JPH02274829A - 金属間化合物Ｔｉ↓３Ａｌ基軽量耐熱合金 - Google Patents

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、軽くて高温強度が高く、航空機用エンジン部
材や発電用ガスタービン部材等への利用が期待されてい
る金属間化合物Ｔｉ３Ａｌ基合金であって、特にその軽
量および高強度という特徴が損なわれずに常温延性が改
善されたＴｉＪＱ基合金に関するものである。

（従来の技術） Ｔｉ−Ａｌｌ！２元系において、ＴＩ、＾ｆ、ＴｉＡＮ
およびＴｌＡｊ！２の３種類の金属間化合物が存在する
ことが知られている。このうちＴ１側に近いＴｉＪｌは
α２相とも呼ばれ、ＤＯｌ、型の結晶構造を有している
。

Ｔｉ５Ａｆは化学量論組成（Ｔｉ−１５，８重量％Ａｆ
ｆｉ）からＡｆｆｉ側に広い固溶範囲を形成し、高温で
はβ相に変態する。

Ｔｌ５Ａｊ！はチタンよりも軽く、強度が高く、その強
度は７５０℃程度まで大きく低下す′ることかない。

また、この温度付近まで耐酸化性が良好であることも大
きな長所である。現在の高温用チタン合金の使用可能な
上限温度は約６００°Ｃであるが、上記Ｔｉ３Ａｊ！を
主体とする合金（以下ｒＴｉ、Ａｌ基合金」という）を
利用することにより、この使用限界温度を向上させるこ
とが可能であり、宇宙航空機用エンジン部材やタービン
部材等への応用が広がることが期待される。

しかしながら、ＴＩ、ｌは高温強度が優れている反面、
室温延性は皆無に近い、このためにＴＩＪ　ｆの実用化
が制限されているのが実情である。

Ｔ１３Ａ　ｌの常温延性を改善するためにβ相安定化元
素であるニオブ（Ｎｂ）を添加し、Ｔｉ３Ａｌ中に少量
のβ相を分散させる方法がある（米国特許４，２９２，
０７７号明細書）、このようなβ相を分散させる方法に
おいては、β相の増加に伴い、常温延性は向上するが、
反面、Ｔｉ１／／！の大きな特長である高温強度が低下
する。従って、分散させるβ相の量には制限があり、常
温延性と高温強度の兼ね合いによってβ相の量、すなわ
ちアルミニウム（Ａ　ｆｆｉ　）とβ相安定化元素の比
率が決められることになる。高温強度を低下させないた
めには、β相が可能な限り少ない状態で常温延性を向上
させることが望ましい。

本発明者らは、先にＡＮ　：　９〜２５重量％、Ｂ：０
．００１〜０．４００重量％、残部Ｔｉからなるチタン
合金を提案した（特開昭６２−２５０１３９号公報）、
その合金は、ＴｉＪｊ！主体の合金にＢを添加すること
により熱間加工性を大幅に向上させたものである。

（発明が解決しようとする課題） ＴｉＪｊ！は常温延性が乏しく、そのために用途が非常
に制限される。その常温延性を高める方法として、常温
延性の高いβ相を分散させる前掲の米国特許４，２９２
，０７７号明細書の方法は優れた方法である。しかし、
そこに開示されている合金は、Ｎｂを１９．５〜３０重
量％と多量に含むものである。　Ｎｂは原子１９３の重
い元素で、しかも高価であるから、このような元素を多
量に添加することはＴｉ３Ａ　１２の軽量性を損ない、
かつ材料コストを上げることになる。Ｎｂに限らず、他
のβ相安定化元素を添加してＴｉ５Ａ　ｌとβ相からな
る組織とする場合も同様の問題が生じる。

更に、通常は常温延性が向上すれば、常温強度および高
温強度が低下するのが一般的であり、これは耐熱合金の
長所を損なうことになる。

本発明の課題は、ｔｔｓ＾ｉ基合金の本来の特性である
軽量、高強度という長所をできるだけ損なわず、その常
温延性を改善することにある。具体的には、ＴｉＪｆｆ
ｉとβ相からなる組織においてβ相の量を極力抑えて、
Ｔｉ１Ａｌ基合金の高温強度の低下を引き起こさず、そ
の常温延性を改善することを目的とする。

本発明において目標とするＴｌｌＡｌ基合金の特性は、
常温引張伸びが３％以上、７００”Ｃにおける０、２％
耐力が３０ｋｇｆ／■−２以上である。

（課題を解決するための手段） 本発明は、基本的にはβ安定化元素を添加してＴｉ、Ａ
　ｌ中に少量のβ相を分散させてその常温延性を改善す
るものである。しかし、この方法において、β安定化元
素量を増加させ、β相を増加させることは前記のような
問題が生じるため、分散させるβ相の量を極力抑えなが
ら延性を改善することが望まれる。

本発明者らは、Ｂ（ボロン）、Ｃ（炭素）、Ｓｌ（珪素
）を単独または２種以上併せて適正量含有させることに
よって、β相の量を最小限に抑えながら、ＴｉＪ　Ｊ！
基合金の常温延性を大きく改善できることを確認した。

ＢＳＣ，およびＳｌは、いずれも原子量がＴ１よりも小
さい軽元素であるから、前記のＮｂだけを多量に含有さ
せた場合のように合金の軽量性をｔ員なうことはない、
しかも、これらの元素の添加量を適正範囲にすれば、合
金の強度を低下させることもない。

本発明は、「金属間化合物Ｔ１．＾２を主体とし、体積
百分率（ｖｏｌ、％）で１〜２０％のβ相が分散した組
織の合金であって、更にボロン（Ｂ）、炭素（Ｃ）、お
よび珪素（Ｓｔ）の１種以上を単独または合計で０．０
０１〜０．４重量％含有する金属面化合物ＴｒＡｌ基軽
量耐熱合金」を要旨とする。

（作用） まず、［金属間化合物ＴＩ！＾２を主体とする合金」に
ついて説明する。

この合金は、Ｔ１をベースとして、Ａ？１２〜１６重量
％と、■、Ｍｏ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｗ、　Ｃｒ、　Ｍ
ｎ、　Ｆｅ、　Ｃｏ、Ｎ１、Ｃｕなどのβ相安定化元素
を１種以上含むものである。これらの成分の含有量は、
代表的なＶに換算して、次の■当量式で３〜１２重量％
になるように含有させればよい。

Ｖｓｑ（χ）−■（χ）＋１．４Ｍｏ（χ）　＋０．４
Ｎｂ（χ）＋０．３Ｔａ（χ）＋０．６Ｗ（χ）＋２．
４Ｃｒ（χ）＋２．３％Ｍｎ（Ｘ）＋１．７Ｎ＋（χ）
＋４．３Ｆｅ（χ）＋２．１Ｃｏ（χ）＋１．２Ｃｕ（
χ）式中元素の「χ」は「重量％」である。

前記β相安定化元素のうちＭｏ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｗ
は■より重い、特にＴａ、　Ｗは重い元素であるので、
軽量性を維持するためには少ない含有量の方が好ましい
。また、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、　ＭＬ、　Ｆｅ、　Ｃｏ、　
ＣｕはＴｉと結びついて他の金属間化合物を形成しやす
い、従って、最も実用的なのは、■を３〜１２重量％含
有する合金である。

β相の量は、上記β相安定化元素の添加量によって調整
できるが、前記の理由からその量は必要最小限にとどめ
る。望ましいβ相の量は１〜２０ｖｏｌ。

％である。

次に、Ｂ、Ｃ，およびＳｔの含有量について説明する。

これらの元素の添加によって常温延性が改善されるのは
、次のような理由によるものと考えられる。すなわち、
これらの元素は、β相のみならずＴｉＪｆｆｉ相の粒界
に偏析し、粒界を強化して粒界破壊を防止することによ
ってＴｌｓ＾ｌ基合金の常温延性を改善する。このよう
な作用により、β相の分散量が少ない場合でも高い常温
延性が得られるから、β相安定化元素の添加量は少なく
て済む。

Ｂ、ＣおよびＳｌはいずれも同様の効果を有するから、
単独添加でもよく、２種または３種の複合添加でもよい
、ただし、いずれの場合でも含有量は０．００１〜０．
４重量％の範囲とする。　０．００１重量％未満では添
加の効果は認められない、また、０．４重量％を超える
含有量になると、これらの元素の偏析が起こりやすく合
金の脆化をもたらし、常温延性は却って低下する。

（実施例） 原料として純度９９．７％のスポンジチタン、純度９９
．９％のＡｌ、８４重量％Ｖ−１６重量％Ａｆｆｉの母
合金、ＴｉＢｘ　、Ｔｉｃ、純度９９．９９％のＳｉを
用い、非消耗電極式真空アーク溶解炉を使用して第１表
に示す化学組成を有する１、２ｋｇのインゴットを溶製
した。

第１表中の比較材というのは、Ｂ、、Ｓｔ、Ｃのいずれ
をも含有しないもの、またはそれらの含有量が多すぎる
ものである。

次にこれをβ域において熱間鍛造し外径１５層層の丸棒
を得て、真空中で９００’Ｃで２時間の焼鈍を行った。

これより外径４Ｉ、標点間距離１６ｍｇ＋の丸棒引張試
験片を採取し、引張試験に供した。引張試験は室温およ
び７００”Ｃにおいて歪速度を破断まで０．５％／ｗｒ
　ｉ　ｎとして実施した。試験の結果を第１表に示す。

本発明材は全て常温伸びが３％以上、７００℃での０．
２％耐力が３０ｋｇｆ／ｍａ＋”以上という目標値を満
足している。これに対して、比較材は、常温伸びと７０
０”Ｃでの０．２％耐力の一方または両方が目標値に達
していない。

（以下、余白） （発明の効果） 実施例の試験結果にも明らかなように、本発明の合金は
、従来のＴｉ３Ａｊ！基合金に較べて同等以上の強度を
保ちながら延性が改善されている。

本発明のＴｉ３Ａ　１基合金は、実施例のように溶解法
で製造することも、或いは粉末冶金法で製造することも
可能であって、そして、この合金は板材、管材、その他
各種の鋳鍛造材として広（実用化できるものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属間化合物Ｔｉ＿３Ａｌを主体とし、体積百分
   率で１〜２０％のβ相が分散した組織の合金であって、
   更にボロン、炭素、および珪素の１種以上を単独または
   合計で０．００１〜０．４重量％含有する金属間化合物
   Ｔｉ＿３Ａｌ基軽量耐熱合金。
2. （２）β相安定化元素としてＶを３〜１２重量％含有す
   る特許請求の範囲第１項記載の金属間化合物Ｔｉ＿３Ａ
   ｌ基軽量耐熱合金。