JPH03257130A

JPH03257130A - Ｔｉ―Ａｌ系耐熱材料

Info

Publication number: JPH03257130A
Application number: JP5346390A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Noda; 俊治野田; Susumu Isobe; 磯部　晋; Tomohito Iikubo; 知人飯久保
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1990-03-05
Publication date: 1991-11-15

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、軽量であってしかも耐熱性か要求される機械
構造部品ないしは製品の素材として好適に利用されるＴ
ｉ　−Ａｌ系耐熱材料に関するものである。（従来の技術）例えば、エンジンバルブ、ピストン、ロッカーアーム等
の高速往復運動部品や、カスタービン。ジェットエンジンなどのタービンブレード、ターボチャ
ージャロータ（ホットホイール）等の高温高速回転運動
部品は、近年、エンジン等の高性能化や利用効率の向上
などに伴ってますます軽量で且つ耐熱性に優れているこ
とが要求されるようになってきている。従来、この種の耐熱性が要求される部品の素材と゛して
は、主にＮｉ基超超合金使用されているが、この種のＮ
ｉ基超超合金比重が大きいため部品の重量が増大したも
のとなりやすく、イナーシャやタイムラグが生じやすい
ものとなることから、比重の小さいセラミックス系材料
も開発され、例えば窒化珪素を素材とするターボチャー
ジャロータもすでに実用化されている。そしてまた、上記窒化珪素のほか、Ｔｉ　−Ａｌｌ系金
属間化合物をベースとするＴｉ−ＡＪＬ系材系材間発さ
れるに至っている。このようなＴ　ｉ　−ＡＭ系の金属間化合物をベースと
するＴｉ−ＡＭ系の材料において、とくにＴ　ｉ　Ａｊ
ｌ／Ｔ　ｉ３　ＡＭ　２相合金では、合金中のＴ　ｉ　
３　Ａ　ｌが１０〜３５体積％に達すると、ＴｉＡｆＬ
ｉ相合金に比べて強度および延性がかなり向上すること
を見い出した。（発明が解決しようとする課題）このようなＴｉＡ１／Ｔｉ３Ａ又のラメラ−組織を有す
るＴｉＡ文／Ｔｉ３Ａｌ２相合金はＮｉ基超超合金ある
例えばインコネル７１３Ｃに比べてこれよりも室温から
高温における引張および疲労比強度（強度／密度）に優
れているが、クリープ破断特性（クリープ破断比強度）
がいまだ十分でないという課題があった。（発明の目的）本発明は、上記した従来の課題にかんがみてなされたも
ので、Ｔｉ　−Ａ、Ｑ系の軽量耐熱材料において、その
クリープ破断特性（クリープ破断比強度）をさらに向上
させたものと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）本発明に係わるＴ　ｉ−ＡＭ系耐熱材料は、重量％で、
ＡｆＬ：３２．５〜３５．０％、Ｃ：０．３％以下、Ｏ
：０．３％以下、Ｎ：０．２％以下、およびＭｎ、Ｃｒ
、Ｆｅ、Ｍｏのうちから選ばれる１種または２種以上の
合計二０．２〜４．０％と、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖのうちから選ばれる１種または２種以上の合計＝０．
２〜４．０％とを含み、必要に応じてＢ：０．００５〜
０．１００％を含有し、残部実質的にＴｉよりなり、Ｔ
ｉＡｌ中にＴｉＢ　Ａｌを１０〜３５体積％含有する構
成としたことを特徴としている。次に、本発明に係わるＴｉ　−Ａｌ系耐熱材料の成分組
成（重量％）の限定理由について説明する。Ａｌ：３２．５〜３５．０％ＡｌはＴｉとともに金属間化合物ＴｉＡｕおよびＴｉ３
Ａｌを構成する必須の元素であり、Ａｌ含有量が少ない
とＴｉ３Ａｆｌの生成量が多くなって延性、靭性が低下
すると共に耐酸化性にも劣ったものとなり、反対にＡｎ
含有量が多すぎるとＴｉＡｌの生成量が多くなって延性
、靭性が低下したものとなり、このようなＴｉＡＪｌ／
Ｔｉ３Ａｌ２相合金において高強度・高延性を得るため
には合金中のＴｉ３ＡＪｌが１０〜３５体積％存在する
ようになすことが必要であり、このためＡＪＩ含有量を
３２．５〜３．５０％の範囲とした。Ｃ：０．３％以下ＣはＴ　ｉ　Ａ　ｎおよびＴｉ３Ａｉ中に固溶してこれ
を強化することにより強度を増大させる作用を有してい
るが、０．３％を超えると延性を低下させるため有害と
なるので０．３％以下とした。０：０．３％以下０はＣと同様にＴｉＡＪｌおよびＴｉ３　ＡＭ中に固溶
してこれを強化することにより強度を増大させる作用を
有しているが、０．３％を超えると延性を低下させるた
め有害となるので０．３％以下とした。Ｎ：０．２％以下ＮはＣ２０と同様にＴｉＡｌおよびＴｉ３　Ａす中に固
溶してこれを強化することにより強度を増大させる作用
を有しているが、０．２％を超えると延性を低下させる
ため有害となるので０．２％以下とした。Ｍ　ｎ　、　Ｃｒ　、　Ｆ　ｅ　、　Ｍ　ｏのうちから
選ばれる１種または２種以上の合計二０．２〜４．０％
、Ｍ　ｎ　、　Ｃｒ　、　Ｆ　ｅ　、　Ｍ　ｏはＴｉＡ
ＡおよびＴｉ３ＡｆＬの両方に固溶するが、特にＴｉＡ
文の方に多量に固溶する元素である。そして、これらＭ
　ｎ　、　Ｃｒ　、　Ｆ　ｅ　、　Ｍ　ｏがＴｉＡＡ中
に固溶すると固溶強化によって強度が高くなり、クリー
プ破断強度が高くなる。そして、このような効果が現わ
れるのは０．２％からであるが、４．０％を超えるとそ
の効果は飽和するようになってむしろ延性が低下するの
で、これら元素の１種または２種以上の合計で０．２〜
４．０％の範囲とした。Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖのうちから選ばれる１種ま
たは２種以上の合計二０．２〜４．０％Ｎｂ、Ｔａ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、ＶはＴｉＡｊＱおよびＴｉ３ＡＭの両方に固
溶するが、特にＴｉ３ＡｆＬの方に多量に固溶する元素
である。そして、これらＮｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ　、Ｖ
がＴｉ３Ａｆｆｉ中に固溶すると固溶強化によって強度
が高くなるとともにＴｉ３ＡＱの延性を改善する。そし
て、このような効果が現われるのは０．２％からである
が、４．０％を超えると逆に延性が低下するので、これ
ら元素の１種または２種以上の合計で０．２〜４．０％
の範囲とした。Ｂ：０．Ｏ０５〜０．１００％ＢはＴｉＡ文／Ｔｉ３Ａｌ２相合金の結晶粒を微細化し
、高温延性を改善する効果を侑する。また、鋳造におい
ては湯回り性を改善する効果を有する。そして、これら
の効果が現われるのは０．００５％からであるが、０．
１００％を超えると硼化物であるＴｉＢ２が多量に析出
して強度および延性を低下させることとなるので、添加
するとしても０．００５〜０．１００％の範囲とする必
要がある。Ｔｉ：残部ＴｉはＴｉＡ文／Ｔｉ３Ａｌ２相合金においてＴｉＡｆ
ＬおよびＴｉ３Ａｌを構成する必須の元素であるので残
部とした。本発明に係わるＴ　ｉ　−ＡＩ系耐熱材料は上記の成分
組成を有するものであり、この材料においてはＴｉＡ文
／　Ｔ　１３　Ａ文の微細ラメラ−組織を有している場
合が最も特性が良い。したがって、ラメラ−間隔を広く
したりＴｉ３Ａｌを球状化させるような高温熱処理は好
ましくないといえる。また、本発明に係わる耐熱材料は溶解法によって容易に
得ることが可能であるが、粉末法によっても製造が可能
である。さらにまた、鋳造のみならず鍛造によっても軽量な耐熱
部材の製造が可能である。（発明の作用）本発明に係わるＴｉ−Ａｌ１系耐熱材料は、重量％で、
Ａ文：３２．５〜３５．０％、Ｃ：０．３％以下、Ｏ：
０．３％以下、Ｎ：０．２％以下、およびＭｎ　、　Ｃ
ｒ　、　Ｆｅ　、Ｍｏのうちから選ばれる１種または２
種以上の合計＝０．２〜４．０％ど、Ｎｂ−、Ｔａ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｖ（７）うちから選ばれる１種または２種以
上の合計二０．２〜４．０％とを含み、必要に応じてＢ
：０．００５〜０．１００％を含有し、残部実質的にＴ
ｉよりなす、ＴｉＡ文中にＴｉ３　Ａ文をｌＯ〜３５体
積％含有する構成としたものであるから、ＴｉＡｕ中に
Ｔｉ３ＡｆＬが１０〜３５体積％含宥することによって
高強度・高延性が得られ、Ｍ　ｎ　、　Ｃｒ　。Ｆ　ｅ　、　Ｍ　ｏの添加によってこれらがＴｉ３ＡＭ
よりもＴｉＡｆｉ中により多く固溶することからＴｉＡ
文が固溶強化され、また、Ｎｂ、Ｔａ。Ｚｒ、Ｖ、Ｈｆの添加によってこれらがＴｉＡｕよりも
Ｔｉ３　Ａ文中により多く固溶することからＴｉＢＡ文
が固溶強化されて、Ｔ　ｉ　Ａ　’ｌおよびＴｉ３Ａｆ
ｌの両相が同時に強化されると共に延性のバランスがと
られるようになって、クリープ破断特性に優れたＴ　ｉ
−ＡＭ系耐熱材料となる。さらに、Ｂを添加することに
よって結晶粒が微細化され、高温における延性が改善さ
れるだけでなく、鋳造性も改善される。さらに才だ上記
の各元素を添加することによって合金の融点が低下する
ので鋳造性が改善されるという作用がもたらされる。（実施例）原料として、スポンジＴｉ９粒状Ａｎおよびその他添加
元素として純金属を用い、プラズマｅスカル溶解炉によ
りＡｒ雰囲気中で第１表に示す化学組成の合金を溶製し
、それぞれ約５ｋｇのインゴー、トに鋳造した。次に、各インゴットから鋳造ままの状態で引張試験片お
よびクリープ破断試験片を切り出して鋳造ままでの８０
０℃における高温引張試験および８００℃、２３．９ｋ
ｇｆ／ｍｍ２の条件での高温クリープ破断試験を行った
。これら引張試験およびクリープ破断試験の結果を第１表
にあわせて示す。第１表に示すように、第３元素を添加しない比較例Ｎｏ
、　９、第３元素を添加しないとともにＴｉＢ　Ａ文を
１０体積％未満とした比較例Ｎｏ。１０、Ｔｉ３　Ａｌ１強化元素のみを含有させた比較例
Ｎｏ、１１．ＴｉＡ文強化元素のみを含有させた比較例
Ｎｏ、１２、Ｃ含有量が多すぎる比較例Ｎｏ。１３．０含有量が多すぎる比較例Ｎｏ、１４、Ｎ含有量
が多すぎる比較例Ｎｏ、１５の材料では高温引張特性や
高温クリープ破断特性に劣っていることが認められた。これに対して、本発明に係わるＴｉ−Ａ文系耐熱材料で
あるＮｏ、　　１〜Ｎｏ、　８ではいずれも高温引張特
性および高温クリープ破断特性に優れたものとなってお
り、高温において使用され且つイナーシャの少ないこと
が望まれる高速往復運動部品やタイムラグの少ないこと
が要求される高速回転運転部品などの素材として適した
ものであることが認められた。

【発明の効果】

本発明に係わるＴ　１−ＡＩＬ系耐系材熱材料重量％で
、Ａｕ：３２．５〜３５．０％、Ｃ：０．３％以下、Ｏ
：０．３％以下、Ｎ：０．２％以下およびＭｎ、Ｃｒ、
Ｆｅ、ＭｏのうちからＩばれる１種または２種以上の合
計二０．２〜４．０％と、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ
のうちから選ばれる１種または２種以上の合計二０．２
〜４．０％とを含み、必要に応じてＢ：０．００５〜０
．１００％を含有し、残部実質的にＴｉよりなり、Ｔｉ
Ａ文中にＴｉ３　Ａ文を１０〜３５体積％含有する構成
としたものであるから、高温強度および高温クリープ破
断特性（クリープ破断比強度）に著しく優れたものであ
って、とくに高温で使用される高速往復運動部品や高速
回転運動部品の素材として適したものであり、しかも軽
量であって単なる部品の軽量化にとどまらずイナーシャ
やタイムラグの少ない部品を提供することができるよう
にな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）重量％で、Ａｌ：３２．５〜３５．０％、Ｃ：０
．３％以下、Ｏ：０．３％以下、Ｎ：０．２％以下、お
よびＭｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｏのうちから選ばれる１種ま
たは２種以上の合計：０．２〜４．０％と、Ｎｂ、Ｔａ
、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖのうちから選ばれる１種または２種以
上の合計：０．２〜４．０％とを含み、残部実質的にＴ
ｉよりなり、ＴｉＡｌ中にＴｉ＿３Ａｌを１０〜３５体
積％含有することを特徴とするＴｉ−Ａｌ系耐熱材料。
（２）重量％で、Ａｌ：３２．５〜３５．０％、Ｃ：０
．３％以下、Ｏ：０．３％以下、Ｎ：０．２％以下、お
よびＭｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｏのうちから選ばれる１種ま
たは２種以上の合計：０．２〜４．０％と、Ｎｂ、Ｔａ
、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖのうちから選ばれる１種または２種以
上の合計：０．２〜４．０％とを含み、さらにＢ：０．
００５〜０．１００％を含有し、残部実質的にＴｉより
なり、ＴｉＡｌ中にＴｉ＿３Ａｌを１０〜３５体積％含
有することを特徴とするＴｉ−Ａｌ系耐熱材料。