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技術 α→γマッシブ変態を利用して組織制御したTi−Al 系金属間化合物およびその組織制御プロセスによる材料 改質法

出願人 科学技術庁金属材料技術研究所長
発明者 竹山雅夫熊谷達夫有富敬芳中村森彦
出願日 1993年2月12日 (27年10ヶ月経過) 出願番号 1993-046040
公開日 1994年10月4日 (26年2ヶ月経過) 公開番号 1994-279964
状態 特許登録済
技術分野 非鉄金属または合金の熱処理
主要キーワード X線回折法 材料改質 直接時効 ラメラ組織 マッシブ 急冷温度 金属間化合物材料 等軸粒組織
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年10月4日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (1)

目的

Ti−Al系金属間化合物特性改善に対して、従来の加工熱処理法に頼らず、急冷焼戻しを組み合わせた静的な熱処理のみにより目的に応じた組織制御を可能にし、また、この手法を材料の製造プロセスの中に積極的に取り入れ製品化までの工程を簡便化する。

構成

Ti−Al2元系金属間化合物またはTi−Al−X(Xは周期率表のIV,V,VI族元素から選択した1種或いは2種以上の添加元素多元系金属間化合物からなり、α相からγ相へのマッシブ変態と熱処理(焼戻し、直接時効加工熱処理を含む)された加工性に優れた金属間化合物。また、この化合物のための組織制御材料改質法。

概要

背景

概要

Ti−Al系金属間化合物特性改善に対して、従来の加工熱処理法に頼らず、急冷焼戻しを組み合わせた静的な熱処理のみにより目的に応じた組織制御を可能にし、また、この手法を材料の製造プロセスの中に積極的に取り入れ製品化までの工程を簡便化する。

Ti−Al2元系金属間化合物またはTi−Al−X(Xは周期率表のIV,V,VI族元素から選択した1種或いは2種以上の添加元素多元系金属間化合物からなり、α相からγ相へのマッシブ変態と熱処理(焼戻し、直接時効加工熱処理を含む)された加工性に優れた金属間化合物。また、この化合物のための組織制御材料改質法。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

Ti−Al二元系金属間化合物及びTi−Al−X(Xは周期率表のIV,V,VI,VII族元素から選択した1種或いは2種以上の添加元素多元系金属間化合物から選択されたいずれか1種からなるα→γマッシブ変態処理及び熱処理により組織制御された金属間化合物。

請求項2

Ti−Al二元系金属間化合物及びTi−Al−X(Xは周期率表のIV,V,VI,VII族元素から選択した1種或いは2種以上の添加元素)多元系金属間化合物から選択されたいずれか1種からなる金属間化合物材料に、マッシブ変態と熱処理とを組み合わせて施すことを特徴とする組織制御材料改質法。

技術分野

0001

この発明は、α相からγ相へのマッシブ変態及びそれに続く熱処理との組合せにより組織制御された加工性に優れるTi−Al系金属間化合物と、Ti−Al系金属間化合物を組織制御する材料改質法に関するものである。

0002

0003

この発明は、上記の課題を解決するものとして、Ti−Al二元系金属間化合物及びTi−Al−X(Xは周期率表のIV,V,VI,VII族元素から選択した1種或いは2種以上の添加元素多元系金属間化合物から選択されたいずれか1種からなるα→γマッシブ変態処理及びそれに続く熱処理との組合わせにより組織制御された加工性に優れる金属間化合物を提供する。そしてまた、この発明は、Ti−Al二元系金属間化合物及びTi−Al−X(Xは周期率表のIV,V,VI,VII 族元素から選択した1種或いは2種以上の添加元素)多元系金属間化合物から選択されたいずれか1種からなる金属間化合物材料に、マッシブ変態と熱処理とを組み合わせて施すことを特徴とする組織制御材料改質法をも提供する。すなわち、この発明は、Ti−Al系金属間化合物の特異的な変態についての検討結果を踏まえている。それと言うのも、Ti−Al系金属間化合物で認められる変態としてα→γマッシブ変態が興味深いものとしてあるからである。この変態は、高温のα相領域から低温のγ相領域近傍へ急冷するときに生じる現象であり、その変態条件(急冷温度及び冷却速度)は添加元素の種類及び合金組成によって変化する。また、変態後の焼戻し条件も、目的とする組織によって異なっている。TiAl2元金属間化合物を高温で安定なα相(結晶構造六方晶)領域から低温で安定なγ相(結晶構造:規則化した正方晶)近傍の領域に徐冷すると、α→γ拡散変態によってα相中からγ相が板状に析出した後α相が規則化してα2相(結晶構造:DO19型)となり、最終的にα2 /γの2相層状組織ラメラ組織)を形成するが、α相領域から適度に急冷すると組成変化を伴わずに針状形態の微細なγ単相組織に変化する。この後者の現象がマッシブ変態である。このマッシブγ組織は本来α+γ2相となるべき組成合金を急冷によりγ単相としているため、多くの欠陥転位積層欠陥など)を含んでいる。そこで、マッシブ組織を適当な温度で焼戻すとγ相は回復再結晶によって等軸粒組織に、また、α(α2 )相がγ母相中に上述したようなラメラ状ではなく粒状に析出する。従って、マッシブ変態とその後の熱処理条件(温度・時間)を適当に選べばTi−Al系金属間化合物の組織を、常温延性の改善に有効とされる微細組織から高温強度の向上に必要な粗大粒組織まで幅広く制御することが可能である。この発明は、以上の通りの知見を踏まえてなされたものであって、Ti−Al系金属間化合物材料の開発における組織制御技術並びに該技術により得られた材質改変されたTi−Al系金属間化合物を提供するものである。そして、この組織制御技術は、結晶粒形態析出相の形状及び分散形態等を、従来の加工熱処理法(動的熱処理)ではなく、通常の熱処理(相変態を利用した静的熱処理)のみで大きく変化させ、目的に応じた特性を発現させるための材料製造プロセスである。この発明の特徴であるマッシブ変態の利用については、この変態が、氷水急冷、油冷、Arガス冷却いずれの条件でも生じ、この条件は合金系及び焼入温度によって異なり、また、その焼戻し条件は目的とする組織によってその温度及び時間が異なるが、一般的には次の手順に沿ってその変態の要件を確認することで可能となる。すなわち、
(1)TiAl二元合金を用いてα単相領域から種々の冷却速度で得られた試料の組織を解析し、連続冷却変態(CCT)図を作製する。これにより、Ti−Al合金の組織が冷却速度に強く依存し、拡散変態によってラメラ組織、一方、無拡散変態によってマッシブ組織となることを見いだし、CCT図でマッシブ変態の生成に要する冷却速度を推定する。
(2)急冷によるγ単相のマッシブ変態組織を解析する。これは透過型電子顕微鏡及びX線回折法によりマッシブ変態相の結晶構造解析及び下部組織観察を行い、γ単相であること及びγ相中に多数の欠陥が導入されていることを見いだす。
(3)焼戻し処理による組織変化と硬さを測定する。すなわち、変態後に種々の焼戻しを施して、γ母相は回復・再結晶により等軸粒組織となること、また、α2 相は母相中に粒状に微細分散することを見いだす。
(4)同様にして、Ti−Al Mn,Ti Al−Cr及びTi−Al−Nb等の三元金属間化合物を用いて同様の現象及び効果が現れることを確認する。
これらの結果から、適切なマッシブ変態の利用のための諸要件を明らかにし、これを応用して材料改質を図ることができる。以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明する。

0004

発明の効果

0005

以上詳しく説明した通り、マッシブ変態はFe系、Cu系、Ti系などのいくつかの合金系においてある特定の条件で生じることは知られているが、TiAl系化合物においてもマッシブ変態が生じるという事実は新しい知見である。この発明におけるマッシブ変態と熱処理の組み合わせによる組織制御は、加工熱処理等の複雑かつ高価なプロセスの簡素化や省略化につながり、本系化合物の開発・応用に対して技術的及び経済的メリットは大きなものとなる。すなわち、技術的には、この化合物を恒温圧延恒温鍛造によって薄板厚板に加工する場合、信頼性のある材料特性を得るためには組織の均一性が重要となる。また、本系化合物は高温材料としての利用が期待されているため、加工熱処理法を用いた組織の微細化により常温延性の改善が計られたとしても、その後、結晶粒の粗大化や相安定性を目的とした静的な熱処理が必要となる。この発明の手法を用いれば静的な熱処理のみにより均一な微細等軸粒組織を容易に作ることができ、また、変態後の時効処理で第2相の析出・分散形態を容易に制御することも可能となるため、本系化合物材料開発のプロセスとして技術的な効果は非常に大きい。また、経済的には、本手法を用いれば複雑な加工熱処理法を必要とせずに組織の微細化が可能となるため、化合物の薄板・厚板或いは鋳造品の製造プロセスの大幅な簡素化につながり、経済的波及効果は大きい。

図面の簡単な説明

0006

図1 (a)(b)は、Ti−48at%Alをα相単相領域から徐冷(0.2K/s)及び氷水急冷(R.Q.)したときに得られる光学顕微鏡組織像図であり、徐冷材(a)および急冷材(b)の場合を示している。
図2 Ti−48at%Alを高温のα相単相領域から種々の冷却速度で冷却した場合に、どのような組織が形成されるかを表した連続冷却変態(CCT)図である。
図3 Ti−48at%Alのマッシブ変態した塊状試料と通常の粉末試料X線回折結果を比較した回折図である。
図4 (a)(b)は、マッシブ変態とした試料及び鋳造ままの試料に1323Kの熱処理を施し、両者のマクロ組織を比較した光学顕微鏡像図である。マッシブ変態後に焼戻した試料(a)と鋳造材(b)との場合を示している。
図5 α相単相に保持したTi−48at%Alの冷却速度に伴う硬さの変化を示した相関図である。
図6 (a)(b)は、Ti−Al−Mn及びTi−Al−Cr合金をα相単相領域からそれぞれ氷水急冷及び油冷して得られるマッシブ組織の、また(c)(d)は、各合金を1323kで焼戻し処理を施した場合の光学顕微鏡像図である。

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