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Info
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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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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing 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
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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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。
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
【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。
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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 相
（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。
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 相
（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。
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。
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。
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 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
きるという優れた効果を発揮する。
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 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。
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。
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)
- 【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。 - 【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。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP9366930A JPH11193431A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 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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Applications Claiming Priority (1)
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| JP9366930A JPH11193431A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 精密鋳造用チタンアルミナイド及びその製造方法 |
Publications (1)
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