JPH0130898B2 - - Google Patents

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−Al系金属間
化合物部材の成形法に関するものである。

［従来の技術および発明が解決しようとする問題
点］ 従来、Ti−Al系金属間化合物（Ti−Al、
Ti₃Al）は、優れた高温強度および耐酸化性を有
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
工技術では成形加工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つ
た。

これを解決する手段として、たとえば、Ti−
37％（以下、％は重量％を示す。）Al合金部材を
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
至つていない。

［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、粉末冶金法に着目して、Ti−Al系金属間化
合物を形成することを特徴とするものである。

（Ti粉末の製造工程） 第１図に示すように、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1μｍ〜1000μｍに調整
したものを用いる。

この場合、必要に応じて、Tiと、Al、Ｖ、
Mn、Nb、Ｂなどの合金粉末を用いてもよい。

（Al粉末の製造工程） Al粉末は、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1μｍ〜1000μｍに調整し、必要に応じ
て、Aiと、Ｖ、Mn、Nb、Ｂなどの合金粉末を
用いてもよい。

（混合工程） つぎに、上記Ti粉末とAl粉末とを、Al18〜50
％、Ti50〜82％の割合にて混合機で混合する。
この割合は、望ましくは、Al25.5〜43％、Ti57
〜74.5％で、特に望ましくはAl34.5〜43％、Ti57
〜65.5％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なう。これは、粉末表面の吸
着ガス、吸着水を除去するとともに、後工程にお
ける酸化を防止することにある。この脱気後の状
態は、後の高温、高圧処理工程まで保持する必
要がある。

（緻密化処理） 脱気工程後の混合体または圧縮体を常法の押
出加工やホツトプレスにて緻密化処理してほぼ
100％の密度にする。このとき、Ti−Al系金属間
化合物が形成されないような低温（例えば、400
℃程度）にて処理する。この緻密化処理を施す
のは、Ti粉末とAl粉末とを未着させて、後述の
高温・高圧処理時における合金化反応を容易に
し、かつ緻密な部材を得るためである。製品形状
が押出加工やホツトプレスで成形できる形状、例
えば、棒状、管状、直方体またはそれらに近い形
状の場合には、緻密化処理時にそれらの形状に成
形する（緻密体） （高温、高圧処理工程） 緻密体を高温、高圧下にて熱処理を行なう。す
なわち、Ti中にAlを拡散させることによりTi−
Al系金属間化合物を形成する。このとき、カー
ケンドル効果、つまりAlの拡散により多数の空
孔が発生し、空洞となるが、これらの空洞は高圧
処理によりつぶされる。

この処理は、たとえば、HIP（熱間静水圧圧縮）
処理にて行なわれる。HIP処理の温度は、400℃
〜1400℃の範囲で行なう。これは、400℃以下で
あると、TiとAlの金属間化合物化が進行せず、
一方、1400℃以上では材料が溶解するからであ
る。また、400℃〜1400℃では、TiとAlとの反応
が急激に進むので多数の空洞が生じ、多孔体とな
るので、空洞をつぶすために、混合体をカプセル
封入して圧力を加えることが必要である。

この処理により、TiAlおよびTi₃Alの金属間化
合物が形成されるが、このとき、Tiの割合が大
きい場合に、Ti₃AlをマトリクスとしてTiAlが分
散状態になり、一方、Tiの割合が少ない場合に
逆になる。

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−Al系金属間化合物部材に必要な添加元素、
たとえば、延性改良に効果があるとされている、
Ｖ、Mn、Nb、Ｂなどを単体または合金粉末とし
てTi−Al粉末と同時に混合する。このとき、各
元素の添加量はV0.1〜５％、Mn0.1〜５％、
Nb0.1〜５％、B0.05〜３％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。

（圧縮工程） 混合工程の混合体を冷間静水圧プレスや一軸
プレスを行ない、真密度の60〜95％にする。この
とき、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。

（Near Net Shape成形工程） 緻密化工程を経た圧縮体を所望の部品形状ま
たはそれに近い形状に、冷間または熱間鍛造や機
械加工にて成形する（緻密成形体）。この工程は
製品形状が押出加工やホツトプレスでは成形でき
ない複雑な形状のときに適用される。Near Net
Shape成形を施すのは、Ti−Al系金属間化合物
は、非常に硬いために、これが一旦形成される
と、以降成形加工を施すことが極めて困難であ
り、したがつて、高温・高圧処理前に所望の製
品形状に近い形状に成形加工するのである。

この処理は、脱気工程後に、粉末鍛造等で
Near Net Shapeしてもよい場合がある。

（仕上り成形工程） 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、本発明によれば、金属間
化合物に焼結形成する前に、低温で緻密化処理を
することにより、Ti−Al系金属間化合物部材の
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製品形状に容易に成
形することができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例について説明する。

まず、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型混合機によつて混合した。この混合粉
末を一軸プレスにて圧縮成形し、その真密度を80
％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直径68mmの缶１１に嵌合し、
缶端部１１ａに脱気用パイプ１２を溶接した。こ
の後、該パイプ１２に真空ポンプ（図示省略）を
接続し、500℃で１時間加熱した状態にて、
10^-3Torr以下の真空度まで脱気処理を行なつた。

つぎに、上記脱気用パイプ１２を圧着すること
により圧縮成形体１０を缶１１内で真空封入し
た。この封入後の圧縮成形体１０を押出温度400
℃、押出比１５で押出加工を行ない、直径18mmの
押出部材を得た。この押出部材は、第４図の写真
（倍率100倍）に示すように、Ti（黒色部）とAl
（白色部）とは混合状態にあり、Ti−Alの金属間
化合物相がほとんどみあたらず、また、組織中に
空洞は観察されなかつた。

つぎに、押出部材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た後に、冷却鍛造によ
り完成品に近い形状への成形（Near Net
Shape）を行なつた。

つぎに、鍛造部材を鉄製カプセルに真空封入
し、このカプセルとともに鍛造部材をHIP処理し
た。このときのHIP処理条件として、1300Kgｆ／
cm²の加圧下において、1250℃で２時間を採用し
た。この処理により、TiとAlとは金属間化合物
を形成し、化合物形成によるカーケンドル効果に
よつて生じた空洞は、加圧により押しつぶされて
観察されなかつた。このようなHIP処理をした加
工部材の組織写真（倍率100倍）を第５図に示す。
空洞は観察されず、緻密な組織となつていた。

上記処理により得られた製品について検査した
結果、高温強度では、900℃にて、40Kgｆ／mm²の
引張強さが得られた。

【図面の簡単な説明】

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
一実施例による工程を説明する説明図、第４図は
同実施例による金属組織を示す写真、第５図は同
実施例による金属組織を示す写真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Al18〜50重量％、Ti50〜82重量％の割合で、
   AlおよびTiの粉末を混合し、この混合物を密閉
   容器に収納して脱気し、Ti−Al系金属間化合物
   を形成しない温度でほぼ100％の密度に緻密化処
   理を施した後に、Ti−Al系金属間化合物を形成
   する圧力および温度条件にて緻密体を高温・高圧
   処理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。 ２ Al粉末またはTi粉末がＶ、Nb、Mn、Ｂの
   うち１種以上を含むか、あるいは、Al粉末とTi
   粉末とＶ、Nb、Mn、Ｂの粉末の１種以上とを含
   み形成されるTi−Al系金属間化合物が、V0.1〜
   ５重量％、Nb0.1〜５重量％、Mn0.1〜５重量
   ％、B0.05〜３重量％のうち１種以上を含む特許
   請求の範囲第１項記載のTi−Al系金属間化合物
   部材の成形法。