JPH0344437A - TiA1金属間化合物薄板の製造方法 - Google Patents

TiA1金属間化合物薄板の製造方法

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JPH0344437A
JPH0344437A JP5030790A JP5030790A JPH0344437A JP H0344437 A JPH0344437 A JP H0344437A JP 5030790 A JP5030790 A JP 5030790A JP 5030790 A JP5030790 A JP 5030790A JP H0344437 A JPH0344437 A JP H0344437A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は均質なTiAl金属間化合物の連続した薄板お
よびその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
TiAl金属間化合物は、一般にTiAl合金と呼ばれ
ており、金属材料としては極めて高い高温強度を持ち、
しかも耐食性が高く、軽量の材料である。
Metallurgical  Transactio
n、  Vol、  6八(1975)。
p、1991には、800°Cで40kg/m−の高温
強度が得られたことが報告されている。そこでこれらの
特性を利用して、TiAl合金は、ガス・タービン軸晶
、自動車用エンジンのバルブやピストンへの適用、高温
用ディスクや軸受は軸晶、航空機用のフレーム、超高速
旅客機の機体外板等への適用が好適と考えられる。
Ti/V合金は軽量で耐熱温度が高く、耐食性も高いた
め、高温で使用するタービンブレードなどに好適である
が、室温での延性が小さいため圧延・鍛造などによる底
形が困難である。
また、・特にTiAl金属間化合物の薄板は、上記適用
例のうち超高速旅客機の機体外板部分への適用が考えら
れるが、この場合、厚さ約1mmで30craX30c
m程度の薄板の製造法確立が必須となる。
従来TiAl金属間化合物の薄板は、インゴットからの
切り出し、あるいは特開昭61−213361号公報に
示されているようにシース加工などによって製造されて
いるが、長尺の薄板は得られていない。
また、インゴットからの切り出しでは歩留まりが悪く、
重力偏析などによって均一なa戊が得られにくいという
問題がある。従来の高温塑性加工には、シース加工、静
水圧押し出し、恒温鍛造、熱間押し出し等の方法がある
。しかし、これら加工法の適用は難しく、TiA!金属
間化合物の場合は高温強度が大きくて(1050’Cで
200MPa) 、歪速度依存性が高いという問題を克
服しなければならなかった。すなわち、前述した特開昭
61−213361号公報では、シース加工を用い、S
−816Go基超超合金シース材使って1100°C1
1,5m/minの圧延速度が必要であるとしている。
また、日本金属学会シンポジウム予稿、9月21日、(
1988)、 p、24では恒温鍛造において、950
〜1000°Cの温度で、10−2〜10−” 5ec
−’の歪速度が必要であるとしている。したがって、温
度制御が難しく、生産速度が遅いという問題があった。
以上の観点から厚さ約1閣で30cmX 30 cm程
度の薄板は、前述の従来法によってインゴット等の鋳塊
から製造することは生産速度や設備的な面からも実質的
に不可能と考えられる。
さらに上記従来技術による薄板の製造方法では、得られ
る薄板の寸法が例えば、長さ20mm、幅10閣、厚さ
10閣程度と小さいうえに、工程が複雑で、多大の労力
や多くの設備を必要とするという問題があった。
TiAl金属間化合物に急冷法を用いた従来の技術とし
ては、特開昭62−256902号公報に示されている
ように、単ロール法や双ロール法などの急速凝固プロセ
スを用いて溶融金属を10’°C/sec以上の冷却速
度で急冷凝固させて、フレーク状凝固物を得る方法があ
るが、連続した薄板を得たという報告はない。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記したように、従来技術では、Ti7V全7V化合物
の、厚さ約1mmで30cmX 30cm程度の薄板製
造は不可能であったが、本発明はそれを解決し、連続し
たTiAZ金属間化合物の薄板を提供すること、及び同
薄板の容易かつ効率的な製造方法を提供することを目的
とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
双ロール法は厚さ数肋×幅数10cmの薄板を数m/s
ecの速度で連続、的に製造する方法として一般的に知
られており、前述した薄板の寸法の観点からTi/V金
属間化合物薄板製造の理想的プロセスとして考えられる
。また、従来技術と比較して、薄板の製造までの工程が
非常に簡単であり、省工程、省設備および労力の削減な
ど付随的な効果も考えられる。
溶融金属から薄板を直接鋳造する他のプロセスとして、
双ベルト法、単ベルト法や単ロール法等の方法がある。
しかしながら、ベルトを使用した方法では、得られる薄
板の厚さが数cmであり、最終製品の厚さに対して厚過
ぎるため、後工程において従来法で費やす労力と大差な
い。一方、単ロール法の場合、得られる薄板の厚さが数
100μmと薄く、シェル強度が弱いため連続した薄板
になりにくい、また、単ロール法の宿命ともいえる片側
冷却のため、不均一凝固になり易く、後述するように割
れが発生し易い。
以上から双ロール法でのみ厚さ数mmの連続した薄板を
製造することが可能であるものと考えられる。
本発明の要旨は下記の通りである。
すなわち、本発明は、A435〜44wt%、残部Ti
および不可避不純物からなり、鋳造ままの凝固組織が薄
板の両表面から板厚中心部に向かう柱状晶のみか、ある
いは前記柱状晶と板厚中心付近に存在する等軸晶との混
合組織からなる板厚032〜3mmの連続したTiAj
金属間化合物薄板であって、その製造方法は、IV35
〜44wt%と残部Tiとを不活性ガス雰囲気中で加熱
・溶解し、該溶融金属をロール周速0.1〜10 m 
/secで回転する一対の冷却ロール間に連続して供給
し、一定のロール支持力下で、102〜10’°(:/
secの冷却速度で凝固させることを特徴とする。
なお、双ロール法として、垂直型、傾斜型、異径型等の
鋳造形式が異なるものがあるが、本発明はいずれも適用
可能である。
〔作 用〕
以下に本発明を作用とともに詳細に説明する。
Mの組成範囲を35〜44wt%に限定する理由は、こ
の範囲でのみTi/V金属間化合物及び少量の他相(例
えばTi3/V)との混合相からなり、マイクロビッカ
ース硬度350Hv程度の均質なTiA1が得られ易い
ためである。
板厚を0.2〜31!III+に限定した理由は、0.
2 mmより薄い場合、薄板の強度や材料の変形能不足
によって、鋳造時およびその後の搬送時に薄板が破断し
易いためであり、連続した薄板を安定して得るためには
、板厚は0.2 mm以上の場合でも、より厚くする方
が好ましい。また、3Mより厚い場合には内部に空隙が
形式され易くなる。
本発明によって得られた薄板の鋳造方向における断面組
織を第1図に示す。鋳造ままの凝固組織は薄板の両表面
から板厚中心部に向かう柱状晶のみか、あるいは前記柱
状晶と板厚中心付近に存在する等軸晶との混合組織から
構成される。
本発明によって得られた薄板のミクロ組織を第3図(A
)に示す。同図において、ミクロ組織はTi/ijと微
量のTi3AjおよびAl z T iの3相からなる
が、組成を変えることによってTiIV単相に近いもの
を得ることも可能である。また、比較のためにアークメ
ルト法によって得られたインゴットのミクロ組織を第3
図(B)に示す。なお、本発明によって得られた薄板の
平均結晶粒度は約100−である。
金属、1月号、 (1989)、 p、49では、急冷
法によるラメラ−組織の絶対量の増加、ラメラ−間隔の
減少によって、延性、強度などの機械的性質の向上が期
待されることが報告されている。したがって、双ロール
法は機械的性質の向上においても非常に有効な手段と考
えられる。
次に上記薄板の製造方法を説明する。
AIとTiを組成が35〜44wt%Mになるように配
合して、不活性ガス雰囲気中で1500〜1600°C
に加熱・溶融し、1400〜1500”Cに降温・調整
する。その後、該溶融合金をロール周速0.1〜10m
/secで回転する一対の冷却ロール間に連続して供給
し、一定のロール支持力下で、102〜10″′’(:
/secで凝固させ、連続したTiAl金属間化合物薄
板を製造する。なお、ここでは、MとTi との金属間
化合物を形成する反応を促進させ、均一溶融状態を得る
ため、溶解温度は1500〜1600°Cに高めること
が好ましい。
板厚を0.2〜3 mmにするためには、ロール周速は
10〜0.1m/secが必要であり、そのときの鋳片
の冷却速度は10’〜102°(:/secに相当する
したがって、ロール周速を0.1〜10 m / se
cに、並びに冷却速度を102〜105°C/secに
限定した。
TiAZ金属間化合物の最大の問題点は材料の延性が小
さいことである。これは双ロール法においても、凝固・
冷却中の鋳片の割れと関連する非常に重要な問題である
。延性の不足に伴う割れの主原因として幅方向の不均一
冷却・凝固が考えられる。したがって、鋳片の割れを軽
減するためには不均一凝固の原因となる注湯流の不均一
性やメニスカス表面における酸化膜等のロール/メタル
間の伝熱抵抗を極力除去する必要がある。注湯流の均一
化のためにはスリット状の注湯ノズルを用いることが望
ましい。また、メニスカス表面における酸化膜の生成を
抑制するためには、不活性ガス中での溶解・鋳造が必要
である。不活性ガスはAr、 Heなどのいずれでもよ
い。
鋳片の割れを低減するための方法として、ロール最近接
点における鋳片中心部の未凝固部分をなるべく少なくし
た鋳造が望ましい。そのためには、CAMP−ISIJ
、 1 (1988)、 p、186に記されているよ
うに、ロールの支持にスプリンク等ヲ用い、ロールを固
定せず、一定の力で凝固シェルを押し付け、シェルの成
長とともにロールが自然に開くような構造にする必要が
ある。
凝固の不均一性を改善する以外の着眼点として、幅方向
への凝固シェル収縮時に拘束の原因となる鋳片端部の鋳
バリを皆無にする必要があるが、−殻内にサイド堰とロ
ール側面の間への溶融金属の差し込みを軽減するために
は、サイド堰の押し付は力をコントロールしなければな
らない。
第2図は、本発明の方法に使用する装置の概略を示すも
ので、1は金属間化合物TtjVを溶解・供給するため
のるつぼである。ロール間への供給を幅方向で均一にす
るため、溶融金属は耐火物製のタンデイツシュ2を通り
、回転する一対のロール3.3′間に供給される。4は
耐火物製のサイド堰であり、ロール間に溶融金属の湯溜
りを形成させるためのものである。5は不活性ガスによ
り保護雰囲気とする雰囲気制御容器である。6は製造さ
れた薄板である。7は容器5への不活性ガス導入機構、
8は排気機構である。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を示す。
アル電ニウム地金とスポンジチタンをA136wt%、
Ti64wt%の組成を得るように配合したちの8kg
をるつぼに投入し、これをAr雰囲気中で1600°C
まで加熱溶解して合金化した。次に、−旦1500°C
に温度を調整した後、該溶融合金を幅4IIlffl、
長さ95mmの開口部を持つタンデイツシュを通し、種
々のロール周速で回転する直径300 mm、幅100
mmの一対の調合金製のロールの間に供給し、一定のロ
ール支持力下で、102〜105°C/secの冷却速
度で凝固させて、第1表に示す厚さの連続薄板を得た。
薄板の長さは約3mから10mであった。なお、ロール
間に形成される溶鋼の湯だまり部の高さは約80Mであ
った。
得られた薄板の鋳造方向における断面Mi織の一例を第
1図に示す。鋳造ままの凝固組織は薄板の両表面から板
厚中心部に向かう柱状晶のみか、あるいは前記柱状晶と
板厚中心付近に荏存する等軸晶との混合組織から構成さ
れる。
上述した通り、双ロール法で得られた薄板のξクロ組織
第3図(A)は、TiA/と微量のTi3/VおよびA
iz T iの3相からなるが、組成を変えることによ
ってTiA/単相に近いものを得ることも可能である。
なお、このときの平均結晶粒度は双ロール法の場合約1
00nでアークメルト法と比較して115程度であった
さらに、鋳造ままのマイクロビッカース硬度は薄板の測
定箇所に依らず35011vとインゴット法等で得られ
る値とほぼ同等であった。
第   1   表 〔発明の効果〕 本発明の製造方法を用いることにより、0.2〜3mm
厚さの連続した金属間化合物TiA!の薄板の製造が容
易になる。従って、通常の粉末冶金法、インゴットから
の切り出し、あるいは高温塑性加工法と異なり、工程の
複雑さに伴う労力、設備負担等を大幅に低減することが
できるなど、金属間化合物TiA1の薄板を均質にかつ
安価に量産する上で極めて効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によって得られた薄板の鋳造方向におけ
る断面金属組織を示す写真図、第2図は本発明を実施す
る装置の概略を示す説明図、第3図(A)、(B)は各
々双ロール法およびアークメルト法によって得られた薄
板の鋳造ままのミクロ組織を示す金属顕微鏡写真図であ
る。 l・・・るつぼ、2・・・タンデインシュ、3,3′・
・・ロール、4・・・サイド堰、5・・・雰囲気制御容
器、6・・・薄板、7・・・不活性ガス導入機構、8・
・・排気機構。 第棗図 509レエ 6咄;’JT?、l」 第2図 ゛ずr3丁畢 !A) ’>00y* 手続輔正書(方式) %式% 事件の表示 平成2年特許願第50307号 発明の名称 TiAl金属間化合物薄板およびその製造方法3、補正
をする者 事件との関係 特許出願人 東京都千代田区大手町二丁目6番3号 (665)新日本製鐵株式會社 代表者 山 本  全  作 4゜ 代 埋入〒100 東京都千代田区丸の内二丁目4番1号 5、補正命令の日付 平成 年 月26 日 (発送日) (1)明細書14頁10〜11行「ミクロ組織を示す金
属顕微鏡写真図である。」を「金属組織を示す顕微鏡写
真図である。」に補正する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Al35〜44wt%、残部Tiおよび不可避不
    純物からなり、鋳造ままの凝固組織が薄板の両表面から
    板厚中心部に向かう柱状晶のみか、あるいは前記柱状晶
    と板厚中心付近に存在する等軸晶との混合組織からなる
    板厚0.2〜3mmの連続したTiAl金属間化合物薄
    板。
  2. (2)Al35〜44wt%と残部Tiとを不活性ガス
    雰囲気中で加熱・溶解し、該溶融金属をロール周速0.
    1〜10m/secで回転する一対の冷却ロール間に連
    続して供給し、一定のロール支持力下で、10^2〜1
    0^5℃/secの冷却速度で凝固させることを特徴と
    する連続したTiAl金属間化合物薄板の製造方法。
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EP0460234A4 (ja) * 1989-12-25 1995-04-19 Nippon Steel Corp

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