JPS63247321A - Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物部材の成形法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、粉末冶金法によるＴｉ−Ａ（１！系金金属化
合物部材の成形法に関するもので、特に緻密なＴｉ−Ａ
ｌ系金金属間化合物部材成形法に関する。

［従来の技術およびその問題点］ 従来、Ｔｉ−Ａ（２系金属間化合物（Ｔｉ３Ａｌ、Ｔ　
ｉＡｌ、Ｔ　１Ａ（１）３等）は、優れた高温強度及び
耐酸化性を有することが知られている。しかし、この部
材は、常温および高温で展延性に乏しいので、従来の加
工技術では成形することが困難であり、実用材料に供す
ることができないという問題点があった。

これを解決する手段として、たとえば、Ｔｉ−３７％Ａ
ｌ合金部材（以下、％は重量％を示す。）を側圧付加押
出法等の特別な押出加工方法により実現しようとする試
みがなされているが、実用化に至っていない。

また、他の手段として、特願昭６０−２１３３８６号に
記載されているような、粉末冶金法にょるＴｉ−Ａｌ系
金金属間化合物部材成形法が本発明者らにより提案され
ている。

本発明は、上記した先の出願発明の改良および検討の結
果なされたもので、より一層成形性の優れたＴｉ−Ａｌ
系金金属間化合物部材成形法を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段および作用］上記問題点
を解決するためになされた本発明は、粉末冶金法におい
て、混合された原料粉末を圧縮成形して粉末圧縮体を形
成し、該粉末圧縮体を加熱して塑性加工する処理に着目
して、Ｔｉ−Ａｌ２系金属間化合物を成形することを特
徴とするものであり、本発明の主たる工程を、第１図、
さらに、その変形例を第２図に示す。

（Ｔｉ粉末の製造工程Ｉ） 第１図において、Ｔｉ粉末は、常法の粉末製造法や、鋳
塊等の切削で製作されたものを用いることができ、その
粒度を１１００ＯＬＬ以下に調整したものを用いる。

この場合、必要に応じて、Ｔｉと、Ａ（１！、Ｍｏ。

Ｖ、　　Ｚｒ、　　Ｂ、　　Ｎｂ、　　Ｙ、　Ｍｎ、　
　Ｓｉ、　Ｗなどとの合金粉末を用いてもよい。

（Ａｌ扮末の製造工程■） Ａｌ扮末は、常法の粉末製造法により作られ、望ましく
は、価格の点からガスアトマイズ法がよい。粒度は１０
００μｍ以下に調整し、必要に応じて、Ａｌと、Ｔｉ、
Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ、Ｂ、Ｎｂ。

Ｙ、　Ｍｎ、　　Ｓ　ｉＳＷなどとの合金粉末を用いて
もよい。

（混合工程■） つぎに、上記Ｔｉ粉末とＡｌ粉末とを、Ａｌ１４〜６３
％、Ｔｉ３７〜８６％の割合にて混合機で混合する。

上記のような混合割合にするのは、Ａ（１’が１４％よ
り少、およびＴｉが８６％より多では、所定の金属間化
合物とならず、耐熱性が不十分であり、一方、Ａｌが６
３％より多、およびＴ１が３７％より少でも、Ｔｉ−Ａ
ｌ系の金属間化合物とならないからである。

（脱気工程■） つぎに、混合物を容器に収納して真空ポンプ等により脱
気処理を行う。これは、粉末表面の吸着ガス、吸着水を
除去するとともに、後の工程における酸化を防止するこ
とにある。この脱気処理は、粉末の酸化を防止するため
に真空度１０Ｔｏｒｒ以下で行われることが好ましい。

また、この脱気処理を常温〜５５０℃、さらに望ましく
は４００〜５５０℃で行うと、吸着水、吸着ガスの除去
がより容易となり好ましい。５５０℃を越える場合には
、ＴｉとＡｌとの合金化反応が生じることがある。

（緻密化工程Ｖ） つぎに、上記脱気された混合物を、押出、ホットプレス
、真空ホットプレス、冷間静水圧プレス等を用いて相対
畜産を９５％以上に圧縮し、粉末圧縮体とする。この緻
密化処理は、続く焼結処理において、焼結時のＴｉとＡ
ｌとの合金化反応をより容易とするために行われる。こ
こで相対密度とは、混合物の密度を、完全に緻密化した
場合の密度に対する割合（％）として表したものである
。

また、この緻密化処理は、ＴｉとＡｌとの合金化反応を
発生させないように５５０℃以下で行われる。尚、上記
粉末圧縮体は緻密化しているが、Ｔｉ　−Ａ（１！系金
金属化合物は形成されていない。

（焼結塑性加工工程■） つぎに、上記粉末圧縮体あるいはその一部を５５０〜６
５０℃に加熱して、ＴｉとＡｌとの合金化反応を生じさ
せる。この合金化反応は発熱反応なので、合金化反応が
生じた粉末圧縮体は特に加−熱しなくても１０００℃以
上となる。そして、この熱を利用して熱間鍛造等の塑性
加工を行う。

この焼結塑性加工工程は、例えは上記粉末圧縮体を炉中
で加熱した後に鍛造したり、予め加熱した金型に上記粉
末圧縮体を入れて鍛造したり、あるいは、金型に入れた
上記粉末圧縮体をアーク放電等によって加熱した後に鍛
造することにより行われる。

上記焼結塑性加工工程により、Ｔｉ中にＡｌが拡散しＴ
ｉ−ＡＯ系金金属間化合物形成する。このとき、カーケ
ンドル効果、つまり、Ａ（ｌの拡散により多数の空孔が
発生し空洞となるが、これらの空洞は塑性加工によって
つぶされる。

上記した■から■の処理工程により、Ｔｉ５Ａｌ、Ｔｉ
Ａｌ及びＴｉＡｌ３等の金属間化合物が形成される。

本発明の主たる工程は以上であるが、必要に応じて、第
２図に示す処理を加えてもよい。

（他の金属、合金の粉末製造工程■） Ｔｉ−ｋＱ系金金属間化合物部材必要な添加元素、たと
えば、延性改良に効果のある、Ｍｏ、　　Ｖ。

Ｚｒ、Ｂ、Ｎｂなどを単体または合金粉末としてＴｉ粉
末及びＡｌ粉末と同時に混合する。このとき、各元素の
添加量は、最終金属間化合物の組成でＭｏ１〜５％、■
１〜５％、Ｚｒ１〜５％、Ｂｏ、００５〜３％、Ｎｂ　
　１〜３０％であり、いずれの元素においても下限値以
下では延性改良の効果がみられず、上限値以上では、延
性改良の効果がほぼ飽和し、強度特性も低下する。また
、上記元素の他にＹｏ、１〜５％を加えると上記カーケ
ンダール効果による空孔の発生を抑制し、Ｍｎ０．１〜
５％を加えると上記力−ケンダール効果による空孔の発
生を抑制すると共に延性を改良し、Ｓ　ｉＯ，０５〜５
％、ＷＯ９１〜１０％を加えると耐酸化性が向上する。

（圧縮工程■） 心合工程■後の混合体を冷間静水圧プレスや一軸プレス
を行い、相対密度を６０％〜９５％にする。このとき、
相対密度が６０％以下では、圧縮後に圧縮体としての形
状が保てなく、また、９５％以上では、脱気処理の実効
を得られない。

（真空封入工程■） 脱気処理■後の圧縮体を缶などの容器に真空状態で封入
する。

（鍛造素加工工程Ｘ） 緻密化工程■を経た圧縮体を所望の部品形状又はそれに
近い形状に、冷間または熱間塑性加工、あるいは、機械
加工にて成形する。この段階では、未だＴｉ−Ａｌ系金
金属間化合物形成していないために、容易に加工が行え
るのである。

この処理は、脱気工程後に、所望により、粉末鍛造等で
Ｎｅａｒ　Ｎｅｔ　　５ｈａｐｅにしてもよい。また、
この処理はＴｉとＡｌとの合金化反応が生じないように
５５０℃以下で行う。

（熱処理工程ＸＩ） 焼結塑性加工工程■後に、得られたＴｉ−Ａｌ２系金属
開化合物部材中に存在する合金元素の潤度分布をより均
一にすること、相対密度をより向上させること、あるい
はＴｉ−Ａｌ系金金属間化合物部材疲労特性等の機械的
性質を悪化させる該部材中のＣＱ、ＭｇあるいはＮａの
）震度を減少させることを目的として、上記金属間化合
物を８００℃〜Ｔｉ−Ａｌ合金の固相線温度に加熱する
。この加熱時に周囲雰囲気の圧力を調整してもよい。

例えは、雰囲気圧力をＩＱ−Ｈ１〜０．５　Ｔｏｒｒと
するとＣＱ、　Ｍｇ、　Ｎａの減少に有効であり、２０
０〜５０００ａｔｍとすると金属間化合物の相対密度を
９７％以上とするのに有効である。

（仕上成形工程ＸＩＩ） 高温、高圧処理工程後に、機械加工等により最終製品の
形状に仕上げる。

［発明の効果］ 以上説明したように、粉末圧縮体を加熱し、Ｔ１と八〇
との合金化反応後、ただちに塑性加工する本発明によれ
は、Ｔｉ−Ａ（１！系金金属化合物部材の優れた高温強
度および耐酸化性を活かすとともに、粉末冶金法により
所望の形状に容易に塑性加工成彩することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１ まず、４日メツシュ以下のスポンジＴｉと、４日メツシ
ュ以下のガスアトマイズ法によるＡｌ粉末とを製造し、
これらの粉末を重量分率で６４：３６の割合で、Ｖ型混
合機によって混合した。この粉末を冷間静水圧プレスに
て圧縮成形し、その相対密度を６８％にした。

つぎに、第３図に示すように、圧縮成形体１０をアルミ
ニウム製の缶１１に装入し、缶端部１１ａに脱気用パイ
プ１２を溶接した。この後、バイブ１２に真空ポンプ（
図示省略）を接続して、４５５℃で１時間加熱した状態
で、１Ｏ−１Ｔｏｒｒ以下の真空度まで脱気処理を行っ
た。

つぎに、上記ＩＩ５！気用バイブ１２を圧着することに
より圧縮成形体１０を缶１１内に真空封入した。

この封入後の圧縮成形体１１を押出温度４５０℃、押出
比１２、押出速度２ｍ／分で押出加工を行い、直径４４
ｍｍの押出棒を得た。この押出棒は、Ｔｉ相とＡｌ相と
が混合状態にあり、Ｔｉ−Ａｌ系全金属間化合物相殆ど
みあたらず、また、ＭＡ繊織中空洞は観察されなかった
。

つぎに、押出棒の外周部を被覆しているアルミニウム部
材を切削除去し、直径３８ｍｍφ×長さ５０ｍｍの棒状
ｇＢ材と、した。

つぎに、棒状部材を以下の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の何
れかの方法で焼結鍛造を行った。さらに一部の試料につ
いては、第１表に示す条件で熱処理した。

このようにして得られた焼結部材について判定し、その
結果を第１表にあわせて示す。第１表中で○が付いてい
るものは、カーケンダール効果による空孔がなく相対密
度が９５％以上のものである。×が付いているものは空
孔が観察され相対密度が９５％未満のものであり、Ｔｉ
−Ａ！；！系金属間化合物部材として不適当なものであ
る。尚、第１表には、上記棒状部材を焼結鍛造せずに熱
処理だけを行ったものを比較例として記した。この比較
例は表中には焼結鍛造無しと記した。尚、第１表には参
考のためＸ線回折による結果もあわせて記した。

焼結鍛造方法：第４図ないし第６図に示すように、プレ
スにセットされた上型２０と下型２１とによって上記棒
状部材２２を鍛造しＴｉ−Ａｌ系金属間化合物部村２５
とする。

（Ａ）先ず、棒状部材２２を発熱体３０を有する加熱炉
３１で６５０℃に加熱する（第４図（ａ））。次いで、
加熱された棒状部材２２を下型２１に入れ、鍛造する（
第４図（ｂ））。棒状部材２２は加熱炉３１の加熱で、
ＴＩとＡｌとの合金化反応が開始され、この合金化反応
中に鍛造され、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物部村２５とな
る。

（Ｂ）棒状部材２２を予め７００℃に加熱された下型２
１にセットし鍛造する（第５図）。上記棒状部材２２は
、下型２１の予熱で、ＴＩとＡｌとの合金化反応が開始
され、この合金反応中に鍛造されＴｉ−Ａｌ２系金属間
化合物部村２５となる。

（Ｃ）棒状部材２２を下型２１にセットし、一対の電極
４０ａ、４０ｂのアーク放電により加熱する（第６図）
。この加熱で、ＴｉとＡｌ２との合金化反応が開始され
ると、一対の電極４０ａ、　４０ｂをはずし、この合金
反応中に鍛造し、上記棒状部材２２はＴｉ−Ａ（１！系
金金属化合物部村２５となる。

第１表 第１表より、本実施例の如く、焼結鍛造により得られた
Ｔｉ−Ａｌ系金金属間化合物部材、カーケンドール効果
による空孔の発生が抑制され、緻密となることが確認さ
れた。

実施例２ ４８メツシユ以下のスポンジＴｉと、４８メツシユ以下
のガスアトマイズ法による第３表に示した組成のＡｌ合
金粉末とを製造し、これらの粉末を重量分率で６４：　
３６の割合で、Ｖ型混合機によって混合した。この粉末
を実施例１と同じ工程で焼結鍛造（（Ａ）ないしくＣ）
）まで実施し、続いて、得られた焼結部材をＡｒガス雰
囲気中において１０００°Ｃ，１０００ａｔｍで１時間
の熱処理（ＨＩＰ処理）行った後に、実施例１と同様に
して判定した結果を第２表に示した。尚、表中における
焼結鍛造方法及び結果の項に用いられる印は実施例１と
同じ意味である。また、比較例として焼結鍛造を行わず
に熱処理のみを行ったものを第２表中に焼結鍛造無しと
して記した。

粉末とＡｌ合金粉末とを用い焼結鍛造により得られたＴ
ｉ−Ａｌ系金金属間化合物部材、上記実施例１と同じく
カーケンドール効果による空孔の発生が抑制され、ｙ！
密となることが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の成形法を示す工程図、第２図は第１図
の変形例を示す工程図、第３図は本発明の実施例による
工程を説明する説明図、第４図ないし第６図は焼結鍛造
工程を説明する説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ａｌ１４〜６３重量％、Ｔｉ３７〜８６重量％の割合で
   、ＡｌおよびＴｉの粉末を混合し、該混合物を脱気し、 該脱気された混合物の相対密度を９５％以上に圧縮して
   粉末圧縮体を形成し、 該粉末圧縮体を、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物を形成する
   温度に加熱し、 該加熱された粉末圧縮体を塑性加工することを特徴とす
   るＴｉ−Ａｌ系金属間化合物部材の成形法。