JPH0517836A - Tial-base alloy excellent in hardness at high temperature as well as in strength at high temperature and its production - Google Patents
Tial-base alloy excellent in hardness at high temperature as well as in strength at high temperature and its productionInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、高温強度および高温
硬度に優れたTiAl基合金およびその製造方法に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a TiAl based alloy excellent in high temperature strength and high temperature hardness and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】金属間化合物であるTiAl基合金は、比重
が3.7 と軽量であるばかりでなく、優れた高温強度を有
するために、次世代の耐熱材料として期待されている。
しかしながら、この耐熱材料を実用化するには、以下の
ような克服すべきいくつかの問題がある。
1.高温強度が、従来の耐熱材料に比べて必ずしも優れ
ているとは言えない。即ち、TiAl基合金は、800 ℃付近
まで室温におけると同程度の強度を有するが、その値は
必ずしも高くなく、例えば、1,100 ℃における温度で均
質化熱処理を施した場合、耐力は、せいぜい35kg/mm2程
度である。800 ℃でのTiAl基合金の比強度をNi基超合金
と比べてみても、TiAl基合金に明かな優位性があるとは
いいがたく、むしろ常温における延性において、Ni基超
合金の方が勝る点を勘案すると、従来のTiAl基合金がNi
基超合金の代わりをする可能性は少ない。従って、TiAl
基合金が耐熱材料としての優位性を保持するには、高温
における比強度を更に向上させる必要がある。2. Description of the Related Art TiAl-based alloys, which are intermetallic compounds, are expected as next-generation heat-resistant materials because they not only have a low specific gravity of 3.7, but also have excellent high-temperature strength.
However, there are some problems to be overcome in order to put this heat-resistant material into practical use. 1. The high temperature strength is not always superior to that of conventional heat resistant materials. That is, the TiAl-based alloy has the same strength as that at room temperature up to around 800 ° C, but its value is not necessarily high.For example, when subjected to homogenizing heat treatment at a temperature of 1,100 ° C, the yield strength is at most 35 kg / It is about mm 2 . Even if we compare the specific strength of TiAl-based alloys at 800 ℃ to Ni-based superalloys, it cannot be said that TiAl-based alloys have a clear advantage, but rather Ni-based superalloys are more ductile at room temperature. Considering the advantages, the conventional TiAl-based alloy is Ni
It is unlikely to replace the base superalloy. Therefore, TiAl
In order for the base alloy to retain its superiority as a heat resistant material, it is necessary to further improve the specific strength at high temperatures.
【0003】2.高温における耐摩耗性が十分ではな
い。即ち、軽量かつ優れた耐熱性を有するTiAl基合金の
使用対象としては、例えば、自動車用エンジンあるいは
航空機用エンジンの可動部品が考えられる。エンジンの
可動部品を軽量化すれば、エンジンの効率を大幅に向上
できる。エンジンの可動部品としては、例えば、吸気お
よび排気バルブがあるが、この種の部品には、高温にお
ける耐摩耗性が要求される。しかし、TiAl基合金の高温
における耐摩耗性は、十分に高いとはいえない。例え
ば、Ti-34%Alの800 ℃における高温硬度は、荷重1kgの
ビッカース硬度で、高々170 程度であり、十分とはいえ
ない。2. Insufficient wear resistance at high temperature. That is, as a target of use of the TiAl-based alloy that is lightweight and has excellent heat resistance, for example, a moving part of an automobile engine or an aircraft engine can be considered. Reducing the weight of moving parts in the engine can significantly improve engine efficiency. As moving parts of an engine, there are, for example, intake and exhaust valves, but these kinds of parts are required to have wear resistance at high temperatures. However, the wear resistance of TiAl-based alloys at high temperatures cannot be said to be sufficiently high. For example, the high-temperature hardness of Ti-34% Al at 800 ° C is about 170 at the Vickers hardness under a load of 1 kg, which is not sufficient.
【0004】上述した1の問題を解決するために、以下
のようなTiAl基合金が提案されている。
1.特公昭62-215号公報には、30から36wt.%のAlと0.1
から5.0wt.% のMnとを添加した、高温強度に優れたTiAl
基合金(以下、先行技術1という)が開示されている。
2.特開平1-298,127 号公報には、次のような高温強度
に優れたTiAl基合金が開示されている。即ち、30から36
wt.%のAlと0.5 から15wt.%のNbとを添加したTiAl基合
金、これに0.01から0.5wt.% のB,C,Siの少なくとも1種
を添加したTiAl基合金、30から36wt.%のAlと0.5 から15
wt.%のNbと0.1 から4.0wt.% のCrを添加したTiAl基合
金、これに0.01から0.5wt.% のB,C,Siの少なくとも1種
を添加したTiAl基合金、30から36wt.%のAlと0.5 から15
wt.%のNbと0.1 から6.0wt.% のMoを添加したTiAl基合
金、および、これに0.01から0.5wt.% のB,C,Siの少なく
とも1種を添加したTiAl基合金が開示されている(以
下、先行技術2という)。
3.特開平2-258,939 号公報には、Alが38から62原子
%、および、N が0.12から10原子%からなるTiAl基合金
が開示されている(以下、先行技術3という)。In order to solve the above-mentioned problem 1, the following TiAl-based alloy has been proposed. 1. JP-B-62-215 discloses that 30 to 36 wt.% Al and 0.1
To 5.0 wt.% Mn and TiAl with excellent high temperature strength
A base alloy (hereinafter referred to as Prior Art 1) is disclosed. 2. Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-298,127 discloses the following TiAl-based alloy having excellent high temperature strength. Ie, 30 to 36
A TiAl-based alloy containing wt.% Al and 0.5 to 15 wt.% Nb, a TiAl-based alloy containing 0.01 to 0.5 wt.% B, C, Si at least one, 30 to 36 wt. % Al and 0.5 to 15
A TiAl-based alloy containing wt.% Nb and 0.1 to 4.0 wt.% Cr, a TiAl-based alloy containing 0.01 to 0.5 wt.% B, C and Si at least one, 30 to 36 wt. % Al and 0.5 to 15
A TiAl-based alloy in which wt.% Nb and 0.1 to 6.0 wt.% Mo are added, and a TiAl-based alloy in which 0.01 to 0.5 wt.% B, C, or Si is added at least are disclosed. (Hereinafter referred to as Prior Art 2). 3. Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 2-258,939 discloses a TiAl-based alloy containing 38 to 62 atomic% of Al and 0.12 to 10 atomic% of N 2 (hereinafter referred to as prior art 3).
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た先行技術1および2は、Tiに比べて比重の大きい元素
を多量に含むので、TiAl基合金の最大の特徴である軽量
性を損なう。しかも、先行技術2は、非常に高価な元素
が添加されているので、製造コストを考慮すると、従来
のTiAl基合金に比べて必ずしも優位性があるとはいえな
い。先行技術3は、本願発明の範囲に含まれるが、特開
平2-258,939 号公報に記載されている実施例のN量の下
限値は、本願発明のN 量の上限値を超える0.5 原子%、
即ち、0.18wt.%である。即ち、特開平2-258,939 号公報
には、本願発明範囲内のTiAl基合金は記載されていな
い。しかも、特開平2-258,939 号公報には、高温特性に
ついては何ら記載されていない。このようなことから、
優れた高温強度および高温硬度を有するTiAl基合金の開
発が強く望まれているが、かかる合金はまだ提案されて
いない。従って、この発明の目的は、800 ℃における0.
2%耐力が40kgf/mm2 以上、引張強さ45kgf/mm2 以上、し
かも、800 ℃における硬度が荷重1kgのビッカース硬度
で200 以上の、高温強度および高温硬度に優れたTiAl基
合金を提供することにある。However, the above-mentioned prior arts 1 and 2 contain a large amount of elements having a larger specific gravity than Ti, so that the lightness, which is the greatest feature of TiAl-based alloys, is impaired. Moreover, Prior Art 2 does not necessarily have an advantage over the conventional TiAl-based alloy in view of the manufacturing cost, because an extremely expensive element is added. Although the prior art 3 is included in the scope of the present invention, the lower limit of the N content of the example disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-258,939 is 0.5 atomic% which exceeds the upper limit of the N content of the present invention.
That is, it is 0.18 wt.%. That is, JP-A-2-258,939 does not describe TiAl-based alloys within the scope of the present invention. Moreover, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-258,939 does not describe any high temperature characteristics. From such a thing,
The development of TiAl based alloys with excellent high temperature strength and high temperature hardness is strongly desired, but such alloys have not yet been proposed. Therefore, the object of the present invention is
2% proof stress 40 kgf / mm 2 or more, a tensile strength of 45 kgf / mm 2 or more, yet, more than 200 in Vickers hardness hardness load 1kg at 800 ° C., to provide an excellent TiAl based alloy high-temperature strength and high temperature hardness Especially.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明の第1は、
Al:33から36wt.%、
N:0.01から0.10wt.%、および、
残部:Tiおよび不可避不純物
からなることに特徴を有し、そして、この発明の第2
は、
Al:33から36wt.%、および、
残部:Tiおよび不可避不純物
からなる素材を使用し、融点が1,600 ℃以下の窒化物を
前記素材に添加し、そして、溶製することに特徴を有す
るものである。The first aspect of the present invention is characterized in that Al: 33 to 36 wt.%, N: 0.01 to 0.10 wt.%, And the balance: Ti and inevitable impurities, And the second aspect of the present invention
Is characterized by using a material consisting of Al: 33 to 36 wt.%, And the balance: Ti and unavoidable impurities, adding a nitride with a melting point of 1,600 ° C or less to the above material, and melting it. It is a thing.
【0007】次に、高温強度および高温硬度に優れた、
この発明のTiAl基合金の化学成分組成を、上述した範囲
内に限定した理由について説明する。
(1) アルミニウム(Al)
アルミニウムは、TiAl基合金の強度および硬度を向上を
有している。しかしながら、アルミニウム含有量が33w
t.%未満では、硬度は向上するが延性が著しく低下す
る。一方、アルミニウム含有量が36wt.%を超えると、強
度および硬度がともに低下する。従って、アルミニウム
含有量は、33から36wt.%の範囲内に限定すべきである。Next, excellent in high temperature strength and high temperature hardness,
The reason why the chemical composition of the TiAl-based alloy of the present invention is limited to the above range will be described. (1) Aluminum (Al) Aluminum has the strength and hardness of a TiAl-based alloy. However, the aluminum content is 33w
If it is less than t.%, the hardness is improved but the ductility is remarkably reduced. On the other hand, when the aluminum content exceeds 36 wt.%, Both strength and hardness decrease. Therefore, the aluminum content should be limited to the range of 33 to 36 wt.%.
【0008】(2) 窒素(N)
窒素は、TiAl基合金の強度および硬度を向上を有してい
る。しかしながら、窒素含有量が0.01wt.%未満では、上
述した作用に所望の効果が得られない。一方、窒素含有
量が0.10wt.%を超えると、硬度が向上しないばかりか、
延性が著しく劣化する。従って、窒素含有量は、0.01か
ら0.10wt.%の範囲内に限定すべきである。(2) Nitrogen (N) Nitrogen improves the strength and hardness of the TiAl-based alloy. However, if the nitrogen content is less than 0.01 wt.%, The desired effect cannot be obtained in the above-described action. On the other hand, if the nitrogen content exceeds 0.10 wt.%, Not only does the hardness not improve,
Ductility deteriorates significantly. Therefore, the nitrogen content should be limited to the range of 0.01 to 0.10 wt.%.
【0009】この発明のTiAl基合金を製造するには、A
l:33から36wt.%、および、残部:Tiおよび不可避不純
物からなる素材に窒化物を添加して溶製する。窒化物と
しては、例えば、TiN やAlN 等が考えられる。しかし、
これらの窒化物の融点は非常に高いので、溶製に長時間
を要して、溶解装置の操業維持コストが増大する。しか
も、これらの窒化物が未溶解のままTiAl基合金中に残存
するので、目的とする、高温強度および高温硬度を有す
るTiAl基合金を得ることができない。To produce the TiAl-based alloy of the present invention, A
l: 33 to 36 wt.%, and balance: Ti and inevitable impurities are added to the material and nitrided. Examples of nitrides include TiN and AlN. But,
Since the melting points of these nitrides are very high, it takes a long time for melting, and the operation maintenance cost of the melting apparatus increases. Moreover, since these nitrides remain unmelted in the TiAl-based alloy, the target TiAl-based alloy having high-temperature strength and high-temperature hardness cannot be obtained.
【0010】このような問題を解決するには、その融点
がTiAl基合金の融点に近い窒化物を使用すれば良い。従
って、この発明のTiAl基合金を製造するには、溶解時の
過熱を考慮しても、融点が1,600 ℃以下の窒化物を使用
する必要がある。融点が1,600 ℃以下の窒化物として
は、0.01から0.10wt.%の範囲内の窒素をTiAl基合金に添
加できるものであれば良く、窒化マンガンやフェロ窒化
クロム等、TiおよびAl以外の元素を含有するものであっ
ても良い。To solve such a problem, a nitride whose melting point is close to that of the TiAl-based alloy may be used. Therefore, in order to produce the TiAl-based alloy of the present invention, it is necessary to use a nitride having a melting point of 1,600 ° C. or less even in consideration of overheating during melting. As the nitride having a melting point of 1,600 ° C or less, nitrogen in the range of 0.01 to 0.10 wt.% Can be added to the TiAl-based alloy, and elements other than Ti and Al such as manganese nitride and chromium ferronitride can be added. It may be contained.
【0011】[0011]
【実施例】次に、この発明を実施例によって更に説明す
る。TiAl基合金素材、窒化マンガンおよびフェロ窒化ク
ロムを非消耗電極アーク溶解炉に入れて溶解し、表1に
示す成分組成からなる本発明合金No.1から7 、および、
比較合金No.8から15を製造した。次に、No.1から15のTi
Al基合金のインゴットを鋳造し、インゴットを1,100 ℃
の温度に4時間加熱した。そして、各インゴットから外
径4mm、標点間距離20mmの寸法を有する引張試験片およ
び5×5×10mmの寸法を有するビッカース硬度試験片を
それぞれ切り出した。引張試験は、室温および800 ℃の
各温度下でそれぞれ実施した。室温の場合のクロスヘッ
ドスピードは、0.15mm/minであり、そして、800 ℃の場
合のクロスヘッドスピードは、0.5mm/minであった。ビ
ッカース硬度試験は、荷重1kg、負荷時間10sec の条件
下で、室温および800 ℃の各温度下でそれぞれ実施し
た。800℃の温度下でのビッカース硬度試験は、真空中
で実施した。Next, the present invention will be further described with reference to examples. TiAl-based alloy materials, manganese nitride, and ferro-chromium nitride were placed in a non-consumable electrode arc melting furnace to melt, and alloys No. 1 to 7 of the present invention having the composition shown in Table 1, and
Comparative alloys No. 8 to 15 were produced. Next, Ti from No. 1 to 15
Cast an Al-based alloy ingot and heat the ingot at 1,100 ° C.
Was heated for 4 hours. Then, a tensile test piece having an outer diameter of 4 mm and a gauge length of 20 mm and a Vickers hardness test piece having a size of 5 × 5 × 10 mm were cut out from each ingot. The tensile test was carried out at room temperature and 800 ° C., respectively. The crosshead speed at room temperature was 0.15 mm / min, and at 800 ° C the crosshead speed was 0.5 mm / min. The Vickers hardness test was carried out under the conditions of a load of 1 kg and a load time of 10 seconds at room temperature and 800 ° C., respectively. The Vickers hardness test at a temperature of 800 ° C. was performed in vacuum.
【0012】本発明合金および比較合金の引張試験結果
およびビッカース硬度試験結果を表2に併せて示す。Table 2 also shows the results of the tensile test and the Vickers hardness test of the alloys of the present invention and the comparative alloys.
【表1】 [Table 1]
【0013】[0013]
【表2】 [Table 2]
【0014】表2から明らかなように、本発明合金No.1
から7 は、800 ℃における0.2%耐力が40kgf/mm2 以上、
800 ℃における引張強さが50kgf/mm2 以上、そして、80
0 ℃における硬度が200 以上であり、優れた高温強度お
よび高温硬度を有していることがわかる。これに対し
て、比較合金No.8から11、14および15は、800 ℃におけ
る0.2%耐力が40kgf/mm2 未満、800 ℃における引張強さ
が50kgf/mm2 未満、そして、800 ℃における硬度が200
未満であり、高温強度および高温硬度に劣っている。こ
れに対して、比較合金No.12 および13は、優れた高温強
度および高温硬度を有しているが、N 量が多いので、80
0 ℃における伸びが悪い。As is clear from Table 2, alloy No. 1 of the present invention
Nos. 7 to 7 have a 0.2% proof stress at 800 ° C of 40 kgf / mm 2 or more,
Tensile strength at 800 ℃ 50kgf / mm 2 or more, and 80
The hardness at 0 ° C. is 200 or more, and it can be seen that it has excellent high temperature strength and high temperature hardness. In contrast, comparative alloy No.8 from 11, 14 and 15, 0.2% proof stress is less than 40 kgf / mm 2 at 800 ° C., a tensile strength of less than 50 kgf / mm 2 at 800 ° C., and the hardness at 800 ° C. Is 200
And is inferior in high temperature strength and high temperature hardness. In contrast, Comparative Alloys Nos. 12 and 13 have excellent high-temperature strength and high-temperature hardness, but have a high N content,
Poor elongation at 0 ° C.
【0015】[0015]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、優れた高温強度および高温硬度を有するTiAl基合金
を得ることができるといった有用な効果がもたらされ
る。As described above, according to the present invention, a useful effect that a TiAl-based alloy having excellent high temperature strength and high temperature hardness can be obtained is brought about.
Claims (2)
優れたTiAl基合金。1. A TiAl-based alloy excellent in high temperature strength and high temperature hardness, characterized in that Al: 33 to 36 wt.%, N: 0.01 to 0.10 wt.%, And the balance: Ti and inevitable impurities.
前記素材に添加し、そして、溶製することを特徴とす
る、高温強度および高温硬度に優れたTiAl基合金の製造
方法。2. A material comprising Al: 33 to 36 wt.% And the balance: Ti and unavoidable impurities is used, a nitride having a melting point of 1,600 ° C. or less is added to the material, and the material is melted. A method for producing a TiAl-based alloy excellent in high temperature strength and high temperature hardness.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19879791A JPH0517836A (en) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | Tial-base alloy excellent in hardness at high temperature as well as in strength at high temperature and its production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19879791A JPH0517836A (en) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | Tial-base alloy excellent in hardness at high temperature as well as in strength at high temperature and its production |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0517836A true JPH0517836A (en) | 1993-01-26 |
Family
ID=16397068
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19879791A Pending JPH0517836A (en) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | Tial-base alloy excellent in hardness at high temperature as well as in strength at high temperature and its production |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0517836A (en) |
-
1991
- 1991-07-12 JP JP19879791A patent/JPH0517836A/en active Pending
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