JPH04218649A - Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物型合金の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＴｉ−Ａｌ系金属間化合
物型合金の製造方法に関し、さらに詳しくは、エンジン
の排気弁のように高温環境下において使用される軽量で
耐熱性を有し、特に、熱間加工性に優れたＴｉ−Ａｌ系
金属間化合物型合金の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】一般に、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物は極め
て高い高温比強度を有しており、かつ、優れた軽量耐熱
性材料であり、そのため、ガスタービン部品、自動車用
エンジンのバルブ、高温用治具類に使用することが行わ
れるようになってきている。

【０００３】しかしながら、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物
には、 ｉ）常温から７００℃付近の温度までの延性が極めて低
い、 ｉｉ）延性の出現する８００℃以上においても加工、成
形性に乏しいという欠点を有しており、この解決が必要
である。

【０００４】そして、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物の、特
に、Ａｌを４９〜５１ａｔ％以上とより多量に含有する
γ型（ＴｉＡｌ）合金系は、Ａｌ含有量が低いα２型（
Ｔｉ３Ａｌ）の合金系よりも、Ａｌの特性である軽量化
および耐酸化性の特性の向上か期待される。しかしなが
ら、上記ｉ）の欠点はγ型合金系の方がα２型合金系よ
りもさらに問題となってくるため、γ型（ＴｉＡｌ）合
金系の実用化のためには、この延性の改善が不可避であ
る。

【０００５】そして、この欠点ｉ）の改善法として特公
平０１−０２７１３８号公報に記載されているＶ元素の
添加および特開昭６１−０４１７４０号公報に記載され
ているＭｎ添加等が開示されており、また、ｉｉ）につ
いては、恒温鍛造法等の加工技術の改良が記載されてい
る。

【０００６】このうち、特に、特公平０１−０２７１３
８号公報については、Ｖを０．１〜　３ａｔ％添加する
ことによって、恒温鍛造法により製造可能であることを
開示してある。

【０００７】しかしながら、成形加工については、恒温
鍛造法により可能とはなっているが、この方法は、温度
と歪速度を高度に制御することによって初めて可能とな
る。従って、まだ通常の熱間鍛造法では加工可能である
とは言えず、熱間加工性の改善は不充分である。

【０００８】また、特公平０１−０２７１３８号公報に
おいては、γ合金系とは言っても、Ａｌ含有量の上限は
５０ａｔ％に過ぎず、耐酸化性の問題があり未だ充分と
言うことはできない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に説明し
た従来におけるＴｉ−Ａｌ系金属間化合物型合金の製造
方法の種々の問題点に鑑み、本発明者が鋭意研究を行い
、検討を重ねた結果、恒温鍛造等の高温の鍛造法を使用
することなく、通常の熱間鍛造法により製造することが
できる熱間加工性を改善した耐酸化性に優れたγ合金系
のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物型合金の製造方法を開発し
たのである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るＴｉ−Ａｌ
系金属間化合物型合金の製造方法は、 Ａｌ　４７〜５５ａｔ％ を含有するＴｉ−Ａｌ系金属間化合物を溶製した後、溶
製されて鋳造された鋳塊の層状組織を熱処理により等軸
晶に置換した後、常法或いは恒温鍛造による熱間鍛造を
行うことを特徴とするＴｉ−Ａｌ系金属間化合物型合金
の製造方法を第１の発明とし、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合
物が、Ｍｎ、ＣｒおよびＶの中から選ばれた少なくとも
１種を５ａｔ％以下の範囲で含有することを特徴とする
Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物型合金の製造方法を第２の発
明とする２つの発明よりなるものである。

【００１１】本発明に係るＴｉ−Ａｌ系金属間化合物型
合金の製造方法について、以下詳細に説明する。

【００１２】一般に、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物は、化
学量論組成からＡｌ側に広い固溶範囲を有しているが、
これに対して、組成がＴｉ−ｒｉｃｈ側になると、Ｔｉ
Ａｌ（γ）＋Ｔｉ３Ａｌ（α２）の二層組織となり、そ
して、この二層組織の方が本発明に係るＴｉ−Ａｌ系金
属間化合物型合金の製造方法において目標とする高Ａｌ
側におけるＴｉＡｌ（γ）がｒｉｃｈなγ合金系よりも
常温延性がよい。

【００１３】しかしながら、二層組織を形成する組成に
ついては、Ａｌ含有量が少ないので耐酸化性は良くなく
、従って、Ａｌ含有量を多くする必要がある。しかし、
γ合金系では上記した通り鋳塊の加工性は悪い。

【００１４】その理由としては、本発明者は鋳塊におて
はＴｉＡｌ＋Ｔｉ３Ａｌの二層組織が層状組織の形態と
なり、また、結晶粒径も粗大なものとなっているという
ことがわかり、従って、結晶粒径が細かく、層状組織と
ならないような等軸晶組織とすることによって、熱間加
工性が向上することを知見した。

【００１５】この知見によれば、広範囲にわたるＡｌ含
有量について、５０〜５５ａｔ％のＡｌ含有量の場合に
おいて、鋳塊は熱処理によって等軸晶となり熱間加工性
が良くなることが判明した。また、この範囲のＡｌ含有
量にさらに常温延性を改善するといわれているＭｎ、Ｃ
ｒ、Ｖを含有させた場合についても熱間加工性が悪化し
ないことがわかった。

【００１６】次に、本発明に係るＴｉ−Ａｌ系金属間化
合物型合金の製造方法において、使用する合金の含有成
分および成分割合について説明する。

【００１７】Ａｌはその含有量が４７ａｔ％未満では、
結晶粒径が粗大となり、粒内の組織が層状組織となり、
加工割れが発生したり、また、変形抵抗も高くなる等、
熱間加工性が悪くなり、５５ａｔ％を越えると単相で比
較的細かい組織となるが、溶製時に割れが発生するよう
になる。また、４７〜４９ａｔ％の範囲では、一部層状
組織を呈する部分も存在するが、大部分は微細な等軸晶
となり、熱間加工性も良好である。さらに、５０〜５５
ａｔ％の範囲では熱処理により細かい等軸晶からなる単
相組織となり、熱間加工性もよい。そして、Ａｌ含有量
が４７ａｔ％未満であれば、鋳塊の層状組織は熱処理に
よっても等軸晶組織に転換し難く、かつ、転換には１週
間以上の日時を必要とするので現実的でない。従って、
Ａｌ含有量は４７〜５５ａｔ％とする。

【００１８】Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖは常温延性を向上させる元
素であり、４ａｔ％を越えて含有させると別の金属間化
合物やβ相が生成するので、熱間加工性が低下したり、
また、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物型合金から外れてしま
う。従って、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖの含有量は４ａｔ％以下と
する。

【００１９】そして、熱間加工前の熱処理の温度につい
ては、γ変態点未満のγ＋α２の二相域の温度が適宜選
択される。γ変態点以上になると組織はγ単相となり、
逆に加工性が劣化してしまう。

【００２０】

【実　　施　　例】本発明に係るＴｉ−Ａｌ系金属間化
合物型合金の製造方法の実施例を説明する。

【００２１】

【実　施　例】Ａｌを４０〜６０ａｔ％を含有し、残部
がＴｉおよび不可避不純物からなる鋳塊を溶製し、充分
に均質化した後、組織および熱間加工性に与えるＡｌの
影響を調査した。なお、鋳塊はタングステンアーク溶解
により溶製して製作した。

【００２２】また、熱間加工性はビッカース硬さの測定
と、熱間圧縮試験による割れ発生状況と変形抵抗の調査
により判断した。

【００２３】先ず、組織形態と常温および７００〜１０
００℃の温度におけるビッカース硬さの測定結果を表１
に示す。図１、図２に代表的な金属組織の光学顕微鏡写
真を示す。

【００２４】表１および図１、図２により明らかである
が、Ａｌを所定量含有させることによって大部分が微細
な等軸晶からなる組織になると共に、ビッカース硬さが
低下していることから、熱間加工性が向上していると考
えられる。

【００２５】しかして、Ａｌ含有量が６０ａｔ％の場合
にもビッカース硬さが低下しており、熱間加工性が良い
のではないかと考えられるが、この場合については、鋳
塊状態で割れが多数存在するため本発明に係るＴｉ−Ａ
ｌ系金属間化合物型合金の製造方法の範囲外のものであ
る。

【００２６】次に、Ａｌ４６〜５１ａｔ％含有する場合
についての１０００℃、１１００℃および１２００℃の
圧縮試験結果を表２、表３および図３に示す。

【００２７】表２、表３は圧縮試験後の割れ発生状況を
示すものであり、表４は変形に対する活性化エネルギー
の組成による変化を示すものである。

【００２８】また、図４は変形抵抗の組成による変化を
示すものである。これらの結果より、所定量の範囲内の
Ａｌを含有する場合に変形に対する活性化エネルギーと
変形抵抗が共に小さくなり、また、割れも発生しなくな
ることがわかる。

【００２９】以上のことから、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合
物の熱間加工性は、Ａｌを４７〜５５ａｔ％含有する場
合に向上するものである。

【００３０】また、Ｍｎ、ＣｒおよびＶを含有させた場
合の１０００℃、１１００℃および１２００℃の温度に
おける圧縮試験結果を表５、表６および表７に示す。

【００３１】表５、表６は圧縮試験後の割れ発生状況を
示すものであり、表７は変形に対する活性化エネルギー
の組成による変化を示すものである。

【００３２】これらの結果から、所定量のＭｎ、Ｃｒお
よびＶを含有させた場合にも、変形に対する活性化エネ
ルギーが小さくなり、また、割れの発生もなくなるので
ある。

【００３３】このことから、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物
の熱間加工性は、Ａｌ４７〜５５ａｔ％含有し、Ｍｎ、
ＣｒおよびＶの一種を４ａｔ％以下含有させることによ
っても、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物の熱間加工性は向上
する。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るＴｉ
−Ａｌ系金属間化合物型合金の製造方法は上記の構成で
あるから、軽量化と耐酸化性の特性に優れたＡｌ含有量
の高いγ型Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物型合金の熱間加工
性を改善することができるという優れた効果を有するも
のである。 ４．図面の簡単な説明

【図１】Ａｌ含有量が４０ａｔ％の金属組織を示す光学
顕微鏡写真である。

【図２】Ａｌ含有量が４９ａｔ％の金属組織を示す光学
顕微鏡写真である。

【図３】変形抵抗のＡｌ含有量による変化を示す図であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ａｌ　４７〜５５ａｔ％を含有するＴ
   ｉ−Ａｌ系金属間化合物を溶製した後、溶製されて鋳造
   された鋳塊の層状組織を熱処理により等軸晶に置換した
   後、常法或いは恒温鍛造による熱間鍛造を行うことを特
   徴とするＴｉ−Ａｌ系金属間化合物型合金の製造方法。
2. 【請求項２】　　Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物が、Ｍｎ、
   ＣｒおよびＶの中から選ばれた少なくとも１種を５ａｔ
   ％以下の範囲で含有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物型合金の製造
   方法。