JP2728305B2 - 金属間化合物ＴｉＡ▲ｌ▼基合金の熱間加工法 - Google Patents
金属間化合物ＴｉＡ▲ｌ▼基合金の熱間加工法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属間化合物TiAl基合金材料の熱間加工法に
係り、特に将来的に軽量耐熱材料として宇宙・航空分野
等での用途が期待されるTiAl基合金材料を熱間加工機で
シース加工法によって成形する方法に関するものであ
る。
係り、特に将来的に軽量耐熱材料として宇宙・航空分野
等での用途が期待されるTiAl基合金材料を熱間加工機で
シース加工法によって成形する方法に関するものであ
る。
金属間化合物TiAl基合金材料は軽量で優れた高温強度
を有するため、宇宙・航空分野において構造用材料等へ
の応用が期待されている。
を有するため、宇宙・航空分野において構造用材料等へ
の応用が期待されている。
金属間化合物TiAl基合金材料は常温延性及び高温での
変形能が低いため加工が困難で実用化されていない。
変形能が低いため加工が困難で実用化されていない。
従来、TiAl基合金材料の加工法として恒温鍛造法を利
用する方法が知られている。例えば特開昭63−171862号
公報にTiAl基耐熱合金の製造方法が開示されている。こ
の方法は、試料だけでなく加工用ダイスも800〜1100℃
の恒温に保持して、比較的遅い歪み速度で加工すること
により、割れを防止する方法である。
用する方法が知られている。例えば特開昭63−171862号
公報にTiAl基耐熱合金の製造方法が開示されている。こ
の方法は、試料だけでなく加工用ダイスも800〜1100℃
の恒温に保持して、比較的遅い歪み速度で加工すること
により、割れを防止する方法である。
また特開昭61−213361号公報にTiAl基合金材料の周囲
を被覆するシース材を用いて熱間加工を行う方法が開示
されている。この方法ではNi系、Co系あるいはFe−Ni系
の耐熱合金がシース材として用いられている。
を被覆するシース材を用いて熱間加工を行う方法が開示
されている。この方法ではNi系、Co系あるいはFe−Ni系
の耐熱合金がシース材として用いられている。
〔発明が解決しようとする課題〕 上記恒温鍛造を用いる熱間加工法では素材の酸化防止
と高温保持、加工用ダイスの高温強度保持のため加工装
置が大型になるばかりか素材と加工用ダイスとの反応を
防止する必要がある。
と高温保持、加工用ダイスの高温強度保持のため加工装
置が大型になるばかりか素材と加工用ダイスとの反応を
防止する必要がある。
また上記第２の方法である、Ni系、Co系あるいはFe−
Ni系耐熱合金をシース材として用いる熱間加工方法で
は、材料中心部では50％程度の加工率が得られるもの
の、端部を中心に割れが生じるため、大きな歩留り低下
が避けられない。特に、加工率が60％を超えると、割れ
が変形より優先するため、実際上加工が不可能となる。
Ni系耐熱合金をシース材として用いる熱間加工方法で
は、材料中心部では50％程度の加工率が得られるもの
の、端部を中心に割れが生じるため、大きな歩留り低下
が避けられない。特に、加工率が60％を超えると、割れ
が変形より優先するため、実際上加工が不可能となる。
本発明は、通常の熱間加工方法を用いて、軽微な割れ
も生じることなく、60％程度までの加工率を得ることが
可能な、金属間化合物TiAl基合金材料の熱間加工方法を
提供することを目的とする。
も生じることなく、60％程度までの加工率を得ることが
可能な、金属間化合物TiAl基合金材料の熱間加工方法を
提供することを目的とする。
上記課題は本発明によれば被加工材を被覆するシース
材を用いて金属間化合物TiAl基合金材料を熱間加工する
際に、前記シース材としてチタン合金を用い1000℃以上
の温度で加工することを特徴とする金属間化合物TiAl基
合金材料の熱間加工法によって解決される。本発明の金
属間化合物TiAl基合金材料は、Tiを60〜70重量％、Alを
30〜40重量％含有しており、Ti,Alおよび不可避的不純
物元素からなる二元系のTiAl金属間化合物の他、機械的
性質や組織微細化を図る目的で１種以上の第３元素を添
加した組成の合金をも含んでいる。またシース材として
チタン合金を用いる第１の理由は1000℃以上での変形抵
抗が比較的高く且つ加工性に優れているためである。特
にβ型チタン合金がその特性を有する。
材を用いて金属間化合物TiAl基合金材料を熱間加工する
際に、前記シース材としてチタン合金を用い1000℃以上
の温度で加工することを特徴とする金属間化合物TiAl基
合金材料の熱間加工法によって解決される。本発明の金
属間化合物TiAl基合金材料は、Tiを60〜70重量％、Alを
30〜40重量％含有しており、Ti,Alおよび不可避的不純
物元素からなる二元系のTiAl金属間化合物の他、機械的
性質や組織微細化を図る目的で１種以上の第３元素を添
加した組成の合金をも含んでいる。またシース材として
チタン合金を用いる第１の理由は1000℃以上での変形抵
抗が比較的高く且つ加工性に優れているためである。特
にβ型チタン合金がその特性を有する。
またシース材としてチタン合金を用いる第２の理由は
チタン合金は熱伝導性が極めて低いため加熱炉から取り
出して加工する迄の温度低下あるいは金型や圧延ロール
など加工機との接触による温度低下が小さくシースした
試料を加工終了時迄高温に保持できるためである。更に
第３の理由としてチタン合金は1000℃以上の高温では酸
化が激しくそのために加熱中にチタンの酸化物が大量に
形成され、このチタン酸化物が温度低下を防止するため
である。本発明に用いるチタン合金はTi−15V−3Al−3C
r−3Sn,Ti−3Al−8V−6Cr−4Mo−4Zr（通称β−Ｃ）、
及びTi−13V−11Cr−3Al等のβ型チタン合金が好ましい
が、Ti−6Al−4V等のα＋β型チタン合金も使用出来
る。また熱間加工としては熱間鍛造、熱間圧延、熱間押
出し等が可能である。本発明では、シース材として上記
チタン合金を用いて、1000℃以上の温度で加工する。こ
れは、TiAl基合金材料は1000℃以上の強度の低下と延性
の著しい増加を示し、加工性が著しく増大するためであ
る。
チタン合金は熱伝導性が極めて低いため加熱炉から取り
出して加工する迄の温度低下あるいは金型や圧延ロール
など加工機との接触による温度低下が小さくシースした
試料を加工終了時迄高温に保持できるためである。更に
第３の理由としてチタン合金は1000℃以上の高温では酸
化が激しくそのために加熱中にチタンの酸化物が大量に
形成され、このチタン酸化物が温度低下を防止するため
である。本発明に用いるチタン合金はTi−15V−3Al−3C
r−3Sn,Ti−3Al−8V−6Cr−4Mo−4Zr（通称β−Ｃ）、
及びTi−13V−11Cr−3Al等のβ型チタン合金が好ましい
が、Ti−6Al−4V等のα＋β型チタン合金も使用出来
る。また熱間加工としては熱間鍛造、熱間圧延、熱間押
出し等が可能である。本発明では、シース材として上記
チタン合金を用いて、1000℃以上の温度で加工する。こ
れは、TiAl基合金材料は1000℃以上の強度の低下と延性
の著しい増加を示し、加工性が著しく増大するためであ
る。
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。素材
としてAl33.4重量％、Cr4.2重量％残部Tiおよび不可避
的不純物からなる金属間化合物TiAl基金材料をプラズマ
アーク溶解にりインゴットを鋳造し、第１図に示したよ
うに直径100mm、高さ20mmの円柱状試験片を切り出し、
試験に供した。
としてAl33.4重量％、Cr4.2重量％残部Tiおよび不可避
的不純物からなる金属間化合物TiAl基金材料をプラズマ
アーク溶解にりインゴットを鋳造し、第１図に示したよ
うに直径100mm、高さ20mmの円柱状試験片を切り出し、
試験に供した。
その試料を、第２図に示したように直径100mm高さ20m
mのシースのフタ２と、第３図に示した円柱空洞３を有
する円筒函４からなるシースを用い第４図に示すように
封入して据え込み鍛造した。シース材としては従来のCo
基耐熱合金（S816）と本発明に係るTi−15V−3Cr−3Sn
−3Al及びTi−3Al−8V−6Cr−4Mo−4Zrを使用した。円
筒函４内へ試料１を入れフタ２をして円筒函４とフタ２
とをTIG溶接により接合し、TiAl基合金試料１を密封
し、鍛造試料とした。第４図は試料１をシース材に封入
した断面図を示す。大気雰囲気の加熱炉で所定の温度ま
で加熱後、20分間保持して、その後初期歪み速度３毎秒
で据え込み鍛錬を行った。シース材、加工温度を圧下率
を変えて、大気中で加工した場合の結果を第１表に、真
空で加工した場合の結果を第２表に示す。
mのシースのフタ２と、第３図に示した円柱空洞３を有
する円筒函４からなるシースを用い第４図に示すように
封入して据え込み鍛造した。シース材としては従来のCo
基耐熱合金（S816）と本発明に係るTi−15V−3Cr−3Sn
−3Al及びTi−3Al−8V−6Cr−4Mo−4Zrを使用した。円
筒函４内へ試料１を入れフタ２をして円筒函４とフタ２
とをTIG溶接により接合し、TiAl基合金試料１を密封
し、鍛造試料とした。第４図は試料１をシース材に封入
した断面図を示す。大気雰囲気の加熱炉で所定の温度ま
で加熱後、20分間保持して、その後初期歪み速度３毎秒
で据え込み鍛錬を行った。シース材、加工温度を圧下率
を変えて、大気中で加工した場合の結果を第１表に、真
空で加工した場合の結果を第２表に示す。
表中圧下率とはTiAl材を封入したシース材が加工され
た時のシース材の変性を含む全加工率であり、加工率と
は前記圧下率を付与した時のTiAl材の加工率を示す。
た時のシース材の変性を含む全加工率であり、加工率と
は前記圧下率を付与した時のTiAl材の加工率を示す。
シース材として従来のS816を用い、加工温度を1200℃
として据え込み鍛造を行った例を比較例１とし、一方シ
ース材としてTi−15V−3Cr−3Sn−3Al（チタン合金１）
とし加工温度を1200℃として据え込み鍛造を行った例を
実施例１とする。
として据え込み鍛造を行った例を比較例１とし、一方シ
ース材としてTi−15V−3Cr−3Sn−3Al（チタン合金１）
とし加工温度を1200℃として据え込み鍛造を行った例を
実施例１とする。
上記実施例１と比較例１を圧下率60％迄について比較
した場合、本発明のチタン合金でシースした方が加工率
は低い。これは比較例のシース材（S816）の方がチタン
合金１より変形抵抗が高いためである。しかしながら比
較例では割れが発生している。一方本発明のチタン合金
シースの場合は割れが発生すぜ健全な試料が得られる。
また加工率が80％になると比較例では割れの発生が変形
よりも優先し、55％の加工率しか得られないのに対し、
実施例１では60％の加工率が得られ、しかも割れも発生
しなかった。
した場合、本発明のチタン合金でシースした方が加工率
は低い。これは比較例のシース材（S816）の方がチタン
合金１より変形抵抗が高いためである。しかしながら比
較例では割れが発生している。一方本発明のチタン合金
シースの場合は割れが発生すぜ健全な試料が得られる。
また加工率が80％になると比較例では割れの発生が変形
よりも優先し、55％の加工率しか得られないのに対し、
実施例１では60％の加工率が得られ、しかも割れも発生
しなかった。
次にシース材として実施例１と同じチタン合金１を用
い、加工温度を本発明加工温度の下限値近傍の1050℃と
した例を実施例２とし、該下限値以下の950℃とした例
を比較例２とする。本発明における加工温度の範囲内で
ある1050℃で加工した場合、40％以下の圧下率では、12
00℃で加工した場合（実施例１）と比べると、加工率は
やや低下しているが、割れなく加工できる。また、60％
の圧下率では極めて軽微な割れを伴うものの、30％の加
工率が得られた。しかし、本発明の加工温度以下の950
℃で加工した場合（比較例２）、加工率がわずか２％で
すでに割れが発生している。これは1000℃以下ではTiAl
基合金材料の強度が著しく高く、また延性が著しく乏し
いため、加工性が極めて悪くなることによる。
い、加工温度を本発明加工温度の下限値近傍の1050℃と
した例を実施例２とし、該下限値以下の950℃とした例
を比較例２とする。本発明における加工温度の範囲内で
ある1050℃で加工した場合、40％以下の圧下率では、12
00℃で加工した場合（実施例１）と比べると、加工率は
やや低下しているが、割れなく加工できる。また、60％
の圧下率では極めて軽微な割れを伴うものの、30％の加
工率が得られた。しかし、本発明の加工温度以下の950
℃で加工した場合（比較例２）、加工率がわずか２％で
すでに割れが発生している。これは1000℃以下ではTiAl
基合金材料の強度が著しく高く、また延性が著しく乏し
いため、加工性が極めて悪くなることによる。
次にシース材としてTi−3Al−8V−6Cr−4Mo−4Zr（通
称β−Ｃ）を用いて実施例１と同様に加工を行った例を
実施例３とした。
称β−Ｃ）を用いて実施例１と同様に加工を行った例を
実施例３とした。
本実施例３も実施例１と同様圧下率80％迄割れ発生も
なく、加工率も55％迄可能である。
なく、加工率も55％迄可能である。
また、第２表に示した真空中（５×10-4Torr）、1200
℃での加工温度での結果によれば60％以上の圧下率で加
工率が大気中での加工より低く、80％の圧下率では割れ
を生じている。
℃での加工温度での結果によれば60％以上の圧下率で加
工率が大気中での加工より低く、80％の圧下率では割れ
を生じている。
しかしながらシース材にS816、Co基耐熱合金を用いた
比較例1,2と比べると35％の加工率を割れを発生せず
に、達成している点で有効である。大気中での加工の方
が真空中での加工より結果が良好であったのは酸化物の
断熱効果のためである。
比較例1,2と比べると35％の加工率を割れを発生せず
に、達成している点で有効である。大気中での加工の方
が真空中での加工より結果が良好であったのは酸化物の
断熱効果のためである。
〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、シース材とし
てチタン合金を用い、1000℃以上の温度で加工すること
により、金属間化合物TiAl基合金の熱間加工を、割れな
く60％の加工率まで行うことができる。
てチタン合金を用い、1000℃以上の温度で加工すること
により、金属間化合物TiAl基合金の熱間加工を、割れな
く60％の加工率まで行うことができる。
第１図は本発明に係る試料の斜視図であり、 第２図は本発明に係るシースのフタの斜視図であり、 第３図は本発明に係るシースの円筒函の斜視図であり、 第４図は本発明に係るシース材で試料をシースした状態
を示す断面図である。 １……試料、２……フタ、３……円柱空洞、４……円筒
函。
を示す断面図である。 １……試料、２……フタ、３……円柱空洞、４……円筒
函。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０ 8719−4Ｋ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｋ ６８３ 8719−4Ｋ ６８３ ６９４ 8719−4Ｋ ６９４Ｂ (72)発明者 藤井 秀樹 神奈川県相模原市淵野辺５―10―１ 新 日本製鐵株式会社第２技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−213361（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−236261（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】被加工材を被覆するシース材を用いて金属
間化合物TiAl基合金材料を熱間加工する際に、前記シー
ス材としてチタン合金を用い1000℃以上の温度で加工す
ることを特徴とする金属間化合物TiAl基合金材料の熱間
加工法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33579189A JP2728305B2 (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 金属間化合物ＴｉＡ▲ｌ▼基合金の熱間加工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33579189A JP2728305B2 (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 金属間化合物ＴｉＡ▲ｌ▼基合金の熱間加工法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03197630A JPH03197630A (ja) | 1991-08-29 |
| JP2728305B2 true JP2728305B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=18292477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33579189A Expired - Lifetime JP2728305B2 (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 金属間化合物ＴｉＡ▲ｌ▼基合金の熱間加工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2728305B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6997995B2 (en) * | 2000-12-15 | 2006-02-14 | Leistrits Turbinenkomponenten Remscheid GmbH | Method for producing components with a high load capacity from TiAl alloys |
| AT508323B1 (de) * | 2009-06-05 | 2012-04-15 | Boehler Schmiedetechnik Gmbh & Co Kg | Verfahren zur herstellung eines schmiedestückes aus einer gamma-titan-aluminium-basislegierung |
| KR102100946B1 (ko) | 2015-07-29 | 2020-04-14 | 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 | 티탄 복합재 및 열간 압연용 티탄재 |
| JP6137423B1 (ja) * | 2015-07-29 | 2017-05-31 | 新日鐵住金株式会社 | チタン複合材および熱間圧延用チタン材 |
| CN107283124A (zh) * | 2017-06-27 | 2017-10-24 | 太原理工大学 | 一种无包套热加工TiAl合金的方法 |
-
1989
- 1989-12-25 JP JP33579189A patent/JP2728305B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03197630A (ja) | 1991-08-29 |
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