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JP2651975B2 - ガンマ・チタン・アルミナイド及びその製法 - Google Patents

ガンマ・チタン・アルミナイド及びその製法

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JP2651975B2
JP2651975B2 JP4181563A JP18156392A JP2651975B2 JP 2651975 B2 JP2651975 B2 JP 2651975B2 JP 4181563 A JP4181563 A JP 4181563A JP 18156392 A JP18156392 A JP 18156392A JP 2651975 B2 JP2651975 B2 JP 2651975B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はチタン及びアルミニウム
の合金に関するものであり、より詳細に述べるならば、
所定量のＣｒ，Ｍｎ及び第二相分散質を内含することに
よって強度及び延性を共に増大させたことを特徴とする
ガンマ・チタン・アルミナイドを主組成とする製品及び
その製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】過去数年にわたって、高温／ストレスに
耐え得る軽量構造部品の製造に使用する、例えばチタン
・アルミナイドのような金属間化合物の開発のために広
い研究が行われてきた。このような部品は、例えば、エ
ンジンスラスト／効率を高めるために高いガス温度、及
びその結果としての高い部品温度が必要である近代的ガ
スタービンエンジンのタービン部分のブレード、ヴェー
ン（羽根）、ディスク、シャフト、ケーシング、及びそ
の他の部品、又は軽量高温材料を必要とするその他の用
途によって代表される。
【０００３】ガンマ・チタン・アルミナイドのような金
属間化合物は、従来の高温チタン合金に比べて高い強度
対重量比及び耐酸化性を示す。しかしながらこれらの金
属間化合物の一般的開発は、強度、室温延性及び靭性の
不足、並びに材料を例えば上記タービン部品によって代
表される複雑な最終用途の形に加工処理することに関連
した技術的挑戦の不足によって制限されてきた。
【０００４】１９９０年４月１０日こ発行されたカンプ
（Ｋａｍｐｅ）らの米国特許第４９１５９０５号は、金
属間化合物の低（室）温延性及び靭性を改良し、その高
温強度を増加するための種々の金属学的加工技術の発展
を詳細に述べている。カンプらの’９０５号特許は金属
マトリックス複合材料の急速固体化に関するものであ
る。より詳細に述べるならば、この特許では、例えば溶
剤（ソルベント）金属の存在下で第二相形成性成分を反
応させて、その場で析出した第二相粒子、例えば硼化物
分散質を、金属間含有マトリックス、例えばチタン・ア
ルミナイド内に形成することによって、金属間第二相複
合材料が形成される。その金属間第二相複合材料はその
後急速固体化を受け、急速固体化複合材料を生成する。
こうして、例えばその場で析出したＴｉＢ２粒子をチタ
ン・アルミナイド・マトリックス内に含む複合材料が形
成され、それが急速固体化されて、急速固体化複合材料
粉末が生成する。その粉末をその後、例えばホット・ア
イソスタティック・プレス、熱押出、及びスーパープラ
スチック鍛造などの硬化法によって硬化せしめ、最終に
近い（すなわちｎｅａｒ−ｎｅｔ）形となる。
【０００５】Ｂｒｕｐｂａｃｈｅｒらの米国特許第４８
３６９８２号も金属マトリックス複合材料の急速固体化
に関するものであり、ここでは第二相形成性成分を溶媒
金属の存在下で反応させて、その場で析出した第二相粒
子、例えばＴｉＢ２又はＴｉＣを溶媒金属、例えばアル
ミニウム内に形成せしめる。
【０００６】ネイグル（Ｎａｇｌｅ）らの米国特許第４
７７４０５２号及び第４９１６０２９号は、金属マトリ
ックスが、例えばチタン・アルミナイドなどの金属間化
合物を含む、金属マトリックス−第二相複合材料の製造
に特に向けられている。一実施態様においては、金属又
は合金マトリックス、例えばＡｌ内に、第二相粒子、例
えばＴｉＢ２の分散を含んで成る第一相が形成される。
この複合材料はその後、そのマトリックスと反応して金
属間化合物を形成する別の金属に導入される。例えば、
ＴｉＢ２粒子の分散をＡｌマトリックス内に含んで成る
第一の複合材料が溶融チタンに導入され、チタン・アル
ミナイド・マトリックス内に分散されたＴｉＢ２を含む
最終複合材料が形成される。Ｂｒｕｐｂａｃｈｅｒらの
米国特許第４９１５９０３号は、上記のネイグルらの特
許に教示される方法の変法を記載している。
【０００７】クリストダル（Ｃｈｒｉｓｔｏｄａｌｏ
ｕ）らの米国特許第４７５１０４８号及び第４９１６０
３０号は、金属マトリックス−第二相複合材料の製造に
関するものであり、ここでは金属マトリックス中に分散
した第二相粒子を含む第一の複合材料が付加的金属で希
釈されてより少ない第二相を含有する最終複合材料を形
成する。例えば、Ａｌマトリックス中にＴｉＢ２粒子の
分散を含む第一の複合材料が溶融チタンに導入され、チ
タン・アルミナイド・マトリックス中に分散されたＴｉ
Ｂ２を含む最終的複合材料を形成する。
【０００８】ジャフィー（Ｊａｆｆｅｅ）らの米国特許
第３２０３７９４号は、高温で強度及び酸化抵抗を維持
すると言われるガンマＴｉＡｌ合金に関するものであ
る。Ｉｎ，Ｂｉ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ａｇ，Ｃ，Ｏ，Ｍ
ｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｗ，Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃｅ，Ａｓ，Ｓ，Ｔ
ｅ，及びＰのような合金付加物の使用が開示されてい
る。しかしながらこのような付加物はＴｉＡｌ二成分合
金の延性を低下させると言われている。
【０００９】金属間化合物を１種以上の金属と合金に
し、いくつかのプラスチック成形技術と組み合わせるこ
とによって室温延性を改良する試みが、ブラックバーン
（Ｂｌａｃｋｂｕｒｎ）の米国特許第４２９４６１５号
に開示されている。ここではバナジウムをＴｉＡｌ組成
物に加えて、Ｔｉ−３１ないし３６％、Ａｌ−０ないし
４％（重量パーセント）の変形組成物を得た。変更組成
物を溶融し、等温鍛造し、加熱型中で、金属間化合物の
延性の歪度に対する依存性によって必要とされる緩徐な
変更速度で成形する。等温鍛造プロセスは１０００℃以
上で行われ、そのため特殊な型材料（例えばＴＺＭとし
て知られるＭｏ合金）を用いなければならない。概し
て、ＴｉＡｌ金属間化合物は、その高温特性及びその延
性の歪速度への依存性のために、加工が極めてむずかし
い。
【００１０】米国特許第４８３６９８３号；第４８４２
８１７号；第４８４２８１９号；第４８４２８２０号；
第４８５７２６８号；第４８７９０９２号；第４８９７
１２７号；第４９０２４７４号及び第４９１６０２８号
から成る一連の米国特許は、Ｔｉ／Ａｌの修正計算比と
１種以上の合金付加物とを有し、室温強度及び延性が改
良されたガンマＴｉＡｌ金属間化合物を作る試みが記載
されている。Ｃｒを、それだけ、又はＮｂと共に、又は
ＮｂとＣと共に添加することが’８１９；’０９２及
び’０２８特許に記載されている。これらの変更組成物
から円筒形を作るには、合金を先ず第一に放電溶融によ
ってインゴットにするのが普通である。インゴットを溶
融しメルトを引き伸ばし（ｓｐｕｎ）、速やかに固体化
するリボンを形成する。リボンを適当な容器に入れ、ホ
ットアイソスタティックにプレスすると（ＨＩＰ’ｅ
ｄ）硬化した円筒形プラグが形成される。そのプラグを
ビレット中心開口部に同軸に置き、その中に封止した。
そのビレットを９７５℃で３時間加熱し、ダイを通して
押し出すと、約７対１の縮小が得られた。押出プラグか
らのサンプルをビレットから取り出し、熱処理し、エー
ジングした。米国特許第４９１６０２８号（上に列挙し
た一連の特許に含まれている）も、ＴｉＡｌ基礎合金
を、インゴット金属学によってＣ，Ｃｒ及びＮｂ付加物
を含むように変えて加工し、上記の急速固体化法の場合
よりも低い加エコストで延性、強度及びその他の特性の
所望の組み合わせを得ることに関するものである。より
詳細に述べるならば、’０２８特許に記載されるインゴ
ット金属学的アプローチは、その変更合金を溶融し、そ
れを形の簡単な、小さい（例えば直径２インチ及び０．
５インチ厚さ）ホッケーパック型インゴットに固体化
し、インゴットを１２５０℃で２時間ホモジナイズし、
インゴットをスチール環に封入し、それから環／リング
アセンブリーを熱鍛造してインゴットの厚さを５０％縮
小することから成る。インゴットから切り取った引張試
験片を引張試験の前に、１２２５℃以上の種々の温度で
アニールした。このインゴット金属学的方法によって作
られた引張試験片は急速固体化法によって作った試験片
に比べて降伏強さはより低かったが、延性はより大きか
った。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】金属間化合物の延性及
び強度を改良する上記の試みにもかかわらず、高性能材
料使用工業、特にガスタービンエンジン工業において
は、改良特性又はその特性の組合せをもち、比較的低コ
ストで、比較的大容量ベースの有用な、複雑に設計され
た最終用途の形の加工しやすい金属間化合物に対する欲
求及び必要が引き続き存在する。これらの欲求及び必要
を満足させることが本発明の目的である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本願発明は、ガンマ・チ
タン・アルミナイド・マトリックス相と第二相分散質を
含み、主組成のマトリックス相が実質的に０．５〜５．
０原子％のＣｒと実質的に０．５〜５．０原子％のＭｎ
を含み、少なくとも実質的に０．５容量％の第二相分散
質がマトリックス相に含まれており、第２相分散質のな
い製品と比べて強度及び延性の両方を増大させたことを
特徴とする製品を要旨としている。
【００１３】本願発明は、ガンマ・チタン・アルミナイ
ド・マトリックス相と第二相分散質を含み、主組成のマ
トリックス相が原子％で実質的に４０〜５２％のＴｉ、
実質的に４４〜５２％のＡｌ、実質的に０．５〜５．０
％のＭｎ、及び実質的に０．５〜５．０％のＣｒを含
み、少なくとも実質的に０．５容量％の第二相分散質が
マトリックス相に含まれており、第二相分散質のない製
品と比べて強度及び延性の両方を増大させたことを特徴
とする製品も要旨としている。
【００１４】本願発明は、ガンマ・チタン・アルミナイ
ド・マトリックス相と第二相分散質を含み、主組成のマ
トリックス相が原子％で実質的に４１〜５０の％Ｔｉ、
実質的に４６〜４９％のＡｌ、実質的に１〜３％のＭ
ｎ、実質的に１〜３％のＣｒ、実質的に３％までのＶ及
び実質的に３％までのＮｂを含み、少なくとも０．５容
量％の第二相分散質がマトリックス相に含まれており第
二相分散質のない製品と比べて強度及び延性の両方を増
大させたことを特徴とする製品も要旨としている。
【００１５】本願発明は、ガンマ・チタン・アルミナイ
ド・マトリックス相と第二相分散質を含み、主組成のマ
トリックス相が原子％で実質的に４０〜５２％のＴｉ、
実質的に４４〜５２％のＡｌ、実質的に０．５〜５．０
％のＭｎ、及び実質的に０．５〜５．０％のＣｒを含
み、少なくとも０．５容量％の第二相分散質がマトリッ
クス相に含まれており、第二相分散質のない合金と比べ
て強度及び延性の両方を増大させたことを特徴とするチ
タン・アルミニウム合金も要旨としている。
【００１６】本願発明は、ガンマ・チタン・アルミナイ
ド・マトリックス相と第二相分散質を含み、主組成のマ
トリックス相が原子％で実質的に４１〜５０％のＴｉ、
実質的に４６〜４９％のＡｌ、実質的に１〜３％のＭ
ｎ、実質的に１〜３％のＣｒ、実質的に３％までのＶ及
び実質的に３％までのＮｂを含み、少なくとも０．５容
量％の第二相分散質がマトリックス相に含まれており第
二相分散質のない合金と比べて強度及び延性の両方を増
大させたことを特徴とするチタン・アルミニウム合金も
要旨としている。
【００１７】本願発明は、あらかじめ形成された分散質
をチタン・アルミニウム合金メルト中に導入し、これを
固体化してマトリックス相中に第二相分散質を含有させ
ることによって、ガンマ・チタン・アルミナイド・マト
リックス相と第二相分散質を含み、主組成のマトリック
ス相が実質的に０．５〜５．０原子％のＣｒと実質的に
０．５〜５．０原子％のＭｎを含み、実質的に少なくと
も０．５容量％の第二相分散質がマトリックス相に含ま
れるようにし、第二相分散質のないものと比べて製品の
強度及び延性の両方を増大させることを特徴とする製品
の製法も要旨としている。
【００１８】本願発明は、あらかじめ形成された分散質
をチタン・アルミニウム合金メルト中に導入し、これを
固体化してマトリックス相中に第二相分散質を含有させ
ることによって、ガンマ・チタン・アルミナイド・マト
リックス相と第二相分散質を含み、主組成のマトリック
ス相が原子％で実質的に４０〜５２％のＴｉ、実質的に
４４〜５２％のＡｌ、実質的に０．５〜５．０％のＭ
ｎ、及び実質的に０．５〜５．０％のＣｒを含み、少な
くとも実質的に０．５容量％の第二相分散質がマトリッ
クス相に含まれるようにし、第２相分散質のないものと
比べて製品の強度及び延性の両方を増大させることを特
徴とする製品の製法も要旨としている。
【００１９】本願発明は、あらかじめ形成された分散質
をチタン・アルミニウム合金メルト中に導入し、これを
固体化してマトリックス相中に第二相分散質を含有させ
ることによって、ガンマ・チタン・アルミナイド・マト
リックス相と第二相分散質を含み、主組成のマトリック
ス相が原子％で実質的に４１〜５０の％Ｔｉ、実質的に
４６〜４９％のＡｌ、実質的に１〜３％のＭｎ、実質的
に１〜３％のＣｒ、実質的に３％までのＶ及び実質的に
３％までのＮｂを含み、少なくとも０．５容量％の第二
相分散質がマトリックス相に含まれるようにし、第２相
分散質のないものと比べて製品の強度及び延性の両方を
増大させることを特徴とする製品の製法も要旨としてい
る。
【００２０】本願発明は、ガンマ・チタン・アルミナイ
ド・マトリックス相と第二相分散質を含み、主組成のマ
トリックス相が原子％で実質的に４０〜５２％のＴｉ、
実質的に４４〜５２％のＡｌ、実質的に０．５〜５．０
％のＭｎ、及び実質的に０．５〜５．０％のＣｒを含む
ことを特徴とするチタン・アルミニウム合金、及び、ガ
ンマ・チタン・アルミナイド・マトリックス相と第二相
分散質を含み、主組成のマトリックス相が原子％で実質
的に４１〜５０％のＴｉ、実質的に４６〜４９％のＡ
ｌ、実質的に１〜３％のＭｎ、実質的に１〜３％のＣ
ｒ、実質的に３％までのＶ及び実質的に３％までのＮｂ
を含むことを特徴とするチタン・アルミニウム合金も要
旨としている。
【００２１】
【実施例】一実施態様において、本発明はチタン・アル
ミナイド製品、並びにその製品の製法を含む。すなわ
ち、ガンマ・チタン・アルミナイド・マトリックス相を
主組成分とし、マトリックス相が実質的に０．５〜５．
０原子％のＣｒと実質的に０．５〜５．０原子％のＭｎ
を含んでおり、マトリックス相中に第二相分散質が含ま
れることによって、製品の強度及び延性を共に増加させ
ることができる。この目的のために、実質的に０．５な
いし２０．０容量％、好適には実質的に０．５ないし
７．０容量％の第二相分散質、例えばＴｉＢ２などを、
好適には実質的に１．０ないし３．０原子％の割合でガ
ンマ・チタン・アルミナイド・マトリックス相中に含有
させるのである。なお、原子％はａｔｏｍｉｃ％とも記
載される。第二相分散質は、ＴｉＢ２の他に従来の技術
の欄で述べたＴｉＣ等である。
【００２２】もう一つの実施態様は、（原子％で）実質
的に４０ないし５２％のＴｉ、実質的に４４ないし５２
％のＡｌ、実質的に０．５ないし５．０％のＭｎ、そし
て実質的に０．５ないし５．０％のＣｒを含むチタン・
アルミニウム合金から成る。好適合金は（原子％で）実
質的に４１ないし５０％Ｔｉ、実質的に４６ないし４９
％Ａｌ、実質的に１ないし３％Ｍｎ、実質的に１ないし
３％Ｃｒ、実質的に３％までのＶ及び実質的に３％まで
のＮｂを含む。第二相分散質が前記合金中に実質的に
０．５ないし実質的に２０．０容量％の含量で形成さ
れ、強度と延性を増加せしめる。
【００２３】チタン・アルミナイド合金は、第二相分散
質をその中に含むとき、延性並びに強度の増加を呈する
が、このことは従来の常識からは到底予想できないこと
である。
【００２４】本発明は、主組成がガンマ・チタン・アル
ミナイド・マトリックス相からなり、マトリックス相が
実質的に０．５〜５．０原子％のＣｒと実質的に０．５
〜５．０原子％のＭｎを含み、少なくとも実質的に０．
５容量％の第二相分散質がマトリックス相に含まれてお
り、第二相分散質のない製品と比べて強度及び延性の両
方を増大させたことを特徴とする製品に関するものであ
る。第二相分散質は例えばＴｉＢ２や従来技術の欄で述
べたＴｉＣ等である。本発明の一実施態様において、合
金マトリックス相は、（原子％で）実質的に４０ないし
５２％Ｔｉ、実質的に４４ないし５２％Ａｌ、実質的に
０．５ないし５．０％Ｍｎ、そして実質的に０．５ない
し５．０％のＣｒを含んでいる。好適には、合金マトリ
ックスは（原子％で）実質的に４１ないし５０％Ｔｉ、
実質的に４６ないし４９％Ａｌ、実質的に１ないし３％
Ｍｎ、実質的に１ないし３％Ｃｒ、実質的に３％までの
Ｖ及び実質的に３％までのＮｂを含んでいる。合金マト
リックス相は第二相分散質、例えば好適にはＴｉＢ２、
を実質的に２０．０容量％を超えない量だけ含む。好適
には、第二相分散質は実質的に０．５ないし１２．０容
量％、より好適には実質的に０．５ないし７．０容量％
存在する。
【００２５】マトリックス相は圧倒的にガンマと考えら
る。以下で記載されるａｓ−ｃａｓｔ又は鋳造／ホット
アイソスタティックプレス／熱処理した状態のマトリッ
クス微細構造の大部分はガンマ相を含む。アルファニ相
及びベータ相もマトリックス微細構造の小部分に存在す
ることができる；例えば、実質的に２ないし１５容量％
のアルファ二相及び実質的に５容量％までのベータ相が
存在し得る。
【００２６】表１は、本発明の例証的実施例に従って製
造したチタン・アルミニウム・インゴットの公称及び測
定成物を列挙している。比較例として、Ｔｉ−４８Ａｌ
−２Ｖ−２Ｍｎ合金の公称及び測定インゴット組成も同
様に列挙する。
【００２７】マーチン．マリエッタ社（Ｍａｒｔｉｎ
Ｍａｒｉｅｔｔａ Ｃｏｒｐ．）（ベセスダ，メリーラ
ンド州）及び認可された人々から入手した、ＴｉＢ２７
０容量％をＡｌマトリックス中に含むマスター・スポン
ジ材料を用いて、ＴｉＢ２分散質がインゴットに与えら
れた。マスター・スポンジ材料は、米国特許第４７５１
０４８号及び第４９１６０３０号に従って（その教示は
引例によってここに導入されている）、焼き流し精密鋳
造型に鋳造する前に、適切な組成物のチタン・アルミニ
ウム・メルトに導入された。
【００２８】各インゴットの部分を薄く切り、一般的真
空放電再融解によって、合金融解温度より＋５０゜Ｆ高
い温度にまで過熱し、あらかじめ加熱したセラミック型
（６００゜Ｆ）に焼き流し精密鋳造して、直径０．６２
５インチ（１．５９ｃｍ）、長さ６．０インチ（１５．
２４ｃｍ）の鋳造試験用棒を成形する。各型はＺｒ２Ｏ
３の前面コーティングと、Ａｌ２Ｏ３／Ｚｒ２Ｏ３の複
合後面コーティングとを含む。鋳造し、焼き流し精密鋳
造型から取り出した後、すべての試験用棒は不活性ガス
（Ａｒ）中で、２５ｋｓｉで、２３００゜Ｆで４時間、
ホットアイソスタティック・プレスされた（ＨＩＰ’ｅ
ｄ）。
【００２９】上記のホットアイソスタティック・プレス
処理後、１６５０゜Ｆ（９００℃）で１６時間熱処理し
た焼き流し精密鋳造試験用棒を用いて、基準となる機械
的引張データを得た。鋳造し、ＨＩＰ’ｅｄし、熱処理
した試験棒中に存在するＴｉＢ２分散質は、普通は０．
３ないし５ミクロンの範囲の粒度（すなわち直径）を有
する。
【００３０】しかしながら図１のｂから、Ｔｉ−４８Ａ
ｌ−２Ｖ−２Ｍｎ合金（比較例）の室温延性は、これら
の濃度のＴｉＢ２をマトリックス合金に添加すると明ら
かに減少するのが認められた。驚いたことに、実施例の
Ｃｒ含有合金（すなわちＴｉ−４８Ａｌ−２Ｍｎ−２Ｃ
ｒＮＴｉ−４８Ａｌ−２Ｖ−２Ｍｎ−２Ｃｒ及びＴｉー
４７Ａｌ−２Ｍｎ−１Ｎｂ−１Ｃｒ）がこれらの濃度の
ＴｉＢ２の添加、特に７重量％ＴｉＢ２の添加で増加す
ることが認められた。このように、付加的合金剤として
のクロームと、ＴｉＢ２分散質を含むＴｉＡｌ合金で
は、強度及び延性共に大幅に増加することがわかった。
【００３１】鋳造、ホットアイソスタティック・プレス
及び熱処理後のこれらの合金の代表的光学的微細構造
を、図２のａ，ｂ，ｃ；及び図３のａ，ｂ，ｃ；及び図
４のａ，ｂ，ｃに示す。顕微鏡写真は、合金の微細構造
が主として層状で、若干の粒子がコロニー周辺に同軸に
配列していることを示している。概して、ホットアイソ
スタティック・プレス及び／又は熱処理で、微細構造の
粗化又はその他の形態学的変化が起こる証拠はほどんど
又は全くなかった。各図のａは実施例の合金、ｂとｃは
合金又は製品に関する写真である。
【００３２】合金の強度及び延性に対するより長時間の
又はより高温の熱処理の効果を図５のａ，ｂ及び図６の
ａ，ｂに示す；９００℃（１６５０°Ｆ）で５０時間の
熱処理（図５のａ，ｂ）及び１１００℃（２０１２°
Ｆ）で１６時間の熱処理（図６のａ，ｂ）、降伏強さは
ＴｉＢ２パーセンテージの増加と共に増大することがわ
かる。その上、延性の増大が、マトリックス中に７容量
％のＴｉＢ２を含むＣｒ含有試験棒で再び認められた。
概して、９００℃（１６５０°Ｆ）熱処理は、示したす
べての合金において最大延性を生じた。７及び１２容量
％ＴｉＢ２を含む本発明の合金では、１６５０゜Ｆで５
０時間の熱処理後に最大延性が生じた。概して強度は熱
処理に対して相対的に鈍感であった。
【００３３】図７のａ，ｂ及びｃ，ｄは、ＴｉＢ２を含
まないＴｉ−４８Ａｌ−２Ｍｎ−２Ｃｒにおけるそれぞ
れ１６５０°Ｆ，５０時間、及び２０１２゜Ｆ，１６時
間の熱処理後の合金マトリックスの微細構造を示す。図
８のａ，ｂ及びｃ，ｄは、７容量％ＴｉＢ２を含む同じ
合金の、同じ熱処理後の合金マトリックス微細構造を示
す。他方、７容量％ＴｉＢ２を含むマトリックス微細構
造は、これらの熱処理後ほとんど変化を示さず、主とし
て層状の微細構造を保持した。
【００３４】図９は、１６５０°Ｆで１６時間熱処理し
た上記の合金の、引張降伏強さと分散質（ＴｉＢ２）付
加量との関係を示す。すべての合金は、分散質付加量
（容量％）の増加につれてほぼ直線的な強度増加を示
す。Ｔｉ−４８Ａｌ−２Ｖ−２Ｍｎ合金が最も強い依存
関係を示す。
【００３５】１６５０°Ｆで１６時間熱処理した合金で
粒度分析を行い、分散質付加量が粒度に対して与える影
響を調べた。図１０は、ＴｉＢ２分散質の導入効果によ
って粒度が大きく減少することを説明している。分散質
の容量部分が大きくなると、分散質付加に対する粒度の
感度が減少することが明らかである。分散質が存在しな
い場合の合金粒度の大きいばらつきは、主として、大き
い柱状、板状コロニーの間にあるより小さい、同軸粒子
の大きさ及び規模によるものであるようにみえる。
【００３６】図１に示されるＣｒを含有し主組成がガン
マ・チタン・アルミナイドの強度ルび延性両方の驚くべ
き増加は、表２に示される高められた温度でも認められ
る；この場合、焼き流し精密鋳造、ＨＩＰ’ｅｄ）及び
熱処理（９００℃、５０時間）試験片を８１６℃で引張
試験を行った。
【００３７】７容量％ＴｉＢ２分散質を含む、及び含ま
ないＴｉ−４７Ａｌ−２Ｍｎ−１Ｎｂ−１Ｃｒ合金のク
リープ抵抗を、１５００゜Ｆ）２０．０ｋｓｉ負荷で評
価した。試験片を焼き流し精密鋳造し、ＨＩＰ’ｅｄ
し、９００℃で５０時間熱処珂した。表３に示されるよ
うに、無硼化物試験片、及び硼化物を含む試験片は概し
て匹敵する破断寿命を示した。こうして、Ｔｉ−４７Ａ
ｌ−２Ｍｎ−１Ｎｂ−１Ｃｒ合金のクリープ抵抗は、７
容量％ＴｉＢ２分散質の導入によって不都合な影響を受
けなかった。
【００３８】本発明の実施例において、上記の主として
ガンマのチタン・アルミナイド・マトリックス微細構造
を得るためには、Ｃｒ濃度はＴｉＡｌ合金組成物の実質
的に５．０原子％を超えてはいけない。例えば、公称Ｔ
ｉ−４８Ａｌ−２Ｖ−２Ｍｎ−６Ｃｒから成る（測定組
成、原子％；４４．１Ｔｉ−４５．８Ａｌ−２０Ｍｎ−
６．２Ｃｒ−１．９Ｖ）ＴｉＡｌインゴットを製造し、
上で図１の合金について述べたように焼き流し精密鋳造
し、ＨＩＰ’ｅｄし、熱処理した。そのインゴットは実
質的に７．０容量％のＴｉＢ２を含んでいた。１６５０
゜Ｆ／１６時間熱処理の前と後にインゴットの微細構造
を試験すると、５容量％以上のベ一夕相部分が、主とし
て粒子（コロニー）の境界に及びラメラ界面に沿って現
れることがわかった。熱処理は、高延性（ｓｐｈｅｔｏ
ｄｉｚａｔｉｏｎ）と、微細構造中のベータ相の比較的
均質な分布をもたらした。熱処理した合金は、約９０ｋ
ｓｉの引張降伏強さを示したが、室温延性はかなり低
く、０．１５％に過ぎなかった。
【００３９】こうして、本発明の実施例において、Ｃｒ
濃度の上限は合金組成物の実質的に５．０原子％を超え
てはいけない。他方、Ｃｒ濃度の下限は、適切量の分散
質がマトリックス中に含まれる場合、強度及び延性共に
増加せしめるのに十分でなければならない。この目的の
ために、本発明によると、Ｃｒ濃度は好適には合金マト
リックスの実質的に０．５ないし５．０原子％、より好
適には合金マトリックスの実質的に１．０ないし３．０
原子％である。
【００４０】本発明を特別な実施例の形で記載したが、
これに制限されるものではなく、添付の請求に示される
範囲に制限されるに過ぎない。
【００４１】
【表１】
【表２】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【図１】ａ及びｂは、硼化チタンを導入した際に、ガン
マ・チタン・アルミナイドマトリックス相を主組成とす
る製品（合金）が示す強度及び延性の変化を説明する棒
グラフである。図中Ｔｉ−４８Ａｌ−２Ｖ−２Ｍｎで示
したグラフが比較例であり、Ｃｒを含むものが実施例で
ある。比較例のグラフでは、硼化物を同濃度で導入した
場合に、強度は増加するものの延性が減少することが示
されている。
【図２】ａ，ｂ及びｃは、ホットアイソスタティック・
プレスし、１６５０°Ｆ（９００℃）で１６時間熱処理
した後のＴｉ−４８Ａｌ−２Ｖ−２Ｍｎ比較合金の微細
構造を示す。
【図３】図２のａ〜ｃと同様のホットアイソスタティッ
ク・プレス及び熱処理をした後の本発明の実施例のＴｉ
−４８Ａｌ−２Ｍｎ−２Ｃｒ合金の微細構造を示してお
り、ａは合金、ｂとｃは合金又は製品を示している。
【図４】図２のａ〜ｃと同様なホットアイソスタティッ
ク・プレス及び熱処理をした後の本発明の実施例のＴｉ
−４８Ａｌ−２Ｖ−２Ｍｎ−２Ｃｒ合金の微細構造を示
しており、ａは合金、ｂとｃは合金又は製品である。
【図５】ａ，ｂは上記の図１と同様の図で、種々の熱処
理をした後の強度及び延性の変化を示している。
【図６】ａ，ｂは上記の図１と同様の図で、種々の熱処
理をした後の強度及び延性の変化を示している。
【図７】ａ，ｂ及びｃ，ｄは、ＴｉＢ２分散質を含まな
いＴｉ−４８Ａｌ−２Ｍｎ−２Ｃｒ合金の微細構造に対
する、１６５０゜Ｆ，５０時間、及び２０１２°Ｆ，１
６時間それぞれの熱処理の効果を示している。
【図８】ａ，ｂ及びｃ，ｄは、７容量％のＴｉＢ２を含
むマトリックス相（Ｔｉ−４８Ａｌ−２Ｍｎ−２Ｃｒ合
金）の微細構造に対する、１６５０゜Ｆ，５０時間、及
び２０１２゜Ｆ，１６時間それぞれの熱処理の効果を示
している。
【図９】ＴｉＢ２分散質の容量％による、上記図１の合
金の降伏強さの変化を示す。
【図１０】上記の合金における測定粒度とＴｉＢ２容量
％との関係を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド イー ラーソンジュニア アメリカ合衆国 ミシガン州 49445 マスケゴン、クィーンセント 1919 (72)発明者 レオンチオス クリストドウルー アメリカ合衆国 メリーランド州 21228 バルチモア イングルサイド アベニュー 117 (72)発明者 ステファン エル カンプ アメリカ合衆国 メリーランド州 20707 ローレル ローレル アベニュ ー 319 (56)参考文献 特開 平３−193842（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−341529（ＪＰ，Ａ) 国際公開90／1568（ＷＯ，Ａ)

Claims (27)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガンマ・チタン・アルミナイド．マトリ
    ックス相と第二相分散質から成り、主組成のマトリック
    ス相が実質的に０．５〜５．０原子％（マトリックスに
    対する％）のＣｒと実質的に０．５〜５．０原子％（マ
    トリックスに対する％）のＭｎを含み、少なくとも実質
    的に０．５容量％（マトリックスに対する％）の第二相
    分散質がマトリックス相に含まれており、第２相分散質
    のない製品と比べて強度及び延性の両方を増大させたこ
    とを特徴とする製品。
  2. 【請求項２】 マトリックス相中のＣｒがマトリックス
    相の実質的に０．５〜５．０原子％存在する請求項１記
    載の製品。
  3. 【請求項３】 Ｃｒが実質的に１．０〜３．０原子％存
    在する請求項２記載の製品。
  4. 【請求項４】 第二相分散質がマトリックス相中に実質
    的に０．５〜２０．０容量％（マトリックスに対する
    ％）存在する請求項１記載の製品。
  5. 【請求項５】 第二相分散質が実質的に０．５〜１２．
    ０容量％（マトリックスに対する％）存在する請求項１
    記載の製品。
  6. 【請求項６】 第二相分散質が実質的に０．５〜７．０
    容量％（マトリックスに対する％）存在する請求項５記
    載の製品。
  7. 【請求項７】 第二相分散質が、チタンの硼化物から成
    る請求項１記載の製品。
  8. 【請求項８】 ガンマ・チタン・アルミナイド・マトリ
    ックス相と第二相分散質から成り、主組成のマトリック
    ス相がマトリックスに対する原子％で実質的に４０〜５
    ２％のＴｉ、実質的に４４〜５２％のＡｌ、実質的に
    ０．５〜５．０％のＭｎ、及び実質的に０．５〜５．０
    ％のＣｒを含み、少なくとも実質的に０．５容量％（マ
    トリックスに対する％）の第二相分散質がマトリックス
    相に含まれており、第二相分散質のない製品と比べて強
    度及び延性の両方を増大させたことを特徴とする製品。
  9. 【請求項９】 第二相分散質がマトリックス相中に実質
    的に０．５〜１２．０容量％（マトリックスに対する
    ％）存在する請求項８記載の製品。
  10. 【請求項１０】 第二相分散質が、チタンの硼化物であ
    る請求項８記載の製品。
  11. 【請求項１１】 ガンマ・チタン・アルミナイド・マト
    リックス相と第二相分散質から成り、主組成のマトリッ
    クス相がマトリックスに対する原子％で実質的に４１〜
    ５０の％Ｔｉ、実質的に４６〜４９％のＡｌ、実質的に
    １〜３％のＭｎ、実質的に１〜３％のＣｒ、実質的に３
    ％までのＶ及び実質的に３％までのＮｂを含み、少なく
    とも０．５容量％（マトリックスに対する％）の第二相
    分散質がマトリックス相に含まれており、第二相分散質
    のない製品と比べて強度及び延性の両方を増大させたこ
    とを特徴とする製品。
  12. 【請求項１２】 第二相分散質がマトリックス相中に実
    質的に０．５〜１２．０容量％（マトリックスに対する
    ％）存在する請求項１１記載の製品。
  13. 【請求項１３】 第二相分散質がチタンの硼化物である
    請求項１１記載の製品。
  14. 【請求項１４】 ガンマ・チタン・アルミナイド・マト
    リックス相と第二相分散質から成り、主組成のマトリッ
    クス相がチタン・アルミニウム合金に対する原子％で実
    質的に４０〜５２％のＴｉ、実質的に４４〜５２％のＡ
    ｌ、実質的に０．５〜５．０％のＭｎ、及び実質的に
    ０．５〜５．０％のＣｒを含み、少なくとも０．５容量
    ％（マトリックスに対する％）の第二相分散質がマトリ
    ックス相に含まれており、第二相分散質のない合金と比
    べて強度及び延性の両方を増大させたことを特徴とする
    チタン・アルミニウム合金。
  15. 【請求項１５】 ガンマ・チタン・アルミナイド・マト
    リックス相と第二相分散質から成り、主組成のマトリッ
    クス相がチタン・アルミニウム合金に対する原子％で実
    質的に４１〜５０％のＴｉ、実質的に４６〜４９％のＡ
    ｌ、実質的に１〜３％のＭｎ、実質的に１〜３％のＣ
    ｒ、実質的に３％までのＶ及び実質的に３％までのＮｂ
    を含み、少なくとも０．５容量％（マトリックスに対す
    る％）の第二相分散質がマトリックス相に含まれており
    第二相分散質のない合金と比べて強度及び延性の両方を
    増大させたことを特徴とするチタン・アルミニウム合
    金。
  16. 【請求項１６】 あらかじめ形成された分散質をチタン
    ・アルミニウム合金メルト中に導入し、これを固体化し
    てマトリックス相中に第二相分散質を含有させることに
    よって、ガンマ・チタン・アルミナイド・マトリックス
    相と第二相分散質から成り、主組成のマトリックス相が
    実質的に０．５〜５．０原子％（マトリックスに対する
    ％）のＣｒと実質的に０．５〜５．０原子％（マトリッ
    クスに対する％）のＭｎを含み、実質的に少なくとも
    ０．５容量％（マトリックスに対する％）の第二相分散
    質がマトリックス相に含まれるようにし、第二相分散質
    のないものと比べて製品の強度及び延性の両方を増大さ
    せることを特徴とする製品の製法。
  17. 【請求項１７】 マトリックス相中のＣｒが、マトリッ
    クス相の実質的に０．５ないし５．０原子％含まれる請
    求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 第二相分散質が実質的に０．５ないし
    ２０．０容量％（マトリックスに対する％）のチタン硼
    化物から成る請求項１６記載の方法。
  19. 【請求項１９】 第二相分散質がマトリックス相中に実
    質的に０．５〜１２．０容量％（マトリックスに対する
    ％）存在する請求項１６記載の製法。
  20. 【請求項２０】 第二相分散質が実質的に０．５〜７．
    ０容量％（マトリックスに対する％）存在する請求項１
    ９記載の製法。
  21. 【請求項２１】 メルトを焼入れ精密鋳造し、それを固
    定化する請求項１６記載の製法。
  22. 【請求項２２】 あらかじめ形成された分散質をチタン
    ・アルミニウム合金メルト中に導入し、これを固体化し
    てマトリックス相中に第二相分散質を含有させることに
    よって、ガンマ・チタン・アルミナイド・マトリックス
    相と第二相分散質から成り、主組成のマトリックス相が
    マトリックスに対する原子％で実質的に４０〜５２％の
    Ｔｉ、実質的に４４〜５２％のＡｌ、実質的に０．５〜
    ５．０％のＭｎ、及び実質的に０．５〜５．０％のＣｒ
    を含み、少なくとも実質的に０．５容量％（マトリック
    スに対する％）の第二相分散質がマトリックス相に含ま
    れるようにし、第２相分散質のないものと比べて製品の
    強度及び延性の両方を増大させることを特徴とする製品
    の製法。
  23. 【請求項２３】 第二相分散質が実質的に０．５ないし
    １２．０容量％（マトリックスに対する％）のチタン硼
    化物から成る請求項２２記載の製法。
  24. 【請求項２４】 あらかじめ形成された分散質をチタン
    ・アルミニウム合金メルト中に導入し、これを固体化し
    てマトリックス相中に第二相分散質を含有させることに
    よって、ガンマ・チタン・アルミナイド・マトリックス
    相と第二相分散質から成り、主組成のマトリックス相が
    マトリックスに対する原子％で実質的に４１〜５０の％
    Ｔｉ、実質的に４６〜４９％のＡｌ、実質的に１〜３％
    のＭｎ、実質的に１〜３％のＣｒ、実質的に３％までの
    Ｖ及び実質的に３％までのＮｂを含み、少なくとも０．
    ５容量％（マトリックスに対する％）の第二相分散質が
    マトリックス相に含まれるようにし、第２相分散質のな
    いものと比べて製品の強度及び延性の両方を増大させる
    ことを特徴とする製品の製法。
  25. 【請求項２５】 第二相分散質が実質的に０．５ないし
    １２．０容量％（マトリックスに対する％）存在するチ
    タン硼化物から成る請求項２４記載の製法。
  26. 【請求項２６】 ガンマ・チタン・アルミナイド・マト
    リックス相と第二相分散質から成り、主組成のマトリッ
    クス相がマトリックスに対する原子％で実質的に４０〜
    ５２％のＴｉ、実質的に４４〜５２％のＡｌ、実質的に
    ０．５〜５．０％のＭｎ、及び実質的に０．５〜５．０
    ％のＣｒを含むことを特徴とするチタン・アルミニウム
    合金。
  27. 【請求項２７】 ガンマ・チタン・アルミナイド・マト
    リックス相と第二相分散質から成り、主組成のマトリッ
    クス相がマトリックスに対する原子％で実質的に４１〜
    ５０％のＴｉ、実質的に４６〜４９％のＡｌ、実質的に
    １〜３％のＭｎ、実質的に１〜３％のＣｒ、実質的に３
    ％までのＶ及び実質的に３％までのＮｂを含むことを特
    徴とするチタン・アルミニウム合金。
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