JPH0433768A - アルミナイドの鋳造方法 - Google Patents

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］ 本発明は金属間化合物であるアルミナイドの鋳造方法に
関する。

［従来の技術］ 従来より、金属間化合物の一種であるアルミナイド（特
にチタニウムアルミナイド）は、軽量で優れた高温強度
を有するため、航空宇宙分野、自動車分野或は産業機械
分野において注目されており、例えばエンジン用の吸・
排気バルブ等の高温用構造材料として期待されている。

このアルミナイドに（よ難加工性や常温での展延性が乏
しいこと等の製造上の困難さがあり、更に活性の金属か
らなるため溶解や鋳造が限定されるという問題があるの
で、必ずしも製造が容易とは言えなかった。

例え（戴実際にアルミナイドの鋳造を行う場合には、ア
ルミナイドの融点が高く鋳造に耐える適当な材質の鋳型
がないため、熱伝導率の大きな銅等を水で冷却するいわ
ゆる水冷鋳型等を使用しなければならなかった。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、この水冷鋳型は、水冷するための特別な構造
を必要し、更にその冷却能力が通常の鋳型より高いので
、例えばエンジン用の吸・排気バルブ等の複雑な形状の
部材や細い部材等の鋳造が困難であった。

つまり、水冷鋳型で、アルミナイドからなる複雑形状の
部材や細い部材を鋳造しようとすると、全体が均一に冷
却せずに一部だけが先に冷却されることがあり、それに
よって固まり方が不揃いになってボアが発生することが
あった　そのため、従来で（よ鋳造後にＨＩＰ処理等の
別の工程が必要とされるという問題があった また、上記技術とは別に、切削によってエンジン用の吸
・排気バルブ等の複雑な部材を製造しようとしても、ア
ルミナイドの切削自体が容易ではなく、しかも多くの切
り屑が発生して生産の歩留りが低く、製造コストが高く
なってしまうという問題があった。

そこで本発明は、ボア等の欠陥が生じることがなく、し
かも歩留りが高いアルミナイドの鋳造方法を提供するこ
とを目的としてなされた。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達するためになされた請求項］の発明は、 ＡＱとＴ１とを各々２５ａｔ％以上７５ａｔ％以下の範
囲で含有する原料を調製し、該原料の溶解容器を鋳型の
上部ｌ二装置するとともに、前記鋳型の空洞部と溶解容
器の内部とを連通ずる孔を設け、更に前記原料と一部或
は全体が同一の組成からなる板材を前記孔を覆って溶解
容器の内部に配置し、その後前記原料を溶解容器中で溶
解して溶湯とした状態で、前記板材を加熱装置にて溶解
して、前記溶湯を前記溶解容器内部から鋳型の空洞部に
注入するアルミナイドの鋳造方法を要旨とする。

また、請求項２の発明は、 前記請求項］記載のアルミナイドの鋳造方法において、
前記溶湯が下記のａｔ％の成分のうち、１種又は２種以
上の成分を含むアルミナイドの鋳造方法を要旨とする。

０．０５　≦Ｃｒ≦１０゜ ０．０５　≦Ｎｂ≦１０゜ ０．００１≦Ｓｉ≦１０ 尚、ここでａｔ％と（よ原子数の％を示すものである。

また、前記加熱装置として（友　アークビームを照射す
るタングステン電極等が好適である。

更に、鋳型の形状によっては、鋳型の底部を負圧にして
アルミナイドの充填を向上させてもよい。

また、溶解容器中の原料は、溶解容器の内部でアーク等
によって溶かされて溶湯とされてもよいが、他で製造し
た溶湯を溶解容器中に流し込んでもよい。

［作用］ 請求項１の発明は、 まず、鋳型の上部に溶解容器を配置して、この溶解容器
と鋳型を連通ずる孔の部分に、所定の成分の板材を配置
する。そして、溶解容器内に溶湯が入った状態で板材を
溶解することにより、鋳型の内部に溶湯を流し込むもの
である。

つまり、板材と原料とをほぼ同様な成分で調製し、この
板材で孔を塞いだ状態で加熱装置で板材を溶解すると、
溶解容器の下部に配置された鋳型に溶湯が迅速に流れ込
んで、ボア等のない良好な鋳塊を形成するが、板材は溶
湯と同様な成分であるので、鋳塊の成分は溶湯の成分と
同じ均一なものとなる。

尚、ＡＱ及びＴ１が前記範囲内に有る場合には、好適に
合金化反応が生じて、金属間化合物を単独に生成するこ
とができる。

また、請求項２の発明において、請求項］記載の成分を
前記範囲で含有する溶湯では、下記の作用を奏する。

■Ｃｒ 下限値未満では展延性の向上が見られず、一方、上限値
を超えると展延性の改良が飽和する。

■Ｎｂ 下限値未満では強度の向上が見られず、一方、上限値を
超えると強度が飽和する。

■Ｓ１ 下限値未満では耐酸化性の向上が見られず、−方、上限
値を超えると耐酸化性が飽和する。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はバルブの鋳造に本発明を適用した工程を示し、
第２図はその作業例を示している。尚、本実施例では溶
解容器は鋳型に形成されており、この鋳型は左右に分離
可能な２体からなるものである。

（鋳型形成工程・・・１） 第２図に示すように、左右に分離可能な２体の部材から
なる銅製水冷ハース（鋳型）２に、直径５０１Ｔｍ、深
さ１０ｍｍの円盤状の凹部３を設け、更に凹部３の中央
に、直径７ｒｒｍ、　深さ１２０ｍｍの円柱状の孔４を
形成する。つまり、凹部３と孔４とによりバルブ形状の
空洞５が形成される。尚、水冷ハース２の空洞５の周囲
には、冷却用の水が流される水路６が形成されている。

（板材配置工程・・・Ｉ＋） 次に、この凹部３の底面中央には、前記孔４の開口部７
を塞ぐようにして、直径４０鳴　厚さ１ｍｍのＴ１の板
材（左板）８を配置する。

（原料調製工程・・・１１１） そして、上記凹部３内に、ＡＱ及びＴＩの原材料を、粉
体或はチップ等の状態で各々２５ａｔ％以上７５ａ　ｔ
％以下の範囲で入札　また他のＣｒ。

Ｎｂ、Ｓｉのうち１種或は２種以上を、各々０゜０５≦
Ｃｒ≦１０．０．０５≦Ｎｂ≦１０．０゜００１≦Ｓｉ
≦１０の範囲の量だけ入れる。

（原料溶解工程・・・ＩＶ） 次いで、これらの原料をタングステン電極９を用いて真
空アーク溶解し、十分（こ溶解して均質化して合金化反
応を行わせ、アルミナイドの溶湯を形成する。尚、Ｔ１
からなる板材８の融点は溶湯の融点よりやや高いので、
この時の真空アークによって板材８が溶解することはな
い。

（板材溶解工程・・・■） そしてアルミナイドの溶湯が形成された状態で、タング
ステン電極９の出力を上げて、板材８を溶解する。この
板材８が溶解すると開口部７が開かれるので、−瞬にし
て凹部３内の溶湯が孔４内に流れ込み、溶湯によって孔
４内部が充填される。

尚、この溶湯の移動によって溶湯の液面が低下すること
により、バルブの薄い円盤部分１０が形成される。

（鋳型冷却工程・・・Ｖｌ） そして、冷却ハース２の水路６に水を流し続け、５分か
けて降温させる。

（バルブ取り出し工程・・・Ｖｌｌ） その後、冷却ハース２を左右に分離してバルブの形状の
鋳塊１１を取り呂す。

尚、実際には、この鋳塊１１を精密にバルブ形状に形成
するために、その後切削及び研磨の仕上げ処理が行われ
る。

この様にして形成されたバルブの鋳塊１１は、表面性状
がボアもなく滑らかで良好であり、密度は９９，５％以
上であった。

次に、実験例について説明する。

（実験例） この実験は、上記実施例の方法で鋳造したバルブ形状の
鋳塊の特性を調べる実験であり、ＡＱ。

Ｔ１及び添加する元素の種類や量を変え、常温での引張
り強さ、常温での伸び、３００’Ｃにおける引張り強さ
、８００℃における耐酸化性を調べたこの引張り強さと
は、鋳塊の軸部分が破断する強度を示し、また、常温で
の伸びとは破断歪である。更に、耐酸化性はＴ１の酸化
による項二を１として比較したものである。

その結果を下記表１に示す。尚、表１の試料階１〜３が
、本実施例の方法によって鋳造したバルブの鋳塊を示し
、試料Ｎｃｔ４〜１１が比較例を示す。

この表１から明らかなように、本実施例のアルミナイド
の鋳造方法では、常温及び３００°Ｃにおける引張り強
度に優札更に常温での伸びも少なく好適である。また、
耐酸化性にも優れている。

これに対し、比較例では、常温での引張り強さ等によい
結果がでているものもあるが、高温の引張り強度が低く
、また耐酸化性も劣っており、総合的に評価して望まし
くないものとなっている。

［発明の効果］ 以上詳述したように、請求項１のアルミナイドの鋳造方
法によれ（瓜所定量のＡＱとＴｉとを含む溶湯を鋳型の
空洞部に配置した板材の上部に配置した状態で、板材を
溶解するので、空洞部への溶湯の充填が好適に行なわね
容易にボア等が少ない優れた鋳造品を製造することがで
きる。またその歩留りも高い。

また請求項２のアルミナイドの鋳造方法で（よ溶湯の成
分として所定量のＣｒ、Ｎｂ、Ｓｉ等を含有するので、
高温での強度や耐酸化性能が向上するという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のアルミナイドの鋳造方法の順序を示す
工程図、第２図は実施例のアルミナイドの鋳造方法を具
体的に説明する説明図である。 ２・・・水冷ハース ３・・・凹部 ４・・・孔 ８・・・板材 １］・・・鋳塊

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ＡｌとＴｉとを各々２５ａｔ％以上７５ａｔ％以下
   の範囲で含有する原料を調製し、該原料の溶解容器を鋳
   型の上部に配置するとともに、前記鋳型の空洞部と溶解
   容器の内部とを連通する孔を設け、更に前記原料と一部
   或は全体が同一の組成からなる板材を前記孔を覆つて溶
   解容器の内部に配置し、その後前記原料を溶解容器中で
   溶解して溶湯とした状態で、前記板材を加熱装置にて溶
   解して、前記溶湯を前記溶解容器内部から鋳型の空洞部
   に注入するアルミナイドの鋳造方法。 ２　前記請求項１記載のアルミナイドの鋳造方法におい
   て、前記溶湯が下記のａｔ％の成分のうち、１種又は２
   種以上の成分を含むアルミナイドの鋳造方法。 ０．０５≦Ｃｒ≦１０、 ０．０５≦Ｎｂ≦１０、 ０．００１≦Ｓｉ≦１０