JP3143727B2 - 軽量耐熱材料、およびその製造方法 - Google Patents
軽量耐熱材料、およびその製造方法Info
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、結晶粒を微細化したチ
タン合金鋳造体である軽量耐熱材料、およびその製造方
法に関する。
タン合金鋳造体である軽量耐熱材料、およびその製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鋳造に代表される溶融金属の形状付与
（成形）において、チタン合金など融点の高い材料での
結晶粒径を制御することは極めて難しい。
（成形）において、チタン合金など融点の高い材料での
結晶粒径を制御することは極めて難しい。
【０００３】一般に鋳造体の結晶粒径を制御するために
は、溶融金属から鋳型への熱流束を制御し、結晶粒の粗
大化や微細化を行っている。また、セラミックス等の高
融点材料を添加することより複合化し、結晶粒を微細化
する方法もある。
は、溶融金属から鋳型への熱流束を制御し、結晶粒の粗
大化や微細化を行っている。また、セラミックス等の高
融点材料を添加することより複合化し、結晶粒を微細化
する方法もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶融金
属から鋳型への熱流束を制御する方法では、チタン合金
のような高融点で活性な金属材料を鋳造材料として適用
する場合、成形性や反応面から問題があった。また、セ
ラミックス等の高融点材料を添加する方法では、鋳造さ
れた製品が上記高融点材料の添加の影響を強く受けるた
めに、本来有するべき特性を損なってしまうという問題
があった。
属から鋳型への熱流束を制御する方法では、チタン合金
のような高融点で活性な金属材料を鋳造材料として適用
する場合、成形性や反応面から問題があった。また、セ
ラミックス等の高融点材料を添加する方法では、鋳造さ
れた製品が上記高融点材料の添加の影響を強く受けるた
めに、本来有するべき特性を損なってしまうという問題
があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記に鑑み提案
されたもので、チタンを主成分とし、アルミニウムが含
有されているチタン合金と、窒化硼素（ＢＮ）とを、固
相状態で反応させた後、溶解して鋳造し、結晶粒を微細
化させたことを特徴とする軽量耐熱材料、およびその製
造方法に関するものである。
されたもので、チタンを主成分とし、アルミニウムが含
有されているチタン合金と、窒化硼素（ＢＮ）とを、固
相状態で反応させた後、溶解して鋳造し、結晶粒を微細
化させたことを特徴とする軽量耐熱材料、およびその製
造方法に関するものである。
【０００６】本発明に用いるチタン合金としては、上記
のようにチタンを主成分とし、アルミニウムが含有され
ているものであればよく、その他に金属元素或いはセラ
ミックス成分が含まれていてもよい。
のようにチタンを主成分とし、アルミニウムが含有され
ているものであればよく、その他に金属元素或いはセラ
ミックス成分が含まれていてもよい。
【０００７】また、添加するＢＮの性状も特に指定しな
いが、５０μｍ以下の六方晶ＢＮ粉末を使用することが
好ましい。このＢＮ粉末は、粉末のまま添加しても、或
いは予備成形によりペレット状にしたものを添加しても
よい。なお、予備成形する場合には、成形助剤としてア
ルコールなどの揮発性の高い有機溶剤を添加してもよ
い。また、上記ＢＮ粉末の添加量は、前記チタン合金の
重量の１〜０．０１％が好ましく、より好ましくは０．
５〜０．０１％以下がよい。１％以上のＢＮ添加ではチ
タンの窒化物やホウ化物の生成が認められ、硬度が上昇
し、靭性が低下してしまう。また、０．０１％以下では
ＢＮ添加の効果が認められない。
いが、５０μｍ以下の六方晶ＢＮ粉末を使用することが
好ましい。このＢＮ粉末は、粉末のまま添加しても、或
いは予備成形によりペレット状にしたものを添加しても
よい。なお、予備成形する場合には、成形助剤としてア
ルコールなどの揮発性の高い有機溶剤を添加してもよ
い。また、上記ＢＮ粉末の添加量は、前記チタン合金の
重量の１〜０．０１％が好ましく、より好ましくは０．
５〜０．０１％以下がよい。１％以上のＢＮ添加ではチ
タンの窒化物やホウ化物の生成が認められ、硬度が上昇
し、靭性が低下してしまう。また、０．０１％以下では
ＢＮ添加の効果が認められない。
【０００８】さらに、本発明に用いる溶解装置（炉）
は、固相反応後の溶解時に均一な組成になるように高周
波溶解など電磁攪拌作用のあるものが好ましいが、チタ
ン合金の融点以上の加熱が可能であれば抵抗加熱炉でも
構わない。また、るつぼは活性なチタン合金との反応を
避けるため、水冷銅るつぼが好ましいが、酸化物或いは
炭化物のるつぼでも良い。
は、固相反応後の溶解時に均一な組成になるように高周
波溶解など電磁攪拌作用のあるものが好ましいが、チタ
ン合金の融点以上の加熱が可能であれば抵抗加熱炉でも
構わない。また、るつぼは活性なチタン合金との反応を
避けるため、水冷銅るつぼが好ましいが、酸化物或いは
炭化物のるつぼでも良い。
【０００９】上記原材料および装置を用いて軽量耐熱材
料を作製する一例を以下に示す。
料を作製する一例を以下に示す。
【００１０】まず、チタン合金およびその１〜０．０１
重量％以下のＢＮ粉末を溶解装置中に設置し、温度を上
げる。溶解装置内の雰囲気を減圧アルゴン雰囲気か高純
度アルゴンガス気流中としてコールドクルーシブルレビ
テーション（ＣＣＬ）溶解を行う。そして、チタン合金
およびＢＮ粉末は、それぞれの融点以下である１５００
℃付近で固相反応を生じる。この固相反応は大きな発熱
を伴うため、チタン合金の一部溶解が生じる。
重量％以下のＢＮ粉末を溶解装置中に設置し、温度を上
げる。溶解装置内の雰囲気を減圧アルゴン雰囲気か高純
度アルゴンガス気流中としてコールドクルーシブルレビ
テーション（ＣＣＬ）溶解を行う。そして、チタン合金
およびＢＮ粉末は、それぞれの融点以下である１５００
℃付近で固相反応を生じる。この固相反応は大きな発熱
を伴うため、チタン合金の一部溶解が生じる。
【００１１】さらに、溶解装置の温度を上昇させると、
全体が溶解する。
全体が溶解する。
【００１２】次に、得られた溶融金属（溶湯）を、イッ
トリアやカルシアなどのチタン合金と反応しにくい（低
反応性の）鋳型中に鋳造（注湯）する。
トリアやカルシアなどのチタン合金と反応しにくい（低
反応性の）鋳型中に鋳造（注湯）する。
【００１３】こうして鋳造された軽量耐熱材料は、組織
観察や硬度測定などにより結晶粒径が微細化したチタン
合金鋳造体であることが確認された。
観察や硬度測定などにより結晶粒径が微細化したチタン
合金鋳造体であることが確認された。
【００１４】このように本発明は、チタン合金を少量の
ＢＮ粉末とともに鋳造することにより、チタン合金の特
性を損なうことなく結晶粒を微細化できることを見出し
たものである。
ＢＮ粉末とともに鋳造することにより、チタン合金の特
性を損なうことなく結晶粒を微細化できることを見出し
たものである。
【００１５】なお、本発明の軽量耐熱材料の製造方法
は、前記の方法に限定するものではない。例えば、チタ
ン合金の融点以上の加熱が可能な抵抗加熱炉を用いてチ
タン合金の融点以上の高温で鋳造してもよい。また、鋳
型内面にＢＮを塗布してチタン合金を鋳造してもよく、
この場合、表面層のみ結晶を微細化した鋳造体が得られ
る。
は、前記の方法に限定するものではない。例えば、チタ
ン合金の融点以上の加熱が可能な抵抗加熱炉を用いてチ
タン合金の融点以上の高温で鋳造してもよい。また、鋳
型内面にＢＮを塗布してチタン合金を鋳造してもよく、
この場合、表面層のみ結晶を微細化した鋳造体が得られ
る。
【００１６】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。
明する。
【００１７】［実施例１］まず、Ｔｉ−３４ｗｔ％Ａｌ
合金８０ｇに、ＢＮ粉末（昭和電工製『ＵＨＰ−１』）
０．４ｇをハンドプレスにより円柱形状に予備成形した
後、添加し、高純度アルゴンガス気流（５ｌ／ｍｉｎ）
中で水冷銅るつぼを用いた高周波溶解装置によりコール
ドクルーシブルレビテーション（ＣＣＬ）溶解させた。
チタン合金とＢＮ粉末との固相反応は１５００℃で生
じ、１５７０℃まで加熱して完全に溶解させた。次に、
この溶湯を、イットリアとジルコニアとでできた精密鋳
造用鋳型中に注湯した後、自然冷却し、鋳造体を取り出
した。
合金８０ｇに、ＢＮ粉末（昭和電工製『ＵＨＰ−１』）
０．４ｇをハンドプレスにより円柱形状に予備成形した
後、添加し、高純度アルゴンガス気流（５ｌ／ｍｉｎ）
中で水冷銅るつぼを用いた高周波溶解装置によりコール
ドクルーシブルレビテーション（ＣＣＬ）溶解させた。
チタン合金とＢＮ粉末との固相反応は１５００℃で生
じ、１５７０℃まで加熱して完全に溶解させた。次に、
この溶湯を、イットリアとジルコニアとでできた精密鋳
造用鋳型中に注湯した後、自然冷却し、鋳造体を取り出
した。
【００１８】得られた鋳造体の結晶粒径は光学顕微鏡に
よる観察から２０μｍ以下であり、同様なプロセスで得
られた（ＢＮを添加していない）Ｔｉ−３４ｗｔ％Ａｌ
鋳造体の１０分の１程度であった。ＢＮの添加による組
織の変化はなく、α2 とγのラメラ構造組織を呈してい
た。結晶粒の微細化により硬度は３００Ｈｖとなり、Ｔ
ｉ−３４ｗｔ％Ａｌ鋳造体より１００Ｈｖ程度上昇し
た。しかし、３点曲げ試験による抗折力はＴｉ−３４ｗ
ｔ％Ａｌ鋳造体と殆ど変わらず、靭性を損なわず高硬度
化できた。
よる観察から２０μｍ以下であり、同様なプロセスで得
られた（ＢＮを添加していない）Ｔｉ−３４ｗｔ％Ａｌ
鋳造体の１０分の１程度であった。ＢＮの添加による組
織の変化はなく、α2 とγのラメラ構造組織を呈してい
た。結晶粒の微細化により硬度は３００Ｈｖとなり、Ｔ
ｉ−３４ｗｔ％Ａｌ鋳造体より１００Ｈｖ程度上昇し
た。しかし、３点曲げ試験による抗折力はＴｉ−３４ｗ
ｔ％Ａｌ鋳造体と殆ど変わらず、靭性を損なわず高硬度
化できた。
【００１９】［実施例２］まず、Ｔｉ−６ｗｔ％Ａｌ−
４ｗｔ％Ｖ合金８０ｇに、ＢＮ粉末（昭和電工製『ＵＨ
Ｐ−１』）０．３ｇをハンドプレスにより円柱形状に予
備成形した後、添加し、高純度アルゴンガス気流（５ｌ
／ｍｉｎ）中で水冷銅るつぼを用いた高周波溶解装置に
よりＣＣＬ溶解させた。チタン合金とＢＮ粉末との固相
反応は１５００℃で生じ、１５７０℃まで加熱して完全
に溶解させた。次に、この溶湯を、イットリアとジルコ
ニアとでできた精密鋳造用鋳型中に注湯した後、自然冷
却し、鋳造体を取り出した。
４ｗｔ％Ｖ合金８０ｇに、ＢＮ粉末（昭和電工製『ＵＨ
Ｐ−１』）０．３ｇをハンドプレスにより円柱形状に予
備成形した後、添加し、高純度アルゴンガス気流（５ｌ
／ｍｉｎ）中で水冷銅るつぼを用いた高周波溶解装置に
よりＣＣＬ溶解させた。チタン合金とＢＮ粉末との固相
反応は１５００℃で生じ、１５７０℃まで加熱して完全
に溶解させた。次に、この溶湯を、イットリアとジルコ
ニアとでできた精密鋳造用鋳型中に注湯した後、自然冷
却し、鋳造体を取り出した。
【００２０】得られた鋳造体の結晶粒径は、同様なプロ
セスで得られた（ＢＮを添加していない）Ｔｉ−６ｗｔ
％Ａｌ−４ｗｔ％Ｖ鋳造体の１０分の８程度であった。
硬度は３００Ｈｖであり、１００Ｈｖ程度上昇した。ま
た、抗折力はＴｉ−６ｗｔ％Ａｌ−４ｗｔ％Ｖ鋳造体と
殆ど変わらないことが確認された。
セスで得られた（ＢＮを添加していない）Ｔｉ−６ｗｔ
％Ａｌ−４ｗｔ％Ｖ鋳造体の１０分の８程度であった。
硬度は３００Ｈｖであり、１００Ｈｖ程度上昇した。ま
た、抗折力はＴｉ−６ｗｔ％Ａｌ−４ｗｔ％Ｖ鋳造体と
殆ど変わらないことが確認された。
【００２１】以上本発明の実施例を示したが、本発明は
前記した実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲に記載した構成を変更しない限りどのようにでも実
施することができる。
前記した実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲に記載した構成を変更しない限りどのようにでも実
施することができる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、微細結晶
を有するチタン合金鋳造体を通常のプロセスで製造する
ことができるものである。即ち、上記微細結晶を有する
チタン合金鋳造体は従来では急速冷却しなければ得られ
なかったのであるが、本発明では鋳造条件の厳しい高融
点で活性なチタン合金鋳造体の結晶粒径を極めて容易に
制御できるものである。したがって、本発明の製造方法
は、極めて実用的価値が高いので、チタン合金鋳造体の
用途拡大が見込まれ、このような軽量耐熱材料の適用に
よってもたらされる工業上の効果は極めて多大なものに
なるものと期待される。
を有するチタン合金鋳造体を通常のプロセスで製造する
ことができるものである。即ち、上記微細結晶を有する
チタン合金鋳造体は従来では急速冷却しなければ得られ
なかったのであるが、本発明では鋳造条件の厳しい高融
点で活性なチタン合金鋳造体の結晶粒径を極めて容易に
制御できるものである。したがって、本発明の製造方法
は、極めて実用的価値が高いので、チタン合金鋳造体の
用途拡大が見込まれ、このような軽量耐熱材料の適用に
よってもたらされる工業上の効果は極めて多大なものに
なるものと期待される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三輪 謙治 愛知県名古屋市名東区梅森坂二丁目1030 番地 (56)参考文献 特開 平５−140670（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−218634（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−255780（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−93232（ＪＰ，Ａ) 特公 昭53−8644（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 14/00 C22F 1/18
Claims (2)
- 【請求項１】 チタンを主成分とし、アルミニウムが含
有されているチタン合金と、窒化硼素とを、固相状態で
反応させた後、溶解して鋳造し、結晶粒を微細化させた
ことを特徴とする軽量耐熱材料。 - 【請求項２】 チタンを主成分とし、アルミニウムが含
有されているチタン合金と、窒化硼素とを、固相状態で
反応させた後、溶解して鋳造し、結晶粒を微細化させる
ことを特徴とする軽量耐熱材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06085851A JP3143727B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 軽量耐熱材料、およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06085851A JP3143727B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 軽量耐熱材料、およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07268517A JPH07268517A (ja) | 1995-10-17 |
| JP3143727B2 true JP3143727B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=13870381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06085851A Expired - Lifetime JP3143727B2 (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 軽量耐熱材料、およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3143727B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010059456A (ja) * | 2008-09-02 | 2010-03-18 | Seiko Epson Corp | チタン焼結体およびチタン焼結体の製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS538644A (en) * | 1976-07-13 | 1978-01-26 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Vulcanizable liquid chloroprene rubber composition |
| JP3006120B2 (ja) * | 1990-05-18 | 2000-02-07 | トヨタ自動車株式会社 | Ｔｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法 |
| US5082624A (en) * | 1990-09-26 | 1992-01-21 | General Electric Company | Niobium containing titanium aluminide rendered castable by boron inoculations |
| JPH05140670A (ja) * | 1991-11-15 | 1993-06-08 | Toyota Motor Corp | Ｔｉ−Ａｌ系合金の製造方法 |
| JPH05255780A (ja) * | 1991-12-27 | 1993-10-05 | Nippon Steel Corp | 均一微細組織をなす高強度チタン合金 |
-
1994
- 1994-03-30 JP JP06085851A patent/JP3143727B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07268517A (ja) | 1995-10-17 |
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