Ti-Al-X3元系状態図の実験および計算による決定

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650811
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 竹山 雅夫 東京工業大学, 工学部・金属工学部, 助教授 (30251622)
• Keywords: TiAl / 相平衡 / 格子安定度比 / 遷移包析反応 / 3元共析分解反応 / 相安定性

Research Abstract

軽量耐熱構造用材料として実用化が期待されているγ-TiAl基合金にCr,Nbなど、純Tiに対するβ-Ti安定化元素の第3元素添加効果を添加した場合、α-Ti→α_2-Ti_3Al規則・不規則変態温度(1452K)より高温域ではβ相領域がx_<Al>/x_<Ti>【approximately equal】1(xは添字元素のmol%)付近にまで張り出し、β+α+γ3相共存領域が現れる.また、この領域は温度の上昇に伴い高Al高第3元素濃度側へ移動する.このような実験によって求めた3相間の相平衡の温度依存性は、第3元素がそれぞれβ(bcc),α(hcp)及びγ(fcc)構造をとる場合のエネルギーの差と純Tiのそれらの比、すなわち格子安定度比を計算することによって説明できることを明らかにした.
また、α→α_2変態温度より低温域になると、β+α+γ3相平衡はβ+α_2+γ3相平衡へとの移り変わる.この高温α相の分解過程は、第3元素がα/α_2間の相安定性に及ぼす効果に強く依存することを明らかにした.すなわち、α相に対してα_2相を安定化させる効果を持つ場合には、高温α相はβ+α→α_2+γ遷移包析反応を経て分解・消滅し、一方、α_2相に対してα相を安定化させる効果を持つ場合には、α→β+α+γ3元共析分解反応を通じて消滅する.V及びNbは前者の効果を持つ元素である.
これらの平衡状態図の知見に基づき、2元系Ti-Al合金にβ安定化元素を添加すると、γ相はβ相と直接平衡し、2元系では共存しないβ相を介した組織形成経路が現れることを実験的に示し、β相を視野にいれて考えれば、γ-TiAl基合金の組織は大幅に制御できることを明らかにした.

Research Products

• [Publications] M.TAKEYAMA et al.: "Phase equilibria among α,α_2,β and γ phases in ternary Ti-Al-X systems at elevated temperatures" Titanium 95,Science and Technology,The Institute of Materials. 294-301 (1996)
• [Publications] 竹山雅夫 他1名: "γ-TiAl合金における相平行と組織形成-Ti-Al 2元系合金に及ぼす大3元素の影響-" まてりあ,日本金属学会報. 35-10. 1058-1064 (1996)
• [Publications] M.Takeyama et al.: "Phase equilibria and microstructural evolution of gamma TiAl alloys at elevated temperatures" J.Mater.Sci. (in press). (1997)
• [Publications] Y.Ohmura et al.: "Effect of alloying element on α(A3)→γ(Ll_0) phase transformation in γ-TiAl based alloys" J.Mater.Sci. (in press). (1997)