2相TiAl/Ti_3Al材のγ/γ界面における組成不均質と界面特性

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07650818
• 研究種目: 一般研究(C)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 乾 晴行 京都大学, 工学研究科, 助手 (30213135)
• キーワード: 軽量耐熱材料 / TiAl合金 / 層状組織 / 界面構造 / 組成不均質 / 高分解能電子顕微鏡法 / 電界放出型電子銃 / EDS分析

研究概要

少量のTi_3Al相を含むTiAl二相合金は軽量耐熱材料として,近年集中的に研究されている.このTiAl(γ)/Ti_3Al(α2)二相合金は,通常の凝固状態では特殊な層状組織を形成する.この層状組織中のTiAl相には6種の異なる方位を有するドメインが存在し、γ/α2界面の他に規則双晶境界,凝双晶境界,120°回転境界の3種のγ/γ界面が存在する.このような3種のγ/γ界面近傍での組成不均質を電界放出型電子銃搭載分析型高分解能電子顕微鏡を用いて直径0.5nmという極微細な電子プローブで調査した.供試材は,2元系およびCr,Mn,Nb,Ta,Moを添加した3元系合金とした.その結果,いかなる第3元素を添加してもエネルギーの低い規則双晶境界では,原子尺度でも界面は整合で,いかなる元素の偏析もなく全く組成不均一は見られなかった.ところが,120°回転境界,擬双晶境界の2種の高エネルギー境界では,界面で原子配列のミスフィットが見られ,特異な偏析挙動を伴なった組成不均質が見られた.すなわち,2元系ならびにMn,Nb添加材ではTi原子のみの偏析が見られ,Cr,Mo,Ta添加材ではTi原子のみならず当該第3元素の偏析が見られた.高分解能電子顕微鏡観察ではいずれの境界にも第2相は存在しないが,TiAl相,Ti_3Al相の分析結果を考慮すると,境界近傍の組成はTiAl相と平衡するTi_3Al相のそれに近いことがわかる.つまり,組成不均質は,高エネルギー境界の近傍でTi_3Al相に近い組成をとり,TiAl相のc/a比を1に近ずけることにより,高エネルギー境界のミスフィット歪を緩和するために起こるということが明かとなった.

研究成果

• [文献書誌] D. N. Wang: "Effects of Sn Additions on the Microstructures and Mechanical Propertie of Two-Phase TiAl Alloys" Intermetallics. 4. 191-200 (1996)
• [文献書誌] H. Inui: "Temperature Dependence of Yield Stress, Tensile Elongation and Deformation Structures in Polysynthetically Twinned(PST)Crystals of Ti-Al" Philosophical Magazine A. 72. 1609-1631 (1995)
• [文献書誌] M. Yamaguchi: "Gamma Titanium Aluminide Alloys" MRS Symp. Proc. on High-Temperature Ordered Intermetallic Alloys VI. 364. 3-16 (1995)
• [文献書誌] 乾晴行: "TiAl基2相合金におけるラメラ組織の形成過程" 日本金属学会誌. 59. 588-589 (1995)
• [文献書誌] H. Inui: "Compositional Variations at TiAl/TiAl Lamellar boundaries in Binary and Some Ternary PST TiAl" Philosophical Magazine A. (in press). (1996)
• [文献書誌] D. R. Johnson: "Directional Solidification and Microstructural Control of the TiAl/Ti_3Al Lamellar Microstructure in TiAl-Si Alloys" Acta Metallurgica et Materialia. (in press). (1996)