WO1996012827A1 - TiAl INTERMETALLIC COMPOUND ALLOY AND PROCESS FOR PRODUCING THE ALLOY - Google Patents

Description

明 細 書

T i A I 系金属間化合物基合金及びそ の製造方法 技術分野

本発明は、 第 1 に発電用ガ ス タ ー ビ ン、 航空機用 ェ ン ジ ン等に用 い る に適 し た塑性加工性に優れた高温耐 酸化性 T i A 1 系金属間化合物基合金及びそ の製法に 関す る。

本発明 は第 2 に発罨用ガ ス タ ー ビ ン、 航空機用ェ ン ジ ン等に用 い る に適 した高強度、 高温耐酸化性 T i A 1 系金属間化合物基合金及びそ の製造方法に関する 。 本発明 は第 3 に発電用ガス タ ービ ン、 航空機用ェ ン ジ ン に用 い る の に適 し た高強度、 耐ク リ ープ性、 耐酸 化性 T i A 1 系金属間化合物基合金に関する 。

背景技術

(1) 本発明に係る 第 1 の T i A 1 系金属間化合物基合 金及びそ の製造方法に関する 背景技術

金属間化合物 T i A 1 を主相 とす る合金は従来の T i 合金と比べ る と軽量、 高強度であ り 、 約 7 0 O 'C 程 度ま で は耐酸化性 も良好であ る と の好ま しい特性を有 して い る た め、 タ ー ビ ン ブ レー ド、 タ ー ビ ン ロ ータ 等 の高温環境下で使用 さ れる部位へ適用で き る の で はな いかと期待さ れて き た。 上記部位は 3 次元的な曲面を 有す る複雑形状であ り 、 製品形状 と す る 一つの手法 と して同 じ形状の型材を用 い、 锻造等に よ っ て塑性加工 す る 手法があ る 。

T i A 1 系金属間化合物基合金 は難加工材で あ り 、 割れ、 キ ヤ ビ テ ィ 等の欠陥発生がな く 製品形状ま で充 分に塑性加工す る た め に は 1 1 0 0 て 以上 に加熱す る 必要があ る 。 し か し な が ら 工業生産 レ ベ ル で 1 1 0 0 •C 以上で の使用 に耐え る 型材 は現状な い た め 、 塑性加 ェ は実際上困難で あ り 今 日 ま で実用化 さ れて い なか つ た。

今 日 ま で最 も よ く 研究 さ れて い る T i A 1 系金属間 化合物基合金の組成 は A 1 濃度を 4 8 原子％程度 と 化 学量論組成よ り 若干少な く し、 添加成分 と し て V , n , C r , N b 等を単独で、 あ る い は複合 して 2 〜 5 原子％程度添加す る も の で あ る 。 上記組成の合金の塑 性加工性が不十分な理由 と し て以下の こ と が考え ら れ る 。

同組成で は熱処理条件に係わ ら ず生成相 は T i A 1 相 （ 結晶構造 L 1 。 、 以下 r 相 と 称す ） 及び T 1 3 A 1 相 （ 結晶構造 D 0 _{2 2}、 以下 o 2 相 と 称す ） の 2 相 で あ る 。 ま た組織は熱処理条件に よ っ て若干異な る が、 主に粗大な Γ 相及び同様に粗大な ラ メ ラ ー組織 ( 7· 相 と ατ 2 相 が交互に積層 して形成 さ れ る 組織 ） に よ っ て 形成 さ れ る 。 r 相及び α 2 相 は と も に金属問化合物相 で あ り 、 高温域に お い て も 十分な 塑性変形能を有 さ な い。 ま た ラ メ ラ ー組織は異方性の強い組織で あ り 、 変 形応力が ラ メ ラ ー方向 に垂直に かか っ た場合、 変形抵 抗は大き く な り ほ と ん ど変形 し な い。 更に各々 の結 BH 粒が大き いため、 粒界すベ り 等 も生 じ難い，

以上の材料特性的な要因か ら、 従来の組成の T i A 1 系金属間化合物基合金は 1 1 0 0 て 以下で は十分な 組成加工性を有さ な く な る 。 なお、 1 1 0 0 'C 以下で 無理に加工を行 っ て も素材に は割れ、 キ ヤ ビテ ィ 等の 欠陥が発生 し易 く な り 、 ま た型材 も素材の変形抵抗が 高いた め変形 し初期形状を保て な く な る 。

更に従来技術の組成で は耐酸化性は 8 0 0 て を越え る と急激に劣化す る た め、 製品に適用 し た場合使用可 能な温度に制約を受け る。

(2) 本発明に係る 第 2 の T i A 1 系金属間化合物基合 金及びそ の製造方法に閲す る 背景技術

前記 し た ご と く 、 T i A 1 系金属間化合物基合金は 、 タ ー ビ ンブ レー ド、 タ ー ビ ン ロ ータ 等の高温環境下 で使用 さ れる こ と が期待さ れて い る 。 と こ ろ で、 こ れ ら の部位は、 遠心応力が主応力 と な る 部位、 すなわち 材料特性 と して比強度 （比重で規格化 し た強度） が要 求さ れる 部位で も あ る。 こ れ ら の部位は現状で超合金 が用 い られて い る こ と か ら 、 T i A 1 系金属間化合物 基合金が超合金の代替材 と して用 い ら れる た めに は、 前提 と して比強度が超合金を上回 る 必要があ る。 ま た 高温環境下で使用 さ れる こ と か ら耐酸化性が良好であ る 必要があ る 。

T i A 1 系に限 ら ず金属間化合物は通常の金属材料 と 較べ る と 延性が乏 し い こ と か ら 、 従来の研究 は常温 延性 の 向上に主眼を置いて な さ れて き た。 今 日 ま で最 も よ い と さ れて い る T i A 1 系金属間化合物基合金の 組成 は、 前記 し た よ う に A 1 濃度を 4 8 原子％程度 と 化学量論組成よ り 若干少な く し、 添加成分 と し て V , M n , C r , N b 等を単独で、 あ る い は複合 し て 2 〜 5 原子％程度添加す る も の で あ る 。 ま た組織は 1 3 0 0 て 付近の α + r 域の熱処理で形成 さ れる Γ 粒 と ラ メ ラ ー （ r 相 と α ₂ 相 の層状組織 ） 粒の比率がほ ぼ半 々 の いわ ゆ る 二重 （ duplex) 組織が最 も よ い と さ れて い る 。 し か し な が ら 上記組織の高温強度は低 く 、 例え ば 8 0 O 'C の強度 は約 4 0 K g f Z m m ² で あ る 。 一方 、 代表的な超合金で あ る ィ ン コ ネ ル 7 1 3 C の 8 0 0 •C の強度 は約 9 0 K g f Z m m ² で あ る こ と 力、 ら 、 T i A 1 は軽量で あ る に も 係わ ら ず （ T i A 1 ： 比重 3 . 8 、 イ ン コ ネ ル 7 1 3 C : 比重 7 . 9 ) 、 比強度で は超合金に劣 る た め、 超合金の代替材 と は な り 得な い と い え る 。

従来技術の組成に お い て は二重組織以外に も 、 1 2 0 0 'C以下の r 域の熱処理で形成 さ れる r 粒が大半を 占 め る 組織、 あ る い は 1 4 0 0 て 程度の or域の熱処理 で形成 さ れ る l 〜 3 m m の粗大な ラ メ ラ ー粒のみで構 成 さ れ る 組織があ る が、 前者で は ラ メ ラ ーがな い た め 高温強度 は二重組織よ り も 更に低い。 ま た後者で は高 温 の硬 さ は互 いが、 脆 く 劈開破壊 し易 い た め、 材料が 潜在的に も っ てい る 強度を発揮す る 前に破壊に至る た め、 結果 と して同様に高温強度は低い。

更に従来技術の組成で は耐酸化性は 8 0 0 て を超え る と急激に劣化す る た め、 こ の点か ら も使用 可能温度 に制約を受け る。

(3) 本発明に係る 第 3 の T i A 1 系金属間化合物基合 金の背景技術

前記 し た よ う に T i A 1 系金属間化合物基合金が超 合金の代替材 と して用 い ら れる た めに は、 前提 と して 比強度で超合金を上回 る 必要があ る 。 ま た高温環境下 で長時間使用 さ れる こ と か ら 、 耐ク リ ープ特性と耐酸 化性が良好で あ る必要があ る 。

T i A 1 系に限 らず金属間化合物は通常の金属材料 と較べ る と常温延性が乏 しい こ とか ら、 従来の研究は 常温延性の向上に主眼を置いて な さ れて き た。 今日 ま で最 も よ い と さ れて い る T i A 1 系金属間化合物基合 金の組成は前記 した よ う に A 1 濃度を 4 8 原子％程度 と化学量論組成よ り 若干少な く し、 添加成分 と して V , M n , C r , N b 等を単独で、 あ る い は複合 して 2 〜 5 原子％程度添加す る も の で あ る 。

従来技術の合金で は常温延性は 3 %程度以上 と大幅 に向上 してお り 、 こ の点に関 して は実用上殆 ど問題な い状態に あ る と言え る。 し力、 しな力く ら、 タ ー ビ ンブ レ 一 ド、 タ ー ビ ン ロ ータ において必要な特性で あ る高温 強度、 耐ク リ ープ特性及び耐酸化性は超合金 と比較す る と ま だ低い た め、 こ の ま ま で は超合金の代替 と は な り 得な い。 こ の こ と に関 し 具体的な デー タ を あ げ る と 以下の と お り で あ る 。

• 高温強度 ： 従来技術の T i A 1 合金の 8 0 O 'C の強度 は約 4 0 K g f / m m ² で あ る 。 一方、 代表的 な超合金で あ る ィ ン コ ネ ル （Inconel) 7 1 3 C の 8 0 0 て の強度 は約 9 0 K g f Z m m ² で あ る こ と 力、 ら 、 T i A l は軽量で あ る に も 係わ ら ず （ T i A l ： 比重 3 . 8 、 イ ン コ ネ ル 7 1 3 C : 比重 7 . 9 ) 、 比強度 で は超合金よ り も劣 る 。

• 耐 ク リ ー プ性 ： 従来技術の T i A l 合金の 8 0 0 て に お け る 1 0 0 時間 ク リ ー プ破断強度 は約 1 5 K g f / m m ² で あ る 。 一方、 イ ン コ ネ ノレ 7 1 3 C の同 じ条件で の強度は約 4 5 K g f / m m ² で あ る こ と 力、 ら、 比強度換算 して も 超合金に劣 る 。

• 耐酸化性 ： 従来技術の T i A 1 合金の 8 0 0 て に お け る 1 0 0 時間で の酸化増量 は約 1 0 m g / c m ² で あ る 。 一方、 イ ン コ ネ ノレ 7 1 3 C の 同 じ条件で の 酸化增量 は約 2 m g / c m ^z で あ る こ と か ら 、 耐酸化 性 は大幅に劣 る 。

発明 の開示

(1) 第 1 の T i A 1 系金属間化合物基合金及び そ の製 造方法

本発明 は以上の事情に鑑みて な さ れた も の で あ り 、 塑性加工性を改善 し た高温耐酸化性 T i A 1 系金属間 化合物基合金及びそ の製造方法を第 1 に提供 し ょ う と する も のであ る 。

本発明者は T i A 1 系金属間化合物基合金の組成加 ェ性を向上さ せ る た めに は相、 並びに組織を変化さ せ る必要があ る と考え、 添加成分 と して N b 、 C r 、 V、 M n 、 M o の T i 合金で の いわゆ る /3 安定化元素に着 目 し、 相の安定化を図 っ た。 相 は b e c 構造の固 溶体ま た は b c c を ベー ス と す る B 2 型の金属化合物 相であ る こ と によ り 高温域での変形能に富み、 T i A 1 系金属間化合物基合金の塑性加工性の向上に寄与す る こ と が期待で き る。

本発明者は上記添加成分を舍有す る種 々 の組成の τ i A 1 系金属間化合物基合金を溶解、 铸造、 熱処理の プ ロ セ ス で作製 し、 組成 と耐酸化性、 相安定化の閲 係、 組成、 熱処理条件 と組織の関係、 及び組織と塑性 加工性の関係を検討 し た結果、 以下の （ i ) 〜 （ iii ) に示す知見を得る に至 っ た。

( i ) 組成 と耐酸化性、 S相安定化の関係

① T i A 1 系金属間化合物基合金の耐酸化性を 最 も向上させ る 添加成分は N b で あ り 、 組成 と して は

T i 濃度 ： 4 0 〜 5 0 原子％、 A 1 濃度 ： 4 2 〜 5 0 原子％、 N b 添加量 ： 6 〜 1 0 原子％ の耐酸化性が最 良で あ る。 しか しなが ら こ の組成で は 相 は安定化せ ず、 生成相 は従来の T i A 1 系金属間化合物基合金 と 同 じ 7" 相 と or 2 相の 2 相のみで あ る。 ② A l 濃度 ： 4 7 原子％以下において、 6 〜 1 0 原子％の 1^ 1) に加え C r 、 M o 、 V 等の更に強力な ^ 安定化元素を 1 . 5 原子％以上添加す る と r 相 と o 2 相に加え /9 相が安定化す る が、 C r 以外の添加成分 で は耐酸化性はいずれ も N b 単独添加の も のに比べ低 下す る 。

③ 耐酸化性がよ く 、 かつ 相を安定化さ せ る た めに は、 T i 濃度 ： 4 2 〜 4 8 原子％、 A 1 濃度 ： 4 4 〜 4 7 原子％において 6 〜 1 0 原子％の ？ 1) 、 及び 1 . 5 原子％以上の C r を複合添加す る 必要があ る。

( ϋ ) 組成、 熱処理条件 と組織の関係

耐酸化性がよ く 、 かつ / S 相が安定する N b と C r を 添加 した合金の铸造後、 並びに種々 の温度での熱処理 後の組辙を検討 し た と こ ろ、 組織は以下の 3 つに大別 で き る こ と が判っ た。

① ΟΤ 2 + Γ ラ メ ラ ー組織及び r 相 と /? 相力、 ら な る組織

T i 濃度 ： 4 2 〜 4 8 原子％、 A 1 濃度 ： 4 4 〜 4 7 原子％、 N b 濃度 ： 6 〜 1 0 原子％、 C r 濃度 ： 1 . 5 〜 3 . 5 原子％において、 铸造ま ま 及び 1 0 0 0 て 〜 1 1 3 0 て の熟処理、 1 2 3 0 て 以上の熱処理に よ っ て形成 さ れる 。

② 微細な ? 相が Γ 相中に分散 した組織

上記組成において 1 1 3 0 て 〜 1 2 3 0 て の熱処理 に よ っ て形成 さ れる 。 ③ 粗大な /9 相 と r 相よ り な る 組織

T i 濃度 ： 4 0 〜 4 8 原子％、 A 1 濃度 ： 4 2 〜 4 4 原子％、 N b 濃度 ： 6 〜 1 0 原子％、 C i " 濃度 ： 3 原子％以上において铸造ま ま 、 及び 1 0 0 0 て 以上の 熱処理によ っ て形成さ れる 。 なお、 /9 相の割合は②ょ り 、 ③の方が多い。

( iii ) 組織 と塑性加工性の関連

上記①〜③の組織の工業生産 レ ベ ル で可能な 1 0 2 5 て 程度で の塑性加工性は次の とお り で あ る 。

①の ラ メ ラ ーが存在す る組織で は変形抵抗が大き く 、 従来技術の合金と 同様に割れ、 キ ヤ ビテ ィ 等の欠陥 が発生 し易 く な る。

②の組織は良好な塑性加工性を示す。

③の組織は①よ り は良好であ る が②よ り は劣 り 、 加 工率が大き く な る と欠陥が発生易 く な る。

本発明に係る第 1 の T i A 1 系金属間化合物基合金 は、 以上示 し た知見に基づいて開発 さ れた も ので、 本 発明 は、 T i 濃度 ： 4 2 〜 4 8 原子％、 A 1 濃度 ： 4 4 〜 4 7 原子％、 N b 濃度 ： 6 〜 1 0 原子％、 C r 濃 度 ： 1 . 5 〜 3 . 5 原子％を舍有 し、 r 相中に微細な S 相が分散 して な る こ と を特徴 と す る塑性加工性に優 れた高温耐酸化性 T i A 1 系金属間化合物基合金を提 供す る こ と を 目的 と す る。

ま た、 T i 濃度 ： 4 2 〜 4 8 原子％、 A 1 濃度 ： 4 4 〜 4 7 原子％、 N b 滬度 ： 6 〜 1 0 原子％、 C r 濃 度 ： 1 . 5 〜 3 . 5 原子％を含有す る 合金を溶解、 铸 造後、 1 1 3 0 〜 1 2 3 0 て の範囲で熟処理を行 う こ と を特徴 と す る 塑性加工性に優れた高温耐酸化性 T i A 1 系金属間化合物基合金の製法を提供す る こ と を 目 的 と す る 。

(2) 第 2 の T i A 1 系金属間化合物基合金及び そ の 製造方法

本発明 は以上の事情に鑑みて な さ れた も の で あ り 、 高温強度を改善 し た 高温耐酸化性 T i A 1 系金属間化 合物基合金及び そ の製法を第 2 に提供 し よ う と す る も の で あ る 。

本発明 は T i A 1 系金属間化合物基合金の高温強度 を 向上 さ せ る た め に は、 粒径 1 0 0 m以下の微細 な ラ メ ラ ー粒で組織を構成 さ せればよ く 、 こ の た め に は ラ メ ラ ー粒 と ラ メ ラ ー粒 と の間に微細 な第 2 相を分散 さ せればよ い と 考え 、 添加成分、 並びに熱処理条件を 検討 し た。 そ し て こ の結果、 八 1 濃度を 4 4 〜 4 7 原 子％ と 従来技術よ り 少な く し、 C r を 1 〜 3 原子％添 加 し た材料の 1 3 0 0 〜 1 4 0 0 て に おいて従来技術 の組成で は存在 し な い α + β 域があ る こ と を、 そ し て ま た こ の領域に熱処理すれば上記組織 は実現で き る こ と を把握 し た。

更に耐酸化性向上 の た め の添加成分を検討 し た結果 、 N b の添加が有効で あ る こ と を把握 し た。

本発明 に かか る 第 2 の T i A 1 系金属間化合物基合 金は、 以上の検討結果に基づいて開発さ れた も ので、 本発明 は、 T i 濃度 ： 4 2 〜 4 8 原子％、 A 1 濃度 ： 4 4 〜 4 7 原子％、 N b 濃度 ： 6 〜 1 0 原子％、 C r 濃度 ： 1 〜 3 原子％を含有 し、 粒径 ： 1 0 0 m以下 の微細な ラ メ ラ ー粒が発達 して な る こ と を特徴 とす る 高強度、 高温耐酸化性 T i A 1 系金属間化合物基合金 を提供す る こ と を 目 的 と す る 。

ま た、 T i 濃度 ： 4 2 〜 4 8 原子％、 A 1 濃度 ： 4 4 〜 4 7 原子％、 N b 濃度 ： 6 〜 1 0 原子％、 C r 濃 度 ： 1 〜 3 原子％を舍有す る 合金を 1 3 0 0 〜 1 4 0 0 て の範囲で熱処理を行 う こ と を特徴 と す る 高強度、 高温耐酸化性 T i A 1 系金属間化合物基合金の製造方 法を提供す る こ と を 目 的 と す る。

(3) 第 3 の T i A 1 系金属間化合物基合金

本発明 は以上の事情に鑑みて な さ れた も の で あ り 、 高強度で耐ク リ ープ性、 並びに耐酸化性が良好な T i A 1 系金属間化合物基合金を第 3 に提供 し ょ う とす る も ので あ る 。

本発明者は先ず耐酸化性向上 の観点か ら添加成分を 検討 し、 N b の添加が有効であ る こ と を把握 し た。 次 に従来合金の優れた特性で あ る 常温延性を維持 しつつ 、 高温強度を向上さ せ る た めに は、 粒径 1 0 m以下 の微細な ラ メ ラ ー粒で組織を構成さ せればよ く 、 こ の た め に は C r 添加に よ っ て ラ メ ラ ー粒 と ラ メ ラ ー粒 と の間に微細な第 2 相の /? 相を分散さ せればよ い こ を見 出 し た。 すなわ ち、 添加成分 と して N b と C r を添加 すれば耐酸化性 と高温強度向上が可能で あ る こ と を見 出 し た。

しか し なが ら上記合金の耐ク リ ーブ性は従来技術の 合金よ り は良好で あ る も の の ィ ン コ ネノレ 7 1 3 C に は 比強度換算 して も劣 っ た。 こ の原因を ク リ ープ変形後 の組織観察に よ っ て調査 し た結果、 合金中大半を 占 め る ラ メ ラ ー組織の変形量は少なか っ たが、 ラ メ ラ ー粒 間の ^ 相の変形量が多い こ と が分 っ た。 ま た /9 相の結 晶構造は b c c 構造を基本 と す る B 2 構造で あ る こ と が分かっ た。 一般に B 2 構造の金属間化合物は高強度 で あ る が、 そ の結晶構造か ら原子の拡散速度が速い た め、 長時間の ク リ ープ変形抵抗は低い こ と が知 られて い る 。 すなわ ち、 N b と C r を添加 し た T i A l 合金 で は、 わずかの分量で はあ る が第 2 相の /? 相が容易に ク リ ープ変形す る た め、 結果 と して合金全体で の ク リ ープ強度は期待 して い た ほ ど上が ら なかっ た こ と が分 か っ た。

以上の観察結果に基づき 、 相の耐ク リ ープ性を向 上さ せる ため、 種々 の第 5 成分を検討 した と こ ろ N i と C o を単独で、 あ る い は複合 して添加する こ と が有 効であ る こ と を見出 し た。 ま た こ の原因を組織観察に よ っ て調査 し た と こ ろ、 N i ま た は C 0 の添加に よ り B 2 構造に類似な、 一般に Heus ler 構造 と 呼ばれる L 2 , 構造の金属間化合物相 （以下、 β ' 相 と称す る ） が 相内において ナ ノ オ ーダーで整合折出 してお り 、 あたかも N i 基超合金において の ク リ ーブ変形抵抗の 源泉で あ る r Z r ' 界面 と 同様の界面が 9相中におい て形成さ れて い る こ と が分かっ た。

本発明にかかる 第 3 の T i A 1 系金属間化合物基合 金は、 以上の検討結果に基づいて開発さ れた も ので、 本発明 は、 T i 濃度 ： 3 9 〜 4 7 原子％、 A 1 濃度 ： 4 4 〜 4 7 原子％、 N b 濃度 ： 6 〜 1 0 原子％、 C r 濃度 ： 1 〜 3 原子％、 N i + C o 濃度 ： 1 〜 3 原子％ を舍有す る 高強度、 耐ク リ ーブ性、 耐酸化性 T i A 1 系金属間化合物基合金を提供す る こ と を 目的 とす る。

図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の第 1 の合金組成にかかる実施例に おいて製造 した例 1 の T i A 1 系金属間化合物基合金 (比較例） の金属組織を示す走査型電子顕微鏡に よ る 反射電子像写真であ る 。

図 2 は、 本発明の第 1 の合金組成にかかる 実施例に おいて製造 した例 1 6 の T i A 1 系金属間化合物基合 金 （実施例） の金属組織を示す走査型雹子顕微鏡に よ る反射電子像写真で あ る。

図 3 は、 本発明の第 1 の合金組成にかかる 実施例に おいて製造 し た例 3 8 の T i A 1 系金属間化合物基合 金 （比較例 ） の金属組蛾を示す走査型電子顕微鏡に よ る反射電子像写真であ る。

図 4 は、 本発明の第 2 の合金組成にかかる 実施例に おいて製造 し た例 2 0 8 の T i A 1 系金属間化合物基 合金 （比較例） の金属組織を示す光学顕微鏡写真で あ る 。

図 5 は、 本発明の第 2 の合金組織にかかる 実施例に おいて製造 し た例 2 1 0 の T i A 1 系金属間化合物基 合金 （実施例） の金属組織を示す光学顕微鏡写真で あ る 。

図 6 は、 本発明の第 2 の合金組成にかかる 実施例に おいて製造 し た例 2 1 1 の T i A 1 系金属間化合物基 合金 （比較例） の金属組織を示す光学顕微鏡写真であ る 。

発明を実施す る た めの最良の形態

(1)本発明に係わる 合金 （第 1 の合金組成） における 各成分の作用並びに限定理由及び熱処理温度の限定理 由を示す。

① T i

T i は本発明合金の主要構成元素で あ る 。 T i 濃度 が 4 2 原子％未満に な る と ^ 相が安定化 し な い ため、 従来技術の合金 と 同様の組織 と な り 、 塑性加工性が低 下す る 。 一方 T i 濃度が 4 8 原子％を越え る と粗大な ;5 相の割合が多 く な る た め塑性加工性が低下する。

② A 1

A 1 は本発明合金の主要構成原子で あ る 。 A 1 濃度 が 4 4 原子％未満にな る と粗大な ^ 相の割合が多 く な る た め塑性加工性が低下す る 。 一方 A 1 濃度が 4 7 原 子％を越え る と 9 相が安定化 しな いため、 従来技術の 合金と同様の組織と な り 塑性加工性が低下する 。

(D N b

主な作用 は耐酸化性の向上で あ る が、 ^ 相安定化効 果 も若干 も つ。 N b 濃度が 6 原子％未満で は添加効果 が認め ら れな い。 一方 N b 濃度が 1 0 原子％を越え る と耐酸化性が低下す る 。

④ C r

相を安定化させ る 作用 を もつ。 C r 濃度が 1 . 5 原子％未満で は添加効果が認め られない。 一方 C r 濃 度が 3 . 5 原子％を越え る と粗大な /9 相の割合が多 く な る た め塑性加工性が低下する。

⑤ 熱処理温度

本発明に係わる 合金で は熱処理は铸造時に形成さ れ る ラ メ ラ ー組織を消滅さ せ、 生成相が r 相 と 相の 2 相で、 微細な 相が ？■ 相中に分散 し た組織 と す る こ と を 目的 と して行う 。 1 1 3 0 て 未満で は効果が不十分 であ り 、 ラ メ ラ ー組織が残存す る た め塑性加工性は低 い。 一方 1 2 3 O 'C を越え る と相変化に よ っ て新た に ラ メ ラ ー組織が形成さ れる た め塑性加工性が低下す る 以下、 本発明の第 1 の合金組成にかかる 実施例につ いて説明す る 。

純度 9 9 . 9 %の T i 、 純度 9 9 . 9 9 %の A l 、 純度 9 9 . 9 %の N b 、 及び純度 9 9 . 9 %の C r を 原料 と して用 い、 非消耗電極式ア ー ク 溶解炉に よ っ て

、 表 A に示す組成の イ ン ゴ ッ ト を作製 した。 次に こ の ィ ン ゴ ッ ト を铸造ま ま で、 あ る い は種々 の温度で 5 時 間 A r 雰囲気中で熱処理 し た後、 機械加工に よ り 直径 1 2 m m、 高さ 1 2 m m の円柱状試験片に加工 し圧縮 試験を実施 し た。 試験条件は試験温度 1 0 2 5 て 、 ひ ずみ速度 1 X 1 Ο - 3 / s であ り 、 初期高さ の 1 / 4 ま で圧縮 し、 最大応力、 並びに断面組織で の割れ、 キ ヤ ビ テ ィ 等の欠陥発生有無によ り 塑性加工性を評価 し た 。 ま た 1 5 m m X 2 0 m m X 2 m m の平板状の酸化試 験片を切出 し、 ェ メ リ ー紙で 1 0 0 0 番ま で研磨 し た 後、 酸化試験を行っ た。 試験温度は 9 0 O 'C で あ り 大 気中で 1 0 0 時間保有 し た後の酸化置によ り 耐酸化性 を評価 した。

例 1 〜 3 は T i — A 1 2 元系で A 1 濃度 ： 4 8 原子 %の合金の铸造ま ま 及び铸造後 1 2 0 0 て 、 1 3 0 0 •C で熱処理 し た も の の結果で あ る が、 いずれ も圧縮試 験時の最大応力 は 1 9 O M P a 以上で あ る 、 欠陥発生 が認め ら れた。 ま た耐酸化性について も酸化増量が 2 5 . l m g Z c m ² 以上と不十分で あ っ た。

例 4 〜 6 は A 1 濃度 ： 4 8 原子％で じ 1" を 3 原子％ 添加 し た合金の铸造ま ま 及び铸造後 1 2 0 0 て 、 1 3 0 0 て で熱処理 した も の の結果で あ る が、 いずれも圧 縮試験時の最大応力 は 1 Ί O M P a 以上であ り 、 欠陥 発生が認め ら れた。 ま た耐酸化性について も酸化增量 力く 2 4 . 1 m g / c m ² 以上 と不十分であ っ た。

例 7 〜 1 2 は本発明に係わ る 合金であ り 、 T i ： 4 2 原子％、 A 1 ： 4 7 原子％、 N b ： 9 原子％、 C r ： 2 原子％を舍有す る 合金の铸造ま ま 及び 1 1 0 O 'C 、 1 1 5 0 *C 1 2 0 0 て 、 1 2 5 0 て 、 1 3 5 0 て で熱処理 し た も の の結果で あ る 。 1 1 5 0 て 、 1 2 0 0 て 熱処理後で は最大応力 は 1 4 O M P a 以下であ り 欠陥発生はなかっ た。 一方铸造ま ま 、 及び 1 1 0 0 'C 、 1 2 5 0 て 、 1 3 5 0 て 熱処理後で は最大応力は 1 7 O M P a 以上であ り 欠陥発生が認め られた。 ま た耐 酸化性は酸化増量が 3 . 5 m g Z c m ² 以下 と例 1 〜 6 と比較す る と大幅に優れて いた。

例 1 3 〜 1 8 は本発明に係わる 合金であ り 、 T i ：

4 5 原子％、 A 1 ： 4 5 原子％、 N b ： 8 原子％、 C r ： 2 原子％を含有す る 合金の铸造ま ま 及び 1 1 0 0

•C 、 1 1 5 0 て 、 1 2 0 0 て 、 1 2 5 0 て 、 1 3 5 0 て で熱処理 した も の の結果で あ る 。 1 1 5 0 て 、 1 2 0 0 て 熱処理後で は最大応力 は 1 2 0 M P a 以下で あ り 欠陥発生はなか っ た。 一方铸造ま ま 及び 1 1 0 0 'C 、 1 2 5 0 て 、 1 3 5 0 て 熱処理後で は最大応力 は 1 6 0 M P a 以上であ り 欠陥発生が ¾め ら れた。 ま た耐 酸化性は酸化増量が 3 . 3 m g ノ c m ² 以下 と例 1 〜 6 と比較す る と大幅に優れて い た。

例 1 9 〜 2 4 は本発明に係わ る 合金で あ り 、 T i ：

4 8 原子％、 A 1 ： 4 4 原子％、 N b ： 6 原子％、 C r ： 2 原子％を舍有す る 合金の铸造ま ま 及び 1 1 0 0 て 、 1 1 5 0 て 、 1 2 0 0 て 、 1 2 5 0 て 、 1 3 5 0 て で熱処理 し た も のの結果で あ る 。 1 1 5 0 て 、 1 2 0 0 て 熱処理後で は最大応力 は 1 2 0 M P a 以下であ り 欠陥発生はなか っ た。 一方铸造ま ま 及び 1 1 0 0 て 、 1 2 5 0 て 、 1 3 5 0 'C 熱処理後で は最大応力 は 1 5 O M P a 以上で あ り 欠陥発生が認め ら れた。 ま た耐 酸化性は酸化増量が 4 . 6 m g / c m ² 以下 と例 1 〜 6 と比較す る と 大幅に優れて い た。

例 2 5 〜 3 0 は本発明に係わる 合金で あ り 、 T i ： 4 5 原子％、 A 1 ： 4 5 原子％、 N b ： 8 . 5 原子％ 、 C r ： 1 . 5 原子％を舍有す る 合金の铸造ま ま及び 1 1 0 0 、 1 1 5 0 'C 1 2 0 0 て 、 1 2 5 0 て 、 1 3 5 O 'C で熱処理 した も の の結果で あ る 。 1 1 5 0 て 、 1 2 0 0 て 熱処理後で は最大応力 は 1 2 0 M P a 以下で あ り 欠陥発生 はなか っ た。 一方铸造ま ま及び 1 1 0 0 て 、 1 2 5 0 て 、 1 3 5 0 て 熱処理後で は最大 応力 は 1 9 O M P a 以上で あ り 欠陥発生が認め ら れた 。 ま た耐酸化性は酸化増量が 3 . 5 m g / c m ² 以下 と例 1 〜 6 と比較す る と大幅に優れて い た。

例 3 1 〜 3 6 は本発明に係わ る 合金であ り 、 T i ： 4 5 原子％、 A 1 ： 4 5 原子％、 N b ： 6 . 5 原子％ 、 C r ： 3 . 5 原子％を含有す る 合金の涛造ま ま及び 1 1 0 0 ΐ 、 1 1 5 0 て 、 1 2 0 0 て 、 1 2 5 0 ΐ . 1 3 5 0 て で熱処理 し た も の の結果で あ る。 1 1 5 0 て 、 1 2 0 0 て 熱処理後で は最大応力 は 1 4 0 M P a 以下であ り 欠陥発生はなかっ た。 一方铸造ま ま及び 1 1 0 0 て 、 1 2 5 0 て 、 1 3 5 0 て 熱処理後で は最大 応力 は 1 Ί O M P a 以上で あ り 欠陥発生が認め ら れた 。 ま た耐酸化性は酸化增量が 4 . 3 m _g c m ² 以下 と例 1 〜 6 と比較す る と大幅に優れて いた

例 3 7 、 3 8 は T i 濃度が本発明の範囲外の も のの 結果で、 1 2 0 0 'C 熱処理後において最大応力 は 1 8 0 M P a 以上であ り 欠陥発生が認め ら れた。 なお、 耐 酸化性は酸化増量が 4 . 5 m g Z c m ² 以下 と例 1 〜 6 と比較す る と大幅に優れて いた。

例 3 8 、 3 9 は A 1 濃度が本発明の範囲外の も のの 結果で、 1 2 0 0 ΐ 熱処理後において最大応力 は 1 8 O M P a 以上で あ り 欠陥発生が ¾め ら れた。 なお、 耐 酸化性は酸化増量が 4 . 5 m g c m ² 以下 と例 1 〜 6 と比較す る と大幅に優れて いた。

例 4 0 、 4 1 は N b 濃度が本発明 の範囲外の も のの 結果で あ る 。 1 2 0 0 て 熱処理後において、 最大応力 は 1 5 O M P a 以上であ り 欠陥発生が認め られた。 し か しなが ら耐酸化性は酸化増量が 7 . 1 m g / c m ² 以上と例 1 〜 6 と比較す る と優れて いたが、 例 7 〜 3 6 に較べ る と劣 っ て いた。

例 4 2 、 4 3 は C r 濃度が本発明の範囲外の も のの 結果であ る が、 1 2 0 0 'C 熱処理後において、 最大応 力 は 1 8 0 M P a 以上で あ り 欠陥発生が認め ら れた。 な お、 耐酸化性 は酸化増量が 3 . 3 m g / c m 以下 と 例 1 6 と 比較す る と 大幅に優れて い た。

Ml ΓΤ t5¾ 5 ¹

成 （原子％) J± flfl IS JUS Jl B

¾¾ *□ 7 酸化r 重- 例

Ti Al Nb Cr 最木応 Λ 割れ発生

(MPa) R "»、 (mg/ cA)

1 52 48 踌造まま 200 25.1

2 52 48 一 1200'C 190 26.2

3 52 48 一 1300て 230 27.0

¾り

4 49 48 3 铸造まま 180 25.1

5 49 48 一 3 1200て 170 24.1

6 49 48 3 1300て 200 24.8

7 铸造まま 210 4- 2.9 あり

8 1100'C 170 2.2

9 1150'C 140 2.5

47 9 o し

10 1200*C 130 3.0

11 1250て 180 3.1

あ Ό

12 1350て 250 3.5

13 铸造まま 220 3.2

めり

14 1100'C 160 3.1

15 1150'C 120 2.8

45 45 8 2 なし

16 1200 *C 110 2.7

17 1250 *C 170 3.2

めり

18 1350 ΐ 280 3.3

19 铸造まま 200 3.8

fcり

20 1100'C 150 4.1

21 1150'C 120 3.9

48 44 6 2 なし

22 1200 'C 100 4.3

23 1250 ΐ 150 4.2

めり

24 1350て 230 4.6

25 铸造まま 250 2.9 あり

26 1100'C 190 2.7

27 1150て 160

1.5 ¾し 1 2.4

45 45 8.5

28 1200て 150 3.0

29 1250.C 200 3.2

あり

30 1350て 320 3.5

31 铸造まま 230 3.5 あり

32 1100'C 170 4.1

33 1150'C 140 3.7

45 45 6.5 3.5 なし

34 1200*C 120 4.0

35 1250て 170 3.9 あり

36 1350'C 220 4.3

37 41 41 10 2 190 2.8

38 59 43 6 2 180 あり 4.5

39 43 48 7 2 200 3.8

40 46 47 5 2 1200 450 7.1 なし

41 43 44 11 2 140 7.6

42 45 46 8 1 200 2.9 あり

43 44 45 7 4 180 3.3 以下、 上記例 1 , 例 1 6 , 例 3 8 の走査型電子顕微 鏡に よ る 反応電子像の写真を示す。

図 1 は例 1 の T i - A 1 2 元系合金の铸造ま ま の走 查型電子顕微鏡に よ る 反射電子像で あ る 。 こ こ で黒い 母相は r 相で あ り 、 灰色の相 は οτ 2 相で あ る 。 こ の図 よ り 生成相 は r 相 と α 2 相の 2 相で あ り 、 組織は r 相 と οτ 2 相が層状に積み重な っ た ラ メ ラ ー組織で各ラ メ ラ ー粒の粒系 は大き い こ と が判る 。

図 2 は例 1 6 の本発明の合金の 1 2 0 0 て 熱処理後 の走査型電子顕微鏡に よ る反射電子像であ る 。 こ こ で 黒い母相 は r 相であ り 、 白色の相 は 相で あ る 。 こ の 図よ り 生成相 は r 相 と 相の 2 相で あ り 、 組織は微細 な 相が分散 し た組織であ る こ と が判る。

図 3 は例 3 8 であ り 、 本発明の合金よ り A 1 纔度が 少な い も の の 1 2 0 0 て 熱処理後の走査型電子顕微鏡 に よ る反射電子像で あ る。 こ こ で黒い母相 は r 相で あ り 、 白色の相 は iS 相であ る 。 こ の図よ り 生成相 は r 相 と 9 相の 2 相で あ り 、 粗大な 相の割合が多い こ と力く 判る。

(2) 以下、 本発明に係わる 合金 （第 2 の合金組成） における 各成分の作用並びに限定理由及び熱処理温度 の限定理由を示す。

① T i

T i は本発明合金の主要構成元素であ る 。 T i 濃度 が 4 2 原子％未満に な る と ラ メ ラ ー粒の比率が少な く な る た め高温強度 は低い。 一方、 T i 濃度が 4 8 原子 %を越え る と ラ メ ラ ー粒微細化の た め の第 2 相 の比率 が増加 し過ぎ る た め、 ラ メ ラ ー粒が滅少 し高温強度 は 低 く な る 。

② A 1

A 1 は本発明合金の主要構成元素で あ る 。 A 1 濃度 力く 4 4 原子％未満に な る と ラ メ ラ ー粒微細化の た め の 第 2 相 の比率が増加 し 過ぎ る た め、 ラ メ ラ ー粒が滅少 し高温強度 は低 く な る 。 一方、 A 1 濃度が 4 7 原子％ を超え る と 従来技術の合金 と 同様に ラ メ ラ ー粒の比率 が少な く な る た め高温強度 は低 く な る 。

③ N b

耐酸化性を 向上 さ せ る た め の添加成分で あ る 。 N b 濃度が 6 原子％未満で は添加効果が認め ら れな い。 一 方、 N b 濃度が 1 0 原子％を超え る と 添加量が多過ぎ 逆に耐酸化性が低下す る 。

④ C r

第 2 相を安定化 さ せ ラ メ ラ ー粒を微細化す る 作用 を も つ。 C r 濃度が 1 原子％未満で は添加効果が認め ら れな い。 一方、 C r 濃度が 3 原子％を超え る と 第 2 相 の割合が多 く な り 過ぎ、 ラ メ ラ ー粒の比率が滅少す る た め高温強度が低下す る 。

⑤ 熱処理温度

本発明 に係わ る 合金で は熱処理 は α 十 5 域で行い 、 ラ メ ラ ー を発達 さ せ る と 同時に 、 微細 な 第 2 相を分散 さ せて ラ メ ラ ー粒の粒径を 1 0 0 〃 m以下にす る こ と を 目的 と して行 う 。 1 3 0 0 て 未満で は α + + r 域 で あ り 、 7" 粒の割合が多 く な る た め従来技術の合金 と 同様に高温強度は低い。 一方、 1 4 0 0 て を超え る と or単相域で あ り 、 第 2 相がな いた め従来技術の合金を 1 4 0 0 て を超え る 温度で熱処理す る 場合 と 同様に粗 大な ラ メ ラ ー粒で構成さ れる た め脆 く な り 、 高温強度 も低下す る 。

以下、 本発明の第 2 の合金組成にかかる 実施例につ いて説明する。

純度 9 9 . 8 % の T i 、 純度 9 9 . 9 % の A 1 、 N b 、 及び C r を原料と して用 い、 高周波溶解によ っ て 表 B に示す組成の イ ン ゴ ッ ト を作製 した。 次に こ の ィ ン ゴ ッ ト に 1 2 0 0 *C X 3 h の熱処理を施 し た後、 1 0 2 5 て において初期高さ の 1 Z 3 ま で 自 由鍛造を行 つ て鍛造素材を作製 した。

こ の鍛造素材を表 B に示す種々 の温度で熱処理 した 後、 機械加工に よ り 平行部の直径 5 m m、 標点間距離 2 2 m m の丸棒状試験片を加工 して 引張り 試験を実施 した。 引張り 試験温度は 8 0 0 て で あ る 。 ま た 1 5 m m X 2 0 m m X 2 m m の平板状の酸化試験片を切 り 出 し、 ェ メ リ ー紙で 1 0 0 0 番ま で研磨 し た後、 酸化試 験を行 っ た。 試験温度は 9 0 0 て で あ り 大気中で 1 0 0 時間保持 した後の酸化增量に よ り 耐酸化性を評価 し 例 2 0 1 〜 2 0 3 は従来技術の合金であ り 、 T i ： 5 0 原子％、 A 1 ： 4 8 原子％、 C r ： 2 原子％を舍 有す る 合金の 1 2 0 0 て 、 1 3 0 0 て 及び 1 4 0 0 て で熱処理 し た も のの結果で あ る が、 引張 り 強度はいず れ も 4 4 K g m m ² 以下 と低か っ た。 ま た耐酸化 性について も酸化增量が 2 3 m g Z c m ^z 以上 と不十 分で あ っ た。

例 2 0 4 〜 2 0 7 は本発明に係わ る合金で あ り 、 T i ： 4 2 原子％、 A 1 ： 4 7 原子％、 N b ： 1 0 原子 %、 C r ： 1 原子％を舍有す る 合金の 1 2 8 0 · (： 、 1 3 2 0 て 、 1 3 8 0 て 、 1 4 2 0 て で熱処理 した も の の結果で あ る。 1 3 2 0 て 、 1 3 8 0 て 熱処理後で は 引張 り 強度は 6 2 K g f / m m ² 以上と高か っ た。 一 方 1 2 8 0 · (： 、 1 4 2 0 て 熱処理後で は引張り 強度は 5 0 1 8 £ ノ 111 111 ² 以下 と 1 3 2 0 て 、 1 3 8 0 て 熱 処理後に比べ る と低か っ た。 ま た耐酸化性は酸化増量 がいずれ も 3 . 6 m g Z c m ² 以下と例 2 0 1 〜 2 0 3 の従来技術の合金 と比較す る と大幅に優れて い た。 例 2 0 8 〜 2 1 1 は本発明に係わ る 合金で あ り 、 T

1 ： 4 5 原子％、 A 1 ： 4 5 原子％、 N b ： 8 原子％ 、 C r ： 2 原子％を舍有す る 合金の 1 2 8 0 て 、 1 3

2 0 て 、 1 3 8 0 *C . 1 4 2 0 て で熱処理 し た も の の 結果で あ る 。 1 3 2 0 て 、 1 3 8 0 'C 熱処理後で は弓 I 張強度は 6 5 K g f / m m ² 以上 と高かっ た。 一方 1 2 8 0 て 、 1 4 2 0 'C 熱処理後で は引張 り 強度は 5 2 K g f / m m ² 以下 と 1 3 2 0 'C、 1 3 8 Ο ΐ 熱処理 後に比べ る と低かっ た。 ま た耐酸化性は酸化增量がい ずれ も 2 . 8 m g ノ c m ² 以下 と従来技術の合金と比 較す る と大幅に優れて い た。

例 2 1 2 〜 2 1 5 は本発明に係わ る合金で あ り 、 T i ： 4 8 原子％、 A 1 ： 4 4 原子％、 N b ： 6 原子％ 、 C r ： 2 原子％を舍有す る 合金の 1 2 8 0 ΐ . 1 3 2 0 て 、 1 3 8 0 て 、 1 4 2 0 'C で熱処理 し た も の の 結果で あ る。 1 3 2 0 て 、 1 3 8 0 'C 熱処理後で は引 張 り 強度は 5 9 K g f / m m ² 以上 と高か っ た。 一方 1 2 8 0 . 1 4 2 0 'C 熱処理後で は引張 り 強度は 4 6 1 8 ノ 111 111 ² 以下 と 1 3 2 0 て 、 1 3 8 0 て 熱処 理後に比べる と低かっ た。 ま た耐酸化性は酸化増量が いずれも 3 . S m g Z c m ² 以下と従来技術の合金と 比較す る と大幅に優れて いた。

例 2 1 6 〜 2 1 9 は本発明に係わ る合金で あ り 、 T i ： 4 5 原子％、 A 1 ： 4 5 原子％、 N b ： 7 原子％ 、 〇 1« : 3 原子％を舍有す る 合金の 1 2 8 0 て 、 1 3 2 0 て 、 1 3 8 0 · (： 、 1 4 2 0 て で熱処理 し た も の の 結果で あ る 。 1 3 2 0 て 、 1 3 8 0 て 熱処理後で は引 張 り 強度は 5 8 K g f / m m ² 以上 と高か っ た。 一方 1 2 8 0 *C . 1 4 2 0 て 熟処理後で は引張 り 強度は 4 S K g f Z m m Z 以下 と 1 3 2 0 て 、 1 3 8 0 'C 熱処 理後に比べ る と低か っ た。 ま た耐酸化性は酸化増量が いずれ も 3 . l m g / c m ^z 以下 と従来技術の合金 と 比較す る と大幅に優れて いた。

例 2 2 0 〜 2 2 1 は T i 濃度が本発明の請求範囲外 の も のの結果で あ る が、 1 3 8 0 て 熱処理後において 引張 り 強度は 5 3 K _g f ノ m m ² 以下 と低か っ た。 な お耐酸化性は酸化増量が 3 . 5 m g Z c m ^z 以下 と従 来技術の合金 と比較す る と大幅に優れて い た。

例 2 2 2 〜 2 2 3 は A 1 濃度が本発明 の請求範囲外 の も の の結果で あ る が、 1 3 8 0 て 熱処理後において 引張 り 強度は 5 1 K g f / m m ² 以下 と低か っ た。 な お耐酸化性は酸化増量が 3 . 0 m g / c m ² 以下 と従 来技術の合金 と比較する と大幅に優れていた。

例 2 2 4 、 2 2 5 は N b 濃度が本発明の請求範囲外 の も のの結果であ る が、 1 3 8 O 'C 熱処理後において 引張り 強度は 5 9 K g f ノ m m ^z 以上 と高かっ た。 し か し なが ら耐酸化性は酸化増量が 6 . 9 m g / c m ² 以上 と本発明 の合金 と比較す る と劣 っ て いた。

例 2 2 6 、 2 2 7 は C r 濃度が本発明の請求範囲外 の も の の結果であ る が、 1 3 8 0 て 熱処理後において 引張 り 強度は 5 3 K _g f / m m ² 以下 と低か っ た。 な お耐酸化性は酸化増量が 2 . 5 m g / c m ² 以下 と従 来技術の合金 と比較す る と大幅に優れて いた。

以下、 異な る 相領域で熱処理 し た場合の金属組織の 違いを光学顕微鏡写真で示す。

図 4 は例 2 0 8 の金厲組織で あ り 、 T i ： 4 5 原子

%、 A 1 ： 4 5 原子％、 N b ： 8 原子％、 C r ： 2 原 子％を舍有す る 合金を a + iff + r 域で あ る 1 2 8 O 'C で熱処理 し た場合の金属組織で あ る 。 ラ メ ラ ー は層 状 に 見え る 組織で あ る が、 こ の場合 ラ メ ラ ー粒が占 め る

一 2 比率 は半分以下 と 少な い こ と がわか る 。

図 5 は例 2 1 0 の金属組織で あ り 図 4 と 同 じ組成の 合金を α + β 域で あ る 1 3 8 0 て で熱処理 し た場合の 金属組織で あ る 。 ほ と ん どが ラ メ ラ ー粒で 占 め ら れて お り 、 ラ メ ラ ー粒 と ラ メ ラ ー粒の間に微細 な第 2 相力く 存在 して い る こ と が分か る 。 ま た、 ラ メ ラ 一粒の粒径 は約 5 0 m と 非常に微細で あ る こ と が分か る 。

図 6 は例 2 1 1 の金属組織で あ り 図 4 と 同 じ組成の 合金を α 域で あ る 1 4 2 O 'C で熱処理 し た場合の金属 組織で あ る 。 全面が 2 m m程度の粗大な ラ メ ラ ー粒の みで構成 さ れて い る こ と が分かる 。

(3) 以下、 本発明 に係わ る 第 3 の 合金組成に お け る 各成分の作用並びに限定理由を示す。

① T i : T i は本合金の主要構成元素で あ る 。 T i 濃度が 3 9 原子％未満に な る と 低強度な r 粒が生成 し、 従来技術の合金 と 類似の組織 と な る た め高温強度 、 耐 ク リ ー プ性 は低 く な る 。 一方 T i 濃度が 4 7 原子 %を越え る と 9 相が増加 し過ぎ、 ラ メ ラ ー粒が滅少 し 過ぎ る た め、 組織比率が不適切 と な り 、 高温強度、 耐 ク リ 一 プ性が低下す る 。

② A 1 : A 1 は本合金の主要構成元素で あ る 。 A

1 濃度が 4 4 原子％未満に な る と /? 相が増加 し過ぎ、 ラ メ ラ ー粒が滅少 し過ぎ る た め、 組織比率が不適切 と な り 望ま し く な い。 一方 A 1 濃度が 4 7 原子％を越え る と 低強度な Γ 粒が生成 し、 従来技術の合金 と 類似 の 組織と な る た め望ま し く な い。

③ N b _: 耐酸化性を 向上さ せ る た め の添加成分で あ る 。 N b 濃度が 6 原子％未満で は添加効果が認め ら れな い。 一方、 N b 濃度が 1 0 原子％を越え る と添加 量が多過ぎ逆に耐酸化性が低下す る 。

④ C r : 第 2 相の 9 相を安定化させ ラ メ ラ ー粒を 微細化す る 作用を もつ。 C r 濃度が 1 原子％未満で は 添加効果が ¾め ら れな い。 一方、 C r 濃度が 3 原子％ を越え る と ^ 相が増加 し過ぎ、 ラ メ ラ ー粒が滅少 し過 ぎ る た め、 組織比率が不適切 と な り 望ま し く ない。

⑤ N i 、 C o ： N i と C r は同 じ効果を も ち、 β ' 相を安定化 し ^ 相内か ら整合折出 さ せる 作用を もつ 。 N i + C 0 濃度が 1 原子％未満で は添加効果が認,め られない。 一方 N i 十 C 0 濃度が 3 原子％を越え る と β ' 相が増加 し過ぎ、 β ' 相が成長 し過ぎ る ため、 β / β ' 界面が '减少す る た め、 耐ク リ ープ性が低下 し望 ま し く ない。

以下、 本発明の第 3 の合成組成にかかる 実施例につ いて説明す る 。

純度 9 9 . 8 %の T i 、 純度 9 9 . 9 %の A 1 、 N b 、 C r 、 N i 、 及び C o を原料 と して用 い、 高周波 溶解に よ っ て表 C に示す組成の ィ ン ゴ ッ ト を作製 し た 。 次に こ の ィ ン ゴ "ノ ト に 1 0 0 0 'C X 5 0 h の均質化 処理を施 し た後、 機械加工によ り 平行部の直径 5 m m 、 標点間距離 2 2 m m 引張り 試験片、 及び ク リ ープ破 断試験片を採取 し た。 ま た 2 0 m m X 2 0 m m X 2 m m の酸化試験片を採取 し た。

高温強度 は 引 張 り 強度に よ っ て評価 し た。 試験温度 は 8 0 0 て で あ り 、 初期ひずみ速度 は 3 . 8 X 1 0 " ⁴ で あ る 。 耐 ク リ ー ブ性 は ク リ ー プ破断試験で の破 断時間に よ っ て評価 し た。 試験温度 は 8 0 0 て で あ り 、 負荷応力 は 2 0 K g f / m m ² で あ る 。 ま た耐酸化 性 は酸化増量に よ っ て 評価 し た。 試験温度 は 8 0 0 て で あ り 、 試験時間 は 5 0 0 時間で あ る 。 以上の試験は い ずれ も 大気中で あ っ た。

例 3 0 1 、 3 0 2 は従来技術の合金で あ り 、 A 1 ： 4 8 原子％ において N b 又は C r を各 々 2 原子％舍有 す る 合金の結果で あ る が、 引張り 強度は 3 8 K g f / m m ² 程度、 ク リ ープ破断時間は 6 0 時間程度で あ り 、 ま た酸化増量は 1 0 m g ノ c m ² 程度で あ っ た。 例 3 0 3 〜 3 2 0 は本発明の合金で あ る が、 引張 り 強度は 4 8 K g f m m ² 以上、 ク リ ープ破断時間は 4 4 5 時間以上で あ り 、 ま た酸化増量は 3 . 0 m g / c m ² 以下 と いずれの特性 も従来技術の合金よ り は良 好で あ っ た。

例 3 2 1 〜 3 2 2 は T i 濃度が本発明の範囲外の も の の結果で あ る 。 引張 り 強度 と ク リ ープ破断時間は従 来技術の合金 と比較す る と良好であ る も の の、 本発明 の合金に比べ る と劣 っ た。 なお酸化増量は本発明の合 金 と 同等で あ っ た。

例 3 2 3 、 3 2 4 は A 1 濃度が本発明の範囲外の も の の結果で あ る。 引張り 強度 と ク リ ープ破断時間は従 来技術の合金 と比較す る と良好で あ る も の の、 本発明 の合金に比べ る と劣 っ た。 なお酸化増量は本発明の合 金 と 同等で あ っ た。

例 3 2 5 、 3 2 6 は N b 濃度が本発明の範囲外の も の の結果で あ る 。 引張り 強度 と ク リ ープ破断時間は本 発明の合金 と 同等で あ っ た。 酸化増量は従来技術の合 金 と比較す る と良好で あ る も の の、 本発明の合金に比 ベる と劣 っ た。

例 3 2 7 、 3 2 8 は C r 濃度が本発明の範囲外の も の の結果で あ る 。 引張 り 強度 と ク リ ープ破断時間は従 来技術の合金 と比較す る と良好で あ る も の の、 本発明 の合金に比べ る と劣 っ た。 なお酸化増量は本発明の合 金 と 同等で め っ た。

例 3 2 9 〜 3 3 2 は N i + C o 濃度が本発明 の範囲 外の も の の結果で あ る 。 引張 り 強度 と酸化增量は本発 明の合金 と 同等であ っ た。 ク リ ープ破断時間は従来技 術の合金 と比較す る と良好で あ る も の の、 本発明の合 金に比べ る と劣 っ た。

産業上の利用可能性

(1) 以上詳述 した如 く 本発明の第 1 の合金組成によ れば、 タ ー ビ ン ブ レー ド、 タ ー ビ ン ロ ー ラ 等の高温環 境下において遠心応力が主応力 と な る 部位、 すなわ ち 材料特性 と して比強度 （比重で規格化 し た強度） が要 求さ れる 部位に適用す る に適 し た高強度、 高温耐酸化 性 T i A 1 系金属間化合物基合金が提供で き る。

(2) 以上詳述 した如 く 本発明の第 2 の合成組成に よ れば、 タ ー ビ ン ブ レー ド等の塑性加工性に よ り 製品形 状 と す る も の に適 した、 塑性加工性に優れた、 高温耐 酸化性 T i A 1 系金属間化合物基合金が提供で き る 。

(3) 以上のよ う に、 本発明の第 3 の合金組成によ れ ば、 高温環境下において長時間使用 さ れ、 遠心応力が 主応力 と な る 部位、 すなわ ち材料特性 と して は高温強 度、 耐ク リ ープ性 （以上、 比強度換算） 並びに耐酸化 性が要求さ れる 部位に適用す る に適 し た高強度、 耐ク リ ープ性、 耐酸化性 T i A 1 系金属間化合物基合金が 提供で き る 。

Claims

請求の範囲

1 . T i 濃度 ： 4 2 〜 4 8 原子％、 A 1 濃度 ： 4 4 〜 4 7 原子％、 N b 濃度 ： 6 〜 1 0 原子％、 C r 濃度 ： 1 . 5 〜 3 . 5 原子％を舍有 し、 r 相中に微細な 相 が分散 して な る こ と を特徴 と す る 塑性加工性に優れた 高温耐酸化性 T i A 1 系金属間化合物基合金。

2 . T i 濃度 ： 4 2 〜 4 8 原子％、 A 1 濃度 ： 4 4 〜 4 7 原子％、 N b 濃度 ： 6 〜 ： 1 0 原子％、 C r 濃度 ： 1 . 5 〜 3 . 5 原子％を舍有す る 合金を溶解、 $寿造後 、 1 1 3 0 〜 1 2 3 0 て の範囲で熱処理を行 う こ と を 特徴 とす る 塑性加工性に優れた高温耐酸化性 T i A 1 系金属間化合物基合金。

3 . T i 濃度 ： 4 2 〜 4 8 原子％、 A 1 濃度 ： 4 4 〜 4 7 原子％、 N b 濃度 ： 6 〜 1 0 原子％、 C r 濃度 ： 1 〜 3 原子％を舍有 し、 粒径 ： 1 0 0 m以下の微細 な ラ メ ラ ー粒が発達 して い る こ と を特徴 と す る 高強度 、 高温耐酸化性 T i A 1 系金属間化合物基合金。

4 . T i 濃度 ： 4 2 〜 4 8 原子％、 A 1 濃度 ： 4 4 〜

4 7 原子％、 N b 濃度 ： 6 〜 1 0 原子％、 C r 濃度 ： 1 〜 3 原子％を舍有す る 合金を 1 3 0 0 〜 1 4 0 0 て の範囲で熱処理を行 う こ と を特徴 とす る高強度、 高温 耐酸化性 T i A 1 系金属間化合物基合金。

5 . T i 濃度 ： 3 9 〜 4 7 原子％、 A 1 濃度 ： 4 4 〜 4 7 原子％、 N b 濃度 ： 6 〜 1 0 原子％、 C r 濃度 ： 1 〜 3 原子％、 N i + C o 濃度 ： 1 〜 3 原子％を舍有 す る 高強度、 耐ク リ ーブ性、 耐酸化性 T i A l 系金属 間化合物基合金。