JPH02133183A - Ti−Al合金と構造用鋼との接合方法および接合部品 - Google Patents

Ti−Al合金と構造用鋼との接合方法および接合部品

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JPH02133183A JP63285279A JP28527988A JPH02133183A JP H02133183 A JPH02133183 A JP H02133183A JP 63285279 A JP63285279 A JP 63285279A JP 28527988 A JP28527988 A JP 28527988A JP H02133183 A JPH02133183 A JP H02133183A
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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、金属間化合物Ti AJ!を主要構成相とす
るl−i −Al1合金の部材と構造用鋼の部材とを接
合して、1個のは械構造部品を製作するための接合方法
に関し、その接合方法により得られた接合部品をも包含
する。 [従来の技術] タービンブレードやエンジンバルブ、あるいはターボチ
ャージャーのホイールなど、高速で回転または往復動す
る機械部品の材料として、最近では、高温に耐え(使用
温度700℃以上)で軽量(比重3.8)なTi−A、
Tii合金が、適用されつつある。 こうした用途に適する材料として、本発明者らも、他の
共同研究者らとともに、いくつかのTi−7!II!合
金を開発し、すでに開示した。 たとえば、AI:32
〜38%に加えてB:0.005〜0.20%を含有し
、残部が実質上Tiからなるか、または上記Bとともに
C:0.2%以下と0:0.3%以下および(または>
N:0.3%以下(ただしO+N:0.4%以下)を含
有し、残部が実質上Tiからなる合金(特開昭63−1
25634号)がそれで必って、この合金は在来のTi
−Af1合金にくらべて、強度と靭性が向上している。 いまひとつは、A、Q:32〜38%に加えてNi  
:0.05〜3.0%および(または)Si:0.05
〜3.0%を含有し、残部が実質上Tiからなるか、ま
たは、さらに前記の量のBを添加したり、C,O,Nを
規制した合金(特願昭62−236609号)であって
、これは延性が高く鋳造容易である。 Ti −Al合金の部材に対し、高温条件下に高速で回
転そのほかの運動をさせるためには、部材を表面硬化が
可能な構造用鋼の軸に接合しなければならない。 ここ
で「構造用鋼」とは、機械部品の構造材として使用する
ことのある鋼のすべてを意味する。 たとえば、ターボ
チャージャーのホットホイールでは回転軸にSCM鋼ま
たはSNCM!IQを、またエンジン用バルブではステ
ムにマルテンサイト系耐熱鋼を使用しており、これらは
いずれも構造用鋼に包含される。 ■i−Al合金の部材と構造用鋼の部材との接合法とし
ては、焼ばめも試みられているが、多くは銀ロウ付けが
行なわれる。 ところが、エンジンの高出力化に伴って
排気ガス温度も高くなり、接合部の温度が450℃に達
するようになったので、銀ロウ付けでは使用中に強度が
低下する不安が出てきた。 一方、ホットホイールの材料としてはNi基超超合金使
用されており、これを構造用鋼の軸と接合するために、
摩擦溶接が行なわれている。 摩擦溶接は、溶加材を用
いる溶融溶接より溶接部の強度が高く、母材の95%以
上の値が得られるから、この種の部品の製作には好まし
い溶接法である。 この摩擦溶接をTi −AN合金製ホットホイールと構
造用鋼たとえば30M435の軸との間で試みても、接
合後にクラックが生じて継手を形成できない。 これは
、摩擦により生じた高温で圧接した後、冷却の過程で軸
材がマルテンサイト変態を起して体積が心服し、またT
i Cなどの脆化相を含むため、接合部が破断するから
である。 [発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、このような問題を打破して、金属間化
合物Ti、AJを主要構成相とするTi −A!J合金
の部材と構造用鋼の部材たとえば軸材とを、より高い使
用温度に耐えるように接合して、所望の機械部品を製作
できるようにすることにある。 [課題を解決するための手段] 本発明のTi −Al合金と構造用鋼との接合方法は、
金属間化合物TiAlを主要構成相とするTi −Au
合金の部材と構造用鋼の部材とを接合するに当り、両者
の中間材としてオー・ステナイト系ステンレス鋼もしく
は耐熱鋼、またはNi基もしくはCo基の超合金を使用
し、少なくとも中間材と構造用鋼との接合を摩擦溶接法
により行なうことを特徴とする。 中間材としてオーステナイト系ステンレス鋼もしくは耐
熱鋼を使用する場合は、これとTi −Au合金の部材
との接合を、やはり摩擦溶接により行なうとよい。 とくに高い接合部高温強度を実現したい場合は、中間材
としてγ′析出硬化型のNi基合金を使用する。 この
場合も摩擦溶接は有用な接合手段であるが、それに代え
て、Ni基合金の中間材を、Ti −Al合金で鋳包ん
で接合することも可能である。 この種のNi基超合金
とTi −A、l!金合金は、熱心服率が近似した値を
示すからである。 本発明のTi−Al1合金と構造用鋼との接合部品は、
金属間化合物Ti A、I!を主要構成相とするTi−
A、l!金合金部材と構造用鋼の部材とを、中間材を介
して接合してなる接合部品であって、中間材がオーステ
ナイト系ステンレス鋼もしくは耐熱鋼、またはNi基も
しくはCo基の超合金であり、少なくとも中間材を構造
用鋼との間を摩擦溶接法より接合したことを特徴とする
。 本発明は、前記したTi −A、I!金合金いずれにも
適用可能であるが、高温の使用条件下に高速で回転また
は往復動するという部品の用途からみて、金属間化合物
Ti l  (Al1 :36%−rt 64%)の組
成から合金組成がずれるとしてもTiリッチ側のものが
よく、へ1リッチ側のものはあまり有用ではない。 従
って、本発明の適用を推奨すべきTi−A、l!金合金
代表は、っぎの合金組成をもつものである。 1)  1:32〜36%を含有し残部が実質上Tiか
らなるTi−Au合金 2)  A、ll:32〜36%に加えて下記のグルー
プのいずれか1種または2種以上を含有し、イ)  8
:0.005〜0.20% 口)C:0.2%以下とO:0.3%以下および(また
は)N:0.3%以下(ただしO+N:0.4%以下) ハ>Ni:0.05〜3.0%および(または)Si 
:0.05〜3.0% 残部が実質上TiからなるTi−A、l!合金実例を示
せば、第1図の部品はターボチャージャー用のホットホ
イールであって、これはTi −A、I!合金製のホイ
ール(1B)、中間材(2A)としてlNC0NEL7
51のリング、そして軸材(3)として80M435鋼
の棒を、いずれも摩擦溶接により接合して製作したもの
である。 第2図は同様な部品を示すが、これは中間材(2B)と
してNi基超超合金製ナツト型の部材を、ホイール(1
B)の鋳造の際に鋳包んで一体化し、この中間材と軸材
(3)の棒とを摩擦溶接により接合してなるものである
。 第3図の部品はエンジンバルブであって、Ti−A、I
!金合金バルブ部品(4)、中間材(5)のlNC0N
EL751からなる円板、5LJI−(3鋼のステム部
分(6)を、いずれも摩擦溶接により接合して製作した
。 バルブに仕上げるには、ステム部にタフトライド(
軟窒化)処理を施して表面硬化し、かつバルブシートと
の接触部にステライトなどの硬質金属の肉盛り溶接を行
なうことはもちろんである。
【実施例】
つぎの3種の材料を、いずれも径8.5柳の棒材として
用意し、ブレーキ方式溶接機を用いて、まずイ)と口)
、次に口)とハ)の端面を摩擦溶接し、溶接部に生じた
パリは旋盤により除去した。 イ)  Ti−Al!合金(AI!:36%、Hv 2
50 )口)  Inconel  751 (HRC
39)−中間材ハ)  SN0M439 (HRC33
)・・・軸材接合部の熱間ねしり試験を行なったところ
、第4図に示すとおり、十分な強度を有することがわか
った。破断は、母材のTi −1合金の部分で起った。
【発明の効果】
本発明の接合方法によれば、軽量で耐熱性のよいTi−
AN合金と、強度にすぐれた表面硬化処理可能な構造用
鋼とが、高い接合部強度をもって接合できる。 接合部の高温強度が高いため、それに隣接するジャーナ
ル部やシールリング溝の表面硬化に、高周波焼入れや火
焔焼入れの手段が利用できる。 中間材として使用した耐熱合金は一般に熱伝動率が低い
ので、Ti −Al合金製の部材が高温にさらされたと
きにも、軸材への熱の移動量を軽減でき、このことは、
軸受部などの耐久性を向上させるのに役立つ。 従って本発明は、とくにターボチャージャーのホットホ
イール、エンジンバルブ、タービンブレードおよびディ
スクなどの機械部品の製作に適用したとき、その意義が
大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の接合方法を適用して製作
した機械部品の例を説明するための図であって、第1図
および第2図はターボチャージャーのホットホイールを
、第3図はエンジンバルブを、いずれも半ばは縦断面で
示した側面図である。 第4図は本発明の方法で得た接合部の、熱間ねしり試験
の結果を示すグラフである。 IA、1B・・・ホイール 2A、2B・・・中間材 3・・・軸 材 4・・・バルブシート 5・・・中間材(円板) 6・・・ステム材 第11!1 特許出願人   大同特殊鋼株式会社 同     富士バルブ株式会社 代理人  弁理士  須 賀 総 夫 第31!1 平成元年10月26日 特許庁長官  古 1)文 毅  殿 1、事件の表示 昭和63年特許願第285279号 2、発明の名称 Ti −A、l!金合金構造用鋼との接合方法および接
合部品3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所  愛知県名古屋市中区錦−T目11番18号名
 称  (371)大同特殊鋼株式会社代表者   岸
 1)壽 夫 住 所  東京都港区赤坂−丁目1番12号名 称  
富士バルブ株式会社 代表者   藤 井 浩 − 4、代理人〒104 住 所  東京都中央区築地二丁目15番14@第4図 一試験蓬友 [0C1 第1!!I

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)金属間化合物TiAlを主要構成相とするTi−
    Al合金の部材と構造用鋼の部材とを接合する方法であ
    って、中間材としてオーステナイト系ステンレス鋼もし
    くは耐熱鋼、またはNi基もしくはCo基の超合金を使
    用し、少なくとも中間材と構造用鋼との接合を摩擦溶接
    法により行なうことを特徴とするTi−Al合金と構造
    用鋼との接合方法。
  2. (2)中間材としてオーステナイト系ステンレス鋼もし
    くは耐熱鋼を使用し、これとTi−Al合金の部材との
    接合も摩擦溶接により行なう請求項1の接合方法。
  3. (3)中間材としてγ′析出硬化型のNi基合金を使用
    し、これをTi−Al合金で鋳包むことにより中間材と
    Ti−Al合金との接合を行なう請求項1の接合方法。
  4. (4)金属間化合物TiAlを主要構成相とするTi−
    Al合金の部材と構造用鋼の部材とを、中間材を介して
    接合してなる接合部品であって、中間材がオーステナイ
    ト系ステンレス鋼もしくは耐熱鋼、またはNi基もしく
    はCo基の超合金であり、少なくとも中間材を構造用鋼
    との間を摩擦溶接法により接合したことを特徴とする接
    合部品。
  5. (5)Al:32〜36%を含有し残部が実質上Tiか
    らなるTi−Al合金の部材を使用した請求項4の接合
    部品。
  6. (6)Al:32〜36%に加えて下記のグループのい
    ずれか1種または2種以上を含有し、イ)B:0.00
    5〜0.20% ロ)C:0.2%以下と0:0.3%以下および(また
    は)N:0.3%以下(ただし0+N:0.4%以下) ハ)Ni:0.05〜3.0%および(または)Si:
    0.05〜3.0% 残部が実質上TiからなるTi−Al合金の部材を使用
    した請求項4の接合部品。
  7. (7)構造用鋼としてマルテンサイト系耐熱鋼を使用し
    、中間材としてNi基超合金を使用したエンジンバルブ
    である請求項4の接合部品。
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