JPH055138A - チタン合金複合材料 - Google Patents
チタン合金複合材料Info
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- JPH055138A JPH055138A JP15486091A JP15486091A JPH055138A JP H055138 A JPH055138 A JP H055138A JP 15486091 A JP15486091 A JP 15486091A JP 15486091 A JP15486091 A JP 15486091A JP H055138 A JPH055138 A JP H055138A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、チタン合金複合材料に係るもので
ある。 【構成】 金属学的結晶構造が最密六方晶であるα相と
体心立方晶であるβ相の二相よりなる結晶組織のチタン
合金を母相とし、その結晶粒内及び粒界にチタンの化合
物であるＴiＣ，ＴiＮ，ＴiＢ2，ＴiＡ1，Ｔｉ3Ａ1，Ｔ
iＡ13などの組成の化合物粒子を微細かつ均一に体積率
で２０％以下含有せしめたことを特徴とするチタン合金
複合材料、及び上記結晶粒界にＳiＣ，Ｓi3Ｎ4，Ｓi−
Ｔi−Ｃ−Ｏなどの組成の長繊維、短繊維あるいはホイ
スカを微細かつ均一に体積率で２０％以下含有せしめた
ことを特徴とするチタン合金複合材料。
ある。 【構成】 金属学的結晶構造が最密六方晶であるα相と
体心立方晶であるβ相の二相よりなる結晶組織のチタン
合金を母相とし、その結晶粒内及び粒界にチタンの化合
物であるＴiＣ，ＴiＮ，ＴiＢ2，ＴiＡ1，Ｔｉ3Ａ1，Ｔ
iＡ13などの組成の化合物粒子を微細かつ均一に体積率
で２０％以下含有せしめたことを特徴とするチタン合金
複合材料、及び上記結晶粒界にＳiＣ，Ｓi3Ｎ4，Ｓi−
Ｔi−Ｃ−Ｏなどの組成の長繊維、短繊維あるいはホイ
スカを微細かつ均一に体積率で２０％以下含有せしめた
ことを特徴とするチタン合金複合材料。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、チタン合金複合材料に
係るものである。
係るものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来チ
タンは各種の元素を合金化することによってその強度を
上昇させているが、1000MPaの引張強さが限界である。
ここでは化合物粒子分散強化あるいは化合物繊維強化の
技術を用いてさらに強度を上昇させ、また、高ヤング
率、耐摩耗性向上などの特性を付与しようとするもので
ある。このチタン合金における複合材料化は従来実用化
されていない。
タンは各種の元素を合金化することによってその強度を
上昇させているが、1000MPaの引張強さが限界である。
ここでは化合物粒子分散強化あるいは化合物繊維強化の
技術を用いてさらに強度を上昇させ、また、高ヤング
率、耐摩耗性向上などの特性を付与しようとするもので
ある。このチタン合金における複合材料化は従来実用化
されていない。
【０００３】
【課題を解決するための手段】添付図面を参照して本発
明の要旨を説明する。
明の要旨を説明する。
【０００４】金属学的結晶構造が最密六方晶であるα相
と体心立方晶であるβ相の二相よりなる結晶組織のチタ
ン合金を母相とし、その結晶粒内及び粒界にチタンの化
合物であるＴiＣ，ＴiＮ，ＴiＢ2，ＴiＡ1，Ｔｉ3Ａ1，
ＴiＡ13などの組成の化合物粒子を微細かつ均一に体積
率で２０％以下含有せしめたことを特徴とするチタン合
金複合材料に係るものである。
と体心立方晶であるβ相の二相よりなる結晶組織のチタ
ン合金を母相とし、その結晶粒内及び粒界にチタンの化
合物であるＴiＣ，ＴiＮ，ＴiＢ2，ＴiＡ1，Ｔｉ3Ａ1，
ＴiＡ13などの組成の化合物粒子を微細かつ均一に体積
率で２０％以下含有せしめたことを特徴とするチタン合
金複合材料に係るものである。
【０００５】また、金属学的結晶構造が最密六方晶であ
るα相と体心立方晶であるβ相の二相よりなる結晶組織
のチタン合金を母相とし、その結晶粒界にＳiＣ，Ｓi3
Ｎ4，Ｓi−Ｔi−Ｃ−Ｏなどの組成の長繊維、短繊維あ
るいはホイスカを微細かつ均一に体積率で２０％以下含
有せしめたことを特徴とするチタン合金複合材料に係る
ものである。
るα相と体心立方晶であるβ相の二相よりなる結晶組織
のチタン合金を母相とし、その結晶粒界にＳiＣ，Ｓi3
Ｎ4，Ｓi−Ｔi−Ｃ−Ｏなどの組成の長繊維、短繊維あ
るいはホイスカを微細かつ均一に体積率で２０％以下含
有せしめたことを特徴とするチタン合金複合材料に係る
ものである。
【０００６】また、粒状あるいは繊維状のチタン化合物
とチタン合金との複合において、均一な分布をもたらし
やすくするため、使用するチタン二相合金は、 （１）粒状のものは数ミクロンメータの大きさの粒に微
細に粉砕されたもの （２）繊維状のものは数ミクロンメータの直径にされた
もの （３）板状のものは１ｍｍ以下の適当な厚さにされたも
の及び使用するチタン化合物は、 （１）粒状のものは数ミクロンメータの大きさの粒に微
細に粉砕されたもの、 （２）繊維状のものは数ミクロンメータの直径にされた
もの であることを特徴とする請求項１若しくは請求項２のチ
タン合金複合材料に係るものである。
とチタン合金との複合において、均一な分布をもたらし
やすくするため、使用するチタン二相合金は、 （１）粒状のものは数ミクロンメータの大きさの粒に微
細に粉砕されたもの （２）繊維状のものは数ミクロンメータの直径にされた
もの （３）板状のものは１ｍｍ以下の適当な厚さにされたも
の及び使用するチタン化合物は、 （１）粒状のものは数ミクロンメータの大きさの粒に微
細に粉砕されたもの、 （２）繊維状のものは数ミクロンメータの直径にされた
もの であることを特徴とする請求項１若しくは請求項２のチ
タン合金複合材料に係るものである。
【０００７】
１．Ｔiα／β二相合金とＴiＣ化合物粒子との複合材料
の製作 先ずＴi−６％Ａ1−４％Ｖ合金の溶湯から平均粒径約50
ミクロンメータ(μｍ)のガス噴霧粉を作製する。これを
水素雰囲気炉を用い、800〜900℃で適当時間加熱処理す
ることによってチタン合金中に水素化合物を形成させ
る。この水素化合物を含む処理材は脆いので、ボールミ
ルで３０〜５０時間あるいはアトライターで３〜５時間
粉砕することによって平均粒径約５〜１０μｍの微細粉
を得ることができる。この際酸素ガスを全く含まないア
ルゴン雰囲気中で粉砕を行うことが必要であり、また、
粉末の挿入や取り出しにあたっては不活性雰囲気中でお
こなう必要がある。その後、取り出した微細粉は高真空
中800〜900℃で適当時間加熱処理することによって脱水
素する事が出来る。
の製作 先ずＴi−６％Ａ1−４％Ｖ合金の溶湯から平均粒径約50
ミクロンメータ(μｍ)のガス噴霧粉を作製する。これを
水素雰囲気炉を用い、800〜900℃で適当時間加熱処理す
ることによってチタン合金中に水素化合物を形成させ
る。この水素化合物を含む処理材は脆いので、ボールミ
ルで３０〜５０時間あるいはアトライターで３〜５時間
粉砕することによって平均粒径約５〜１０μｍの微細粉
を得ることができる。この際酸素ガスを全く含まないア
ルゴン雰囲気中で粉砕を行うことが必要であり、また、
粉末の挿入や取り出しにあたっては不活性雰囲気中でお
こなう必要がある。その後、取り出した微細粉は高真空
中800〜900℃で適当時間加熱処理することによって脱水
素する事が出来る。
【０００８】次に粒径５〜10μｍのＴiＣ化合物粒子
を、上記微細粉に体積で５〜20％配合し、酸素ガスを全
く含まないアルゴン雰囲気中、ボールミルでは10〜30時
間、アトライターでは１〜３時間均一混合させる。混合
粉は直径30〜50ｍｍあるいは一辺30〜50ｍｍの凹みを有
するグラファイトモールドに適量、均一にチャージし、
ホットプレス炉で真空中1200℃、20MPaの荷重のもと、１
時間加熱する。Ｔi−６％Ａ1−４％Ｖ合金もこのホット
プレス工程で完全に脱水素される。ホットプレス材はさ
らにホットプレス炉で真空中1200℃、70MPa、１時間加
熱されるか、熱間静水圧プレス機でアルゴン雰囲気中12
00℃、2000気圧、１時間加熱されるか、またはホットプ
レス材を鉄板で真空パックし、低速熱間圧延機で空気中
1200℃、圧下量約５０％の熱間圧延を与えられる。これ
によって真密度の９９.５％以上のバルク材が得られ
る。
を、上記微細粉に体積で５〜20％配合し、酸素ガスを全
く含まないアルゴン雰囲気中、ボールミルでは10〜30時
間、アトライターでは１〜３時間均一混合させる。混合
粉は直径30〜50ｍｍあるいは一辺30〜50ｍｍの凹みを有
するグラファイトモールドに適量、均一にチャージし、
ホットプレス炉で真空中1200℃、20MPaの荷重のもと、１
時間加熱する。Ｔi−６％Ａ1−４％Ｖ合金もこのホット
プレス工程で完全に脱水素される。ホットプレス材はさ
らにホットプレス炉で真空中1200℃、70MPa、１時間加
熱されるか、熱間静水圧プレス機でアルゴン雰囲気中12
00℃、2000気圧、１時間加熱されるか、またはホットプ
レス材を鉄板で真空パックし、低速熱間圧延機で空気中
1200℃、圧下量約５０％の熱間圧延を与えられる。これ
によって真密度の９９.５％以上のバルク材が得られ
る。
【０００９】バルク材を切断し、研削することによって
目的形状の中間製品が得られ、また、これに約900℃、
１〜２時間の熱処理を施すことによって適切な性質を与
える事ができる。
目的形状の中間製品が得られ、また、これに約900℃、
１〜２時間の熱処理を施すことによって適切な性質を与
える事ができる。
【００１０】以上の工程をフロチャートで、図１に示
す。
す。
【００１１】ここで得られた（Ｔi−６％Ａ1−４％Ｖ）
−ＴiＣp10vo1％の複合材料の機械的性質をそれぞれの
構成材の機械的性質との比較において示すと次の表１の
ようになる。
−ＴiＣp10vo1％の複合材料の機械的性質をそれぞれの
構成材の機械的性質との比較において示すと次の表１の
ようになる。
【００１２】
【表１】
【００１３】ここで得られた複合材料はＴｉα／β二相
合金の強度、ヤング率を大幅に上昇させることができ
る。またＴｉα／β二相合金は耐摩耗性が低く、相手金
属と焼付きを起こし易いが、複合材では耐摩耗性が向上
する。
合金の強度、ヤング率を大幅に上昇させることができ
る。またＴｉα／β二相合金は耐摩耗性が低く、相手金
属と焼付きを起こし易いが、複合材では耐摩耗性が向上
する。
【００１４】また、ここで得られた（Ｔi−６％Ａ1−４
％Ｖ）−ＴiＣp10vo1％複合材料の組織は次の図２に示
すとおりであり、黒色粒状の約５μｍの大きさのＴiＣ
が二相組織のＴi−６％Ａ1−４％Ｖ母相に均一に分散し
ているのが分かる。強度の上昇は、Ｔi−６％Ａ1−４％
Ｖ母相とＴiＣ粒子の界面に中間層が生成され、母材と
粒子が完全に密着することによって理想的な複合材が製
作されるためである。ヤング率の上昇もこれによって説
明でき、耐摩耗性は微細なＴiＣ粒子が均一に分散存在
するためである。
％Ｖ）−ＴiＣp10vo1％複合材料の組織は次の図２に示
すとおりであり、黒色粒状の約５μｍの大きさのＴiＣ
が二相組織のＴi−６％Ａ1−４％Ｖ母相に均一に分散し
ているのが分かる。強度の上昇は、Ｔi−６％Ａ1−４％
Ｖ母相とＴiＣ粒子の界面に中間層が生成され、母材と
粒子が完全に密着することによって理想的な複合材が製
作されるためである。ヤング率の上昇もこれによって説
明でき、耐摩耗性は微細なＴiＣ粒子が均一に分散存在
するためである。
【００１５】ＴiＮ，ＴiＢ2，ＴiＡ1，Ｔi3Ａ1，ＴiＡ1
3などの化合物を混合した場合も殆んど同じような機械
的性質を示し、その強化の理由も同様にして説明でき
る。また、粉砕、混合に振動ボールミルを用いてもよ
い。
3などの化合物を混合した場合も殆んど同じような機械
的性質を示し、その強化の理由も同様にして説明でき
る。また、粉砕、混合に振動ボールミルを用いてもよ
い。
【００１６】２．Ｔｉα／β二相合金とＳiＣホイスカ
との複合材料の製作 前項で述べたのと同じく水素化処理、粉砕、脱水素した
平均粒径５〜１０μｍのＴi−６％Ａ1−４Ｖ％合金のガ
ス噴霧粉に、平均線径５μｍのＳiＣホイスカを体積で
５〜２０％配合し、酸素を全く含まないアルゴン雰囲気
中、ボールミルでは１０〜３０時間、アトライターでは
１〜３時間均一混合させる。
との複合材料の製作 前項で述べたのと同じく水素化処理、粉砕、脱水素した
平均粒径５〜１０μｍのＴi−６％Ａ1−４Ｖ％合金のガ
ス噴霧粉に、平均線径５μｍのＳiＣホイスカを体積で
５〜２０％配合し、酸素を全く含まないアルゴン雰囲気
中、ボールミルでは１０〜３０時間、アトライターでは
１〜３時間均一混合させる。
【００１７】以後の工程は前項で述べたのと全く同じで
ある。
ある。
【００１８】ここで得られた（Ｔi−６％Ａ1−４％Ｖ）
−ＳiＣw10vo1％の複合材料の機械的性質を示すと表２
のようになる。
−ＳiＣw10vo1％の複合材料の機械的性質を示すと表２
のようになる。
【００１９】
【表２】
【００２０】強度、ヤング率は前述の（Ｔi−６％Ａ1−
４％Ｖ）−ＴiＣp複合材料ほど向上せず、むしろ低下し
ているが、これは母材と粒子の界面に中間相が形成され
ず、母材と粒子が完全に密着していないためである。
４％Ｖ）−ＴiＣp複合材料ほど向上せず、むしろ低下し
ているが、これは母材と粒子の界面に中間相が形成され
ず、母材と粒子が完全に密着していないためである。
【００２１】３．Ｔｉα／β二相合金とＳi−Ｔi−Ｃ−
Ｏ長繊維との複合材料の製作 Ｓi−Ｔi−Ｃ−Ｏ長繊維を長さ数十μｍの短繊維にする
ことは極めて難しいので、この場合は平均線径５μｍの
繊維の撚線を縦横に織った織布と、Ｔi−６％Ａ1−４％
Ｖのガス噴霧粉を圧粉し、焼結・熱間圧延し、平均結晶
粒径を１〜５μｍに微細化した約０.５ｍｍの薄板か、
またはＴi−６％Ａ1−４％Ｖの溶湯から冷却されている
高速回転ローラーに直接注ぐことによって急冷凝固させ
た微細結晶組織の広幅リボンを、配合比に応じて積層さ
せる。積層はホットプレス炉で、真空中、900℃、３時
間、２０MPaの荷重を加えて行う。積層バルク材はさら
にホットプレス炉で真空中、1000℃，１時間、７０MPa
の荷重を加えて再プレスする。これによって真密度の９
９.５％以上のバルク材が得られる。
Ｏ長繊維との複合材料の製作 Ｓi−Ｔi−Ｃ−Ｏ長繊維を長さ数十μｍの短繊維にする
ことは極めて難しいので、この場合は平均線径５μｍの
繊維の撚線を縦横に織った織布と、Ｔi−６％Ａ1−４％
Ｖのガス噴霧粉を圧粉し、焼結・熱間圧延し、平均結晶
粒径を１〜５μｍに微細化した約０.５ｍｍの薄板か、
またはＴi−６％Ａ1−４％Ｖの溶湯から冷却されている
高速回転ローラーに直接注ぐことによって急冷凝固させ
た微細結晶組織の広幅リボンを、配合比に応じて積層さ
せる。積層はホットプレス炉で、真空中、900℃、３時
間、２０MPaの荷重を加えて行う。積層バルク材はさら
にホットプレス炉で真空中、1000℃，１時間、７０MPa
の荷重を加えて再プレスする。これによって真密度の９
９.５％以上のバルク材が得られる。
【００２２】以後このバルク材を切断し、研削すること
によって目的形状の中間製品が得られ、また、これに真
空中、約900℃、１〜２時間の熱処理を施すことによっ
て適切な性質を与えることが出来る。
によって目的形状の中間製品が得られ、また、これに真
空中、約900℃、１〜２時間の熱処理を施すことによっ
て適切な性質を与えることが出来る。
【００２３】以上の工程をフロチャートで次のように図
３に示す。
３に示す。
【００２４】ここで得られた(Ｔi−６％Ａ1−４％Ｖ)−
(Ｓi−Ｔi−Ｃ−Ｏ)f10vo1％の複合材の機械的性質をそ
れぞれの構成材の機械的性質との比較において示すと次
の表３のようになる。
(Ｓi−Ｔi−Ｃ−Ｏ)f10vo1％の複合材の機械的性質をそ
れぞれの構成材の機械的性質との比較において示すと次
の表３のようになる。
【００２５】
【表３】
【００２６】ここで得られた複合材料はＴｉα／β二相
合金の強度、ヤング率を大幅に上昇させることができ
る。これらの上昇はＴi−６％Ａ1−４％Ｖ母材とＳi−
Ｔi−Ｃ−Ｏ長繊維が完全に密着することによって、理
想的な複合材が製作されるためである。ヤング率の上昇
もこれによって説明できる。
合金の強度、ヤング率を大幅に上昇させることができ
る。これらの上昇はＴi−６％Ａ1−４％Ｖ母材とＳi−
Ｔi−Ｃ−Ｏ長繊維が完全に密着することによって、理
想的な複合材が製作されるためである。ヤング率の上昇
もこれによって説明できる。
【００２７】
【発明の効果】従来チタンでは各種元素を合金化するこ
とによって強度上昇をはかっているが1000MPaの引張強
さが限界である。ここでは化合物粒子分散強化、あるい
は化合物繊維強化によってそれ以上の強度を得ることが
できるとともに、高ヤング率、高耐摩耗性などの秀れた
性能を発揮するチタン合金複合材料となる。
とによって強度上昇をはかっているが1000MPaの引張強
さが限界である。ここでは化合物粒子分散強化、あるい
は化合物繊維強化によってそれ以上の強度を得ることが
できるとともに、高ヤング率、高耐摩耗性などの秀れた
性能を発揮するチタン合金複合材料となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(Ｔｉ−６Ａ1−４Ｖ)−ＴｉＣp複合材料の製作
プロセスのフロチャート図である。
プロセスのフロチャート図である。
【図２】(Ｔｉ−６Ａ1−４Ｖ)−ＴｉＣp５vo1％複合材
料の顕微鏡組織写真のコピーである。
料の顕微鏡組織写真のコピーである。
【図３】(Ｔｉ−６Ａ1−４Ｖ)−(Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ)f
複合材料の製作プロセスのフロチャート図である。
複合材料の製作プロセスのフロチャート図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 金属学的結晶構造が最密六方晶であるα
相と体心立方晶であるβ相の二相よりなる結晶組織のチ
タン合金を母相とし、その結晶粒内及び粒界にチタンの
化合物であるＴiＣ，ＴiＮ，ＴiＢ2，ＴiＡ1，Ｔｉ3Ａ
1，ＴiＡ13などの組成の化合物粒子を微細かつ均一に体
積率で２０％以下含有せしめたことを特徴とするチタン
合金複合材料。 【請求項２】 金属学的結晶構造が最密六方晶であるα
相と体心立方晶であるβ相の二相よりなる結晶組織のチ
タン合金を母相とし、その結晶粒界にＳiＣ，Ｓi3Ｎ4，
Ｓi−Ｔi−Ｃ−Ｏなどの組成の長繊維、短繊維あるいは
ホイスカを微細かつ均一に体積率で２０％以下含有せし
めたことを特徴とするチタン合金複合材料。 【請求項３】 粒状あるいは繊維状のチタン化合物とチ
タン合金との複合において、均一な分布をもたらしやす
くするため、使用するチタン二相合金は、 （１）粒状のものは数ミクロンメータの大きさの粒に微
細に粉砕されたもの （２）繊維状のものは数ミクロンメータの直径にされた
もの （３）板状のものは１ｍｍ以下の適当な厚さにされたも
の及び使用するチタン化合物は、 （１）粒状のものは数ミクロンメータの大きさの粒に微
細に粉砕されたもの、 （２）繊維状のものは数ミクロンメータの直径にされた
もの であることを特徴とする請求項１若しくは請求項２のチ
タン合金複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15486091A JPH055138A (ja) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | チタン合金複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15486091A JPH055138A (ja) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | チタン合金複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH055138A true JPH055138A (ja) | 1993-01-14 |
Family
ID=15593498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15486091A Pending JPH055138A (ja) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | チタン合金複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH055138A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0997544A1 (en) * | 1998-10-29 | 2000-05-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Process for producing particle-reinforced titanium alloy |
| CN104789808A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-22 | 陕西理工学院 | 一种钛铝碳陶瓷增强Ti3Al基复合材料及其制备方法 |
| JP2017222899A (ja) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | 国立大学法人 名古屋工業大学 | 積層造形用金属粉末および金属粉末を用いた積層造形体 |
| JP2020043746A (ja) * | 2018-09-14 | 2020-03-19 | 株式会社豊田中央研究所 | 非磁性部材とその製造方法および電動装置とその界磁子 |
-
1991
- 1991-06-26 JP JP15486091A patent/JPH055138A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0997544A1 (en) * | 1998-10-29 | 2000-05-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Process for producing particle-reinforced titanium alloy |
| CN104789808A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-22 | 陕西理工学院 | 一种钛铝碳陶瓷增强Ti3Al基复合材料及其制备方法 |
| JP2017222899A (ja) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | 国立大学法人 名古屋工業大学 | 積層造形用金属粉末および金属粉末を用いた積層造形体 |
| JP2020043746A (ja) * | 2018-09-14 | 2020-03-19 | 株式会社豊田中央研究所 | 非磁性部材とその製造方法および電動装置とその界磁子 |
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