JPH0517834A - 高強度高延性TiAl系金属間化合物 - Google Patents

高強度高延性TiAl系金属間化合物

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JPH0517834A
JPH0517834A JP3018452A JP1845291A JPH0517834A JP H0517834 A JPH0517834 A JP H0517834A JP 3018452 A JP3018452 A JP 3018452A JP 1845291 A JP1845291 A JP 1845291A JP H0517834 A JPH0517834 A JP H0517834A
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intermetallic compound
tial
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powder
ductility
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JP3018452A
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Kazuhisa Shibue
和久 渋江
Bokujiyun Kin
睦淳 金
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高強度と高延性を兼備する性状のTiAl系
金属間化合物を提供する。内燃機関などの構成材料とし
て有用性が期待できる。 【構成】 TiとAlの緻密な混合材から反応焼結によ
り合成され、平均結晶粒系が30μm 以下、成分組成がA
l40〜50at%で残部がTiからなることを特徴とする。
前記成分組成にMn0.05〜10at%を含有させると、ポア
発生の抑制に効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高水準の機械的強度な
らびに延性を兼備する性状のTiAl系金属間化合物に
関する。
【0002】
【従来の技術】TiAl系の金属間化合物は、軽量で高
温強度に優れているため例えば内燃機関のような耐熱部
材としての用途分野に有用性が期待されている。ところ
が、この材料は常温時の延性に乏しく、また加工に困難
性を伴う材質上の難点がある関係で、未だ実用化の段階
に至っていない。
【0003】常温延性の改善については、溶製法による
TiAlを対象にしたMn、Cr等の成分添加あるいは
結晶粒の微細化などの改良手段が提案されている。この
うち溶製法TiAlの結晶粒微細化は恒温鍛造等により
おこなわれるが、この場合には延性ばかりでなくTiA
lの強度特性も微細化された結晶粒径に依存することが
解明されている〔Scripta Metall.,21(1989) p467 〕。
つまり、TiAlの結晶粒径を微細化することによっ
て、延性と強度の両特性を共に向上させることが期待で
きる。
【0004】一方、反応焼結法によりTiAl系金属間
化合物を得る場合には、反応合成前の緻密な混合状態に
おいてnear net shape形状に成形することができるた
め、難加工性の点に対しては大幅な改善が可能となる
(特公平1−30898 号公報) 。しかし、材質の常温延性
については十分な改良がなされていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は反応焼結で得
られるTiAlの延性改善を材質性状の面から多角的に
研究を重ねた結果開発に至ったもので、その目的は高強
度と高延性の両特性を兼備する反応焼結法のTiAl系
金属間化合物を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による高強度高延性TiAl系金属間化合物
は、TiとAlの緻密な混合材から反応焼結により合成
され、平均結晶粒径が30μm 以下、成分組成がAl40〜
50at%で残部Tiからなることを構成上の特徴とする。
【0007】一般にTiAl系の金属間化合物は、Ti
粉末とAlまたはAl合金粉末に必要な金属成分を添加
して混合し、圧縮成形および脱気処理をおこなったの
ち、HIP(熱間静水圧)装置を用いて熱圧処理を施し
反応焼結する方法により合成される。本発明を構成する
TiAl系金属間化合物は、前記工程の脱気処理後に混
合体をアルミニウム合金容器内に真空封入し熱間押出加
工と冷間加工を加える手段を挿入してTiとAlの緻密
な混合材を形成し、緻密化された混合材を反応焼結する
ことにより合成されるものである。このように緻密化さ
れた混合材は加工度が高く、反応焼結後の結晶粒径を小
さくするために機能する。
【0008】本発明の第1の性状的要件は、TiAl系
金属間化合物の平均結晶粒径を30μm 以下とすること
で、30μm を越える平均結晶粒径では強度および延性を
同時に向上させることが不可能となる。このように反応
焼結後の平均結晶粒径を30μm以下に調整するには、緻
密なTiとAlとによる混合材の全加工度を25%以上に
することが効果的な手段となる。なお、本発明において
全加工度とは、押出加工度 (押出加工前の断面積/押出
加工後の断面積)と冷間加工度(冷間加工前の断面積/
冷間加工後の断面積)の積を指すものとする(以下、同
じ)。
【0009】本発明の第2の性状的要件は、TiAl系
金属間化合物の成分組成をAl40〜50at%、残部がTi
で構成することである。Al成分が前記の範囲を外れる
と延性の向上効果が十分に達成されなくなる。
【0010】前記の成分組成に第三成分としてMnを含
有させると、反応焼結の過程で起こるポアの発生現象を
抑制する効果がある。好適なMnの含有量は0.05〜10at
%の範囲で、0.05at%未満では前記のポア抑制効果が効
果的に発揮されず、10at%を越えると延性が大幅に減退
する不都合な結果を招く。
【0011】
【作用】本発明によるTiAl系金属間化合物は上記の
構成および機能を有するから、TiとAlの緻密な混合
材を反応焼結原料とすることで全加工度を高め、平均結
晶粒径を30μm 以下に微細化し、かつ成分組成をAl40
〜50at%で残部Tiとした組織性状の作用により、材質
の機械的強度ならびに延性を同時に向上させることが可
能となる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。 実施例1 Al48.5at%、残部がTiの組成となるように平均粒径
70μm のTi粉末と平均粒径75μm のAl系粉末を混合
し、混合物をCIP(冷間静水圧)成形したのち脱気処
理を施した。ついで、アルミニウム合金缶へ真空封入
し、そのまま熱間押出および冷間加工を施して緻密な混
合材を形成した。この際の押出加工度は15%、冷間加工
度は20%で、全加工度は300 %であった。
【0013】つぎに混合材を、温度1300℃、圧力152GP
a、時間2hrs.の条件でHIP(熱間静水圧)処理をお
こなって反応焼結させ、TiAl系金属間化合物を合成
した。得られたTiAl系金属間化合物につき平均結晶
粒径を測定し、併せて材料の常温引張り強さおよび伸び
特性を試験した。それらの結果を成分組成と対比して表
1に示した。
【0014】実施例2 Al48.5at%、Mn1.5at %、残部Tiの組成になるよ
うに平均粒径70μm のTi粉末、平均粒径75μm のAl
系粉末およびMn粉末を混合した。その他は実施例1と
同一の工程ならびに条件を適用してTiAl系金属間化
合物を得た。なお、この場合の押出加工度は35%、冷間
加工度は10%で、全加工度は350 %であった。得られた
TiAl系金属間化合物の平均結晶粒径、常温引張り強
さおよび伸び特性を、表1に併載した。
【0015】実施例3 Al48.5at%、Mn1.5 at%、残部Tiの組成になるよ
うに平均粒径50μm のTi粉末、平均粒径60μm のAl
系粉末およびMn粉末を混合した。その他は実施例1と
同一の工程ならびに条件を適用してTiAl系金属間化
合物を得た。なお、この場合の押出加工度は9%、冷間
加工度は20%で、全加工度は180 %であった。得られた
TiAl系金属間化合物の平均結晶粒径、常温引張り強
さおよび伸び特性を、表1に併載した。
【0016】実施例4 Al45.5at%、Mn3.5 at%、残部Tiの組成になるよ
うに平均粒径40μm のTi粉末、平均粒径35μm のAl
系粉末およびMn粉末を混合した。その他は実施例1と
同一の工程ならびに条件を適用してTiAl系金属間化
合物を得た。なお、この場合の押出加工度は9%、冷間
加工度は20%で、全加工度は180 %であった。得られた
TiAl系金属間化合物の平均結晶粒径、常温引張り強
さおよび伸び特性を、表1に併載した。
【0017】実施例5 Al48.5at%、Mn1.5 at%、残部Tiの組成になるよ
うに平均粒径75μm のTi粉末、平均粒径72μm のAl
系粉末およびMn粉末を混合した。その他は実施例1と
同一の工程ならびに条件を適用してTiAl系金属間化
合物を得た。この場合の押出加工度は7%、冷間加工度
は5%で、全加工度は35%であった。得られたTiAl
系金属間化合物の平均結晶粒径、常温引張り強さおよび
伸び特性を表1に併載した。
【0018】比較例1 Al48.5at%、Mn1.5 at%、残部Tiの組成になるよ
うに平均粒径50μm のTi粉末、平均粒径60μm のAl
系粉末およびMn粉末を混合した。この混合物を実施例
1と同一の条件を用い、反応焼結によりTiAl系金属
間化合物を得た。この場合の押出加工度は5%、冷間加
工度は2%で、全加工度は10%であった。得られたTi
Al系金属間化合物の平均結晶粒径、常温引張り強さお
よび伸び特性を表1に併載した。
【0019】比較例2 Al38.0at%、Mn1.0 at%、残部Tiの組成になるよ
うに平均粒径70μm のTi粉末、平均粒径75μm のAl
系粉末およびMn粉末を混合した。その他は実施例1と
同一の工程ならびに条件を適用してTiAl系金属間化
合物を得た。この場合の押出加工度は15%、冷間加工度
は20%で、全加工度は300 %であった。得られたTiA
l系金属間化合物の平均結晶粒径、常温引張り強さおよ
び伸び特性を、表1に併載した。
【0020】比較例3 Al52.0at%、Mn 2.5at%、残部Tiの組成になるよ
うに平均粒径70μm のTi粉末、平均粒径75μm のAl
系粉末およびMn粉末を混合した。その他は実施例1と
同一の工程ならびに条件を適用してTiAl系金属間化
合物を得た。この場合の押出加工度は35%、冷間加工度
は10%で、全加工度は350 %であった。得られたTiA
l系金属間化合物の平均結晶粒径、常温引張り強さおよ
び伸び特性を、表1に示した。
【0021】比較例4 Al48.0at%、Mn12.5at%、残部Tiの組成になるよ
うに平均粒径60μm のTi粉末、平均粒径65μm のAl
系粉末およびMn粉末を混合した。その他は実施例1と
同一の工程ならびに条件を適用してTiAl系金属間化
合物を得た。得られたTiAl系金属間化合物の平均結
晶粒径、常温引張り強さおよび伸び特性を、表1に示し
た。
【0022】
【0023】表1の結果から、本発明の性状要件を満た
す実施例はいずれも高度の引張り強さと伸びを示してお
り、高強度ならびに高延性が兼備されていることが認め
られる。これに対し、混合材原料の緻密化処理を施さな
いために平均結晶粒径が30μm を越える比較例1、Al
成分が40at%未満の比較例2、Al成分が50at%を上廻
る比較例3は、引張り強さおよび伸び特性ともに低位に
ある。また、Mnの添加含有量が10at%を越える比較例
4では、強度、伸びが低下してしまうことが判明する。
【0024】
【発明の効果】以上のとおり、本発明により提供される
反応焼結法のTiAl系金属間化合物は優れた機械的強
度を保持しながら効果的に改善された延性を備えてい
る。このため、耐熱部材として有用な高強度高延性のT
iAl系金属間化合物を反応焼結法を用いて生産供給す
ることが極めて有利となるから、高い工業的有益性がも
たらさせる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 TiとAlの緻密な混合材から反応焼結
    により合成され、平均結晶粒径が30μm 以下、成分組成
    がAl40〜50at%で残部Tiからなることを特徴とする
    高強度高延性TiAl系金属間化合物。
  2. 【請求項2】 Mn0.05〜10at%を含む請求項1記載の
    高強度高延性TiAl系金属間化合物。
JP3018452A 1991-01-17 1991-01-17 高強度高延性TiAl系金属間化合物の製造方法 Expired - Lifetime JPH089742B2 (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6430898A (en) * 1987-07-02 1989-02-01 Campagnolo Spa Rear section derailer for bicycle gear
JPH04124236A (ja) * 1990-09-14 1992-04-24 Sumitomo Light Metal Ind Ltd 耐酸化性に優れたTiAl系金属間化合物

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6430898A (en) * 1987-07-02 1989-02-01 Campagnolo Spa Rear section derailer for bicycle gear
JPH04124236A (ja) * 1990-09-14 1992-04-24 Sumitomo Light Metal Ind Ltd 耐酸化性に優れたTiAl系金属間化合物

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