JPH11193431A - 精密鋳造用チタンアルミナイド及びその製造方法 - Google Patents

精密鋳造用チタンアルミナイド及びその製造方法

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JPH11193431A
JPH11193431A JP9366930A JP36693097A JPH11193431A JP H11193431 A JPH11193431 A JP H11193431A JP 9366930 A JP9366930 A JP 9366930A JP 36693097 A JP36693097 A JP 36693097A JP H11193431 A JPH11193431 A JP H11193431A
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JP
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titanium aluminide
precision casting
casting
present
tial
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Sadao Nishigori
貞郎 錦織
Satoshi Takahashi
聰 高橋
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 常温延性、成形加工性、および鋳造性に優
れ、かつ、高いクリープ強度を有した精密鋳造用チタン
アルミナイド及びその鋳造方法を提供するものである。 【解決手段】 化学組成が、Al:33.5〜34.5
wt%、Fe:1.5〜2.0wt%、V:1.5〜
2.0wt%、B:0.05〜0.10wt%、残部が
Ti及び不可避不純物からなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、精密鋳造用チタン
アルミナイド及びその製造方法に係り、特に、クリープ
強度が高いFe,Vを含む精密鋳造用チタンアルミナイ
ド及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】チタンアルミナイド(TiAl合金)
は、軽量で、かつ、高温強度および剛性等に優れている
という特長を有しているため、航空機や自動車のエンジ
ンにおける回転部材などの新材料として有望とされてお
り、実用化の機運が高まっている。
【0003】これまでに、TiAl合金にFe、V、B
を添加することで、精密鋳造法による複雑形状部品の鋳
造体の形成を可能とし、また、熱処理の最適化により常
温延性および成形加工性に優れたTiAl合金が開発さ
れている(特願平7−121031号など)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
でのTiAl合金の開発は、常温延性の改善に主眼を置
いていたため、クリープ強度が比較的低く、特に、70
0℃以上でのクリープ特性に難点があった。
【0005】TiAl合金のクリープ特性の改善方法と
しては、TiAl母合金中に第3元素(Mo、Cr、
W、Nb、Taなど)を添加する第3元素添加方法、或
いはTiAl合金中におけるγ相(TiAl)の体積比
率が高くなるように組織の制御を行う組織制御方法など
が一般的である。
【0006】しかし、前者の方法では、TiAl合金の
精密鋳造性を著しく損なうため、複雑形状部品の鋳造体
を形成することができないという問題があった。また、
後者の方法では、TiAl合金の常温延性が0.5%以
下となり、機械加工性が著しく低下するという問題があ
った。
【0007】そこで本発明は、上記課題を解決し、常温
延性、成形加工性、および鋳造性に優れ、かつ、高いク
リープ強度を有した精密鋳造用チタンアルミナイド及び
その鋳造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項1の発明は、化学組成が、Al:33.5〜3
4.5wt%、Fe:1.5〜2.0wt%、V:1.
5〜2.0wt%、B:0.05〜0.10wt%、残
部がTi及び不可避不純物からなるものである。
【0009】請求項2の発明は、化学組成が、Al:3
3.5〜34.5wt%、Fe:1.5〜2.0wt
%、V:1.5〜2.0wt%、B:0.05〜0.1
0wt%、残部がTi及び不可避不純物からなる鋳造体
に、 T(℃)=(1,200+25(Al(at%)−4
4))±10 で定義される温度で5〜20hrの熱処理を施した後、
100±20(℃/hr)の速度で冷却するものであ
る。
【0010】以上の構成によれば、化学組成が、Al:
33.5〜34.5wt%、Fe:1.5〜2.0wt
%、V:1.5〜2.0wt%、B:0.05〜0.1
0wt%、残部がTi及び不可避不純物からなるもので
あるため、常温延性、成形加工性、および鋳造性に優
れ、かつ、高いクリープ強度を有した精密鋳造用チタン
アルミナイドを得ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【0012】本発明者らが鋭意研究した結果、TiAl
合金の常温延性、成形加工性、および鋳造性を損なうこ
となくクリープ強度を高めるための手段として、以下の
ことを見出した。
【0013】 TiAl母合金中に、従来材(特願平
7−121031号に記載されたTiAl合金)と略同
量のFeおよびVを添加して鋳造性を維持すると共に、
Bの添加量を減少させて鋳放し材の結晶粒粗大化を図
る。
【0014】 従来材と比べて、TiAl母合金中に
添加するAl量を全体的に増加させ、γ相の体積比率を
高めると共に、α2 相(Ti3 Al)の体積比率を低く
する。ここで、α2 相が全く析出していないと機械的特
性は弱くなるため、α2 相の析出量を全体の2〜5%に
制御する。
【0015】 機械的特性は結晶粒界の表面積で決定
されるため、TiAl合金の結晶粒界においてセレーシ
ョンが十分に起こるようにすべく、熱処理による組織改
良を図る。
【0016】上述した〜を踏まえ、本発明の精密鋳
造用チタンアルミナイドは、化学組成が、Al:33.
5〜34.5wt%、Fe:1.5〜2.0wt%、
V:1.5〜2.0wt%、B:0.05〜0.10w
t%、残部がTi及び不可避不純物からなるものとす
る。
【0017】尚、従来材においてTiAl母合金中に添
加していたSiは、鋳造性を悪化させる要因となるた
め、本発明においては無添加としている。
【0018】次に、本発明の製造方法を説明する。
【0019】各元素の添加量を調整しながらTiAl母
合金の溶製を行い、化学組成が、Al:33.5〜3
4.5wt%、Fe:1.5〜2.0wt%、V:1.
5〜2.0wt%、B:0.05〜0.10wt%、残
部がTi及び不可避不純物からなる鋳造体を作製する。
【0020】次に、この鋳造体に、 T(℃)=(1,200+25(Al(at%)−4
4))±10 で定義される温度で5〜20hrの熱処理を施し、Ti
Alマトリックス中に細線状のα2 相を極く少量析出さ
せると共に、結晶粒界にセレーションを起こす。
【0021】その後、熱処理後の鋳造体を、100±2
0(℃/hr)の速度で冷却して精密鋳造用チタンアル
ミナイドを作製する。
【0022】すなわち、本発明の精密鋳造用チタンアル
ミナイド及びその製造方法によれば、TiAl母合金中
に添加する元素の量を調整し、TiAl合金からなる鋳
造体に対する熱処理温度および冷却速度を制御している
ため、TiAlマトリックス中に細線状のα2 相が極く
少量析出すると共に、結晶粒界にセレーションが起こ
り、常温延性、成形加工性、鋳造性、クリープ特性に優
れた精密鋳造用チタンアルミナイドを得ることができ
る。
【0023】
【実施例】チタンアルミナイドの2元系状態図を図1に
示す。ここで、図中の横軸はAl含有量(at%)を示
し、縦軸は温度(K)を示している。また、図中におけ
るAl含有量約48at%(約34.2wt%)の実線
は、本発明の精密鋳造用チタンアルミナイドを示し、A
l含有量約46.8at%(約33.1wt%)の点線
は、従来の精密鋳造用チタンアルミナイドを示してい
る。さらに、図中の白丸印は従来の精密鋳造用チタンア
ルミナイド(特願平7−121031号に記載されたT
iAl合金)のα相の各温度における実際のAl成分含
有量を示し、図中の黒丸印は従来の精密鋳造用チタンア
ルミナイドのγ相の各温度における実際のAl成分含有
量を示している。
【0024】図1に示すように、本発明の精密鋳造用チ
タンアルミナイドにおいては、従来材と比べて、TiA
l母合金中に添加するAl量をやや増加させているた
め、2元系状態図におけるてこ関係から分かるように、
約1,570Kにおけるα2 相とγ相の量比(α2
γ)が、従来の精密鋳造用チタンアルミナイドにおいて
はCB/CAであったのに対して、本発明の精密鋳造用
チタンアルミナイドにおいてはDB/DAとなってお
り、TiAlマトリックス中に析出するα2 相が著しく
減少していることがわかる。
【0025】本発明および従来の精密鋳造用チタンアル
ミナイドの組織写真を図2に示す。ここで、図2(a)
は本発明の精密鋳造用チタンアルミナイドの組織のEP
MA観察写真(200倍)を示し、図2(b)は従来の
精密鋳造用チタンアルミナイドの組織のEPMA観察写
真(200倍)を示している。
【0026】従来の精密鋳造用チタンアルミナイドの組
織は、図2(b)に示すように、結晶粒中に、太線状
(図中では白太線で表示)のα2 相(Ti3 Al)が多
量に析出しており、かつ、結晶粒界においてはセレーシ
ョンがあまり起こっておらず、等軸粒が存在する。
【0027】これに対して、本発明の精密鋳造用チタン
アルミナイドの組織は、図2(a)に示すように、結晶
粒界中に、細線状(図中では白細線で表示)のα2
(Ti3 Al)が析出しており、その析出量も従来材と
比べてかなり減少している。
【0028】また、結晶粒界においてはセレーションが
起こっているため、結晶粒同士が鋸刃状に複雑に噛み合
っている。
【0029】本発明および従来の精密鋳造用チタンアル
ミナイドのクリープ特性を図3に示す。ここで、図中の
横軸は破断時間(hr)を示し、縦軸は負荷応力(MP
a)を示している。尚、図中の○を結んだ実線が、本発
明の精密鋳造用チタンアルミナイドを示している。
【0030】図3に示すように、同じ負荷応力における
本発明の精密鋳造用チタンアルミナイドの破断時間は、
従来の精密鋳造用チタンアルミナイドの破断時間と比べ
て10倍以上にもなっている。このことから、結晶粒界
においてセレーションを生じさせ、結晶粒同士を鋸刃状
に複雑に噛み合わせることで、クリープ強度が高くなる
ということがわかる。
【0031】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、TiAl
母合金中に添加する元素の量を調整し、TiAl合金か
らなる鋳造体に対する熱処理温度および冷却速度を制御
することで、TiAlマトリックス中に細線状のα2
が極く少量析出すると共に、結晶粒界にセレーションが
起こり、常温延性、成形加工性、鋳造性、クリープ特性
に優れた精密鋳造用チタンアルミナイドを得ることがで
きるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】チタンアルミナイドの2元状態図である。
【図2】本発明および従来の精密鋳造用チタンアルミナ
イドの組織写真である。
【図3】本発明および従来の精密鋳造用チタンアルミナ
イドのクリープ特性を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C22F 1/00 691 C22F 1/00 691C 692 692A

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化学組成が、 Al:33.5〜34.5wt%、 Fe:1.5〜2.0wt%、 V:1.5〜2.0wt%、 B:0.05〜0.10wt%、 残部がTi及び不可避不純物からなることを特徴とする
    精密鋳造用チタンアルミナイド。
  2. 【請求項2】 化学組成が、 Al:33.5〜34.5wt%、 Fe:1.5〜2.0wt%、 V:1.5〜2.0wt%、 B:0.05〜0.10wt%、 残部がTi及び不可避不純物からなる鋳造体に、 T(℃)=(1,200+25(Al(at%)−4
    4))±10 で定義される温度で5〜20hrの熱処理を施した後、
    100±20(℃/hr)の速度で冷却することを特徴
    とする精密鋳造用チタンアルミナイドの鋳造方法。
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