JPS6369928A - 合金の製造方法 - 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〕 この発明は例えば、ニオブ（Ｎｂ）−チタン（Ｔｉ）、
チタン（Ｔｉ）−アルミニウム（Ａ２）、ニッケル（Ｎ
　ｉ　）　−チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）−チタン（Ｔ
ｉ）、等二種類以上の金属成分からなる合金の製造方法
に関し、特に融点が高い方の金属材料の溶は残りがなく
、またるつぼを使用することなしに合金を製造すること
ができ、るつぼからの汚染を防止できる高品質な合金を
製造する方法に関する。

〔従来の技術〕

通常、構造用材料としてのチタン合金は原料となるスボ
ンヂチタンと他の成分金属を適宜配合した後、コンパク
ト成形し、これを消耗電極として真空アーク炉により溶
解している。しかし、Ｎｂ−Ｔｉ合金において、Ｎｂの
含有量が１０％以上になると、プレスによるコンパクト
成型が不可能である。

このため、Ｎｂ含有量が５０重量％以上である超伏導度
用細線として使われるＷｂ−Ｔｉ合金の場合には、第２
図（ａ）乃至（ｅ）に示すような方法で溶解されている
。先ず、第２図（ａ）に示すように、Ｔｉ板ｌとＮｂ板
２とを合金成分目標値に見合う形状に切断し、これらの
板を第２図（ｂ）に示すように多数重ね合わせて溶解素
材３を作る９次いで、この溶解素材３を第２図（ｃ）に
示すように、真空アーク炉４に消耗電極５として設置し
、溶解素材３（消耗電極５）と真空アーク炉４の鋳型６
との間にアークを形成する。これにより消耗電極５を溶
解して鋳型６に鋳込み、インゴット７を製造する。

その後、このインゴット７を、第２図（ｄ）に示すよう
に、複数個を溶接固定してブロック８を得、第１図（ｅ
）に示すように、このブロック８を消耗電極として真空
アーク炉４で再溶解する。これにより、Ｎｂ−Ｔｉ合金
のインゴット９を得る。

また、真空アーク炉の一種で、電極となる溶解材料２本
を水平かつ同軸に配置してこの２木の電極の間でアーク
を発生させて溶解し、溶滴を直接鋳型に鋳込む方法が、
微細結晶構造を得る鋳造方法として提案されている。（
特開昭５５−１６５２７１　）しかしながら、この提案
は電極が合金であることを前提とするものであり、本発
明の目的である合金の製造方法を開示するものではない
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の溶解方法には、先ず、所望の組成の溶解電極をあ
らかじめ必要とするために製造コストが高く、作業効率
が悪いという欠点がある。つまり、Ｎｂ板及びＴｉ板を
夫々所定の寸法の板巾にきり揃える必要があるため、歩
留まりが低く、元来Ｎｂ及びＴｉが高価であることに加
えて歩留まりが低いことによりＮｂ−Ｔｉ合金の製造コ
ストが極めて高い、また、Ｎｂ板及びＴｉ板を重ね合わ
せて溶接で固定する必要があるため、作業が繁雑であり
、また、溶接時の雰囲気又は溶接機の電極により合金が
汚染されるおそれがあるので、作業性が極めて低い。

さらに、従来の溶解方法においては、Ｎｂ及びＴｉを均
一に溶解させることが困難である。ＮｂはＴｉよりも融
点が約８００℃高い。このため、Ｎｂ板及びＴｉ板を重
ね合わせた溶解素材を電極として第２図（ｃ）のように
アーク溶解した場合には、融点が低いＴｉが選択的に溶
解してしまう現象が発生する。

従って、Ｎｂ板がその下端で規則的に溶解せず、小片等
が固相のまま鋳型内に落下してしまうことがある。冷却
されている鋳型内に存在するＷｂ−Ｔｉ合金の溶融プー
ル内で、Ｎｂ小片は溶解し難く凝固界面に捕捉されて溶
は残る。このように溶は残ったＮｂは、例え、１ｍｍ以
下の微粒子であっても、後工程の二次溶解および三次溶
解において溶解されず、インゴット製品に残存する。こ
のインゴット製品を極細線に線引きする際に、溶は残っ
たＮｂ微粒子が加工時の破断の要因になる。

又、Ｔｉ合金をるつぼ溶解法で製造する場合にはＴｉが
非常に活性な金属であるため、るつぼ溶解では一般にる
つぼからの汚染が避けられず、合金中の酸素濃度が高く
なり製品の材料特性が著しく劣化することがある。

〔問題点を解決するための手段〕

−めさＲＲＩ斗　曲；未小凹頴占１１暴＋六弄島じかさ
れたものであり、二つ以上の金属成分からなる合金を製
造する際、単一成分のみからなる消耗電極を、同一成分
どおし２木ずつ水平または逆ハの字状に対向させ、真空
または不活性ガス雰囲気中で、該電極にアークを発生さ
せて電極先端を溶解し、溶滴を鋳型内に滴下させて合金
を製造する方法を提供するものである。

〔作用〕

真空中または不活性ガス雰囲気内に設置した鋳型の上に
、単一金属成分のみからなる消耗電極が、同一金属成分
のものどうし２木づつ水平または逆ハの字状に対向して
配置しである。この対向する電極に電流を流すと、電極
間にアークが発生する。

このアークにより電極の先端が溶解され、溶滴が鋳型内
に滴下する。電極は合金が２金属成分からなるときは対
向する２木の電極を２組、３金属成分のときは３組とい
うように配置すればよい。これら金属材料の溶滴は、鋳
型内で混合され、鋳型により冷却されて凝固し、所望の
合金インゴットができる。各金属成分の量は、各電極の
電流を個別に制御することにより、調整することができ
るので、種々の組成の合金を得ることができる。

また、鋳型に電磁攪拌コイルを設置して、溶湯を攪拌す
ることにより、合金の組織を等軸晶としたり、偏析を防
止したりすることができる。

エレクトロンビーム等の加熱源で鋳型内の湯面を加熱す
ることにより、溶湯の凝固を遅らせ、溶湯内の各種成分
が十分均一に混ざり合うようにすることもできる。

〔実施例〕

以下、添付の図面を参照してこの発明の一実施例として
、二種類の金属成分からなる合金の製造方法について具
体的に説明する。第１図（ａ）、（ｂ）はこの発明の実
施例を示す。チャンバ１０が、水冷された銅製鋳型１１
および電極１４〜１７などを取り囲んで設置されている
。このチャンバｌＯは適宜の排気手段（図示せず）に連
結されていて、チャンバ１０に囲まれた空間が低圧（例
えば、１０−２トール）に保持されるようになっている
。

鋳型１１の外側には、溶湯攪拌用の磁場を鋳型１１の溶
湯１３に印加するコイル１２が配設されている。コイル
１２は効果的な溶湯攪拌効果を得るため、軸方向に位置
を調整することができる。

鋳型１１の上方には、２対の対向電極１４−１５（例え
ば純Ｎｂ丸林）及び１６−１７（例えばＴｉ丸棒）が配
設されており、同種金属電極１４−１５間に直流電源１
８が、同じ様に電極１６−１７間に直流電源１９が接続
されている。これらにより、電極１４−１５間、電極１
６−１７間に直流電圧が印加され、電極１４−１５間に
アーク２０が、電極１６−１７間にアーク２０が形成さ
れる。アーク２０．２１の熱によりそれぞれ電極１４−
１５．１６−１７間の先端が溶融し、液滴が形成され、
下方の鋳型１１に落下する。

電極間距離および電極消費速度を検出するため公知の検
出装置を２組の電極１４−１５．１６−１７について設
ける（同装置は図示せず）。また第１図（ｂ）の２２．
２３、および２４．２５はそれぞれ電極１４．１５およ
び１６．１７を軸方向に動かすための駆動装置である。

これらの検出装置および駆動装置により、２組の電極に
ついてそれぞれ電極間距離および溶解速度を制御するこ
とができる。

次に、この様に構成された装置の動作について説明する
。消耗電極１４．１５として例えば、直径２５ｍｍの純
Ｎｂ′ｊＬ棒を設置し、消耗電極１６．１７として、例
えば、直径３２．５＋ｓｍの純Ｔｉ丸棒を設置する。こ
の例ではＮｂとＴｉの電極の溶解速度を等しくしたとき
、所望の合金成分になる様に電極径を決定する。

チャンバ１０内を１０７トールの真空下に保持し、電極
１４−１５間及び電極１６−１７間に直流電圧を印加し
てそれぞれアーク２０．２１が形成される。これらのア
ークの熱により電極１４−１７の先端が溶融し、液滴と
なって下方に落下し、溶湯が鋳型１１に溜る。溶湯１３
はコイル１２から発生する磁場により攪拌されつつ鋳型
１１により冷却されて凝固し、Ｎｂ−Ｔｉインゴット２
６が鋳造される。この時、各電極の溶解につれて、電極
ｌ　　Ａ　　　　　？　　（１４−Ｑ　π　バ・Ｐ　瀉
　ＩＡ−１７四箇　石　今會　病（−中になる様に電極
位置が前進駆動装置２２．２３．２４．２５により制御
される。この等にしてＴｉ電極１６．１７に１００ＯＡ
、Ｎｂ電極１４、工５に４７０ＯＡ通電して内径１００
ｍｍの水冷銅鋳型１１にＮｂ−Ｔｉ合金を鋳造した所、
偏析及びとけ残りがないＮｂ−Ｔｉ合金（Ｎｂ重量５３
％、Ｔｉ重量４７％）を得ることができた。又、連続鋳
造型の鋳型（底が開放）を用いて合金の連続鋳造を行う
ことができることは言うまでもない。

ざらに又、上記の実施例において、合金組成の調整は、
電極の長さの減少速度が各電極について同一になる様に
通電電流を調整し、電極の断面積を成分濃度（ここでは
Ｎｂ重量５３％−丁１重量４７％）に応じて選定するか
、又は、溶解速度検出装置により、電極重量の減少速度
（溶解速度）を測定しつつ、これらの電極溶解速度が成
分濃度に応じて所定の速度になる様に、各電極の電流密
度及び電極の送り速度を個別に調整すればよい。

更に、直流電源に限らず、交ＦＬ電源によっても電極を
溶解することができることは勿論である。

この場合、交流の位相をずらすか、または直流電源を重
畳させることにより、アーク放電が安定に維持されるよ
うにすることが好ましい。

また、成分の均一化を計るため、電磁攪拌用コイルのか
わりに鋳型を回転することでもよい。

またさらに、成分の均一化をはかるため湯面の加熱を行
なうことは効果がある。たとえば、エレクトンビーム等
により湯面を加熱することが考えられる。

以上Ｎｂ−Ｔｉ合金の製造を例にとって説明したが他の
Ｔｉ合金（例えば旧−Ｔｉ合金）また、２種類の金属の
融点の差が大きい場合の合金（例えばＡ／！−Ｔ１合金
、Ａｐ−Ｎｉ合金）の製造に対しても本発明は有効であ
ることは言うまでもない。

また、本発明では、さらに電極数を増す（例えば３組、
６本）ことにより多成分の合金の製造が可能である。

〔発明の効果Ｊ この発明によれば、金属材料の溶は残りがなく、また、
合金成分の溶解素材を予め用意することが不要であるの
で、高品質の合金を低コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

ｐ５１図（ａ）は本発明の一実施例を示す瀉親図、第１
図（ｂ）は同じく平面図、第２図（ａ）〜（ｅ）は従来
技術で合金インゴットを製造するプロセスを示したもの
である。 ｌ・・・Ｔｉ板、２・・・Ｎｂ板、３・・・溶解素材、
４・・・真空アーク炉、５・・・消耗電極、６・・・鋳
型、７・・・インゴット、８・・・ブロック、９・・・
Ｎｂ−Ｔｉ合金のインゴット、１０チヤンバ、１１・・
・銅製鋳型、１２・・・電磁撹拌コイル、１３・・・溶
湯、１４．１５・・・電極（Ｎｂ丸棒） １６．１７・・・電極（Ｔｉ丸ｊＰｔ５）１８・・・１
４．１５の電源、１９・・・１６．１７の電源、２０・
・・１４．１５間のアーク、２０・・・１６．１７間の
アーク、２２・・・１４の軸方向駆動装置２３・・・１
５の軸方向駆動装置、２４・・・１６の軸方向駆動装置
、２５・・・１７の軸方向駆動装着２６・・・インゴッ
ト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）二つ以上の金属成分からなる合金を製造する方法
   において、単一成分のみからなる消耗電極を、同一成分
   どおし２本づつ水平または逆ハの字状に対向させ、真空
   または不活性ガス雰囲気中で、該電極間にアークを発生
   させて電極先端部を溶解し、溶滴を鋳型内に滴下させる
   ことを特徴とする合金の鋳込み方法。
2. （２）目的成分の大小により、電極間の電流密度を変更
   して、溶解量を制御することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の合金の製造方法。
3. （３）電磁攪拌コイルを設置して、溶湯を攪拌すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の合金の製造
   方法。
4. （４）エレクトロンビーム等の加熱源により、湯面を加
   熱することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   合金の製造方法。