JPS63100150A

JPS63100150A - チタン合金製造用マスター合金とこのマスター合金の製造方法

Info

Publication number: JPS63100150A
Application number: JP61262061A
Authority: JP
Inventors: ヘルマン、アンデルファー; ラインハルト、ヘーン
Original assignee: GfE Gesellschaft fuer Elektrometallurgie mbH
Current assignee: GfE Gesellschaft fuer Elektrometallurgie mbH
Priority date: 1985-11-06
Filing date: 1986-11-05
Publication date: 1988-05-02
Also published as: GB8626410D0; DE3635194A1; JPH0465137B2; US4684506A; GB2182676B; GB2182676A; DE3635194C2

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〉この発明はモリブデンを２０重量％、バナジウムを１０
ｒｎＵ％以上、アルミニウムを４０ｆｆｉＱ％以上含有
し、チタニウム合金を製造するために用いるマスター合
金に関する。さらにこの発明は、上記マスター合金を製
造するための方法と、このマスター合金を用いてチタニ
ウム合金を製造する方法に関する。

〈発明の背景〉２０から２５ｆｆｉｆｉｔ％のモリブデンと、２０から
２５重量％のバナジウムと、残余量のアルミニウムとを
有し、チタニウムを含まないマスター合金は公知である
（米国特許明細６第３３８７９７１号参照）。

このマスター合金は単一の段階で形成され、その融点は
、炭素、酸素、Ｉ！索、水素の混入量が限定される結果
、モリブデンとバナジウムとアルミニウムの合計量が常
に少な（とも９９％であるという事実によって決定され
、これは１４００”Ｃ以下である。

マスター合金からのチタニウム合金の製造はいくつかの
注解が必要である。

種々の組成および比率のアルミニウム、モリブデン、バ
ナジウムを含むチタニウムをベースとする合金は、航空
機および宇宙空間用機器を製造するのに用いるため商業
的に重要である。従って、チタニウム合金を製造するに
は、金属体の性質がほぼ等方性になるようにペースとな
る金属内における合金要素が完全に均質に分配されるこ
とが特に重要である。

２８１０℃の融点をもつモリブデンのような高融点の、
耐熱余興は、融点が１６６８℃にすぎない低融点チタニ
ウムの中では均質に融解させることは特に困難である。

現存するモリブデン含をアルミニウムマスター合金は、
この問題を完全には解決していないことが経験上明らか
である。乙のようなアルミニウムマスター合金は、＾１
１２Ｍ０１＾ｌ５Ｍ０１＾１３　ＭＯ１＾１２　ＭＯ１
八ＩへＯコ　を含む、これらの合金ではマスター合金の
形であってもチタニウム内におけるモリブデンの完全か
つ均質の融解を達成することは難しい。

非融解モリブデン合金、非融解モリブデン粒子は、チタ
ニウムをベースとする合金組成物内に分配されたとき、
その構造に、或はこの合金から製造された製品の強度に
関して問題をもたらす。非融解合金または粒子の混入し
ているところで亀裂が生じる可能性があるからである。

このような製品の時効硬化特性は劣悪であり、疲労に対
する抵抗力は低く、−船釣にすべての強度に悪い影響を
与える。

適当なマスター合金に合金組成金属を混入し、次いでこ
れらをチタニウム海綿体と混合し、これを十分な圧力で
押圧して成形品とすることによって、チタニウムをペー
スとする合金内での滴定できる程度の均質性に近ずける
ことは可能である。

次いで、これらの成形品は特殊な溶接法によって融解電
極に転化され、これを放電炉融解によりインゴットし、
種々のインゴット再融解技術を用いて形成されるチタニ
ウム合金の均質性を向上させることができる。しかしな
がら、これらの方法は、極めてＦＪｉ雑であり、またわ
ずられしいものである。

〈発明の目的〉本発明の目的は、上述の欠点を克服するマスター合金を
提供することにある。

この発明の主要な目的は、比較的低い融点、高いモリブ
デン含育率を有し、そのため改善された特性をイｆ　Ｌ
　、均質性を保証するため従来要求されていたたいへん
複雑な技術を用いずに、特に均質なチタニウム合金の製
造に利用し得るマスター合金を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、チタニウムをベースとする
合金を形成するため、チタニウム内において特に高い可
融性のモリブデンを多（含むマスター合金を提供するこ
とにある。

本発明のさらに他の目的は、比較的多量のモリブデンを
チタニウム合金内へ導入することができる低融点マスタ
ー合金を提供することにある。

〈発明の構成〉１５００℃以下の融点と高いモリブデン含有率を作し、
チタニウム合金内におけるモリブ１ンの均質な融解と分
配を驚くほど容易にするマスター合金を提供することが
可能であることが見出された。

本発明によるマスター合金は、モリブデン含「率を２５
〜３６重量％、バナジウム含有率を１５〜１８重量％と
じ、両含有率の関係はモリブデン含有率がバナジウム含
有率の少なくきも１．４倍となるようになし、さらに０
〜？ｆｆ（ｈｔ％のチタニウム、残余分アルミニウムを
含有させて形成される。もっとも望ましいのは、モリブ
デン含仔率２５ｍｊＳ１％以上、通常少なくとも２７ｆ
ｒ［Ｑ％以上である。

この合金にチタニウムを含ませないことも可能であるが
、望ましくは１重量％以上、もっとも望ましくは±１ｉ
Ｉｉｆｆｉ％の偏差内で約７ｍｍ％のチタニウムを含む
。

このマスター合金の融点は１５００℃以下であり、それ
自体極めて均質である。

しかしながら、本発明のもっとも驚くべき特質は、上述
のモリブデン含打量とバナジウム含ａ量の関係によって
、極めて多量のモリブデンをマスター合金に含ませるこ
とができ、このマスター合金は、チタニウム内で極めて
高い可融性を有し、チタニウム合金内でほぼ完全にモリ
ブデンを融解させるととである。このことはモリブデン
含有率が２５ｍｍ％を超える場合において実に驚くべき
ことである。

本発明のマスター合金は、その他の長所を有する。例え
ば、容易にかつ低エネルギー消費で粉砕され得る。

チタニウム合金を製造するための少量のチタ二・クムを
含むマスター合金は、先行技術となるドイツ特許公開Ｄ
Ｅ−Ｏ３２８２１４０Ｄ号に記載されている。しかしこ
の公報に記αされているマスター合金は、本発明に係る
ものとは異り、ジルコニウムを含んだマスター合金に関
連するものである。

本発明のマスター合金には種々の製造方法がある。本発
明の最良の実施例では、高純度のモリブデン／アルミニ
ウム合金と高純度のバナジウム／アルミニウム合金とが
望ましい割合で結合されて、所望の組成の本発明の合金
を形成し、この混合物を真空誘導炉でアルミニウム金属
およびチタニウム金属と結合して溶融体を形成する。

モリブデン／アルミニウム合金とバナジウム／アルミニ
ウム合金はそれぞれチルミント法ａ元によって形成され
、従って真空誘導炉へ４人するための７５度の純度をを
している。

７５重量％のモリブデンと２５重量％のアルミニウムを
含むモリブデン／アルミニウム合金と、ａｏｍｍ％のバ
ナジウムと２０ｆｆｌｆｆｉ％のアルミニウムを含むバ
ナジウム／アルミニウム合金とを使用し、９９．８％純
度のアルミニウム金属および９９．７％純度のチタニウ
ム金属を使用するのが望ましい。真空誘導炉は、溶融体
槽が撹拌されまたは誘導転位されるよう操作されるのが
好ましり、溶融体が真空状態で脱気された後に、すべて
の好ましくない酸化アルミニウム混入物をテルミット法
で除去し高度に均質の製品がもたらされるまでアルゴン
等の保護ガス雰囲気下に融解状態まで撹拌を継続する。

マスター合金は、アルゴンの存在下、約１５００°Ｃで
鋳造され、ヘリウムの存在下、望ましくは２００トルま
たそれ以下の減圧状態で冷却される。

チタニウム合金は、真空誘導炉および／または電気アー
ク炉内で製造され、固化したマスター合金は目的とする
チタニウム合金の所望の割合でチタニウムを含んでいる
。

〈実施例〉本発明の４種類の金属組成分のマスター合金の望ましい
製造方法は、特に高密度で不純物のない高均質のマスタ
ー合金を保証することが見出された２段階法を用いる。

第２段階での精製は、例えば最大限０．００８％の窒素
分および約０．０２から０．０４％の酸素分というかな
り低いレベルまで製品の不純物を減少させる真空誘導炉
によって行われる。

この方法の第１段階では、モリブデン／アルミニウム合
金およびバナジウム／アルミニウム合金は、焼却炉内で
チルミツ）Ｗ元法により、例えば少なくとも９９．９％
の高純度の酸化モリブデン（Ｖｌ）と高純度のアルミニ
ウムとを混合し、反応混合物を焼熱することにより形成
される。

テルミット法反応は、スラグと金属分との効果的分離を
確実にし、かつスラグの粘度を減少させるためのフラッ
クス添加の必要もない。スラグのために必要であった処
理を省略できることは付加的な汚染を４（機会を避けら
れるので大へんｍ要である。混合および反応の化学ｎ論
によると、この合金は７５ｆｆＺＱ％のモリブデンと２
５ｆｆｆｆｆｉ％のアルミニウムを含むことができる。

アルミニウムは、酸化モリブデンまたは酸化バナジウム
の酸素による焼去を可能ならしめるように過剰量添加さ
れる。

同様の方法で、高純度の酸化バナジウムがアルミニウム
と反応して、８０から８２重量％のバナジウムと２０か
ら１８重量％のアルミニウムを含むバナジウム／アルミ
ニウム合金をテルミット法で調製する。

第２融解段階は上述のように、出発物質モリブデンとア
ルミニウムの比率７５　：　２５のモリブデン／アルミ
ニウム合金、バナジウムとアルミニウムの比率８０　：
　２０のバナジウム／アルミニウム合金、純［！１’　
９９．８％のアルミニウム、純度９９．７％のチタニウ
ム金属を使用して真空誘導炉で行われ、これら出発物質
は真空ゲートを経てセラミック製るつぼ中へ４人され、
誘導撹拌を行いつつ誘導的に加熱される。脱気後、アル
ゴン保護雰囲気下に、溶融金属の撹拌を継続して最少限
度の酸化アルミニウム混入物をも除去するための製精処
理が行われる。この融解方法は融点を監視することによ
り正確に制御され、溶融体はアルゴン下でスチールイン
ゴット鋳型で鋳造され、冷却は不活性ガス、ことにヘリ
ウムでの分圧下、少なくとも２００トルの圧力下で実行
される。

行われた実験を以下の実施例に示す（単位はすべて重量
％である）。

実施例１真空誘導炉以下の諸成分を装置Ｊｔ　した。

４．７２８　ｋｇ　Ｍｏ＾ｌ　　　　　　７３．０％！
１１０１．８５２　ｋｇ　’／ＡＩ　　　　　　８０．
５　Ｋ　Ｖｏ、７０２　ｋｇ　　Ｔｉ−５ｃｒａｐ　　
　　９９．７％　Ｔｉ２．７１８　　ｋｌ　　＾１−Ｇ
ｒａｎｕｌｅｓ　　　　９９．７　　％　＾１これを融
解させ、脱気処理に附し、溶融状態に維持する。鋳造は
アルゴン雰囲気下、１５１０°Ｃで行われ、インゴット
はヘリウム雰囲気下、２００トルの圧力で３時間冷却さ
れる。

この生成品は９．５１ｋｇであり、＾ｌ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔ
ｉの重量％の比率は４３：３５：１５：１７であり、以
下のものを含む。

４１．５　　　　％　＾１３５．８　　　　％　Ｍ。

１５．１　　　　％　Ｖ０．９　　　％　　Ｔｉ０．２０　　　％　Ｆｅ０．０８　　　％　Ｓｌ０．０２２　　％　０２０．００７　　％　Ｎ２ｏ、ｏ＋ｅ　　％　Ｃ０，００１％　Ｂ０．０１５　　　　％　　Ｃｒ０．００２　　　　％　　Ｃｕ０．００２　　　％　　Ｍｇ０．００３　　　　％　　Ｍｎ０　、００９　　　　％　　Ｎ！ｏ、ｏｏａ　　　　％　　Ｐ０．００１　　　　％　　Ｓ０．００１　　　　％　　ｐｂ０．０３　　　　％　　１０．００２　　　　％　　Ｙ固相／！ＡＯ１１′１４２０±　ｌθ℃液相温度　　１
４６０±　１０℃ 実施例２真空誘導炉へ以下の諸成分を装填した。

３．５８８　ｋ客１１１ｏＡＩ　　　　　　７５．０％
ＭＯ２，２１０ｋｇ　ＶＡＩ　　　　　　８１．０　％
　Ｖｏ、７０２　ｋｇ　Ｔ−ｓｃｒａｐ　　　　９９．
７％Ｔｉ３．５１４　ｋｇ　　ＡＩ−Ｇｒａｎｕｌｅｓ
　　　９９．７％　Ａ１溶融は実施例１と同様に行われ
たが、鋳造温度は１４２０℃であった。

この生成品は９．８５ｈｇであり、ＡＩ　、ＭＯ，Ｖ％
　Ｔｉの重量％の比率４８：２７：１８ニアであり、以
下のものを含む。

４８．３　　　　％　Ａ１２６．１　　　　％　Ｍ。

１７．９　　　　％　Ｖ７．１　　　％　Ｔｉ０．２２　　　％　ＦｅＯ，，０７５％　ＳＩ０．０２８　　％　０２０．００８　　％　Ｎ２０、Ｏｌ　　　％　Ｃｏ、ｏｏｔ　　％　Ｂ０．０１３　　％　Ｃ「ｏ、ｏｏｔ　　％　Ｃｕ０．００２　　％　Ｍ＆０．００４　　％　Ｍｎ０．００５　　％　Ｎ＋０．００７　　　　％　　　Ｐ０．００１　　　　％　　Ｓ０．００１　　　　％　　ｐｂ０．０１　　　　％　　Ｗ０．００１　　　９Ａ　　’１固相温度　　１３３０±２０°Ｃ液相温度　　１３６５±２０℃ 実施例１および２のマスター合金は、ハンマーミル中で
容易に粉砕され、高モリブデン含打率をイ「するチタニ
ウム合金を製造するため、チタニウムとともに真空誘導
炉または電気アーク炉で融解される。このチタニウム合
金は、航空機または宇宙空間機器に極めて効果的である
。

製造された典型的な合金はＧ　ｍ　ｆ１％またはそれ以
上のモリブデンと、マスター合金のモリブデンニ対する
割合で決まる量のバナジウムと、マスター合金の比率で
決まる量のアルミニウム、チタニウムを含む。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２５から３０重量％のモリブデンと、１５から１
８重量％のバナジウムと、およそ７重量％以上のチタニ
ウムと、残余量のアルミニウムとから成り、モリブデン
の含有量がバナジウムの少なくとも１．４倍であり、融
点が１５００℃以下であることを特徴とするチタニウム
合金製造のためのマスター合金。
（２）２５から３０重量％のモリブデンと、１５から１
８重量％のバナジウムと、およそ７重量％以上のチタニ
ウムと、残余量のアルミニウムとから成り、モリブデン
の含有量がバナジウムの少なくとも１．４倍であり、融
点が１５００℃以下のチタニウム製造のためのマスター
合金製造方法であって、テルミット法によりモリブデン
／アルミニウム合金とバナジウム／アルミニウム合金を
製造し、真空誘導炉内でこのモリブデン／アルミニウム
合金及びバナジウム／アルミニウム合金と、アルミニウ
ム金属とチタニウム金属とを融解し、この融解物を鋳造
する各工程を含むことを特徴とするマスター合金の製造
方法。
（３）上記モリブデン／アルミニウム合金が約７５重量
％のモリブデン及び約２５重量％のアルミニウムからな
り、上記バナジウム／アルミニウム合金が約８０重量％
のバナジウム及び約２０重量％のアルミニウムからなり
、上記アルミニウム金属が９９．８％の純度であり、上
記チタニウム金属が９９．７％の純度であることを特徴
とする特許請求の範囲第２項によるマスター合金の製造
方法。
（４）真空誘導炉内での融解が炉内での融解物の誘導運
動をともなって行われ、真空脱気後、保護ガスの存在下
に多量の混在アルミニウム酸化物を十分に除去し、均質
な融解物を形成することを特徴とする特許請求の範囲第
２項によるマスター合金の製造方法。
（５）上記の均質な融解物が最高１５１０℃の温度にお
いてアルゴンの存在下に鋳造され、次いでヘリウムの存
在下に最高２００トルの圧力で冷却されることを特徴と
する特許請求の範囲第４項によるマスター合金の製造方
法。