JPH0578762A - 強度に優れたTiAl基複合材料およびその製造方法 - Google Patents

強度に優れたTiAl基複合材料およびその製造方法

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JPH0578762A
JPH0578762A JP3149816A JP14981691A JPH0578762A JP H0578762 A JPH0578762 A JP H0578762A JP 3149816 A JP3149816 A JP 3149816A JP 14981691 A JP14981691 A JP 14981691A JP H0578762 A JPH0578762 A JP H0578762A
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JP
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tial
mixed powder
composite material
particles
based composite
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JP3149816A
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English (en)
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Bokujiyun Kin
睦淳 金
Kazuhisa Shibue
和久 渋江
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 結晶粒が微細で内部欠陥がなく、強度に優れ
た反応焼結法によるTiAl基金属間化合物複合材料を
提供する。 【構成】 Al35〜50at%、残部Tiの配合組成とした
TiとAlの混合粉末に、平均粒子径0.05〜20μm のT
iB2粒子、Al2 3 粒子およびSiC粒子のうち1
種以上が合計体積率20%以下で添加され、該複合混合粉
末が反応焼結法により合成されている材料である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、強度に優れたTiAl
基複合材料およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】TiAl基金属間化合物は、軽量で高温
強度に優れているため、例えばエンジン部品など内燃機
関用の耐熱部材として注目されている。しかし、この材
料は700 ℃以下の温度領域での延性に乏しいため通常の
塑性加工法が適用できず、使用面での信頼性にも欠ける
ため未だ実用化の面で問題が多い。
【0003】また、常温における強度も40kg/mm2前後と
低く、ジェットエンジン用あるいは自動車エンジン用部
材として適用する場合には強度面で十分とは言えない。
【0004】TiAl基金属間化合物の強度の改善につ
いては、結晶粒微細化が極めて有効な手段であることが
知られており、従来より加工と熱処理を組合せた加工熱
処理法による微細化手法が試みられてきた。しかし、前
記のごとく、TiAl基金属間化合物は、通常の加工温
度域では延性が小さく塑性加工を行うことが難しいた
め、1000℃以上の高温度領域において恒温鍛造等の特殊
な装置を用いて塑性加工を行わねばならず、コスト高と
なるとともに成形の自由度も限られてしまうという問題
点があった。
【0005】一方、反応焼結法によりTiAl基金属間
化合物を得る場合には、反応合成前の混合状態において
near net shape形状に成形することができるため、通常
の塑性加工法を適用することができ、難加工性の点に対
しては大幅な改善が可能となる。しかし、この方法によ
っても、組織の制御が十分に行われているとはいえず、
得られたTiAl基金属間化合物の機械的性質も必ずし
も満足すべきものではなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は反応焼結で得
られるTiAl基金属間化合物の組織制御による強度改
善について多面的に研究を重ねた結果開発に至ったもの
で、その目的は結晶粒が微細で内部欠陥がなく強度に優
れた反応焼結法によるTiAl基金属間化合物複合材料
とその製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による強度に優れたTiAl基複合材料は、
Al35〜50at%、残部Tiの配合組成としたTiとAl
の混合粉末に、平均粒子径0.05〜20μm のTiB2
子、Al2 3 粒子およびSiC粒子のうちの1種以上
が合計体積率20%以下で添加され、該複合混合粉末が反
応焼結により合成されてなることを材質的特徴とし、ま
たその製造方法は前記複合混合粉末に〔加工前の断面積
/加工後の断面積〕が5以上となるような塑性加工を加
えた後、複合混合粉末の融点の半分以上固相線以下の温
度範囲で反応焼結することを構成上の特徴とする。
【0008】一般に反応焼結によるTiAl基金属間化
合物の合成は、Ti粉末とAlまたはAl合金粉末を混
合し、圧縮成形および脱気処理を行った後、HIP(熱
間等方圧加圧)装置を用いて熱圧処理することにより行
われる。
【0009】本発明の第1の特徴は、TiAlに対し熱
力学的に安定な硬質粒子、TiB2 、Al2 3 、Si
Cを添加することにより、反応焼結時の結晶粒成長を抑
えて、微細な結晶組織とし、強度を向上させることであ
る。好適な硬質粒子の平均粒子径は0.05〜20μm の範囲
で、粒子粒が0.05μm 未満では、通常の混合法により混
合すると硬質粒子同志が集団化して分散が不均一とな
る。メカニカルグラインディングなどの特殊な混合方法
を使用すれば集団化の問題は解消されるが、コスト高と
なり実用上好ましくない。粒子径が20μm を越えると、
得られたTiAl基金属間化合物の延性が低下する。特
に好ましくは粒子径を1μm 以下とすることであり、1
μm 以下の粒子は結晶粒の成長を抑えるとともに、可動
転位の障害として働き分散強化能も加算されて強度をさ
らに向上させる。硬質粒子の添加量は体積率で20%以下
が好ましく、20%を越えると、反応焼結前に行われる複
合混合粉末の塑性加工時に工具の摩耗が大きくなりコス
ト高となる。
【0010】本発明の第2の特徴は、硬質粒子を添加し
た複合混合粉末に、〔加工前の断面積/加工後の断面
積〕が5以上となるような塑性加工を加えることによっ
て、ポアなど内部欠陥のない健全な材料を得ることであ
る。上記塑性加工の加工度が5未満では、反応焼結後に
おいてポアの面積率が2%以上となり強度を低下させ
る。
【0011】塑性加工を加えた複合混合粉末材は、その
融点(約1500℃)の半分以上、好ましくは750 ℃以上、
かつ固相線以下、好ましくは1400℃以下の温度範囲で反
応焼結する。加熱温度が融点の半分より低いと拡散が極
めて遅く、均一なTiAl基金属間化合物を得るのに長
時間を要するため実用的でない。固相線を越える温度で
の加熱では部分的に溶融が起り、材料の形状を保持でき
ない。
【0012】なお、本発明のTiAl基複合材料のマト
リックスとなるTiとAlの配合組成は、Al35〜50at
%、残部Tiであり、この組成域において反応焼結後の
生成組成がTiAlおよびTi3 Alの2相組織とな
り、結晶粒が微細化される。Alが50at%を越えるとT
iAl単相の組織となり、35at%未満ではTi3 Al単
相となる。なお、TiとAlの混合粉末にMnを0.05〜
5at%添加すると、結晶粒の微細化がさらに助長され、
反応焼結過程でのポアの生成が抑制される。Mn0.05at
%未満ではこれらの効果が小さく、5at%を越えると材
料の延性が低下する。
【0013】
【作用】本発明によるTiAl基複合材料は上記の構成
および機能を有するから、硬質粒子を添加することで反
応焼結時の結晶粒成長を抑え、かつ反応焼結に先立ち特
定加工度の塑性加工を加えて反応焼結過程でのポアの生
成を抑制して健全な微細組織とし、機械的強度を向上さ
せる。
【0014】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。 実施例1〜21 Ti粉末(〜100 メッシュ)、AlまたはAl−Mn合
金粉末(〜100 メッシュ)および硬質粒子を表1に示す
配合組成で混合し、混合物をCIP(冷間等方圧加圧)
成形したのち脱気処理(450 ℃× 3h)を施した。つい
でアルミニウム缶へ真空封入し、400 ℃において表1に
示す種々の加工度で押出加工を行い複合混合粉末材を得
た。ついで、複合混合粉末材に対し、表1に示す種々の
温度条件でHIP(熱間等方圧加圧)処理を行って反応
焼結させ、TiAl基複合材料を合成した。
【0015】
【表1】
【0016】得られたTiAl基複合材料について平均
結晶粒径、ポア面積率を測定し、X線回折による生成相
の固定を行った。また、室温圧縮試験を行い、0.2 %耐
力(降伏応力)を求め、強度を評価した。結果を表2に
示す。
【0017】
【表2】
【0018】表2の結果から、本発明の構成要件を満す
実施例はいずれも高い圧縮降伏と圧縮破断ひずみを示し
ており、安定して優れた機械的性能が得られることが認
められる。
【0019】比較例1〜8 表3に示すような本発明の特定配合組成を外れる複合混
合粉末を用い、表3に示す押出加工度およびHIP処理
条件で反応焼結してTiAl基複合材料を合成した。
【0020】
【表3】
【0021】得られたTiAl基複合材料につき実施例
と同様に材質評価を行ない、その結果を表4に示した。
表4の結果から、比較例で得られた各TiAl基複合材
料は実施例に比べて複合材質性能が低下しており、特に
本発明の特徴とする硬質粒子が添加されていない比較例
3の材料は強度特性が劣っていることが認められる。
【0022】
【表4】 〔表注〕(1) 圧縮破断ひずみ ○:10%以上 ×:10%
未満 (2) ポア面積率 A:0.1 %未満、B:0.1 〜0.2 %、
C:0.2 %越
【0023】
【発明の効果】以上のとおり、本発明により提供される
TiAl基複合材料は優れた機械的強度を備え、ジェッ
トエンジン用部材、自動車エンジン用部材など耐熱部材
への適用が期待される。さらに、本発明の製造法は材料
成形の自由度を有するとともにコスト低減が可能であ
り、TiAl基金属間化合物の実用化にきわめて有効で
ある。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年7月11日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】
【表2】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】
【表4】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al35〜50at%、残部Tiの配合組成と
    したTiとAlの混合粉末に、平均粒子径0.05〜20μm
    のTiB2 粒子、Al2 3 粒子およびSiC粒子のう
    ちの1種以上が合計体積率20%以下で添加され、該複合
    混合粉末が反応焼結により合成されてなることを特徴と
    する強度に優れたTiAl基複合材料。
  2. 【請求項2】 混合粉末がMn0.05〜5at%を含む請求
    項1記載の強度に優れたTiAl基複合材料。
  3. 【請求項3】 Al35〜50at%、残部Tiの配合組成と
    したTiとAlの混合粉末に、平均粒子径0.05〜20μm
    のTiB2 粒子、Al2 3 粒子およびSiC粒子のう
    ちの1種以上を合計体積率20%以下で添加し、該複合混
    合粉末に、〔加工前の断面積/加工後の断面積〕が5以
    上となるような塑性加工を加えた後、複合混合粉末材の
    融点の半分以上固相線以下の温度範囲で反応焼結するこ
    とを特徴とする強度に優れたTiAl基複合材料の製造
    方法。
JP3149816A 1991-05-23 1991-05-23 強度に優れたTiAl基複合材料およびその製造方法 Pending JPH0578762A (ja)

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