KR20210084762A - Titanium aluminium alloy with improved high temperature characteristrics - Google Patents
Titanium aluminium alloy with improved high temperature characteristrics Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210084762A KR20210084762A KR1020190176554A KR20190176554A KR20210084762A KR 20210084762 A KR20210084762 A KR 20210084762A KR 1020190176554 A KR1020190176554 A KR 1020190176554A KR 20190176554 A KR20190176554 A KR 20190176554A KR 20210084762 A KR20210084762 A KR 20210084762A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- titanium
- aluminum
- present
- less
- alloy
- Prior art date
Links
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 8
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title abstract description 9
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 40
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 229910004349 Ti-Al Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910004692 Ti—Al Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910021330 Ti3Al Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000003562 lightweight material Substances 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020015 Nb W Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006281 γ-TiAl Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/003—Alloys based on aluminium containing at least 2.6% of one or more of the elements: tin, lead, antimony, bismuth, cadmium, and titanium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
Abstract
Description
본 발명은 고온 특성이 향상된 티타늄-알루미늄계 합금에 관한 것이다.The present invention relates to a titanium-aluminum-based alloy having improved high-temperature properties.
고온에서 기계적 특성이 우수한 Ni계 초내열합금(superalloy)은 항공 분야, 자동차 산업, 절감 및 첨단 무기체계 등 다양한 분야에 사용되어 왔다. 최근에는, 중고온대(600℃ ~ 1000℃)에서 사용되는 부품들의 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 경량화 재료에 대한 수요가 증가하고 있다.Ni-based superalloys with excellent mechanical properties at high temperatures have been used in various fields such as aviation, automobile industry, energy saving and advanced weapon systems. Recently, there is an increasing demand for new lightweight materials that can improve the performance of parts used in medium and high temperatures (600° C. to 1000° C.).
타이타늄-알루미늄계(TiAl 또는 Ti-Al) 합금은 차세대 경량내열재료로서 주목받고 있는 금속간화합물(intermetallic compound)의 일종으로 Ti3Al을 10％ 정도 포함하고 있는 2상(two-phase)합금이다.A titanium-aluminum-based (TiAl or Ti-Al) alloy is a type of intermetallic compound that is attracting attention as a next-generation lightweight heat-resistant material, and is a two-phase alloy containing about 10% of Ti3Al.
통상적인 용해응고법으로 제조하면 TiAl(γ)+Ti3Al(α2)의 2상으로 이루어지는 층상조직(lamellar structure)의 잉고트(ingot)를 얻게 된다.When manufactured by a conventional solution and coagulation method, an ingot having a lamellar structure consisting of two phases of TiAl(γ)+Ti3Al(α2) is obtained.
Ti-Al계 금속간화합물은 Ni계 초내열합금에 비해 밀도가 절반 정도로 낮으며, 우수한 비강도와 고온강도 등을 지니고 있고, 특히, 중고온대에서 우수한 크립 특성을 나타내고 있어 선진국에서 경량화 재료로서 주목받고 있다.Ti-Al-based intermetallic compounds have a density of about half that of Ni-based superalloys, have excellent specific strength and high-temperature strength, and, in particular, have excellent creep properties in medium and high temperatures, attracting attention as a lightweight material in developed countries. have.
하지만, Ti-Al계 금속간화합물은 고유 특성상 복잡한 결정구조 때문에 소성변형이 어려운 재료로 분류되어 취성을 나타내는 단점을 갖고 있으므로, Ti-Al계 금속간화합물을 상용화 및 첨단 무기체계에 적용하기 위해서는 우수한 고온 강도와 크리프 저항성을 유지함과 동시에 상온 연성을 개선하는 것이 필요하다.However, since Ti-Al-based intermetallic compounds are classified as materials that are difficult to plastically deform due to their intrinsic characteristics and are difficult to plastically deform due to their complex crystal structure, they have the disadvantage of exhibiting brittleness. There is a need to improve room temperature ductility while maintaining high temperature strength and creep resistance.
이러한 이유로 GE(미국)와 롤스로이스(영국)사는 우수한 특성을 갖는 γ-TiAl (4822 45XD, 복합조직, Ge Ti-48Al-2Nb-2Cr, 롤스로이스 Ti-45Al-2Nb-2Mn-08TiB)를 개발하여 항공기 엔진 저압터빈으로 하여 사용하고 있으며, 미쓰비시중공업(일본)과 IHI(일본)은 터보차저의 TiAl 터빈 휠(MHI IHIR24T Ti-46Al-7Nb-07Cr-01Si-02Ni)을 개발하여 자동차 연비 향상에 기여하였다.For this reason, GE (USA) and Rolls-Royce (UK) have developed γ-TiAl (4822 45XD, composite structure, Ge Ti-48Al-2Nb-2Cr, Rolls-Royce Ti-45Al-2Nb-2Mn-08TiB) with excellent properties. As a result, it is used as a low-pressure turbine for aircraft engines. Mitsubishi Heavy Industries (Japan) and IHI (Japan) have developed a turbocharged TiAl turbine wheel (MHI IHIR24T Ti-46Al-7Nb-07Cr-01Si-02Ni) to improve fuel efficiency of automobiles. contributed.
하지만, 금속간 화합물은 일반적으로 상온에서 취약하여 구조용 재료로 적용하기 위하여 최적 합금 설계 및 공정/미세조직 제어를 통한 상온 취성개선 연구가 필요하다.However, intermetallic compounds are generally fragile at room temperature, so in order to apply them as structural materials, research on improving room temperature brittleness through optimal alloy design and process/microstructure control is required.
Ti-Al계 금속간화합물의 경우 철강과 유사한 공석반응을 본질적으로 가지고 있기 때문에 열처리에 따라 조직이 매우 크게 변화한다. 또한, 첨가원소에 따라 상변화가 매우 크기 때문에 최근 상온 연성을 개선시키기 위하여 B, C, Si, Nb, Mo, W, Mn, V, Y 등의 많은 합금원소들을 첨가하는 연구가 진행되고 있으며, β 안정화 원소의 경우 Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Ta, V, W로 β 천이 온도를 낮은 온도로 이동시키고, β상 영역을 넓게 하는 것으로 알려져 있으며, Nb, Mo, W, Ta 의 경우 내산화성을 높이기 위하여 첨가하는 것으로 알려져 있다.In the case of Ti-Al-based intermetallic compounds, their structure changes significantly according to heat treatment because they have an eutectic reaction similar to that of steel. In addition, since the phase change is very large depending on the added element, research is being conducted to add many alloying elements such as B, C, Si, Nb, Mo, W, Mn, V, and Y to improve the room temperature ductility. In the case of β stabilizing elements, Cr, Fe, Mn, Mo, Nb, Ta, V, and W are known to move the β transition temperature to a lower temperature and widen the β phase region, and in the case of Nb, Mo, W, and Ta It is known to be added to increase oxidation resistance.
또한, B와 Si의 경우 결정립을 미세화하여 응고 중 형성된 B 화합물이 결정립계의 이동을 저하시켜 기계적 특성이 향상시키는 효과가 있으며, C는 라멜라 간격을 현저히 감소시켜 크리프 저항 및 고온강도를 향상시킨다고 알려져 있다.In addition, in the case of B and Si, it is known that the B compound formed during solidification by refining the crystal grains reduces the movement of grain boundaries, thereby improving the mechanical properties, and C significantly reduces the lamellar spacing to improve creep resistance and high temperature strength. .
Ti-Al 합금의 특성상 첨가되는 원소에 따라 상변화가 매우 심하고, 열처리에 민감하므로, 합금의 성분조절을 수행하여 결정립 크기를 미세화하고 상온 연성 및 고온 내산화성을 향상시키는 기술이 필요한 실정이다.Due to the characteristics of the Ti-Al alloy, the phase change is very severe depending on the added element and it is sensitive to heat treatment, so there is a need for a technology to refine the grain size by adjusting the composition of the alloy and to improve room temperature ductility and high temperature oxidation resistance.
이와 괸련하여 한국 공개특허 제10-2016-0033096호는 티타늄-알루미늄 합금 부품 제조방법을 개시하고 있고, 구체적으로는 - 42% 내지 49%의 알루미늄; - 005% 내지 15%의 붕소(boron); - 적어도 0.2%의 텅스텐, 레늄(rhenium) 및 지르코늄(zirconium)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소; - 선택적으로, 0% 내지 5%의 크롬(chromium), 니오븀(niobium), 몰리브덴(molybdenum), 실리콘 및 카본으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 원소; - 나머지는 티타늄이고, 알루미늄과 티타늄을 제외한 전체 원소들이 0.25% 내지 12% 사이를 포함하는 분말 성분을 단축 압력과 전류의 동시 인가 처리를 하는 제조방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 문헌에서 개시하고 있는 방법으로 제조된 합금 부품은 700 ℃에서 200 MPa 정도의 크리프 특성을 가져, 고온 특성이 크게 개선되지 못한 문제점이 있다.In this regard, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2016-0033096 discloses a method for manufacturing a titanium-aluminum alloy component, specifically - 42% to 49% aluminum; - 005% to 15% boron; - at least 0.2% of at least one element selected from the group consisting of tungsten, rhenium and zirconium; - optionally, 0% to 5% of at least one element selected from the group consisting of chromium, niobium, molybdenum, silicon and carbon; - The remainder is titanium, and a manufacturing method of simultaneously applying uniaxial pressure and current to a powder component containing between 0.25% and 12% of all elements except aluminum and titanium is disclosed. However, the alloy parts manufactured by the method disclosed in the above literature have a creep property of about 200 MPa at 700° C., so there is a problem in that high temperature properties are not significantly improved.
이에 본 발명의 발명자들은 고온 특성, 특히 고온에서의 인장강도가 크게 개선된 티타늄-알루미늄 합금 조성을 연구하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the inventors of the present invention completed the present invention by studying a titanium-aluminum alloy composition with significantly improved high-temperature characteristics, in particular, tensile strength at high temperatures.
본 발명의 목적은 고온, 예를 들어 900 ℃ 이상에서 특성, 특히 인장강도가 개선된 티타늄-알루미늄계 합금을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a titanium-aluminum-based alloy having improved properties, particularly tensile strength, at high temperatures, for example, 900° C. or higher.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 The present invention for achieving the above object
40 at% 이상 내지 48 at% 이하의 알루미늄(Al);40 at% or more and 48 at% or less of aluminum (Al);
8 at% 이상 내지 10 at% 이하의 니오븀(Nb);8 at% or more to 10 at% or less of niobium (Nb);
을 포함하고,including,
텅스텐(W)과 크롬(Cr)을 이들의 합이 1 at% 초과 내지 3 at% 미만으로 포함하고,Tungsten (W) and chromium (Cr) in a sum of more than 1 at% to less than 3 at%,
잔부로 티타늄(Ti)를 포함하며, 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄-알루미늄계 합금을 제공한다.It includes titanium (Ti) as the balance, and provides a titanium-aluminum-based alloy comprising unavoidable impurities.
본 발명에 따르면, 별도의 열처리 등, 후처리 없이도, 900 ℃ 이상의 고온 환경에서 450 MPa 이상의 인장강도를 갖는 티타늄-알루미늄계 합금을 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect that can provide a titanium-aluminum-based alloy having a tensile strength of 450 MPa or more in a high temperature environment of 900 ° C. or more without a separate heat treatment, etc., without post-treatment.
도 1을 상용 티타늄-알루미늄계 합금의 온도별 인장강도를 보여주는 그래프이고,
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예의 조성으로 제조된 티타늄-알루미늄 합금의 시편 사진이고, 및
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예의 조성으로 제조된 티타늄-알루미늄 합금의 인장강도 측정을 위하여 제조된 시편의 사진이다.1 is a graph showing the tensile strength of a commercial titanium-aluminum-based alloy according to temperature,
2 is a photograph of a specimen of a titanium-aluminum alloy prepared with the composition of Examples and Comparative Examples of the present invention, and
3 is a photograph of a specimen prepared for measuring the tensile strength of a titanium-aluminum alloy prepared with the composition of Examples and Comparative Examples of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Detailed contents for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings below. Regardless of the drawings, like reference numbers refer to like elements, and "and/or" includes each and every combination of one or more of the recited items.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the spirit of the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other components in addition to the stated components.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.
본 명세서에서 달리 정의되지 않는 한, '고온'은 900 ℃ 이상의 온도를 의미한다.Unless otherwise defined herein, 'high temperature' means a temperature of 900 °C or higher.
본 발명에서 'at%'는 원자퍼센트를 의미한다.In the present invention, 'at%' means atomic percent.
본 발명은 the present invention
40 at% 이상 내지 48 at% 이하의 알루미늄(Al);40 at% or more and 48 at% or less of aluminum (Al);
8 at% 이상 내지 10 at% 이하의 니오븀(Nb);8 at% or more to 10 at% or less of niobium (Nb);
을 포함하고,including,
텅스텐(W)과 크롬(Cr)을 이들의 합이 1 at% 초과 내지 3 at% 미만으로 포함하고,Tungsten (W) and chromium (Cr) in a sum of more than 1 at% to less than 3 at%,
잔부로 티타늄(Ti)를 포함하며, 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄-알루미늄계 합금을 제공한다.It includes titanium (Ti) as the balance, and provides a titanium-aluminum-based alloy comprising unavoidable impurities.
이하 본 발명의 티타늄-알루미늄계 합금을 각 성분별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the titanium-aluminum-based alloy of the present invention will be described in detail for each component.
본 발명의 티타늄-알루미늄계 합금은 40 at% 이상 내지 48 at% 이하의 알루미늄(Al)을 포함한다. 본 발명의 합금에서 알루미늄의 함량이 40 at% 미만인 경우에는 베타상이 너무 많아져 고온 물성이 저하되는 문제점이 있고, 48 at%를 초과하는 경우에는 층상조직이 제대로 형성되지 않는 문제점이 있다.The titanium-aluminum-based alloy of the present invention contains 40 at% or more and 48 at% or less of aluminum (Al). When the content of aluminum in the alloy of the present invention is less than 40 at%, there is a problem in that the beta phase is too large and high-temperature properties are deteriorated, and when it exceeds 48 at%, there is a problem in that a layered structure is not properly formed.
다음으로 본 발명의 티타늄-알루미늄계 합금은 8 at% 이상 내지 10 at% 이하의 니오븀(Nb)을 포함한다. 니오븀은 β 안정화를 위하여 첨가되는 원소로, 합금의 강도와 내산화성을 향상시킬 수 있다. 이때, 니오븀이 8 at% 미만으로 포함되는 경우에는 고온강도가 충분히 개선되지 않는 문제점이 있고, 10 at%를 초과하여 포함되는 경우에는 합금의 무게가 증가하며 용해가 균일하게 되지 않는 문제점이 있다.Next, the titanium-aluminum-based alloy of the present invention includes 8 at% or more to 10 at% or less of niobium (Nb). Niobium is an element added for β stabilization, and can improve the strength and oxidation resistance of the alloy. At this time, when niobium is included in less than 8 at%, there is a problem that the high-temperature strength is not sufficiently improved, and when it is included in more than 10 at%, the weight of the alloy increases and dissolution is not uniform.
본 발명의 티타늄-알루미늄계 합금은 텅스텐과 크롬을 포함하되, 이들의 합이 1 at% 초과 내지 3 at% 미만의 함량으로 포함된다. 텅스텐과 크롬은 통상적으로 내연화성 향상제로 사용되는 물질로, 이를 포함함으로써, 후열처리 등의 후처리를 수행하지 않아도, 고온에서의 인장강도가 향상되는 장점이 있다. 다만, 텅스텐과 크롬의 합이 1 이하의 at%로 포함되는 경우에는 고온강도가 충분히 개선되지 않는 문제점이 있고, 3 이상의 at%로 포함되는 경우에는 합금의 무게가 증가하며 용해가 균일하게 되지 않는 문제점이 있다.The titanium-aluminum-based alloy of the present invention includes tungsten and chromium, but the sum thereof is included in a content of more than 1 at% to less than 3 at%. Tungsten and chromium are materials commonly used as softening resistance improvers, and by including them, there is an advantage in that tensile strength at high temperature is improved without performing post-treatment such as post-heat treatment. However, when the sum of tungsten and chromium is contained in at% of 1 or less, there is a problem that the high-temperature strength is not sufficiently improved, and when it is contained in at% of 3 or more, the weight of the alloy increases and the dissolution is not uniform. There is a problem.
한편 본 발명의 티타늄-알루미늄계 합금은 0.1 at% 이상 내지 0.2 at% 이하의 함량으로 탄소(C)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 탄소는 크립성 향상제로 포함되며, 이를 포함함으로써, 후열처리 등의 후처리를 수행하지 않아도, 고온에서의 인장강도가 향상되는 장점이 있다. 다만, 탄소가 0.1 at% 미만으로 포함되는 경우에는 고온에서의 인장강도 향상 효과가 미미한 문제점이 있고, 탄소의 함량이 0.2 at%를 초과하는 경우에는 석출물의 형성으로 조직이 불균질해지는 문제점이 있다.Meanwhile, the titanium-aluminum-based alloy of the present invention preferably further contains carbon (C) in an amount of 0.1 at% or more to 0.2 at% or less. Carbon is included as a creep improving agent, and by including it, there is an advantage in that the tensile strength at high temperature is improved without performing post-treatment such as post-heat treatment. However, when the carbon content is less than 0.1 at%, there is a problem that the effect of improving the tensile strength at high temperature is insignificant, and when the carbon content exceeds 0.2 at%, there is a problem that the structure becomes heterogeneous due to the formation of precipitates. .
다음으로, 본 발명의 티타늄-알루미늄계 합금은 0.3 at% 이상 내지 0.5 at% 이하의 규소(Si)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 규소는 결정립 미세화 및 크리프 저항성 향상을 위하여 도입되는 성분으로, 이를 포함함으로써, 후열처리 등의 후처리를 수행하지 않아도, 고온에서의 인장강도가 향상되는 장점이 있다. 다만, 규소가 0.3 at% 미만으로 포함되는 경우에는 고온에서의 인장강도 향상 효과가 미미한 문제점이 있고, 규소의 함량이 0.5 at%를 초과하는 경우에는 석출물의 형성으로 조직이 불균질해지는 문제점이 있다.Next, the titanium-aluminum-based alloy of the present invention preferably further comprises 0.3 at% or more to 0.5 at% or less of silicon (Si). Silicon is a component introduced for grain refinement and creep resistance improvement, and by including it, there is an advantage in that the tensile strength at high temperature is improved without performing post-treatment such as post-heat treatment. However, when the silicon content is less than 0.3 at%, there is a problem that the effect of improving the tensile strength at high temperature is insignificant, and when the silicon content exceeds 0.5 at%, there is a problem in that the structure becomes heterogeneous due to the formation of precipitates. .
본 발명의 티타늄-알루미늄계 합금은 텅스텐과 크롬을 포함하고, 이때 텅스텐의 함량은 1 at% 이상인 것이 바람직하다. 텅스텐의 함량이 1 at% 미만인 경우에는 고온강도가 충분히 개선되지 않는 문제점이 있다.The titanium-aluminum-based alloy of the present invention includes tungsten and chromium, wherein the content of tungsten is preferably 1 at% or more. When the content of tungsten is less than 1 at%, there is a problem in that high-temperature strength is not sufficiently improved.
또한, 본 발명의 티타늄-알루미늄계 합금은 텅스텐과 크롬을 동일한 함량으로 포함하는 것이 바람직하며, 텅스텐과 크롬이 동일한 함량으로 포함됨으로써, 고온에서의 인장강도가 크게 개선되는 효과가 있다.In addition, the titanium-aluminum-based alloy of the present invention preferably includes tungsten and chromium in the same content, and by including tungsten and chromium in the same content, there is an effect that the tensile strength at high temperature is greatly improved.
본 발명의 티타늄-알루미늄계 합금은 상기와 같은 조성을 포함함으로써 고온, 예를 들어 950 ℃ 이상의 온도에서 450 MPa 이상의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 합금은 이와 같은 특성을 가짐으로써, 고온 환경에 노출되는 적용분야에 높은 신뢰도를 제공하는 소재로 활용될 수 있다.The titanium-aluminum-based alloy of the present invention is characterized in that it has a tensile strength of 450 MPa or more at a high temperature, for example, 950 ° C. or more, by including the composition as described above, and the alloy of the present invention has such a characteristic, It can be used as a material that provides high reliability in applications exposed to the environment.
특히 본 발명의 티타늄-알루미늄계 합금은 텅스텐과 크롬을 포함하면서 각각 1 at%의 함량으로 포함하는 것이 바람직하다.In particular, the titanium-aluminum-based alloy of the present invention preferably includes tungsten and chromium in an amount of 1 at%, respectively.
특히 본 발명의 티타늄-알루미늄계 합금은 Ti-48Al-8Nb-1W-1Cr-0.3Si-0.1C, Ti-48Al-10Nb-1W-1Cr-0.3Si-0.1C, 및 Ti-48Al-8Nb-1W-1Cr-0.5Si-0.2C로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 조성을 갖는 것이 바람직하며, 특히 Ti-48Al-8Nb-1W-1Cr-0.3Si-0.1C 또는 Ti-48Al-8Nb-1W-1Cr-0.5Si-0.2C인 것이 더욱 바람직하다.In particular, the titanium-aluminum-based alloy of the present invention is Ti-48Al-8Nb-1W-1Cr-0.3Si-0.1C, Ti-48Al-10Nb-1W-1Cr-0.3Si-0.1C, and Ti-48Al-8Nb-1W. It is preferable to have one composition selected from the group consisting of -1Cr-0.5Si-0.2C, in particular Ti-48Al-8Nb-1W-1Cr-0.3Si-0.1C or Ti-48Al-8Nb-1W-1Cr- It is more preferably 0.5Si-0.2C.
이하 본 발명을 실시예, 비교예 및 실험예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 내용은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하는 것일 뿐, 이하의 기재 내용에 의하여, 본 발명이 청구하는 권리범위가 한정되어 해석되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples, Comparative Examples and Experimental Examples. The following contents are only intended to explain the present invention in more detail, and the scope of the rights claimed by the present invention is not limited and interpreted by the following description.
이하의 표 1은 본 발명에 따른 티타늄-알루미늄계 합금의 실시예 조성을 표시한다.Table 1 below shows the composition of an embodiment of the titanium-aluminum-based alloy according to the present invention.
상기 실시예들을 통하여, 본 발명의 티타늄-알루미늄 합금은 40 at% 이상 내지 48 at% 이하의 알루미늄을 포함하고, 8 at% 이상 내지 10 at% 이하의 니오븀을 포함하며, 텅스텐과 크롬을 포함하되, 이들의 합이 1 at% 초과 내지 3 at% 미만이고, 잔부 티타늄을 포함하고 있다는 것을 알 수 있다.Through the above embodiments, the titanium-aluminum alloy of the present invention contains 40 at% or more and 48 at% or less of aluminum, 8 at% or more and 10 at% or less of niobium, and includes tungsten and chromium. , the sum of them is more than 1 at% to less than 3 at%, and it can be seen that the balance contains titanium.
한편, 상기 비교예 1은 본원발명의 실시예들과는 달리, 텅스텐과 크롬 성분 함량의 합이 3 at%라는 것을 알 수 있다.On the other hand, in Comparative Example 1, it can be seen that the sum of the tungsten and chromium content is 3 at%, unlike the Examples of the present invention.
도 2는 상기 실시예 및 비교예의 조성으로 용탕으로 제조하고, 이를 응고시켜 응고 주조법으로 만든 시편의 사진이고, 도 3은 상기 실시예 및 비교예의 조성으로 용탕으로 제조하고, 이로부터 인장강도 측정으로 위하여 제조된 시편의 사진이다.2 is a photograph of a specimen prepared by using the composition of Examples and Comparative Examples as a molten metal and solidified by a solidification casting method, and FIG. 3 is prepared as a molten metal with the composition of Examples and Comparative Examples, and tensile strength measured therefrom. This is a photograph of the specimen prepared for this purpose.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 조성으로 제조된 시편을 이용하여 각 시편의 인장강도를 측정하는 실험을 다음과 같이 수행하였다.An experiment for measuring the tensile strength of each specimen using the specimens prepared with the compositions of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 was performed as follows.
실험은 ASTM E21의 기준 및 조건에 따라 수행되었으며, 시험온도는 950 ℃, 표점거리는 25 mm, 스트레인 레이트(strain rate)는 0.001 /s였고, 항복강도는 0.2 % off-set이었다. 사용된 장비는 고온인장시험기(제작사: INSTRON, 형식: 5982(100 kN), 기기번호: 5982R8804)를 사용하였다.The experiment was performed according to the standards and conditions of ASTM E21, the test temperature was 950 °C, the gage distance was 25 mm, the strain rate was 0.001/s, and the yield strength was 0.2% off-set. The equipment used was a high-temperature tensile tester (manufacturer: INSTRON, type: 5982 (100 kN), device number: 5982R8804).
상기 실험은 시편에 대하여 후열처리 등 후처리를 수행하지 않은 시편 자체(as casted)에 대하여 수행되었으며, 각 시편에 대하여 2회 인장강도를 측정하였고, 2회 측정값의 평균을 각 시편의 인장강도로 하였다.The experiment was performed on the specimen itself (as casted) that was not subjected to post-treatment such as post-heat treatment on the specimen, and the tensile strength was measured twice for each specimen, and the average of the two measurement values was calculated as the tensile strength of each specimen. was done with
상기 실험의 결과 도출된 인장강도 값을 다음의 표 2에 정리하였다.The tensile strength values derived as a result of the above experiment are summarized in Table 2 below.
상기 표 2를 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 티타늄-알루미늄계 합금의 경우 950 ℃에서 450 MPa 이상의 인장강도를 갖고 있다는 것을 확인할 수 있고, 이에 반하여, 텅스텐과 크롬의 함량 합이 3인 비교예 1은 950 ℃에서의 인장강도가 333 MPa로 본 발명의 실시예의 합금과 비교하여 고온에서의 인장강도가 현저히 낮다는 것을 알 수 있다. 특히, 상기 비교예 1의 조성은 텅스텐과 크롬의 함량 합을 제외하고는 본 발명의 특허청구범위에서 한정되고 있는 조성의 범위에 포함됨에도 불구하고, 텅스텐과 크롬의 함량 합이 3이 됨에 따라 950 ℃에서의 인장강도 값이 현저히 떨어진다는 점은 반대로 본 발명의 합금이 현저히 우수한 효과가 있다는 것을 보여준다.As can be seen from Table 2, it can be seen that the titanium-aluminum-based alloy according to the present invention has a tensile strength of 450 MPa or more at 950 ° C. On the other hand, the sum of the contents of tungsten and chromium is 3 Comparative Example 1 has a tensile strength of 333 MPa at 950 ° C. It can be seen that the tensile strength at high temperature is significantly lower than that of the alloy of the present invention. In particular, although the composition of Comparative Example 1 is included in the range of the composition defined in the claims of the present invention except for the sum of contents of tungsten and chromium, as the sum of contents of tungsten and chromium becomes 3, 950 The fact that the tensile strength value at °C is significantly lowered indicates that the alloy of the present invention has a remarkably excellent effect.
Claims (6)
8 at% 이상 내지 10 at% 이하의 니오븀(Nb);
을 포함하고,
텅스텐(W)과 크롬(Cr)을 이들의 합이 1 at% 초과 내지 3 at% 미만으로 포함하고,
잔부로 티타늄(Ti)를 포함하며, 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄-알루미늄계 합금.
40 at% or more to 48 at% or less of aluminum (Al);
8 at% or more to 10 at% or less of niobium (Nb);
including,
Tungsten (W) and chromium (Cr) in a sum of more than 1 at% to less than 3 at%,
A titanium-aluminum-based alloy comprising titanium (Ti) as the balance, and unavoidable impurities.
상기 합금은 0.1 at% 이상 내지 0.2 at% 이하의 탄소(C)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄-알루미늄계 합금.
According to claim 1,
The alloy is titanium-aluminum-based alloy, characterized in that it further comprises 0.1 at% or more to 0.2 at% or less of carbon (C).
상기 합금은 0.3 at% 이상 내지 0.5 at% 이하의 규소(Si)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄-알루미늄계 합금.
According to claim 1,
The alloy is titanium-aluminum-based alloy, characterized in that it further comprises 0.3 at% or more to 0.5 at% or less of silicon (Si).
상기 텅스텐은 1 at% 이상으로 포함되는 것을 특징으로 하는 티타늄-알루미늄계 합금.
According to claim 1,
The tungsten is titanium-aluminum-based alloy, characterized in that it is included in 1 at% or more.
상기 텅스텐과 크롬은 서로 동일한 함량으로 포함되는 것을 특징으로 하는 티타늄-알루미늄계 합금.
According to claim 1,
The tungsten and chromium are titanium-aluminum-based alloys, characterized in that they are included in the same content.
상기 티타늄-알루미늄계 합금은 950 ℃ 이상의 온도에서 450 MPa 이상의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 티타늄-알루미늄계 합금.
According to claim 1,
The titanium-aluminum-based alloy is a titanium-aluminum-based alloy, characterized in that it has a tensile strength of 450 MPa or more at a temperature of 950°C or more.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190176554A KR102614799B1 (en) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | Titanium aluminium alloy with improved high temperature characteristrics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190176554A KR102614799B1 (en) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | Titanium aluminium alloy with improved high temperature characteristrics |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210084762A true KR20210084762A (en) | 2021-07-08 |
| KR102614799B1 KR102614799B1 (en) | 2023-12-18 |
Family
ID=76893243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190176554A KR102614799B1 (en) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | Titanium aluminium alloy with improved high temperature characteristrics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102614799B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116516212A (en) * | 2023-03-23 | 2023-08-01 | 北京科技大学 | Preparation method of high-temperature high-strength high-Nb-TiAl alloy |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015151612A (en) * | 2014-02-19 | 2015-08-24 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | HOT FORGING TYPE TiAl-BASED ALLOY AND PRODUCTION METHOD THEREOF |
| KR20190060711A (en) * | 2017-11-24 | 2019-06-03 | 한국기계연구원 | Titanium-aluminium base alloy for 3d printing having excellent high temperature property and method of manufacturing the same |
| CN110512116A (en) * | 2019-09-09 | 2019-11-29 | 中国航发北京航空材料研究院 | A kind of high Nb-TiAl intermetallic compound of multicomponent high-alloying |
-
2019
- 2019-12-27 KR KR1020190176554A patent/KR102614799B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015151612A (en) * | 2014-02-19 | 2015-08-24 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | HOT FORGING TYPE TiAl-BASED ALLOY AND PRODUCTION METHOD THEREOF |
| KR20190060711A (en) * | 2017-11-24 | 2019-06-03 | 한국기계연구원 | Titanium-aluminium base alloy for 3d printing having excellent high temperature property and method of manufacturing the same |
| CN110512116A (en) * | 2019-09-09 | 2019-11-29 | 中国航发北京航空材料研究院 | A kind of high Nb-TiAl intermetallic compound of multicomponent high-alloying |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116516212A (en) * | 2023-03-23 | 2023-08-01 | 北京科技大学 | Preparation method of high-temperature high-strength high-Nb-TiAl alloy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102614799B1 (en) | 2023-12-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20190040501A1 (en) | Nickel-cobalt alloy | |
| EP2610360B1 (en) | Co-based alloy | |
| EP2479302B1 (en) | Ni-based heat resistant alloy, gas turbine component and gas turbine | |
| EP3202931B1 (en) | Ni BASED SUPERHEAT-RESISTANT ALLOY | |
| US2880087A (en) | Titanium-aluminum alloys | |
| TW201708555A (en) | High strength alpha/beta titanium alloy | |
| US20220213580A1 (en) | Non-heat-treated casting alloys for automotive structural applications | |
| AU2022224763B2 (en) | Creep resistant titanium alloys | |
| JP7223121B2 (en) | High-strength fastener material by forged titanium alloy and its manufacturing method | |
| JPH03274238A (en) | Manufacture of high strength titanium alloy excellent in workability and its alloy material as well as plastic working method therefor | |
| JP3308090B2 (en) | Fe-based super heat-resistant alloy | |
| KR102614799B1 (en) | Titanium aluminium alloy with improved high temperature characteristrics | |
| CN114592142A (en) | Medium-strength high-toughness titanium alloy with yield strength of 800MPa for ocean engineering and preparation process thereof | |
| JPH02173234A (en) | Titanium alloy excellent in superplastic workability | |
| KR101842922B1 (en) | Ti-Al BASE ALLOY CONTAINING MISCH METAL | |
| EP3520915A1 (en) | Method of manufacturing ni-based super heat resistant alloy extruded material, and ni-based super heat resistant alloy extruded material | |
| TWI657147B (en) | A HIGH STRENGH Ni-BASE ALLOY | |
| JPH10500453A (en) | Nickel-aluminum-base alloy between metals | |
| JP2686140B2 (en) | Alloy for high temperature bolt and method for producing the same | |
| RU2772153C1 (en) | Creep-resistant titanium alloys | |
| EP4353855A1 (en) | Tial alloy, tial alloy powder, tial alloy component, and method for producing same | |
| SE423725B (en) | Fe-Ni-Cr alloy | |
| KR101575096B1 (en) | Ni base superalloys and manufacturing method of ni base superalloys | |
| JPH0192332A (en) | High strength titanium alloy having excellent superplastic plastic workability | |
| JP2021172851A (en) | Manufacturing method of Ni-based alloy member |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |