JPH0621303B2 - 低酸素Ti合金の製造方法 - Google Patents
低酸素Ti合金の製造方法Info
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- JPH0621303B2 JPH0621303B2 JP60202812A JP20281285A JPH0621303B2 JP H0621303 B2 JPH0621303 B2 JP H0621303B2 JP 60202812 A JP60202812 A JP 60202812A JP 20281285 A JP20281285 A JP 20281285A JP H0621303 B2 JPH0621303 B2 JP H0621303B2
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Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は低酸素Ti合金の製造方法に係り、特にTi合
金中の酸素含有率を低減することにより、優れた特性を
付与せしめ得るTi合金の製造方法に関する。
金中の酸素含有率を低減することにより、優れた特性を
付与せしめ得るTi合金の製造方法に関する。
[従来の技術] Tiは、特に合金元素を添加しないままでも、他の金属
材料に比べて大きな引強度を有し、鋼や強力アルミニウ
ム合金に匹敵する強度を有する上に、各種の化学薬品に
対して安定で、特に酸化性の酸に対しては優れた耐食性
を示す等、様々な特徴を備えた金属である。このため、
純Ti或いはこれに更に合金元素を添加して特性を改善
せしめたTi系合金は、近年、航空、宇宙用金属材料、
化学工業材料等様々な分野でその利用法が研究されてい
る。
材料に比べて大きな引強度を有し、鋼や強力アルミニウ
ム合金に匹敵する強度を有する上に、各種の化学薬品に
対して安定で、特に酸化性の酸に対しては優れた耐食性
を示す等、様々な特徴を備えた金属である。このため、
純Ti或いはこれに更に合金元素を添加して特性を改善
せしめたTi系合金は、近年、航空、宇宙用金属材料、
化学工業材料等様々な分野でその利用法が研究されてい
る。
このようなTi合金は、Tiが極めて高活性であること
から、通常の耐火物容器を用いた溶解では良好な合金は
得られない。従って、Ti合金の製造方法としては、従
来よりアーク溶解による方法、あるいは黒煙坩堝を用い
た高周波溶解等が実施されている。
から、通常の耐火物容器を用いた溶解では良好な合金は
得られない。従って、Ti合金の製造方法としては、従
来よりアーク溶解による方法、あるいは黒煙坩堝を用い
た高周波溶解等が実施されている。
[発明が解決しようとする問題点] Ti合金の耐食性や耐疲労性等の特性が、合金の酸素
(以下、Oと略記する。)含有量によって著しく影響を
受けることは以前から知られていることである。しかる
に、前記従来の方法は、いずれの場合においても、O含
有量の少ないものが得られない。即ち、従来法では不純
物含有量が少ない高純度のTi原料を用いて溶解して
も、得られる合金のO含有率は1000〜2000pp
m程度であり、O含有量を1000ppm以下に保つこ
とは困難である。
(以下、Oと略記する。)含有量によって著しく影響を
受けることは以前から知られていることである。しかる
に、前記従来の方法は、いずれの場合においても、O含
有量の少ないものが得られない。即ち、従来法では不純
物含有量が少ない高純度のTi原料を用いて溶解して
も、得られる合金のO含有率は1000〜2000pp
m程度であり、O含有量を1000ppm以下に保つこ
とは困難である。
従って、従来より、Ti合金中のO混入量を低減するこ
とは、高特性のTi合金を得るための重要な改良点とさ
れているが、現時点においては、原料の吟味や溶解炉の
選択などを除いて、本格的な努力はなされておらず、十
分満足し得る対策は提案されていない。
とは、高特性のTi合金を得るための重要な改良点とさ
れているが、現時点においては、原料の吟味や溶解炉の
選択などを除いて、本格的な努力はなされておらず、十
分満足し得る対策は提案されていない。
[問題点を解決するための手段及び作用] 本発明は上記従来の問題点を解決し、Oの含有量が極め
て少ないTi合金及びその製造方法を提供するものであ
って、 アーク溶解、プラグマ溶解又は電子ビーム溶解等のスカ
ル溶解法、エレクトロスラグ溶解法又は黒煙坩堝による
誘導加熱溶解法により、真空又は不活性雰囲気下で、T
i合金を溶解し、これにイットリウム及び/又はスカン
ジウムを、冷却固化後にイットリウム及び/又はスカン
ジウムが10〜7000ppm残留するように添加する
ことを特徴とする低酸素Ti合金の製造方法、 を要旨とするものである。
て少ないTi合金及びその製造方法を提供するものであ
って、 アーク溶解、プラグマ溶解又は電子ビーム溶解等のスカ
ル溶解法、エレクトロスラグ溶解法又は黒煙坩堝による
誘導加熱溶解法により、真空又は不活性雰囲気下で、T
i合金を溶解し、これにイットリウム及び/又はスカン
ジウムを、冷却固化後にイットリウム及び/又はスカン
ジウムが10〜7000ppm残留するように添加する
ことを特徴とする低酸素Ti合金の製造方法、 を要旨とするものである。
以下に本発明につき詳細に説明する。
なお、本明細書において「%」は「重量%」を表す。
本発明において、Ti合金は、Ti−Ni合金、Ti−
Fe合金等のTi系合金の他、高Ti合金或いは合金元
素を殆ど含まない純Tiをも包含する。本発明はとりわ
けTi含有量35%以上の合金に適用するに好適であ
る。このようなTi合金としては、例えばAl、Cr、
Fe、Mn、Ni、Cu、V、Sn、Zr、Mo、N
b、Si及びBiの1種又は2種以上含むTi合金が挙
げられる。
Fe合金等のTi系合金の他、高Ti合金或いは合金元
素を殆ど含まない純Tiをも包含する。本発明はとりわ
けTi含有量35%以上の合金に適用するに好適であ
る。このようなTi合金としては、例えばAl、Cr、
Fe、Mn、Ni、Cu、V、Sn、Zr、Mo、N
b、Si及びBiの1種又は2種以上含むTi合金が挙
げられる。
本発明の製造方法においては、アーク溶解、プラグマ溶
解、電子ビーム溶解等のスカル溶解法、エレクトロスラ
グ溶解法又は黒煙坩堝による誘導加熱溶解法により、T
ii合金を溶解し、Ti合金溶湯に、真空又は不活性雰
囲気(例えば、アルゴン、ヘリウムなど)下で、イット
リウム及び/又はスカンジウムを添加する。このときの
イットリウム及び/又はスカンジウムの添加量は、冷却
・凝固せしめたときの残留量が合量で10〜7000p
pmとなるような量である。この添加量は、例えば、繰
り返し実験しておいて、用いるイットリウム及び/又は
スカンジウムの歩留りを予め求めておき、これに基いて
決定しても良い。
解、電子ビーム溶解等のスカル溶解法、エレクトロスラ
グ溶解法又は黒煙坩堝による誘導加熱溶解法により、T
ii合金を溶解し、Ti合金溶湯に、真空又は不活性雰
囲気(例えば、アルゴン、ヘリウムなど)下で、イット
リウム及び/又はスカンジウムを添加する。このときの
イットリウム及び/又はスカンジウムの添加量は、冷却
・凝固せしめたときの残留量が合量で10〜7000p
pmとなるような量である。この添加量は、例えば、繰
り返し実験しておいて、用いるイットリウム及び/又は
スカンジウムの歩留りを予め求めておき、これに基いて
決定しても良い。
このような所望量のイットリウム及び/又はスカンジウ
ム添加により、合金中に存在したOが酸化イットリウム
又は酸化スカンジウムとなり、脱酸処理されるため、得
られるTi合金中のO含有量は500ppm以下に低減
され、その耐食、耐疲労性、靱性等の特性が大幅に向上
する。また、酸化物の介在物が少ないので、伸び、絞り
に優れ、熱間及び冷間の加工性或いは溶接性にも優れる
ものとなる。
ム添加により、合金中に存在したOが酸化イットリウム
又は酸化スカンジウムとなり、脱酸処理されるため、得
られるTi合金中のO含有量は500ppm以下に低減
され、その耐食、耐疲労性、靱性等の特性が大幅に向上
する。また、酸化物の介在物が少ないので、伸び、絞り
に優れ、熱間及び冷間の加工性或いは溶接性にも優れる
ものとなる。
合金中のイットリウム及び/又はスカンジウム残留物が
10ppmより少ないと、十分なO含有量低減効果が発
揮されず、耐食、耐疲労性、靱性の高い合金が得られな
い。またイットリウム及び/又はスカンジウム残留量が
7000ppmよりも多いと、イットリウム及び/又は
スカンジウムが合金の結晶粒界に偏析するなどして、合
金が脆くなるため、これらの特性が低下することとな
る。特に好ましいイットリウム及び/又はスカンジウム
の残留量は20〜5000ppmである。なお、イット
リウム及び/又はスカンジウムが10〜250ppm程
度添加する場合には、高価なこれら添加金属量を少なく
して相応の効果が得られるから好適であり、また800
ppm以上とりわけ1500〜7000ppmと多量に
添加する場合には、コスト高にはなるものの、高特性の
Ti又はTi合金を確実に得ることができ、好適であ
る。
10ppmより少ないと、十分なO含有量低減効果が発
揮されず、耐食、耐疲労性、靱性の高い合金が得られな
い。またイットリウム及び/又はスカンジウム残留量が
7000ppmよりも多いと、イットリウム及び/又は
スカンジウムが合金の結晶粒界に偏析するなどして、合
金が脆くなるため、これらの特性が低下することとな
る。特に好ましいイットリウム及び/又はスカンジウム
の残留量は20〜5000ppmである。なお、イット
リウム及び/又はスカンジウムが10〜250ppm程
度添加する場合には、高価なこれら添加金属量を少なく
して相応の効果が得られるから好適であり、また800
ppm以上とりわけ1500〜7000ppmと多量に
添加する場合には、コスト高にはなるものの、高特性の
Ti又はTi合金を確実に得ることができ、好適であ
る。
本発明で得られるTi合金は、微量のイットリウム及び
/又はスカンジウムを含むこととなるが、このイットリ
ウム及び/又はスカンジウムは、Ti合金製品の表面に
薄いY2O3やSc2O3系の被膜を形成する。この被
膜は緻密であり、Ti合金の耐食性を高める作用をな
す。
/又はスカンジウムを含むこととなるが、このイットリ
ウム及び/又はスカンジウムは、Ti合金製品の表面に
薄いY2O3やSc2O3系の被膜を形成する。この被
膜は緻密であり、Ti合金の耐食性を高める作用をな
す。
本発明において、アーク溶解、プラグマ溶解又は電子ビ
ーム溶解等のスカル溶解法を採用する場合には、水冷銅
モールドを使用し、アークビーム、プラズマビーム又は
電子ビームによりTi合金溶解材をモールド内に溶解さ
せてTi合金溶湯を形成し、鋳塊をゆっくりと引下げな
がら凝固させる方式とするのが好ましい。
ーム溶解等のスカル溶解法を採用する場合には、水冷銅
モールドを使用し、アークビーム、プラズマビーム又は
電子ビームによりTi合金溶解材をモールド内に溶解さ
せてTi合金溶湯を形成し、鋳塊をゆっくりと引下げな
がら凝固させる方式とするのが好ましい。
また黒煙坩堝による場合には、高周波誘導加熱法を採用
するのが有利である。
するのが有利である。
イットリウム及び/又はスカンジウムの添加方法は、特
に限定はなく、従来より接種等に用いられている各種の
方法が用いられる。
に限定はなく、従来より接種等に用いられている各種の
方法が用いられる。
なお、イットリウム及び/又はスカンジウムを添加した
後は、十分に撹拌を行うようにするのが好ましい。
後は、十分に撹拌を行うようにするのが好ましい。
また、本発明方法においては、イットリウム及び/又は
スカンジウムのTi合金溶湯への添加に先立って、Ti
合金溶湯中にアルゴンガスを吹込み、介在物を除去する
ようにするのも有用である。
スカンジウムのTi合金溶湯への添加に先立って、Ti
合金溶湯中にアルゴンガスを吹込み、介在物を除去する
ようにするのも有用である。
本発明において、Ti合金の原料としては、高純度のも
のを用いるのが好ましいが、本発明においては、後工程
で添加するイットリウム及び/又はスカンジウムの脱酸
作用によりO含有量を低減できることから、O含有量の
比較的高い原料をも用いることができる。
のを用いるのが好ましいが、本発明においては、後工程
で添加するイットリウム及び/又はスカンジウムの脱酸
作用によりO含有量を低減できることから、O含有量の
比較的高い原料をも用いることができる。
なお、黒煙坩堝を用いた場合には合金中への炭素(以
下、Cと略記する。)混入の問題が生起することがあ
る。Cは得られる合金の純度を高める上で、できるだけ
少なく保つことが好ましいが、例えばある種のNiTi
合金の如く、合金の使用目的等によっては微量のC混入
は殆ど問題ない場合がある。本発明のうち黒煙坩堝を用
いる方法はこのような合金種に対して効果的である。
下、Cと略記する。)混入の問題が生起することがあ
る。Cは得られる合金の純度を高める上で、できるだけ
少なく保つことが好ましいが、例えばある種のNiTi
合金の如く、合金の使用目的等によっては微量のC混入
は殆ど問題ない場合がある。本発明のうち黒煙坩堝を用
いる方法はこのような合金種に対して効果的である。
[実施例] 以下に本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定さ
れるものではない。
本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定さ
れるものではない。
実施例1 電解ニッケル(純度99.95%)及びスポンジチタン
(酸素含有量0.07%及び0.042%の2種類)を
用い、1溶解あたり合量で0.8Kgとなるように配合
し、Ni55%、Ti45%のTi−Ni合金の製造を
行った。
(酸素含有量0.07%及び0.042%の2種類)を
用い、1溶解あたり合量で0.8Kgとなるように配合
し、Ni55%、Ti45%のTi−Ni合金の製造を
行った。
チタン原料及びニッケル原料を黒煙坩堝に入れ、これを
出力10KW、周波数70KHzの内熱式誘導炉に入
れ、10-2Paの減圧下で溶解し、次いでY又はSc
を、冷却固化した合金中の含有量が0〜8000ppm
の間の所定の値となるような量で種々変更して添加し、
脱酸処理を行った。引き続き、高純度アルゴンガスを5
×103Paまで導入した後、鋳型に鋳込み、10mm
×10mm×160mmの角棒試料を鋳造した。
出力10KW、周波数70KHzの内熱式誘導炉に入
れ、10-2Paの減圧下で溶解し、次いでY又はSc
を、冷却固化した合金中の含有量が0〜8000ppm
の間の所定の値となるような量で種々変更して添加し、
脱酸処理を行った。引き続き、高純度アルゴンガスを5
×103Paまで導入した後、鋳型に鋳込み、10mm
×10mm×160mmの角棒試料を鋳造した。
得られた試料からO分析用試料を切出し、不活性ガス搬
送溶解−熱伝導度法でOの定量を行った。この結果得ら
れた合金中のY、Scの含有量とO含有量との関係を第
1図に示す。
送溶解−熱伝導度法でOの定量を行った。この結果得ら
れた合金中のY、Scの含有量とO含有量との関係を第
1図に示す。
比較例1 Y又はScの代りに、ミッシュメタルを4000ppm
となるように添加したこと以外は、実施例1と同様に行
なって、得られた試料のO含有量を測定した。
となるように添加したこと以外は、実施例1と同様に行
なって、得られた試料のO含有量を測定した。
その結果、O含有量は390ppmと、実施例1の結果
に比べて多く、Y,Sc、特にYはミッシュメタルに比
べて脱酸素効果に優れることが確認された。
に比べて多く、Y,Sc、特にYはミッシュメタルに比
べて脱酸素効果に優れることが確認された。
実施例2 Al,6%、V,4%、Ti,90%のTi−Al−V
合金の溶解材を用い、アルゴンガス雰囲気にて水冷銅モ
ールド内にアーク溶解法により、Ti−6Al−4V合
金のインゴットを鋳造した。
合金の溶解材を用い、アルゴンガス雰囲気にて水冷銅モ
ールド内にアーク溶解法により、Ti−6Al−4V合
金のインゴットを鋳造した。
なお、アーク溶解条件は下記の通りである。
溶解度:5Kg 雰囲気:アルゴン0.1atm Y又はScの添加量:0.1〜1.0% 得られたインゴットから実施例1と同様にO分析用試料
を切出し、Oの定量を行った。この結果得られた合金中
のY、Scの含有量とO含有量との関係を第2図に示
す。
を切出し、Oの定量を行った。この結果得られた合金中
のY、Scの含有量とO含有量との関係を第2図に示
す。
試験例1 実施例1及び実施例2でY添加により得られた試料を用
い、下記方法に従って、その疲労寿命特性を調べた。
い、下記方法に従って、その疲労寿命特性を調べた。
(実施例1)の場合:定歪条件(Σ=0.02%)下で
の低サイクル疲労試験 (実施例2)の場合:平滑丸棒による繰返し曲げ定荷重
(70kg/cm2)の疲労試験Y含有量と疲労寿命と
の関係を第3図及び第4図にに示す。
の低サイクル疲労試験 (実施例2)の場合:平滑丸棒による繰返し曲げ定荷重
(70kg/cm2)の疲労試験Y含有量と疲労寿命と
の関係を第3図及び第4図にに示す。
第3図及び第4図よりTi−Ni合金及びTi−6Al
−4V合金中のY含有量が10ppm以上であると疲労
寿命が大幅に向上することが認められる。これは第1図
及び第2図から明らかなように、合金中のY残留量が1
0ppm以上であると、O含有量が500ppm以下
と、極めて少なくなるためと推察される。また、Y残留
量が7000ppmを超えると疲労寿命が低下するが、
これは、Y分が合金の粒界に偏析するなどして脆くなれ
ためと推察される。
−4V合金中のY含有量が10ppm以上であると疲労
寿命が大幅に向上することが認められる。これは第1図
及び第2図から明らかなように、合金中のY残留量が1
0ppm以上であると、O含有量が500ppm以下
と、極めて少なくなるためと推察される。また、Y残留
量が7000ppmを超えると疲労寿命が低下するが、
これは、Y分が合金の粒界に偏析するなどして脆くなれ
ためと推察される。
[効果] 以上詳述した通り、本発明の低酸素Ti合金の製造方法
は、スカル溶解法又は黒煙坩堝による誘導加熱溶解法に
よりTi合金を溶解し、これにイットリウム及び/又は
スカンジウムが合量で10〜7000ppm含むもので
あり、イットリウム及び/又はスカンジウムのO吸収効
果により、得られる合金中のO含有量が500ppm以
下と著しく低減されるため、低酸素Ti合金を容易に得
ることが可能となる。
は、スカル溶解法又は黒煙坩堝による誘導加熱溶解法に
よりTi合金を溶解し、これにイットリウム及び/又は
スカンジウムが合量で10〜7000ppm含むもので
あり、イットリウム及び/又はスカンジウムのO吸収効
果により、得られる合金中のO含有量が500ppm以
下と著しく低減されるため、低酸素Ti合金を容易に得
ることが可能となる。
本発明によれば、 低酸素含有量のTi合金を容易に得ることができ
る。
る。
従って、得られる合金は極めて耐食性、耐疲労性、
靱性、加工性等の特性に優れる。
靱性、加工性等の特性に優れる。
原料は高酸素含有量のものでも良く、安価な原料で
製造し得る。
製造し得る。
このためより合金の製造コストを低廉化することが
できる。
できる。
等の様々な効果が奏され、工業的に極めて有利である。
第1図及び第2図は、各々、実施例1及び実施例2で得
られた合金中のY、Sc残留量とO含有量との関係を示
すグラフである。第3図及び第4図は、各々、実施例1
及び実施例2で得られた合金中のY残留量と疲労寿命特
性との関係を示すグラフである。
られた合金中のY、Sc残留量とO含有量との関係を示
すグラフである。第3図及び第4図は、各々、実施例1
及び実施例2で得られた合金中のY残留量と疲労寿命特
性との関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】アーク溶解、プラズマ溶解又は電子ビーム
溶解等のスカル溶解法、エレクトロスラグ溶解法又は黒
鉛坩堝による誘導加熱溶解法により、真空又は不活性雰
囲気下でTi合金を溶解し、これにイットリウム及び/
又はスカンジウムを、冷却固化後にイットリウム及び/
又はスカンジウムが10〜7000ppm残留するよう
に添加することを特徴とする低酸素Ti合金の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60202812A JPH0621303B2 (ja) | 1985-09-13 | 1985-09-13 | 低酸素Ti合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60202812A JPH0621303B2 (ja) | 1985-09-13 | 1985-09-13 | 低酸素Ti合金の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6263626A JPS6263626A (ja) | 1987-03-20 |
| JPH0621303B2 true JPH0621303B2 (ja) | 1994-03-23 |
Family
ID=16463608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60202812A Expired - Lifetime JPH0621303B2 (ja) | 1985-09-13 | 1985-09-13 | 低酸素Ti合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621303B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100986720B1 (ko) * | 2002-07-22 | 2010-10-08 | 티타녹스 디벨로프먼트 리미티드 | 분리 방법 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2651945B2 (ja) * | 1990-02-20 | 1997-09-10 | 株式会社ジャパンエナジー | チタンの脱酸方法 |
| WO1998045496A1 (fr) * | 1997-04-04 | 1998-10-15 | Japan Energy Corporation | Procede de production de materiau en toles de metal actif presentant un point de fusion eleve |
| WO2003046258A2 (en) | 2001-11-22 | 2003-06-05 | Qit - Fer Et Titane Inc. | A method for electrowinning of titanium metal or alloy from titanium oxide containing compound in the liquid state |
| EP2427583B1 (en) * | 2009-05-07 | 2015-03-25 | Michael K. Popper | ESR MELTING OF NiTi ALLOYS |
| US11846006B2 (en) | 2019-10-03 | 2023-12-19 | Tokyo Metropolitan Public University Corporation | Heat-resistant alloy, heat-resistant alloy powder, heat-resistant alloy structural component, and manufacturing method of the same |
| CN113828795B (zh) * | 2021-09-13 | 2023-06-16 | 暨南大学 | 一种3d打印耐磨耐蚀钛合金及其制备方法与应用 |
| CN117431424B (zh) * | 2023-09-12 | 2026-01-23 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种低成本高品质tc21钛合金铸锭的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4079523A (en) * | 1976-11-08 | 1978-03-21 | The International Nickel Company, Inc. | Iron-titanium-mischmetal alloys for hydrogen storage |
-
1985
- 1985-09-13 JP JP60202812A patent/JPH0621303B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100986720B1 (ko) * | 2002-07-22 | 2010-10-08 | 티타녹스 디벨로프먼트 리미티드 | 분리 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6263626A (ja) | 1987-03-20 |
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