Hydrostatic compression behavior and high-pressure stabilized -phase in -based titanium aluminide intermetallics

-TiAl金属間化合物における静水圧圧縮挙動と高圧安定相

Liss, K.-D.*; 舟越 賢一*; Dippenaar, R. J.*; 肥後 祐司*; 城 鮎美*; Reid, M.*; 鈴木 裕士  ; 菖蒲 敬久  ; 秋田 貢一

Liss, K.-D.*; Funakoshi, Kenichi*; Dippenaar, R. J.*; Higo, Yuji*; Shiro, Ayumi*; Reid, M.*; Suzuki, Hiroshi; Shobu, Takahisa; Akita, Koichi

Ti-Al合金は、航空機エンジン材料として、軽量・耐熱タービンへの応用が期待されているが、塑性加工性の悪さを克服する必要がある。高圧鍛造プレスにおいては、10GPaの範囲で材料加工を可能にするが、それゆえに、極限環境における候補材料の状態図を評価する必要がある。本研究では、(+)二相合金の一つであるTi-45Al-7.5Nb-0.25Cに対し、9.6GPaまでの圧力範囲、また1686Kまでの温度範囲で放射光X線回折によるその場実験を行った。室温では、圧力に対する体積変化は、両相に観察される明らかに高い体積弾性係数から、体積ひずみというよりはむしろ、相変態の影響と考えられる。結晶学的には、特に格子ひずみと原子配列について詳しく検討した。原子体積の増加にもかかわらず、この相変態を生じるのは興味深い。これは、の高い規則化エネルギーによるものである。高圧下において加熱すると、共析とソルバス遷移温度が上昇し、第三相の立方晶相が1350K以上で安定する。過去の研究において、相は塑性変形において高い延性があり、従来の鍛造過程において重要なものであることが明らかにされている。本研究では、作動環境下において有害とされる相の存在は確認されなかったが、従来の鍛造過程における理想的な加工条件幅を明らかにした。これらの結果より、新しい加工処理方法を提案することができた。

Titanium aluminides find application in modern light-weight, high-temperature turbines, such as aircraft engines, but suffer from poor plasticity during manufacturing and processing. Huge forging presses enable materials processing in the 10 GPa range and hence, it is necessary to investigate the phase-diagrams of candidate materials under these extreme conditions. Here we report on an in-situ synchrotron X-ray diffraction study in a large-volume-press of a modern ( + ) two-phase material, Ti-45Al-7.5Nb-0.25C, under pressures up to 9.6 GPa and temperatures up to 1686 K. At room temperature, the volume response to pressure is accommodated by the transformation rather than volumetric strain, expressed by apparently high bulk moduli of both constituent phases. Crystallographic aspects, specifically lattice strain and atomic order are discussed in detail. It is interesting to note that this transformation takes place despite an increase in atomic volume, which is due to the high ordering energy of . Upon heating under high pressure, both the eutectoid and -solvus transition temperatures are elevated, and a third, cubic -phase is stabilized above 1350 K. Earlier research has shown that this -phase is very ductile during plastic deformation, essential in near-conventional forging processes. Here, we were able to identify an ideal processing window for near-conventional forging, while the presence of the detrimental -phase is not present under operating conditions. Novel processing routes can be defined from these findings.