JPH0588294B2

JPH0588294B2 -

Info

Publication number: JPH0588294B2
Application number: JP62236609A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nishama; Takuya Myashita; Toshiharu Noda; Susumu Isobe
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1987-09-20
Filing date: 1987-09-20
Publication date: 1993-12-21
Also published as: JPS6479335A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は、Ti−Al系合金、とくに金属間化合
物TiAlを主要構成相とする合金の改良に関する。

【従来の技術】

たとえばタービンブレード、ターボチヤージヤ
ーのホツトホイールやエンジンバルブのように、
回転または往復運動をする部品は、高性能化すな
わち高応答性および高出力の要請にこたえるた
め、ますます軽量化される傾向がある。従つて、
これらの部品に使用する耐熱材料は、単なる強度
ではなく比強度（強度／密度）が重要視され、そ
の向上に努力が注がれている。このような状況の中で、Ti−Al系合金、とく
に金属間化合物TiAlを主要構成相とするものが
注目されている。金属間化合物TiAlは耐用温度
（応力28.1Kgｆ／mm²の下でクリープ破断寿命1000
時間に相当する温度）が800℃であつて、常用の
Ti合金（Ti−6Al−4V）の耐用温度550℃を上回
り、しかも比重は3.8であつて、Ti合金の比重4.5
よりはセラミツクスのそれ（たとえばSi₃N₄は
3.2）に近く、一方でセラミツクスにはない延性
を有する上に、比強度はNi基超合金（たとえば、
Inconel−713C）のそれを上回る。しかし、金属間化合物TiAlを主要構成相とす
るTi−Al系合金は、Ti合金やNi基合金にくらべ
て延性が低く、塑性加工が困難であるという弱点
がある。そこで、延性を改善するための努力がなされて
いる（たとえば特開昭56−41844号は、Ｖの添加
を開示している）が、未だ実用化には至つていな
い。また、金属間化合物TiAlの融点は鋳造用の
Ni基超合金の融点（通常1250℃〜1400℃）にく
らべて高く、1500℃を超えるため、鋳造に問題が
ある。それは、従来のロストワツクス法によるセ
ラミツクス鋳型を用いた精密鋳造では、活性な
TiAlの1500℃を超える高温の溶湯とセラミツク
ス鋳型とが反応して、目的とする形状の健全な鋳
物を得ることが困難だからである。

【発明が解決しようとする問題点】

本発明は、上記した問題のひとつの解決策を提
案するものであつて、その目的は、金属間化合物
TiAlを主要構成相とするTi−Al系合金の延性を
高めて、塑性加工を容易にするとともに、合金の
融点を下げ鋳造性を向上させた軽量耐熱合金を提
供することにある。

【問題点を解決するための手段】

本発明の延性と鋳造性を改善したTi−Al系合
金は、第一の発明においては、Al：32〜38％
（重量％、以下同じ）に加えてNi：0.05〜3.0％を
含有し、残部が実質的にTiからなる合金組成を
有する。第二の発明においては、Al：32〜38％
に加えてNi：0.05〜3.0％およびSi：0.05〜3.0％
を含有し、残部が実質的にTiからなる合金組成
を有する。さらに第三の発明においては、Al：
32〜38％に加えて、Ni：0.05〜3.0％およびSi：
0.05〜3.0％の１種または２種と、Ｂ：0.005〜0.3
％とを含有し、残部が実質的にTiからなる合金
組成を有する。いずれの場合も、不純物はＣ：
0.2％以下、Ｏ：0.3％以下、Ｎ：0.2％以下に規制
することが好ましい。本発明のTi−Al系合金から所望の機械構造部
品を製造する手段としては、鋳造はもちろん、鍛
造も採用できる。

【作用】

本発明のTi−Al系合金において、上記の合金
組成を選択した理由は、つぎのとおりである。 Al：32〜38％金属間化合物TiAl（Υ相）を与える化学量論組
成はTi36％であつて、Ti−Al二元合金におい
てTiAlが単相で存在するのは、Al：34〜40％
の範囲である。この範囲内でも、Alが38％を
超えると延性が低下して目的に反するので、こ
れを上限とする。一方、34％よりもAlが少な
いTiリツチの組成になるとTi₃Al（α₂相）が生
成する。この化合物は微量であれば延性の向上
に役立つもののそれ自体は脆いため、多量にな
ると脆化が起る。そこで、32％を下限にした。 Ni：0.05〜3.0％ Si：0.05〜3.0％ NiおよびSiは、TiAl相に固溶して延性を高め
る。この作用は、それぞれ0.05％から認められ
る。しかし、TiAl相に固溶できるNiおよびSi
はそれぞれ3.0％までであり、これ以上の添加
は延性の低下をもたらすため、それぞれの上限
をここに置いた。NiおよびSiはまた、合金の
融点を低下させるはたらきをする。Ｂ：0.005〜0.3％以下ＢはTiAlの化合物の粒界を強化し、延性を高
めるとともに結晶粒を微細化して、強度の向上
をもたらす。この効果は、0.005％という少量
の添加で得られる。一方、多量になると脆いホ
ウ化物相の生成を招いて延性が低下するので、
0.3％の上限を定めた。ＢもNiおよびSiと同様
に、合金の融点を低下させる作用がある。Ｃ：0.2％以下ＣはTiと炭化物TiCを形成し、合金の強度を高
めるが、一方、合金の延性を著しく低下させる
ため、その上限を0.2％に規制した。Ｏ：0.3％以下Ｎ：0.2％以下ＯおよびＮはTiAlに固溶して合金の強度を高
めるが、一方で合金の延性を著しく低下させる
ため、その上限をそれぞれ0.3％および0.2％に
規制した。

【実施例】

表に示す組成のTi−Al系合金を溶製した。溶
解は、Arガス雰囲気中でプラズマアークを熱源
とし、水冷銅ルツボをそなえたスカル炉を用いて
実施した。No.１〜３は第一の発明、No.４および５
は第二の発明、No.６〜９は第三の発明の例であ
り、No.10および11は比較のために掲げた既知の技
術に従う例である。合金のインゴツトから試験片を切り出して、
900℃における引張試験と示差熱分析装置による
融点（液相線および固相線）測定を行つた。結果
を表に合わせて示す。これによれば、本発明の合
金が改善された延性を有することが明らかであ
る。また、本発明の合金の融点は比較合金にくら
べて低く、No.８およびNo.９では比較合金No.10より
約50℃も低くなつている。 No.７の合金については、30％および50％の据込
み加工を行つた。その結果、アプセツト量50％に
おいても、試験片表面の割れは認められなかつ
た。 No.９およびNo.11の合金については、ロストワツ
クス法によるセラミツクス鋳型を用いて、ターボ
チヤージヤー用のホツトホイールを精密鋳造し
た。比較合金No.11を用いたホツトホイールでは、
翼部において鋳型とTiAl溶湯との反応が起つて
健全なホツトホイールを得ることができなかつた
のに対し、本発明の合金No.９を用いたホツトホイ
ールでは鋳型との反応が無く、健全なホツトホイ
ールが得られた。

【表】

【発明の効果】

本発明により、高い耐熱性および比強度を有す
るTi−Al系合金の延性と鋳造性が高められ、塑
性加工および精密鋳造が容易になつた。延性の向
上は、製品の信頼性の問題を著しく軽減すること
になる。本発明の合金を使用すれば、種々の回転または
往復運動系の機械部品、たとえば航空機用ジエツ
トエンジンや産業用ガスタービンのブレード、単
車または自動車エンジンの吸排気弁、ロツカーア
ーム、コンロツド、ターボチヤージヤーのホツト
ホイールなどが、容易に鍛造や鋳造によつて製造
できる。

Claims

【特許請求の範囲】１ Al：32〜38％に加えてNi：0.05〜3.0％を含
有し、残部が実質的にTiからなる延性および鋳
造性を改善したTi−Al系合金。２不純物を、Ｃ：0.2％以下、Ｏ：0.3％以下、
Ｎ：0.2％以下に規制した特許請求の範囲第１項
のTi−Al系合金。３ Al：32〜38％に加えてNi：0.05〜3.0％およ
ひSi：0.05〜3.0％を含有し、残部が実質的にTi
からなる延性および鋳造性を改善したTi−Al系
合金。４不純物を、Ｃ：0.2％以下、Ｏ：0.3％以下、
Ｎ：0.2％以下に規制した特許請求の範囲第３項
のTi−Al系合金。５ Al：32〜38％に加えて、Ni：0.05〜3.0％お
よひSi：0.05〜3.0％の１種または２種と、Ｂ：
0.005〜0.3％とを含有し、残部が実質的にTiから
なる延性および鋳造性を改善したTi−Al系合金。６不純物を、Ｃ：0.2％以下、Ｏ：0.3％以下、
Ｎ：0.2％以下に規制した特許請求の範囲第５項
のTi−Al系合金。