JP2000087159A - Lightweight high strength titanium alloy for high temperature use - Google Patents
Lightweight high strength titanium alloy for high temperature useInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、高温用軽
量高強度チタン合金に関するものである。さらに詳しく
は、この出願の発明は、航空機ジェットエンジンや自動
車エンジン部材として有用な高温用軽量高強度チタン合
金の組成に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-temperature lightweight high-strength titanium alloy. More specifically, the invention of this application relates to a composition of a high-temperature lightweight high-strength titanium alloy useful as an aircraft jet engine or an automobile engine component.
【０００２】[0002]
【従来の技術とその課題】航空宇宙機器の高性能化のた
めには、軽量で、かつ優れた高温特性を示す高比強度材
料が必要不可欠である。チタン合金はこのような条件に
適合する材料であるが、高温特性がニッケル合金と比較
して大幅に劣るという欠点を持つ（チタン合金の使用上
限温度：６００℃、ニッケル合金の使用上限温度：１，
０００℃）。また、Ｔｉ3 Ａｌ（α2 ）、ＴｉＡｌ
（γ）などのチタン系金属間化合物は、高温特性はチタ
ン合金よりも優れるものの、室温延性が極めて乏しく、
また、破壊靱性値が低い、などの欠点を持つ。このよう
に既存の軽量耐熱材料は種々の欠陥を抱えており、その
ため、たとえばジェットエンジンのタービンディスクあ
るいはブレードのように軽量であることが要求される部
材においても重たいニッケル合金を使わざるを得ないの
が現状である。2. Description of the Related Art In order to improve the performance of aerospace equipment, a high-strength material that is lightweight and exhibits excellent high-temperature characteristics is indispensable. Titanium alloy is a material that meets these conditions, but has the disadvantage that its high-temperature properties are significantly inferior to nickel alloys (upper limit temperature of use of titanium alloy: 600 ° C., upper limit temperature of use of nickel alloy: 1). ,
000 ° C). Also, Ti 3 Al (α 2 ), TiAl
Titanium-based intermetallic compounds such as (γ) have better high-temperature properties than titanium alloys, but extremely poor room temperature ductility.
Further, it has disadvantages such as a low fracture toughness value. As described above, existing lightweight heat-resistant materials have various defects, and for this reason, heavy nickel alloys have to be used even for members that need to be lightweight, for example, turbine disks or blades of jet engines. is the current situation.
【０００３】一方、Ｔｉ2 ＡｌＮｂ（Ｔｉ−２５原子パ
ーセントＡｌ−２５原子パーセントＮｂ）（斜方晶の結
晶構造を有し、Ｏ相と名付けられた）は、約１０年前に
発見されたチタン系の金属間化合物相であり、既存のＴ
ｉ3 Ａｌ（α2 ）やＴｉＡｌ（γ）金属間化合物と比較
して、延性、靱性、高温強度に優れていることから、６
００℃以上の温度域でも使用可能な新しいタイプ軽量耐
熱材料として注目されている（例えばRaymond Grant Ro
we, Ti2AlNb-based alloys outperform conventional t
itanium aluminides, Advanced Materials and Process
es, March, 1992,p.33）。[0003] On the other hand, Ti 2 AlNb (Ti-25 atomic percent Al-25 atomic percent Nb) (having an orthorhombic crystal structure and named as an O phase) is a titanium alloy discovered about 10 years ago. Is an intermetallic compound phase of the
Compared with i 3 Al (α 2 ) and TiAl (γ) intermetallic compounds, they have excellent ductility, toughness and high-temperature strength.
It is attracting attention as a new type of lightweight heat-resistant material that can be used even at temperatures over 00 ° C (for example, Raymond Grant Ro
we, Ti 2 AlNb-based alloys outperform conventional t
itanium aluminides, Advanced Materials and Process
es, March, 1992, p.33).
【０００４】さらにまた、米国General Electric社は、
Ｔｉ2 ＡｌＮｂよりもより延性に優れた合金として、Ｔ
ｉ−２２原子パーセントＡｌ−２７原子パーセントＮｂ
合金（以降Ｔｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂと略す）を開発し
た（米国特許第５，０３２，３５７号公報）。また、本
合金の室温延性や破壊靱性を向上させることを目的とし
て、Ｖを添加したＴｉ−２２Ａｌ−１９Ｎｂ−５Ｖ等の
合金を開発している（米国特許第５，２０５，９８４号
公報）。Further, General Electric Company in the United States
As an alloy having better ductility than Ti 2 AlNb,
i-22 atomic percent Al-27 atomic percent Nb
An alloy (hereinafter abbreviated as Ti-22Al-27Nb) has been developed (US Pat. No. 5,032,357). Further, for the purpose of improving the room temperature ductility and the fracture toughness of the present alloy, an alloy such as Ti-22Al-19Nb-5V to which V is added has been developed (US Pat. No. 5,205,984).
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チタ
ン、アルミニウム、ニオビウムを基としたこれらのＴｉ
−Ａｌ−Ｎｂ系合金は、Ｎｂ量が多いことに起因して、
コスト高であることや、重たい（密度５．４ｇ／ｃ
ｍ3 ）という欠点を有していた。また、高温引っ張り強
さなどの高温特性値がより一層高いものとなることが望
まれてもいた。そこで、この出願の発明は、上述のよう
な問題点を解決し、従来のＴｉ−Ａｌ−Ｎｂ系合金に替
わる、高温で良好な強度を有する低コスト型の軽量高強
度チタン合金を提供することを課題としている。However, these Ti, based on titanium, aluminum and niobium,
-Al-Nb-based alloys have a high Nb content,
High cost and heavy (density 5.4g / c
m 3 ). Further, it has been desired that the high-temperature characteristic value such as the high-temperature tensile strength be further increased. Accordingly, the invention of this application solves the above-mentioned problems and provides a low-cost, lightweight, high-strength titanium alloy having good strength at high temperatures, which can replace the conventional Ti-Al-Nb-based alloy. Is an issue.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、まず第１に、合成組成
（原子％）が次式Ｔｉ100-x-y Ａｌx （Ｎｂa Ｍ1-a ）
y（Ｍは、ｂｃｃ相形成元素を示し、ｘは２０〜２４、
ｙは１４〜２４、ａは０．６５〜０．９５を示す）で表
わされる、高温強度を有する高温用軽量高強度チタン合
金を提供する。SUMMARY OF THE INVENTION The claimed invention is as to solve the above problems, first of all, the synthesis composition (atomic%) of the formula Ti 100-xy Al x (Nb a M 1- a )
y (M represents a bcc phase forming element, x represents 20 to 24,
y represents 14 to 24, a represents 0.65 to 0.95), and provides a high-temperature lightweight high-strength titanium alloy having high-temperature strength.
【０００７】また、この出願の発明は、第２には、ｂｃ
ｃ相形成元素（Ｍ）は、そのｂｃｃ相安定化能がＮｂを
基準として次式[0007] The invention of this application is secondly based on bc
The c-phase forming element (M) has a bcc phase stabilizing ability based on Nb as follows:
【０００８】[0008]
【数２】 (Equation 2)
【０００９】の関係にあるものとされている前記チタン
合金を、第３には、ｂｃｃ相形成元素（Ｍ）は、Ｍｎ，
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｗ，ＭｏおよびＴａのうちの
１種または２種以上の元素である前記チタン合金を提供
する。さらには、この出願の発明は、第４には、前記の
いずれかのチタン合金であって、ｂｃｃ相形成元素
（Ｍ）として少くともＭｏを含有するチタン合金を、第
５には、チタンとともに、２２原子％Ａｌ、１１原子％
Ｎｂ、そして４原子％Ｍｏを含有するチタン合金も提供
する。Third, the bcc phase forming element (M) is composed of Mn,
The present invention provides the titanium alloy, which is one or more elements of Fe, Co, Ni, Cr, W, Mo, and Ta. Further, the invention of this application is, fourthly, a titanium alloy containing at least Mo as a bcc phase forming element (M), which is any one of the above-mentioned titanium alloys, and , 22 atomic% Al, 11 atomic%
Also provided is a titanium alloy containing Nb and 4 atomic% Mo.
【００１０】すなわち、以上のとおりのこの出願の発明
は、発明者が、Ｔｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂ合金を軽量化
することを目的に、また、その高温強度特性をより一層
高めることを意図して、Ｎｂの一部を他のｂｃｃ相形成
元素で置き換えるという検討の過程から導かれたもので
ある。この際のｂｃｃ相形成元素による置き換えを行う
に当たっては、チタンのｂｃｃ相領域をどの程度拡大さ
せるのかを示すｂｃｃ相安定化能が、元素の種類により
大幅に異なっていることに着目している。すなわち、各
種のｂｃｃ相安定化元素の中で、ｂｃｃ相安定化能はＮ
ｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｆｅの順で大きくなっているが
(S.Ankem and S.R.Seagl, “Heat treatment of metast
able beta titanium alloys,"p.107-126 in Beta Titan
ium Alloysin the 1980's, R.R.Boyer and H.W. Rosenb
erg, eds; The Metallurgical Society of AIME, Warre
ndale, P.A.,1983）、このような事実より、「置換後の
残存Ｎｂのｂｃｃ相安定化能と置換元素のｂｃｃ相安定
化能との和は一定にし、２７Ｎｂのそれに等しくなるよ
うにする」、という設計指針を設ければ、置換元素のｂ
ｃｃ相安定化能が著しく高い場合には、僅かな添加量で
Ｎｂ量を大幅に減少させることが可能になるのではない
かと考えられた。これにより、置換元素がＮｂよりも重
たい場合でも、合金全体でかなりの軽量化が期待され
る。また、置換後の状態図も、元のＴｉ−２２Ａｌ−２
７Ｎｂ合金のそれと概略で一致することが予想され、従
って、熱処理により出現する各相及びその量比も元のＴ
ｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂ合金と一致すると考えられる。[0010] That is, the invention of this application as described above aims at reducing the weight of the Ti-22Al-27Nb alloy, and with the intention of further enhancing its high-temperature strength characteristics. This is derived from the process of study of replacing a part of Nb with another bcc phase forming element. In performing the replacement with the bcc phase forming element at this time, attention is paid to the fact that the bcc phase stabilizing ability, which indicates how much the bcc phase region of titanium is expanded, is significantly different depending on the type of element. That is, among various bcc phase stabilizing elements, the bcc phase stabilizing ability is N
b, W, Mo, Cr, Fe
(S. Ankem and SRSeagl, “Heat treatment of metast
able beta titanium alloys, "p.107-126 in Beta Titan
ium Alloysin the 1980's, RRBoyer and HW Rosenb
erg, eds; The Metallurgical Society of AIME, Warre
ndale, PA, 1983), this fact indicates that "the sum of the bcc phase stabilizing ability of the residual Nb after substitution and the bcc phase stabilizing ability of the substituted element should be constant and equal to that of 27 Nb." , The design guideline, b
It was considered that when the cc phase stabilizing ability was extremely high, it was possible to greatly reduce the Nb amount with a small amount of addition. Thereby, even when the substitution element is heavier than Nb, considerable weight reduction is expected for the entire alloy. In addition, the phase diagram after the substitution shows that the original Ti-22Al-2
It is expected that they roughly correspond to those of the 7Nb alloy, and therefore, the phases appearing by the heat treatment and their quantitative ratios are also different from those of the original T.
It is considered to be consistent with the i-22Al-27Nb alloy.
【００１１】このように、ｂｃｃ相安定化能を一定にし
ながら他のｂｃｃ元素で置換するという手法は、軽量化
を図ると同時に、元のＴｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂ合金の
優れた高温特性をも継承することを、あるいは更に、元
の合金よりもより一層優れた高温特性を得ることを期待
しているわけである。As described above, the technique of substituting with another bcc element while keeping the stabilizing ability of the bcc phase constant is aimed at reducing the weight and at the same time inheriting the excellent high temperature characteristics of the original Ti-22Al-27Nb alloy. To do so, or to obtain even better high temperature properties than the original alloy.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】上記のとおりの特徴を有するこの
出願の発明についてさらに詳しく実施の形態について説
明する。まず重要なことは、この発明のチタン合金は、
前記のとおり、合金組成（原子％）として、 Ｔｉ100-x-y Ａｌx （Ｎｂa Ｍ1-a ）y で表わされる式のように、ＴｉおよびＡｌ、そしてＮｂ
の各元素とともに、ｂｃｃ相形成元素（Ｍ）を必ず含有
していることである。そして、これらの元素の含有割合
については、前記式において、 ｘ＝２０〜２４ ｙ＝１４〜２４ ａ＝０．６５〜０．９５ で示される要件を満たしていることが欠かせないのであ
る。以上の合金組成の範囲外にある場合には、高温強度
に優れ、しかも軽量であるチタン合金は実現しないこと
になる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the invention of the present application having the features described above will be described in more detail. First and foremost, the titanium alloy of this invention
As described above, as the alloy composition (atomic%), as a formula represented by Ti 100-xy Al x (Nb a M 1-a) y, Ti and Al, and Nb
And the bcc phase forming element (M) must be contained together with each element of the above. And it is indispensable that the content ratio of these elements satisfies the requirement of x = 20 to 24 y = 14 to 24 a = 0.65 to 0.95 in the above formula. If it is out of the range of the above alloy composition, a titanium alloy which is excellent in high-temperature strength and lightweight is not realized.
【００１３】そして、上記合金組成において、ｂｃｃ相
形成元素（Ｍ）については、Ｎｂ基準で、前記の式のと
おりのｂｃｃ相安定化能が、２３〜２９の範囲にあるこ
とを適当としている。２３未満、あるいは２９を超えた
ものでは、優れた高温強度が得られない。このｂｃｃ相
形成元素（Ｍ）は、Ｎｂを置換するものとしてこの発明
では考えられている。In the above alloy composition, it is appropriate that the bcc phase forming element (M) has a bcc phase stabilizing ability in the range of 23 to 29 on the basis of Nb as shown in the above formula. If it is less than 23 or more than 29, excellent high-temperature strength cannot be obtained. This bcc phase-forming element (M) is considered in the present invention as replacing Nb.
【００１４】具体的な置換の手法は次の通りである。ま
ず、チタンは８８２℃以下の温度ではｈｃｐ構造（α相
と呼ばれる）を、また、この温度以上ではｂｃｃ構造
（β相と呼ばれる）をとる。チタンに他の元素Ｘを添加
したＴｉ−Ｘ二元合金において、この合金を高温のβ相
領域から水中に急冷すると、マルテンサイト変態を起こ
しα相（やはりｈｃｐ構造である）になる。マルテンサ
イト変態を起こす温度（Ｍｓ温度）は、Ｘの増加量とと
もに低下し、添加量が或る臨界濃度Ｘｃ以上では室温以
下となる。従って、添加量がＸｃ以上では室温を保って
いる水中に急冷してもマルテンサイト変態は起こらず、
合金は元のｂｃｃ構造のままである。このＸｃは、元素
の種類により異なっており、従って各元素のＸｃの値を
具体的に求めることにより、元素間の相対的なｂｃｃ相
安定化能を知ることができる。すなわち、ＮｂのＸｃ値
を各元素のＸｃ値で割った値が、Ｎｂを基準に取った場
合の、各元素の相対的なｂｃｃ相安定化能と見なすこと
ができる。A specific replacement technique is as follows. First, titanium has an hcp structure (called an α phase) at a temperature of 882 ° C. or lower, and a bcc structure (called a β phase) at a temperature of 882 ° C. or lower. In a Ti-X binary alloy in which another element X is added to titanium, when this alloy is rapidly cooled from a high-temperature β-phase region into water, a martensitic transformation occurs to become an α-phase (also having an hcp structure). The temperature at which the martensitic transformation occurs (Ms temperature) decreases with an increase in X, and becomes lower than room temperature when the amount of addition exceeds a certain critical concentration Xc. Therefore, when the addition amount is Xc or more, martensitic transformation does not occur even if quenched in water maintaining room temperature,
The alloy remains in the original bcc structure. This Xc differs depending on the type of the element. Therefore, by specifically calculating the value of Xc of each element, the relative bcc phase stabilizing ability between the elements can be known. That is, the value obtained by dividing the Xc value of Nb by the Xc value of each element can be regarded as the relative bcc phase stabilizing ability of each element when Nb is taken as a reference.
【００１５】すでに各元素のＸｃの値は、米国と旧ソ連
の研究者により次のように報告されている（上記のS.An
kem and S.R.Seagl の論文を参照）。米国の報告では、
Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｗ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ
のＸｃの値（原子パーセント）は、それぞれ、５．６、
３．０、５．８、５．８、６．７、７．５、５．３、１
４．２、１７．８、２２．５である。一方、旧ソ連報告
では、Ｘｃの値（原子パーセント）は、それぞれ、５．
０、４．７、８．４、４．９、８．７、５．９、５．
８、１８．４、２１．０、２３．０である。このように
両者に多少の食い違いはあるが、良い一致と見なせる。The values of Xc for each element have already been reported by researchers in the United States and the former Soviet Union as follows (S. An, supra).
See the paper by kem and SRSeagl). In a U.S. report,
Mn, Fe, Cr, Co, W, Ni, Mo, Ta, Nb
Are respectively 5.6 (atomic percent),
3.0, 5.8, 5.8, 6.7, 7.5, 5.3, 1
4.2, 17.8, 22.5. On the other hand, in the former Soviet Union report, the value of Xc (atomic percent) was 5.
0, 4.7, 8.4, 4.9, 8.7, 5.9, 5.
8, 18.4, 21.0, and 23.0. Thus, although there is some discrepancy between the two, it can be considered a good agreement.
【００１６】米国の研究者のデータに基づくと、Ｎｂを
基準にした場合の上記の各元素の相対的なｂｃｃ相安定
化能は、それぞれ、Ｍｎ：２２．５／５．６＝４．０、
Ｆｅ：２２．５／３．０＝７．５、Ｃｒ：２２．５／
５．８＝３．９、Ｃｏ：２２．５／５．８＝３．９、
Ｗ：２２．５／６．７＝３．４、Ｎｉ：２２．５／７．
５＝３．０、Ｍｏ：２２．５／５．３＝４．２、Ｔａ：
２２．５／１７．８＝１．３となる。一方、旧ソ連のデ
ータに基づくと、Ｎｂを基準にした場合の上記の各元素
の相対的なｂｃｃ相安定化能は、それぞれ、２３．０／
５．０＝４．６、２３．０／４．７＝４．９、２３．０
／８．４＝２．７、２３．０／４．９＝４．７、２３．
０／８．７＝２．６、２３．０／５．９＝３．９、２
３．０／５．８＝４．０、２３．０／２１．０＝１．１
となる。Based on data from researchers in the United States, the relative bcc phase stabilizing ability of each of the above-mentioned elements based on Nb is Mn: 22.5 / 5.6 = 4.0, respectively. ,
Fe: 22.5 / 3.0 = 7.5, Cr: 22.5 /
5.8 = 3.9, Co: 22.5 / 5.8 = 3.9,
W: 22.5 / 6.7 = 3.4, Ni: 22.5 / 7.
5 = 3.0, Mo: 22.5 / 5.3 = 4.2, Ta:
22.5 / 17.8 = 1.3. On the other hand, based on the data of the former Soviet Union, the relative bcc phase stabilizing ability of each of the above-mentioned elements based on Nb is 23.0 /
5.0 = 4.6, 23.0 / 4.7 = 4.9, 23.0
/8.4=2.7, 23.0 / 4.9 = 4.7, 23.
0 / 8.7 = 2.6, 23.0 / 5.9 = 3.9, 2
3.0 / 5.8 = 4.0, 23.0 / 21.0 = 1.1
Becomes
【００１７】このような二種類のデータのデータ幅を考
慮に入れると、各元素の１原子パーセント（ａｔ％）当
たりのｂｃｃ相安定化能は、１ａｔ％Ｍｎ＝（４．０−
４．６）ａｔ％Ｎｂ、Ｆｅ＝（４．９−７．５）ａｔ％
Ｎｂ、Ｃｒ＝（２．７−３．９）ａｔ％Ｎｂ、Ｃｏ
（３．９−４．７）ａｔ％Ｎｂ、Ｗ＝（２．６−３．
４）ａｔ％Ｎｂ、Ｎｉ＝（３．０−３．９）ａｔ％Ｎ
ｂ、Ｍｏ＝（４．０−４．２）ａｔ％Ｎｂ、Ｔａ＝
（１．１−１．３）ａｔ％Ｎｂであると見なすことがで
きる。従ってＮｂの他に１種またはそれ以上のｂｃｃ相
安定化元素を含むチタン合金のＮｂ安定化能は、各元素
のｂｃｃ相安定化能の総和で表される。Taking the data widths of these two types of data into consideration, the bcc phase stabilizing ability per atomic percent (at%) of each element is 1 at% Mn = (4.0−
4.6) at% Nb, Fe = (4.9-7.5) at%
Nb, Cr = (2.7-3.9) at% Nb, Co
(3.9-4.7) at% Nb, W = (2.6-3.3.
4) at% Nb, Ni = (3.0-3.9) at% N
b, Mo = (4.0-4.2) at% Nb, Ta =
(1.1-1.3) at% Nb. Therefore, the Nb stabilizing ability of a titanium alloy containing one or more bcc phase stabilizing elements in addition to Nb is represented by the sum of the bcc phase stabilizing ability of each element.
【００１８】この発明では、高含有率のＡｌ、並びにＮ
ｂを含み、さらにｂｃｃ形成元素を１種または２種以上
含み、残部がＴｉと不可避的不純物からなり、かつ、合
金組成中の各ｂｃｃ形成元素のｂｃｃ相安定化能（Ｎｂ
を基準にした場合）の総和、すなわちＮｂ安定化能が所
定の範囲の値になるように合金組成を特定することによ
り、高温で良好な強度を有する高温用のＴｉ−Ａｌ−Ｎ
ｂ系軽量高強度チタン合金を実現している。In the present invention, a high content of Al and N
b, and one or more bcc-forming elements, the balance being Ti and unavoidable impurities, and the bcc-phase stabilizing ability (Nb) of each bcc-forming element in the alloy composition.
), That is, the alloy composition is specified so that the Nb stabilizing ability is a value within a predetermined range, whereby Ti—Al—N for high temperature having good strength at high temperature is obtained.
b-based lightweight high-strength titanium alloy is realized.
【００１９】また、この発明では、高含有率（２０〜２
４原子パーセント）のＡｌ、並びにＮｂを含み、さらに
Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、およびＴａ
を１種または２種以上含み、かつ、ｂｃｃ相安定化能、
すなわちＮｂ安定化能の計算値が２３〜２９の範囲の値
になるように組成を特定することにより、高温で良好な
強度を有する高温用のＴｉ−Ａｌ−Ｎｂ系軽量高強度チ
タン合金を提供する。Further, according to the present invention, the high content (20 to 2)
4 atomic percent) of Al and Nb, as well as Mn, Fe, Cr, Co, W, Ni, Mo, and Ta.
One or more kinds, and the ability to stabilize the bcc phase,
That is, by specifying the composition so that the calculated value of the Nb stabilizing ability is in the range of 23 to 29, a high-temperature Ti-Al-Nb-based lightweight high-strength titanium alloy having good strength at high temperatures is provided. I do.
【００２０】ｂｃｃ相安定化能（Ｎｂ安定化能）は、た
とえば原子％組成がＴｉ（６３）−Ａｌ（２２）−Ｎｂ
（１１）−Ｍｏ（４）の合金においては、１１（Ｎｂ）
＋４×（４．０−４．２）（Ｍｏ）＝２７〜２７．８と
なる。また、原子％組成が、Ｔｉ（５６）−Ａｌ（２
２）−Ｎｂ（２０）−Ｍｏ（１）−Ｗ（１）の合金にお
いては、ｂｃｃ相安定化能は、２０（Ｎｂ）＋（４．０
−４．２）（Ｍｏ）＋（２．６−３．４）（Ｗ）＝２
６．６〜２７．６となる。The bcc phase stabilizing ability (Nb stabilizing ability) is, for example, an atomic% composition of Ti (63) -Al (22) -Nb
In the alloy of (11) -Mo (4), 11 (Nb)
+ 4 × (4.0-4.2) (Mo) = 27-27.8. Further, the atomic% composition is Ti (56) -Al (2
2) In the alloy of -Nb (20) -Mo (1) -W (1), the ability to stabilize the bcc phase is 20 (Nb) + (4.0).
-4.2) (Mo) + (2.6-3.4) (W) = 2
6.6 to 27.6.
【００２１】以上のようなｂｃｃ相安定化能を考慮し
て、さらに合金の密度（重量）を小さくし、かつ高温強
度も大きなものとするとの点においては、前記のｂｃｃ
相形成元素（Ｍ）としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ等が好適で
あり、なかでもＭｏ（モリブデン）元素がより好まし
い。この発明の以上のとおりのチタン合金は、従来同様
の方法等により製造できるが、より適当には、構成元素
原料の溶製後、熱間鍛造し、その後冷却してｂｃｃ相を
主相もしくは単一相とすることにより製造することがで
きる。In consideration of the above-mentioned bcc phase stabilizing ability, the above-mentioned bcc phase is considered to further reduce the alloy density (weight) and increase the high-temperature strength.
As the phase forming element (M), Mo, W, Cr and the like are preferable, and among them, the Mo (molybdenum) element is more preferable. The titanium alloy as described above of the present invention can be produced by the same method as in the past, but more suitably, after the constituent element raw materials are melted, hot forged, and then cooled to convert the bcc phase into a main phase or a single phase. It can be manufactured by forming one phase.
【００２２】熱間鍛造は、たとえば１０００〜１２００
℃程度の温度で行って、丸棒状等に成形し、冷却後に
は、さらに８００〜９００℃の温度において保持するの
が好ましい。次にこの発明の実施例を示す。Hot forging is performed, for example, in the range of 1000 to 1200.
It is preferable that the temperature is about ℃ to form a round bar or the like, and after cooling, the temperature is further maintained at 800 to 900 ℃. Next, an embodiment of the present invention will be described.
【００２３】[0023]
【実施例】表１に示した各種組成の合金をアーク溶解に
より１００〜２００グラム溶製した。１，１００℃で熱
間鍛造を行い、丸棒状の素材に仕上げた。その後水冷し
てｂｃｃ単一相とし、さらに８５０℃に１００時間保持
して密度を測定した。いずれの合金も密度の低下が認め
られるが、特に、Ｔｉ−２２Ａｌ−１１Ｎｂ−４Ｍｏ合
金（実施例１）の密度（＝４．９５ｇ／ｃｍ3 ）が最も
低い値を示しており、Ｔｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂ（＝
５．３８ｇ／ｃｍ3 ）（比較例１）と比較して、約一割
の密度低下が図られた。このようにＴｉ−２２Ａｌ−１
１Ｎｂ−４Ｍｏでは、Ｔｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂと比較
してＮｂ量が大幅に減少していることから、製造コスト
の低減が期待できる。また、比較例２の合金は、ｂｃｃ
相形成元素として知られており、そのｂｃｃ相安定化能
は、１ａｔ％Ｖ＝（１．３−１．６）ａｔ％Ｎｂである
ことも知られているが、ＶによりＮｂ置換したものは、
比較例１のＴｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂ合金よりも密度が
大きくなり、軽量とすることができないことがわかる。
２４Ｎｂ−２Ｖのものでも、その密度は５．３９であ
り、軽量化の目的が達成できない。EXAMPLES 100 to 200 g of alloys having various compositions shown in Table 1 were produced by arc melting. Hot forging was performed at 1,100 ° C. to complete a round bar-shaped material. Thereafter, the mixture was cooled with water to form a bcc single phase, and further maintained at 850 ° C. for 100 hours to measure the density. In any of the alloys, a decrease in the density is recognized. In particular, the density (= 4.95 g / cm 3 ) of the Ti-22Al-11Nb-4Mo alloy (Example 1) shows the lowest value, and Ti-22Al -27Nb (=
5.38 g / cm 3 ) (Comparative Example 1), the density was reduced by about 10%. Thus, Ti-22Al-1
In 1Nb-4Mo, since the Nb amount is greatly reduced as compared with Ti-22Al-27Nb, a reduction in manufacturing cost can be expected. The alloy of Comparative Example 2 was bcc
It is also known as a phase forming element, and its bcc phase stabilizing ability is also known to be 1 at% V = (1.3-1.6) at% Nb. ,
It can be seen that the density is higher than that of the Ti-22Al-27Nb alloy of Comparative Example 1 and the weight cannot be reduced.
Even with 24Nb-2V, the density is 5.39, and the purpose of weight reduction cannot be achieved.
【００２４】[0024]
【表１】 [Table 1]
【００２５】試作合金の中で、密度の値が最も低かった
Ｔｉ−２２Ａｌ−１１Ｎｂ−４Ｍｏ合金を１０５０℃で
１時間保持した後水中に急冷し、次いで、７３０℃で４
６時間、あるいは、８５０℃で１００時間保持した時の
金属組織を図１に示した。図１（ｂ）は、図１（ａ）の
部分拡大写真である。迷路のような、いわゆる変調構造
組織を呈している。比較材として、Ｔｉ−２２Ａｌ−２
７Ｎｂ合金を１０５０℃で１時間保持した後水中に急冷
し、次いで、８５０℃で１００時間保持した時の金属組
織を図２に示した。Ｏ相（黒く見える相）が一方向に揃
った形態の金属組織であることがわかる。Among the test alloys, the Ti-22Al-11Nb-4Mo alloy having the lowest density value was held at 1050 ° C. for 1 hour, quenched into water, and then cooled at 730 ° C. for 4 hours.
FIG. 1 shows the metallographic structure when held for 6 hours or at 850 ° C. for 100 hours. FIG. 1B is a partially enlarged photograph of FIG. It has a so-called modulated structure such as a maze. As a comparative material, Ti-22Al-2
FIG. 2 shows the metal structure when the 7Nb alloy was kept at 1050 ° C. for 1 hour, quenched in water, and then kept at 850 ° C. for 100 hours. It can be seen that the metal structure has a form in which the O phase (a phase that looks black) is aligned in one direction.
【００２６】また、１０５０℃で１時間保持した後水中
に急冷し、次いで、８５０℃で１００時間保持したＴｉ
−２２Ａｌ−１１Ｎｂ−４Ｍｏ合金及びＴｉ−２２Ａｌ
−１２Ｎｂ−２Ｍｏ−２Ｗに関して、その高温硬さを測
定した。結果を図３および図４に示した。また比較のた
めに、図２のような金属組織を持つＴｉ−２２Ａｌ−２
７Ｎｂの高温硬さも調べた。これら二つの試作合金は、
いずれも、Ｔｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂよりも優れた高温
強度を示している。After holding at 1050.degree. C. for 1 hour, quenched in water, and then held at 850.degree. C. for 100 hours.
-22Al-11Nb-4Mo alloy and Ti-22Al
For -12Nb-2Mo-2W, its high-temperature hardness was measured. The results are shown in FIG. 3 and FIG. For comparison, Ti-22Al-2 having a metal structure as shown in FIG.
The high temperature hardness of 7Nb was also investigated. These two prototype alloys
All show high temperature strength superior to Ti-22Al-27Nb.
【００２７】[0027]
【発明の効果】この出願の発明により、以上詳しく説明
したとおり、従来報告されているＴｉ−Ａｌ−Ｎｂ系チ
タン合金と比較して、軽量であり、かつ、高い高温強度
を示す合金が提供される。低コスト型のチタン系合金と
して、航空機、自動車などの産業分野において有用な材
料である。According to the invention of this application, as described in detail above, an alloy which is lighter in weight and has higher high-temperature strength than a conventionally reported Ti-Al-Nb-based titanium alloy is provided. You. As a low-cost titanium-based alloy, it is a useful material in industrial fields such as aircraft and automobiles.
【図１】ａ及びｂは、それぞれ、この発明のＴｉ−２２
Ａｌ−１１Ｎｂ−４Ｍｏ合金を１０５０℃から水冷後、
７３０℃で４６時間保持した場合および１０５０℃から
水冷後、８５０℃で１００時間保持した場合の金属組織
を示した図面に代わる電子顕微鏡写真であって、ｂは、
ａの部分拡大写真である。1a and 1b are Ti-22 of the present invention, respectively.
After water cooling the Al-11Nb-4Mo alloy from 1050 ° C.,
An electron micrograph instead of a drawing showing the metal structure when held at 730 ° C. for 46 hours and when held at 850 ° C. for 100 hours after water cooling from 1050 ° C.
It is a partial enlarged photograph of a.
【図２】比較材としてのＴｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂ合金
を１０５０℃から水冷後、８５０℃で１００時間保持し
た場合の金属組織を示した図面に代わる電子顕微鏡写真
である。FIG. 2 is an electron micrograph instead of a drawing showing a metal structure when a Ti-22Al-27Nb alloy as a comparative material is water-cooled from 1050 ° C. and held at 850 ° C. for 100 hours.
【図３】１０５０℃で１時間保持した後水中に急冷し、
次いで、８５０℃で１００時間保持したこの発明のＴｉ
−２２Ａｌ−１１Ｎｂ−４Ｍｏ合金及び比較材としての
Ｔｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂ合金の高温硬さの測定結果を
示した図である。FIG. 3 After being kept at 1050 ° C. for 1 hour, rapidly cooled in water,
Next, the Ti of the present invention kept at 850 ° C. for 100 hours.
It is the figure which showed the measurement result of the high temperature hardness of -22Al-11Nb-4Mo alloy and Ti-22Al-27Nb alloy as a comparative material.
【図４】１０５０℃で１時間保持した後水中に急冷し、
次いで、８５０℃で１００時間保持したこの発明のＴｉ
−２２Ａｌ−１２Ｎｂ−２Ｍｏ−２Ｗ及び比較材として
のＴｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂ合金の高温硬さの測定結果
を示した図である。FIG. 4 After quenching in water after holding at 1050 ° C. for 1 hour,
Next, the Ti of the present invention kept at 850 ° C. for 100 hours.
It is the figure which showed the measurement result of the high temperature hardness of -22Al-12Nb-2Mo-2W and Ti-22Al-27Nb alloy as a comparative material.
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１１年８月１６日（１９９９．８．１
６）[Submission date] August 16, 1999 (1999.8.1
6)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【特許請求の範囲】[Claims]
【請求項９】 冷却後、さらに８００〜９００℃の温度9. After cooling, a further temperature of 800-900 ° C.
に保持する請求項６ないし８のいずれかのチタン合金のThe titanium alloy according to any one of claims 6 to 8,
製造方法。Production method.
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１１年１２月２７日（１９９９．１２．
２７）[Submission date] December 27, 1999 (1999.12.
27)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【特許請求の範囲】[Claims]
【手続補正２】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００４[Correction target item name] 0004
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【０００４】さらにまた、米国General Electric社は、
Ｔｉ2 ＡｌＮｂよりもより延性に優れた合金として、Ｔ
ｉ−２２原子パーセントＡｌ−２７原子パーセントＮｂ
合金（以降、Ｔｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂと略す）を開発
した（米国特許第5,032,357号公報）。また、この合金
の室温延性や破壊靱性を向上させることを目的として、
Ｖを添加したＴｉ−２２Ａｌ−１９Ｎｂ−５Ｖ等の合金
を開発している（米国特許第5,205,984 号公報）。Further, General Electric Company in the United States
As an alloy having better ductility than Ti 2 AlNb,
i-22 atomic percent Al-27 atomic percent Nb
Alloy (hereafter referred to as Ti-22Al-27Nb) was developed (U.S. Pat. No. 5,032,357). Also, with the aim of improving the room temperature ductility and fracture toughness of this alloy,
Alloys such as Ti-22Al-19Nb-5V to which V is added have been developed (US Pat. No. 5,205,984).
【手続補正３】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００５[Correction target item name] 0005
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チタ
ン、アルミニウム、ニオビウムを基としたこれらのＴｉ
−Ａｌ−Ｎｂ系合金は、Ｎｂ量が多いことに起因して、
コスト高であることや重たい（密度5.4g/cm3）という欠
点を有していた。また、高温引っ張り強さなどの高温特
性値をより一層高くすることが望まれてもいた。そこ
で、この出願の発明は、上述のような問題点を解決し、
従来のＴｉ−Ａｌ−Ｎｂ系合金に替わる、高温で良好な
強度を有する低コスト型の高温用軽量高強度チタン合金
を提供することを課題としている。However, these Ti, based on titanium, aluminum and niobium,
-Al-Nb-based alloys have a high Nb content,
Had the disadvantage that, weight want costly (density 5.4g / cm 3). Further, there was also desirable even higher Kusuru high temperature characteristics values such as high-temperature tensile strength. Therefore, the invention of this application solves the above-mentioned problems,
It is an object of the present invention to provide a low-cost , light-weight, high-strength titanium alloy having good strength at high temperatures, which replaces the conventional Ti-Al-Nb-based alloy.
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００６[Correction target item name] 0006
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、合金組成（原子％）が次
式（１）Ｔｉ100-x-y Ａｌx （Ｎｂa Ｍ1-a ）y
（１）で表され、Ｍはｂｃｃ相形成元素であり、ｘは２
０〜２４、ｙは１４〜２４、ａは0.65〜0.95であり、ｂ
ｃｃ相形成元素（Ｍ）は、そのｂｃｃ相安定化能がＮｂ
を基準として次式（２）２３≦ΣＳM ＋ΣＳNb≦２９
（２）（ΣＳM は、ｂｃｃ相形成元素によ
るＮｂ基準のｂｃｃ相安定化能の和を示し、ΣＳNbは、
Ｎｂによるｂｃｃ相安定化能を示す）の関係にあり、高
温強度を有することを特徴とする高温用軽量高強度チタ
ン合金（請求項１）を提供する。SUMMARY OF THE INVENTION The claimed invention is as to solve the above problem, alloy composition (atomic%) of the following formula (1) Ti 100-xy Al x (Nb a M 1-a ) Y
Represented by (1), M is a b cc phase forming elements, x is 2
0 to 24, y is 14 to 24, a is 0.65 to 0.95 , b
The cc phase forming element (M) has a bcc phase stabilizing ability of Nb.
(2) 23 ≦ ΔS M + ΔS Nb ≦ 29 based on
(2) (ΔS M depends on bcc phase forming element
Shows the sum of the Nb-based bcc phase stabilization abilities, ΔS Nb is
The present invention provides a lightweight high-strength titanium alloy for high temperature (claim 1) , which has a high temperature strength, and has a relationship of stabilizing the bcc phase by Nb ) .
【手続補正５】[Procedure amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００７[Correction target item name] 0007
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【０００７】また、この出願の発明は、ｂｃｃ相形成元
素（Ｍ）は、Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ
およびＴａのうちの１種または２種以上であること（請
求項２）、ｂｃｃ相形成元素（Ｍ）として、少なくとも
Ｍｏを含有すること（請求項３）、ならびにＴｉととも
に、２２原子％のＡｌ、１１原子％のＮｂ、４原子％の
Ｍｏを含有すること（請求項４）をそれぞれ好ましい態
様として提供する。 Further, the invention of this application is based on the fact that the bcc phase forming element (M) is Mn, Fe, Co, Ni, Cr, W, Mo.
And at least one of Ta and Ta
Claim 2) at least as a bcc phase forming element (M)
Mo is contained (claim 3), and together with Ti
To 22 at% Al, 11 at% Nb, 4 at%
It is preferable that Mo is contained (claim 4).
Provide as
【手続補正６】[Procedure amendment 6]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００８[Correction target item name] 0008
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【０００８】さらにこの出願の発明は、上記高温用軽量
高強度チタン合金の製造方法として、構成元素原料の溶
製後、熱間鍛造し、その後急冷してｂｃｃ相を主相もし
くは単一相とすることを特徴とする高温用軽量高強度チ
タン合金の製造方法（請求項５）を提供する。この高温
用軽量高強度チタン合金の製造方法に関し、この出願の
発明は、1000〜1200℃において熱間鍛造すること（請求
項６）、水冷すること（請求項７）、ならびに急冷後、
800 〜900 ℃に保持すること（請求項８）をそれぞれ好
ましい態様として提供する。 [0008] Further, the invention of this application relates to the above-mentioned lightweight for high temperature.
As a method of producing high-strength titanium alloys ,
After manufacturing, hot forging, then quenching and bcc phase
Or high-strength lightweight high-strength chip
A method for producing a tan alloy (claim 5) is provided. This high temperature
Manufacturing method of lightweight high-strength titanium alloy for
The invention requires hot forging at 1000-1200 ° C (claim
Item 6), water cooling (claim 7), and after quenching,
It is preferable to maintain the temperature at 800 to 900 ° C. (claim 8).
It is provided as a preferred embodiment.
【手続補正７】[Procedure amendment 7]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００９[Correction target item name] 0009
【補正方法】削除[Correction method] Deleted
【手続補正８】[Procedure amendment 8]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１１[Correction target item name] 0011
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００１１】このように、ｂｃｃ相安定化能を一定にし
ながら他のｂｃｃ元素で置換するという手法は、軽量化
を図ると同時に、元のＴｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂ合金の
優れた高温特性を継承し、あるいは元の合金よりもより
一層優れた高温特性を得ることを期待している。 [0011] Thus, technique of substitution with other bcc elements while the bcc phase stabilizing ability constant, at the same time reduce the weight, joint excellent high-temperature properties of the original Ti-22Al-27Nb alloy Seung and, some have the you are expecting to than the original alloy obtaining a more excellent high temperature properties.
【手続補正９】[Procedure amendment 9]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１２[Correction target item name] 0012
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】上記のとおりの特徴を有するこの
出願の発明についてさらに詳しく実施の形態について説
明する。まず重要なことは、この出願の発明の高温用軽
量高強度チタン合金は、前記のとおりの合金組成、すな
わちＴｉ100-x-y Ａｌx （Ｎｂa Ｍ1-a ）y で表される
ように、Ｔｉ、ＡｌおよびＮｂの各元素とともに、ｂｃ
ｃ相形成元素（Ｍ）を必ず含有していることである。こ
のｂｃｃ相形成元素（Ｍ）はＮｂを置換する。次に、こ
れらの元素の含有割合について、上記式において、ｘ＝
２０〜２４ｙ＝１４〜２４ａ＝0.65〜0.95を満たしてい
ることが欠かせない。以上の合金組成の範囲外にある場
合、高温強度に優れ、しかも軽量であるチタン合金は実
現しない。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the invention of the present application having the features described above will be described in more detail. First and foremost is the high temperature light source of the invention of this application.
The amount high strength titanium alloy, an alloy of sets formed of as the sand
It expresses in KazuSatoshi Ti 100-xy Al x (Nb a M 1-a) y
I sea urchin, Ti, with each element of Al and Nb, bc
That is, it always contains the c-phase forming element (M). This
The bcc phase forming element (M) replaces Nb. Next, about the content of these elements in the above following formula, x =
20~24y = 14~24a = 0.65~0.95 not, such is essential that you meet the. If it is out of the range of the above alloy composition
If, excellent high-temperature strength, yet titanium alloy is lightweight yet such realized.
【手続補正１０】[Procedure amendment 10]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１３[Correction target item name] 0013
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００１３】そして、上記合金組成において、ｂｃｃ相
形成元素（Ｍ）について、Ｎｂ基準のｂｃｃ相安定化
能、すなわちΣＳM ＋ΣＳNbが２３〜２９の範囲にある
ことが欠かせない。ｂｃｃ相安定化能が２３未満、ある
いは２９を超えると、優れた高温強度が得られない。[0013] Then, in the alloy composition, with the bcc phase forming elements (M), bcc phase stabilizing ability of Nb reference, i.e. [sigma] s M + [sigma] s Nb is essential to be in the range of 2 3 to 29. bcc phase stabilizing ability is less than 23, or when 29 is exceeded, not provides excellent high-temperature strength.
【手続補正１１】[Procedure amendment 11]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１７[Correction target item name] 0017
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００１７】このような２種類のデータのデータ幅を考
慮に入れると、各元素の１原子パーセント(at%) 当たり
のｂｃｃ相安定化能は、１at% Ｍｎ＝(4.0−4.6)at% Ｎ
ｂ、Ｆｅ＝(4.9−7.5)at% Ｎｂ、Ｃｒ＝(2.7−3.9)at%
Ｎｂ、Ｃｏ＝(3.9−4.7)at%Ｎｂ、Ｗ＝(2.6−3.4)at%
Ｎｂ、Ｎｉ＝(3.0−3.9)at% Ｎｂ、Ｍｏ＝(4.0−4.2)at
%Ｎｂ、Ｔａ＝(1.1−1.3)at% Ｎｂであると見なすこと
ができる。したがって、Ｎｂの他に１種またはそれ以上
のｂｃｃ相形成元素を含むチタン合金のＮｂ安定化能
は、各元素のｂｃｃ相安定化能の総和で表される。Taking into account the data widths of these two types of data, the bcc phase stabilizing ability per atomic percent (at%) of each element is 1 at% Mn = (4.0-4.6) at% N
b, Fe = (4.9-7.5) at% Nb, Cr = (2.7-3.9) at%
Nb, Co = (3.9-4.7) at% Nb, W = (2.6-3.4) at%
Nb, Ni = (3.0-3.9) at% Nb, Mo = (4.0-4.2) at%
% Nb, Ta = (1.1-1.3) at% It can be considered that Nb. Therefore, Nb stabilizing ability of titanium alloy comprising in addition to one or more of the bcc phase forming elements Nb is represented by the sum of the bcc phase stabilizing ability of each element.
【手続補正１２】[Procedure amendment 12]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１８[Correction target item name] 0018
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００１８】この出願の発明では、高含有率のＡｌ、お
よびＮｂを含み、さらにｂｃｃ相形成元素を１種または
２種以上含み、残部がＴｉと不可避的不純物からなり、
かつ合金組成中の各ｂｃｃ相形成元素のｂｃｃ相安定化
能（Ｎｂを基準）の総和、すわなちＮｂ安定化能が、２
３〜２９の範囲となるように合金組成を特定することに
より、高温で良好な強度を有する高温用軽量高強度チタ
ン合金を実現している。[0018] In the invention of this application, the high content of Al, you
And Nb, and one or more bcc phase forming elements, the balance consisting of Ti and unavoidable impurities,
Or One sum of bcc phase stabilizing ability of the bcc phase forming elements alloy in the composition (Nb of the standards), Nachi Suwa Nb stabilizing ability is 2
By specifying the alloy composition to be in the range of 3 to 29, it is realized high temperature light weight, high strength titanium alloy with good strength at high temperatures.
【手続補正１３】[Procedure amendment 13]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１９[Correction target item name] 0019
【補正方法】削除[Correction method] Deleted
【手続補正１４】[Procedure amendment 14]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２１[Correction target item name] 0021
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００２１】以上のようなｂｃｃ相安定化能を考慮し、
さらに合金の密度（重量）を小さくし、かつ高温強度を
大きなものにするとの点においては、ｂｃｃ相形成元素
（Ｍ）としてＭｏ、Ｗ、Ｃｒ等が好適であり、なかでも
Ｍｏがとりわけ好ましい。この出願の発明の高温用軽量
高強度チタン合金は、従来と同様の方法等により製造で
きるが、より適当には、構成元素原料の溶製後、熱間鍛
造し、その後急冷してｂｃｃ相を主相もしは単一相とす
ることにより製造することができる。Considering the above bcc phase stabilizing ability ,
Further reducing the density (weight) of the alloy, in and points result the high temperature strength in large ones, M o, W, is preferably Cr or the like as a b cc phase forming elements (M), among others M o Is particularly preferred. High temperature lightweight for the invention of this application
High-strength titanium alloy can be produced by conventional manner such as, more suitably, after melting of the construction element raw material, and hot forging, then suddenly chilled bcc phase main phase if the single phase And can be manufactured.
【手続補正１５】[Procedure amendment 15]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２２[Correction target item name] 0022
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００２２】熱間鍛造は、たとえば1000〜1200℃程度で
行い、丸棒状等に成形し、急冷後には800 〜900 ℃に保
持するのが好ましい。次にこの出願の発明の実施例を示
す。The hot forging, for example, have <br/> line at 1000 to 1200 ° C. extent, formed into a round bar or the like, preferably coercive <br/> lifting the 80 0 to 900 ° C. after rapid cooling . Next, examples of the invention of this application will be described.
【手続補正１６】[Procedure amendment 16]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２３[Correction target item name] 0023
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００２３】[0023]
【実施例】表１に示した各種組成の合金をアーク溶解に
より100 〜200 グラム溶製した。1100℃で熱間鍛造を行
い、丸棒状の素材に仕上げた。その後水冷してｂｃｃ単
一相とし、また、850 ℃に100 時間保持して密度を測定
した。いずれの合金も密度の低下が認められるが、特
に、Ｔｉ−２２Ａｌ−１１Ｎｂ−４Ｍｏ合金（実施例
１）の密度( ＝4.95g/cm3)が最も低い値を示しており、
Ｔｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂ( ＝5.38g/cm3)（比較例１）
と比較して、約一割の密度低下が図られた。このよう
に、Ｔｉ−２２Ａｌ−１１Ｎｂ−４Ｍｏでは、Ｔｉ−２
２Ａｌ−２７Ｎｂと比較してＮｂ量が大幅に減少してい
ることから、製造コストの低減が期待できる。また、比
較例２の合金では、ｂｃｃ相形成元素として知られてお
り、ｂｃｃ相安定化能が１at% Ｖ＝(1.3−1.6)at% Ｎｂ
であるＶによりＮｂを置換しているが、この合金は、比
較例１のＴｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂよりも密度が大き
く、軽量とすることができない。２４Ｎｂ−２Ｖでもそ
の密度は、5.39g/cm3 であり、軽量化の目的が達成され
ない。EXAMPLES 100 to 200 g of alloys having various compositions shown in Table 1 were produced by arc melting. Subjected to hot forging at 11 00 ° C., and finished into a round rod-shaped material. Was subsequently cooled with water and bcc single phase, it was also measured density and held for 100 hours in 850 ° C.. All alloys show a decrease in density. In particular, the density (= 4.95 g / cm 3 ) of the Ti-22Al-11Nb-4Mo alloy (Example 1) shows the lowest value.
Ti-22Al-27Nb (= 5.38 g / cm 3 ) (Comparative Example 1)
As compared with, the density was reduced by about 10%. Thus, in Ti-22Al-11Nb-4Mo, Ti-2
Since the amount of Nb is significantly reduced as compared with 2Al-27Nb, a reduction in manufacturing cost can be expected. The alloy of Comparative Example 2 is known as a bcc phase forming element, and has a bcc phase stabilizing ability of 1 at% V = (1.3-1.6) at% Nb
While replacing the Nb by der Ru V, the alloy has a density greater than the Ti-22Al-27Nb of Comparative Example 1
Ku, that can not be be a lightweight. Density of 24Nb-2 V Demoso <br/> is 5.39 g / cm 3, the purpose of weight reduction is achieved
No.
【手続補正１７】[Procedure amendment 17]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Correction target item name] Brief description of drawings
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【表１】ａ、ｂは、それぞれ、この出願の発明のＴｉ−
２２Ａｌ−１１Ｎｂ−４Ｍｏ合金を1050℃で１時間保持
した後水中に急冷し、次いで、730 ℃で４６時間保持し
た場合、あるいは1050℃で１時間保持した後水中に急冷
し、次いで、850 ℃で100 時間保持した場合の金属組織
を示した図面に代わる電子顕微鏡写真であり、ｂは、ａ
の部分拡大写真である。[Table 1] a and b represent Ti- in the invention of the present application , respectively.
Hold 22Al-11Nb-4Mo alloy at 1050 ℃ for 1 hour
After quenching in water and then holding at 730 ° C for 46 hours , or quenching in water after holding at 1050 ° C for 1 hour
And, then, Electronically micrograph der in place of a drawing showing the metal structure in the case of holding for 100 hours at 850 ° C., b is, a
It is a partial enlarged photograph of.
【表２】比較材としてのＴｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂ合金
を1050℃で１時間保持した後水中に急冷し、次いで、85
0 ℃で100 時間保持した場合の金属組織を示した図面に
代わる電子顕微鏡写真である。[Table 2] A Ti-22Al-27Nb alloy as a comparative material was kept at 1050 ° C for 1 hour, quenched into water, and then cooled.
FIG. 4 is an electron micrograph instead of a drawing showing the metal structure when kept at 0 ° C. for 100 hours.
【表３】1050℃で１時間保持した後水中に急冷し、次い
で、850 ℃で100 時間保持したこの出願の発明のＴｉ−
２２Ａｌ−１１Ｎｂ−４Ｍｏ合金、および比較材として
のＴｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂ合金の高温硬さの測定結果
を示した図である。TABLE 3 was quenched in water after 1 hour at 1050 ° C., then, the invention of this application was held for 100 hours at 850 ° C. Ti-
22Al-11Nb-4Mo alloy, illustrates the high-temperature hardness of the measurement results of and Ti-22Al-27Nb alloy as a comparative material.
【表４】1050℃で１時間保持した後水中に急冷し、次い
で、850 ℃で100 時間保持したこの出願の発明のＴｉ−
２２Ａｌ−１２Ｎｂ−２Ｍｏ合金−２Ｗ、および比較材
としてのＴｉ−２２Ａｌ−２７Ｎｂ合金の高温硬さの測
定結果を示した図である。Table 4 was quenched into water after 1 hour at 1050 ° C., then, the invention of this application was held for 100 hours at 850 ° C. Ti-
22Al-12Nb-2Mo alloy -2w, a diagram showing a high-temperature hardness of the measurement results of and Ti-22Al-27Nb alloy as a comparative material.
Claims (5)
は１４〜２４、ａは０．６５〜０．９５を示す）で表わ
される、高温強度を有する高温用軽量高強度チタン合
金。1. A synthetic composition (atomic%) of the formula Ti 100-xy Al x (Nb a M 1-a) y (M represents a bcc phase forming elements, x is 20 to 24, y
Is 14 to 24, and a is 0.65 to 0.95), a high-temperature lightweight high-strength titanium alloy having high-temperature strength.
相安定化能がＮｂを基準として次式 【数１】 の関係にあるものとされている請求項１のチタン合金。2. The bcc phase forming element (M) has a bcc
The phase stabilizing ability is expressed by the following equation based on Nb. 2. The titanium alloy according to claim 1, wherein
ｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｗ，ＭｏおよびＴａのうちの１
種または２種以上の元素である請求項１または２のチタ
ン合金。3. The bcc phase forming element (M) is Mn, F
e, one of Co, Ni, Cr, W, Mo and Ta
3. The titanium alloy according to claim 1, which is a kind or two or more kinds of elements.
金であって、ｂｃｃ相形成元素（Ｍ）として少くともＭ
ｏを含有するチタン合金。4. The titanium alloy according to claim 1, wherein the bcc phase forming element (M) is at least M
A titanium alloy containing o.
原子％Ｎｂ、そして４原子％Ｍｏを含有する請求項４の
チタン合金。5. An alloy containing 22 atomic% of Al, 11 with titanium.
5. The titanium alloy of claim 4 containing at.% Nb and 4 at.% Mo.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26068398A JP3409077B2 (en) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | High-temperature lightweight high-strength titanium alloy |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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|---|---|
| JP2000087159A true JP2000087159A (en) | 2000-03-28 |
| JP3409077B2 JP3409077B2 (en) | 2003-05-19 |
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ID=17351336
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| JP26068398A Expired - Lifetime JP3409077B2 (en) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | High-temperature lightweight high-strength titanium alloy |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP3409077B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002003977A (en) * | 2000-06-26 | 2002-01-09 | National Institute For Materials Science | TiB PARTICLE REINFORCED Ti2AlNb INTERMETALLIC COMPOUND MATRIX COMPOSITE MATERIAL AND ITS PRODUCTION METHOD |
| CN115838876A (en) * | 2022-12-06 | 2023-03-24 | 西北有色金属研究院 | Preparation method of niobium-titanium-aluminum-based alloy ingot |
-
1998
- 1998-09-14 JP JP26068398A patent/JP3409077B2/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002003977A (en) * | 2000-06-26 | 2002-01-09 | National Institute For Materials Science | TiB PARTICLE REINFORCED Ti2AlNb INTERMETALLIC COMPOUND MATRIX COMPOSITE MATERIAL AND ITS PRODUCTION METHOD |
| CN115838876A (en) * | 2022-12-06 | 2023-03-24 | 西北有色金属研究院 | Preparation method of niobium-titanium-aluminum-based alloy ingot |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3409077B2 (en) | 2003-05-19 |
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