JP2002167635A - チタンアルミニデンを基礎とする合金 - Google Patents
チタンアルミニデンを基礎とする合金Info
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- C22C—ALLOYS
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- C22C1/0458—Alloys based on titanium, zirconium or hafnium
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温と低温のいずれの場合にも大きな耐熱強
度を有し、耐酸性が大きく、クリープ耐性も大きく、製
造が容易で安価であり、加工も比較的容易である、チタ
ンアルミニデンを基礎とする合金を得ることにある。 【解決手段】 融解冶金と粉末冶金技術を応用して製造
したチタンアルミニデンを基礎にした、チタンとアルミ
ニウムとニオブからなる合金組成を有する合金におい
て、合金のアルミニウム含有量を４５．５〜４９原子％
とする。
度を有し、耐酸性が大きく、クリープ耐性も大きく、製
造が容易で安価であり、加工も比較的容易である、チタ
ンアルミニデンを基礎とする合金を得ることにある。 【解決手段】 融解冶金と粉末冶金技術を応用して製造
したチタンアルミニデンを基礎にした、チタンとアルミ
ニウムとニオブからなる合金組成を有する合金におい
て、合金のアルミニウム含有量を４５．５〜４９原子％
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は融解冶金技術と粉末
冶金技術を応用して製造したチタンアルミニデン（tita
naluminiden ）を基礎とする合金、特にチタンとアルミ
ニウムとニオブからなる合金組成を有する合金に関する
ものである。
冶金技術を応用して製造したチタンアルミニデン（tita
naluminiden ）を基礎とする合金、特にチタンとアルミ
ニウムとニオブからなる合金組成を有する合金に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の合金はドイツ特許公開DE-OS 19
7 35 841号公報に開示されている。従来、金属の高温被
加工材には、主にニツケルまたは鉄を基礎とするいわゆ
る超合金が使用されていた。これらの超合金は比重が高
いので、これらの超合金からなる被加工材を用いたので
は、例えば自動車、航空機タービンなどの近代的なエネ
ルギ発生装置で効率を向上させるために重要な、強度が
高く重量が極めて軽い構造要素を規則的に得ることはで
きない。
7 35 841号公報に開示されている。従来、金属の高温被
加工材には、主にニツケルまたは鉄を基礎とするいわゆ
る超合金が使用されていた。これらの超合金は比重が高
いので、これらの超合金からなる被加工材を用いたので
は、例えば自動車、航空機タービンなどの近代的なエネ
ルギ発生装置で効率を向上させるために重要な、強度が
高く重量が極めて軽い構造要素を規則的に得ることはで
きない。
【０００３】したがつて、近年は超合金の代替品として
チタンアルミニデンを基礎とする合金が開発され使用さ
れるようになつた。チタンアルミニデンの比重は超合金
の半分しかない。工業上重要なチタンアルミニド・合金
は、金属間相γ（TiAl）と金属間相α2（Ti3Al）とから
構成されている。これらの合金の機械的特性は、２つの
相の比容量部（体積割合）により異なる。この比容量部
は主としてアルミニウム含有量により定まる。この技術
分野における合金の引張強度は５〜１０原子％のニオブ
により改善することができたのは明らかである。この点
については、同じ技術分野に属するドイツ特許公開DE-O
S 197 35 481号公報に指摘されている。この技術分野の
合金は引張強度が高いのが特徴であり、比重に関係する
引張強度は超合金のそれを凌駕する。これらのニオブ含
有合金の良好な引張強度は、これらの合金中にあるα2
（Ti3Al）相の容量部が多いことによるものである。し
かし、α2（Ti3Al）相は使用温度が７００°Ｃ以上の場
合に容易に融解し、γ（TiAl）相に転換する。α2（Ti3
Al）相は転換の結果、組織中に大きな構造変化を起こす
ので、高温になると機械的特性を著しく悪化させる。こ
のような条件の下では、特に被加工材に大きなクリープ
変形を引き起し、この被加工材の多目的使用を不可能に
する。加えて、この種の被加工材からなる構造部材は、
高温に伴う被加工材の組織が構造上の変化により脆くな
り、低温になると引き続き作用する負荷から極めて不利
な影響を受ける。
チタンアルミニデンを基礎とする合金が開発され使用さ
れるようになつた。チタンアルミニデンの比重は超合金
の半分しかない。工業上重要なチタンアルミニド・合金
は、金属間相γ（TiAl）と金属間相α2（Ti3Al）とから
構成されている。これらの合金の機械的特性は、２つの
相の比容量部（体積割合）により異なる。この比容量部
は主としてアルミニウム含有量により定まる。この技術
分野における合金の引張強度は５〜１０原子％のニオブ
により改善することができたのは明らかである。この点
については、同じ技術分野に属するドイツ特許公開DE-O
S 197 35 481号公報に指摘されている。この技術分野の
合金は引張強度が高いのが特徴であり、比重に関係する
引張強度は超合金のそれを凌駕する。これらのニオブ含
有合金の良好な引張強度は、これらの合金中にあるα2
（Ti3Al）相の容量部が多いことによるものである。し
かし、α2（Ti3Al）相は使用温度が７００°Ｃ以上の場
合に容易に融解し、γ（TiAl）相に転換する。α2（Ti3
Al）相は転換の結果、組織中に大きな構造変化を起こす
ので、高温になると機械的特性を著しく悪化させる。こ
のような条件の下では、特に被加工材に大きなクリープ
変形を引き起し、この被加工材の多目的使用を不可能に
する。加えて、この種の被加工材からなる構造部材は、
高温に伴う被加工材の組織が構造上の変化により脆くな
り、低温になると引き続き作用する負荷から極めて不利
な影響を受ける。
【０００４】従来、チタンアルミニドのクリープ強度と
組織安定性を改善するために、上述の組成の合金では、
主として適当な熱処理により組織の適正化を行つてき
た。その場合、ある程度のいわゆる成層組織の調整が達
成された。しかし、成層組織は負荷が長時間続くと、再
び球状組織に、即ち熱処理前の元の組織に転換する。加
えて、成層合金は低温や中位の温度では脆くなり、工業
的利用は極めて制限される。
組織安定性を改善するために、上述の組成の合金では、
主として適当な熱処理により組織の適正化を行つてき
た。その場合、ある程度のいわゆる成層組織の調整が達
成された。しかし、成層組織は負荷が長時間続くと、再
び球状組織に、即ち熱処理前の元の組織に転換する。加
えて、成層合金は低温や中位の温度では脆くなり、工業
的利用は極めて制限される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがつて、本発明の
課題は、上述の欠点がない、即ち高温と低温のいずれの
場合にも大きな耐熱強度を有し、耐酸性が大きく、クリ
ープ耐性も大きく、製造が容易で安価であり、加工も比
較的容易である、チタンアルミニデンを基礎とする合金
を得ることにある。
課題は、上述の欠点がない、即ち高温と低温のいずれの
場合にも大きな耐熱強度を有し、耐酸性が大きく、クリ
ープ耐性も大きく、製造が容易で安価であり、加工も比
較的容易である、チタンアルミニデンを基礎とする合金
を得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は融解冶金と粉末冶金技術を応用して製造し
たチタンアルミニデンを基礎にした、チタンとアルミニ
ウムとニオブからなる合金組成を有する合金において、
合金のアルミニウム含有量が４５．５〜４９原子％であ
ることを特徴とする。
に、本発明は融解冶金と粉末冶金技術を応用して製造し
たチタンアルミニデンを基礎にした、チタンとアルミニ
ウムとニオブからなる合金組成を有する合金において、
合金のアルミニウム含有量が４５．５〜４９原子％であ
ることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の利点は、本発明により選
定された組成によりチタンアルミド合金を形成すること
ができ、かつチタンアルミド合金は高温において明らか
に改善された強度を有することにある。ドイツ特許公開
DE-OS 197 35 841号公報に開示されるチタンアルミニド
合金と比較して、アルミニウム分が多いことにより、予
想以上に高い耐酸性が得られる。
定された組成によりチタンアルミド合金を形成すること
ができ、かつチタンアルミド合金は高温において明らか
に改善された強度を有することにある。ドイツ特許公開
DE-OS 197 35 841号公報に開示されるチタンアルミニド
合金と比較して、アルミニウム分が多いことにより、予
想以上に高い耐酸性が得られる。
【０００８】本発明の他の利点は、本発明による合金の
密度が低いことと、原料費が安いことである。さらに、
本発明の他の利点は、チタンアルミニド合金の利用範囲
が、明確に拡張されることである。
密度が低いことと、原料費が安いことである。さらに、
本発明の他の利点は、チタンアルミニド合金の利用範囲
が、明確に拡張されることである。
【０００９】本発明の有利な構成では、合金には硼素が
含まれる。合金中の硼素の含有量は特に０．１〜０．５
原子％である。合金中に硼素を添加すると、安定析出物
が形成され、安定析出物が合金の機械的硬度と合金の組
織の安定化に寄与する。
含まれる。合金中の硼素の含有量は特に０．１〜０．５
原子％である。合金中に硼素を添加すると、安定析出物
が形成され、安定析出物が合金の機械的硬度と合金の組
織の安定化に寄与する。
【００１０】本発明の他の有利な構成では、合金には炭
素が含まれる。合金中の炭素の含有量は特に０．１〜
０．８原子％である。場合によつては、合金に硼素と組
み合せて炭素を添加してもやはり安定析出物が形成さ
れ、安定析出物が合金の機械的硬度と合金の組織の安定
化に寄与する。
素が含まれる。合金中の炭素の含有量は特に０．１〜
０．８原子％である。場合によつては、合金に硼素と組
み合せて炭素を添加してもやはり安定析出物が形成さ
れ、安定析出物が合金の機械的硬度と合金の組織の安定
化に寄与する。
【００１１】最後に、合金中のニオブ含有量は４〜１０
原子％にするのが好ましい。こうして、本発明による合
金は引張強度をはつきり改善することができる。
原子％にするのが好ましい。こうして、本発明による合
金は引張強度をはつきり改善することができる。
【００１２】
【実施例】本発明を実施例に基づき、添付図面を参照し
てさらに詳説する。
てさらに詳説する。
【００１３】図１に示すように、本発明は Ti-aAl-nNb-cC-bB 型の合金から出発している。合金の濃度については、ａ
＝４５．５〜４９， ｎ＝４〜１０， ｃ＝０．１〜
０．８， ｂ＝０．１〜０．５原子％であるが、図１に
示す本実施例の合金では、ｎ＝１０， ｂ＝０．２，
ｃ＝０．２のものを選んでいる。図１には室温での強度
値と温度９００℃での強度値を示してある。さらに、従
来技術であるドイツ特許公開DE-OS 197 35 841号公報の
構成による組成Ti-45Al-10Nb-0.2C-0.2B（同じく原子％
で）の合金の強度値を示してある。
＝４５．５〜４９， ｎ＝４〜１０， ｃ＝０．１〜
０．８， ｂ＝０．１〜０．５原子％であるが、図１に
示す本実施例の合金では、ｎ＝１０， ｂ＝０．２，
ｃ＝０．２のものを選んでいる。図１には室温での強度
値と温度９００℃での強度値を示してある。さらに、従
来技術であるドイツ特許公開DE-OS 197 35 841号公報の
構成による組成Ti-45Al-10Nb-0.2C-0.2B（同じく原子％
で）の合金の強度値を示してある。
【００１４】図１から分るように、本発明の合金は室温
で４７原子％のアルミニウム濃度になるまで、約１００
０ＭＰａのほぼ同じ降伏応力が得られる。その後に初め
て降伏応力ははつきりと降下する。温度９００°Ｃでの
降伏応力はまず明瞭にアルミニウム濃度が上昇して約４
７原子％で最大限に達し、その後再び合金Ti-45Al-10Nb
-0.2C-0.2Bで測定された値に低下する。この観察によ
り、Ｎｂ含有のチタンアルミニデンの高温・降伏応力
は、アルミニウム含有量により極めて微妙に異なること
が分る。本発明により分つたことは、炭素と硼素を添加
したことにより、安定析出物が生成し、安定析出物が合
金の機械的硬度と組織の安定化に役立つことである。
で４７原子％のアルミニウム濃度になるまで、約１００
０ＭＰａのほぼ同じ降伏応力が得られる。その後に初め
て降伏応力ははつきりと降下する。温度９００°Ｃでの
降伏応力はまず明瞭にアルミニウム濃度が上昇して約４
７原子％で最大限に達し、その後再び合金Ti-45Al-10Nb
-0.2C-0.2Bで測定された値に低下する。この観察によ
り、Ｎｂ含有のチタンアルミニデンの高温・降伏応力
は、アルミニウム含有量により極めて微妙に異なること
が分る。本発明により分つたことは、炭素と硼素を添加
したことにより、安定析出物が生成し、安定析出物が合
金の機械的硬度と組織の安定化に役立つことである。
【００１５】本発明の合金を用いれば、高温でも合金の
強度が向上することは明らかである。さらに、アルミニ
ウムの含有量を増加することにより、合金の耐酸性が改
善される。さらに、本発明の合金は密度が低く、製造費
が安いという利点がある。こうして、本発明の合金の利
用分野も明らかに拡張される。
強度が向上することは明らかである。さらに、アルミニ
ウムの含有量を増加することにより、合金の耐酸性が改
善される。さらに、本発明の合金は密度が低く、製造費
が安いという利点がある。こうして、本発明の合金の利
用分野も明らかに拡張される。
【００１６】本発明の合金は、従来の冶金の融解法、鋳
造法または公知の粉末冶金の方法の適用により製造する
ことができる。本発明の合金は熱・アイソスタテイツク
プレス的圧縮、熱処理、熱間鍛造、熱間圧出またはこれ
らの方法の組合せにより変更例や継続加工が可能であ
る。
造法または公知の粉末冶金の方法の適用により製造する
ことができる。本発明の合金は熱・アイソスタテイツク
プレス的圧縮、熱処理、熱間鍛造、熱間圧出またはこれ
らの方法の組合せにより変更例や継続加工が可能であ
る。
【００１７】
【発明の効果】本発明は上述のように、融解冶金と粉末
冶金技術を応用して製造したチタンアルミニデンを基礎
にした、チタンとアルミニウムとニオブからなる合金組
成を有する合金において、合金のアルミニウム含有量が
４５．５〜４９原子％としたものであり、合金の密度が
低く、耐熱強度、耐酸性、クリープ耐性に優れ、製造が
容易で安価であり、加工も比較的容易である。
冶金技術を応用して製造したチタンアルミニデンを基礎
にした、チタンとアルミニウムとニオブからなる合金組
成を有する合金において、合金のアルミニウム含有量が
４５．５〜４９原子％としたものであり、合金の密度が
低く、耐熱強度、耐酸性、クリープ耐性に優れ、製造が
容易で安価であり、加工も比較的容易である。
【００１８】合金中に硼素と炭素を添加することによ
り、合金中に安定析出物が形成され、安定析出物が合金
の機械的硬度と合金の組織の安定化に寄与する。
り、合金中に安定析出物が形成され、安定析出物が合金
の機械的硬度と合金の組織の安定化に寄与する。
【００１９】合金中にニオブを添加することにより、合
金の引張強度を改善できる。
金の引張強度を改善できる。
【図１】本発明による合金のアルミニウム濃度と降伏応
力（Fliessspannung＝yield stress）との関係を示す線
図である。
力（Fliessspannung＝yield stress）との関係を示す線
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アペル フリツツ ドイツ連邦共和国 Ｄ−21502 ゲーエス トハフト シユールシユトラーセ ２ ｃ (72)発明者 ロレンツ ウベ ドイツ連邦共和国 Ｄ−21397 バルドビ ツク クライネ ブリユツケンシユトラー セ ２ (72)発明者 オエリング ミカエル ドイツ連邦共和国 Ｄ−21502 ゲーエス トハフト ベーゼンホルスト 30
Claims (6)
- 【請求項１】融解冶金と粉末冶金技術を応用して製造し
たチタンアルミニデンを基礎にした、チタンとアルミニ
ウムとニオブからなる合金組成を有する合金において、
合金のアルミニウム含有量が４５．５〜４９原子％であ
ることを特徴とする、チタンアルミニデンを基礎とする
合金。 - 【請求項２】前記合金中に硼素を含有する、請求項１に
記載のチタンアルミニデンを基礎とする合金。 - 【請求項３】合金中の硼素含有量が０．１〜０．５原子
％である、請求項２に記載のチタンアルミニデンを基礎
とする合金。 - 【請求項４】前記合金中に炭素を含有する、請求項１〜
３のいずれかに記載のチタンアルミニデンを基礎とする
合金。 - 【請求項５】炭素含有量が０．１〜０．８原子％であ
る、請求項４に記載のチタンアルミニデンを基礎とする
合金。 - 【請求項６】合金中のニオブ含有量が４〜１０原子％で
ある、請求項１〜５のいずれかに記載のチタンアルミニ
デンを基礎とする合金。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10058155A DE10058155A1 (de) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | Legierung auf der Basis von Titanaluminiden |
| DE10058155.2 | 2000-11-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002167635A true JP2002167635A (ja) | 2002-06-11 |
Family
ID=7664382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001356623A Pending JP2002167635A (ja) | 2000-11-22 | 2001-11-21 | チタンアルミニデンを基礎とする合金 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1213365A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002167635A (ja) |
| KR (1) | KR20020040583A (ja) |
| CN (1) | CN1360074A (ja) |
| DE (1) | DE10058155A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004056582B4 (de) * | 2004-11-23 | 2008-06-26 | Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh | Legierung auf der Basis von Titanaluminiden |
| CN100465311C (zh) * | 2007-07-12 | 2009-03-04 | 北京科技大学 | 一种制备高铌钛铝多孔材料的方法 |
| CN102234063A (zh) * | 2011-04-15 | 2011-11-09 | 王宏贵 | 一种承吊销 |
| CN104328311B (zh) * | 2014-10-30 | 2016-04-27 | 西北工业大学 | 具有过包晶凝固特征的抗热裂型中铌铸造TiAl合金 |
| EP3249064A1 (de) | 2016-05-23 | 2017-11-29 | MTU Aero Engines GmbH | Additive fertigung von hochtemperaturbauteilen aus tial |
| CN107699738A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-02-16 | 成都露思特新材料科技有限公司 | 一种细晶TiAl合金及其制备方法、航空发动机、汽车 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2679109B2 (ja) * | 1988-05-27 | 1997-11-19 | 住友金属工業株式会社 | 金属間化合物ＴｉＡ▲ｌ▼基軽量耐熱合金 |
| CA2025272A1 (en) * | 1989-12-04 | 1991-06-05 | Shyh-Chin Huang | High-niobium titanium aluminide alloys |
| US5082624A (en) * | 1990-09-26 | 1992-01-21 | General Electric Company | Niobium containing titanium aluminide rendered castable by boron inoculations |
| DE4215194C2 (de) * | 1992-05-08 | 1995-06-29 | Abb Patent Gmbh | Hochwarmfester Werkstoff |
| DE19735841A1 (de) * | 1997-08-19 | 1999-02-25 | Geesthacht Gkss Forschung | Legierung auf der Basis von Titanaluminiden |
-
2000
- 2000-11-22 DE DE10058155A patent/DE10058155A1/de not_active Ceased
-
2001
- 2001-10-12 EP EP01124481A patent/EP1213365A1/de not_active Withdrawn
- 2001-11-21 JP JP2001356623A patent/JP2002167635A/ja active Pending
- 2001-11-21 KR KR1020010072578A patent/KR20020040583A/ko not_active Withdrawn
- 2001-11-22 CN CN01140046A patent/CN1360074A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1213365A1 (de) | 2002-06-12 |
| CN1360074A (zh) | 2002-07-24 |
| DE10058155A1 (de) | 2002-05-23 |
| KR20020040583A (ko) | 2002-05-30 |
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