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JP7732507B2 - TiAl alloy, TiAl alloy powder, TiAl alloy part, and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP7732507B2 - TiAl alloy, TiAl alloy powder, TiAl alloy part, and manufacturing method thereof - Google Patents

TiAl alloy, TiAl alloy powder, TiAl alloy part, and manufacturing method thereof

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JP7732507B2 JP2023527865A JP2023527865A JP7732507B2 JP 7732507 B2 JP7732507 B2 JP 7732507B2 JP 2023527865 A JP2023527865 A JP 2023527865A JP 2023527865 A JP2023527865 A JP 2023527865A JP 7732507 B2 JP7732507 B2 JP 7732507B2
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Description

本開示は、TiAl合金、TiAl合金粉末、TiAl合金部品及びその製造方法に関する。 This disclosure relates to TiAl alloys, TiAl alloy powders, TiAl alloy parts, and methods for manufacturing the same.

TiAl(チタンアルミナイド)合金は、TiとAlとの金属間化合物で形成されている合金である。TiAl合金は、耐熱性に優れており、Ni基合金よりも軽量で比強度が大きいことから、タービン翼等の航空機用エンジン部品等に適用されている。このようなTiAl合金には、CrとNbとを含有するTiAl合金が用いられている(特許文献1参照)。 TiAl (titanium aluminide) alloys are alloys formed from intermetallic compounds of Ti and Al. TiAl alloys have excellent heat resistance, are lighter than Ni-based alloys, and have a higher specific strength, making them suitable for use in aircraft engine parts such as turbine blades. Among such TiAl alloys, TiAl alloys containing Cr and Nb are used (see Patent Document 1).

特開2013-209750号公報JP 2013-209750 A

ところで、タービン翼等のTiAl合金部品を軽量化するためには、TiAl合金をより高強度化して比強度を大きくすることが求められている。しかし、従来のTiAl合金では、機械的強度と延性とをバランスよく向上させて高強度化することは難しく、延性を大きくすると機械的強度が低下する可能性がある。 In order to reduce the weight of TiAl alloy parts such as turbine blades, it is necessary to increase the strength of TiAl alloys and increase their specific strength. However, with conventional TiAl alloys, it is difficult to achieve a balanced improvement in mechanical strength and ductility, and increasing ductility can result in a decrease in mechanical strength.

そこで本開示の目的は、TiAl合金の機械的強度と延性とをバランスよく向上させることが可能なTiAl合金、TiAl合金粉末、TiAl合金部品及びその製造方法を提供することである。 The object of this disclosure is to provide a TiAl alloy, TiAl alloy powder, TiAl alloy parts, and a manufacturing method thereof that can improve the mechanical strength and ductility of TiAl alloys in a balanced manner.

本開示に係るTiAl合金部品は、上記に記載のTiAl合金で形成されている。 The TiAl alloy parts disclosed herein are formed from the TiAl alloy described above.

本開示に係るTiAl合金部品の製造方法は、47原子%以上49原子%以下のAlおよび2原子%以上3原子%以下のZrと、2原子%のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、を含有し、残部がTiと不可避的不純物とからなるTiAl合金、または、47原子%以上48原子%以下のAlおよび2原子%以上4原子%以下のZrと、2原子%のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、を含有し、残部がTiと不可避的不純物とからなる、TiAl合金で形成されるTiAl合金粉末を金属シースに充填してシールするシール工程と、前記金属シースでシールされたTiAl合金粉末を、1200℃以上1300℃以下、150MPa以上で熱間等方圧加圧処理する熱間等方圧加圧工程と、を備える。 The method for producing a TiAl alloy part according to the present disclosure includes a sealing step of filling a metal sheath with TiAl alloy powder formed of a TiAl alloy containing 47 to 49 atomic % Al, 2 to 3 atomic % Zr, 2 atomic % Nb, 0.05 to 0.3 atomic % B, with the balance being Ti and unavoidable impurities, or a TiAl alloy containing 47 to 48 atomic % Al, 2 to 4 atomic % Zr, 2 atomic % Nb, 0.05 to 0.3 atomic % B, with the balance being Ti and unavoidable impurities, and a hot isostatic pressing step of hot isostatically pressing the TiAl alloy powder sealed in the metal sheath at 1200°C to 1300°C and 150 MPa or more.

上記構成によれば、TiAl合金の機械的強度と延性とをバランスよく向上させることが可能となる。 The above configuration makes it possible to improve the mechanical strength and ductility of the TiAl alloy in a balanced manner.

本開示の実施形態において、Nbの含有率が1原子%のときのAl及びZrの含有率の関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the Al and Zr contents when the Nb content is 1 atomic % in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、Nbの含有率が1原子%のときのAl及びZrの含有率の関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the Al and Zr contents when the Nb content is 1 atomic % in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、Nbの含有率が2原子%のときのAl及びZrの含有率の関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the Al and Zr contents when the Nb content is 2 atomic % in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、Nbの含有率が2原子%のときのAl及びZrの含有率の関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the Al and Zr contents when the Nb content is 2 atomic % in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、Nbの含有率が1原子%以上2原子%以下のときのAl及びZrの含有率の関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the Al and Zr contents when the Nb content is 1 atomic % or more and 2 atomic % or less in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、Nbの含有率が1原子%以上2原子%以下のときのAl及びZrの含有率の関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the Al and Zr contents when the Nb content is 1 atomic % or more and 2 atomic % or less in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、タービン翼からなるTiAl合金部品の構成を示す図である。1 is a diagram showing the configuration of a TiAl alloy part made of a turbine blade in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、TiAl合金部品の製造方法の構成を示すフローチャートである。1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a TiAl alloy part according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、実施例1から9のTiAl合金の金属組織観察結果を示す写真である。1 is a photograph showing the metallographic structure observation results of TiAl alloys of Examples 1 to 9 in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、実施例10から18のTiAl合金の金属組織観察結果を示す写真である。1 is a photograph showing the metal structure observation results of TiAl alloys of Examples 10 to 18 in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、実施例1から9のTiAl合金の凝固形態を示すグラフである。1 is a graph showing the solidification morphology of TiAl alloys of Examples 1 to 9 in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、実施例10から18のTiAl合金の凝固形態を示すグラフである。1 is a graph showing the solidification morphology of TiAl alloys of Examples 10 to 18 in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、実施例A、Bの供試体の光学顕微鏡による金属組織観察結果を示す写真である。1 is a photograph showing the results of metal structure observation of specimens of Examples A and B using an optical microscope in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、引張試験結果を示すグラフである。1 is a graph showing tensile test results in an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態において、クリープ試験結果を示すグラフである。1 is a graph showing creep test results in an embodiment of the present disclosure.

以下に本開示の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本開示の実施形態に係るTiAl(チタンアルミナイド)合金は、47原子%以上50原子%以下のAl(アルミニウム)と、1原子%以上2原子%以下のNb(ニオブ)と、2原子%以上5原子%以下のZr(ジルコニウム)と、0.05原子%以上0.3原子%以下のB(ホウ素)と、を含有し、残部が、Ti(チタン)と不可避的不純物とから構成されている。次に、TiAl合金を構成する各合金成分の組成範囲を限定した理由について説明する。 Embodiments of the present disclosure are described in detail below with reference to the drawings. The TiAl (titanium aluminide) alloy according to an embodiment of the present disclosure contains 47 atomic % to 50 atomic % Al (aluminum), 1 atomic % to 2 atomic % Nb (niobium), 2 atomic % to 5 atomic % Zr (zirconium), and 0.05 atomic % to 0.3 atomic % B (boron), with the balance consisting of Ti (titanium) and unavoidable impurities. Next, the reasons for limiting the composition ranges of each alloy component that makes up the TiAl alloy will be explained.

Al(アルミニウム)は、機械的強度と、室温延性等の延性とを向上させる機能を有している。Alの含有率は、47原子%以上50原子%以下である。Alの含有率が47原子%より小さい場合には、Alより密度が大きいTi等の含有率がより大きくなるので比強度が低下する。Alの含有率が50原子%より大きい場合には、延性が低下する。Alの含有率は、47原子%以上49原子%以下としてもよい。これにより、TiAl合金の機械的強度と延性とをより向上させることができる。 Al (aluminum) has the function of improving mechanical strength and ductility, such as room temperature ductility. The Al content is 47 atomic % or more and 50 atomic % or less. If the Al content is less than 47 atomic %, the content of Ti, which has a higher density than Al, becomes greater, resulting in a decrease in specific strength. If the Al content is greater than 50 atomic %, ductility decreases. The Al content may also be 47 atomic % or more and 49 atomic % or less. This can further improve the mechanical strength and ductility of the TiAl alloy.

Nb(ニオブ)は、耐酸化性と機械的強度とを向上させる機能を有している。Nbの含有率は、1原子%以上2原子%以下である。Nbの含有率が、1原子%より小さい場合には、耐酸化性と高温強度とが低下する可能性がある。Nbの含有率が2原子%より大きい場合には、Nbの密度はAl、Tiの密度より大きいので、比強度が低下する。 Nb (niobium) has the function of improving oxidation resistance and mechanical strength. The Nb content is 1 atomic % or more and 2 atomic % or less. If the Nb content is less than 1 atomic %, oxidation resistance and high-temperature strength may decrease. If the Nb content is more than 2 atomic %, the density of Nb is greater than the densities of Al and Ti, so the specific strength decreases.

Zr(ジルコニウム)は、耐酸化性と機械的強度とを向上させる機能を有している。Zrは、γ相を安定化させる元素であり、室温延性等の延性向上に寄与する。またZrは、拡散速度を低下させることでクリープ強度の向上に寄与する。Zrの含有率は、2原子%以上5原子%以下である。Zrの含有率が2原子%より小さい場合には、耐酸化性、室温延性等の延性、高温強度等の機械的強度が低下する可能性がある。Zrの含有率が5原子%より大きい場合には、偏析が生じる場合がある。Zrの偏析が生じると、機械的強度や延性が低下する可能性がある。 Zr (zirconium) has the function of improving oxidation resistance and mechanical strength. Zr is an element that stabilizes the gamma phase, contributing to improved ductility, such as room temperature ductility. Zr also contributes to improved creep strength by reducing the diffusion rate. The Zr content is 2 atomic % or more and 5 atomic % or less. If the Zr content is less than 2 atomic %, oxidation resistance, ductility, such as room temperature ductility, and mechanical strength, such as high-temperature strength, may decrease. If the Zr content is greater than 5 atomic %, segregation may occur. Zr segregation may result in reduced mechanical strength and ductility.

B(ホウ素)は、結晶粒を微細化することにより、室温延性等の延性を高める機能を有している。Bの含有率は、0.05原子%以上0.3原子%以下である。Bの含有率が0.05原子%より小さくなると、結晶粒が粗大化して延性が低下する可能性がある。Bの含有率が0.3原子%より大きくなると、耐衝撃特性が低下する場合がある。Bの含有率を0.05原子%以上0.3原子%以下とすることにより、結晶粒径が100μm以下の微細な結晶粒で構成されるので、延性を向上させることができる。 B (boron) has the function of increasing ductility, such as room temperature ductility, by refining the crystal grains. The B content is 0.05 atomic % or more and 0.3 atomic % or less. If the B content is less than 0.05 atomic %, the crystal grains may become coarse and ductility may decrease. If the B content is more than 0.3 atomic %, impact resistance properties may decrease. By setting the B content to 0.05 atomic % or more and 0.3 atomic % or less, the steel will be composed of fine crystal grains with a grain size of 100 μm or less, thereby improving ductility.

Bは、熱処理等により結晶粒内に微細な硼化物を析出させて、機械的強度を向上させる機能を有している。微細な硼化物は、粒径が0.1μm以下のものを含んで形成されている。微細な硼化物は、TiB、TiB等で構成されている。結晶粒内に微細な硼化物が析出することにより、引張強度、疲労強度、クリープ強度等の機械的強度を向上させることができる。 B has the function of precipitating fine borides within crystal grains by heat treatment or the like, thereby improving mechanical strength. The fine borides are formed including those with a particle size of 0.1 μm or less. The fine borides are composed of TiB, TiB2 , etc. Precipitation of fine borides within crystal grains can improve mechanical strength such as tensile strength, fatigue strength, and creep strength.

TiAl合金の残部は、Tiと不可避的不純物とから構成されている。不可避的不純物とは、意図的に添加しなくても混入する可能性がある不純物である。TiAl合金は、Cr(クロム)を含有していないので、機械的強度の低下を抑制できる。TiAl合金は、V(バナジウム)を含有していないので、機械的強度の低下や耐酸化性の低下を抑制できる。TiAl合金は、Mo(モリブデン)を含有していないので比強度の低下を抑制できる。 The remainder of the TiAl alloy is composed of Ti and inevitable impurities. Inevitable impurities are impurities that may be mixed in even if not intentionally added. Because the TiAl alloy does not contain Cr (chromium), it is possible to suppress a decrease in mechanical strength. Because the TiAl alloy does not contain V (vanadium), it is possible to suppress a decrease in mechanical strength and oxidation resistance. Because the TiAl alloy does not contain Mo (molybdenum), it is possible to suppress a decrease in specific strength.

次に、TiAl合金の凝固形態について説明する。TiAl合金の凝固形態は、Al、Zr及びNbの含有率と関係している。Al、Zr及びNbの含有率を変えることにより、TiAl合金の凝固形態がα凝固、β凝固、γ凝固、α凝固+γ凝固に変化する。α凝固は、TiAl合金の凝固過程がα単相領域を通る凝固形態である。β凝固は、TiAl合金の凝固過程がβ単相領域を通る凝固形態である。γ凝固は、TiAl合金の凝固過程がγ単相領域を通る凝固形態である。α凝固+γ凝固は、TiAl合金の凝固過程がα+γ2相領域を通る凝固形態である。γ凝固の場合には、柱状の粗大な結晶粒が形成されるので、金属組織の異方性が強くなる。一方、α凝固やβ凝固の場合には、等軸状の結晶粒が形成されるので、金属組織の等方性が強くなり、金属組織の異方性が弱くなる。α凝固+γ凝固の場合には、等軸状の結晶粒と、柱状の結晶粒とが形成されるので、α凝固の金属組織と、γ凝固の金属組織との間の中間の金属組織になる。なお、Bは、結晶粒内に微細な硼化物を析出するので、TiAl合金の凝固形態には殆ど影響を及ぼさない。Next, we will explain the solidification morphology of TiAl alloys. The solidification morphology of TiAl alloys is related to the Al, Zr, and Nb content. By changing the Al, Zr, and Nb content, the solidification morphology of TiAl alloys changes to α solidification, β solidification, γ solidification, or α solidification + γ solidification. α solidification is a solidification morphology in which the solidification process of TiAl alloys passes through the α single-phase region. β solidification is a solidification morphology in which the solidification process of TiAl alloys passes through the β single-phase region. γ solidification is a solidification morphology in which the solidification process of TiAl alloys passes through the γ single-phase region. α solidification + γ solidification is a solidification morphology in which the solidification process of TiAl alloys passes through the α + γ two-phase region. In the case of γ solidification, coarse columnar crystal grains are formed, resulting in strong anisotropy of the metal structure. On the other hand, in the cases of α solidification and β solidification, equiaxed crystal grains are formed, resulting in strong isotropy of the metal structure and weak anisotropy of the metal structure. In the case of α solidification + γ solidification, equiaxed crystal grains and columnar crystal grains are formed, resulting in a metal structure intermediate between the metal structure of α solidification and the metal structure of γ solidification. Note that B precipitates fine borides within the crystal grains, so it has almost no effect on the solidification morphology of the TiAl alloy.

Alの含有率がより大きくなると、TiAl合金の凝固形態がγ凝固になり易くなる。Alの含有率がより小さくなると、TiAl合金の凝固形態が、α凝固+γ凝固や、α凝固またはβ凝固になり易くなる。Zrの含有率がより大きくなると、TiAl合金の凝固形態がγ凝固になり易くなる。Zrの含有率がより小さくなると、TiAl合金の凝固形態が、α凝固+γ凝固や、α凝固またはβ凝固になり易くなる。Nbの含有率がより大きくなると、TiAl合金の凝固形態が、α凝固+γ凝固や、α凝固またはβ凝固になり易くなる。Nbの含有率がより小さくなると、TiAl合金の凝固形態がγ凝固になり易くなる。 As the Al content increases, the solidification morphology of the TiAl alloy tends to be gamma solidification. As the Al content decreases, the solidification morphology of the TiAl alloy tends to be alpha solidification + gamma solidification, or alpha solidification or beta solidification. As the Zr content increases, the solidification morphology of the TiAl alloy tends to be gamma solidification. As the Zr content decreases, the solidification morphology of the TiAl alloy tends to be alpha solidification + gamma solidification, or alpha solidification or beta solidification. As the Nb content increases, the solidification morphology of the TiAl alloy tends to be alpha solidification + gamma solidification, or alpha solidification or beta solidification. As the Nb content decreases, the solidification morphology of the TiAl alloy tends to be gamma solidification.

図1は、Nbの含有率が1原子%のときのAl及びZrの含有率の関係を示す図である。TiAl合金は、Nbの含有率が1原子%であり、Al及びZrの含有率が、図1に示すR1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)、R2点(Al:48原子%、Zr:2原子%)、R3点(Al:48原子%、Zr:4原子%)、R4点(Al:47原子%、Zr:5原子%)の4点で囲まれた組成範囲で構成されていてもよい。すなわちTiAl合金は、1原子%のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、図1に示すR1点、R2点、R3点、R4点の4点で囲まれた組成範囲からなるAl及びZrと、を含有し、残部が、Tiと不可避的不純物とから構成されていてもよい。TiAl合金がこの合金組成で構成されている場合には、凝固形態をα凝固のみまたはα凝固+γ凝固にすることができる。これにより凝固形態がγ凝固のみからなる場合よりも、金属組織の異方性が抑制される。そして金属組織の異方性が抑制されることにより、TiAl合金の機械特性等が、より等方性になる。例えば、このようなTiAl合金は、1原子%のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、47原子%以上48原子%以下のAlと、2原子%以上4原子%以下のZrと、を含有し、残部が、Tiと不可避的不純物とから構成されていてもよい。Figure 1 shows the relationship between the Al and Zr contents when the Nb content is 1 atomic %. A TiAl alloy may have an Nb content of 1 atomic % and Al and Zr contents within the composition range bounded by four points shown in Figure 1: R1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %), R2 (Al: 48 atomic %, Zr: 2 atomic %), R3 (Al: 48 atomic %, Zr: 4 atomic %), and R4 (Al: 47 atomic %, Zr: 5 atomic %). That is, a TiAl alloy may contain 1 atomic % Nb, 0.05 atomic % to 0.3 atomic % B, and Al and Zr within the composition range bounded by four points shown in Figure 1: R1, R2, R3, and R4, with the balance consisting of Ti and unavoidable impurities. When a TiAl alloy has this alloy composition, the solidification morphology can be α solidification only or α solidification + γ solidification. This suppresses the anisotropy of the metal structure compared to when the solidification mode is gamma solidification only. The suppression of the anisotropy of the metal structure makes the mechanical properties of the TiAl alloy more isotropic. For example, such a TiAl alloy may contain 1 atomic % Nb, 0.05 atomic % to 0.3 atomic % B, 47 atomic % to 48 atomic % Al, and 2 atomic % to 4 atomic % Zr, with the balance being Ti and unavoidable impurities.

図2は、Nbの含有率が1原子%のときのAl及びZrの含有率の関係を示す図である。TiAl合金は、Nbの含有率が1原子%であり、Al及びZrの含有率が、図2に示すS1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)、S2点(Al:48原子%、Zr:2原子%)、S3点(Al:48原子%、Zr:3原子%)、S4点(Al:47原子%、Zr:5原子%)の4点で囲まれた組成範囲で構成されていてもよい。すなわちTiAl合金は、1原子%のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、図2に示すS1点、S2点、S3点、S4点の4点で囲まれた組成範囲からなるAl及びZrと、を含有し、残部が、Tiと不可避的不純物とから構成されていてもよい。TiAl合金がこの合金組成で構成されている場合には、凝固形態をα凝固のみにすることができる。これにより凝固形態にγ凝固が含まれていないので、金属組織の異方性が更に抑制される。そして金属組織の異方性が更に抑制されることにより、TiAl合金の機械特性等が、更に等方性になる。例えば、このようなTiAl合金は、1原子%のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、47原子%以上48原子%以下のAlと、2原子%以上3原子%以下のZrと、を含有し、残部が、Tiと不可避的不純物とから構成されていてもよい。Figure 2 shows the relationship between the Al and Zr contents when the Nb content is 1 atomic %. A TiAl alloy may have an Nb content of 1 atomic % and Al and Zr contents within the composition range bounded by four points shown in Figure 2: S1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %), S2 (Al: 48 atomic %, Zr: 2 atomic %), S3 (Al: 48 atomic %, Zr: 3 atomic %), and S4 (Al: 47 atomic %, Zr: 5 atomic %). That is, the TiAl alloy may contain 1 atomic % Nb, 0.05 atomic % to 0.3 atomic % B, and Al and Zr within the composition range bounded by four points S1, S2, S3, and S4 shown in Figure 2, with the balance being Ti and unavoidable impurities. When a TiAl alloy has this alloy composition, the solidification mode can be alpha solidification only. This prevents the solidification from occurring due to γ solidification, further suppressing the anisotropy of the metal structure. Furthermore, the further suppression of the anisotropy of the metal structure makes the mechanical properties of the TiAl alloy more isotropic. For example, such a TiAl alloy may contain 1 atomic % Nb, 0.05 atomic % to 0.3 atomic % B, 47 atomic % to 48 atomic % Al, and 2 atomic % to 3 atomic % Zr, with the balance being Ti and unavoidable impurities.

図3は、Nbの含有率が2原子%のときのAl及びZrの含有率の関係を示す図である。TiAl合金は、Nbの含有率が2原子%であり、Al及びZrの含有率が、図3に示すT1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)、T2点(Al:49原子%、Zr:2原子%)、T3点(Al:49原子%、Zr:3原子%)、T4点(Al:48原子%、Zr:4原子%)、T5点(Al:47原子%、Zr:4原子%)の5点で囲まれた組成範囲で構成されていてもよい。すなわちTiAl合金は、2原子%のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、図3に示すT1点、T2点、T3点、T4点、T5点の5点で囲まれた組成範囲からなるAl及びZrと、を含有し、残部が、Tiと不可避的不純物とから構成されていてもよい。TiAl合金がこの合金組成で構成されている場合には、凝固形態をα凝固のみまたはα凝固+γ凝固にすることができる。これにより凝固形態がγ凝固のみからなる場合よりも、金属組織の異方性が抑制される。そして金属組織の異方性が抑制されることにより、TiAl合金の機械特性等が、より等方性になる。例えば、このようなTiAl合金は、2原子%のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、47原子%以上49原子%以下のAlと、2原子%以上3原子%以下のZrと、を含有し、残部が、Tiと不可避的不純物とから構成されていてもよい。また、このようなTiAl合金は、2原子%のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、47原子%以上48原子%以下のAlと、2原子%以上4原子%以下のZrと、を含有し、残部が、Tiと不可避的不純物とから構成されていてもよい。Figure 3 shows the relationship between the Al and Zr contents when the Nb content is 2 atomic %. The TiAl alloy may have an Nb content of 2 atomic % and Al and Zr contents within the composition range enclosed by the five points shown in Figure 3: T1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %), T2 (Al: 49 atomic %, Zr: 2 atomic %), T3 (Al: 49 atomic %, Zr: 3 atomic %), T4 (Al: 48 atomic %, Zr: 4 atomic %), and T5 (Al: 47 atomic %, Zr: 4 atomic %). That is, the TiAl alloy may contain 2 atomic % Nb, 0.05 atomic % to 0.3 atomic % B, and Al and Zr within the composition range enclosed by the five points shown in Figure 3: T1, T2, T3, T4, and T5, with the balance being Ti and unavoidable impurities. When a TiAl alloy is composed of this alloy composition, the solidification morphology can be α solidification only or α solidification + γ solidification. This suppresses the anisotropy of the metal structure compared to when the solidification morphology is γ solidification only. Furthermore, the suppression of the anisotropy of the metal structure makes the mechanical properties of the TiAl alloy more isotropic. For example, such a TiAl alloy may contain 2 atomic % Nb, 0.05 atomic % to 0.3 atomic % B, 47 atomic % to 49 atomic % Al, and 2 atomic % to 3 atomic % Zr, with the balance being Ti and unavoidable impurities. Alternatively, such a TiAl alloy may contain 2 atomic % Nb, 0.05 atomic % to 0.3 atomic % B, 47 atomic % to 48 atomic % Al, and 2 atomic % to 4 atomic % Zr, with the balance being Ti and unavoidable impurities.

図4は、Nbの含有率が2原子%のときのAl及びZrの含有率の関係を示す図である。TiAl合金は、Nbの含有率が2原子%であり、Al及びZrの含有率が、図4に示すW1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)、W2点(Al:49原子%、Zr:2原子%)、W3点(Al:48原子%、Zr:4原子%)、W4点(Al:47原子%、Zr:4原子%)の4点で囲まれた組成範囲で構成されていてもよい。すなわちTiAl合金は、2原子%のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、図4に示すW1点、W2点、W3点、W4点の4点で囲まれた組成範囲からなるAl及びZrと、を含有し、残部が、Tiと不可避的不純物とから構成されていてもよい。TiAl合金がこの合金組成で構成されている場合には、凝固形態をα凝固のみにすることができる。これにより凝固形態にγ凝固が含まれていないので、金属組織の異方性が更に抑制される。そして金属組織の異方性が更に抑制されることにより、TiAl合金の機械特性等が、更に等方性になる。例えば、このようなTiAl合金は、2原子%のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、47原子%以上48原子%以下のAlと、2原子%以上4原子%以下のZrと、を含有し、残部が、Tiと不可避的不純物とから構成されていてもよい。Figure 4 shows the relationship between the Al and Zr contents when the Nb content is 2 atomic %. A TiAl alloy may have an Nb content of 2 atomic % and Al and Zr contents within the composition range bounded by four points shown in Figure 4: W1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %), W2 (Al: 49 atomic %, Zr: 2 atomic %), W3 (Al: 48 atomic %, Zr: 4 atomic %), and W4 (Al: 47 atomic %, Zr: 4 atomic %). That is, the TiAl alloy may contain 2 atomic % Nb, 0.05 atomic % to 0.3 atomic % B, and Al and Zr within the composition range bounded by four points shown in Figure 4: W1, W2, W3, and W4, with the balance being Ti and unavoidable impurities. When a TiAl alloy has this alloy composition, the solidification mode can be alpha solidification only. This prevents the solidification from occurring due to γ solidification, further suppressing the anisotropy of the metal structure. Furthermore, the further suppression of the anisotropy of the metal structure makes the mechanical properties of the TiAl alloy more isotropic. For example, such a TiAl alloy may contain 2 atomic % Nb, 0.05 atomic % to 0.3 atomic % B, 47 atomic % to 48 atomic % Al, and 2 atomic % to 4 atomic % Zr, with the balance being Ti and unavoidable impurities.

図5は、Nbの含有率が1原子%以上2原子%以下のときのAl及びZrの含有率の関係を示す図である。TiAl合金は、Nbの含有率が1原子%以上2原子%以下であるとき、Al及びZrの含有率が、図5に示すX1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)、X2点(Al:48原子%、Zr:2原子%)、X3点(Al:48原子%、Zr:4原子%)、X4点(Al:47原子%、Zr:4原子%)の4点で囲まれた組成範囲で構成されていてもよい。すなわちTiAl合金は、1原子%以上2原子%以下のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、図5に示すX1点、X2点、X3点、X4点の4点で囲まれた組成範囲からなるAl及びZrと、を含有し、残部が、Tiと不可避的不純物とから構成されていてもよい。Figure 5 shows the relationship between the Al and Zr contents when the Nb content is 1 atomic % or more and 2 atomic % or less. When the Nb content of a TiAl alloy is 1 atomic % or more and 2 atomic % or less, the Al and Zr contents may be within the composition range enclosed by four points shown in Figure 5: X1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %), X2 (Al: 48 atomic %, Zr: 2 atomic %), X3 (Al: 48 atomic %, Zr: 4 atomic %), and X4 (Al: 47 atomic %, Zr: 4 atomic %). That is, the TiAl alloy may contain 1 atomic % or more and 2 atomic % Nb, 0.05 atomic % or more and 0.3 atomic % B, and Al and Zr within the composition range enclosed by the four points X1, X2, X3, and X4 shown in Figure 5, with the remainder being Ti and unavoidable impurities.

なお、図5に示すX1点、X2点、X3点、X4点の4点で囲まれた組成範囲は、図1に示すR1点、R2点、R3点、R4点の4点で囲まれた組成範囲と、図3に示すT1点、T2点、T3点、T4点、T5点の5点で囲まれた組成範囲との重なった組成範囲を示している。TiAl合金がこの合金組成で構成されている場合には、凝固形態をα凝固のみまたはα凝固+γ凝固にすることができる。これにより凝固形態がγ凝固のみからなる場合よりも、金属組織の異方性が抑制される。そして金属組織の異方性が抑制されることにより、TiAl合金の機械特性等が、より等方性になる。例えば、このようなTiAl合金は、1原子%以上2原子%以下のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、47原子%以上48原子%以下のAlと、2原子%以上4原子%以下のZrと、を含有し、残部が、Tiと不可避的不純物とから構成されていてもよい。 Note that the composition range enclosed by four points X1, X2, X3, and X4 in Figure 5 represents the overlapping composition range between the composition range enclosed by four points R1, R2, R3, and R4 in Figure 1 and the composition range enclosed by five points T1, T2, T3, T4, and T5 in Figure 3. When a TiAl alloy is composed of this alloy composition, the solidification morphology can be alpha solidification only or alpha solidification + gamma solidification. This suppresses the anisotropy of the metal structure compared to when the solidification morphology is gamma solidification only. Furthermore, suppressing the anisotropy of the metal structure makes the mechanical properties of the TiAl alloy more isotropic. For example, such a TiAl alloy may contain 1 atomic % to 2 atomic % Nb, 0.05 atomic % to 0.3 atomic % B, 47 atomic % to 48 atomic % Al, 2 atomic % to 4 atomic % Zr, and the remainder being Ti and unavoidable impurities.

図6は、Nbの含有率が1原子%以上2原子%以下のときのAl及びZrの含有率の関係を示す図である。TiAl合金は、Nbの含有率が1原子%以上2原子%以下であるとき、Al及びZrの含有率が、図6に示すY1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)、Y2点(Al:48原子%、Zr:2原子%)、Y3点(Al:48原子%、Zr:3原子%)、Y4点(Al:47.5原子%、Zr:4原子%)、Y5点(Al:47原子%、Zr:4原子%)、の5点で囲まれた組成範囲で構成されていてもよい。すなわちTiAl合金は、1原子%以上2原子%以下のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、図6に示すY1点、Y2点、Y3点、Y4点、Y5点の5点で囲まれた組成範囲からなるAl及びZrと、を含有し、残部が、Tiと不可避的不純物とから構成されていてもよい。 Figure 6 shows the relationship between the Al and Zr contents when the Nb content is 1 atomic % or more and 2 atomic % or less. When the Nb content of a TiAl alloy is 1 atomic % or more and 2 atomic % or less, the Al and Zr contents may be within the composition range surrounded by five points shown in Figure 6: Y1 point (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %), Y2 point (Al: 48 atomic %, Zr: 2 atomic %), Y3 point (Al: 48 atomic %, Zr: 3 atomic %), Y4 point (Al: 47.5 atomic %, Zr: 4 atomic %), and Y5 point (Al: 47 atomic %, Zr: 4 atomic %). That is, the TiAl alloy may contain 1 atomic % or more and 2 atomic % or less of Nb, 0.05 atomic % or more and 0.3 atomic % or less of B, Al and Zr having a composition range surrounded by five points Y1, Y2, Y3, Y4, and Y5 shown in Figure 6, and the remainder may be composed of Ti and unavoidable impurities.

なお、図6に示すY1点、Y2点、Y3点、Y4点、Y5点の5点で囲まれた組成範囲は、図2に示すS1点、S2点、S3点、S4点の4点で囲まれた組成範囲と、図4に示すW1点、W2点、W3点、W4点の4点で囲まれた組成範囲との重なった組成範囲を示している。TiAl合金がこの合金組成で構成されている場合には、凝固形態をα凝固のみにすることができる。これにより凝固形態にγ凝固が含まれていないので、金属組織の異方性が更に抑制される。そして金属組織の異方性が更に抑制されることにより、TiAl合金の機械特性等が、更に等方性になる。例えば、このようなTiAl合金は、1原子%以上2原子%以下のNbと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、47原子%以上48原子%以下のAlと、2原子%以上3原子%以下のZrと、を含有し、残部が、Tiと不可避的不純物とから構成されていてもよい。The composition range bounded by five points Y1, Y2, Y3, Y4, and Y5 in Figure 6 represents the overlapping composition range between the composition range bounded by four points S1, S2, S3, and S4 in Figure 2 and the composition range bounded by four points W1, W2, W3, and W4 in Figure 4. When a TiAl alloy is composed of this alloy composition, the solidification mode can be limited to α solidification. This eliminates γ solidification, further suppressing the anisotropy of the metal structure. Furthermore, the further suppression of the anisotropy of the metal structure makes the mechanical properties of the TiAl alloy more isotropic. For example, such a TiAl alloy may contain 1 atomic % to 2 atomic % Nb, 0.05 atomic % to 0.3 atomic % B, 47 atomic % to 48 atomic % Al, and 2 atomic % to 3 atomic % Zr, with the remainder consisting of Ti and unavoidable impurities.

次に、TiAl合金の金属組織について説明する。TiAl合金の金属組織は、結晶粒径が100μm以下の微細な結晶粒で構成されている。これにより、TiAl合金の延性を向上させることができる。また、TiAl合金の金属組織は、ラメラ粒と、γ粒とから構成されており、Zrの偏析がない。ラメラ粒は、TiAlからなるα相と、TiAlからなるγ相とが層状に規則的に配列して形成されている。γ粒は、TiAlで形成されている。γ粒は、例えば、等軸状のγ粒である。γ粒の粒内には、粒径が0.1μm以下の硼化物を含んでいる。硼化物は、TiB、TiB等で針状等に構成されている。 Next, the metal structure of the TiAl alloy will be described. The metal structure of the TiAl alloy is composed of fine crystal grains with a crystal grain size of 100 μm or less. This can improve the ductility of the TiAl alloy. Furthermore, the metal structure of the TiAl alloy is composed of lamellar grains and γ grains, and there is no Zr segregation. The lamellar grains are formed by regularly arranging an α2 phase consisting of Ti3Al and a γ phase consisting of TiAl in layers. The γ grains are formed of TiAl. The γ grains are, for example, equiaxed γ grains. The γ grains contain borides with a grain size of 0.1 μm or less. The borides are composed of TiB, TiB2 , etc. , and are acicular, etc.

ラメラ粒は、引張強度、疲労強度、クリープ強度等の機械的強度を向上させることができる。γ粒は、延性と高温強度とを向上させることができる。粒径が0.1μm以下の微細な硼化物は、機械的強度を向上させることができる。TiAl合金の金属組織は、ラメラ粒とγ粒との合計の体積率を100体積%としたとき、γ粒の体積率が80体積%以上であり、残部がラメラ粒であるとよい。TiAl合金の金属組織がγ粒を主体として構成されるので、機械的強度と延性とをバランスよく向上させることができる。また、TiAl合金の金属組織は、Zrの偏析がないので、機械的強度や延性の低下を抑制することができる。 Lamellar grains can improve mechanical strength such as tensile strength, fatigue strength, and creep strength. γ grains can improve ductility and high-temperature strength. Fine borides with a grain size of 0.1 μm or less can improve mechanical strength. The metal structure of a TiAl alloy should have a volume fraction of γ grains of 80% or more by volume, with the remainder being lamellar grains, when the total volume fraction of lamellar grains and γ grains is 100% by volume. Because the metal structure of a TiAl alloy is primarily composed of γ grains, it can improve mechanical strength and ductility in a balanced manner. Furthermore, because the metal structure of a TiAl alloy does not have Zr segregation, it can suppress a decrease in mechanical strength and ductility.

次に、本開示の実施形態に係るTiAl合金の機械的特性について説明する。TiAl合金の室温における機械的特性は、JIS、ASTM等に準拠して引張試験を行ったとき、室温引張破断強度が600MPa以上であり、室温引張破断歪みが1.2%以上とすることができる。このように本開示の実施形態に係るTiAl合金によれば、機械的強度と延性とをバランスよく向上させることが可能となる。Next, the mechanical properties of the TiAl alloy according to the embodiment of the present disclosure will be described. When tensile tests are conducted in accordance with JIS, ASTM, etc., the mechanical properties of the TiAl alloy at room temperature can be such that the room temperature tensile fracture strength is 600 MPa or more and the room temperature tensile fracture strain is 1.2% or more. Thus, the TiAl alloy according to the embodiment of the present disclosure can achieve a balanced improvement in mechanical strength and ductility.

次に、本開示の実施形態に係るTiAl合金を用いたTiAl合金部品について説明する。TiAl合金部品は、航空機エンジン部品や発電用ガスタービンのタービン翼等への適用が可能である。図7は、タービン翼からなるTiAl合金部品10の構成を示す図である。上記のTiAl合金は高温強度等の機械的強度が大きいので、TiAl合金部品10の耐熱性を向上させることができる。また、上記のTiAl合金は室温延性等の延性に優れているので、TiAl合金部品10の組立てや組付けをする場合でも、TiAl合金部品10の破損を抑制できる。なおTiAl合金部品は、航空機エンジン部品に限定されず、例えば、過給機用タービンホイール等の過給機部品、自動車エンジンバルブ等の車両用部品等であってもよい。Next, a TiAl alloy part using a TiAl alloy according to an embodiment of the present disclosure will be described. TiAl alloy parts can be applied to aircraft engine parts, turbine blades for power-generating gas turbines, and the like. Figure 7 shows the configuration of a TiAl alloy part 10 made of a turbine blade. The TiAl alloy has high mechanical strength, such as high-temperature strength, and can improve the heat resistance of the TiAl alloy part 10. Furthermore, the TiAl alloy has excellent ductility, such as room-temperature ductility, and can therefore suppress damage to the TiAl alloy part 10 even when assembling or installing it. Note that TiAl alloy parts are not limited to aircraft engine parts, and may also be, for example, supercharger parts, such as supercharger turbine wheels, or vehicle parts, such as automobile engine valves.

TiAl合金部品は、上記のTiAl合金を溶解して鋳造することができる。TiAl合金部品は、上記のTiAl合金を真空誘導炉等で溶解して鋳造することが可能である。鋳造には、一般的な金属材料の鋳造で用いられている鋳造装置を使用することができる。 TiAl alloy parts can be cast by melting the above-mentioned TiAl alloy. TiAl alloy parts can be cast by melting the above-mentioned TiAl alloy in a vacuum induction furnace or the like. Casting can be done using casting equipment that is used for casting general metallic materials.

TiAl合金部品は、上記のTiAl合金で形成されるTiAl合金粉末を原料粉末に用いて、金属粉末射出成形法(MIM法)や熱間等方圧加圧法(HIP法)等により粉末成形してもよい。TiAl合金粉末は、上記のTiAl合金で形成されており、焼成合成法、メカニカルアロイング法、プラズマ回転電極法、アトマイズ法(水アトマイズ法、ガスアトマイズ法)等により製造可能である。TiAl合金粉末は、急冷凝固粉末とするとよい。急冷凝固粉末は、合金液滴を急冷凝固して製造されるので、TiAl合金中に含まれるZrの偏析を更に抑制することができる。TiAl alloy parts may be powder molded using a TiAl alloy powder formed from the above-mentioned TiAl alloy as the raw material powder, using methods such as metal powder injection molding (MIM) and hot isostatic pressing (HIP). The TiAl alloy powder is formed from the above-mentioned TiAl alloy and can be produced by sintering synthesis, mechanical alloying, plasma rotating electrode processing, atomization (water atomization, gas atomization), and other methods. Rapidly solidified powder is preferably used as the TiAl alloy powder. Because rapidly solidified powder is produced by rapidly solidifying alloy droplets, it is possible to further suppress the segregation of Zr contained in the TiAl alloy.

次に、例として、熱間等方圧加圧法(HIP法)によりTiAl合金部品を製造する方法について説明する。図8は、TiAl合金部品の製造方法の構成を示すフローチャートである。TiAl合金部品の製造方法は、シール工程(S10)と、熱間等方圧加圧工程(S12)と、を備えている。Next, as an example, we will explain a method for manufacturing TiAl alloy parts using hot isostatic pressing (HIP). Figure 8 is a flowchart showing the configuration of the manufacturing method for TiAl alloy parts. The manufacturing method for TiAl alloy parts includes a sealing process (S10) and a hot isostatic pressing process (S12).

シール工程(S10)は、上記のTiAl合金で形成されるTiAl合金粉末を金属シースに充填してシールする工程である。原料粉末には、上記のTiAl合金で形成されるTiAl合金粉末が用いられる。TiAl合金粉末には、ガスアトマイズ法等により製造された急冷凝固粉末を用いるとよい。TiAl合金粉末は、金属シースに充填されてシールされる。金属シースには、純チタンで形成されたチタンシースを用いるとよい。チタンシースの厚みは、例えば、1mmとするとよい。金属シースに充填されたTiAl合金粉末は、真空脱気した後に、電子ビーム溶接等でシールされる。 The sealing process (S10) is a process in which TiAl alloy powder made from the above-mentioned TiAl alloy is filled into a metal sheath and sealed. The raw material powder is TiAl alloy powder made from the above-mentioned TiAl alloy. Rapidly solidified powder produced by a gas atomization method or the like can be used as the TiAl alloy powder. The TiAl alloy powder is filled into a metal sheath and sealed. A titanium sheath made from pure titanium can be used as the metal sheath. The thickness of the titanium sheath can be, for example, 1 mm. The TiAl alloy powder filled into the metal sheath is vacuum degassed and then sealed by electron beam welding or the like.

熱間等方圧加圧工程(S12)は、金属シースに充填されたTiAl合金粉末を、1200℃以上1300℃以下、150MPa以上で熱間等方圧加圧処理する工程である。金属シースに充填されたTiAl合金粉末を熱間等方圧加圧処理することにより、TiAl合金部品が成形される。熱間等方圧加圧処理は、加熱温度が1200℃以上1300℃以下、圧力が150MPa以上で行うことができる。圧力は、例えば、150MPa以上200MPa以下とするとよい。加熱温度での保持時間は、3時間以上とすることができる。加熱温度での保持時間は、例えば、3時間以上5時間以下とするとよい。熱間等方圧加圧後には、圧力を開放して900℃まで炉冷し、900℃以下で急冷するとよい。このような冷却方法を行うことにより、TiAl合金部品の割れを抑制することができる。900℃からの急冷は、空冷以上の冷却速度とするとよく、ガスファン冷却等で行うことが可能である。The hot isostatic pressing process (S12) involves hot isostatic pressing the TiAl alloy powder filled into the metal sheath at 1200°C to 1300°C and 150 MPa or higher. Hot isostatic pressing of the TiAl alloy powder filled into the metal sheath results in the formation of a TiAl alloy part. Hot isostatic pressing can be performed at a heating temperature of 1200°C to 1300°C and a pressure of 150 MPa or higher. The pressure can be, for example, 150 MPa to 200 MPa. The holding time at the heating temperature can be 3 hours or longer. The holding time at the heating temperature can be, for example, 3 hours to 5 hours. After hot isostatic pressing, the pressure can be released, the product can be furnace-cooled to 900°C, and then rapidly cooled to 900°C or lower. This cooling method can prevent cracking of the TiAl alloy part. Rapid cooling from 900° C. should be performed at a cooling rate faster than air cooling, and can be performed by gas fan cooling or the like.

TiAl合金部品の製造方法は、熱間等方圧加圧工程(S12)の後に、800℃以上950℃以下で1時間以上5時間以下保持して応力除去する応力除去工程を備えていてもよい。これによりTiAl合金部品の残留応力等が除去されるので、TiAl合金部品の延性を向上させることができる。 The manufacturing method for TiAl alloy parts may include a stress relief step after the hot isostatic pressing step (S12), in which stress is relieved by holding the part at 800°C or higher and 950°C or lower for 1 hour or higher and 5 hours or lower. This removes residual stress and other imperfections from the TiAl alloy part, thereby improving the ductility of the TiAl alloy part.

熱間等方圧加圧処理や応力除去は、酸化防止のために、真空雰囲気中や、アルゴンガス等による不活性ガス雰囲気中で行われるとよい。熱間等方圧加圧処理には、一般的な金属材料の熱間等方圧加圧に用いられるHIP装置等を使用可能である。応力除去には、一般的な金属材料の応力除去焼きなましに用いられる雰囲気炉等を使用可能である。なお、熱間等方圧加圧工程(S12)や応力除去工程の後に、金属組織を調整するための熱処理工程を設けてもよい。 To prevent oxidation, hot isostatic pressing and stress relief are preferably carried out in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere such as argon gas. For hot isostatic pressing, a HIP apparatus, which is used for hot isostatic pressing of general metal materials, can be used. For stress relief, an atmospheric furnace, which is used for stress relief annealing of general metal materials, can be used. After the hot isostatic pressing process (S12) or stress relief process, a heat treatment process to adjust the metal structure may be carried out.

以上、上記構成のTiAl合金は、47原子%以上50原子%以下のAlと、1原子%以上2原子%以下のNbと、2原子%以上5原子%以下のZrと、0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、を含有し、残部がTiと不可避的不純物とから構成されている。これにより、TiAl合金の機械的強度と延性とをバランスよく向上させることができる。 As described above, the TiAl alloy of the above composition contains 47 atomic % to 50 atomic % Al, 1 atomic % to 2 atomic % Nb, 2 atomic % to 5 atomic % Zr, and 0.05 atomic % to 0.3 atomic % B, with the remainder being Ti and unavoidable impurities. This allows for a balanced improvement in the mechanical strength and ductility of the TiAl alloy.

TiAl合金の凝固形態について評価した。実施例1から18のTiAl合金について説明する。実施例1から18のTiAl合金は、Alと、Nbと、Zrと、Bと、を含み、残部がTiと不可避的不純物とから構成されている。各TiAl合金の合金組成を表1に示す。The solidification morphology of TiAl alloys was evaluated. The TiAl alloys of Examples 1 to 18 are described below. The TiAl alloys of Examples 1 to 18 contain Al, Nb, Zr, and B, with the balance consisting of Ti and unavoidable impurities. The alloy composition of each TiAl alloy is shown in Table 1.

実施例1から9のTiAl合金は、Nbの含有率を1原子%、Bの含有率を0.2原子%とし、Alの含有率を47原子%から50原子%、Zrの含有率を3原子%から5原子%の範囲で変化させた。実施例10から18のTiAl合金は、Nbの含有率を2原子%、Bの含有率を0.2原子%とし、Alの含有率を48原子%から50原子%、Zrの含有率を2原子%から4原子%の範囲で変化させた。The TiAl alloys of Examples 1 to 9 had an Nb content of 1 atomic %, a B content of 0.2 atomic %, an Al content of 47 atomic % to 50 atomic %, and a Zr content of 3 atomic % to 5 atomic %. The TiAl alloys of Examples 10 to 18 had an Nb content of 2 atomic %, a B content of 0.2 atomic %, an Al content of 48 atomic % to 50 atomic %, and a Zr content of 2 atomic % to 4 atomic %.

表1に示す合金組成の各TiAl合金原料を高周波真空溶解炉にて溶解して鋳造し、各合金組成からなるTiAl合金のインゴットを形成した。そしてTiAl合金の金属組織観察を行って、凝固形態を評価した。図9は、実施例1から9のTiAl合金の金属組織観察結果を示す写真である。図10は、実施例10から18のTiAl合金の金属組織観察結果を示す写真である。 Each TiAl alloy raw material having the alloy composition shown in Table 1 was melted in a high-frequency vacuum melting furnace and cast to form a TiAl alloy ingot having each alloy composition. The TiAl alloy was then subjected to metallographic observation to evaluate the solidification form. Figure 9 is a photograph showing the results of metallographic observation of the TiAl alloys of Examples 1 to 9. Figure 10 is a photograph showing the results of metallographic observation of the TiAl alloys of Examples 10 to 18.

実施例1から2のTiAl合金は、凝固形態がα凝固のみであった。実施例3のTiAl合金は、凝固形態がα凝固+γ凝固であった。実施例4から9のTiAl合金は、凝固形態がγ凝固のみであった。実施例10から13のTiAl合金は、凝固形態がα凝固のみであった。実施例14のTiAl合金は、凝固形態がα凝固+γ凝固であった。実施例15から18のTiAl合金は、凝固形態がγ凝固のみであった。 The solidification morphology of the TiAl alloys of Examples 1 and 2 was only α solidification. The solidification morphology of the TiAl alloy of Example 3 was α solidification + γ solidification. The solidification morphology of the TiAl alloys of Examples 4 to 9 was only γ solidification. The solidification morphology of the TiAl alloys of Examples 10 to 13 was only α solidification. The solidification morphology of the TiAl alloy of Example 14 was α solidification + γ solidification. The solidification morphology of the TiAl alloys of Examples 15 to 18 was only γ solidification.

図11は、実施例1から9のTiAl合金の凝固形態を示すグラフである。図12は、実施例10から18のTiAl合金の凝固形態を示すグラフである。図11及び図12のグラフでは、横軸にZr量(原子%)を取り、縦軸にAl量(原子%)を取り、凝固形態がα凝固のみを丸、凝固形態がα凝固+γ凝固を三角形、凝固形態がγ凝固のみを四角形で示している。なお、図11には、上述した図1に示すR1点、R2点、R3点、R4点の4点と、上述した図2に示すS1点、S2点、S3点、S4点の4点とを合わせて記載した。図12には、上述した図3に示すT1点、T2点、T3点、T4点、T5点の5点と、上述した図4に示すW1点、W2点、W3点、W4点の4点とを合わせて記載した。Figure 11 is a graph showing the solidification morphology of the TiAl alloys of Examples 1 to 9. Figure 12 is a graph showing the solidification morphology of the TiAl alloys of Examples 10 to 18. In the graphs of Figures 11 and 12, the horizontal axis represents the Zr content (atomic %) and the vertical axis represents the Al content (atomic %). Circles indicate α solidification only, triangles indicate α and γ solidification, and squares indicate γ solidification only. Note that Figure 11 also shows the four points R1, R2, R3, and R4 shown in Figure 1, as well as the four points S1, S2, S3, and S4 shown in Figure 2. Figure 12 also shows the five points T1, T2, T3, T4, and T5 shown in Figure 3, as well as the four points W1, W2, W3, and W4 shown in Figure 4.

Alの含有率が大きくなると、TiAl合金の凝固形態が、α凝固やα凝固+γ凝固からγ凝固に変化する傾向があることが明らかとなった。例えば、図11に示すようにNbの含有率が1原子%の場合には、Zrの含有率が3原子%から5原子%のとき、Alの含有率が49原子%以上で凝固形態がγ凝固のみとなった。また、図12に示すようにNbの含有率が2原子%の場合には、Zrの含有率が2原子%から4原子%のとき、Alの含有率が50原子%以上で凝固形態がγ凝固のみとなった。It has been revealed that as the Al content increases, the solidification morphology of TiAl alloys tends to change from α solidification or α + γ solidification to γ solidification. For example, as shown in Figure 11, when the Nb content is 1 atomic %, when the Zr content is 3 atomic % to 5 atomic %, the solidification morphology becomes γ solidification only when the Al content is 49 atomic % or more. Also, as shown in Figure 12, when the Nb content is 2 atomic %, when the Zr content is 2 atomic % to 4 atomic %, the solidification morphology becomes γ solidification only when the Al content is 50 atomic % or more.

Zrの含有率が大きくなると、TiAl合金の凝固形態が、α凝固やα凝固+γ凝固からγ凝固に変化する傾向があることが明らかとなった。例えば、図11に示すようにNbの含有率が1原子%、Alの含有率が48原子%の場合では、Zrの含有率が3原子%のときがα凝固のみ、Zrの含有率が4原子%のときがα凝固+γ凝固、Zrの含有率が5原子%のときがγ凝固のみとなった。また、図12に示すようにNbの含有率が2原子%、Alの含有率が49原子%の場合では、Zrの含有率が2原子%のときがα凝固のみ、Zrの含有率が3原子%のときがα凝固+γ凝固、Zrの含有率が4原子%のときがγ凝固のみとなった。It has been revealed that as the Zr content increases, the solidification morphology of TiAl alloys tends to change from α solidification or α solidification + γ solidification to γ solidification. For example, as shown in Figure 11, when the Nb content is 1 atomic % and the Al content is 48 atomic %, only α solidification occurs when the Zr content is 3 atomic %, α solidification + γ solidification occurs when the Zr content is 4 atomic %, and only γ solidification occurs when the Zr content is 5 atomic %. Also, as shown in Figure 12, when the Nb content is 2 atomic % and the Al content is 49 atomic %, only α solidification occurs when the Zr content is 2 atomic %, α solidification + γ solidification occurs when the Zr content is 3 atomic %, and only γ solidification occurs when the Zr content is 4 atomic %.

Nbの含有率が大きくなると、TiAl合金の凝固形態が、γ凝固からα凝固+γ凝固やα凝固に変化する傾向があることが明らかとなった。例えば、Alの含有率が49原子%、Zrの含有率が3原子%の場合では、図11に示すようにNbの含有率が1原子%のときがγ凝固のみとなり、図12に示すようにNbの含有率が2原子%のときがα凝固+γ凝固となった。It has been revealed that as the Nb content increases, the solidification morphology of TiAl alloys tends to change from gamma solidification to alpha solidification + gamma solidification or alpha solidification. For example, when the Al content is 49 atomic % and the Zr content is 3 atomic %, gamma solidification alone occurs when the Nb content is 1 atomic %, as shown in Figure 11, and alpha solidification + gamma solidification occurs when the Nb content is 2 atomic %, as shown in Figure 12.

図11のグラフから、Nbの含有率が1原子%であり、Al及びZrの含有率が、上述した図1に示すR1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)、R2点(Al:48原子%、Zr:2原子%)、R3点(Al:48原子%、Zr:4原子%)、R4点(Al:47原子%、Zr:5原子%)の4点で囲まれた組成範囲で構成されている場合には、凝固形態がα凝固のみまたはα凝固+γ凝固になることがわかった。 From the graph in Figure 11, it was found that when the Nb content is 1 atomic % and the Al and Zr contents are in the composition range surrounded by the four points R1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %), R2 (Al: 48 atomic %, Zr: 2 atomic %), R3 (Al: 48 atomic %, Zr: 4 atomic %), and R4 (Al: 47 atomic %, Zr: 5 atomic %) shown in Figure 1 above, the solidification form will be α solidification only or α solidification + γ solidification.

次に、この理由について説明する。まず図11からR3点(Al:48原子%、Zr:4原子%)がα凝固+γ凝固であり、R4点(Al:47原子%、Zr:5原子%)がα凝固のみであることは明らかである。R1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)は、R4点(Al:47原子%、Zr:5原子%)よりもZrの含有率が小さいのでα凝固のみになる。R2点(Al:48原子%、Zr:2原子%)は、図11の点(Al:48原子%、Zr:3原子%)よりもZrの含有率が小さいのでα凝固のみになる。したがってAl及びZrの含有率が、上述した図1に示すR1点、R2点、R3点、R4点の4点で囲まれた組成範囲で構成されている場合には、凝固形態がα凝固のみまたはα凝固+γ凝固になる。Next, we will explain the reason for this. First, it is clear from Figure 11 that point R3 (Al: 48 atomic %, Zr: 4 atomic %) is alpha solidification + gamma solidification, and point R4 (Al: 47 atomic %, Zr: 5 atomic %) is alpha solidification only. Point R1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %) has a lower Zr content than point R4 (Al: 47 atomic %, Zr: 5 atomic %), so it is alpha solidification only. Point R2 (Al: 48 atomic %, Zr: 2 atomic %) has a lower Zr content than point R4 (Al: 47 atomic %, Zr: 3 atomic %), so it is alpha solidification only. Therefore, when the Al and Zr contents are within the composition range surrounded by the four points R1, R2, R3, and R4 shown in Figure 1 above, the solidification morphology will be alpha solidification only or alpha solidification + gamma solidification.

図11のグラフから、Nbの含有率が1原子%であり、Al及びZrの含有率が、上述した図2に示すS1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)、S2点(Al:48原子%、Zr:2原子%)、S3点(Al:48原子%、Zr:3原子%)、S4点(Al:47原子%、Zr:5原子%)の4点で囲まれた組成範囲で構成されている場合には、凝固形態がα凝固のみになることがわかった。 From the graph in Figure 11, it was found that when the Nb content is 1 atomic % and the Al and Zr contents are in the composition range surrounded by the four points S1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %), S2 (Al: 48 atomic %, Zr: 2 atomic %), S3 (Al: 48 atomic %, Zr: 3 atomic %), and S4 (Al: 47 atomic %, Zr: 5 atomic %) shown in Figure 2 above, the solidification form is only alpha solidification.

次に、この理由について説明する。まず図11からS3点(Al:48原子%、Zr:3原子%)及びS4点(Al:47原子%、Zr:5原子%)が、α凝固のみであることは明らかである。S1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)は、S4点(Al:47原子%、Zr:5原子%)よりもZrの含有率が小さいのでα凝固のみになる。また、S2点(Al:48原子%、Zr:2原子%)は、S3点(Al:48原子%、Zr:3原子%)よりもZrの含有率が小さいのでα凝固のみになる。したがってAl及びZrの含有率が、上述した図2に示すS1点、S2点、S3点、S4点の4点で囲まれた組成範囲で構成されている場合には、凝固形態がα凝固のみになる。Next, we will explain the reason for this. First, it is clear from Figure 11 that point S3 (Al: 48 atomic %, Zr: 3 atomic %) and point S4 (Al: 47 atomic %, Zr: 5 atomic %) are alpha solidification only. Point S1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %) has a lower Zr content than point S4 (Al: 47 atomic %, Zr: 5 atomic %), so it is alpha solidification only. Furthermore, point S2 (Al: 48 atomic %, Zr: 2 atomic %) has a lower Zr content than point S3 (Al: 48 atomic %, Zr: 3 atomic %), so it is alpha solidification only. Therefore, when the Al and Zr contents are within the composition range surrounded by the four points S1, S2, S3, and S4 shown in Figure 2 above, the solidification form is alpha solidification only.

図12のグラフから、Nbの含有率が2原子%であり、Al及びZrの含有率が、上述した図3に示すT1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)、T2点(Al:49原子%、Zr:2原子%)、T3点(Al:49原子%、Zr:3原子%)、T4点(Al:48原子%、Zr:4原子%)、T5点(Al:47原子%、Zr:4原子%)の5点で囲まれた組成範囲で構成されている場合には、凝固形態がα凝固のみまたはα凝固+γ凝固になることがわかった。 From the graph in Figure 12, it was found that when the Nb content is 2 atomic % and the Al and Zr contents are in the composition range surrounded by the five points shown in Figure 3 above, namely, T1 point (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %), T2 point (Al: 49 atomic %, Zr: 2 atomic %), T3 point (Al: 49 atomic %, Zr: 3 atomic %), T4 point (Al: 48 atomic %, Zr: 4 atomic %), and T5 point (Al: 47 atomic %, Zr: 4 atomic %), the solidification form will be α solidification only or α solidification + γ solidification.

次に、この理由について説明する。まず図12からT2点(Al:49原子%、Zr:2原子%)及びT4点(Al:48原子%、Zr:4原子%)がα凝固のみであり、T3点(Al:49原子%、Zr:3原子%)がα凝固+γ凝固であることは明らかである。T1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)は、T2点(Al:49原子%、Zr:2原子%)よりもAlの含有率が小さいのでα凝固のみになる。また、T5点(Al:47原子%、Zr:4原子%)は、T4点(Al:48原子%、Zr:4原子%)よりもAlの含有率が小さいのでα凝固のみになる。したがってAl及びZrの含有率が、上述した図3に示すT1点、T2点、T3点、T4点、T5点の5点で囲まれた組成範囲で構成されている場合には、凝固形態がα凝固のみまたはα凝固+γ凝固になる。Next, we will explain the reason for this. First, it is clear from Figure 12 that points T2 (Al: 49 atomic %, Zr: 2 atomic %) and T4 (Al: 48 atomic %, Zr: 4 atomic %) are alpha solidification only, while point T3 (Al: 49 atomic %, Zr: 3 atomic %) is alpha solidification + gamma solidification. Point T1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %) has a lower Al content than point T2 (Al: 49 atomic %, Zr: 2 atomic %), so it is alpha solidification only. Furthermore, point T5 (Al: 47 atomic %, Zr: 4 atomic %) has a lower Al content than point T4 (Al: 48 atomic %, Zr: 4 atomic %), so it is alpha solidification only. Therefore, when the Al and Zr contents are within the composition range enclosed by the five points T1, T2, T3, T4, and T5 shown in Figure 3 above, the solidification mode will be alpha solidification only or alpha solidification + gamma solidification.

図12のグラフから、Nbの含有率が2原子%であり、Al及びZrの含有率が、上述した図4に示すW1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)、W2点(Al:49原子%、Zr:2原子%)、W3点(Al:48原子%、Zr:4原子%)、W4点(Al:47原子%、Zr:4原子%)の4点で囲まれた組成範囲で構成されている場合には、凝固形態がα凝固のみになることがわかった。 From the graph in Figure 12, it was found that when the Nb content is 2 atomic % and the Al and Zr contents are in the composition range surrounded by the four points shown in Figure 4 above, namely, point W1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %), point W2 (Al: 49 atomic %, Zr: 2 atomic %), point W3 (Al: 48 atomic %, Zr: 4 atomic %), and point W4 (Al: 47 atomic %, Zr: 4 atomic %), the solidification form is only alpha solidification.

次に、この理由について説明する。まず図12からW2点(Al:49原子%、Zr:2原子%)及びW3点(Al:48原子%、Zr:4原子%)がα凝固のみであることは明らかである。W1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)は、W2点(Al:49原子%、Zr:2原子%)よりもAlの含有率が小さいのでα凝固のみになる。W4点(Al:47原子%、Zr:4原子%)は、W3点(Al:48原子%、Zr:4原子%)よりもAlの含有率が小さいのでα凝固のみになる。したがってAl及びZrの含有率が、上述した図4に示すW1点、W2点、W3点、W4点の4点で囲まれた組成範囲で構成されている場合には、凝固形態がα凝固のみになる。Next, we will explain the reason for this. First, it is clear from Figure 12 that points W2 (Al: 49 atomic %, Zr: 2 atomic %) and W3 (Al: 48 atomic %, Zr: 4 atomic %) are exclusively alpha solidification. Point W1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %) has a lower Al content than point W2 (Al: 49 atomic %, Zr: 2 atomic %), so it is exclusively alpha solidification. Point W4 (Al: 47 atomic %, Zr: 4 atomic %) has a lower Al content than point W3 (Al: 48 atomic %, Zr: 4 atomic %), so it is exclusively alpha solidification. Therefore, when the Al and Zr contents are within the composition range enclosed by the four points W1, W2, W3, and W4 shown in Figure 4 above, the solidification mode is exclusively alpha solidification.

図11及び図12のグラフから、Nbの含有率が1原子%以上2原子%以下であるとき、Al及びZrの含有率が、上述した図5に示すX1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)、X2点(Al:48原子%、Zr:2原子%)、X3点(Al:48原子%、Zr:4原子%)、X4点(Al:47原子%、Zr:4原子%)、の4点で囲まれた組成範囲で構成されている場合には、凝固形態がα凝固のみまたはα凝固+γ凝固になることがわかった。 From the graphs in Figures 11 and 12, it was found that when the Nb content is 1 atomic % or more and 2 atomic % or less, and the Al and Zr contents are composed of a composition range surrounded by four points shown in Figure 5 above, namely, point X1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %), point X2 (Al: 48 atomic %, Zr: 2 atomic %), point X3 (Al: 48 atomic %, Zr: 4 atomic %), and point X4 (Al: 47 atomic %, Zr: 4 atomic %), the solidification form will be α coagulation only or α coagulation + γ coagulation.

図11及び図12のグラフから、Nbの含有率が1原子%以上2原子%以下であるとき、Al及びZrの含有率が、上述した図6に示すY1点(Al:47原子%、Zr:2原子%)、Y2点(Al:48原子%、Zr:2原子%)、Y3点(Al:48原子%、Zr:3原子%)、Y4点(Al:47.5原子%、Zr:4原子%)、Y5点(Al:47原子%、Zr:4原子%)、の5点で囲まれた組成範囲で構成されている場合には、凝固形態がα凝固のみになることがわかった。 From the graphs in Figures 11 and 12, it was found that when the Nb content is 1 atomic % or more and 2 atomic % or less, the solidification mode is only α solidification when the Al and Zr contents are composed in the composition range surrounded by the five points shown in Figure 6 above: point Y1 (Al: 47 atomic %, Zr: 2 atomic %), point Y2 (Al: 48 atomic %, Zr: 2 atomic %), point Y3 (Al: 48 atomic %, Zr: 3 atomic %), point Y4 (Al: 47.5 atomic %, Zr: 4 atomic %), and point Y5 (Al: 47 atomic %, Zr: 4 atomic %).

次に、実施例1、11のTiAl合金で形成したTiAl合金粉末を用いて実施例A、Bの供試体を作製し、機械特性等を評価した。まず、実施例A、Bの供試体の作製方法について説明する。実施例A、Bの供試体は、熱間等方圧加圧法により粉末成形して作製した。Next, specimens of Examples A and B were prepared using the TiAl alloy powder formed from the TiAl alloys of Examples 1 and 11, and their mechanical properties were evaluated. First, the method for preparing the specimens of Examples A and B will be explained. The specimens of Examples A and B were prepared by powder molding using the hot isostatic pressing method.

まず、TiAl合金粉末を純チタンシースに充填してシールした。実施例Aの供試体には、実施例1のTiAl合金で形成されたTiAl合金粉末を用いた。実施例Bの供試体には、実施例11のTiAl合金で形成されたTiAl合金粉末を用いた。実施例1、11のTiAl合金で形成されたTiAl合金粉末には、ガスアトマイズ法により製造された急冷凝固粉末を用いた。純チタンシースに充填されたTiAl合金粉末は、真空脱気した後に、電子ビーム溶接でシールした。 First, the TiAl alloy powder was filled into a pure titanium sheath and sealed. For the specimen of Example A, TiAl alloy powder formed from the TiAl alloy of Example 1 was used. For the specimen of Example B, TiAl alloy powder formed from the TiAl alloy of Example 11 was used. For the TiAl alloy powder formed from the TiAl alloy of Examples 1 and 11, rapidly solidified powder produced by gas atomization was used. The TiAl alloy powder filled into the pure titanium sheath was vacuum degassed and then sealed by electron beam welding.

純チタンシースに充填されたTiAl合金粉末を、1250℃、172MPa、3時間で熱間等方圧加圧処理した。熱間等方圧加圧後には、圧力を開放して900℃まで炉冷し、900℃以下で急冷した。900℃からの急冷は、ガスファン冷却で行った。このようにして実施例A、Bの供試体を作製した。 The TiAl alloy powder filled into a pure titanium sheath was hot isostatically pressed at 1250°C and 172 MPa for 3 hours. After hot isostatic pressing, the pressure was released and the material was furnace cooled to 900°C, then rapidly cooled below 900°C. Rapid cooling from 900°C was performed using a gas fan. In this way, specimens for Examples A and B were prepared.

実施例A、Bの供試体について、金属組織観察を行った。金属組織観察は、光学顕微鏡及び電子顕微鏡で行った。図13は、実施例A、Bの供試体の光学顕微鏡による金属組織観察結果を示す写真であり、図13(a)は、実施例Aの供試体の写真であり、図13(b)は、実施例Bの供試体の写真である。 Metal structure observations were performed on the specimens of Examples A and B. Metal structure observations were performed using an optical microscope and an electron microscope. Figure 13 is a photograph showing the results of metal structure observations of the specimens of Examples A and B using an optical microscope. Figure 13(a) is a photograph of the specimen of Example A, and Figure 13(b) is a photograph of the specimen of Example B.

実施例A、Bの供試体の金属組織は、結晶粒径が100μm以下の微細な結晶粒で構成されていた。実施例A、Bの供試体の金属組織は、ラメラ粒と、等軸状のγ粒とから構成されており、等軸状のγ粒の粒内に粒径が0.1μm以下の硼化物を含んでいた。実施例1、11の金属組織は、ラメラ粒と、等軸状のγ粒との合計の体積率を100体積%としたとき、等軸状のγ粒の体積率が80体積%以上であり、残部がラメラ粒から構成されていた。なお、各粒の体積率については、電子顕微鏡による金属組織写真における各粒のコントラストの情報から画像処理により各粒の面積率を算出し、これを各粒の体積率とした。また実施例A、Bの供試体の金属組織には、Zrの偏析が認められなかった。The metallographic structures of the specimens of Examples A and B were composed of fine crystal grains with a grain size of 100 μm or less. The metallographic structures of the specimens of Examples A and B were composed of lamellar grains and equiaxed gamma grains, with the equiaxed gamma grains containing borides with a grain size of 0.1 μm or less. In the metallographic structures of Examples 1 and 11, when the total volume fraction of lamellar grains and equiaxed gamma grains was taken as 100 volume percent, the volume fraction of equiaxed gamma grains was 80 volume percent or more, with the remainder being lamellar grains. The volume fraction of each grain was calculated by image processing using the contrast information of each grain in metallographic photographs taken with an electron microscope, and this was used as the volume fraction of each grain. Furthermore, no Zr segregation was observed in the metallographic structures of the specimens of Examples A and B.

次に、実施例A、Bの供試体の室温機械特性について評価した。実施例A、Bの供試体について、室温引張試験を行った。同様に、比較例Aの供試体について、室温引張試験を行った。比較例Aの供試体は、48原子%のAlと、2原子%のNbと、2原子%のCrと、を含み、残部がTiと不可避的不純物とからなるTiAl合金で形成した。Next, the room temperature mechanical properties of the specimens of Examples A and B were evaluated. Room temperature tensile tests were conducted on the specimens of Examples A and B. Similarly, room temperature tensile tests were conducted on the specimen of Comparative Example A. The specimen of Comparative Example A was formed from a TiAl alloy containing 48 atomic % Al, 2 atomic % Nb, and 2 atomic % Cr, with the balance being Ti and unavoidable impurities.

引張試験は、ASTM E8に準拠して行った。図14は、引張試験結果を示すグラフである。図14では、横軸に歪みを取り、縦軸に応力を取り、各供試体の応力―歪み曲線を示している。実施例A、Bの供試体は、比較例Aの供試体よりも、室温引張破断強度及び室温引張破断歪みが大きくなった。実施例A、Bの供試体は、室温引張破断強度が600MPa以上であり、室温引張破断歪みが1.2%以上であった。また、実施例Aの供試体は、室温引張破断強度が700MPa以上であり、実施例Bの供試体は、室温引張破断歪みが1.4%以上であった。この結果から、実施例A、Bの供試体は、機械的強度と延性とが優れており、機械的強度と延性とがバランスよく向上していることが明らかとなった。 The tensile test was conducted in accordance with ASTM E8. Figure 14 is a graph showing the tensile test results. Figure 14 shows the stress-strain curve for each specimen, with strain on the horizontal axis and stress on the vertical axis. The specimens of Examples A and B had greater room-temperature tensile breaking strength and room-temperature tensile breaking strain than the specimen of Comparative Example A. The specimens of Examples A and B had room-temperature tensile breaking strengths of 600 MPa or more and room-temperature tensile breaking strains of 1.2% or more. The specimen of Example A also had a room-temperature tensile breaking strength of 700 MPa or more, and the specimen of Example B had a room-temperature tensile breaking strain of 1.4% or more. These results demonstrate that the specimens of Examples A and B have excellent mechanical strength and ductility, demonstrating a well-balanced improvement in both mechanical strength and ductility.

実施例A、比較例Aの供試体について、クリープ試験を行った。クリープ試験は、JIS Z 2271に準拠して行った。図15は、クリープ試験結果を示すグラフである。図15のグラフにおいて、横軸にラーソンミラーパラメータ(Larson-Miller parameter)Pを取り、縦軸に比強度を取り、実施例Aの供試体を四角形、比較例Aの供試体を×で示している。なお、ラーソンミラーパラメータPは、P=T×log(t+C)で表されるパラメータである。Tは、絶対温度(K)であり、tは、破断時間(h)であり、Cは、材料定数である。なお、材料定数Cは、20とした。図15に示すように、実施例Aの供試体は、比較例Aの供試体よりもクリープ特性に優れていた。この結果から実施例Aの供試体は、比較例Aの供試体よりも高温強度特性に優れていることがわかった。 Creep tests were conducted on the specimens of Example A and Comparative Example A. The creep tests were conducted in accordance with JIS Z 2271. FIG. 15 is a graph showing the creep test results. In the graph of FIG. 15, the horizontal axis represents the Larson-Miller parameter P, the vertical axis represents the specific strength, and the specimens of Example A are represented by squares and the specimens of Comparative Example A by crosses. The Larson-Miller parameter P is a parameter expressed as P = T × log(t r + C), where T is the absolute temperature (K), t r is the time to rupture (h), and C is a material constant. The material constant C was set to 20. As shown in FIG. 15, the specimen of Example A had better creep properties than the specimen of Comparative Example A. This result indicates that the specimen of Example A had better high-temperature strength properties than the specimen of Comparative Example A.

本開示は、TiAl合金の機械的強度と延性とをバランスよく向上させることができるので、航空機エンジン部品や発電用ガスタービンのタービン翼等に有用なものである。 This disclosure can improve the mechanical strength and ductility of TiAl alloys in a balanced manner, making it useful for aircraft engine parts, turbine blades for power generation gas turbines, etc.

Claims (1)

47原子%以上49原子%以下のAlおよび2原子%以上3原子%以下のZrと、
2原子%のNbと、
0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、を含有し、
残部がTiと不可避的不純物とからなる、TiAl合金
または、
47原子%以上48原子%以下のAlおよび2原子%以上4原子%以下のZrと、
2原子%のNbと、
0.05原子%以上0.3原子%以下のBと、を含有し、
残部がTiと不可避的不純物とからなる、TiAl合金で形成されるTiAl合金粉末を金属シースに充填してシールするシール工程と、
前記金属シースでシールされたTiAl合金粉末を、1200℃以上1300℃以下、150MPa以上で熱間等方圧加圧処理する熱間等方圧加圧工程と、
を備える、TiAl合金部品の製造方法。
47 atomic % or more and 49 atomic % or less of Al and 2 atomic % or more and 3 atomic % or less of Zr;
2 atomic % Nb,
and 0.05 atomic % or more and 0.3 atomic % or less of B,
a TiAl alloy , the balance of which is Ti and unavoidable impurities;
or
47 atomic % or more and 48 atomic % or less of Al and 2 atomic % or more and 4 atomic % or less of Zr,
2 atomic % Nb,
and 0.05 atomic % or more and 0.3 atomic % or less of B,
a sealing step of filling a metal sheath with TiAl alloy powder, the balance of which is Ti and unavoidable impurities, and sealing the metal sheath;
a hot isostatic pressing step of hot isostatically pressing the TiAl alloy powder sealed with the metal sheath at 1200°C to 1300°C and 150 MPa or more;
A method for manufacturing a TiAl alloy part, comprising:
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