素粉末反応焼結法により作製したTiAl基複合材料の変形と破壊

• 研究課題/領域番号: 05223210
• 研究種目: 重点領域研究
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 友田 陽 茨城大学, 工学部, 教授 (90007782)
• 研究分担者: 辻本 得蔵 茨城大学, 工学部, 教授 (40250980) ; 磯西 和夫 茨城大学, 教育学部, 助教授 (50223061)
• 研究期間 (年度): 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円); 1993年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
• キーワード: 素粉末反応焼結 / TiAl基複合材料 / TiB_2 / 組織制御 / 高温強度

研究概要

金属間化合物が本来有する性質を巧みに利用して難加工性を回避し、高温強度をさらに向上させる方法として、高温でも軟化しにくいTiB_2粒子を分散させたTiAl系複合材料を素粉末反応焼結法で作製し、その特性を非複合材および溶解鍛造材料(非複合材)と比較することを試みた。
TiおよびAl-Mn合金粉末混合体を作り押出し加工により成形した(押出し比:295)。DSC測定により、反応は500℃〜630℃で完了する、すなわちAlの融点(660℃)以下で終了することがわかった。TiB_2の添加によって反応は低温側へ移ることも見いだした。この結果を基に温度制御し常圧下でかなり緻密な反応焼結体が得られることを明らかにした。1000℃長時間保持で均一化後、種々な熱処理を施しミクロ組織を変化させた。完全層状に近い組織や等軸粒組織に調整を試みた。ほぼ予想通りの結果が得られているが、組織制御とそれに及ぼすTiB_2の添加の影響に関しては現在も実験進行中であり、さらに検討が必要である。
強度に関して、典型的な等軸粒組織と層状組織を対象にTiB_2存在の有無の影響を調べることを目的に研究を進めている。圧縮試験を行ったところ、室温および800℃において反応焼結材は溶解鍛造材よりも変形応力がかなり高い。800℃における強度についてTiB_2複合材と非複合材を比較するとマトリックスの組織状態によって差があるが、前者の方が高く、最大で600MPa程度の変形応力が得られた。今後、引張試験を行いさらに詳しく検討する。
今年度開始の研究であったが実験手法がほぼ確立できた。今後、組織制御、材料試験、HIP下での焼結、などを補充して素粉末反応焼結法により作製したTiAl基複合材料の変形と破壊の特徴を溶解材との比較も含めて明確にする。