JPH0696760B2 - ＴｉＡ▲ｌ▼の圧延加工法 - Google Patents
ＴｉＡ▲ｌ▼の圧延加工法Info
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- JPH0696760B2 JPH0696760B2 JP24908889A JP24908889A JPH0696760B2 JP H0696760 B2 JPH0696760 B2 JP H0696760B2 JP 24908889 A JP24908889 A JP 24908889A JP 24908889 A JP24908889 A JP 24908889A JP H0696760 B2 JPH0696760 B2 JP H0696760B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
-
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- B21B—ROLLING OF METAL
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- B21B2003/001—Aluminium or its alloys
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は金属加工特に、TiAlの圧延加工法に係るもの
で、適用できる製品は軽量耐熱材料を使用する各種製
品：航空機・宇宙往還機用部品（ファン、タービン、ラ
ム燃焼器、機体構造部品）、自動車用部品（ターボチャ
ージャ、ガスケット、遮蔽版）、工業加熱炉、反応炉、
熱交換板、ノズル高温機械撹拌装置用撹拌子等である。
で、適用できる製品は軽量耐熱材料を使用する各種製
品：航空機・宇宙往還機用部品（ファン、タービン、ラ
ム燃焼器、機体構造部品）、自動車用部品（ターボチャ
ージャ、ガスケット、遮蔽版）、工業加熱炉、反応炉、
熱交換板、ノズル高温機械撹拌装置用撹拌子等である。
（従来の技術） チタニウム（Ti）とアルミニウム（Al）を原子比で1:1
に含む金属間化合物TiAlは、その高温での耐酸化性がす
ぐれており、高温で高降伏応力を示し、軽量であること
から軽量耐熱構造材料としてその開発・実用化が特に期
待されている。
に含む金属間化合物TiAlは、その高温での耐酸化性がす
ぐれており、高温で高降伏応力を示し、軽量であること
から軽量耐熱構造材料としてその開発・実用化が特に期
待されている。
（発明が解決しようとする課題） しかし、TiAlは室温での延性が２〜３％と非常に悪い。
このことから利用しやすい形状である板材を低温圧延で
得ることができなかった。そのため、TiAlは鋳型による
成型、切削あるいは高温での鍛造等により形状を整える
技術しかなく、コストがかかることから、TiAlの実用化
に対する大きな障害となっている。
このことから利用しやすい形状である板材を低温圧延で
得ることができなかった。そのため、TiAlは鋳型による
成型、切削あるいは高温での鍛造等により形状を整える
技術しかなく、コストがかかることから、TiAlの実用化
に対する大きな障害となっている。
（課題を解決するための手段） 本発明は以上で述べた金属間化合物TiAlの従来の室温で
の延性値を改善し、室温で圧下率40〜55％まで圧延加工
する方法を提供することを目的としている。
の延性値を改善し、室温で圧下率40〜55％まで圧延加工
する方法を提供することを目的としている。
本発明はTiAlの実用化に対する大きな障害となっている
課題を解決したものである。
課題を解決したものである。
本発明はチタニウム（Ti）とアルミニウム（Al）とを47
〜50原子％Alと、残部Tiより成る組成範囲で溶解後、単
結晶作製装置で一方向に凝固させ単一の双晶系のみから
なる集片双晶組織を呈する結晶を作製し、その双晶面と
圧延面とのなす角度をθ＝30°〜60°で、この双晶面が
圧延面に現れる方向と直交する方向Ｔに最大圧下率40〜
55％まで圧延することを特徴とするTiAlの圧延加工法で
ある。
〜50原子％Alと、残部Tiより成る組成範囲で溶解後、単
結晶作製装置で一方向に凝固させ単一の双晶系のみから
なる集片双晶組織を呈する結晶を作製し、その双晶面と
圧延面とのなす角度をθ＝30°〜60°で、この双晶面が
圧延面に現れる方向と直交する方向Ｔに最大圧下率40〜
55％まで圧延することを特徴とするTiAlの圧延加工法で
ある。
（作用） 本発明の方法の原理についてその具体的事例をあげて詳
細に説明する。
細に説明する。
（１）TiAlの組織制御 チタニウム（Ti）とアルミニウム（Al）とをTi−47〜50
原子％Alの組成範囲で秤量し、溶解後、単結晶作製装置
で一方向に凝固させ単一の双晶系のみからなる集片双晶
（polysyn-thetic twin）組織を呈する結晶を作製す
る。得られた結晶の断面図を第１図に示す。第１図にお
いて1,2はそれぞれTiAl金属間化合物の単結晶領域を示
し、お互いは双晶の関係となっている。双晶は、TiAl金
属間化合物の場合、（111）面を双晶面とし＜11＞方
向に双晶をおこした関係である。結晶全体はそれらが層
状に積み重なった組織である。第１図において、３は第
１図の双晶１及び２の界面に薄く板状に存在する金属間
化合物Ti3Alを示す。
原子％Alの組成範囲で秤量し、溶解後、単結晶作製装置
で一方向に凝固させ単一の双晶系のみからなる集片双晶
（polysyn-thetic twin）組織を呈する結晶を作製す
る。得られた結晶の断面図を第１図に示す。第１図にお
いて1,2はそれぞれTiAl金属間化合物の単結晶領域を示
し、お互いは双晶の関係となっている。双晶は、TiAl金
属間化合物の場合、（111）面を双晶面とし＜11＞方
向に双晶をおこした関係である。結晶全体はそれらが層
状に積み重なった組織である。第１図において、３は第
１図の双晶１及び２の界面に薄く板状に存在する金属間
化合物Ti3Alを示す。
組成範囲はTi−47〜50原子％Alで、これ以上Alを多く入
れると双晶が出来ず、又、双晶界面にTi3Alが存在しな
くなる範囲である。Ti3Alが薄く板状に存在する双晶界
面が結晶全体にわたってできるだけ揃っていることが重
要であり、前述の単結晶作製装置で凝固させた単一の双
晶系のみからなる結晶でなくとも以下に記す効果が期待
できる。
れると双晶が出来ず、又、双晶界面にTi3Alが存在しな
くなる範囲である。Ti3Alが薄く板状に存在する双晶界
面が結晶全体にわたってできるだけ揃っていることが重
要であり、前述の単結晶作製装置で凝固させた単一の双
晶系のみからなる結晶でなくとも以下に記す効果が期待
できる。
（２）圧延方向の選択 上記の結晶を第２図に示すような結晶方位に切り出す。
ここでθは試料上面と双晶界面とのなす角を表わし、Ｔ
は双晶面が圧延面に現れる方向と直交する圧延方向、Ｌ
は双晶面が圧延面に現れる方向と平行な圧延方向を示
す。
ここでθは試料上面と双晶界面とのなす角を表わし、Ｔ
は双晶面が圧延面に現れる方向と直交する圧延方向、Ｌ
は双晶面が圧延面に現れる方向と平行な圧延方向を示
す。
圧延はこの試料が破断されるまで数回繰り返す。
破断時の圧下率（単位％）とそれぞれのパラメータの関
係を第１表に示す。第１表の数値を表示した図を第３図
に示す。これにより明らかなように、結晶方位をθが30
°〜60°として、これと直交するＴ方向に圧延するよう
に選ぶと、最大圧下率50％以上55％位まで良好に圧延で
きることを示している。
係を第１表に示す。第１表の数値を表示した図を第３図
に示す。これにより明らかなように、結晶方位をθが30
°〜60°として、これと直交するＴ方向に圧延するよう
に選ぶと、最大圧下率50％以上55％位まで良好に圧延で
きることを示している。
詳しい機構は不明であるが、双晶界面あるいは双晶界面
に薄く存在する金属間化合物Ti3Alが変形の抵抗となり
この部分に応力が集中しこの部位より割れが発生してい
る。従って双晶界面にできるだけ応力がかからない方向
に圧延方向を選ぶことにより、高い圧下率まで圧延が良
好に進むことを確認した。
に薄く存在する金属間化合物Ti3Alが変形の抵抗となり
この部分に応力が集中しこの部位より割れが発生してい
る。従って双晶界面にできるだけ応力がかからない方向
に圧延方向を選ぶことにより、高い圧下率まで圧延が良
好に進むことを確認した。
要するに、金属間化合物Ti3Alを室温で圧延加工するた
めにはTi3Alが薄く存在する双晶界面の方位を制御する
必要があるということである。
めにはTi3Alが薄く存在する双晶界面の方位を制御する
必要があるということである。
従って、Al−Ti二元系だけでなくMn,B,Cr,Mo等の第３元
素を微量添加した金属間化合物TiAlや、組成を変えた金
属間化合物TiAlであっても、双晶界面が結晶粒内にある
場合には、本発明に従って双晶界面の方位を制御して圧
延を行えば室温で容易に金属間化合物TiAlの板材を作製
することができる。第４図は実験により推測したTi−Al
系状態図を示し、１はTiAlの領域、２はTiAl＋Ti3Alの
２相領域、３はα−Tiの領域、４はβ−Tiの領域、５は
Ti3Alの領域、６は液体の領域を示す。
素を微量添加した金属間化合物TiAlや、組成を変えた金
属間化合物TiAlであっても、双晶界面が結晶粒内にある
場合には、本発明に従って双晶界面の方位を制御して圧
延を行えば室温で容易に金属間化合物TiAlの板材を作製
することができる。第４図は実験により推測したTi−Al
系状態図を示し、１はTiAlの領域、２はTiAl＋Ti3Alの
２相領域、３はα−Tiの領域、４はβ−Tiの領域、５は
Ti3Alの領域、６は液体の領域を示す。
第５図は本発明の単一の集片双晶組織を呈する単結晶作
製装置の一例を示すもので、第５図において、７は石英
チューブで、支持体８に原料金属９を支持し、溶融帯10
に懸垂し、ハロゲンランプ11により溶融帯10に垂下して
きた原料金属９を溶融させる。13は凝固材であり、この
凝固材13の下方に下部支持体14に支持させ、支持体8,14
を支持回転させながら、溶融すると均一の混合体ができ
る。
製装置の一例を示すもので、第５図において、７は石英
チューブで、支持体８に原料金属９を支持し、溶融帯10
に懸垂し、ハロゲンランプ11により溶融帯10に垂下して
きた原料金属９を溶融させる。13は凝固材であり、この
凝固材13の下方に下部支持体14に支持させ、支持体8,14
を支持回転させながら、溶融すると均一の混合体ができ
る。
第６図は本発明の圧延加工に使用する一方向凝固の単一
双晶結晶を作製する試作装置の全体配置であり、７は石
英チューブ、８は支持シャフト、９は原料（母合金）、
10は溶融帯、11はハロゲンランプ、12は反射面を設けた
加熱室、13は凝固材、14は凝固材支持体、15はガス入
口、16はガス出口、17は真空排出口、18,19,20はバル
ブ、21はパワーサプライを示す。
双晶結晶を作製する試作装置の全体配置であり、７は石
英チューブ、８は支持シャフト、９は原料（母合金）、
10は溶融帯、11はハロゲンランプ、12は反射面を設けた
加熱室、13は凝固材、14は凝固材支持体、15はガス入
口、16はガス出口、17は真空排出口、18,19,20はバル
ブ、21はパワーサプライを示す。
第７図は支持シャフトの駆動装置を示し、22は微調用モ
ータを示す。
ータを示す。
第８図は本発明の一方向凝固装置の原料母合金の支持方
法を示す図で、原料母合金を支持する支持シャフトで懸
垂する状態を示す。
法を示す図で、原料母合金を支持する支持シャフトで懸
垂する状態を示す。
第９図は凝固材13と下部シャフト14との結合状態を示す
図である。
図である。
（実施例） 母合金の作製;- 47−50モル％の純アルミニウムと残りのチタニウムを秤
量して融解凝固させることにより母合金を得る。本実験
では49.0モル％のアルミニウムを含んだ組成で実験し
た。使用できる母合金の組成は47〜50原子％Al−Tiで第
４図の状態図でα−Ti相が直接液相から晶出する組成で
ある。
量して融解凝固させることにより母合金を得る。本実験
では49.0モル％のアルミニウムを含んだ組成で実験し
た。使用できる母合金の組成は47〜50原子％Al−Tiで第
４図の状態図でα−Ti相が直接液相から晶出する組成で
ある。
一方向凝固の実施例;- 凝固は第５図のような装置で懸垂した状態で行なった。
加熱はハロゲンランプの光を集光して出力を調整するこ
とにより溶融帯が10〜15mmで安定するようにした。加熱
部を固定したまま全体を毎時５〜10mmの速度で下方へ引
き抜くことにより一方向に凝固が進行する。このとき、
凝固した部分を10〜20rpmで回転させることにより液相
を撹拌し組成を均質にすることが出来る。
加熱はハロゲンランプの光を集光して出力を調整するこ
とにより溶融帯が10〜15mmで安定するようにした。加熱
部を固定したまま全体を毎時５〜10mmの速度で下方へ引
き抜くことにより一方向に凝固が進行する。このとき、
凝固した部分を10〜20rpmで回転させることにより液相
を撹拌し組成を均質にすることが出来る。
本発明による双晶組織の生成過程は充分には解明してい
ないが、状態図から考えられる過程としては （１）49原子％Alの点で液相よりａ点を通り、ｂ点に達
し、一度α−Ti相に凝固した後、ｃ点でTiAl相となり、
その後さらに冷却されてｄ点以下の温度でTi3Al相がTiA
l相と結晶方位を保ってその双晶境界面に析出してく
る。
ないが、状態図から考えられる過程としては （１）49原子％Alの点で液相よりａ点を通り、ｂ点に達
し、一度α−Ti相に凝固した後、ｃ点でTiAl相となり、
その後さらに冷却されてｄ点以下の温度でTi3Al相がTiA
l相と結晶方位を保ってその双晶境界面に析出してく
る。
（２）Al47原子％の点では、液相より一度α−Ti相がTi
Al相に凝固した後、ｅ点あるいはｆ点でTi3Al相とTiAl
相とが共析反応により結晶方位を保ってTiAlの双晶境界
面にTi3Alが析出するのである。
Al相に凝固した後、ｅ点あるいはｆ点でTi3Al相とTiAl
相とが共析反応により結晶方位を保ってTiAlの双晶境界
面にTi3Alが析出するのである。
本発明はとにかくα−Ti相として単結晶或いは結晶方位
が揃って晶出することが必要であり、その後は固相反応
により自発的にTi3Al相とTiAl相とは結晶方位を保って
生成し、TiAlの双晶界面間に金属間化合物Ti3Alが薄く
析出し薄膜状に形成されるのである。
が揃って晶出することが必要であり、その後は固相反応
により自発的にTi3Al相とTiAl相とは結晶方位を保って
生成し、TiAlの双晶界面間に金属間化合物Ti3Alが薄く
析出し薄膜状に形成されるのである。
実験方法は第５図に示すような溶融凝固装置を使用し、
種々の方位を選び、3mm×7mm×1.5mmの試片を切り出
し、室温でロール径31.5mmの圧延機を用いて圧延速度0.
14mm/sec、１回の圧下量0.07mmを目安に圧延を行なっ
た。
種々の方位を選び、3mm×7mm×1.5mmの試片を切り出
し、室温でロール径31.5mmの圧延機を用いて圧延速度0.
14mm/sec、１回の圧下量0.07mmを目安に圧延を行なっ
た。
結果：圧縮変形の場合と同様、圧延加工においても大き
な方位依存性が認められた。第２図のθ＝59°の試片で
は双晶面が圧延面に現れる方向と平行なＬ方向に圧延す
ると、約20％の変形で大きな割れが発生するのに対し、
試片を双晶面が圧延面に現れる方向と直交するＴ方向に
圧延すると、約40％変形時にも大きな割れは認められず
50％以上まで圧延は良好に進んだ。以上の結果よりする
と、TiAlの金属間化合物はTi−47〜50原子％Alの組成範
囲で（111）面を双晶面とし、＜11＞の結晶軸方向に
双晶を成長させたものには、TiAlの双晶界面上に析出し
た薄膜状のTi3Al層とからなる特有の層状組織が存在し
その圧延による変形の挙動は双晶面と圧縮軸との相対方
位に大きく依存するので、双晶面と平行なＬ方向よりも
双晶面に直角なＴ方向に圧延するほうが加工性が２倍以
上も向上することが確認された。
な方位依存性が認められた。第２図のθ＝59°の試片で
は双晶面が圧延面に現れる方向と平行なＬ方向に圧延す
ると、約20％の変形で大きな割れが発生するのに対し、
試片を双晶面が圧延面に現れる方向と直交するＴ方向に
圧延すると、約40％変形時にも大きな割れは認められず
50％以上まで圧延は良好に進んだ。以上の結果よりする
と、TiAlの金属間化合物はTi−47〜50原子％Alの組成範
囲で（111）面を双晶面とし、＜11＞の結晶軸方向に
双晶を成長させたものには、TiAlの双晶界面上に析出し
た薄膜状のTi3Al層とからなる特有の層状組織が存在し
その圧延による変形の挙動は双晶面と圧縮軸との相対方
位に大きく依存するので、双晶面と平行なＬ方向よりも
双晶面に直角なＴ方向に圧延するほうが加工性が２倍以
上も向上することが確認された。
（発明の効果） 本発明による圧延加工法によるとTiAl金属間化合物が工
業的に安価に大量生産して得られる。従って本発明によ
り多量の金属間化合物TiAlの板材が安価に得られること
は、次世代のタービンブレードあるいはスペースプレー
ンの外壁材等、宇宙時代に必要となる新しい軽量耐熱構
造用材料の基幹材料として大いに有用である。
業的に安価に大量生産して得られる。従って本発明によ
り多量の金属間化合物TiAlの板材が安価に得られること
は、次世代のタービンブレードあるいはスペースプレー
ンの外壁材等、宇宙時代に必要となる新しい軽量耐熱構
造用材料の基幹材料として大いに有用である。
本発明によりTiAlの軽量耐熱材料を使用する各種製品は
航空機・宇宙往還機用部品（ファン、タービン、ラム燃
焼器、機体構造部品）、自動車用部品（ターボチャージ
ャ、ガスケット、遮蔽版）、工業加熱炉、反応炉、熱交
換板、ノズル高温機械撹拌装置用撹拌子等であって、本
発明はこれら材料をTiAlの圧延加工によって安価に量産
できる点で工業上極めて有用である。
航空機・宇宙往還機用部品（ファン、タービン、ラム燃
焼器、機体構造部品）、自動車用部品（ターボチャージ
ャ、ガスケット、遮蔽版）、工業加熱炉、反応炉、熱交
換板、ノズル高温機械撹拌装置用撹拌子等であって、本
発明はこれら材料をTiAlの圧延加工によって安価に量産
できる点で工業上極めて有用である。
第１図はTiAlの双晶界面に金属間化合物Ti3Alが薄く板
状に析出した積層状態を示す結晶組織図、 第２図は本発明のTiAlの結晶方位と圧延方向との関係を
示す図、 第３図は結晶方位と圧延方向と圧下率との関係を示す特
性図、 第４図はTi−Al系金属間化合物の状態図、 第５図は本発明によるTiAlの単一双晶系のみを含む結晶
を作製する試作装置の概略図、 第６図は本発明の圧延加工に使用する一方向凝固の単一
双晶結晶を作製する試作装置の全体配置図、 第７図は本発明の装置のシャフト駆動装置の構成配置
図、 第８図は本発明の一方向凝固の原料母合金の支持方法を
示す図、 第９図は凝固材の支持方法を示す図である。 １…TiAlの領域、２…TiAl＋Ti3Alの２相領域 ３…α−Tiの領域、４…β−Tiの領域 ５…Ti3Alの領域、６…液体の領域 ７…石英チューブ、８…支持体 ９…原料金属、10…溶融帯 11…ハロゲンランプ 12…反射面を設けた加熱室 13…凝固材、14…下部支持体 15…ガス入口、16…ガス出口 17…真空排出口、18,19,20…バルブ 21…パワーサプライ、22…微調用モータ
状に析出した積層状態を示す結晶組織図、 第２図は本発明のTiAlの結晶方位と圧延方向との関係を
示す図、 第３図は結晶方位と圧延方向と圧下率との関係を示す特
性図、 第４図はTi−Al系金属間化合物の状態図、 第５図は本発明によるTiAlの単一双晶系のみを含む結晶
を作製する試作装置の概略図、 第６図は本発明の圧延加工に使用する一方向凝固の単一
双晶結晶を作製する試作装置の全体配置図、 第７図は本発明の装置のシャフト駆動装置の構成配置
図、 第８図は本発明の一方向凝固の原料母合金の支持方法を
示す図、 第９図は凝固材の支持方法を示す図である。 １…TiAlの領域、２…TiAl＋Ti3Alの２相領域 ３…α−Tiの領域、４…β−Tiの領域 ５…Ti3Alの領域、６…液体の領域 ７…石英チューブ、８…支持体 ９…原料金属、10…溶融帯 11…ハロゲンランプ 12…反射面を設けた加熱室 13…凝固材、14…下部支持体 15…ガス入口、16…ガス出口 17…真空排出口、18,19,20…バルブ 21…パワーサプライ、22…微調用モータ
Claims (1)
- 【請求項１】チタニウム（Ti）とアルミニウム（Al）と
を47〜50原子％Alと、残部Tiより成る組成範囲で溶解
後、単結晶作製装置で一方向に凝固させ単一の双晶系の
みからなる集片双晶組織を呈する結晶を作製し、その双
晶面と圧延面とのなす角度をθ＝30°〜60°で、この双
晶面が圧延面に現れる方向と直交する方向Ｔに最大圧下
率40〜55％まで圧延することを特徴とするTiAlの圧延加
工法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24908889A JPH0696760B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | ＴｉＡ▲ｌ▼の圧延加工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24908889A JPH0696760B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | ＴｉＡ▲ｌ▼の圧延加工法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03115549A JPH03115549A (ja) | 1991-05-16 |
| JPH0696760B2 true JPH0696760B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=17187811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24908889A Expired - Lifetime JPH0696760B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | ＴｉＡ▲ｌ▼の圧延加工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0696760B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7923127B2 (en) * | 2005-11-09 | 2011-04-12 | United Technologies Corporation | Direct rolling of cast gamma titanium aluminide alloys |
-
1989
- 1989-09-27 JP JP24908889A patent/JPH0696760B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03115549A (ja) | 1991-05-16 |
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| JPS62225B2 (ja) |
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