JPH0565575A - TiAl系金属間化合物製構造部材 - Google Patents

TiAl系金属間化合物製構造部材

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JPH0565575A
JPH0565575A JP25028191A JP25028191A JPH0565575A JP H0565575 A JPH0565575 A JP H0565575A JP 25028191 A JP25028191 A JP 25028191A JP 25028191 A JP25028191 A JP 25028191A JP H0565575 A JPH0565575 A JP H0565575A
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JP
Japan
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phase
tial
structural member
layered structure
intermetallic compound
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Pending
Application number
JP25028191A
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English (en)
Inventor
Yoshinari Fujiwara
良也 藤原
Toshio Tokune
敏生 徳根
Sakae Tsunashima
栄 綱島
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 高強度高靱性なTiAl系金属間化合物製構
造部材を提供する。 【構成】 Ti3 Al相α2 とTiAl相γとを交互に
積層した層状組織Lを有するTiAl系金属間化合物よ
り構成され、且つ所定の応力下で使用される構造部材1
である。層状組織Lの体積分率Vfは100%に設定さ
れている。層状組織Lにおける応力方向と平行に応力方
向線aを規定し、またTi3 Al相α2 とTiAl相γ
との積層方向と平行に積層方向線bを規定したとき、応
力方向線aに対する積層方向線bの傾き角θは90°に
設定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、TiAl系金属間化合
物より構成された構造部材に関する。
【0002】
【従来の技術】この種構造部材は、その材質に起因して
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】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構造部材は比較的低強度低靱性であるため、所定の応力
下で使用された場合、耐久性が乏しい、といった問題が
ある。
【0004】本発明は前記に鑑み、使用時の応力に十分
に対抗し得る高強度、且つ高靱性な前記構造部材を提供
することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ti3 Al相
とTiAl相とを交互に積層した層状組織を有するTi
Al系金属間化合物より構成された構造部材であって、
前記層状組織は複数の層状組織形成部より構成され、全
層状組織形成部におけるTi3 Al相とTiAl相との
積層方向を一方向に設定したことを特徴とする。
【0006】
【実施例】図1(a)は、丸棒状構造部材1を示し、ま
た同図(b)は、構造部材1を構成する多結晶質TiA
l系金属間化合物の金属組織の一例を模型的に示したも
のである。この金属組織は、Ti3 Al相α2 とTiA
l相γとを、それらが交互に積層されるように析出させ
た層状組織(ラメラ組織)Lであり、その層状組織L
は、各結晶体2が持つ同一構造の層状組織形成部Laよ
り構成される。この場合、金属組織における層状組織L
の体積分率VfはVf=100%である。
【0007】構造部材1は所定の応力下で使用されるも
のであり、その応力方向に対して層状組織Lは下記のよ
うな方向性を有する。
【0008】例えば、軸線方向に引張り応力が発生する
ような環境下で構造部材1が使用される場合において、
層状組織Lにおける応力方向と平行に応力方向線aを規
定し、またTi3 Al相α2 とTiAl相γとの積層方
向と平行に積層方向線bを規定したとき、応力方向線a
に対する積層方向線bの傾き角θは、45°≦θ≦90
°に設定される。
【0009】図1(a),(b)は、傾き角θがθ=9
0°の場合に、図2はθ=60°の場合に、図3はθ=
45°の場合にそれぞれ該当する。
【0010】TiAl系金属間化合物において、層状組
織Lを析出させるために、Al含有量は36原子%≦A
l≦60原子%に設定される。
【0011】またTiAl系金属間化合物は第3元素M
を含有し、その第3元素Mは、Tiと化合してTi5
3 型析出物を生成することにより、層状組織L、したが
って全層状組織形成部LaにおけるTi3 Al相α2
TiAl相γとの積層方向を一方向に揃える機能を有す
る。
【0012】第3元素Mとしては、Si、Ge、Ga等
のIIIb族、IVb族等に属する元素が用いられる。
また第3元素Mとしては、その一部をAlで置換したも
のを用いてもよい。この場合、第3元素Mの含有量は、
0.05原子%≦M(またはM+Al)≦0.5原子%
に設定される。
【0013】このように微量の第3元素Mを用いてTi
5 3 型析出物を生成させると、その析出物が、TiA
l多結晶体において、板状TiAl相γの成長方向の決
定、Alの拡散防止等に寄与し、これによりTi3 Al
相α2 とTiAl相γとの積層方向が一方向に特定され
るものと思われる。
【0014】また傾き角θの制御は、例えば鋳造法によ
るTiAl系金属間化合物の製造においては、凝固時に
温度勾配を生じさせる、冷却速度を制御する等の手段を
用いることによって行われる。
【0015】ただし、第3元素Mの含有量がM<0.0
5原子%では前記積層方向の特定が十分に行われず、一
方、M>0.5原子%ではTi5 3 型析出物量が過多
となって構造部材の脆化を招来する。
【0016】また層状組織LにおけるTi3 Al相α2
の体積分率VfはVf≦80%に設定される。このTi
3 Al相α2 の体積分率Vfの調整は、Al含有量、熱
処理(温度1000〜1400℃)等によって行われ
る。
【0017】TiAl相γは高比強度である反面、脆
い、といった特性を有するが、前記のように特定量のT
3 Al相α2 とTiAl相γとを層状化すると、Ti
Al相γの脆性を補って構造部材1の靱性を向上させる
ことができる。
【0018】ただし、Ti3 Al相α2 の体積分率Vf
がVf>80%では、TiAl相γの高比強度といった
特性を有効に利用することができなくなる。
【0019】以下、構造部材の具体例について説明す
る。
【0020】先ず、構造部材を、次のような方法で製造
した。
【0021】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、純度99.999%のGe(第3元素)とを目標組
成に秤量して素材を得た。その素材の組成は、原子%
で、(Ti53Al47100-X GeX である。次いで素材
を非消耗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、
1300℃、3時間の条件下で熱処理を施して、Ge添
加TiAl系金属間化合物よりなる各種丸棒状構造部材
を得た。
【0022】次に、図4に示すように、各構造部材より
縦3mm、横4mm、長さ37mmの4点曲げ試験(JIS
R 1601)用試験片を製作した。
【0023】図4において、試験片3には4点曲げ試験
で矢印Aで示すように荷重が付与される。したがって、
試験片3における応力方向はその長手方向であり、図示
例では、応力方向線aに対する積層方向線bの傾き角θ
はθ=45°である。
【0024】図5(a),(b)は、前記のような試験
片3の金属組織を示す顕微鏡写真(400倍)であり、
図5(a)は試験片3の上面4に、同図(b)はその端
面5にそれぞれ該当する。この試験片3の組成は、原子
%で、(Ti53Al4799.5Ge0.5 である。
【0025】図5(a)より、各結晶体において、Ti
3 Al相α2 およびTiAl相γが応力方向線aに対し
略45°の角度を以て斜交することが明らかである。
【0026】各試験片におけるTi3 Al相α2 の体積
分率Vfは5〜20%であった。この体積分率Vfの測
定は、各試験片を鏡面に研摩した後、走査型電子顕微鏡
(SEM)により組成像写真を得、その組成像写真をも
とに画像解析装置を用いて行った。
【0027】図6は、Geを含まない試験片、即ち、原
子%で、Ti53Al47の組成を有するものの金属組織を
示す顕微鏡写真であり、図5(a)に対応する。
【0028】この試験片の場合、Geを含まないことに
起因して、各結晶体におけるTi3 Al相とTiAl相
との積層方向がランダムであることが判る。
【0029】次いで、各試験片について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、それら測定値より曲げ強さおよび曲
げによる真ひずみを求めた。
【0030】図7は、各構造部材における積層方向線b
の傾き角θと、曲げ強さおよび曲げによる真ひずみとの
関係を示す。図中、線x1 が曲げ強さに、また線x2
曲げによる真ひずみにそれぞれ該当する。
【0031】図7、線x1 から明らかなように、傾き角
θが45°≦θ≦90°の範囲内にあるとき、構造部材
は大きな曲げ強さを示し、θ=90°のとき、したがっ
てTi3 Al相α2 およびTiAl相γが試験片の長手
方向と平行に連続して延びているとき最大曲げ強さが得
られる。一方、傾き角θがθ<45°の範囲内では、T
3 Al相α2 およびTiAl相γ間に層間剥離が生じ
るので、曲げ強さが急激に低下する。
【0032】図7、線x2 から、曲げによる真ひずみ
は、傾き角θ=約60°において最大値を示すことが判
る。
【0033】したがって構造部材の強度および靱性を確
保するためには、傾き角θを45°≦θ≦90°に設定
する、即ち、構造部材の使用に当り、傾き角θが前記範
囲内に収まるようにその構造部材を設置すればよい。
【0034】なお、図6に示したように、前記積層方向
がランダムな構造部材は、本発明に比べて低強度低靱性
である。
【0035】図8〜図10は、金属組織の他例を示す。
これらの金属組織は、分散状態で存在する複数の層状組
織形成部Laと、それら層状組織形成部La間を埋める
単相組織Sとより構成される。単相組織SはTiAl相
のみからなる。
【0036】図8における層状組織形成部Laは図1
(b)に対応するもので、その積層方向線bの傾き角θ
は90°である。また図9における層状組織形成部La
は、図2に対応するもので、その傾き角θは60°であ
る。さらに、図10における層状組織形成部Laは、図
3に対応するもので、その傾き角θは45°である。
【0037】この場合、各層状組織形成部Laの体積分
率Vfの和、したがって層状組織Lの体積分率VfはV
f≧30%に設定される。
【0038】図11は、各構造部材において、層状組織
L中のTi3 Al相α2 の体積分率Vfと曲げによる真
ひずみとの関係を示す。図中、線y1 は層状組織Lの体
積分率Vfが100%の場合に、線y2 は同Vfが80
%の場合に、線y3 は同Vfが30%の場合にそれぞれ
該当する。
【0039】図11から明らかなように、層状組織Lに
おけるTi3 Al相α2 の体積分率VfをVf≦80%
に設定することによって構造部材において靱性を確保す
ることができる。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、金属組織を前記のよう
に特定することにより、高強度で、且つ高靱性な異方性
TiAl系金属間化合物製構造部材を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は金属組織と共に構造部材を示す要部破
断斜視図であり、(b)は金属組織の第1例を示す概略
図である。
【図2】金属組織の第2例を示す概略図である。
【図3】金属組織の第3例を示す概略図である。
【図4】金属組織と共に試験片を示す斜視図である。
【図5】(a)はGeを含む試験片上面における金属組
織を示す顕微鏡写真であり、(b)はGeを含む試験片
端面における金属組織を示す顕微鏡写真である。
【図6】Geを含まない試験片上面における金属組織を
示す顕微鏡写真である。
【図7】積層方向線の傾き角と曲げ強さとの関係を示す
グラフである。
【図8】金属組織の第4例を示す概略図である。
【図9】金属組織の第5例を示す概略図である。
【図10】金属組織の第6例を示す概略図である。
【図11】Ti3 Al相の体積分率と曲げによる真ひず
みとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
α2 Ti3 Al相 γ TiAl相 L 層状組織 La 層状組織形成部 a 応力方向線 b 積層方向線

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ti3 Al相(α2 )とTiAl相
    (γ)とを交互に積層した層状組織(L)を有するTi
    Al系金属間化合物より構成された構造部材であって、
    前記層状組織(L)は複数の層状組織形成部(La)よ
    り構成され、全層状組織形成部(La)におけるTi3
    Al相α2 とTiAl相γとの積層方向を一方向に設定
    したことを特徴とするTiAl系金属間化合物製構造部
    材。
  2. 【請求項2】 TiAl相(α2 )とTiAl相(γ)
    とを交互に積層した層状組織(L)を有するTiAl系
    金属間化合物より構成され、且つ所定の応力下で使用さ
    れる構造部材であって、前記層状組織(L)の体積分率
    Vfが30%≦Vf≦100%であり、前記層状組織
    (L)における応力方向と平行に応力方向線(a)を規
    定し、またTi3 Al相(α2 )とTiAl相(γ)と
    の積層方向と平行に積層方向線(b)を規定したとき、
    前記応力方向線(a)に対する前記積層方向線(b)の
    傾き角θが45°≦θ≦90°であることを特徴とする
    TiAl系金属間化合物製構造部材。
  3. 【請求項3】 前記TiAl系金属間化合物は、Tiと
    化合してTi5 3 型析出物を生成することにより前記
    層状組織(L)におけるTi3 Al相(α2 )とTiA
    l相(γ)との積層方向を一方向に揃える第3元素
    (M)を含有し、その第3元素(M)の含有量は0.0
    5原子%≦M≦0.5原子%である、請求項1または2
    記載のTiAl系金属間化合物製構造部材。
  4. 【請求項4】 前記層状組織(L)におけるTi3 Al
    相(α2)の体積分率VfがVf≦80%である、請求
    項1,2または3記載のTiAl系金属間化合物製構造
    部材。
JP25028191A 1991-09-04 1991-09-04 TiAl系金属間化合物製構造部材 Pending JPH0565575A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05247566A (ja) * 1992-03-06 1993-09-24 Daido Steel Co Ltd Ti−Al系耐熱部品

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05247566A (ja) * 1992-03-06 1993-09-24 Daido Steel Co Ltd Ti−Al系耐熱部品

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