JPH0711369A

JPH0711369A - 高延性ＴｉＡｌ基金属間化合物の多結晶体

Info

Publication number: JPH0711369A
Application number: JP24230691A
Authority: JP
Inventors: Masao Takeyama; 雅夫竹山; Toshiyuki Hirano; 敏幸平野
Original assignee: National Research Institute for Metals
Current assignee: National Research Institute for Metals
Priority date: 1991-08-29
Filing date: 1991-08-29
Publication date: 1995-01-13
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JP2829372B2

Abstract

(57)【要約】【構成】ＴｉＡｌ−γおよびＴｉ₃Ａｌ−α₂の２相
層状組織、もしくはＴｉＡｌ−γの単相組織を有し、Ｔ
ｉ−４５〜５４原子％Ａｌの組成からなり、結晶粒形態
が結晶成長方向に沿って長く伸びた柱状晶組織を形成し
てなる高延性ＴｉＡｌ基金属間化合物の多結晶体。【効果】強度とともに、延性も優れたものとなる。４
％以上の常温延性が実現される。また、製造も容易であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】この発明は、高延性ＴｉＡｌ基金
属化合物の多結晶体に関するものである。さらに詳しく
は、この発明は、引張強度とともに延性に優れ、航空宇
宙材料、その他の軽量高比強度構造材料等として有用
な、製造容易な高延性ＴｉＡｌ基金属間化合物多結晶体
に関するものである。

【従来の技術とその課題】従来より、軽量高比強度な新
しい構造用材料として高延性ＴｉＡｌ系金属間化合物が
注目されており、その特性の向上と、応用の拡大につい
ての検討が精力的に進められてきている。特に、このＴ
ｉＡｌ系金属間化合物は、低比重（3.8 ｇ／cm³）であ
り、比強度が大きく、耐酸化性に優れ、さらには高剛性
でもあることから、航空宇宙の飛翔体用構造材料として
の実用化が期待されているものでもある。このように
期待の大きな材料ではあるが、従来の金属間化合物とし
てのＴｉＡｌ基化合物の場合には常温での延性が乏しい
ために実用化への道のりはいまだ遠いのが実情であっ
た。実際、実用化のためには、室温での常温延性が少な
くとも３％は必要であると考えられているが、ＴｉＡｌ
の２元素ではせいぜい２％程度にとどまり、第３成分元
素をさらに加えたものでも、最高３％程度にしかすぎ
ず、常温延性が４％を超えるものはいまだ実現されてい
なかった。第３成分元素の添加とともに、恒温鍛造や押
し出し、引き抜きなどの加工熱処理による組織の微細化
による延性改善も試みられているが、大変に面倒な操作
が必要であって、しかも延性は４％を超えることはなか
った。一方、これらの組織制御の検討から、化学量論組
成のＴｉ−５０％ＡｌからわずかにＴｉ−リッチ側に属
するＴｉ₃Ａｌ／ＴｉＡｌの２相層状組織を有する単結
晶様結晶体は、常温で１０％以上の伸びを示すことが見
出されている。しかしながら、この場合には、その機械
的性質は応力軸に対するＴｉ₃Ａｌ／ＴｉＡｌ２相の層
状構造の方位に強く依存し、延性の大きな方向では逆に
引張り強度が著しく弱いという欠点があった。しかもこ
の単結晶様組織は、製造が容易でないなどの欠点もあっ
た。このため、強度の低下をともなうことなく、優れた
強度と延性を両立させ、しかも製造が容易に可能な、Ｔ
ｉＡｌ基金属間化合物の実現が強く望まれていた。この
発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであ
り、従来材料の欠点を解消し、強度とともに延性に優
れ、しかも製造容易な新しい高延性ＴｉＡｌ基金属間化
合物を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、ＴｉＡｌ−γおよびＴｉ₃Ａｌ
−α₂の２相層状組織、もしくはＴｉＡｌ−γの単相組
織を有し、Ｔｉ−４５〜５４％（原子）Ａｌの組成から
なり、所望により３原子％までのＭｎ，Ｃｒ，Ｖおよび
Ｎｂの１種以上をさらに添加してもよく、結晶粒形態が
結晶成長方向に沿って長く伸びた柱状晶組織を形成して
なることを特徴とする高延性ＴｉＡｌ基金属間化合物の
多結晶体を提供する。また、この発明は、前記の多結晶
体について、柱状晶組織の結晶粒の長手方向と幅との長
さの比（アスペクト比）が約１０以上としてなること
や、常温延性が４％以上としてなることをその一つの態
様としている。そして、このようなこの発明の多結晶体
は、いわゆる浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）などの適宜な手
段での一方向性凝固により容易に製造することができ
る。なお、この発明の多結晶体では、前記の通り、Ｔｉ
に対して４５〜５４原子％のＡｌを構成要件としている
が、所要の強度と、延性を有する多結晶体であることを
必須としている。もちろん、この組成比の上限、下限
は、いわゆる臨界的なものとして考えることは必要では
ない。概略の制限として理解されるべきである。そこ
で、以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明の多結
晶について説明する。

【実施例】光学式浮遊帯域溶融装置を用いて、（ａ）Ｔｉ−４８原子％Ａｌ（ｂ）Ｔｉ−５０原子％Ａｌ（ｃ）Ｔｉ−５２原子％Ａｌの組成からなる３種の合金について、５mm／ｈ、２４mm
／ｈおよび７０mm／ｈの速度で一方向凝固結晶棒を作製
し、その組織および引張特性について評価した。その結
果、以下の通りの結果となった。結晶組織について・成長速度５mm／ｈの場合；前記（ａ）（ｂ）の組成の
場合には、図１および図２にも示したように、ＴｉＡｌ
−γおよびＴｉ₃Ａｌ−α₂の２相からなる層状の単結
晶様組織となり、多結晶体は得られない。一方、前記
（ｃ）の組成の場合には、単結晶様組織とはならず、Ｔ
ｉＡｌ−γ単相の多結晶体となった。・成長速度２４mm／ｈの場合；（ａ）（ｂ）（ｃ）のい
ずれの場合も多結晶体となる。そして、（ａ）（ｂ）の
結晶粒は、若干成長方向に伸びた形状を示し（アスペク
ト比約２）、（ａ）組成においては、ＴｉＡｌ−γ／Ｔ
ｉ₃Ａｌ−α₂の層状組織を有し、その方向は、成長方
向に対して粒毎に相違している。（ｂ）組成は、ほぼ同
様の組織を有しているが、ＴｉＡｌ−γ単相粒も存在し
ている。一方、（ｃ）の場合には、γ単相であり、
（ｂ）（ｃ）に比べてかなり柱状結晶の様相を示してい
る。・成長速度７０mm／ｈの場合；（ａ）組成のものは、結晶粒のアスペクト比が成長方向
に沿って２０以上の柱状粒からなる多結晶体となり、各
々の結晶粒は、γ／α₂２相の層状組織を有している。
また、層状方向は粒毎に相違している。（ｂ）組成のものもほぼ同様であるが、層状粒とγ単相
粒が混在した多結晶体となっている。延性および強度について以上の各種の組織を有する試料について、インストロン
型試験器にて引張試験を行い、延性および強度について
評価した。図３に示したように、前記（ａ）の組成につ
いて、７０mm／ｈの速度で成長させて得た、柱状粒を有
し、かつ、ＴｉＡｌ−γ／Ｔｉ₃Ａｌ−α₂２相の層状
構造を有する金属間化合物多結晶体の場合には、常温引
張り伸びは、4.3 ％以上にもなった。また、引張り強度
も良好であった。また、（ｃ）組成についても、延性の
向上が確認された。

【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、強度とともに常温延性にも優れ、しかも製造容易な
ＴｉＡｌ基金属間化合物が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】合金組成と成長速度とを変化させて得られた結
晶の光学顕微鏡組織である。

【図２】アルミニウム含有量と成長速度とを変化させて
得られた結晶の結晶組織の分類図である。

【図３】アルミニウム含有量と成長速度とを変化させて
得られた延性と強度の特性図である。

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【手続補正書】

【提出日】平成５年９月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＴｉＡｌ−γおよびＴｉ₃Ａｌ−α₂の
２相層状組織、もしくはＴｉＡｌ−γの単相組織を有
し、Ｔｉ−４５〜５４原子％Ａｌの組成からなり、結晶
粒形態が結晶成長方向に沿って長く伸びた柱状晶組織を
形成してなることを特徴とする高延性ＴｉＡｌ基金属間
化合物の多結晶体。
【請求項２】３原子％までのＭｎ，Ｃｒ，ＶおよびＮ
ｂの１種以上を添加してなる請求項１の多結晶体。
【請求項３】柱状晶組織の結晶粒の長手方向と幅との
長さの比（アスペクト比）が約１０以上である請求項１
または２の多結晶体。
【請求項４】常温延性が４％以上である請求項１，２
または３の多結晶体。
【請求項５】一方向性凝固により製造してなる請求項
１，２，３または４の多結晶体。