JPH0565562A - 高強度TiAl系金属間化合物製構造部材の製造方法 - Google Patents

高強度TiAl系金属間化合物製構造部材の製造方法

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JPH0565562A
JPH0565562A JP3230638A JP23063891A JPH0565562A JP H0565562 A JPH0565562 A JP H0565562A JP 3230638 A JP3230638 A JP 3230638A JP 23063891 A JP23063891 A JP 23063891A JP H0565562 A JPH0565562 A JP H0565562A
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powder
structural member
intermetallic compound
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JP3230638A
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Yoshinari Fujiwara
良也 藤原
Sakae Tsunashima
栄 綱島
Toshio Tokune
敏生 徳根
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 異方性を有する等軸晶を、方向性においてラ
ンダムに析出させて、等方的な機械的特性を備えた高強
度TiAl系金属間化合物製構造部材を得る。 【構成】 結晶構造がγ単相構造である金属間化合物製
第1Ti−Al粉末と、結晶構造がα2 単相構造である
金属間化合物製第2Ti−Al粉末とを有する原料粉末
を用いて圧粉体を成形し、次いで圧粉体にHIP処理を
施して、γ等軸晶c1 およびα2 等軸晶c2 よりなり、
且つ方位依存性を持たない金属組織を備えたTiAl系
金属間化合物製構造部材を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高強度TiAl系金属間
化合物製構造部材の製造方法に関する。
【0002】この種構造部材は、軽量で、且つ優れた耐
熱性を有するためエンジン部品等への適用が期待されて
いる。
【0003】
【従来の技術】従来、前記構造部材としては、その金属
組織を、γ等軸晶のみからなる等軸晶またはγ等軸晶お
よびα2 等軸晶からなる等軸晶より構成したものが知ら
れている。
【0004】この構造部材は、Al量を調節されたTi
Al系金属間化合物製素材を製造し、次いでその素材に
熱処理を施すことによって製造される。この熱処理段階
では、先ず、α2 相(Ti3 Al相)とγ相(TiAl
相)とを交互に積層した層状組織が析出し、次いでその
層状組織中に等軸晶が析出する、といった現象が発生す
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記層状組織はその構
造に起因して方位依存性を有し、また等軸晶は層状組織
中に析出するので、その等軸晶、したがって金属組織は
層状組織の影響を受けて強い方位依存性を持つ。
【0006】そのため従来法によったのでは、等方的な
機械的特性を備えた高強度な構造部材を得ることが難し
い、という問題がある。
【0007】また熱処理において、温度および時間を厳
密に制御しなければならないので、従来法は構造部材の
量産性に欠ける、といった問題もある。
【0008】本発明は前記に鑑み、特定の金属組織を備
えた原料粉末を用いることによって、等方的な機械的特
性を備えた高強度な構造部材を量産することのできる前
記製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る高強度Ti
Al系金属間化合物製構造部材の製造方法は、結晶構造
がγ単相構造である金属間化合物製第1Ti−Al粉末
と、結晶構造がα2 単相構造である金属間化合物製第2
Ti−Al粉末とを有する原料粉末を用いて素材を製造
し、次いで前記素材に焼成処理を施して、等軸晶よりな
り、且つ方位依存性を持たない金属組織を備えた構造部
材を得ることを特徴とする。
【0010】
【実施例】図1は、本発明により得られたTiAl系金
属間化合物製構造部材の金属組織の一例を模型的に示し
たもので、その金属組織は等軸晶Cより構成され、その
等軸晶Cはγ等軸晶c1 およびα2 等軸晶c2の混合物
である。
【0011】この構造部材は、結晶構造がγ単相構造で
ある金属間化合物製第1Ti−Al粉末と、結晶構造が
α2 単相構造である金属間化合物製第2Ti−Al粉末
とを有する原料粉末を用いて素材である圧粉体を成形
し、次いでその素材に焼成処理を施す、といった方法に
より製造される。
【0012】前記のように特定の金属組織を備えた原料
粉末を用いると、焼成段階において、第1Ti−Al粉
末からはγ等軸晶c1 が、また第2Ti−Al粉末から
はα 2 等軸晶c2 がそれぞれ層状組織を経ることなく直
接析出する。
【0013】この場合、個々の等軸晶Cは異方性を有す
るが、それら等軸晶Cは、方向性において全くランダム
に析出するので、前記異方性が相殺されて方位依存性を
持たない金属組織が形成され、これにより等方的な機械
的特性を備えた高強度なTiAl系金属間化合物製構造
部材が得られる。
【0014】なお、金属組織の方位依存性は圧縮テスト
によって確認された。この圧縮テストでは、常温、ひず
み速度0.1mm/min の条件下でテストピースの厚さ方
向および長さ方向の圧潰強度差を求め、その圧潰強度差
が略ゼロのときを方位依存性無しとした。
【0015】前記第1Ti−Al粉末(γ単相)および
第2Ti−Al粉末(α2 単相)を用いた原料粉末にお
いて、第2Ti−Al粉末の配合量は40重量%以下に
設定される。この場合、第2Ti−Al粉末の配合量が
40重量%を超えると、構造部材の強度が低下する。
【0016】他の原料粉末としては、結晶構造がγ相お
よびα2 相をランダムに配列した二相構造である金属間
化合物製第1Ti−Al粉末と、前記第2Ti−Al粉
末とを有するものを挙げることができる。
【0017】この場合、第1Ti−Al粉末におけるα
2 相の体積分率Vfは30%以下に設定される。この体
積分率Vfが30%を超えると、第2Ti−Al粉末と
の関係からα2 等軸晶c2 が過多となって構造部材の強
度が低下する。
【0018】この原料粉末を用いることによって、前記
同様の等軸晶Cより構成された金属組織を有する高強度
TiAl系金属間化合物製構造部材を得ることができ
る。
【0019】原料粉末におけるα2 相の総量は40重量
%以下に設定される。ここでα2 相の総量とは、第1T
i−Al粉末におけるα2 相の量と第2Ti−Al粉末
におけるα2 相の量との和である。このようにα2 相の
総量を限定する理由は、前記第2Ti−Al粉末の配合
量限定理由と同じである。
【0020】次に、具体例について説明する。 A.原料粉末の調製 先ず、結晶構造がγ単相構造である第1Ti−Al粉末
(α2 相の体積分率Vf=0)を次のような方法で製造
した。 (a) 純度99.5%、粒径50μmの水素化脱水法
による粉砕粉であるTi粉末と、純度99.9%、粒径
26μmのアトマイズAl粉末とを、50原子%Alと
なるように秤量し、それら粉末を大気中でV型ブレンダ
を用いて8時間混合した。 (b) 混合粉末を用い、真空中(6Torr以下)、12
00℃、1時間の焼結処理を行うことによって焼結体を
得た。 (c) 焼結体に粉砕処理を施し、次いで分級処理を行
うことによって粒径50μm以下の粉末を得た。 (d) 粉末に、真空中、1000℃、8時間の均質化
処理を施して第1Ti−Al粉末を得た。
【0021】この第1Ti−Al粉末は、X線回折の結
果、結晶構造がγ単相構造であることが確認された。
【0022】次に、結晶構造がα2 単相構造である第2
Ti−Al粉末を次のような方法で製造した。
【0023】前記と同様のTi粉末およびAl粉末を、
30原子%Alとなるように秤量し、それら粉末を大気
中でV型ブレンダを用いて8時間混合した。
【0024】以後、前記(b)〜(d)工程を経て、第
2Ti−Al粉末を得た。
【0025】この第2Ti−Al粉末は、X線回折の結
果、結晶構造がα2単相構造であることが確認された。
【0026】その後、第1および第2Ti−Al粉末を
各種割合で配合して十分に混合し、原料粉末を調製し
た。 B.構造部材の製造 (a) 原料粉末を用い、4000kgf/cm2 の条件下
でCIP処理(冷間静水圧プレス処理)を行うことによ
り、相対密度75%以上の圧粉体(素材)を成形した。 (b) 圧粉体をTi製缶体に入れ、真空脱ガス処理を
行った後その缶体を封緘した。 (c) 圧粉体封入缶体に、1200℃、3時間、20
00kgf/cm2 の条件下で焼成処理としてのHIP処理
(熱間静水圧プレス処理)を施して真密度の焼結体より
なる各種TiAl系金属間化合物製構造部材A1 を得
た。
【0027】各構造部材A1 についてX線回折を行った
ところ、その金属組織はγ等軸晶とα2 等軸晶とから構
成されており、また前記圧縮テストにより方位依存性を
持たないことが確認された。
【0028】また、結晶構造がγ相およびα2 相をラン
ダムに配列した二相構造であり、且つα2 相の体積分率
Vfが20%の第1Ti−Al粉末を製造した。
【0029】この製造に当っては、前記と同様のTi粉
末およびAl粉末を、47原子%Alとなるように秤量
して混合し、以後前記(b)〜(d)工程を実施した。
【0030】そして、得られた第1Ti−Al粉末と前
記第2Ti−Al粉末とを各種割合で配合して十分に混
合し、原料粉末を調製した。
【0031】その後、前記と同様の方法によって各種T
iAl系金属間化合物製構造部材A 2 を製造した。
【0032】各構造部材A2 についてX線回折を行った
ところ、その金属組織はγ等軸晶とα2 等軸晶とより構
成されており、また前記圧縮テストにより方位依存性を
持たないことが確認された。
【0033】さらに、Al量が45原子%で、α2 相の
体積分率Vfが30%の第1Ti−Al粉末を前記と同
様の方法で製造し、その粉末と前記第2Ti−Al粉末
とよりなる原料粉末を用いて前記と同様の方法によって
各種Ti−Al系金属間化合物製構造部材A3 を製造し
た。
【0034】各構造部材A3 についてX線回折を行った
ところ、その金属組織はγ等軸晶とα2 等軸晶とより構
成されており、また前記圧縮テストにより方位依存性を
持たないことが確認された。
【0035】また比較例によるTiAl系金属間化合物
製構造部材を、次のような方法で製造した。
【0036】先ず、純度99.5%のTi(スポンジチ
タン)と、純度99.99%のAl(アルミニウムショ
ット)とを、47原子%Alとなるように秤量して素材
を得た。次いで素材を非消耗型タングステンアーク溶解
炉を用いて、Ar雰囲気下で溶解することによりインゴ
ットを得た。その後インゴットに、均質化のため100
0℃、24時間〜1週間の真空熱処理を施して、三種の
Ti−47原子%Al金属間化合物製構造部材を得た。
【0037】各構造部材についてX線回折を行ったとこ
ろ、その金属組織は、熱処理によるγ等軸晶とα2 等軸
晶とより構成されているが、前記圧縮テストによって強
い方位依存性を有することが確認された。
【0038】また比較例による三種の構造部材のα2
軸晶の量は、それぞれ7重量%、15重量%、20重量
%であった。
【0039】本発明および比較例による構造部材の強度
を調べるため、次のような曲げ試験を行った。
【0040】各構造部材より、縦3mm、横4mm、長さ3
7mmの試験片を製作し、その試験片について常温下で4
点曲げ試験(JIS R 1601)を行った。この試
験では、クロスヘッド速度を0.5mm/min に設定し
て、試験片の伸び側に貼着されたストレインゲージによ
るひずみと圧下荷重とを測定し、それら測定値より0.
2%耐力を求めた。
【0041】図2は、第2Ti−Al粉末の配合量と曲
げ試験による0.2%耐力との関係を示す。ここで、第
1Ti−Al粉末としてα2 相を含むものを用いた場合
には、第2Ti−Al粉末の配合量は、第1Ti−Al
粉末のα2 相の量を第2Ti−Al粉末の量に加算した
量となる。
【0042】図中、線x1 は本発明による構造部材A1
(第1Ti−Al粉末のAl量=50原子%、α2 相の
Vf=0%)に、また線x2 は本発明による構造部材A
2 (第1Ti−Al粉末のAl量=47原子%、α2
のVf=20%)に、さらに線x3 は本発明による構造
部材A3 (第1Ti−Al粉末のAl量45原子%、α
2 相のVf=30%)にそれぞれ該当する。線yは比較
例によるTi−47原子%Al金属間化合物製構造部材
に該当する。点a1 〜a3 は、それぞれα2 等軸晶の量
が7,15,20重量%の場合を示す。
【0043】図2、線x1 〜x3 から明らかなように、
第1Ti−Al粉末におけるα2 相の体積分率Vfを3
0%以下(0を含む)に設定すると共に第2Ti−Al
粉末の配合量を40重量%以下に設定し、また等方的な
機械的特性を具備させることによって、構造部材の強度
を向上させることができる。
【0044】線yの比較例による構造部材は、その金属
組織が強い方位依存性を持つことから低強度である。
【0045】
【発明の効果】本発明によれば、前記のように特定され
た原料粉末を用いることによって、等方的な機械的特性
を備えた高強度なTiAl系金属間化合物製構造部材を
得ることができる。
【0046】また複雑、且つ厳密な熱処理工程を不要に
してTiAl系金属間化合物製構造部材の量産性を向上
させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】TiAl系金属間化合物製構造部材の金属組織
を示す概略図である。
【図2】第2Ti−Al粉末の配合量と曲げ試験による
0.2%耐力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
C 等軸晶 c1 γ等軸晶 c2 α2 等軸晶

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結晶構造がγ単相構造である金属間化合
    物製第1Ti−Al粉末と、結晶構造がα2 単相構造で
    ある金属間化合物製第2Ti−Al粉末とを有する原料
    粉末を用いて素材を製造し、次いで前記素材に焼成処理
    を施して、等軸晶よりなり、且つ方位依存性を持たない
    金属組織を備えた構造部材を得ることを特徴とする高強
    度TiAl系金属間化合物製構造部材の製造方法。
  2. 【請求項2】 原料粉末における第2Ti−Al粉末の
    配合量を40重量%以下に設定する、請求項1記載の高
    強度TiAl系金属間化合物製構造部材の製造方法。
  3. 【請求項3】 結晶構造がγ相およびα2 相をランダム
    に配列した二相構造であり、且つα2 相の体積分率Vf
    を30%以下に設定された金属間化合物製第1Ti−A
    l粉末と、結晶構造がα2 単相構造である金属間化合物
    製第2Ti−Al粉末とを有する原料粉末を用いて素材
    を製造し、次いで前記素材に焼成処理を施して、等軸晶
    よりなり、且つ方位依存性を持たない金属組織を備えた
    構造部材を得ることを特徴とする高強度TiAl系金属
    間化合物製構造部材の製造方法。
  4. 【請求項4】 原料粉末において、α2 相の総量を40
    重量%以下に設定する、請求項3記載の高強度TiAl
    系金属間化合物製構造部材の製造方法。
JP3230638A 1991-09-10 1991-09-10 高強度TiAl系金属間化合物製構造部材の製造方法 Pending JPH0565562A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112695264A (zh) * 2020-12-02 2021-04-23 中国科学院金属研究所 一种制备不同取向的大等轴晶粒方法

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