JPH05140669A - 低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法 - Google Patents
低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法Info
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- JPH05140669A JPH05140669A JP30051591A JP30051591A JPH05140669A JP H05140669 A JPH05140669 A JP H05140669A JP 30051591 A JP30051591 A JP 30051591A JP 30051591 A JP30051591 A JP 30051591A JP H05140669 A JPH05140669 A JP H05140669A
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Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 酸素濃度200ppm以下の低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合
金を製造する。 【構成】 Ｔｉ−Ａｌを主成分とする合金系の溶製にお
いて、カルシアるつぼ内にＴｉ−Ａｌ系合金を溶解、保
持し、これにＣａ源を添加し脱酸して得られた材料を溶
解原料として、大気圧より減圧下の不活性ガス雰囲気あ
るいは真空雰囲気で、耐火物を用いない溶解法により溶
融し、溶湯を保持することにより、Ｃａを強制的に蒸発
除去する。
金を製造する。 【構成】 Ｔｉ−Ａｌを主成分とする合金系の溶製にお
いて、カルシアるつぼ内にＴｉ−Ａｌ系合金を溶解、保
持し、これにＣａ源を添加し脱酸して得られた材料を溶
解原料として、大気圧より減圧下の不活性ガス雰囲気あ
るいは真空雰囲気で、耐火物を用いない溶解法により溶
融し、溶湯を保持することにより、Ｃａを強制的に蒸発
除去する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軽量耐熱材料あるいは
スパッタリングターゲット材料等に一部実用化されてい
る高純度Ｔｉ−Ａｌ系合金に関し、さらに詳しくは、低
酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法に関するもの
である。
スパッタリングターゲット材料等に一部実用化されてい
る高純度Ｔｉ−Ａｌ系合金に関し、さらに詳しくは、低
酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】航空機、自動車、化学プラント、工具等
の産業の各分野においてはエンジン効率等の向上、製品
コストの低減、寿命延長の要求は従来にも増して強くな
っており、その実現のためには強度、弾性率、耐熱性、
耐食性等の高性能、高機能の材料の出現が待望されてい
る。
の産業の各分野においてはエンジン効率等の向上、製品
コストの低減、寿命延長の要求は従来にも増して強くな
っており、その実現のためには強度、弾性率、耐熱性、
耐食性等の高性能、高機能の材料の出現が待望されてい
る。
【０００３】このような要望を満たすものとして、Ｎｉ
−Ａｌ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｔｉ−Ａｌ系等の金属間化合
物があり、特に、Ｔｉ−Ａｌ系の金属間化合物は軽量、
高弾性率、高耐熱性等の優れた特徴を有するため大きな
期待が寄せられている。
−Ａｌ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｔｉ−Ａｌ系等の金属間化合
物があり、特に、Ｔｉ−Ａｌ系の金属間化合物は軽量、
高弾性率、高耐熱性等の優れた特徴を有するため大きな
期待が寄せられている。
【０００４】このような優れた特性を有するＴｉ−Ａｌ
系合金を製造する場合、Ｔｉ−Ａｌ系合金はその構成成
分上、化学的に活性であるため、不活性ガス雰囲気下に
おいて、純Ｔｉ、純Ａｌおよび第３元素等の添加元素を
真空アーク溶解、プラヅマ溶解、電子ビーム溶解、水冷
分割銅るつぼを用いた誘導溶解法等により溶解して製造
している。
系合金を製造する場合、Ｔｉ−Ａｌ系合金はその構成成
分上、化学的に活性であるため、不活性ガス雰囲気下に
おいて、純Ｔｉ、純Ａｌおよび第３元素等の添加元素を
真空アーク溶解、プラヅマ溶解、電子ビーム溶解、水冷
分割銅るつぼを用いた誘導溶解法等により溶解して製造
している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように優れた特
性を有するＴｉ−Ａｌ系合金が実用材料となり得るため
には、本材料が持つ欠点の改善、すなわち、難加工性の
改善、室温における延性の改善が必要不可欠であり、こ
のため、鋳塊中の成分均一性、低酸素化が強く要請され
ている。
性を有するＴｉ−Ａｌ系合金が実用材料となり得るため
には、本材料が持つ欠点の改善、すなわち、難加工性の
改善、室温における延性の改善が必要不可欠であり、こ
のため、鋳塊中の成分均一性、低酸素化が強く要請され
ている。
【０００６】しかしながら、上記に示した製造方法で
は、精錬効果が期待しにくく、したがって、純度は溶解
原料に依存し、酸素濃度が200ppm以下で、かつ成分偏析
のない均一なＴｉ−Ａｌ系合金は得られていない。以下
に各溶解方法の問題点について記述する。
は、精錬効果が期待しにくく、したがって、純度は溶解
原料に依存し、酸素濃度が200ppm以下で、かつ成分偏析
のない均一なＴｉ−Ａｌ系合金は得られていない。以下
に各溶解方法の問題点について記述する。
【０００７】真空アーク溶解でＴｉ−Ａｌ系合金を溶製
する場合、粒状あるいは塊状のＴｉとＡｌの原料を棒状
に圧縮成形し、この成形体を消耗電極として真空下でア
ーク溶解するが、原料となるＴｉとＡｌの融点が大きく
異なるため、これらの溶解速度が異なる結果、Ｔｉが未
溶解のまま鋳塊中に混入したり、あるいは溶解時の溶湯
プール中の攪拌力が不十分なため原料の純Ｔｉ、純Ａｌ
が均一に混合する時間的な余裕がなく成分元素の偏析が
起こりやすく、均質な鋳塊の作製が困難である。また、
純度に関しても原料純度に依存し、高純度化は望めな
い。
する場合、粒状あるいは塊状のＴｉとＡｌの原料を棒状
に圧縮成形し、この成形体を消耗電極として真空下でア
ーク溶解するが、原料となるＴｉとＡｌの融点が大きく
異なるため、これらの溶解速度が異なる結果、Ｔｉが未
溶解のまま鋳塊中に混入したり、あるいは溶解時の溶湯
プール中の攪拌力が不十分なため原料の純Ｔｉ、純Ａｌ
が均一に混合する時間的な余裕がなく成分元素の偏析が
起こりやすく、均質な鋳塊の作製が困難である。また、
純度に関しても原料純度に依存し、高純度化は望めな
い。
【０００８】プラズマアーク溶解、電子ビーム溶解で
は、原料となる塊状、粒状の純Ｔｉ、純Ａｌをコールド
ハース内で溶解後、水冷鋳型内に注湯するか、コールド
ハースを用いずに直接原料を鋳型内に装入しつつ溶解
し、鋳塊を作製する等の方法がとられるのが一般的であ
るが、両者とも上記の真空アーク溶解と同様、溶湯プー
ル内の攪拌力不足による偏析、融点の相違による未溶解
が起こりやすく、均質な鋳塊が得られにくい欠点を持
つ。純度に関しても同様である。
は、原料となる塊状、粒状の純Ｔｉ、純Ａｌをコールド
ハース内で溶解後、水冷鋳型内に注湯するか、コールド
ハースを用いずに直接原料を鋳型内に装入しつつ溶解
し、鋳塊を作製する等の方法がとられるのが一般的であ
るが、両者とも上記の真空アーク溶解と同様、溶湯プー
ル内の攪拌力不足による偏析、融点の相違による未溶解
が起こりやすく、均質な鋳塊が得られにくい欠点を持
つ。純度に関しても同様である。
【０００９】特公平３−４４１３３号公報などに開示の
水冷分割銅るつぼを用いた誘導溶解方法では、水冷分割
銅るつぼからの冷却効果により形成された溶融金属のス
カル（凝固殻）上に、溶融金属が保持されること、さら
に誘導コイルからの電磁気力により溶融金属は放物線形
状に保持されることから、るつぼ材との接触が少なく汚
染の少ない溶解が可能で、かつ溶湯プール内の攪拌力も
大きいので成分偏析がなく均一な鋳塊が得られるという
利点をもつが、純度に関しては、精錬効果を持たず、溶
解原料に依存し、高純度化は望めない。
水冷分割銅るつぼを用いた誘導溶解方法では、水冷分割
銅るつぼからの冷却効果により形成された溶融金属のス
カル（凝固殻）上に、溶融金属が保持されること、さら
に誘導コイルからの電磁気力により溶融金属は放物線形
状に保持されることから、るつぼ材との接触が少なく汚
染の少ない溶解が可能で、かつ溶湯プール内の攪拌力も
大きいので成分偏析がなく均一な鋳塊が得られるという
利点をもつが、純度に関しては、精錬効果を持たず、溶
解原料に依存し、高純度化は望めない。
【００１０】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、Ｔｉ−Ａｌを主成分とする合金系の溶
製において、Ｃａで脱酸し、過剰のＣａを蒸発除去する
ことおよび無汚染均一溶解によって、高純度の低酸素Ｔ
ｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法を提供することを目
的とする。
なされたもので、Ｔｉ−Ａｌを主成分とする合金系の溶
製において、Ｃａで脱酸し、過剰のＣａを蒸発除去する
ことおよび無汚染均一溶解によって、高純度の低酸素Ｔ
ｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法を提供することを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、研究者等によ
る高純度の低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法
についての研究の結果、達成されたもので、その第１発
明は、Ｔｉ−Ａｌを主成分とする合金系の溶製におい
て、カルシアるつぼ内にＴｉ−Ａｌ系合金を溶解、保持
し、これにＣａ源を添加し脱酸して得られた材料を溶解
原料として、大気圧より減圧下の不活性ガス雰囲気ある
いは真空雰囲気で、耐火物を用いない溶解法により溶解
し、溶湯を保持することにより、Ｃａを強制的に蒸発除
去する低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金の製造方法である。
る高純度の低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法
についての研究の結果、達成されたもので、その第１発
明は、Ｔｉ−Ａｌを主成分とする合金系の溶製におい
て、カルシアるつぼ内にＴｉ−Ａｌ系合金を溶解、保持
し、これにＣａ源を添加し脱酸して得られた材料を溶解
原料として、大気圧より減圧下の不活性ガス雰囲気ある
いは真空雰囲気で、耐火物を用いない溶解法により溶解
し、溶湯を保持することにより、Ｃａを強制的に蒸発除
去する低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金の製造方法である。
【００１２】第２発明は、Ｔｉ−Ａｌを主成分とする合
金系の溶製において、水冷分割銅るつぼを用いた誘導溶
解法により、Ｔｉ−Ａｌ系合金を溶解、保持し、これに
Ｃａを添加し脱酸し、大気圧より減圧下の不活性ガス雰
囲気あるいは真空雰囲気で、溶湯を保持することによ
り、Ｃａを強制的に蒸発除去する低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合
金の製造方法である。
金系の溶製において、水冷分割銅るつぼを用いた誘導溶
解法により、Ｔｉ−Ａｌ系合金を溶解、保持し、これに
Ｃａを添加し脱酸し、大気圧より減圧下の不活性ガス雰
囲気あるいは真空雰囲気で、溶湯を保持することによ
り、Ｃａを強制的に蒸発除去する低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合
金の製造方法である。
【００１３】第３発明は、請求項１または２記載の方法
により製造した酸素含有量200ppm以下の低酸素Ｔｉ−Ａ
ｌ系合金である。
により製造した酸素含有量200ppm以下の低酸素Ｔｉ−Ａ
ｌ系合金である。
【００１４】
【作用】以下に、本発明を詳細に説明する。Ｔｉ−Ａｌ
を主成分とする合金系の溶製において、カルシアるつぼ
内にＴｉ−Ａｌ系合金を溶解、保持し、これにＣａを添
加して脱酸すると、過剰のＣａが残存する。このように
して得られた低酸素高カルシウムのＴｉ−Ａｌ系合金
を、さらに耐火物を用いない溶解方法により溶解し、減
圧下で溶湯を保持し、強制的にＣａを蒸発除去すること
により均一な低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金を製造することが
できる。また、不活性ガス雰囲気あるいは真空雰囲気
で、溶解することによって、化学的に活性である溶湯の
酸化を防止することができる。
を主成分とする合金系の溶製において、カルシアるつぼ
内にＴｉ−Ａｌ系合金を溶解、保持し、これにＣａを添
加して脱酸すると、過剰のＣａが残存する。このように
して得られた低酸素高カルシウムのＴｉ−Ａｌ系合金
を、さらに耐火物を用いない溶解方法により溶解し、減
圧下で溶湯を保持し、強制的にＣａを蒸発除去すること
により均一な低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金を製造することが
できる。また、不活性ガス雰囲気あるいは真空雰囲気
で、溶解することによって、化学的に活性である溶湯の
酸化を防止することができる。
【００１５】耐火物を用いない溶解方法としては、水冷
分割銅るつぼを用いた誘導溶解法が適しており、これに
より減圧下で再溶解すると、低酸素均一Ｔｉ−Ａｌ系合
金を製造することが可能となる。水冷分割銅るつぼを用
いた誘導溶解法では、誘導コイルからの電磁気力により
溶融金属は放物線形状に保持されることから、るつぼ材
との接触が少なく汚染の少ない溶解が可能で、かつ溶湯
プール内の攪拌力も大きいので成分偏析がなく均一な鋳
塊が得られる。また、成分調整を行って最終目標組成の
鋳塊を得ることも可能である。なお、耐火物を用いない
溶解法と記述したが、これは本質的な意味においてであ
り、セグメント間（分割銅るつぼの分割部）に充填する
耐火物などはこれには含めない。
分割銅るつぼを用いた誘導溶解法が適しており、これに
より減圧下で再溶解すると、低酸素均一Ｔｉ−Ａｌ系合
金を製造することが可能となる。水冷分割銅るつぼを用
いた誘導溶解法では、誘導コイルからの電磁気力により
溶融金属は放物線形状に保持されることから、るつぼ材
との接触が少なく汚染の少ない溶解が可能で、かつ溶湯
プール内の攪拌力も大きいので成分偏析がなく均一な鋳
塊が得られる。また、成分調整を行って最終目標組成の
鋳塊を得ることも可能である。なお、耐火物を用いない
溶解法と記述したが、これは本質的な意味においてであ
り、セグメント間（分割銅るつぼの分割部）に充填する
耐火物などはこれには含めない。
【００１６】上記の溶解方法により酸素含有量200ppm以
下の高純度の低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金を得ることができ
る。このようにして得られた合金は成分が均一で、低酸
素のため、難加工性が改善され、室温における延性も改
善される。
下の高純度の低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金を得ることができ
る。このようにして得られた合金は成分が均一で、低酸
素のため、難加工性が改善され、室温における延性も改
善される。
【００１７】なお、本発明はＴｉ−Ａｌ二元系合金のみ
ならず、これに室温の延性を高める効果のあるＣｒ、Ｍ
ｎ、Ｖ、高温強度を高める効果のあるＭｏ、Ｗ、Ｎｂ、
Ｔａ、耐熱性を高める効果のあるＹ等を添加し成分調整
が可能となるので、本発明は広くＴｉ−Ａｌ系合金に適
応可能である。
ならず、これに室温の延性を高める効果のあるＣｒ、Ｍ
ｎ、Ｖ、高温強度を高める効果のあるＭｏ、Ｗ、Ｎｂ、
Ｔａ、耐熱性を高める効果のあるＹ等を添加し成分調整
が可能となるので、本発明は広くＴｉ−Ａｌ系合金に適
応可能である。
【００１８】
【実施例】以下に、実施例について説明する。表１に示
す化学組成の初期溶解原料、Ｔｉ：6.5kg とＡｌ：3.5k
g をカルシアるつぼ内に溶解、保持して、これにＣａ：
30〜40g を添加して脱酸し、低酸素高カルシウムのＴｉ
−Ａｌ合金の鋳塊を製造した。この鋳塊の化学組成を表
１に示す。
す化学組成の初期溶解原料、Ｔｉ：6.5kg とＡｌ：3.5k
g をカルシアるつぼ内に溶解、保持して、これにＣａ：
30〜40g を添加して脱酸し、低酸素高カルシウムのＴｉ
−Ａｌ合金の鋳塊を製造した。この鋳塊の化学組成を表
１に示す。
【００１９】さらに、上記鋳塊を水冷分割銅るつぼを用
いた誘導溶解法により溶解し、溶湯を減圧下で保持し、
強制的にＣａを蒸発除去した。Ｃａ蒸発除去後の溶湯の
化学組成と鋳造後の鋳造材の化学組成を表１に併記す
る。
いた誘導溶解法により溶解し、溶湯を減圧下で保持し、
強制的にＣａを蒸発除去した。Ｃａ蒸発除去後の溶湯の
化学組成と鋳造後の鋳造材の化学組成を表１に併記す
る。
【００２０】表１に示すように、初期溶解原料Ｔｉの酸
素濃度は850ppmであるが、本発明により、酸素濃度200p
pm以下の低酸素で、かつ成分偏析のない均一な鋳塊が得
られた。なお、カルシアるつぼに替えて、水冷分割銅る
つぼを用いた誘導溶解法により溶解しても、同様な結果
が得られた。
素濃度は850ppmであるが、本発明により、酸素濃度200p
pm以下の低酸素で、かつ成分偏析のない均一な鋳塊が得
られた。なお、カルシアるつぼに替えて、水冷分割銅る
つぼを用いた誘導溶解法により溶解しても、同様な結果
が得られた。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【発明の効果】本発明は、Ｔｉ−Ａｌを主成分とする合
金系の溶製において、Ｃａで脱酸し、過剰のＣａを蒸発
除去することおよび無汚染均一溶解によって、高純度の
低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法を提供する
ものであって、本発明によれば、酸素濃度が200ppm以下
の低酸素で、かつ成分偏析のない均一な鋳塊を製造する
ことができ、その結果、難加工性が改善され、室温にお
ける延性も改善されたＴｉ−Ａｌ系合金を得ることがで
きる。
金系の溶製において、Ｃａで脱酸し、過剰のＣａを蒸発
除去することおよび無汚染均一溶解によって、高純度の
低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法を提供する
ものであって、本発明によれば、酸素濃度が200ppm以下
の低酸素で、かつ成分偏析のない均一な鋳塊を製造する
ことができ、その結果、難加工性が改善され、室温にお
ける延性も改善されたＴｉ−Ａｌ系合金を得ることがで
きる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ２２Ｃ 14/00 Ｚ 8825−4Ｋ (72)発明者 石井 照朗 兵庫県神戸市須磨区神の谷６−３−107− 302 (72)発明者 宮本 忠男 兵庫県神戸市東灘区北青木２−10−６，Ｗ 6204 (72)発明者 大西 守 兵庫県多紀郡今田町釜屋54番地
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｔｉ−Ａｌを主成分とする合金系の溶製
において、カルシアるつぼ内にＴｉ−Ａｌ系合金を溶
解、保持し、これにＣａ源を添加し脱酸して得られた材
料を溶解原料として、大気圧より減圧下の不活性ガス雰
囲気あるいは真空雰囲気で、耐火物を用いない溶解法に
より溶解し、溶湯を保持することにより、Ｃａを強制的
に蒸発除去することを特徴とする低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合
金の製造方法。 - 【請求項２】 Ｔｉ−Ａｌを主成分とする合金系の溶製
において、水冷分割銅るつぼを用いた誘導溶解法によ
り、Ｔｉ−Ａｌ系合金を溶解、保持し、これにＣａを添
加し脱酸し、大気圧より減圧下の不活性ガス雰囲気ある
いは真空雰囲気で、溶湯を保持することにより、Ｃａを
強制的に蒸発除去することを特徴とする低酸素Ｔｉ−Ａ
ｌ系合金の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の方法により製造
した酸素含有量200ppm以下の低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3300515A JP2989060B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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