先進材料開発基礎試験:Ti-Al系金属間化合物

In this test, the applicability of the Ti-Al intermetallic compounds was examined as the metallic parts for fixing the C/C (Carbon/Carbon composite material) to the HOPE-X (H-2 Orbiting Plane-Experimental) frame structure. A manufacturing possibility of the low cost process by a reactive sintering method was investigated. Their applicability was also examined by investigating the dependence of the strength on processing and the controllability of the structure and machinability by a heat treatment. The strength was found to depend on the ratio of extrusion before reactive sintering. It was found that the degree of plastic working before sintering should be maintain as large as possible. Among the three kinds of structures of the Ti-Al intermetallic compounds, the structures adequate for the practical use were the duplex structure and the perfect lamella structure. The former is excellent in the ductility at room temperature, and the later is excellent in the high temperature strength. The structure control was possible by a heat treatment. The sintered Ti-Al was found to be amenable to milling, end milling and drilling, by maintaining the cutting velocity below 50 mm/min. The metallic parts for C/C were manufactured, and the strength of coupling parts was examined. The strength was below the expected value at room temperature, but approximately coincided with the expected value at 800 C. As a whole, this reactive sintering method is not an adequate manufacturing method because of the demerit in the strength.
本研究では、HOPE-X(宇宙往還技術試験機)において、C/C複合材(カーボン/カーボン複合材)の機体構造としての、超合金TiAl系金属間化合物の適用性を検討した。反応燒結法によるTiAl金属間化合物の低コスト製造の可能性を追求した。同時に、強度特性のプロセス依存性、熱処理による組織制御性や機械加工性を調査した。強度特性は、反応燒結前の押し出し比に依存して大きく変化することがわかり、反応燒結前の塑性加工度を極力大きくする必要のあることがわかった。TiAl金属間化合物の3種の組織のうち、常温延性に優れたデュープレックス組織と、高温強度に優れた完全ラメラ組織が実用的な組織であり、これらの組織制御は熱処理によって可能であった。また、反応燒結TiAlは、切削速度を50mm/min以下とすることにより、フライス加工、エンドミル加工、ドリル加工などの正常な機械加工が可能であることを確認した。C/C取付金具を試作し、その継ぎ手強度を調べたところ、室温においては予測値を下回っているが、800度Cではほぼ予測値と一致していた。以上を総合して、本反応燒結法は、強度特性上のデメリットが大きく最適な製造法であるとは言い難い。