JPH04285138A - 耐酸化性に優れたＴｉＡｌ基合金 - Google Patents
耐酸化性に優れたＴｉＡｌ基合金Info
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- JPH04285138A JPH04285138A JP4816191A JP4816191A JPH04285138A JP H04285138 A JPH04285138 A JP H04285138A JP 4816191 A JP4816191 A JP 4816191A JP 4816191 A JP4816191 A JP 4816191A JP H04285138 A JPH04285138 A JP H04285138A
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐酸化性に優れたＴｉ
Ａｌ基合金、詳述すれば、軽量でかつ高強度を有するこ
とから宇宙、航空機分野において将来の航空機、超音波
旅客機等に用途が期待されているＴｉＡｌ金属間化合物
から成るＴｉＡｌ基合金に関する。
Ａｌ基合金、詳述すれば、軽量でかつ高強度を有するこ
とから宇宙、航空機分野において将来の航空機、超音波
旅客機等に用途が期待されているＴｉＡｌ金属間化合物
から成るＴｉＡｌ基合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｔｉ−Ａｌの２元系合金では、Ａｌ含有
量が３５から４４重量％の組成範囲で実質的にＴｉＡｌ
金属間化合物単相となることが知られている。このＴｉ
Ａｌ単相は比重が約３．８ でＴｉ単体の比重４．５
よりも小さく非常に軽量である。また、８００ ℃程度
の温度まで室温の強度が低下せずむしろ上昇するといっ
た特徴を有する。このことからＴｉＡｌ基金属間化合物
は軽量・高強度の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。
量が３５から４４重量％の組成範囲で実質的にＴｉＡｌ
金属間化合物単相となることが知られている。このＴｉ
Ａｌ単相は比重が約３．８ でＴｉ単体の比重４．５
よりも小さく非常に軽量である。また、８００ ℃程度
の温度まで室温の強度が低下せずむしろ上昇するといっ
た特徴を有する。このことからＴｉＡｌ基金属間化合物
は軽量・高強度の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。
【０００３】しかし、このＴｉＡｌ金属間化合物の欠点
は常温の延性がなく、また加工性に乏しいことである。 さらに高温で使用された場合、８００℃以下の温度で通
常のＴｉ合金等よりは耐酸化性に優れるが、８００ ℃
を越えると急激に耐酸化性は劣化する。
は常温の延性がなく、また加工性に乏しいことである。 さらに高温で使用された場合、８００℃以下の温度で通
常のＴｉ合金等よりは耐酸化性に優れるが、８００ ℃
を越えると急激に耐酸化性は劣化する。
【０００４】この点、常温延性改善のため開発されたＭ
ｎ添加ＴｉＡｌ金属間化合物合金は耐酸化性の点からは
むしろＭｎ無添加の場合よりも劣化する。
ｎ添加ＴｉＡｌ金属間化合物合金は耐酸化性の点からは
むしろＭｎ無添加の場合よりも劣化する。
【０００５】ＴｉＡｌ金属間化合物を構成する基本元素
であるＴｉおよびＡｌは、共に単体では非常に酸化され
易い元素である。耐酸化性を向上させるには、ＴｉＡｌ
金属間化合物を形成した場合にはＴｉＡｌ合金表面上に
Ａｌ２Ｏ３ の緻密な皮膜が形成され、かつ長時間にわ
たり安定して存在し保護皮膜として機能することが必要
である。かかる耐酸化性の改善方法としては以下の方法
が現在提案されている。
であるＴｉおよびＡｌは、共に単体では非常に酸化され
易い元素である。耐酸化性を向上させるには、ＴｉＡｌ
金属間化合物を形成した場合にはＴｉＡｌ合金表面上に
Ａｌ２Ｏ３ の緻密な皮膜が形成され、かつ長時間にわ
たり安定して存在し保護皮膜として機能することが必要
である。かかる耐酸化性の改善方法としては以下の方法
が現在提案されている。
【０００６】■低酸素分圧下熱処理法
小林等、日本金属学会誌５３（１９８９）２５１■Ａｌ
パック処理法 吉原等、耐熱金属材料第１２３ 委員会研究報告３１（
１９９０）２１３ ■クロマイズ表面処理法 ■第３元素の添加法 ■および■の方法はいずれも使用前に予備的にＡｌ２Ｏ
３ の皮膜を生成させ保護皮膜として機能させる方法で
あり、特に■の方法は２×１０−３Ｐａといった低酸素
分圧下で熱処理を行い表面にＡｌ２Ｏ３ の保護皮膜を
予め生成させて耐酸化性を確保する方法であって、■の
方法は直接Ａｌ２Ｏ３ を表面に生成させる方法である
。■の方法はＡｌ２Ｏ３ の替わりにＣｒの酸化皮膜を
用いる方法である。■の方法で、現在耐酸化性を向上さ
せる添加元素として提案されているものはＳｉ （特開
昭３−１１１１５２号公報） 、Ｎｂ （笠原等、日本
金属学会誌） がある。
パック処理法 吉原等、耐熱金属材料第１２３ 委員会研究報告３１（
１９９０）２１３ ■クロマイズ表面処理法 ■第３元素の添加法 ■および■の方法はいずれも使用前に予備的にＡｌ２Ｏ
３ の皮膜を生成させ保護皮膜として機能させる方法で
あり、特に■の方法は２×１０−３Ｐａといった低酸素
分圧下で熱処理を行い表面にＡｌ２Ｏ３ の保護皮膜を
予め生成させて耐酸化性を確保する方法であって、■の
方法は直接Ａｌ２Ｏ３ を表面に生成させる方法である
。■の方法はＡｌ２Ｏ３ の替わりにＣｒの酸化皮膜を
用いる方法である。■の方法で、現在耐酸化性を向上さ
せる添加元素として提案されているものはＳｉ （特開
昭３−１１１１５２号公報） 、Ｎｂ （笠原等、日本
金属学会誌） がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＴｉＡ
ｌ金属間化合物の耐酸化性を改善する方法のうち、予備
的に保護皮膜を生成させる方法は母材との密着性や長期
安定性の点が問題である。さらに第３元素添加の方法は
現在充分な改善に至っていない。すなわち保護性のＡｌ
２Ｏ３ 皮膜の生成は充分できていない。かくして、本
発明の目的は、このような従来技術の問題点を解消し、
耐酸化性に優れたＴｉＡｌ金属間化合物合金を提供する
ことである。
ｌ金属間化合物の耐酸化性を改善する方法のうち、予備
的に保護皮膜を生成させる方法は母材との密着性や長期
安定性の点が問題である。さらに第３元素添加の方法は
現在充分な改善に至っていない。すなわち保護性のＡｌ
２Ｏ３ 皮膜の生成は充分できていない。かくして、本
発明の目的は、このような従来技術の問題点を解消し、
耐酸化性に優れたＴｉＡｌ金属間化合物合金を提供する
ことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる目的
を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を
得て本発明を完成するに至った。 （１）ＴｉＡｌ 金属間化合物の耐酸化性の向上には表
面に緻密なＡｌ２Ｏ３ 皮膜が生成し酸化の保護皮膜と
して安定に長時間存在することが必要である。しかし、
この金属間化合物の酸化皮膜はＡｌ２Ｏ３ が縦方向に
生成発達し、横方向につながりを持たないため、そのよ
うにして生成したＡｌ２Ｏ３ 皮膜は保護性を有しない
。かかるタイプの酸化が進行する理由はＴｉ中への酸素
の固溶度が非常に大きいためである。 （２） 添加元素によりＴｉ中酸素固溶度を下げること
で耐酸化性を確保でき、それに有効な添加元素はＷとＭ
ｏである。 （３） さらにこれらの元素にＳｉやＮｂを複合添加す
ることでさらに耐酸化性を改善できる。
を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を
得て本発明を完成するに至った。 （１）ＴｉＡｌ 金属間化合物の耐酸化性の向上には表
面に緻密なＡｌ２Ｏ３ 皮膜が生成し酸化の保護皮膜と
して安定に長時間存在することが必要である。しかし、
この金属間化合物の酸化皮膜はＡｌ２Ｏ３ が縦方向に
生成発達し、横方向につながりを持たないため、そのよ
うにして生成したＡｌ２Ｏ３ 皮膜は保護性を有しない
。かかるタイプの酸化が進行する理由はＴｉ中への酸素
の固溶度が非常に大きいためである。 （２） 添加元素によりＴｉ中酸素固溶度を下げること
で耐酸化性を確保でき、それに有効な添加元素はＷとＭ
ｏである。 （３） さらにこれらの元素にＳｉやＮｂを複合添加す
ることでさらに耐酸化性を改善できる。
【０００９】ここに、本発明の要旨とするところは、重
量比で、Ａｌ： ３１〜４４％、Ｗ： ０．１ 〜１５
％、残部が実質的にＴｉと不可避不純物よりなる耐酸化
性に優れたＴｉＡｌ基合金である。さらに本発明の好適
態様によれば、次の各群からの１種以上をさらに適宜組
み合わせて添加してもよい。 （１）Ｍｏ： ０．１〜１０％ （２）Ｎｂ および／ またはＳｉを合計量で０．１
〜５％（３）Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ： ０．５ 〜４％。
量比で、Ａｌ： ３１〜４４％、Ｗ： ０．１ 〜１５
％、残部が実質的にＴｉと不可避不純物よりなる耐酸化
性に優れたＴｉＡｌ基合金である。さらに本発明の好適
態様によれば、次の各群からの１種以上をさらに適宜組
み合わせて添加してもよい。 （１）Ｍｏ： ０．１〜１０％ （２）Ｎｂ および／ またはＳｉを合計量で０．１
〜５％（３）Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ： ０．５ 〜４％。
【００１０】
【作用】ここで、本発明にかかる合金の各添加元素の限
定理由とその作用について述べる。なお、％は特にこと
わりがない限り重量％である。 （１） Ａｌ Ａｌは本合金系の根幹をなす元素である。Ｔｉに対しＡ
ｌを３５から４４重量％含有させることでγ相であるＴ
ｉＡｌ金属間化合物となる。これよりＡｌ量が多いとＴ
ｉＡｌ２ 相やＴｉＡｌ３ 相との混相となり非常に脆
くなる。Ａｌ量が若干少ない側ではＴｉ３Ａｌ 相が微
量に析出し延性が発揮されるとされている。その限界が
３１％である。
定理由とその作用について述べる。なお、％は特にこと
わりがない限り重量％である。 （１） Ａｌ Ａｌは本合金系の根幹をなす元素である。Ｔｉに対しＡ
ｌを３５から４４重量％含有させることでγ相であるＴ
ｉＡｌ金属間化合物となる。これよりＡｌ量が多いとＴ
ｉＡｌ２ 相やＴｉＡｌ３ 相との混相となり非常に脆
くなる。Ａｌ量が若干少ない側ではＴｉ３Ａｌ 相が微
量に析出し延性が発揮されるとされている。その限界が
３１％である。
【００１１】（２） Ｗ
Ｗは耐酸化性改善に寄与する。下限は耐酸化性を発揮す
るための必要量で決まり０．１ ％である。しかし余り
多量に添加すると延性が劣化するので上限は１５％であ
る。 （３） Ｍｏ Ｍｏは延性および耐酸化性を改善する元素である。下限
は耐酸化性を発揮する限界である０．１ ％である。１
０％までは耐酸化性を発揮する効果が有るため上限を１
０％とする。Ｍｏの延性改善効果は１〜３％の範囲で最
も効果的である。
るための必要量で決まり０．１ ％である。しかし余り
多量に添加すると延性が劣化するので上限は１５％であ
る。 （３） Ｍｏ Ｍｏは延性および耐酸化性を改善する元素である。下限
は耐酸化性を発揮する限界である０．１ ％である。１
０％までは耐酸化性を発揮する効果が有るため上限を１
０％とする。Ｍｏの延性改善効果は１〜３％の範囲で最
も効果的である。
【００１２】（４） Ｎｂ、Ｓｉ
ＮｂもＳｉも耐酸化性を改善する効果を有し、必要によ
り少なくとも一方を添加すればよい。そのときの下限は
両者の合計量で０．１ ％であり、５％を超えると耐酸
化性が劣化する。特に、Ｓｉの場合、伸びの低下が大き
いので、好ましくはＳｉ含有量の上限は１％とする。ま
た、ＮｂおよびＳｉはいずれもＷと複合添加することに
よりさらに改善効果が認められた。このＷとの複合添加
による耐酸化性効果の発揮される添加量は、Ｎｂまたは
ＳｉとＷ との合計量で０．１ ％であるためこれを下
限とする。しかし多量の添加はかえって耐酸化性を劣化
させるため、同じくそれらの合計量の上限を５％とする
。
り少なくとも一方を添加すればよい。そのときの下限は
両者の合計量で０．１ ％であり、５％を超えると耐酸
化性が劣化する。特に、Ｓｉの場合、伸びの低下が大き
いので、好ましくはＳｉ含有量の上限は１％とする。ま
た、ＮｂおよびＳｉはいずれもＷと複合添加することに
よりさらに改善効果が認められた。このＷとの複合添加
による耐酸化性効果の発揮される添加量は、Ｎｂまたは
ＳｉとＷ との合計量で０．１ ％であるためこれを下
限とする。しかし多量の添加はかえって耐酸化性を劣化
させるため、同じくそれらの合計量の上限を５％とする
。
【００１３】（５） Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ
Ｍｎ、Ｃｒ、ＶはＴｉＡｌ基合金に添加されることによ
って延性を改善する。いずれの元素でも効果はほぼ同じ
で合計添加量においてこの延性発揮する添加量の最低量
を本発明の下限とし、これは０．５ ％である。しかし
これら元素は耐酸化性を劣化させるため多量の添加は好
ましくなく、上限は４％とする。 （６）Ｔｉ： 上記範囲内で添加されたＡｌ、Ｗ 、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｓｉ
、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ以外は残部実質的にＴｉであり、その
他通常含まれる不純物が許容される。
って延性を改善する。いずれの元素でも効果はほぼ同じ
で合計添加量においてこの延性発揮する添加量の最低量
を本発明の下限とし、これは０．５ ％である。しかし
これら元素は耐酸化性を劣化させるため多量の添加は好
ましくなく、上限は４％とする。 （６）Ｔｉ： 上記範囲内で添加されたＡｌ、Ｗ 、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｓｉ
、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ以外は残部実質的にＴｉであり、その
他通常含まれる不純物が許容される。
【００１４】
【実施例】本発明によるＴｉ−Ａｌ 金属間化合物合金
の耐酸化性の改善効果を実施例を用いて以下に詳細に説
明する。Ｔｉ−３４．５Ａｌ金属間化合物にＭｏ添加量
を種々変化させたＴｉ−Ａｌ−Ｍｏの３元系合金をＡｒ
アーク溶解により溶製した。化学成分値は表１および表
２に示す通りで、インゴットの重量は約１２０ｇであっ
た。これらのインゴットを均質化を目的として、１２０
０℃×２４ｈｒの真空熱処理を行った。このようにして
１ｔ×８ｗ×３５１ （ｍｍ）の板状インゴットを得た
。
の耐酸化性の改善効果を実施例を用いて以下に詳細に説
明する。Ｔｉ−３４．５Ａｌ金属間化合物にＭｏ添加量
を種々変化させたＴｉ−Ａｌ−Ｍｏの３元系合金をＡｒ
アーク溶解により溶製した。化学成分値は表１および表
２に示す通りで、インゴットの重量は約１２０ｇであっ
た。これらのインゴットを均質化を目的として、１２０
０℃×２４ｈｒの真空熱処理を行った。このようにして
１ｔ×８ｗ×３５１ （ｍｍ）の板状インゴットを得た
。
【００１５】酸化試験に用いた試験片は上記板状インゴ
ットより直接切り出した。表面はＳｉＣ ペーパーによ
り湿式研磨 （＃６００）を行った。アセトン脱脂の後
、抵抗加熱電気炉を用い大気中で試験片を９００ ℃×
１００ｈｒ に加熱する酸化試験を行った。試験片はＡ
ｌ２Ｏ３ ルツボに入れたままで加熱し、はがれた皮膜
も残らず回収して酸化による重量増加を測定し、重量変
化により耐酸化性を評価した。その結果を同じく表１お
よび表２に併せて示す。
ットより直接切り出した。表面はＳｉＣ ペーパーによ
り湿式研磨 （＃６００）を行った。アセトン脱脂の後
、抵抗加熱電気炉を用い大気中で試験片を９００ ℃×
１００ｈｒ に加熱する酸化試験を行った。試験片はＡ
ｌ２Ｏ３ ルツボに入れたままで加熱し、はがれた皮膜
も残らず回収して酸化による重量増加を測定し、重量変
化により耐酸化性を評価した。その結果を同じく表１お
よび表２に併せて示す。
【００１６】表１および表２において合金Ｎｏ．１から
Ｎｏ．３８ までは本発明にかかる合金である。合金Ｎ
ｏ．３９ 以降は比較のために調製した合金である。Ａ
ｌ量は３１から４４％の範囲で選択してある。この範囲
ではＴｉＡｌ金属間化合物相にＴｉ３Ａｌ 相が微少に
析出する２相領域でこの範囲で延性が発揮されるのであ
る。
Ｎｏ．３８ までは本発明にかかる合金である。合金Ｎ
ｏ．３９ 以降は比較のために調製した合金である。Ａ
ｌ量は３１から４４％の範囲で選択してある。この範囲
ではＴｉＡｌ金属間化合物相にＴｉ３Ａｌ 相が微少に
析出する２相領域でこの範囲で延性が発揮されるのであ
る。
【００１７】表１および表２に示す結果からも明らかな
ように、合金Ｎｏ．１からＮｏ．５まではＷ添加により
耐酸化性が改善され酸化量が添加にともない減少してい
る。特に、Ｗ：２〜５％の添加は最も効果を発揮してい
る。しかしＷ：１５ ％超の添加では延性の低下が著
しかった。
ように、合金Ｎｏ．１からＮｏ．５まではＷ添加により
耐酸化性が改善され酸化量が添加にともない減少してい
る。特に、Ｗ：２〜５％の添加は最も効果を発揮してい
る。しかしＷ：１５ ％超の添加では延性の低下が著
しかった。
【００１８】合金Ｎｏ．６からＮｏ．１０ までのＭｏ
含有合金においても同様の効果を有する。やはりＭｏに
おいても１０％を超えると延性が著しく低下した。さら
に合金Ｎｏ．１１ からＮｏ．２１ におけるＮｂおよ
びＳｉを複合添加すると単独添加よりもさらに耐酸化性
改善していることが分かる。しかしＮｂ、Ｓｉについて
も添加量が合計量で５％を超えると延性が劣化する。合
金Ｎｏ．２２ からＮｏ．３８ に示すようにＭｎ、Ｃ
ｒ、Ｖ添加材でも同様に効果を発揮し、またＭｎ、Ｃｒ
、Ｖの耐酸化性劣化効果を抑制している。しかし合金Ｎ
ｏ．３２ 〜３５に示すようにこれらが合計量で４％を
超えると耐酸化性が劣化しＷ、Ｍｏ添加効果が発揮でき
ない。
含有合金においても同様の効果を有する。やはりＭｏに
おいても１０％を超えると延性が著しく低下した。さら
に合金Ｎｏ．１１ からＮｏ．２１ におけるＮｂおよ
びＳｉを複合添加すると単独添加よりもさらに耐酸化性
改善していることが分かる。しかしＮｂ、Ｓｉについて
も添加量が合計量で５％を超えると延性が劣化する。合
金Ｎｏ．２２ からＮｏ．３８ に示すようにＭｎ、Ｃ
ｒ、Ｖ添加材でも同様に効果を発揮し、またＭｎ、Ｃｒ
、Ｖの耐酸化性劣化効果を抑制している。しかし合金Ｎ
ｏ．３２ 〜３５に示すようにこれらが合計量で４％を
超えると耐酸化性が劣化しＷ、Ｍｏ添加効果が発揮でき
ない。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】
【発明の効果】本発明にかかるＴｉＡｌ金属間化合物合
金の耐酸化性は著しく改善され高温での使用が可能とな
った。
金の耐酸化性は著しく改善され高温での使用が可能とな
った。
Claims (4)
- 【請求項１】 重量比で、Ａｌ： ３１〜４４％、Ｗ
： ０．１ 〜１５％、残部が実質的にＴｉと不可避不
純物よりなる耐酸化性に優れたＴｉＡｌ基合金。 - 【請求項２】 重量比で、さらに、Ｍｏ： ０．１
〜１０％を含有する請求項１記載の耐酸化性に優れたＴ
ｉＡｌ基合金。 - 【請求項３】 重量比で、さらにＮｂおよび／ また
はＳｉを合計量で０．１ 〜５％含有する請求項２記載
の耐酸化性に優れたＴｉＡｌ基合金。 - 【請求項４】 重量比で、さらにＭｎ、Ｃｒ、Ｖのう
ち１種以上を合計量で０．５〜４％含有する請求項１な
いし３のいずれかに記載の耐酸化性に優れたＴｉＡｌ基
合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4816191A JPH04285138A (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 耐酸化性に優れたＴｉＡｌ基合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4816191A JPH04285138A (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 耐酸化性に優れたＴｉＡｌ基合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04285138A true JPH04285138A (ja) | 1992-10-09 |
Family
ID=12795662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4816191A Withdrawn JPH04285138A (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 耐酸化性に優れたＴｉＡｌ基合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04285138A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0636701A2 (en) * | 1993-07-19 | 1995-02-01 | Howmet Corporation | Creep resistant titanium aluminide alloy |
| 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 |
-
1991
- 1991-03-13 JP JP4816191A patent/JPH04285138A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0636701A2 (en) * | 1993-07-19 | 1995-02-01 | Howmet Corporation | Creep resistant titanium aluminide alloy |
| EP0636701A3 (en) * | 1993-07-19 | 1995-03-29 | Howmet Corp | Titanium aluminide alloys with good war resistance. |
| 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 |
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