND IHRE VERWENDUNG |
| KR100412426B1 (ko) * | 2001-07-18 | 2003-12-31 | 학교법인 인하학원 | Ｙ이 포함된 ＴｉＡｌ계 금속간화합물 |
| US6923934B2 (en) | 1999-06-08 | 2005-08-02 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | Titanium aluminide, cast made therefrom and method of making the same |
-
1990
- 1990-01-22 JP JP1231590A patent/JPH03219034A/ja active Pending
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