JPH06346173A

JPH06346173A - Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物基合金

Info

Publication number: JPH06346173A
Application number: JP16501593A
Authority: JP
Inventors: Toshimitsu Tetsui; 利光鉄井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1994-12-20

Abstract

(57)【要約】【目的】高強度で延性に富み、また耐酸化性も優れて
いるＴｉ−Ａｌ系金属間化合物基合金に関する。【構成】Ａｌ濃度：４４〜４８原子％、Ｃｒ濃度：
１〜５原子％、Ｎｂ濃度：４〜１０原子％を含有し、残
部がＴｉからなり、主構成相がγ相、α₂相及びβ相の
３相であるＴｉ−Ａｌ系金属間化合物基合金（第１合
金）及びＡｌ濃度：４４〜４８原子％、Ｃｒ濃度：１
〜５原子％、Ｎｂ濃度：４〜１０原子％、Ｔａ濃度：１
〜３原子％を含有し、残部がＴｉからなり、主構成相が
γ相、α₂相及びβ相の３相であるＴｉ−Ａｌ系金属間
化合物基合金（第２合金）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高比強度耐熱構造部材
（航空機用エンジン、発電用ガスタービン、自動車用エ
ンジン、高速回転体、等）に用いるに適したＴｉ−Ａｌ
系金属間化合物基合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のごとく、Ti-Al ２元系において
は、Ｔｉ₃Ａｌ、ＴｉＡｌ及びＴｉＡｌ₃の３つの金属
間化合物相が存在することが知られているが、このうち
のＴｉＡｌ相はγ相と呼ばれ、正方晶のＬ１₀型の結晶
構造を有している。このγ相は従来のＴｉ合金と比べる
と軽量、高比強度であり、約７００℃程度までは耐酸化
性も良好であるとの好ましい特性を有しているため、航
空機用エンジンなどの高温環境化での高強度が要求され
る部位に適用できるのではないかと期待されてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以下の
問題があり、これまで工業製品としての実用化はなされ
ていなかった。（１）延性が乏しく、室温では引張り変形量１％以下で
破壊する。（２）耐酸化性が７００℃以上になると急激に劣化し、
航空機用エンジン等の現用材であるＮｉ基耐熱合金（例
えば、インコネル７１３Ｃ）と較べると、酸化増量値で
約１０倍と劣る。（３）常温〜高温域における強度が現用材より劣る。技
術文献での一例を示すと、リップシット（Lippsitt) ら
著の冶金学学会誌（Metallugical Transactions)第６Ａ
号（１９７５年）１９９１頁によると、γ単相合金の引
張り強度は室温で４５kgf/mm²、８００℃で３６kgf/mm
²である。一方、インコネル７１３Ｃの引張り強度は米
国 International Nickel 社の技術資料によると、室温
で８６kgf/mm²、７６０℃で９６kgf/mm²、８７０℃で
７４kgf/mm²であることより、比強度（強度を材料の密
度で除した値）換算してもγ単相合金の強度は、特に高
温域においてインコネル７１３Ｃより劣るといえる。な
お、各材料の密度はγ単相合金３．８ｇ／cm³、インコ
ネル７１３Ｃ７．９ｇ／cm³である。

【０００４】近年、第３元素を添加するとともに、Ａｌ
濃度を制御することにより、組織を制御して上記問題の
改善を計る試みがいくつか提案されている。例えば、特
開平１−２９８１２７号公報にはＡｌ：３３．７重量
％、Ｃｒ：１．５重量％、原子％に換算するとＡｌ：４
７．５原子％、Ｃｒ：１．１原子％、（残部はＴｉ）を
含有する合金が開示されている。この合金はＴｉＡｌ相
（以下、γ相と称す）及びＴｉ₃Ａｌ相（以下、α₂相
と称す）の２相組織であり、同公報の実施例において
は、室温引張り強度４０．４kgf/mm²、同伸び１．９％
であることが、また８００℃の引張り強度４１．６kgf/
mm²、同伸び３．２％であることが開示されている。す
なわち、第３元素としてＣｒを１．１原子％添加し、Ａ
ｌ濃度を４７．５原子％として、組織をγ＋α₂の２相
組織とすることにより、常温延性が改善したとされてい
る。しかしながら、強度はほとんど改善されておらず、
γ単相合金とほぼ同等である。

【０００５】また、同公報にはＡｌ：３２．５重量％、
Ｎｂ：１４．７重量％、原子％に換算するとＡｌ：４
８．９原子％、Ｎｂ：６．４原子％、（残部はＴｉ）を
含有する合金が開示されている。この合金も同様にγ相
とα₂相の２相組織であり、同公報の実施例において
は、室温引張り強度３８．９kgf/mm²、同伸び２．５％
であることが、また８００℃の引張り強度４０．０kgf/
mm²、同伸び４．１％であることが開示されている。す
なわち、第３元素としてＮｂを６．４原子％添加し、Ａ
ｌ濃度を４８．９原子％として、組織をγ＋α₂の２相
組織とすることにより、常温延性が改善したとされてい
る。しかしながら、Ｃｒ添加合金と同様に強度はほとん
ど改善されておらず、γ単相合金とほぼ同等である。

【０００６】他の試みとして、特公昭５９−５８１号公
報にはＡｌ：３３．７重量％、Ａｇ：１０．０重量％、
原子％に換算するとＡｌ：４９．６原子％、Ａｇ：３．
７原子％、（残部はＴｉ）を含有する合金が開示されて
いる。また、特公昭６２−２１５号公報にはＡｌ：３
３．３重量％、Ｍｎ：２．１重量％、原子％に換算する
とＡｌ：４７．１原子％、Ｍｎ：１．４原子％、（残部
はＴｉ）を含有する合金が開示されている。更に、米国
特許第４，２９４，６１５号明細書にはＡｌ：３４．８
重量％、Ｖ：３．４重量％、原子％に換算するとＡｌ：
４８．７原子％、Ｖ：２．５原子％、（残部はＴｉ）を
含有する合金が開示されている。これらの合金は、いず
れも常温延性はある程度改善されているものの、強度は
逆に低下し、γ単相合金よりもさらに低くなっている。

【０００７】以上示した５種類の第３元素を添加したＴ
ｉ−Ａｌ系合金の耐酸化性は次の通りである。（１）Ａｇ、Ｍｎ、Ｖを各々添加した合金・・・・・γ
単相合金より劣る。（２）Ｃｒを添加した合金・・・・γ単相合金とほぼ同
等である。（３）Ｎｂを添加した合金・・・・γ単相合金より優れ
ているインコネル７１３Ｃよりは劣る。要約すると、先に示したγ単相合金の問題点を改善すべ
く、第３元素を添加するとともにＡｌの濃度を制御し、
組織をγ＋α₂の２相組織にする試みがこれまで種々な
されてきたが、いずれも不十分であると言える。すなわ
ち、常温延性はある程度改善されたものの強度はほとん
ど改善されていない。また、耐酸化性はＮｂ添加合金を
除き改善されていない。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、従来技術の合金と同様の常温延性をもち、強度、
耐酸化性で従来技術を凌駕するＴｉ−Ａｌ系金属間化合
物基合金を提供することを目的とする。

【０００９】

【問題を解決するための手段】本発明者は上述のような
観点から、種々の添加元素を含有するＴｉ−Ａｌ系合金
において、組成、組織と機械的特性及び耐酸化性等の関
係を研究した結果、以下の（ａ）〜（ｅ）に示す知見を
得るに至った。

【００１０】（ａ） Ti-Al２元系においてＡｌ濃度：４
２〜５２原子％（残部はＴｉ）の範囲の合金の機械的特
性を調査したところ、Ａｌ濃度：５０原子％未満の合金
の特性が優れていることが分かった。また、この理由と
して、組成の変化に伴なう次の材料因子の変化が関与し
ていることが分かった。Ａｌ濃度：５０原子％以上では構成相はγ単相であ
り、粗大な等軸組織となる。一方、Ａｌ濃度：５０原子
％未満では構成相はγ＋α₂の２相であり、微細なラメ
ラー組織となる。また、Ａｌ濃度の減少に伴ないα₂相
の割合は増加する。すなわち、Ti-Al ２元系では材料因
子的には構成相がγ＋α₂の２相で、ラメラー組織とな
ることによって機械的特性は改善することが分かった。
また、Ａｌ濃度：５０原子％未満の合金についてはＡｌ
濃度と機械的特性には次の関係があることが分かった。延性：Ａｌ濃度：４６〜４８原子％付近が最も優れ
ており、更にＡｌ濃度が減少すると低下する。硬さ：Ａｌ濃度が減少するほど上昇する。先に述べたようにＡｌ濃度が減少すると、第２相である
α₂相の割合が増加するが、この結果よりα₂相は延性
向上のためにはある程度必要であるが、多量に存在しす
ぎると逆に延性に悪影響を及ぼすことが分かった。また
一般に、延性がある材料では硬さと強度は相関関係（硬
さが高いほど強度は高い）があるため、Ｔｉ−Ａｌ系合
金においても延性が得られれば、α₂相は多いほど強度
の向上に有効であることが分かった。なお、 Ti-Al２元
系合金において機械的特性が優れている合金、すなわ
ち、Ａｌ濃度４６〜４８原子％（残部はＴｉ）を含有す
る合金を以下（ａ）の合金と称す。

【００１１】（ｂ）第３元素としてＮｂを添加したＴｉ
−Ａｌ系合金において、Ａｌ濃度：４４〜５０原子％、
Ｎｂ濃度：２〜１４原子％、（残部はＴｉ）の合金の特
性を調査したところ、次のことが明らかになった。Ｎｂは主にＴｉと置換し、（Ｔｉ、Ａｌ）Ａｌで表
記される合金系を形成する。この結果、組織、機械的性
質はTi-Al ２元系合金と類似のものになる。すなわち、
Ａｌ濃度：５０原子％以上より５０原子％未満の合金の
方が機械的特性が優れている。延性はＡｌ濃度：４６〜
４８原子％程度の合金が最も優れており、さらにＡｌ濃
度が減少すると低下する。また、硬さはＡｌ濃度が減少
するほど上昇する。これらの現象はTi-Al ２元系合金と
同様に第２相であるα₂相の割合に起因するものと考え
られる。Ｎｂ添加量については添加量が多くなるほど強度
（特に、高温域の）は向上するが延性は逆に低下する。
また、１４原子％程度以上になると第３相であるσ相の
割合が増加するが、このσ相は脆いため、延性、強度と
も急激に低下する。耐酸化性はＮｂ濃度：１０原子％程度の合金が最も
優れており、Ti-Al ２元系合金と較べると酸化増量値で
言って１／１０程度になる。すなわち、第３元素としてＮｂを添加したTi-Al ２元系
合金において、機械的特性、耐酸化性が優れている合金
はＡｌ濃度：４６〜４８原子％、Ｎｂ濃度６〜１０原子
％程度を含有する合金である。なお、この合金を以下
（ｂ）の合金と称す。

【００１２】（ｃ）第３元素としてＣｒを添加したＴｉ
−Ａｌ系合金において、Ａｌ濃度：４２〜５２原子％、
Ｃｒ濃度：１〜７原子％、（残部はＴｉ）の合金の特性
を調査したところ、次のことが明らかになった。
（ａ）、（ｂ）と同様にＡｌ濃度：５０原子％未満の合
金の機械的特性が優れている。更に詳細に言うと、（Ｃｒ添加量が１原子％の場合）Ti-Al ２元系合金と比
較した場合、Ａｌ濃度：４６〜４８原子％の合金は延性
は向上するが強度は向上しない。一方、Ａｌ濃度：４４
原子％以下の合金は強度、延性ともに低下する。これは
Ti-Al ２元系合金と同様にＡｌ濃度の減少に伴ない、α
₂相の割合が増加し過ぎたためと考えられる。（Ｃｒ添加量が２〜５原子％の場合）Ａｌ濃度：４４〜
４８原子％の合金は常温では延性、強度ともTi-Al ２元
系合金を上回る。この合金の主構成相はγ相、α₂相及
びβ相（ｂｃｃ構造）の３相であり、Ａｌ濃度の減少に
伴い第２相であるα₂相及びβ相の割合は増加する。機
械的特性が向上した理由としては、材料因子的にはｂｃ
ｃ構造であり変形性に富むβ相が生成することにより延
性が向上したことが考えられる。また、Ａｌ濃度の減少
に伴いα₂相の割合が増加したため、強度が向上したこ
とが考えられる。なお、β相はTi-Al ２元系で見られた
α₂相増加に伴う延性低下を補い、α₂相が本来もって
いる強度を発揮させる働きをもつことが分かった。但
し、上記合金は８００℃程度以上の高温域では強度は急
激に低下する。これはβ相の高温強度が低いためと考え
られる。（Ｃｒ添加量が７原子％の場合）Ａｌ濃度にかかわらず
強度は低下する。これはＣｒ添加量の増加に伴いγ相、
α₂相に比べると低強度であるβ相の割合が増加するた
めと考えられる。

【００１３】また、この合金の耐酸化性は次の通りであ
る。（Ｃｒ添加量が１原子％の場合）Ti-Al２元系合金と大
差ない。（Ｃｒ添加量が２原子％の場合）Ti-Al２元系合金より
は優れているが、（ｂ）の合金と比べると劣る。すなわち、第３元素としてＣｒを添加したＴｉ−Ａｌ系
合金において、機械的特性、耐酸化性が優れている合金
はＡｌ濃度：４４〜４８原子％、Ｃｒ濃度：２〜５原子
％（残部はＴｉ）を含有する合金である。なお、この合
金は以下（ｃ）の合金と称す。

【００１４】（ｄ）ＣｒとＮｂを添加したＴｉ−Ａｌ系
合金において、Ａｌ濃度：４２〜５２原子％、Ｃｒ濃
度：０〜９原子％、Ｎｂ濃度：０〜１４原子％、（残部
はＴｉ）の合金の特性を調査したところ、特性が優れて
いる組成範囲はＡｌ濃度：４４〜４８原子％、Ｃｒ濃
度：１〜５原子％、Ｎｂ濃度：４〜１０原子％（残部は
Ｔｉ）であり、以下の特徴をもつことが分かった。主構成相は（ｃ）の合金と同様にγ相、α₂相及び
β相の３相であり、Ａｌ濃度が低下するほど第２相であ
るα₂相及びβ相の割合は増加する。延性は（ｃ）の合金とほぼ同等であるが、強度は
（ｃ）の合金より優れており、特に、８００℃以上の高
温域では著しく優れている。この理由としてはβ相に固
溶したＮｂがβ相を固溶強化したことが考えられる。耐酸化性は（ｃ）の合金よりは優れており、（ｂ）
は合金とほぼ同等である。すなわち、Ａｌ濃度：４４〜４８原子％、Ｃｒ濃度：１
〜５原子％、Ｎｂ濃度：４〜１０原子％（残部はＴｉ）
を含有する合金はγ単相合金の問題であった延性、強度
及び耐酸化性をいずれも大幅に改善できることが分かっ
た。また、従来技術の合金と比べた場合においても延性
は大差ないものの、強度及び耐酸化性ではこれを遙かに
凌駕することが分かった。なお、この合金を以下（ｄ）
の合金と称す。

【００１５】（ｅ）（ｄ）の合金に１〜３原子％のＴａ
を添加した合金の特性は次の通りである。主構成相は（ｃ）、（ｄ）の合金と同様にγ相、α
₂相及びβ相の３相である。延性は（ｄ）の合金と比べると若干劣るものの、強
度は（ｄ）の合金よりもさらに優れている。この理由と
しては、Ｎｂと置換しβ相に固溶したＴａがβ相の延性
を若干低下させたが、同時にβ相をさらに固溶強化した
ことが考えられる。耐酸化性は（ｄ）の合金とほぼ同等である。すなわち、Ａｌ濃度：４４〜４８原子％、Ｃｒ濃度：１
〜５原子％、Ｎｂ濃度：４〜１０原子％、Ｔａ濃度：１
〜３原子％を含有する合金は（ｄ）の合金とほぼ同等の
特性をもつが、（ｄ）の合金と較べると強度はさらに優
れており、延性は若干劣ることが分かった。なお、この
合金を以下（ｅ）の合金と称す。

【００１６】本発明は上記知見に基づいてなされたもの
で、（１）Ａｌ濃度：４４〜４８原子％、Ｃｒ濃度：１
〜５原子％、Ｎｂ濃度：４〜１０原子％を含有し、残部
がＴｉからなり、主構成相がγ相、α₂相及びβ相の３
相であることを特徴とするＴｉ−Ａｌ系金属間化合物基
合金（第１合金）、あるいは（２）Ａｌ濃度：４４〜４
８原子％、Ｃｒ濃度：１〜５原子％、Ｎｂ濃度：４〜１
０原子％、Ｔａ濃度：１〜３原子％を含有し、残部がＴ
ｉからなり、主構成相がγ相、α₂相及びβ相の３相で
あることを特徴とするＴｉ−Ａｌ系金属間化合物基合金
（第２合金）である。

【００１７】

【作用】以下、上記Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物基合金を
構成する各成分量の限定理由を各成分の作用と共に説明
する。（１）ＡｌＡｌ濃度が４４原子％未満になるとβ相の割合が必要以
上に増加し過ぎるため強度が低下する。一方、Ａｌ濃度
が４８原子％を越えるとα₂相の割合が必要以上に減少
し過ぎるため、強度、延性とも低下する。（２）Ｃｒ β相を安定化させる働きをもつが、Ｃｒ濃度が５原子％
を越えるとβ相の割合が必要以上に増加し過ぎるため強
度が低下する。一方、Ｃｒ濃度が１原子％未満になると
添加効果が認められなくなる。（３）Ｎｂ強度並びに耐酸化性を向上させる働きをもつが、Ｎｂ濃
度が１０原子％を越えると非常に脆いＮｂ₂Ａｌ相（σ
相）が多量に生成するため延性が低下する。一方、Ｎｂ
濃度が４原子％未満になると添加効果が認められなくな
る。（５）Ｔａ第２合金は強度をさらに向上させる働きをもつが、同時
に若干の延性低下をもたらす。Ｔａ濃度が３原子％を越
えると延性が低下しすぎる。一方、Ｔａ濃度が１原子％
未満になると添加効果が認められなくなる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。純
度９９．９％のＴｉ、純度９９．９９％のＡｌ、純度９
９．９％のＣｒ、純度９９．９％のＮｂ及び純度９９．
９％のＴａを原料として用い、非消耗電極式アーク溶解
炉によって、後記表Ａに示す組成のインゴットを作製し
た。次に、このインゴットを１０００℃で１００時間焼
鈍した後、機械加工により平行部の直径５mm、標点間距
離２２mmの丸棒状引張試験片を切り出して引張試験を実
施した。引張試験は室温及び８００℃の２温度において
破断に至るまで実施した。また、同じインゴットより１
５mm×２０mm×２mmの平板状の酸化試験片を切り出し、
エメリー紙で１０００番まで研磨した後、酸化試験を行
った。試験温度は９００℃であり、大気中で１００時間
保持した後の酸化増量値により耐酸化性を評価した。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】例１〜６はTi-Al ２元系合金の結果である
が、Ａｌ濃度：４６〜４８原子％のものの機械的性質が
優れていることが分かる。またＡｌ濃度：４８原子％と
４６原子％を比較した場合、４６原子％の方が若干強度
は高く、延性は低いが、これは４６原子％の方がα₂相
の割合が多いためと考えられる。例７〜２２はＮｂを添
加したＴｉ−Ａｌ系合金の結果であるが、これより以下
のことが分かる。 ○ Ａｌ濃度についてはTi-Al ２元系合金と同様に４６
〜４８原子％のものの機械的性質が優れている。 ○ Ａｌ濃度：４６〜４８原子％の合金においては、Ｎ
ｂ濃度１０原子％まではＮｂ濃度が多くなるほど強度は
上昇するが延性は逆に低下する。一方、Ｎｂ濃度：１４
原子％では強度、延性ともに低下するが、これはσ相の
割合が多くなったためと考えられる。 ○ 耐酸化性はＮｂ濃度１０原子％の合金が最も優れて
おり、酸化増量値で言ってTi-Al ２元系合金の１／１０
程度である。

【００２３】例２３〜４２はＣｒを添加したＴｉ−Ａｌ
系合金の結果であるが、これより以下のことが分かる。 ○ Ｃｒ濃度が１原子％の合金の場合、Ａｌ濃度４６〜
４８原子％のものの機械的性質が優れているが、Ti-Al
２元系合金と比較した場合、延性は向上するが強度は大
差ない。 ○ Ｃｒ濃度が２〜５原子％の合金の場合、Ａｌ濃度４
４〜４８原子％のものは室温では延性、強度ともTi-Al
２元系合金を上回る。しかしながら、８００℃では強度
は２元系合金と大差なくなる。 ○ Ｃｒ濃度が７原子％合金の場合、Ａｌ濃度に係わら
ず強度はTi-Al ２元系合金よりも低くなる。 ○ 耐酸化性はＣｒ濃度が１原子％の合金でTi-Al ２元
系合金と大差ない。Ｃｒ濃度が２原子％以上の合金では
２元系合金よりは優れているが、Ｎｂ添加合金と比べる
と劣る。

【００２４】例４３〜８０はＣｒとＮｂを添加したＴｉ
−Ａｌ系合金の結果であり、このうち例４３〜５４はＡ
ｌ濃度の、例５５〜６６はＣｒ濃度の、また例６７〜８
０はＮｂ濃度の影響を検討したものである。これらの結
果より以下のことが分かる。 ○ 機械的性質についてはＡｌ濃度は４４〜４８原子％
の合金が、Ｃｒ濃度は１〜５原子％の合金が、またＮｂ
濃度は２〜１０原子％の合金が優れている。 ○ 耐酸化性についてはＡｌ，Ｃｒ濃度の影響は小さ
く、Ｎｂ濃度が主に影響を及ぼしており、Ｎｂ濃度：４
〜１０原子％の合金の特性が優れている。

【００２５】すなわち、機械的特性、耐酸化性ともに優
れている組成はＡｌ濃度：４４〜４８原子％、Ｃｒ濃
度：１〜５原子％、Ｎｂ濃度：４〜１０原子％（残部は
Ｔｉ）であり、例では４５、４６、４７、５１、５２、
５３、５６、５７、５８、６２、６３、６４、６９、７
０、７１、７６、７７、７８である。これらの本発明合
金（第１合金）の特性をTi-Al ２元系合金で特性が優れ
ている合金（例３、４）、Ｎｂを添加したＴｉ−Ａｌ系
合金で特性が優れている合金（例１２、１３、１６、１
７）、Ｃｒを添加したＴｉ−Ａｌ系合金で特性が優れて
いる合金（例２９、３０、３１、３４、３５、３６）と
比較すると以下の通りである。 ○ 室温の破断強度は本発明合金（第１合金）が５３〜
６３kgf/mm²であるのに対し、２元系合金では４５〜４
７kgf/mm²、Ｎｂを添加した合金では５７〜６５kgf/mm
²、Ｃｒを添加した合金では４５〜５６kgf/mm²であ
る。 ○ 室温の延性は本発明合金（第１合金）が１．６〜
２．６％であるのに対し、２元系合金では１．０〜１．
３％、Ｎｂを添加した合金では０．８〜１．２％、Ｃｒ
を添加した合金では１．５〜２．４％である。 ○ ８００℃の破断強度は本発明合金（第１合金）が４
８〜５５kgf/mm²であるのに対し、２元系合金では４０
〜４３kgf/mm²、Ｎｂを添加した合金では５０〜５７kg
f/mm²、Ｃｒを添加した合金では３７〜４３kgf/mm²で
ある。 ○ ８００℃の延性は本発明合金（第１合金）が５．３
〜１０．２％であるのに対し、２元系合金では４．７〜
５．２％、Ｎｂを添加した合金では３．３〜４．５％、
Ｃｒを添加した合金では８．２〜１３．４％である。 ○ ９００℃で１００時間保持した後の酸化増量は本発
明合金（第１合金）が２．５〜４．８mg／cm²であるの
に対し、２元系合金では２５．１〜２６．４mg／cm²、
Ｎｂを添加した合金では２．４〜３．７mg／cm²、Ｃｒ
を添加した合金では１７．５〜２２．８mg／cm²であ
る。

【００２６】すなわち、以上示した実施例より本発明合
金（第１合金）は強度及び耐酸化性はＮｂ添加合金と同
等であり、２元系合金及びＣｒ添加合金より優れている
ことが分かる。また延性はＣｒ添加合金と同等であり、
２元系合金及びＮｂ添加合金より優れていることが分か
る。

【００２７】下記表Ｂの例８１〜１０７はＣｒ，Ｎｂ，
Ｔａを添加したＴｉ−Ａｌ系合金の結果であり、このう
ち例８１〜８６はＡｌ濃度の、例８７〜９１はＣｒ濃度
の、例９２〜９７はＮｂ濃度の、また例９８〜１０７は
Ｔａ濃度の影響を検討したものである。これらの結果よ
り以下のことが分かる。 ○ 機械的性質についてはＡｌ濃度は４４〜４８原子％
の合金が、Ｃｒ濃度は１〜５原子％の合金が、Ｎｂ濃度
は２〜１０原子％の合金が、またＴａ濃度は１〜３原子
％の合金が優れている。 ○ 耐酸化性についてはＡｌ，Ｃｒ，Ｔａ濃度の影響は
小さく、Ｎｂ濃度が主に影響を及ぼしており、Ｎｂ濃度
４〜１０原子％の合金が優れている。

【００２８】

【表４】

【００２９】すなわち、機械的特性、耐酸化性ともに優
れている組成はＡｌ濃度：４４〜４８原子％、Ｃｒ濃
度：１〜５原子％、Ｎｂ濃度：４〜１０原子％、Ｔａ濃
度：１〜３原子％（残部はＴｉ）であり、例では８３、
８４、８５、８８、８９、９０、９４、９５、９６、９
９、１００、１０１、１０４、１０５、１０６である。
これらの本発明合金（第２合金）の特性をTi-Al ２元系
合金で特性が優れている合金（例３、４）、Ｎｂを添加
したＴｉ−Ａｌ系合金で特性が優れている合金（例１
２、１３、１６、１７）、Ｃｒを添加したＴｉ−Ａｌ系
合金で特性が優れている合金（例２９、３０、３１、３
４、３５、３６）、本発明合金（第１合金）（例４５、
４６、４７、５１、５２、５３、５６、５７、５８、６
２、６３、６４、６９、７０、７１、７６、７７、７
８）と比較すると以下の通りである。

【００３０】○ 室温の破断強度は本発明合金（第２合
金）が６０〜６８kgf/mm²であるのに対し、２元系合金
では４５〜４７kgf/mm²、Ｎｂを添加した合金では５７
〜６５kgf/mm²、Ｃｒを添加した合金では４５〜５６kg
f/mm²、本発明合金（第１合金）では５３〜６３kgf/mm
²である。 ○ 室温の延性は本発明合金（第２合金）が１．２〜
２．０％であるのに対し、２元系合金では１．０〜１．
３％、Ｎｂを添加した合金では０．８〜１．２％、Ｃｒ
を添加した合金では１．５〜２．４％、本発明合金（第
１合金）では１．６〜２．６％である。 ○ ８００℃の破断強度は本発明合金（第２合金）が５
２〜６３kgf/mm²であるのに対し、２元系合金では４０
〜４３kgf/mm²、Ｎｂを添加した合金では５０〜５７kg
f/mm²、Ｃｒを添加した合金では３７〜４３kgf/mm²で
ある。本発明合金（第１合金）では４８〜５５kgf/mm²
である。 ○ ８００℃の延性は本発明合金（第２合金）が４．４
〜８．１％であるのに対し、２元系合金では４．７〜
５．２％、Ｎｂを添加した合金では３．３〜４．５％、
Ｃｒを添加した合金では８．２〜１３．４％、本発明合
金（第１合金）では５．３〜１０．２％である。 ○ ９００℃で１００時間保持した後の酸化増量は本発
明合金（第２合金）が２．６〜５．６mg／cm²であるの
に対し、２元系合金では２５．１〜２６．４mg／cm²、
Ｎｂを添加した合金では２．４〜３．７mg／cm²、Ｃｒ
を添加した合金では１７．５〜２２．８mg／cm²であ
る。本発明合金（第１合金）では２．５〜４．８mg／cm
²である。

【００３１】すなわち、以上示した実施例より本発明合
金（第２合金）は強度は２元系合金、Ｃｒ添加合金、Ｎ
ｂ添加合金及び本発明合金（第１合金）のいずれよりも
優れていることが分かる。一方延性は２元系合金及びＮ
ｂ添加合金よりも優れているが、Ｃｒ添加合金及び本発
明合金（第１合金）よりは劣ることが分かる。また、耐
酸化性はＮｂ添加合金及び本発明合金（第１合金）と同
等であり、２元系合金及びＣｒ添加合金より優れている
ことが分かる。

【００３２】以下、参考のため、表Ａ及び表Ｂのうちの
代表的な例の金属組織を示す走査電子顕微鏡写真をあ
げ、金属組織の差異を説明する。図１はTi-Al ２元系合
金の例４の金属組織を示す走査型電子顕微鏡写真であ
り、ここで黒っぽく見える母相はγ相であり、針状にみ
える相はα₂相である。図２はＮｂを添加したＴｉ−Ａ
ｌ系合金の例１７の金属組織を示す走査型電子顕微鏡写
真であり、ここで黒っぽく見える母相はγ相であり、針
状にみえる相はα₂相であり、またα₂相に付着してい
る白い微小な相はσ相である。図３はＣｒとＮｂを添加
したＴｉ−Ａｌ系合金の例４７（本発明の第１合金）の
金属組織を示す走査型電子顕微鏡写真であり、ここで黒
っぽく見える母相はγ相であり、針状にみえる相はα₂
相であり、また白い相はβ相である。図４はＣｒとＮｂ
とＴａを添加したＴｉ−Ａｌ系合金の例９５（本発明の
第２合金）の金属組織を示す走査型電子顕微鏡写真であ
り、ここで黒っぽく見える母相はγ相であり、針状にみ
える相はα₂相であり、また白い相はβ相である。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、高強
度で延性に富み、また耐酸化性も優れ、航空機用エンジ
ン、発電用ガスタービン等の性能向上を図ることができ
る等、産業上極めて有用なＴｉ−Ａｌ系金属間化合物基
合金を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ti-Al２元系合金の一例の金属組織を示す走査
型電子顕微鏡写真。

【図２】Ｎｂを添加したＴｉ−Ａｌ系合金の一例の金属
組織を示す走査型電子顕微鏡写真。

【図３】ＣｒとＮｂを添加したＴｉ−Ａｌ系合金（本発
明の第１合金）の一例の金属組織を示す走査型電子顕微
鏡写真。

【図４】ＣｒとＮｂとＴａを添加したＴｉ−Ａｌ系合金
（本発明の第２合金）の一例の金属組織を示す走査型電
子顕微鏡写真。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ濃度：４４〜４８原子％、Ｃｒ濃
度：１〜５原子％、Ｎｂ濃度：４〜１０原子％を含有
し、残部がＴｉからなり、γ相、α₂相及びβ相を主構
成相とすることを特徴とするＴｉ−Ａｌ系金属間化合物
基合金。
【請求項２】Ａｌ濃度：４４〜４８原子％、Ｃｒ濃
度：１〜５原子％、Ｎｂ濃度：４〜１０原子％、Ｔａ濃
度：１〜３原子％を含有し、残部がＴｉからなり、γ
相、α₂相及びβ相を主構成相とすることを特徴とする
Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物基合金。