JPH05271830A - TiAl系金属間化合物基合金部材 - Google Patents

TiAl系金属間化合物基合金部材

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JPH05271830A
JPH05271830A JP7164392A JP7164392A JPH05271830A JP H05271830 A JPH05271830 A JP H05271830A JP 7164392 A JP7164392 A JP 7164392A JP 7164392 A JP7164392 A JP 7164392A JP H05271830 A JPH05271830 A JP H05271830A
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JP
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tial
intermetallic compound
based alloy
alloy member
room temperature
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JP7164392A
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English (en)
Inventor
Hisashi Maeda
尚志 前田
Masakatsu Hosomi
政功 細見
Minoru Okada
岡田  稔
Masaharu Yamaguchi
正治 山口
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 TiAl系金属間化合物基合金部材の常温延性を
2.5 %以上に高めることにより外部から負荷された応力
に起因した変形による破損の可能性を抑え、工業材料と
しての信頼性を高めたTiAl系金属間化合物基合金部材を
提供すること。 【構成】 平均結晶粒径が200 μm 以下で、平均結晶粒
径(d、μm)) と最大表面粗さ (Rmax 、μm)が下式の関
係を満足するようにする。 【数3】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、TiAl系金属間化合物基
合金部材に関する。詳述すれば、本発明は、軽量耐熱材
料として航空宇宙分野を中心に広い分野において今後利
用が予想されているTiAl系金属間化合物基合金から構成
された、高い延性を有する信頼性に優れた部材 (例え
ば、ジェットエンジンのコンプレッサーブレードおよび
ベーン、自動車エンジンの排気バルブおよびピストンピ
ン、スペースプレーンや超音速航空機の外板、さらには
ボイラーチューブ、ボイラーのタービンブレード等) に
関する。
【0002】
【従来の技術】TiAl系金属間化合物、例えばTiAl金属間
化合物は原子比で1:1のTiとAlから構成されており、
軽量 (比重3.8)でありながら耐熱性が優れていることか
ら、TiAl系金属間化合物を基とする合金は将来のジェッ
トエンジンのブレードやベーン、自動車のエンジンの排
気バルブ、ターボチャジャー用の材料として期待されて
いる。
【0003】しかし、この材料は金属間化合物であるが
故に非常に脆い材料であり、成形自体に困難があるばか
りでなく、常温での延性が十分でないため使用時の負荷
に耐えられず割れが発生することなどがあり、したがっ
て現在でも常温延性を改善することを目的に多くの研究
が進められている。
【0004】これまで試みられてきた常温延性の改善手
段は、いずれも合金の化学成分や組織を制御するもので
あって、代表的には、次のような試みが行われている。
すなわち、合金の化学成分の点からは、常温延性は、Ti
Al系金属間化合物の化学量論的組成から若干Ti- 富化側
にずらした成分、すなわち48at%Al前後において得られ
やすいためこのあたりの成分で合金設計することが多
い。このときTiAl(γ) 相の他に少量のTi3Al(α2)相が
生成し、2相組織となる。現在のところ常温延性が優れ
たTiAl系金属間化合物基合金はこのような2相組織を呈
するものがほとんどである。
【0005】また、このベース成分に第3元素として数
%のV、Mn、Cr、Mo等の元素を添加することも行われて
いる。合金の組織調整によって常温延性を改善する場合
は、多結晶材にあっては全面がラメラ組織であると常温
延性が得られにくいため、加工や熱処理により組織の微
細化を図ったり、ラメラ組織と等軸粒の混合組織とする
ことで、常温延性が改善されるとされている。
【0006】以上については、文献: “Progress in th
e Understanding of Gammma Titanium Aluminide", J.M
etals (August, 1991) p.40.参照。また、文献: “Para
meters for Ductility Improvement in TiAl", Mat. Re
s.Soc. Symp. Proc., Vol.133, 329〜332 頁には、結晶
粒の微細化が常温延性を改善する傾向にあることが記載
されている。
【0007】しかしながら、このような組織や化学成分
の調整や結晶粒微細化だけでは十分な常温延性を安定し
て得るには至っておらず、高々 0.2〜2%程度である。
このことは、TiAl系金属間化合物基合金の成形加工の困
難さに加えて、得られた製品の信頼性、つまり長期間の
使用が可能かどうかにも大きく関連しており、実用化の
上で非常に重要な問題である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、TiAl
系金属間化合物基合金部材を実用化する場合において重
要である常温延性を高めることにより、部材使用時に外
部から負荷された応力に起因した変形による破損の可能
性を抑え、工業材料としての信頼性を高めたTiAl系金属
間化合物基合金部材を提供することにある。本発明のさ
らに具体的な目的は、常温引張伸び2.5 %以上を付与し
たTiAl系金属間化合物基合金部材を提供することであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく種々検討を重ねたところ、TiAl系金属間化
合物基合金部材にあって、表面粗さと平均結晶粒径とを
一定の関係を満足するように調整することによってその
部材の機械的特性、特に常温延性が大きく改善されると
の知見を得た。すなわち、TiAl系金属間化合物基合金部
材の常温延性が当該部材の表面粗さと結晶粒径に大きく
依存しており、それらを所定の関係で調整することで常
温伸び2.5 %以上を達成できることを見出し、本発明に
至った。
【0010】ここに、本発明は、平均結晶粒径(d、μm)
が200 μm 以下であり、d(μm)と最大表面粗さ (Rmax
、μm)が下式の関係を満足するTiAl金属間化合物基合
金部材である。
【0011】
【数2】
【0012】本発明の好適態様によれば、前記TiAl金属
間化合物基合金部材を構成するTiAl金属間化合物基合金
は、Al: 44〜52at%、残部Tiである。
【0013】
【作用】本発明は、TiAl系金属間化合物基合金から成る
部材に関する。具体的にはすでに述べたようなジェット
エンジンのコンプレッサーブレード等であり、この点は
特に制限されない。
【0014】ここで、TiAl系金属間化合物基合金とは、
本発明の趣旨からは特に制限されないが、実用上の観点
からは、好ましくは、化学成分ではTi−Al2元系におい
てはAl: 44〜52at%、残部Tiである金属間化合物合金で
ある。Alが44at%未満と少ない場合には、Ti3Al 相の方
がTiAl相よりも量が多くなり、本来の目的である優れた
耐熱性が得られない場合がある。また、Alが52at%超で
はさらに他の合金元素を添加しても十分な常温延性が得
られない場合がある。
【0015】Al が44〜52at%の場合にはMo、V、Cr、M
n、Fe、Ta、W、Hf、Zr、B、C、Siのうち1種または
2種以上を単独あるいは複合添加で合計6at%以下の量
を含んでもよい。これらの合金元素を合計6at%超添加
すると、TiAl相やTi3Al 相以外の第3相が生成し、強
度、靱性および機械加工性と共にこの合金系の重要な特
性である高温強度の低下を招くことが多くなる。
【0016】本発明によれば、平均粒径および表面粗さ
を前述の(1)式に示すように規定するのであるが、一
般に、本発明にかかる合金部材にあっては、その平均結
晶粒径は、d=0.5 〜1000μm 程度と考えられるが、20
0 μm より大きいと表面粗さをどんなに小さくしても2.
5 %以上に引張伸びは得られないので、本発明にあって
は平均結晶粒径が200 μm 以下でRmax <0.1 〜3程度
とするのである。かかる程度の表面平滑さは、予め恒温
鍛造、恒温圧延、熱間押出、粉末焼結、急冷凝固などの
手段によって所定形状に成形したTiAl系金属間化合物基
合金部材の表面を、機械的研摩と電解研磨、あるいは、
場合によっては機械的研磨を行うだけで実現される。磁
気研摩や化学研摩などの表面平滑処理を行ってもよい。
【0017】(1)式を満足する表面性状は、部材全面
に実現するのが好ましいが、例えば平面部材の場合には
表裏面だけというように、最大表面部のみを表面調整す
ればよい。換言すれば、部材全表面積の80%以上の領域
の表面調整を行えばよい。また、複雑形状を有する部材
の場合には、凹部の応力集中箇所のみ表面調整してもか
まわない。
【0018】このような表面調整手段としては前述のよ
うに、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すればよ
いが、電解研磨は機械研磨が不可能な複雑形状の部材の
研磨やより小さい表面粗度を得る場合に有利であり、電
解研磨が困難な大型部材の場合は機械研磨が有利とな
る。このような表面の平滑化による常温延性の向上の理
由は、まだ完全に解明された訳ではないが、次のように
推測される。
【0019】すなわち、機械加工により表面に生成した
凹凸がノッチとして働き亀裂の起点になり、引張応力が
負荷されたときに亀裂が発生し、進展して破断に至るこ
とから表面の粗さを小さくすることによりノッチとして
の表面粗さの影響つまり切り欠きをできるだけ小さくす
ることにより、TiAl系金属間化合物基合金部材の常温延
性が確保されるのである。
【0020】本発明によれば、具体的には、2.5 %以上
の常温延性が得られるようになるのである。なお、平均
結晶粒径の影響は、まず任意の500 μm 四方の面積に存
在する結晶粒の寸法の平均等で測定でき、これは一般に
加工あるいは熱処理条件によって影響され、常温延性に
関しては小さい方が高くなる。結晶粒径が小さくなれば
金属間化合物において特に弱いとされる粒界への応力集
中が緩和されるために延性が向上するのである。
【0021】なお、本合金においては、成分や熱処理条
件により粒内に層状組織 (ラメラ組織) が現われる場合
があるが、本発明の結晶粒は等軸TiAl粒、ラメラ粒を問
わない。したがって、TiAl系金属間化合物基合金の部材
を最終形状において表面を電解研磨や機械研磨により、
上述の(1) 式を満足する程度に表面粗さを小さくするこ
とにより外部応力に対する亀裂の発生への抵抗を大きく
向上させることができるのである。次に、実施例によっ
て本発明の作用、効果をより具体的に説明する。
【0022】
【実施例】Arガス雰囲気下で真空アーク溶解してTi−48
Al、Ti−48.4Al−0.6Mo 、Ti−48Al−2Cr(at%) の成分
組成を有するTiAl系金属間化合物基合金を溶製し、イン
ゴットに鋳込み、このインゴットを1100℃でArガス雰囲
気中でHIP 処理した後、30mm×30mm×30mmのブロックを
採取した。このブロックに900 ℃または950 ℃で歪速度
5×10-4S-1として長手方向の厚さが3mmになるまで恒
温鍛造を行い、板材とした。その後、熱処理により平均
粒径を変化させた。
【0023】次いで、これらの板状の加工材の厚み方向
の中心近傍から、平行部の幅5mm、厚さ1mm、長さ20mm
の板状引張試験片を板材と試験片の広い面の方向が一致
するように板厚中心部より機械加工により採取し、#120
0 のSiC の研磨紙で研磨した後に粒径0.6 μm のアルミ
ナ粉末を水と混合した研磨液を用いてバフ研磨を実施し
た。
【0024】Rmax <0.4 のものについては、この後、
試験片の平行部を、6%の過塩素酸、35%のn−ブチル
アルコール、残りがメチルアルコールの混合液を用いて
−50℃で電解研磨することにより鏡面状態に仕上げた。
また、比較のために機械加工のまま、あるいはバフ研磨
や電解研磨の時間を変化させることにより平行部の表面
粗さを変化させた試験片を用意した。電解研磨について
は処理時間を1〜30min の間で変更することで、表面粗
さを調整した。
【0025】引張試験は室温において歪速度は10-4S-1
で実施した。また、試験材の平均粒径は 500μm × 500
μm に含まれる結晶粒径の平均値として顕微鏡写真を用
いて求めた。また、粒径が10μm 以下の材料について
は、TEM(透過電子顕微鏡) を用いて50個の平均粒径を求
めた。引張試験の結果を、最大表面粗さ、平均結晶粒径
の測定結果とともに表1〜表3に示す。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】
【表3】
【0029】以上の結果より分かるように、本発明を適
用することにより表面を研磨して亀裂の発生源となる凹
凸を除去することにより2.5 %という高い常温延性を得
ることができるのがわかる。
【0030】
【発明の効果】これまでの説明からも明らかなように、
本発明にあっては、TiAl系金属間化合物基合金の部材に
おいて従来より問題である常温延性を改善する方法であ
り、本材料の工業材料としての利用の可能性を著しく推
進させるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】表面粗さと平均粒径の関係を示すグラフであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 正治 京都市左京区北白川上別当町24−403

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均結晶粒径dが200 μm 以下であり、
    d (μm)と最大表面粗さ (Rmax 、μm)が下式の関係を
    満足するTiAl系金属間化合物基合金部材。 【数1】
  2. 【請求項2】 前記TiAl系金属間化合物基合金部材を構
    成するTiAl系金属間化合物基合金が、Al: 44〜52at%、
    残部Tiである、請求項1記載のTiAl系金属間化合物基合
    金部材。
JP7164392A 1992-03-27 1992-03-27 TiAl系金属間化合物基合金部材 Pending JPH05271830A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000192176A (ja) * 1998-10-23 2000-07-11 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 耐異物衝撃性に優れたTi―Al系合金およびタ―ビン部品
JP2002018696A (ja) * 2000-06-14 2002-01-22 Alcoa Inc 航空機部分として使用するアルミニュームあるいはアルミニューム合金の面を滑らかにする方法とそのような航空機部分
JP2004115924A (ja) * 1998-10-23 2004-04-15 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 耐異物衝撃性に優れたTi−Al系合金およびタービン部品

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03193851A (ja) * 1989-12-25 1991-08-23 Nippon Steel Corp 極超微細組織を有するTiAl基合金の製造方法
JPH03193838A (ja) * 1989-12-25 1991-08-23 Nippon Steel Corp 超塑性加工、拡散接合の可能なTiAl基合金とその製造方法
JPH03249147A (ja) * 1990-02-27 1991-11-07 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐酸化性に優れた金属間化合物TiAl基合金及びその製造方法
JPH04218634A (ja) * 1990-05-18 1992-08-10 Toyota Motor Corp Ti−Al系合金およびその製造方法
JPH0551680A (ja) * 1991-08-27 1993-03-02 Honda Motor Co Ltd 高強度高靱延性TiAl系金属間化合物

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03193851A (ja) * 1989-12-25 1991-08-23 Nippon Steel Corp 極超微細組織を有するTiAl基合金の製造方法
JPH03193838A (ja) * 1989-12-25 1991-08-23 Nippon Steel Corp 超塑性加工、拡散接合の可能なTiAl基合金とその製造方法
JPH03249147A (ja) * 1990-02-27 1991-11-07 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐酸化性に優れた金属間化合物TiAl基合金及びその製造方法
JPH04218634A (ja) * 1990-05-18 1992-08-10 Toyota Motor Corp Ti−Al系合金およびその製造方法
JPH0551680A (ja) * 1991-08-27 1993-03-02 Honda Motor Co Ltd 高強度高靱延性TiAl系金属間化合物

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000192176A (ja) * 1998-10-23 2000-07-11 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 耐異物衝撃性に優れたTi―Al系合金およびタ―ビン部品
JP2004115924A (ja) * 1998-10-23 2004-04-15 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 耐異物衝撃性に優れたTi−Al系合金およびタービン部品
JP2002018696A (ja) * 2000-06-14 2002-01-22 Alcoa Inc 航空機部分として使用するアルミニュームあるいはアルミニューム合金の面を滑らかにする方法とそのような航空機部分

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Effective date: 19970805