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Ti-Al系合金の製造方法 コモンズ

国内特許コード P010000005
整理番号 81
掲載日 2002年9月30日
出願番号 特願平10-184384
公開番号 特開2000-017360
登録番号 特許第3054697号
出願日 平成10年6月30日(1998.6.30)
公開日 平成12年1月18日(2000.1.18)
登録日 平成12年4月14日(2000.4.14)
発明者
  • 山口 正治
  • 乾 晴行
  • デイビッド レイ ジョンソン
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 Ti-Al系合金の製造方法 コモンズ
発明の概要 TiAlおよびTiAl3 の金属間化合物からなるTi-Al系合金およびその製造方法に関する発明である。このTi-Al系合金は、ジェットエンジンおよび陸上タービンのブレードおよびベーン、自動車エンジンの排気バルブおよびピストンや、ロケット、超音速航空機のエンジン、ボイラーの耐熱管など、新しい軽量耐熱材料としての用途が期待される。Ti-Al系合金における一方向凝固技術を確立することによって、優れた常温延性および高温強度特性を併せ持つ合金を提供する。ラメラ粒の極端な粗大化を抑制し、個々のラメラ粒のラメラ組織の界面を凝固方向に揃えた配向を実現するため成分組成並びに一方向凝固条件を規制することによって、所期した組織が得られることを見出し、Ti-Al系合金の一方向凝固材の提供が可能となった。Al:45.0~47.5at%を含み、さらにCr、Mo、W、V、Nb、Ta、MnおよびReから選ばれる1種または2種以上を合計で0.5 ~ 2.0at%、そしてB、C、SiおよびNから選ばれる1種または2種以上を合計で0.2 ~ 1.0at%、含有し、残部がTiおよび不可避不純物の成分組成を有し、ラメラ界面を凝固方向に沿って配向したラメラ柱状晶粒の組織から成ることを特徴とするTi-Al系合金である。また、そのTi溶湯を、10~80℃/cmの固液界面の温度勾配の下に、50~250 mm/hの凝固速度で一方向凝固させることを特徴とする方法によって、有利に製造することができる。これにより、一方向凝固技術が確立されるから、優れた常温延性および高温強度特性を併せ持つことが予想されていた、Ti-Al系合金の一方向凝固材を現実のものとして提供することができる。
従来技術、競合技術の概要 高圧タービンのブレードおよびベーンに供される超合金として、よく知られているNi基超合金には、一方向凝固技術による鋳造材料が用いられるのが通例である。高周波コイルにて加熱されたるつぼに、溶融金属を装入し、るつぼの下端を冷却水にて強制的に冷却することによって、溶融金属を一方向に凝固させる手法である。ここで、重要なことは、<001>方向が凝固方向に配向して成長することである。この<001>方向は、耐クリープ性の高い方位であるため、Ni基超合金の一方向凝固材は、必然的に優れたクリープ強度を有することになる。近年、この一方向凝固技術をTi-Al系合金についても適用することが検討されている。Ti-Al系合金を通常の溶解鋳造凝固法により製造すると、常温延性に乏しいものとなる。Ti-Al系合金を一方向凝固技術にて製造し、ラメラ組織の界面を凝固方向に揃えることができれば、優れた常温延性に優れた高温強度特性を併せ持つTi-Al系合金の提供が実現するのである。しかしながら、Ti-Al系合金に一方向凝固技術を単に適用すると、ラメラ粒が極端に粗大化するとともに、個々のラメラ粒のラメラ界面が凝固方向と垂直に配向する傾向が強くなり、優れた組織を得ることはできない。インゴットの凝固方向に応力が作用した場合に、極めて脆弱である。従って、一方向凝固過程において状態図に基づいて制御して、一方向凝固組織を得る必要があり、この制御は極めて難しく、Ni基超合金における一方向凝固技術を単に模倣することでは、その実現は困難であった。
産業上の利用分野 金属間化合物からなるTi-Al系合金の一方向凝固技術による製造方法とそのTi-Al系合金
特許請求の範囲 【請求項1】 Al:45.0~47.5at%を含み、さらにCr、Mo、W、V、Nb、Ta、MnおよびReから選ばれる1種または2種以上を合計で0.5 ~ 2.0at%、そしてB、C、SiおよびNから選ばれる1種または2種以上を合計で0.2 ~ 1.0at%、含有し、残部がTiおよび不可避不純物の成分組成を有し、ラメラ界面を凝固方向に沿って配向したラメラ柱状晶粒の組織から成ることを特徴とするTi-Al系合金。

【請求項2】 Al:45.0~47.5at%を含み、さらにCr、Mo、W、V、Nb、Ta、MnおよびReから選ばれる1種または2種以上を合計で0.5 ~ 2.0at%、そしてB、C、SiおよびNから選ばれる1種または2種以上を合計で0.2 ~ 1.0at%、含有する、Ti溶湯を、10~80℃/cmの固液界面の温度勾配の下に、50~250 mm/hの凝固速度で一方向凝固させることを特徴とするTi-Al系合金の製造方法。
産業区分
  • 合金
  • 冶金、熱処理
  • 処理操作
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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