(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子百分率により２３％〜２４％のＡｌと、２１％〜２２％のＮｂと、Ｍｏ、Ｗ、ＨｆおよびＶから選択される１％〜２％の金属Ｍと、０．１％〜０．５％のＳｉと、０％〜２％のＴａと、１％〜２％のＺｒとを含み、ただし、Ｆｅ＋Ｎｉ≦４００ｐｐｍであることを条件としており、残部が、Ｔｉである、チタンを主成分とする金属間化合物合金であって、原子百分率により１．０５〜１．１５の範囲内のＡｌ／Ｎｂ比をさらに呈する、金属間化合物合金。
【請求項２】
請求項１に記載の合金を含む部品を含む、ターボ機械。
【請求項３】
請求項２に記載のターボ機械を含む、エンジン。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジンを含む、航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタンを主成分とする金属間化合物合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタンを主成分とするＴｉ２ＡｌＮｂ型金属間化合物合金が、仏国特許出願第９７／１６０５７号明細書に開示されている。このような合金は、最大６５０℃までの高い弾性限界、５５０℃での高い耐クリープ性および周囲温度での良好な延性を呈する。しかしながら、これらの合金は高温（６５０℃以上）において、下流側に置かれるディスクまたは高圧圧縮機のインペラ等、ターボ機械に関する特定用途向けとして不十分な耐クリープ性および耐酸化性を呈することもある。これらの部品は、圧縮機において最も熱くなる回転部品を構成するが、一般には、８より大きい比重のニッケル合金から製造されており、この結果、機械の重量に関する不利益をもたらす恐れがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、改善された高温での耐クリープ性を呈する、チタンを主成分とする新規なＴｉ２ＡｌＮｂ型合金が、必要とされている。
【０００４】
改善された高温での耐酸化性を呈する、チタンを主成分とする新規なＴｉ２ＡｌＮｂ型合金も、必要とされている。
【０００５】
チタンを主成分とする新種のＴｉ２ＡｌＮｂ型合金は、依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的のために、第１の態様において、本発明は、原子百分率により１６％〜２６％のＡｌと、１８％〜２８％のＮｂと、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、およびＶから選択される０％〜３％の金属Ｍと、０％〜０．８％のＳｉまたは０．１％〜２％のＳｉと、０％〜２％のＴａと、０％〜４％のＺｒとを含み、
ただし、Ｆｅ＋Ｎｉ≦４００パーツパーミリオン（ｐｐｍ）であることを条件としており、残部が、Ｔｉである、チタンを主成分とする金属間化合物合金を提供する。
【０００７】
Ｆｅ元素およびＮｉ元素の含有量が低いことにより、有利なことに本発明の合金は、改善された高温での耐クリープ性を呈する。
【０００８】
有利なことに、このような合金は、５５０℃の温度での８５０メガパスカル（ＭＰａ）超の弾性限度と、５５０℃〜６５０℃の範囲での高い耐クリープ性とを示すとともに、周囲温度で３．５％超の延性および１０００ＭＰａ超の弾性限界も示す。「周囲温度」という用語は、２０℃の温度であると理解すべきである。
【０００９】
そうではないと特に定められていない限り、Ｍｏ、Ｗ、ＨｆおよびＶから選択される複数の金属Ｍが合金中に存在する場合は、存在する各金属の原子百分率による含有量の合計が、指定された値の範囲内であると理解すべきである。例えば、ＭｏおよびＷが合金中に存在する場合、Ｍｏの原子百分率による含有量とＷの原子百分率との合計は、０％〜３％の範囲内である。
【００１０】
有利なことに、０〜２％の範囲内の原子含有量で存在するタンタルは、酸化の反応速度を低下させ、合金の耐クリープ性を増加させるのに役立つ。
【００１１】
一実施形態において、合金は、原子百分率によりＦｅ＋Ｎｉ≦３５０ｐｐｍ、例えばＦｅ＋Ｎｉ≦３００ｐｐｍであるという条件を満たすことができる。一実施形態において、合金は、原子百分率により
Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｒ≦３５０ｐｐｍ、例えばＦｅ＋Ｎｉ＋Ｃｒ≦３００ｐｐｍであるという条件を満たすことができる。好ましくは、合金は、原子百分率によりＦｅ≦２００ｐｐｍ、例えばＦｅ≦１５０ｐｐｍ、例えばＦｅ≦１００ｐｐｍであるという条件を満たすことができる。
【００１２】
好ましくは、原子百分率によるＡｌ／Ｎｂ比は、１〜１．３の範囲にあり得、例えば１〜１．２の範囲である。
【００１３】
有利なことに、このようなＡｌ／Ｎｂ比は、高温時の酸化に対する合金の耐性を改善するのに役立つ。
【００１４】
好ましくは、原子百分率によるＡｌ／Ｎｂ比は１．０５〜１．１５の範囲内である。
【００１５】
このようなＡｌ／Ｎｂ比は、高温時の酸化に対する良好な耐性を合金に付与するのに役立つ。
【００１６】
好ましくは、合金は、原子百分率により２０％〜２２％のＮｂを含むことができる。有利なことに、このようなＮｂの含有量は、改善された耐酸化性、改善された延性および改善された機械的強度を合金に付与する。
【００１７】
一実施形態において、合金は、原子百分率により２２％〜２５％のＡｌを含むことができる。有利なことに、このような含有量は、改善された耐クリープ性および改善された耐酸化性を合金に付与する。
【００１８】
好ましくは、合金は、原子百分率により２３％〜２４％のＡｌを含むことができる。有利なことに、このような含有量は、改善された延性ならびに改善された耐クリープ性および耐酸化性を合金に付与する。
【００１９】
一実施形態において、合金は、原子百分率により０．１％〜２％のＳｉ、例えば０．１％〜０．８％のＳｉを含むことができる。好ましくは、合金は、原子百分率により０．１％〜０．５％のＳｉを含むことができる。
【００２０】
有利なことに、このようなＳｉの含有量は、合金の耐クリープ性を改善するとともに、良好な耐酸化性を合金に付与する。
【００２１】
一実施形態において、合金は、原子百分率により０．８％〜３％のＭを含むことができる。好ましくは、合金は、原子百分率により０．８％〜２．５％のＭ、好ましくは１％〜２％のＭを含むことができる。
【００２２】
このような金属の含有量Ｍは、合金の熱間強度を有利に改善する。
【００２３】
一実施形態において、合金は、原子百分率により１％〜３％のＺｒを含むことができる。好ましくは、合金は、原子百分率により１％〜２％のＺｒを含むことができる。
【００２４】
有利なことに、このようなＺｒの含有量は、合金の耐クリープ性、４００℃超での機械的強度および耐酸化性を改善する。
【００２５】
一実施形態において、合金は、原子百分率によりＭ＋Ｓｉ＋Ｚｒ＋Ｔａ≧０．４％、例えばＭ＋Ｓｉ＋Ｚｒ＋Ｔａ≧１％であるという条件が満たされるような合金であってよい。
【００２６】
有利なことに、このような含有量は、高温時の合金の機械的強度を改善する。一実施形態において、合金は、
Ａｌの含有量が、原子百分率により２０％〜２５％の範囲内であり、好ましくは２１％〜２４％の範囲内であり、
Ｎｂの含有量が、原子百分率により２０％〜２２％の範囲内であり、好ましくは２１％〜２２％の範囲内であり、原子百分率によるＡｌ／Ｎｂ比が、１〜１．３の範囲内であり、好ましくは１〜１．２の範囲内であり、より好ましくは１．０５〜１．１５の範囲内であり、
Ｍの含有量が、０．８％〜３％の範囲内であり、好ましくは０．８％〜２．５％の範囲内であり、より好ましくは１％〜２％の範囲内であり、
Ｚｒの含有量が、原子百分率により１％〜３％の範囲内であり、Ｓｉの含有量が、原子百分率により０．１％〜２％の範囲内であり、例えば０．１％〜０．８％の範囲内であり、好ましくは０．１％〜０．５％の範囲内である
ような合金であってよい。有利なことに、このような合金は、
６５０℃でのけん引による高い機械的強度（Ｒ＝１０５０ＭＰａ、Ｒ０．２＝９００ＭＰａ）、
高温での良好な耐クリープ性（６５０℃で１５０時間５００ＭＰａの応力下に置かれた後で１％の伸び）、
高温時の酸化に対する良好な耐性と、
周囲温度での良好な（＞３．５％の）延性と
を呈する。
【００２７】
下記の表１は、本発明の合金例Ｓ１〜Ｓ１２の組成を示す。これらの組成物のすべてが、原子百分率によりＦｅ＋Ｎｉ≦４００ｐｐｍであるという条件を満たす。
【００２８】
【表１】
0006805163.tif 000002
【００２９】
本発明は、上記に規定の合金を含む部品、特に上記に規定の合金から製造された部品を取り付けたターボ機械をさらに提供する。例示として、部品は、ケーシングまたは回転部品であってもよい。
【００３０】
本発明は、上記に規定のターボ機械を含むエンジンをさらに提供する。
【００３１】
本発明は、上記に規定のエンジンを含む航空機をさらに提供する。
【００３２】
本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照しながら与えられた、下記の記述から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】３１０ＭＰａの応力下における６５０℃での様々な合金のクリープ抵抗の変化を示す、図である。
【図２】高温時の耐酸化性に及ぼすＡｌ／Ｎｂ比の影響を示す、図である。
【図３Ａ】本発明の好ましい合金の機械的特性に関して得られた結果を示す、図である。
【図３Ｂ】本発明の好ましい合金の機械的特性に関して得られた結果を示す、図である。
【図３Ｃ】本発明の好ましい合金の機械的特性に関して得られた結果を示す、図である。
【図３Ｄ】本発明の好ましい合金の機械的特性に関して得られた結果を示す、図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
例
例１：本発明の合金の製作
スポンジチタンおよび母合金の顆粒からなる原材料から出発することにより、混合物を調製して、上記表１に記載の化学組成Ｓ１２を得た。次いで、粉末混合物を均一化した後、電極を構成する成形体を形成するために圧縮した。消費されるものである電極と、水冷式るつぼの底部との間に電気アークを生成すること（真空アーク再溶解（ＶＡＲ）として知られている技術）により、次いで電極を真空下で再溶融させた。次いで、得られたインゴットを、粒度を低下させるために（乳棒による鍛造または押出によって）高速で変形させることによって棒材状にした。最後の工程は、棒材から切断されたスラグを、βトランザス温度よりすぐ下の温度で等温鍛造して、低速（数１０−３）で変形させることであった。
【００３５】
１．３％のジルコニウムを含有するこのようなＳ１２組成の合金は、高温時の酸化に対する非常に良好な耐性を呈する。具体的には、この合金は、７００℃で１５００時間空気に晒されると、アルミナおよびジルコニアからなる微細で付着力が非常に強い酸化物層を形成し、この結果として保護作用を備えるため、スポーリングを生じさせることがない。ジルコニウムを含有しない合金は、良好さの程度が減じた、高温時の酸化に対する耐性を呈する。
【００３６】
例２：抑制されたＦｅ＋Ｎｉ含有量の採用による高温時の耐クリープ性の改善
表２に記載の３種の合金組成Ｐ１、Ｐ２およびＰ３の耐クリープ性を比較した。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
これらの合金は、製作法によって自然に生じた不純物の形態で存在する、微量のＦｅ元素およびＮｉ元素を含む。Ｆｅ元素およびＮｉ元素は、チタン粉末の製造に使用されたステンレス鋼容器に由来の不純物である。したがって、壁に由来の汚染が無視できる場合で、Ｆｅ＋Ｎｉ≦４００ｐｐｍであるという条件を確実に達成するためには、容器によって画定されている体積の中心から採取された高純度のチタン粉末を使用することが、好ましい。図１に示したように、Ｆｅ＋Ｎｉ≦４００ｐｐｍの関係を満たすように微量元素の含有量を低下させると、３１０ＭＰａの応力下における６５０℃での耐クリープ性の向上が観察される。具体的には、図１に示したように、本発明の合金（Ｐ３）の場合は、２５０時間後にクリープが１％に到達したが、このクリープの値は、従来技術の合金（Ｐ１）の場合、わずか４０時間後に到達した。
【００３９】
例３：Ａｌ／Ｎｂを原子百分率１〜１．３の範囲で使用して熱間腐食抵抗を改善する
様々な合金に関する高温時の耐腐食性を比較した。結果は、図２に提示されている。合金Ｓ３、Ｓ５、Ｓ９およびＳ１１の組成は、上記表１に提示されている。
【００４０】
この試験中には、合金の表面におけるスポーリングの結果として、重量の変化が測定された。この試験は、８００℃での合金の耐酸化性を示している。１〜１．３の範囲内のＡｌ／Ｎｂ比を呈さない合金Ｓ３、Ｓ５およびＳ９の場合は、酸化による金属の消費に伴う重量減少が観察されることが分かる。対照的に、この重量減少は合金Ｓ１１では生じず、Ａｌ／Ｎｂ比は１〜１．３の範囲にある。
【００４１】
例４：実施例１で製作された合金と、他の種類の合金との性能比較
図３Ａおよび図３Ｄにまとめた試験の結果は、組成物Ｓ１２がけん引およびクリープの両方に関して良好な結果を呈することを示している。より具体的には：
図３Ａは、様々な合金について、温度に応じて弾性限界（Ｒ０．２）がどのように変化するかを示している。
【００４２】
図３Ｂは、様々な合金について、温度に応じて破断伸び（延性）がどのように変化するかを示している。
【００４３】
図３Ｃは、６００℃および６５０℃の温度における、様々な合金のクリープ（クリープが１％に到達するまでの時間）を比較している。
【００４４】
図３Ｄは、６００℃と６５０℃の温度における、様々な合金のクリープ破断にかかった時間を比較している。
【００４５】
「含む」という用語は、「少なくとも１つを含む」と理解すべきである。
【００４６】
「〜から〜までの範囲内である」という用語は、上限と下限を含むものとして理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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