JPH0441635A - 耐熱性の優れたTi合金 - Google Patents

耐熱性の優れたTi合金

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JPH0441635A
JPH0441635A JP14674490A JP14674490A JPH0441635A JP H0441635 A JPH0441635 A JP H0441635A JP 14674490 A JP14674490 A JP 14674490A JP 14674490 A JP14674490 A JP 14674490A JP H0441635 A JPH0441635 A JP H0441635A
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JP
Japan
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alloy
heat resistance
less
excellent heat
necessary
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Pending
Application number
JP14674490A
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English (en)
Inventor
Akihiro Suzuki
昭弘 鈴木
Koichi Yamada
山田 廣一
Tomohito Iikubo
知人 飯久保
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
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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】 【発明の目的】
(産業上の利用分野) 本発明は、耐熱性の優れたTi合金に係わり、例えば、
エンジンバルブ、ジェットエンジン構成部品(コンプレ
ッサディスク、タービンブレード)、産業用ガスタービ
ン等の耐熱性を有しかつ高強度でしかも軽量であること
(つまり、高比強度であること)が要求されるTi合金
製部材の業態として好適に利用される耐熱性の優れたT
i合金に関するものである。 (従来の技術) 自動車のレシプロエンジンに用いられるエンジンバルブ
や、航空機のジェットエンジンに用いられるコンプレッ
サディスク、タービンブレードや、産業用ガスタービン
に用いられるタービンブレード等において、それらの燃
焼効率を高めて高性能化ならびに低燃費化をはかるため
には、燃焼温度を上昇させることが手段の一つとなって
おり、したがって、より高温で使用することのできる材
料の開発が必要となってくる。また、より一層の軽量化
も求められている。 従来、比較的軽量であって所要の強度および耐熱性を有
する材料として、耐熱Ti合金があり。 例えば、Ti−6A文−4V (AlS 4695)や
、Ti−6Al−2Sn−4Ti−6A。 (AlS 4976)や、Ti−6Ti−6AJ2−2
Sn−4Zr−2,ISiや、Tj−5,8Alt−4
Sn−3,5Zr−0,7Nb−0,5Zr−0,35
Si−0,15C(#開閉59−89744号)などが
ある。 そして、これらはいずれもα+β型のTi−A、l−V
系合金ないしはニγα型のTi−AKL−5n−Zr系
合金が主体であり、必要に応じてMo、Nb、V等のβ
安定化元素を添加したものとしている。 (発明が解決しようとする課題) 上記した従来の耐熱Ti合金は、Nfを多量に含む耐熱
鋼や耐熱合金などと比べるとかなり軽量であり、まずま
ずの強度および耐熱性を有しているが、上述したように
、自動車や航空機のエンジン、産業用ガスタービン等に
おいては、それらの燃焼効率を向上させるために、燃焼
温度を上昇させる傾向にあることから、より一層の#熱
性の向上が望まれるという課題があった。 (発明の目的) 本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされた
もので、従来の高比強度の耐熱Ti合金において、その
耐熱性をより一層向上させることができるようにするこ
とを目的としている。
【発明の構成】
(課題を解決するための手段〕 本発明に係わる耐熱性の優れたTi合金は、重量%で、
Al:10%以下、Sn:15%以下。 Zr :15%以下のうちの1種または2種以上を含み
、さらにGa:0.01〜15%を含み、残部Tiおよ
び不純物よりなる構成としたことを#黴としており、実
施態様においては、Al。 Sn、Zr、Ga含有量が、 AlL+ (S n/3)+ (Zr/6)+(Ga/
2)  515% AR+  (Sn/3)+  (Zr/6)+Ga≧5
%の関係を満足する構成とし、同じ〈実施態様において
は1重量%で、A文=8%以下、Sn+15%以下、Z
r:15%以下のうちの1種または2種以上を含み、さ
らにGa:0.01〜10%を含み、残部Tiおよび不
純物よりなり、Al。 Sn、Zr、Ga含有量が、 A文士(S n/3) +(Zr/6)+(Ga/2)
510% A文十(S n/3)+ (Z r/6)+Ga≧6%
の関係を満足する構成とし、同じ〈実施態様においては
、V 、 N b 、 T a 、 Cr 、 M o
 、 W 。 Mn、Fe、Co、Ni、Cuのうちの1種または2種
以上をさらに含み (V/1.5)+ (Nb/3.6) +(Ta/4.5)+ (Cr70.64)+Mo+ 
 (W/2.6)+  (Mn10.64ン+ (F 
elo 、 35) + (Colo 、 7)+ (
N ilo 、9)+ (Cu/1.3)≦7%の関係
を満足する構成とし、同じ〈実施態様においては、C,
Sf、S、Y、REMのうちの1種または2種以上を合
計で1%以下含む構成としたことを特徴としており、上
記耐熱性の優れたTi合金の構成を前述した従来の課題
を解決するための手段としている。 次に、本発明に係わる耐熱性の優れたTi合金の成分組
成範囲(重量%)の限定理由について説明する。 A文:10%以下 Aiはα相を固溶強化するのに有効な元素であるので、
Sn、Zrと共にこれらの1種または2種以上を含有さ
せるが、AQ含有量が多すぎるとTi3 All化合物
を形成して延性を低下させるようになるため、10%以
下とすることが必要であり、必要に応じて8%以下とす
るのがよい。 Sn:15%以下 Snはα相を固溶強化するのに有効な元素であるので、
Al、Zrと共にこれらの1種または2種以上を含有さ
せるが、Sn含有量が多すぎるとTi3 Sn化合物を
形成して延性を低下させるようになるため、15%以下
とすることが必要である。 Zr:15%以下 Zrはα相およびβ相を固溶強化するのに有効な元素で
あるので、A1lSnと共にこれらの1種または2種以
上を含有させるが、Zr含有量が多すぎるとβ相の量が
増大してクリープ特性を低下させるようになるため、1
5%以下とすることが必要である。 Ga:0.0l−15% Gaはα相を固溶強化し、Ti合金の耐熱性を改善する
のに有効な元素であるので、このような効果を得るため
に0.01%以上含有させることが必要であるが、Ga
含有量が多すぎるとTi3Ga化合物を形成して延性を
低下させるようになるため、15%以下とすることが必
要であり、必要に応じて10%以下とするのがよい。 AJ1+ (S n/3) +(Z r/6)+(Ga
/2)  ≦15% A文、Sn、Zr、Gaの各元素を適宜複合添加した場
合において、α相の固溶限界を考慮して必要な延性が確
保されるようにするためには、上記各元素の関係におい
て15%以下となるようにすることが望ましく、さらに
は必要に応じて10%以下となるようにすることがより
望ましい。 A、Q+  (Sn/3)  +  (Zr/6)+G
a≧5% Al、Sn、Zr、Gaの各元素を適宜複合添加した場
合において、必要な高温強度が確保されるようにするた
めには、上記各元素の関係において5%以上となるよう
にすることが望ましく、さらには必要に応じて6%以上
となるようにすることがより望ましい。 V  Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn。 Fe、Co、Ni、Cuのうちの1種または2種以上 これらの元素はβ相を固溶強化し、熱処理性を改善する
のに有効であって、短時間強度の改善に有効な元素群で
あるので、必要に地じてこれらの1種または2種以上を
添加することも望ましい。 この場合、(V/1.5)+ (Nb/3.6)+  
(Ta/4 .5)+  (Crlo  、64)+M
o+  (W/2 .6)+  (Mn10 .64)
+  (Fe10.35)+  (Co10.7)+ 
(Ni10.9)+ (Cu/1.3) で表わされる
MO当量での関係においてこの値が7%を超えるとβ相
の量が増大してクリープ特性を低下させるようになるた
め、これらの元素の1種または2種以上を添加するとし
ても上記関係において7%以下となるようにすることが
望ましい、なお、上記各元素のうちNb、Ta、Moは
Ti中での拡散速度が遅く、とりわけクリープ特性の改
善には有効であり、また耐酸化性を改善する効果も大き
い。 C,Si 、S、Y、REM(希土類元素のうちの1種
または2種以上)のうちの1種または2種以上 これらの元素はTfもしくはTi中の不純物と介在物な
いしは化合物を形成して、クリープ強度を改善するのに
有効な元素群であるので、必要に応じてこれらの1種ま
たは2種以上を添加することも望ましい。 しかし、含有量が多すぎると製造性を劣化させ、また延
性も低下させるようになるため、添加するとしてもこれ
らの1種丈たは2種以上の合計で1%以下とすることが
望ましい。 Ti:残部 Tiは軽量でかつ耐熱性、耐食性に優れ、高比強度が得
られるので残部とした。 (発明の作用) 本発明に係わるTi合金は、上記した構成を有している
ので、Ti中にA文、Sn、Zrの1種丈たは2種シ上
を適量添加することによってα相が固溶強化され、また
、Zrを適量添加することによってβ相も固溶強化され
、さらにはGaを適量添加することによってα相が固溶
強化されると共に耐熱性が改善されるので、軽量で且つ
耐熱性・耐食性に優れると共に高比強度が得られるTi
合金の耐熱性がさらに向上したものとなり、V、Nb 
、Ta 、Cr 、Mo 、W、Mn 、Fe 。 Co、Ni、Cuのうちの1種または2種以上を必要に
応じて含有させることによってβ相が固溶強化され、熱
処理性が改善されて短時間強度が向上したものとなり、
C,Sf 、S、Y、REMのうちの1種または2種以
上を必要に応じて含有させることによってクリープ強度
がさらに改善されたものとなる。 (実旅例) 第1表に示す化学成分組成のTi合金をプラズマ溶解に
より溶製し、それぞれについて直径的LOOmmの鋳塊
を得たのち、1150℃で分塊し、続いて1000℃で
鍛伸加工を実施して20mm角の棒材を得た。 次いで、βトランザス温度直下(Tβ−20℃)で溶体
化処理を行ったのち、635℃で時効処理を施して供試
材とした。 続いて、各供試材の常温引張特性(0,2%耐力、絞り
)、600℃引張特性(0,2%耐力。 絞り)および温度=600℃、応力20.4kgf/m
m2 、時間=100時間のクリープ特性を調べた。 これらの結果を同じく第1表に示す。 第1表に示すように、本発明合金はいてれも富温引張特
性、高温(600℃)引張特性および高温(600℃)
クリープ特性が良好であり、とくにGaを添加していな
い比較合金と比べた場合に高温特性が良好な値を示して
いて耐熱性に優れたものとなっていることがみとめられ
た。 また、AlL+ (S n/3)+ (Z r15)+
(G a / 2 )で示される値が大きめとなってい
るNo、17の合金では延性がさほど良好でないため、
この実施例の鍛伸加工条件では鍛造中に割れが発生した
ことから、鍛伸加工条件を考慮する必要のあることが認
められた。
【発明の効果】
本発明に係わるTi合金は、重量%で、A文=10%以
下、Sn+15%以下、Zr:15%以下のうちの1種
または2種以上を含み、さらにGa:0.01〜15%
を含み、残部Tiおよび不純物よりなる構成としたもの
であるから、従来の高比強度の耐熱Ti合金において、
その耐熱性をより一層向上させることが可能であり1例
えば、各種燃焼機関の燃焼効率向上のための燃焼温度の
上昇傾向に対応できるものとなるという著しく優れた効
果がもたらされる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で、Al:10%以下、Sn:15%以下
    、Zr:15%以下のうちの1種または2種以上を含み
    、さらにGa:0.01〜15%を含み、残部Tiおよ
    び不純物よりなることを特徴とする耐熱性の優れたTi
    合金。
  2. (2)Al、Sn、Zr、Ga含有量が、 Al+(Sn/3)+(Zr/6) +(Ga/2)≦15% Al+(Sn/3)+(Zr/6)+Ga≧5%の関係
    を満足する請求項第1項に記載の耐熱性の優れたTi合
    金。
  3. (3)重量%で、Al:8%以下、Sn:15%以下、
    Zr:15%以下のうちの1種または2種以上を含み、
    さらにGa:0.01〜10%を含み、残部Tiおよび
    不純物よりなり、Al、Sn、Zr、Ga含有量が、 Al+(Sn/3)+(Zr/6) +(Ga/2)≦10% Al+(Sn/3)+(Zr/6)+Ga≧6%の関係
    を満足することを特徴とする耐熱性の優れたTi合金。
  4. (4)V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、 Mn、Fe、Co、Ni、Cuのうちの1種または2種
    以上をさらに含み、 (V/1.5)+(Nb/3.6) +(Ta/4.5)+(Cr/0.64) +Mo+(W/2.6)+(Mn/0.64)+(Fe
    /0.35)+(Co/0.7) +(Ni/0.9)+(Cu/1.3)≦7%の関係を
    満足する請求項第1項、第2項または第3項に記載の耐
    熱性の優れたTi合金。
  5. (5)C、Si、S、Y、REMのうちの1種または2
    種以上を合計で1%以下含む請求項第1項、第2項、第
    3項または第4項に記載の耐熱性の優れたTi合金。
JP14674490A 1990-06-05 1990-06-05 耐熱性の優れたTi合金 Pending JPH0441635A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014208873A (ja) * 2013-03-29 2014-11-06 独立行政法人物質・材料研究機構 耐酸化性に優れた高強度チタン合金及びこれを用いたコンプレッサー部品

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014208873A (ja) * 2013-03-29 2014-11-06 独立行政法人物質・材料研究機構 耐酸化性に優れた高強度チタン合金及びこれを用いたコンプレッサー部品

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