JPS62215B2

JPS62215B2 -

Info

Publication number: JPS62215B2
Application number: JP59161601A
Authority: JP
Inventors: Takenori Hashimoto; Haruo Doi; Tokuzo Tsujimoto; Osamu Nakano; Minoru Shinki
Original assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
Current assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
Priority date: 1984-08-02
Filing date: 1984-08-02
Publication date: 1987-01-06
Also published as: JPS6141740A; US4661316A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は軽量の耐熱材料として有望な金属間化
合物TiAl基耐熱合金に関する。更に詳しくは常
温延性を改善した金属間化合物TiAl基耐熱合金
に関する。従来技術チタンとアルミニウム２元系において、アルミ
ニウムが約35〜60重量％に亘つて結晶構造がLI₀
である金属間化合物TiAl（以下TiAl相と言う）
が存在することは知られている。このTiAl相は
次の特徴を持つている。 (1)軽い。(2)高温における耐酸化性が良い。(3)温
度上昇と共に強度が増加し、約700℃で最大とな
る。(4)高温クリープ特性が良い等の優れた特性を
もつている。しかし、常温延性に乏しいこと、及び高温にお
ける加工速度依存性が強いことの問題点を持つて
いるため、実用化されていない。最近、常温延性を改善したものとして、Ti―
34.1重量％Al―34重量％Ｖ合金（米国特許第
4294615号）及びTi―41.7重量％Al―10重量％Ag
合金（特開昭58−123847号公報）が知られてい
る。しかし、これらのいずれの合金も常温延性は
改善されたが、強度が十分でない欠点を有する。発明の目的本発明の目的は、TiAl相をベースとした金属
間化合物TiAl基合金の強度などの優れた性質を
損わずに延性を改善したTiAl基耐熱合金を提供
するにある。発明の構成本発明者は前記目的を達成せんと鋭意研究の結
果、アルミニウム30〜36重量％含む金属間化合物
TiAlをベースとしたものに、マンガンまたはマ
ンガン合金を添加すると、TiAl相の特性は損わ
ずに、常温延性が著しく向上することを見出し、
この知見に基いて本発明を完成した。従来の知見によれば、チタンとアルミニウム２
元系合金では、アルミニウム含有量が26〜35重量
％の範囲において、TiAl相と結晶構造がDO₁₉で
ある金属間化合物Ti₃Al（以下単にTi₃Al相と言
う）の２相合金となる。本発明者はこのTiAl基合金において、Al含有
量の変化に伴う組織及び機械的性質を調べた。そ
の結果、アルミニウム含有量30重量％より少くな
ると、Ti₃Al相が多くなつて脆くなり、36重量％
より多くなるとTi₃Al相がなくなり、組織が粗大
する。アルミニウム含有量が30〜36重量％、好ま
しくは31〜35重量％の場合はTiAl相がTi₃Al相よ
り多量になり、組織は微細化し、かつ延性が向上
することを見出した。しかし、TiAl相とTi₃Alの
結合力は十分ではなく、この点を改善すれば延性
は更に向上すると考えた。そこで、第３元素を添
加することによつて結合力の改善を試みた。第３
元素としてマンガン、ニオブ、ジルコニウム、バ
ナジウムを選び、これを添加してその組織及び機
械的性質を調べた。その結果、これら第３元素の
添加は焼鈍双晶量を増加させ、組織を更に微細化
する効果を有するが、特にマンガンを0.1重量％
以上添加すると、TiAl相とTi₃Al相間の結合力を
改善するばかりでなく、合金の特性を更に向上さ
せること。また、マンガンが５重量％を超えると
組成がTi₃Al₃Mn₂の化合物が生成し、延性を再び
悪化させることがわかつた。すなわち、マンガン
を0.1〜5.0重量％添加すると機械的強度を損わ
ず、延性を改善し得られることがわかつた。この知見に基いて本発明を完成したのである。本発明の要旨はチタン60〜70重量％及びアルミ
ニウム30〜60重量％からなる金属間化合物TiAl
をベースとした合金にマンガンを0.1〜5.0重量％
添加したものからなる金属間化合物TiAl基耐熱
合金にある。本発明のTiAl基耐熱合金はマンガンを0.1〜5.0
重量％を添加するほか、これに固溶するジルコニ
ウム、ニオブ、タングステン、モリブデン、炭素
などの元素を固溶してもよい。また、マンガンは
マンガン合金として添加してもよい。発明の効果本発明の金属間化合物TiAl基耐熱合金は、マ
ンガンを特定範囲の量の添加により、延性が改善
されると共に、TiAl相の持つ本来の特性を発揮
し得られ、高温強度の優れたものである。実施例
として示した合金における500℃以上の比強度
は、代表的ニツケル基耐熱合金であるINCO713C
をしのいでいる。従来、航空機用エンジンなどにおいて600℃以
上の温度ではニツケル基耐熱合金が使用されてき
たが、これに代え本発明の合金を使用すれば、航
空機用エンジンの軽量化と高性能化をなし得るも
のと考える。実施例純度99.7％のスポンジチタン、純度99.99％の
アルミニウム、純度99.99％のマンガンを使用し
て作成したTi―33.3重量％Al―2.1重量％Mn合金
から、大きさが３mm角、高さ6.8mmの試験片、お
よび長さ24mm、厚さ2.5mm、巾５mmの短冊状試験
片を切り出し、前者の試験片を用いて圧縮試験、
短冊状試験片を用いて３点曲げ試験を行つた。圧縮試験および３点曲げ試験結果はそれぞれ、
表１、２および表３に示す通りであつた。なお、
合金作成には、前記原料を所定量秤量し、プレス
で径40mm、高さ約50mmのブリケツトとし、これを
水冷銅ルツボ、タングステン電極、アルゴン雰囲
気を用いてアーク溶解した。圧縮試験結果のうち、破断強さとしては試験片
にクラツクが生じた時の荷重を断面積で除した値
をとつた。圧縮率としては次の値を用いた。〔（試
験片の初期高さ）−（クラツクが入つた時の試験片
の高さ）〕÷（試験片の初期高さ）×100。比較のため、同一条件で作成したTi―34.8重量
％Al―3.4重量％Ｖ合金（以下米国特許合金と言
う）、Ti―34.0重量％Al合金（Ti₃Alを含むTiAl
基２相合金）およびTi―37重量％Al合金（TiAl
単相合金）の圧縮試験を行つた。その結果は表２
に示す通りであつた。

【表】

【表】曲げ試験結果のうち、破断強さとしては、試験
片にクラツクが生じた時の荷重Ｆを用いて、次式
で与えられる値をとつた。〔1.5F×ｌ÷（Ｗ×
t²）〕、ここでＷ、ｔおよびｌはそれぞれ試験片の
巾、厚さおよび３点曲げ試験治具（第１図に示
す）の支点の間隔である。たわみ量は、荷重開始
直前から破断荷重まで荷重点（第１図に示す）が
移動した距離である。比較のために表３には、同一条件で作成した
TiAl単相合金（前出）、Ti₃Alを含むTiAl基２相
合金（前出）および米国特許合金（前出）の室温
３点曲げ特性を併記した。

【表】前記の表１と表２に示す結果の比較、および表
３の結果から明らかなように、本発明のマンガン
添加による延性の向上および強さの改善は著しい
ことが判る。また米国特許合金に比較して、延性
の向上は同等であるものの、破断強さは一段と向
上していることが判る。なお、３点曲げ試験に用いた治具及び試験片は
第１図に示す通りのものであつた。１は試験片
で、厚さ2.5mm、長さ25.0mm、２は試験片の支持
棒（半径2.5mm）で、支持棒間隔16.0mm、３は圧
子で先端半径2.5mmのものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は３点曲げ試験に用いた治具及び試験片
を示す。１：試験片、２：支持棒、３：圧子。

Claims

【特許請求の範囲】

１チタン60〜70重量％及びアルミニウム30〜36
重量％からなる金属間化合物TiAlをベースとし
た合金に、マンガンを0.1〜5.0重量％添加したも
のからなる金属間化合物TiAl基耐熱合金。