JP2002532260A - 融点が高い材料のダイカスト - Google Patents

融点が高い材料のダイカスト

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JP2002532260A JP2000589299A JP2000589299A JP2002532260A JP 2002532260 A JP2002532260 A JP 2002532260A JP 2000589299 A JP2000589299 A JP 2000589299A JP 2000589299 A JP2000589299 A JP 2000589299A JP 2002532260 A JP2002532260 A JP 2002532260A
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injection sleeve
die cavity
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ジョセフ シルラ，ジョン
ウィリアム アンダーソン，デイヴィッド
ジョセフ，ジュニア． マーシン，ジョン
ウィリアム サミュエルソン，ジェフレイ
シウミング テュ，ジョン
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Abstract

(57)【要約】 ダイカスト装置（１８）が、溶融装置（２４）と、ダイキャビティ（３６）と流体的に連通し、前記溶融装置（２４）から溶融したチタンを受ける水平方向射出スリーブ（３０）と、前記射出スリーブ（３０）とシール係合しかつ移動可能に係合していることにより溶融した材料を前記射出スリーブ（３０）からダイキャビティ（３６）へと押し込むプランジャ（４０）と、を備えている。溶融装置（２４）、射出スリーブ（３０）およびダイキャビティ（３６）は、非反応性雰囲気に維持される。材料は、低温（例えば、約２００°Ｆ／９５℃の過熱状態で溶融される。溶融した材料が、続いて、溶融装置（２４）から射出スリーブ（３０）へと移送されることによって、射出スリーブの容量の約２分の１より少量の容量が満たされる。プランジャによって溶融した材料がスリーブ（３０）からダイキャビティ（３６）へと射出され、これによって、ダイキャビティ（３６）の内部でこの材料が凝固する。形成される部材は、平均粒径が微小な微構造を有するとともに、フローラインを有さない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願とのクロスリファレンス】
本願に開示されている材料の幾つかは、本願と同時に出願された同時係属中の
「ダイカストチタン部材およびダイカストチタン合金部材」という名称の特許出
願に記載され、かつ請求されている。この特許出願には、この点が明確に開示さ
れている。
【０００２】
【背景技術】
本発明は、主に、融点が高い合金および／または反応性合金からなる部材に関
し、特に、このような部材をダイカストによって形成する方法に関する 本願では、融点が高い材料とは、融点が少なくとも２０００°Ｆ（１０９３℃
）の材料を意味する。融点が高い材料として、例えば、チタン、チタン合金（通
常は、融点が約３０００°Ｆ／１６５０℃より高い）、ニッケルベース超合金、
コバルトベース超合金（通常は、融点が約２４００°Ｆ／１３１５℃より高い）
、鉄ベース超合金（通常は、融点が約２２００°Ｆ／１２００℃より高い）が挙
げられる。本願では、「反応性合金」には、空気もしくはこれ以外の酸素を含む
雰囲気に露出された場合に反応し、かつ高温では一般的にその反応速度が大きく
なる元素（例えば、チタン、アルミニウムおよび鉄）が含まれる。
【０００３】 チタンおよびチタン合金は、軽量でかつ強度−重量比率が高いことを要する用
途に利用されている。このような合金は、耐腐食性に優れているため、通常は、
比較的高温（例えば、合金の組成に依存して約１２００°Ｆ／６５０℃まで）で
も強度が維持される。一般的に、「チタン合金」という用語は、少なくとも約２
５ａｔ．％のチタンを含む合金を意味する。
【０００４】 例えばガスタービンエンジンにおいては、チタン合金は、中間部材、圧縮機の
ケーシングおよびディスクといった構造的部材のみならず、エンジンの圧縮室に
も利用されている。圧縮室では、例えば、ブレードやベーンといったエアロフォ
イルに利用されている（但し、これらだけではない）。ガスタービンエンジンに
広く利用されているチタン合金の１つは、Ｔｉ６Ａｌ−４Ｖ（組成については、
以下で述べる）であるが、これは、約６００°Ｆ（３１５℃）までの環境で利用
される。より高温の用途（例えば、約１２００°Ｆ／６５０℃までの環境）では
、クリープ特性およびこれ以外の高温特性が良好であることが必要であるが、Ｔ
ｉ６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏを利用することができる。Ｔｉ６Ａｌ−２Ｓ
ｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏの組成についても、以下で述べる。他のチタンベース合金を
利用することも可能であり、例えば、約５００〜１０００°Ｆ（２６０〜５３８
℃）で優れた強度を有するＴｉ８−１−１を利用することができる。チタンアル
ミナイドもまた利用することができるが、これは、主に、ＴｉＡｌおよびＴｉＡ
ｌ３といった化学量論的量のチタンおよびアルミニウムからなる。
【０００５】 ニッケルベース超合金およびコバルトベース超合金は、通常、ガスタービンエ
ンジンのタービン部分に利用されており、ある種のエンジンでは、圧縮室の後段
に利用されている。例えば、中間ケースや中間ディスク、およびタービンケース
やタービンディスクといった部材のみならず、ブレードやベーンにも利用されて
いる。ガスタービンエンジンに通常利用されているニッケルベース超合金は、イ
ンコネル７１８（ＩＮ７１８）であり、これは、一般的に、約０．０１〜０．０
５重量％の炭素（Ｃ）、１３〜２５重量％のクロム（Ｃｒ）、２．５〜３．５重
量％のモリブデン（Ｍｏ）、５．０〜５．７５重量％の（コロンビウム（Ｃｂ）
［ニオブ（Ｎｂ）とも称される］＋タンタル（Ｔａ））、０．７〜１．２重量％
のチタン（Ｔｉ）、０．３〜０．９重量％のアルミニウム（Ａｌ）、約２１重量
％までの鉄（Ｆｅ）を含み、残量分は実質的にＮｉからなる。他の合金も利用さ
れる。例えば、本発明の出願人が所有する米国特許第４，５７４，０１５号およ
び米国特許第５，１２０，３７３号に開示されているように、ＩＮ７１３および
ワスパロイ（Waspaloy）を利用することができる。これらの特許には、この点に
ついて明確に記載されている。さらに、シムスおよびハゲルの超合金（ウィリー
＆サン１９７２年）の５９６〜５９７頁に記載されているように、Ｂ−１９００
もまた利用される。また、シムスおよびハゲルに記載されているように、コバル
トベース合金（例えばＭＡＲ−Ｍ−５０９）も利用される。
【０００６】 ＩＮ９３９は、他のニッケルベース合金であるが、約１５００°Ｆ（８１５℃
）までで利用可能であり、公称的に、約２２．５重量％のＣｒ、１９重量％のＣ
ｏ、６重量％のＭｏ、２重量％のＡｌ、３．７重量％Ｔｉ、２重量％のＷ、３．
３重量％の（Ｃｂ＋Ｔａ）、０．１５重量％のＣ、０．００５重量％のＢを含み
、残量分は主にニッケルからなる。ＩＮ９３９は、鍛造するのが、不可能でない
までも困難である。ガトライズドワスパロイ（Gatorized Waspaloy）は、一般的
なワスパロイの組成が改善されることによって、ワスパロイよりも強度および耐
熱性が向上されたものである。米国特許第４，５７４，０１５号および米国特許
第５，１２０，３７３号を参照されたい。これは、一般的に、１５．００〜１７
．００重量％のクロム、１２．００〜１５．００重量％のコバルト、３．４５〜
４．８５重量％のモリブデン、４．４５〜４．７５重量％のチタン、２．００〜
２．４０重量％のアルミニウムを含んでいる。ガトライズドワスパロイは、さら
に、少量の他の元素を含んでいる。
【０００７】 上述したような特性に加えて、ガスタービンエンジンで利用するためには、こ
れらの材料は、少なくとも、エアロフォイルのような比較的複雑な３次元形状に
成形することが可能であり、さらに、特に高温での耐酸化性を有するものでなけ
ればならない。従来は、一般的に、上述した合金を精密に鍛造することによって
、平均粒径が微小であるとともに、強度、重量および耐久性（つまり高サイクル
疲労に対する耐久性）の均衡がとれた部材が形成されてきた。ガスタービンエン
ジン産業では、ブレードやベーンといった複雑な３次元形状の部材を形成するに
は、鍛造が適している。適切に形成された場合、鍛造された部材は、強度、重量
および耐久性が均衡されたものとなる。
【０００８】 一般的に、エアロフォイルといった部材を鍛造するには、材料のインゴットを
ビレット状（ブレードやベーンの場合は一般的に円筒状）にした後で、加工熱処
理を行うことにより材料を塑性変形させて所望の部材形状にする。加工熱処理と
しては、所望の形状と同じ形状のダイおよび／またはハンマの間で、数時間、加
熱したりスタンピングを行うこと等が挙げられる。通常、鍛造用ダイは、加熱す
ることが可能なものである。通常は、各部材に熱処理を行い、これによって、所
望の特性（例えば、硬化／強化、応力解放、亀裂成長に対する耐性および特定の
ＨＣＦ耐性レベル）を得る。精密な形状、寸法および／または表面形状を有する
部材を形成する必要がある場合は、続いて、仕上げ（例えば、機械加工、化学的
切削加工（chem-mill）および／または媒体仕上げ（media finish））を行う。
【０００９】 鍛造による部材の形成は、多大なコストおよび時間がかかるため、一般的に、
特性（例えば、室温および高温での強度、重量および耐久性）を特別に均衡させ
る必要のある部材にしか適用されない。鍛造用材料を得ることに関しては、ある
特定の材料の場合には長時間を要する。通常、鍛造には、一連の処理が含まれ、
各処理に別個のダイおよびこれに対応する装置が必要となる。ブレードのルート
部の機械加工や適した表面仕上げといった、鍛造後の仕上げ処理に、鍛造部材を
形成するのにかかるコストの大部分が費やされるとともに、部材のかなりの部分
が廃棄される。
【００１０】 部材の鍛造中、原材料の大部分（約８５％、鍛造物の寸法に依存する）が、取
り除かれ、最終的な部材に含まれることなく、廃棄物などになる。形成される部
材の形状が複雑である場合は、部材の製造に要する労力およびコストが増大する
。このことは、ガスタービンエンジンの特に複雑な形状の部材を形成する際には
、よりいっそう重要となる。さらに、ある種の超合金は、鍛造中に材料が戻る性
質があるため、鍛造中にはこのことを考慮し、すなわち、通常は、部材を「過度
に鍛造する」必要がある。上述したように、完成した部材に、さらに、鍛造後処
理を行わなければならない場合もある。さらに、効率の良いエアロフォイル形状
の分析および形成に計算流体力学を適用するのにコンピュータソフトウェアが用
いられる場合は、このようなエアロフォイルおよび部材は、より複雑な３次元形
状を有する。鍛造によってチタン合金をこのように斬新で複雑な形状にすること
は、困難もしくは不可能である。このため、部材のコストがさらに増大し、すな
わち部材が高価なものとなり、これによって、エンジン技術にある種の改良を加
えたり、ある種の部材に特定の合金を利用することを、経済的に実行することが
できない。
【００１１】 鍛造された部材は、鍛造時の欠陥を有する可能性があるが、これは、検査する
ことが困難である。さらに、正確に再生産することも困難である（鍛造の場合、
部材の寸法を厳密に均一にすることができない）。検査後に、多くの部材に、再
処理を行わなければならない。一般的に、鍛造された部材は、そのときの約２０
％を廃棄するか、もしくは、再加工する必要がある。さらに、より斬新で、より
多く改良され、かつより合金化された材料を鍛造するのは、いっそう困難であり
（不可能ではないまでも）、これに応じてコストが高くなる。エアロフォイル形
状が複雑な３次元形状であるほど、困難性は高い。
【００１２】 鋳造は、最終形状に比較的近い形状の部材を形成する場合に、広く利用されて
いる。
【００１３】 インベストメント鋳造法は、鋳造されるべき部材と同じ形状の空隙を有するセ
ラミック型に溶融金属を流し込む方法であるが、このような部材を形成するのに
利用することができる。しかし、インベストメント鋳造法の場合、形成される粒
子が（鍛造により形成される小さな平均粒径と比較して）はるかに大きく（例え
ばＡＳＴＭ１以上）、ある場合には、部材全体が１つの粒子からなる。さらに、
各部材に対して別個にモールドが形成されるため、このプロセスにかかるコスト
は高い。さらに、寸法を厳密に均一にするのが困難である。さらに、気体が存在
する雰囲気中で、材料が、溶融され、流し込まれ、かつ／または凝固されると、
特に材料に反応性元素（例えば、チタンやアルミニウム）が含まれる場合は、望
ましくない特性（例えば、介在物や多孔率）を有する部材が形成される。セラミ
ック製型を破壊することもまた、介在物や不純物が混入する原因となる。
【００１４】 永久型鋳造は、重力のみによって溶融材料を複数の部材からなる再利用可能な
型に流し込む方法であるが、これもまた、一般的に、部材を鋳造するのに利用さ
れてきた。例えば、コルビン（Colvin）に付与された米国特許第５，５０５，２
４６号を参照されたい。しかし、永久型鋳造には、様々な欠点がある。エアロフ
ォイルといった薄い鋳造部材を形成する場合は、材料を薄い断面に押し込むには
、重力では不十分なため、特に材料の溶融温度が高く、かつ過熱度が低い場合は
、モールドを完全に充填することができず、部材を廃棄することとなる。寸法の
公差を比較的大きくする必要があるため、これに応じて鋳造の後処理を多く行わ
なければならない。従って、再現性を得るのが困難である。さらに、永久型鋳造
の場合、表面仕上げの質が比較的悪く、このことによっても、鋳造の後処理を多
く行うことが必要である。
【００１５】 ダイカストは、溶融材料を圧力下で再利用可能なダイに射出する方法であるが
、従来、この方法は、比較的低い融点（例えば、約２０００°Ｆ／１０９５℃以
下）を有する材料から部材を形成するのに利用されなかった。上述したように、
例えば、米国特許第２，９３２，８６５号、米国特許第３，１０６，００２号、
米国特許第３，５３２，５６１号および米国特許第３，６４６，９９０号の記載
では、一般的なダイカスト装置は、複数の部材からなるダイの１つのプラテン（
通常は、固定されているプラテン）に取り付けられた射出スリーブを備えている
。ダイは、例えば、固定プラテンおよび移動可能プラテンからなる、２つの部材
からなるダイであり、これらのプラテンが協働してダイキャビティを画定したも
のである。射出スリーブは、水平方向もしくは垂直方向に向けられているか、水
平方向と垂直方向との間で傾けられている。射出スリーブは、通常、一端のみが
ダイにより固定されており、例えば、スリーブは、材料のブロック内部には埋め
込まれていない。射出スリーブは、ダイのランナと連通しており、かつ溶融金属
を流し込むための開口部を備えている。プランジャが、射出スリーブ内部で移動
可能に配置されており、駆動機構によりプランジャが動かされることによって、
溶融金属がスリーブからダイ内部へと押し込まれる。「低温チャンバ」タイプの
ダイカスト装置では、一般的に、射出スリーブは、水平方向に延びており、加熱
されることがない。鋳造は、通常、大気雰囲気中で行われ、すなわち、装置は、
真空チャンバや不活性雰囲気中といった非反応性雰囲気中には置かれていない。
【００１６】 クロスに付与された米国特許第３，６４６，９９０号および米国特許第３，７
９１，４４０号には、特にこのような装置では融点が高い材料の鋳造が不可能で
あることに関連付けて、このような装置の欠点が記載されている。一般的な装置
では、射出スリーブ内部の雰囲気は真空引きされない。従って、プランジャによ
って、空気がスリーブからダイ内部へと押し込まれ、これによって、ダイカスト
部材に孔が形成される。このような状態は、特に部材が過酷な用途に利用される
場合には、望ましくなく、許容することができない。従って、溶融材料とともに
気泡が射出されないように、射出スリーブを可能な限り完全に満たすか、もしく
は、射出前に溶融材料中の空気がダイから放出されるように、射出スリーブを傾
ける必要がある。さらに、射出スリーブが加熱されないため、溶融金属の皮膜つ
まり「缶」が射出スリーブ内側で凝固する。従って、プランジャをスリーブ内部
で移動させて溶融材料をダイ内部に射出するためには、プランジャが凝固した材
料の抗力に打ち勝ち、これによってスリーブの皮膜が破壊され、「缶が破砕され
る」ようにしなければならない。しかし、缶は、構造的に強固な部材（例えば、
スリーブにより支持された円筒状）であるため、プランジャおよび／またはプラ
ンジャを移動させるための関連する構造が、プランジャを移動させる際の抵抗に
よって、損傷したり、破壊されたりする可能性がある。プランジャが熱により変
形してスリーブの形状に適合しなくなったり、スリーブが熱により変形すること
によってスリーブとプランジャとの間のクリアランスが変化した場合、プランジ
ャとスリーブとの間に金属が流れ込み（「ブローバック」）、かつ／またはプラ
ンジャに巻き付く可能性がある。これらは、全て、形成される部材に悪影響を及
ぼす。パーランティに付与された米国特許第３，５３３，４６４号を参照された
い。
【００１７】 多大な労力が費やされてきたにも拘わらず、一般的な「低温チャンバ」ダイカ
スト装置によって融点が高い材料（例えばチタン合金やチタン超合金）からなる
部材を形成することは不成功に終わった。本願では、超合金とは、強度が高く、
かつ高温においてもなお強度が高い材料を意味する。このような材料は、さらに
、融点が比較的高いという特徴を有する。これまで、融点が高い材料をダイカス
トすることが試みられてきたが、低品質の（例えば、不純物、過度な多孔率、強
度特性および疲労特性が比較的低いなど）部材が形成されるだけでなく、ダイカ
スト装置が損傷するという結果に終わった。
【００１８】 本発明の目的は、融点が高い（例えば、Ｔｍが２０００°Ｆ／１０９３℃であ
る）材料からなるダイカスト部材を形成する方法を提供することである。
【００１９】 本発明の他の目的は、鍛造により形成された対応する部材と同等な特性を有す
るダイカストチタン合金部材を形成するプロセスを提供することである。
【００２０】 本発明の特別な目的は、強度、耐久性および疲労耐性が、鍛造により形成され
た対応する部材と同等な、チタン合金部材の形成方法を提供することである。
【００２１】 本発明のさらに特別な目的は、強度、耐久性および疲労耐性が鍛造により形成
された対応するチタン部材と同等な超合金部材をダイカストする方法を提供する
ことである。
【００２２】 本発明のもう１つの目的は、鍛造するのが不可能でないまでも困難な複雑な３
次元形状を有する部材を形成することである。
【００２３】 他の目的については、当業者であれば、以下の説明および図面から、理解する
ことができるだろう。
【００２４】
【発明の開示】
本発明の１つの形態によると、融点が高い（Ｔｍが少なくとも２０００°Ｆ／
１０９３℃である）材料および／または反応性材料からなるダイカストチタン合
金部材を、低温チャンバタイプのダイカスト装置により形成する方法が開示され
ている。この装置は、複数の部材からなるとともにダイキャビティを画定した再
利用可能なダイと、概ね水平方向に延びてダイに連結された射出スリーブと、溶
融材料を射出スリーブからダイ内部へと射出するプランジャアッセンブリと、少
なくとも１つの金属チャージを溶融させる溶融装置と、溶融した金属を溶融装置
から射出スリーブへと移送するための移送装置と、を備えている。この方法には
、溶融装置、射出スリーブおよびダイキャビティを、非反応性雰囲気中（好まし
くは真空中）に配置するステップと、溶融装置内部の合金を非反応性雰囲気中で
溶融させるステップと、が含まれる。溶融材料は、１００℃未満の過熱状態で溶
融させる。さらに前記方法には、十分な量の溶融したチタンを溶融装置から射出
スリーブへと移送し、射出スリーブの全容量よりも少量の体積分（好ましくは、
この容量の２分の１以下）を満たすステップと、プランジャをスリーブに亘って
移動させて、溶融したチタンをダイキャビティ内部に迅速に射出するステップと
、溶融した材料をダイキャビティ内部で凝固させるステップと、が含まれる。形
成される部材は、鋳造部材にしては平均粒径が小さく、かつフローラインを有さ
ない。融点が高い材料の例として、チタン合金、コバルトベース超合金およびニ
ッケルベース超合金が挙げられる。反応性合金の例として、チタン合金および鉄
ベース超合金が挙げられる。
【００２５】 本発明は、鍛造装置を用いる必要がなく、かつ材料のビレットを特別に調整す
る必要がないという利点を有する。必要な設備を考慮すると、鍛造の場合は、新
たな部材を形成するのに複数のダイを形成する必要があるため、コストが高くな
る。これに対して、１つの部材に必要となるダイの組は、１つだけであるため、
鍛造と比較してコストをはるかに削減することができる。従って、部材を形成す
るのに要する時間、つまりインゴットから最終的な部材を得るために要する時間
は、はるかに短くなる。鍛造には複数の処理を要するのに対し、ダイカストは、
通常、１度の処理で行うことができる。ダイカストの場合は、複数の部材を１度
の鋳造で形成することができる。ダイカストを利用した場合、鍛造を利用する場
合よりも複雑な３次元形状を有する部材を形成することができ、これによって、
新たなソフトウェア設計技術をガスタービンエンジンの分野で利用したり開発す
ることができ、さらに、空気力学的に効率のよいエアロフォイルやこれ以外の部
材を形成することができる。ダイカストによって、鍛造ではこのような形状に形
成することが困難もしくは不可能な材料から、このような形状の部材を形成する
ことができる。さらに、ダイカスト部材は、最終的な形状に近い状態で形成する
ことが可能であり、さらに、表面仕上げが優れているため、続いて行なわれる成
形仕上げ処理を低減させることができる。これらのことによって、このような部
材の製造コストを削減することができる。
【００２６】
【発明を実施するための最良の形態】
図１を参照すると、本発明の、融点が高い材料からなるダイカスト部材（図示
されている実施例では、チタン合金からなる）が、参照符号１０によって示され
ている。図示されている実施例において、部材は、ガスタービンエンジン用のコ
ンプレッサのブレード１０であり、エアロフォイル１２、プラットフォーム１４
およびルート部１６を備えている。しかし、エンジンのベーンや構造的部材とす
ることも可能である。図示されている実施例は、本発明をガスタービンエンジン
用部材に制限するものではない。「融点が高い材料」とは、融点が少なくとも２
０００°Ｆ（１０９３℃）であり、通常は、２５００〜３０００°Ｆ（１３７０
〜１６５０℃）より高い材料を意味する。本願では、「反応性合金」には、空気
、もしくはこれ以外の酸素を含む雰囲気に露出された場合に反応し、かつ高温で
は一般的にその反応速度が大きくなる元素（例えば、チタン、アルミニウムおよ
び鉄）が含まれる。
【００２７】 本発明の部材および処理（図４）については、以下で詳細に説明する。本発明
では、好ましくは、水平方向に延び、かつ通常は加熱されないタイプの射出スリ
ーブを備えた低温チャンバタイプのダイカスト装置（図２〜３）を用いる。この
ような装置は、入手が容易であり、比較的安価で、かつ所望により修理すること
が容易なためである。通常は、汚染が最小となる方法で、チタン合金のチャージ
が少なくとも１つ溶融される。従って、合金は、非反応性雰囲気中（例えば、不
活性雰囲気中、好ましくは真空中）で、加熱および溶融が行われる。さらに、合
金を過熱する際には、制御、かつ制限された過熱状態とすることによって、この
合金がモールド内部に射出されるまでは溶融状態に維持されるが、射出された後
には急速に凝固するようにする。溶融した合金は、続いて、好ましくは真空中に
配置された装置の水平方向射出スリーブへと移送され、圧力下で、再利用可能な
モールド内部に射出される。ダイカスト装置の射出スリーブが加熱されないタイ
プのものである場合は、溶融材料を注入するプロセスおよび射出するプロセスは
、数秒間で行うことが必要であり、射出するプロセスは、好ましくは、１〜２秒
間で行うことが好ましい。
【００２８】 図２〜４に示されているように、本発明の部材を形成するには、加熱されない
射出スリーブ（「低温チャンバ」）を備えたタイプのダイカスト装置（図２〜３
）を利用することが好ましい。通常、材料のチャージを用意し（図４のステップ
４４）、続いて、ダイカストの材料を装置１８内部で溶融させる（図４のステッ
プ４６）。周知のように、溶融されたチタンは、攻撃的な材料であるため、チタ
ンが溶融された材料は、チタンによって攻撃される。従って、誘導型スカル再溶
融法もしくは誘導型スカル溶融法（ＩＳＲ）２４によってチタンを溶融すること
が好ましい。このような溶融は、例えば、ニュージャージー州ランコカスのコン
サークコーポレイション社によって製造されているタイプの装置によって行うこ
とができる。この装置は、鋳造されるべき材料（例えば約２５ポンドまでの材料
）の１つのチャージを、迅速かつ清浄に溶融することが可能なものである。ＩＳ
Ｒの間、材料は、互いに隣接した複数の金属（通常は銅）製フィンガを備えたる
つぼの内部で溶融する。るつぼは、電源２６に接続された誘導コイルによって包
囲されている。フィンガは、水源（図示せず）から冷却水を引き出し、かつこれ
を戻すように循環させるための流路を備えており、これによって、フィンガの溶
融が防止されている。コイルにより生じる界磁（field）によって、るつぼ内部
の材料が加熱されて溶融する。この界磁によって、さらに、溶融した金属が撹拌
される。材料（例えばチタン）の薄膜は、るつぼ壁部で凝固してスカルとなるた
め、溶融したチタンのるつぼを攻撃する能力が低減する。るつぼ、コイル、コイ
ルに印加される出力レベルおよび周波数を適切に選択することによって、溶融し
た材料をるつぼから分離させることが可能であり、これによって、溶融した材料
のるつぼ壁部への衝突をさらに抑制することができる。多量の溶融合金を保持す
るのではなく、１つのチャージのみを溶融させるため、合金よりも融点が低い部
材が、鋳造前に蒸発して失われることを防止することができる。
【００２９】 反応性材料（例えば、チタン、アルミニウムおよびこれらを含む合金）を鋳造
する場合は、このような材料を非反応性雰囲気中で溶融することによって、反応
、汚染、もしくは最終的な部材の品質に悪影響を及ぼす他の状態を回避すること
が重要である。溶融時の雰囲気中に気体が存在する場合、このような気体は溶融
材料にトラップされ、結果として、ダイカスト部材に多数の孔が形成される。従
って、不活性雰囲気中（例えばアルゴン雰囲気中）よりも、真空状態で材料を溶
融させる方が好ましい。より好ましくは、真空源２２に連結されることにより圧
力が１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下に維持されている溶融チャンバ２
０の内部で材料を溶融する。
【００３０】 ＩＳＲ装置を用いて、チタン材料の１つあるいは少量のチャージを溶融するこ
とが好ましいが、溶融される材料を著しく汚染するものでなければ、他の方法で
材料を溶融させることも可能である。例えば、真空誘導炉溶解（ＶＩＭ）、電子
ビーム溶融等を利用することができる。さらに、バルク材料の溶融については、
制限がない。例えば、材料の幾つかのチャージを一括して真空状態に置いた後で
、溶融した材料の１つのチャージを射出スリーブ内部に移送してダイに射出する
ことも可能である。しかし、材料は、真空中で溶融されるため、溶融された材料
を移送する装置を、高温に耐え得るものとするとともに、真空チャンバ内部に配
置しなければならない。従って、真空チャンバを比較的大きくする必要がある。
このように付加的な装置を用いることによって、コストが増大し、さらに、これ
に応じて真空チャンバを大きくすることによって、真空引きに要する時間が長く
なるため、サイクル時間に影響する。
【００３１】 材料を溶融させてからこの溶融した材料を射出するまでの間に、ある程度の時
間がかかるため、材料を溶融させる際には制限された過熱状態とする。つまり、
材料を射出するまでは材料を少なくとも実質的に溶融した状態に維持できるほど
高温で、しかし、射出時に迅速に凝固させることにより粒径を小さくし、かつダ
イカスト装置（特に、このような装置において溶融材料と接触する部分）に加わ
る熱的負荷を低減させることができるほど低温とする。過熱度は、材料をモール
ド内部に射出するまではこれを溶融状態に維持できるほどに十分に高く、しかし
、射出された後には急速に凝固させることができるほど低くする。このように制
御された過熱は、ＩＮ７１８といった超合金には特に重要である。我々は、チタ
ン合金およびＩＮ７１８を溶融する際に、制御、かつ制限された過熱状態とした
。例えば、好ましくはセラミックを含有していない溶融システム（例えば、誘導
型スカル溶融ユニット）を用いて、過熱温度を、合金の溶融温度よりも、約１０
０〜２００°Ｆ（３７〜９７℃）、より好ましくは約５０〜１００°Ｆ（１０〜
３７℃）上回る温度以下とした。
【００３２】 溶融した合金は、この後、好ましくは真空中に配置された装置の水平方向に延
びた射出スリーブへと移送され、圧力下で、再利用可能なモールド内部に射出さ
れる。ダイカスト装置の射出スリーブが加熱されないタイプのものである場合は
、溶融材料を注入するプロセスおよび射出するプロセスを１〜２秒間で行うこと
が好ましい。
【００３３】 溶融材料をるつぼから装置の射出スリーブ３０へと移送する（図４のステップ
４８）ためには、るつぼを、移動可能（図３の矢印３１）に、かつ注入軸を中心
に旋回可能（図２の矢印３３）に取り付け、さらに、るつぼを回転させるモータ
（図示せず）に取り付けることによって、溶融材料をるつぼから射出スリーブ３
０の注入孔３２を介して注入することができるようにする。るつぼは、材料が溶
融される溶融チャンバ２０と、射出スリーブが配置された別個の真空チャンバ３
４と、の間で移送される。さらに、注入チャンバ３４は、非反応性雰囲気に保た
れ、好ましくは、圧力レベルが１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下の
真空状態に保たれる。溶融チャンバ２０および注入チャンバ３４は、ゲートバル
ブ、もしくは一方のチャンバが大気に露出された場合（例えば、いずれかのチャ
ンバの内部の部材にアクセスする場合）に真空状態が著しく損なわれないように
する他の適した手段（図示せず）によって、分離されている。図示された実施例
では、溶融チャンバと注入チャンバとが分離されているが、溶融および注入を１
つのチャンバの内部で行うことも可能である。しかし、所定の部材が大気に露出
された場合（例えば、溶融装置や射出スリーブの保守整備、もしくは鋳造部材の
除去の際に）に真空状態が著しく損なわれないようにするために、これらのチャ
ンバを分離することが好ましい。
【００３４】 上述したように、溶融材料は、注入孔３４を介してるつぼ２４から射出スリー
ブ３０へと移送される。射出スリーブ３０は、複数の部材からなる再利用可能な
ダイ３６に連結されており、ダイ３６によって、ダイ空隙３８が画定されている
。十分な量の溶融材料が射出スリーブ内部に注入され、ダイ空隙が満たされる。
ダイ空隙は、１つの部分を備えたものとすることも、複数の部分を備えたものと
することも可能である。発明者は、例えば１２個の空隙を備えたダイを用いて、
１２個もの部材を１度の射出で鋳造することに成功してきた。
【００３５】 例えば、ガスタービンエンジン用圧縮機のブレードもしくはベーンのような形
状の場合には、図示されているように、ダイ３６は、２つの部分３６ａ，３６ｂ
からなる（３つ以上の部分から構成することもできる）。ダイ３６は、好ましく
は、真空源に直接に連結され、かつ射出スリーブに通じており、これによって、
溶融金属を射出する前にダイを真空引きすることが可能となっている。ダイを真
空源に直接に連結する代わりに、もしくはこれに加えて、ダイを真空チャンバ内
部に配置することも可能である。ダイの２つの部分３６ａ，３６ｂのうちの一方
の部分は、通常、固定されるが、他方の部分は、例えば油圧式アッセンブリ（図
示せず）によってこの一方の部分に対して移動可能とされる。ダイは、好ましく
は、突出しピン（図示せず）を備えており、これによって、凝固した材料をダイ
から分離させることが可能となっている。ダイは、さらに、ストリッパ機構（図
示せず）を備えており、これによって、鋳造材料を熱い状態でダイから取り除く
ことにより、ダイに加わる熱的負荷を低減することができる。
【００３６】 ダイは、様々な材料から形成することができるが、熱伝導率が良好で、かつ溶
融材料の射出による腐食および化学的攻撃に対する耐性が比較的高いものとしな
ければならない。利用可能な材料を広範囲に亘って挙げると、多大な数になるが
、例えば、金属、セラミック、グラファイト、セラミック基質化合物および金属
基質化合物が挙げられる。種々のダイ材料には、それぞれ利点があるため（例え
ば、機械加工の容易性、高温における強度、およびこれらの２つを併せ持ってい
ること）、それぞれ異なる用途に適している。チタンの場合は、軟質の炭素鋼（
例えば１０１８）からなるダイを用いることが好ましい。これは、コストが低く
、機械加工が容易であるためである。コーティングおよび表面処理を適用するこ
とによって、装置の性能および形成される部材の品質を向上することも可能であ
る。冷却剤（例えば水）や熱（例えば油）のソース（図示せず）にダイを接続す
ることによって、処理中のダイの温度を熱的に管理することも可能である。加え
て、ダイの１つもしくは複数の部材およびダイカスト装置に、ダイ用潤滑剤を添
加することも可能である。潤滑剤は、形成される鋳造部材の品質を改善するもの
とし、特に、熱的破壊に対して耐性を有するものとすることによって、射出され
ている材料が汚染されないようにしなければならない。
【００３７】 溶融された金属は、続いて、るつぼから射出スリーブへと移送される。十分な
量の溶融金属が射出スリーブ内部に注入されることによって、スリーブの一部が
満たされ、続いて、ダイが満たされる。スリーブにおいて溶融金属により満たさ
れる部分は、好ましくは、５０％未満であり、より好ましくは、約４０％未満で
あり、最も好ましくは、３０％未満である。
【００３８】 プランジャ４０といった射出装置が射出スリーブ３０と協働しており、油圧式
アッセンブリもしくは他の適したアッセンブリ（図示せず）によってプランジャ
が矢印４２の方向に駆動される。これによって、プランジャが、実線で示された
位置と破線で示された位置との間を移動し、これによって、溶融材料が、圧力下
で、スリーブ３０からダイ空隙３８へと射出される（図４のステップ５０）。実
線で示された位置では、プランジャとスリーブとが協働して、射出される溶融材
料の量より実質的に大きな容量が画定される。好ましくは、この容量は、射出さ
れるべき材料の体積の少なくとも２倍である。従って、るつぼからスリーブへと
移送される溶融材料の体積により満たされる部分は、スリーブの容量の２分の１
以下、より好ましくは約３分の１以下である。スリーブが一部分しか満たされな
いため、スリーブ上で凝固する材料つまり皮膜は、不完全な円筒形状（例えば、
開いた円弧状面）となり、これによって、金属の射出中に容易に破壊され、溶融
材料中に再び取り込まれる。射出時のプランジャの速度は、３０〜３００インチ
／秒（ｉｐｓ）（０．７７〜７．７ｍ／ｓ）であり（射出スリーブの内径が約３
インチ／７．６ｃｍの場合）、より好ましくは、約５０〜１７５インチ／秒（ｉ
ｐｓ）（１．２８〜４．５ｍ／ｓ）である。プランジャは、通常、少なくとも１
２００ｐｓｉ（８．４ＭＰａ）の圧力で移動させられ、より好ましくは、少なく
とも１５００ｐｓｉ（１０．５ＭＰａ）の圧力で移動させられる。ダイキャビテ
ィが満たされてプランジャがその行程の終端に近づくと、プランジャから金属へ
と圧力が伝達され始める。このとき、圧力を増大させることにより、モールドの
空隙を完全に塞ぐことが好ましく、その特定の増大パラメータは、所望の結果に
よって異なる。圧力を増大させることによって、多孔率を減少させ、かつ冷却時
の材料の収縮を低減もしくは防止することができる。発明者は、圧力を１５００
ｐｓｉ以上増大させており、これによって、良好な結果を得てきた。ダイ内部で
材料が確実に凝固するのに十分な時間が経過した後で、突出しピン（図示せず）
を駆動することによって、部材をダイから取り除く（図４のステップ５２）。
【００３９】 当該技術分野において周知のように、鋳造部材は、通常、ある程度の（通常は
数パーセントまでの）多孔率を有する。従って、特にこのような部材がガスター
ビンエンジン用圧縮機のエアロフォイルといった過酷な用途で利用される場合に
は、孔を減少させるか、好ましくは取り除くことが必要である。孔が減少された
り、除去されない場合は、必要に応じて処理を行う必要がある（図４のステップ
５４）。従って、上述したように、熱間静水圧処理（ＨＩＰ）を部材に行うこと
によって、鋳造部材の孔を減少させ、実質的に取り除くことが好ましい。チタン
合金部材の場合は、約１５００〜１６００°Ｆ（８１５〜８７１℃）より高温（
但し、ベータ相を維持したい場合は、約１８５０°Ｆ（１０１０℃）のベータト
ランサス温度より低温）で、少なくとも１４ｋｓｉ（９８ＭＰａ）、より好まし
くは１４．５ｋｓｉ（１０１．５ＭＰａ）よりも高い圧力で、少なくとも２時間
の間、ＨＩＰを行うことが好ましい。
【００４０】 所望により、続いて、部材に熱処理を行うことも可能である。実際は、熱処理
およびＨＩＰのパラメータを、部材の所望の用途およびプロセスの目標サイクル
時間に応じて変えることが可能である。しかし、ＨＩＰの温度、圧力および時間
は、鋳造部材の孔をほぼ全て除去しながら、粒子の著しい成長を防止することが
できるものとしなければならない。
【００４１】 上述したように、ダイカストＴｉ６−４からなるエアロフォイルの場合は、不
活性雰囲気中（例えばアルゴン雰囲気中もしくは真空状態）で、少なくとも２時
間、部材を約１５００〜１６００°Ｆ（８１５〜８７１℃）の温度に加熱する。
ダイカストＴｉ６−２−４−２からなるエアロフォイルの場合は、不活性雰囲気
中（例えばアルゴン雰囲気中もしくは真空状態）で、少なくとも８時間、部材を
、約１０００〜１２００°Ｆ（５３８〜６５０℃）、より好ましくは、約１１０
０°Ｆの温度に加熱する。
【００４２】 一般的な検査技術によって部材を検査する（図４のステップ５６）。例えば、
蛍光浸透剤を用いた探傷法（fluorescent penetrant inspection, ＦＰＩ）、放
射線による検査、視覚的検査などを利用することができる。検査後は、部材を使
用するか、もしくは、更なる処理（再処理）を行うことができる（図４のステッ
プ５８）。
【００４３】 本発明によると、本発明に従って処理された部材は、安定的な、粒子が微小な
微構造を有する。粒径の好適な平均値および許容できる最大値は、用途および部
材の断面厚さによって決まる。例えば、ガスタービンエンジン用の部材であるか
他の用途のための部材であるか、回転する部材か非回転型の部材か、低温環境で
利用される部材か高温環境で利用される部材か、によって決まる。圧縮機のブレ
ードやベーンといったガスタービンエンジン用部材の場合は、平均粒径が、通常
、ＡＳＴＭ０以下であり、より好ましくは、ＡＳＴＭ３以下である。但し、寸法
は、特定の部材によって決まる。
【００４４】 本発明の部材（例えば、ブレードやベーン）は、好ましくは、フローラインを
有さない。所望により、このような部材を鋳造した後に、加工熱処理を行うこと
ができる。すなわち、ダイカスト部材を、鍛造処理のためのプリフォームとして
利用することができる。本発明のコストを可能な限り抑えるために、ダイカスト
部材を最終的な形状に近い状態に鋳造することによって、鋳造後に部材に行なわ
れる工程およびこれに伴うコストを最小とすることが好ましい。
【００４５】 このようなダイカスト部材には、鋳造の際に形成された孔が残留している可能
性があるが、このような孔を加熱する処理をさらに行うことができる。例えば、
このような処理は、熱間静水圧処理（ＨＩＰ）といった静水圧処理により行なう
ことができる。粒子が粗い、（優勢的に）変態したベータ微構造を変えることな
く孔を修復するには、温度、圧力および時間といったＨＩＰパラメータを慎重に
選択することが必要である。温度は、圧力下で孔を塞ぐ（例えば、クリープさせ
る）のに十分なほど高くする必要があるが、材料の再結晶化が生じるほど高くす
べきではない（例えば、チタン合金のベータトランサス温度（beta transus tem
prature）よりも低温とすべきである）。
【００４６】 Ｔｉ６−４の場合、ＨＩＰ温度を、好ましくは、１７５０°Ｆ（９５０℃）以
下とすべきであり、より好ましくは、約１５５０〜１６５０°Ｆ（８４５〜９０
０℃）とすべきである。さらに、ＨＩＰの後、Ｔｉ６−４に熱処理を行なうこと
ができる。この熱処理は、少なくとも２時間の間、非反応性雰囲気中（好ましく
は、アルゴン雰囲気中もしくは真空状態）において、約１５５０°Ｆ（８４３℃
）の温度で行なう。Ｔｉ６−２−４−２の場合は、ＨＩＰ温度を、好ましくは、
１８５０°Ｆ（１０１０℃）以下とすべきであり、より好ましくは、１６５０〜
１７５０°Ｆ（９９０〜９５０℃）とすべきである。Ｔｉ６−２−４−２には、
少なくとも８時間の間、非反応性雰囲気中（好ましくは、アルゴン雰囲気中もし
くは真空状態）において、約１１００°Ｆ（５９５℃）で熱処理を行うことがで
きる。
【００４７】 さらに、鋳造の後処理を行うことができる。例えば、表面に化学的切削加工を
行うことにより表面の汚染を除去したり、媒体を用いた処理により表面仕上げを
改善したり、さらに熱処理を行うことにより機械的特性を調整することができる
。このような付加的な処理は、合金の組成や所望の特性といった要素によって決
まる。
【００４８】 Ｔｉ６−４からなるダイカスト部材には、以下でより詳細に説明するように、
本発明の前処理を行った。これらの部材には、圧縮機のエアロフォイルおよびテ
ストバーが含まれていたが、これらの部材に、上述した鋳造の後処理をさらに行
った。テストバーおよびエアロフォイルの微構造の例が、図５および図６に示さ
れている。鍛造されたＴｉ６−４からなる対応するエアロフォイルの微構造は、
図７に示されている。部材を試験した結果、特性は、鍛造により形成された対応
する部材と同等であることが確認された。必要な特性は、特定のダイカスト部材
の用途によって決まるが、ダイカスト部材を鍛造された部材の代わりに利用する
場合は、このダイカスト部材が、鍛造により形成された対応する部材と同等の特
性を有する。
【００４９】 ダイカスト部材から得られた結果と、対応する鍛造部材を機械加工した試験片
から得られた結果と、が比較され、この結果が、図８〜１１に示されている。
【００５０】 エアロスペースの用途に利用されているチタン合金の１つは、Ｔｉ−６Ａｌ−
４Ｖ（「Ｔｉ６−４」）であるが、この合金は、主に、約４〜８ｗ／ｏ（重量％
）のＡｌおよび３〜５ｗ／ｏのＶを含有しており、残量分は主にチタンであり、
さらに、微量の他の元素を含んでいる。
【００５１】 より高温の用途（例えば、約１２００°Ｆ／６５０℃の環境）では、クリープ
特性およびこれ以外の高温特性が良好であることが必要であるが、Ｔｉ６Ａｌ−
２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ（「Ｔｉ６−２−４−２」）を利用することができ、こ
れは、約５〜７ｗ／ｏのＡｌ、約１．５〜２．５ｗ／ｏのＳｎ（スズ）、約３．
０〜５．０ｗ／ｏのＺｒおよび約１．５〜２．５ｗ／ｏのＭｏを含み、残量分は
主にチタンからなり、他の元素を僅かに含む。
【００５２】 他のＴｉ合金としては、Ｔｉ８−１−１やチタンアルミナイドが挙げられる。
Ｔｉ８−１−１は、主に、約７．３５〜８．３５ｗ／ｏのＡｌ、０．７５〜１．
２５ｗ／ｏのＭｏおよび０．７５〜１．２５ｗ／ｏのＶを含んでおり、残量分は
主にチタンからなり、さらに微量の他の元素を含んでいる。
【００５３】 一般的に、チタンアルミナイドは、化学量論的量のチタンおよびアルミニウム
が主に含んでおり、ＴｉＡｌやＴｉＡｌ3といった組成を有する。概して、ダイ
カストチタンアルミナイド合金が利用される様々な用途では、密度が小さく、か
つ適度な強度を有することが必要であり、このような用途では温度は中程度であ
る（約５００〜１７００°Ｆ／２６０〜９２５℃）。温度であり、現在考えられ
る用途としては、カバープレートや熱遮断装置が挙げられる。
【００５４】 圧縮機のエアロフォイルの場合、ダイカストによるエアロフォイルは、強度特
性および衝撃特性が、対応する鍛造部材と同等である。加えて、このような部材
は、同等の耐久性（例えば、疲労強度、特に高サイクル疲労に対する耐性）を有
する。疲労試験では、さらに、ダイカストＴｉ６−４部材と対応する鍛造部材と
を比較したが、図１０および図１１に示したように、ダイカストの平滑部材およ
びノッチ付き部材の疲労は、鍛造部材と同等であった。ここでも、上述した値は
、部材の特定の用途によって決まる。
【００５５】 Ｔｉ６−２−４−２からなるダイカスト部材に、以下でより詳細に説明するよ
うに、本発明の処理を行った。このような部材には、圧縮機のエアロフォイルお
よびテストバーが含まれていたが、上述した鋳造の後処理を行った。テストバー
およびエアロフォイルの微構造の例が、図１２および図１３に示されている。こ
れに対応する、鍛造によるＴｉ６−２−４−２のエアロフォイルの微構造は、図
１４に示されている。
【００５６】 図１５に示されているように、圧縮機のブレードやベーンとして利用されるべ
き、Ｔｉ６−２−４−２からなるダイカスト部材の強度特性および衝撃特性は、
このような用途のために形成された対応する鍛造部材と同等である。さらに、こ
のような部材は、同等の耐久性（疲労強度、特に、高サイクル疲労に対する強度
）を有する。疲労試験において、ダイカストＴｉ６−２−４−２と対応する鍛造
部材とを比較したが、ダイカスト部材の特性は、対応する鍛造部材と同等であっ
た。
【００５７】 以上の例から、広範囲のチタン合金組成を有する部材を形成するのにダイカス
トを利用することができることが確認できる。以上の例から、広範囲のチタン合
金組成を有する部材を形成するのにダイカストを利用することができることが確
認できる。さらに確認するために、Ｔｉ８−１−１のダイカスト部材を形成した
。Ｔｉ８−１−１ダイカスト部材の微構造の例が、図１３に示されている。疲労
試験においてダイカストＴｉ８−１−１部材と対応する鍛造部材とを比較すると
、ダイカスト部材の特性が鍛造部材と同等であることが予想される。
【００５８】 様々なニッケルベース超合金およびコバルトベース超合金からなる部材が、本
発明の方法によって処理されてきた。
【００５９】 １つのニッケルベース超合金は、インコネル７１８（ＩＮ７１８）であり、こ
れは、主に、約０．０１〜０．０５ｗｔ.％の炭素（Ｃ）、約０．４ｗｔ．％ま
でのマンガン（Ｍｎ）、約０．２ｗｔ.％までのシリコン（Ｓｉ）、１３〜２５
ｗｔ．％のクロム（Ｃｒ）、約１．５ｗｔ.％までのコバルト（Ｃｏ）、２．５
〜３．５ｗｔ.％のモリブデン（Ｍｏ）、５.０〜５．７５ｗｔ．％の（コロンビ
ウム（Ｃｂ）＋タンタル（Ｔａ））、０．７〜１．２ｗｔ.％チタン（Ｔｉ）、
０．３〜０．９ｗｔ．％のアルミニウム（Ａｌ）、約２１ｗｔ.％までの鉄（Ｆ
ｅ）を含み、残量分は主にＮｉからなる。他の合金を利用することも可能である
。例えば、ＩＮ７１３を利用することが可能であり、これは、公称的に、約０．
０２５ｗｔ．％までの炭素（Ｃ）、約０．４ｗｔ．％までのマンガン（Ｍｎ）、
約０．４ｗｔ．％までのシリコン（Ｓｉ）、１２〜１６ｗｔ．％のクロム（Ｃｒ
）、３〜６ｗｔ．％のモリブデン（Ｍｏ）、０．８〜３．５ｗｔ．％の（コロン
ビウム（Ｃｂ）＋タンタル（Ｔａ））、０．７〜１．３ｗｔ．％のチタン（Ｔｉ
）、５．２５〜６．７５ｗｔ．％のアルミニウム（Ａｌ）、約１ｗｔ．％までの
鉄（Ｆｅ）を含み、残量分は、主にＮｉおよびコバルト（Ｃｏ）からなる。
【００６０】 このような用途に利用できるもう１つの材料としてワスパロイが挙げられる。
ワスパロイについては、例えば、出願人が所有する米国特許第４，５７４，０１
５号および米国特許第５，１２０，３７３号に明確に開示されており、これらを
参照することができる。一般的に、ワスパロイは、約０．０２〜０．１５ｗｔ．
％の炭素（Ｃ）、約１２〜２０ｗｔ．％のクロム（Ｃｒ）、１０〜２０ｗｔ．％
のコバルト（Ｃｏ）、２〜５．５ｗｔ．％のモリブデン（Ｍｏ）、３〜７ｗｔ．
％のチタン（Ｔｉ）、１．２〜３．５ｗｔ．％のアルミニウム（Ａｌ）、０．０
１〜０．１５ｗｔ．％のジルコニウム（Ｚｒ）、０．００２〜０．０５ｗｔ．％
のボロン（Ｂ）を含み、残量分は、主にＮｉからなる。
【００６１】 もう１つの合金としては、Ｂ−１９００が挙げられる。これは、公称的に、約
８ｗｔ.％のＣｒ、１０ｗｔ．％のＣｏ、６ｗｔ.％のＭｏ、４ｗｔ．％のＴａ、
６ｗｔ.％のＡｌ、１ｗｔ.％のＴｉ、０．１ｗｔ．％のＣ、０．０１５ｗｔ.％
Ｂ、および０．１ｗｔ．％のＺｒを含む。例えば、シムスとハゲル（Sims & Hag
el）著の「超合金」（ウィリーアンドサン（wiley & Sons）、１９７２年）の５
９６〜５９７頁を参照されたい。ＭＡＲ−Ｍ−５０９といったコバルトベース合
金もまた、高温の用途で利用することができる。ＭＡＲ−Ｍ−５０９は、公称的
に、約２３．５ｗｔ.％のクロム（Ｃｒ）、１０ｗｔ．％のニッケル（Ｎｉ）、
７ｗｔ.％のタングステン（Ｗ）、３．５ｗｔ．％のタンタル（Ｔａ）、０．２
ｗｔ.％のチタン（Ｔｉ）、０．５ｗｔ．％のジルコニウムを含み、残量分は主
にコバルトからなる。例えば、シムスとハゲル著の文献を参照されたい。
【００６２】 約１５００°Ｆまでの環境で利用できる他のニッケル合金としてＩＮ９３９が
挙げられる。これは、公称的に、約２２．５ｗｔ．％のＣｒ、１９ｗｔ．％のＣ
ｏ、６ｗｔ．％のＭｏ、２ｗｔ．％のＡｌ、３．７ｗｔ．％のＴｉ、２ｗｔ．％
のＷ、３．３ｗｔ．％の（Ｃｂ＋Ｔａ）、０．１５ｗｔ．％のＣ、０．００５ｗ
ｔ．％のＢを含み、残量分は、主にニッケルからなる。ＩＮ９３９は、鍛造する
のが不可能でないまでも困難である。ガトライズドワスパロイ（Gatorized Wasp
aloy）は、一般的なワスパロイよりも強度および耐熱性が向上されるように、ワ
スパロイの組成が改善されたものである。米国特許第４，５７４，０１５号およ
び米国特許第５，１２０，３７３号を参照されたい。ガトライズドワスパロイは
、公称的に、１５．００〜１７．００ｗｔ．％のクロム、１２．００〜１５．０
０ｗｔ．％のコバルト、３．４５〜４．８５ｗｔ．％のモリブデン、４．４５〜
４．７５ｗｔ．％のチタン、２．００〜２．４０ｗｔ．％のＡｌ、および微量の
他の元素を含む。
【００６３】 チタン合金を用いて本発明を実行した結果、高品質の鋳造部材を形成するため
には、幾つかの条件が重要であることがわかった。特に反応性材料（例えばチタ
ン合金）の場合は、材料の溶融、注入および射出を、非反応性雰囲気中で行うこ
とが必要であり、圧力が１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下に維持さ
れた真空状態で行うことが好ましい。過熱度は、材料を注入してから射出するま
でこの材料を実質的もしくは完全に溶融状態で維持することができるほど高く、
しかし、射出後に迅速に冷却することにより粒径を小さくすることができるほど
低くすることが必要である。過熱度が比較的低いため、溶融した金属の移送およ
び射出は、金属が凝固する前に迅速に行わなければならない。粒径といった、結
果として生じる微構造は、利用されているダイ材料および過熱のみならず、鋳造
される部材の断面の厚さに対応するらしい。すなわち、断面が薄いほど粒径は小
さく、断面が厚いほど（特に、厚い断面の内側部分）粒径が大きくなる傾向があ
る。過熱度を低くする場合と同様に、ダイ材料の熱伝導率が高いほど、部材の粒
径は小さくなる。このことは、相対的な冷却速度に起因すると考えられる。プラ
ンジャの移動速度、ひいては材料がモールド内部に射出される速度は、鋳造時に
部材の表面仕上げに影響を及ぼすが、ダイ材料のみならず、ゲートの設計もまた
、射出速度とともにこれに影響を及ぼす。
【００６４】 融点が高い材料にダイカストを行なうことによって、鍛造よりも重要な利点が
得られる。必要な設備を考慮すると、鍛造の場合は、新たな部材を形成するのに
複数のダイを形成する必要があるため、コストが高くなる。これに対して、１つ
の部材に必要となるダイの組は、１つだけであるため、鍛造と比較してコストを
はるかに削減することができる。材料のビレットを特別に調整する必要がなく、
さらに、複数の処理により行われる鍛造とは対照的に、鋳造は１つのステップで
行うことができるため、部材を形成するのに要する時間、つまりインゴットから
最終的な部材を得るために要する時間は、はるかに短くなる。ダイカストの場合
は、複数の部材を１度の鋳造で形成することができる。ダイカストの場合は、よ
り複雑な３次元形状の部材を形成することが可能であり、これによって、ガスタ
ービンエンジンのような分野における新たなソフトウェア設計技術の利用および
開発が可能となるとともに、より効率的なエアロフォイルおよび他の部材を形成
することが可能となる。ダイカストを利用した場合、鍛造では複雑な形状に形成
することが困難もしくは不可能な材料を用いて、このような形状の部材を形成す
ることができると考えられる。さらに、ダイカスト部材は、最終的な形状に近い
状態で形成することが可能であり、さらに、表面仕上げが優れているため、続い
て行なわれる成形仕上げ処理を低減させることができる。これらのことによって
、このような部材の製造コストを削減することができる。
【００６５】 本発明について、これまで詳細に説明してきたが、本発明の主旨および付随の
請求項の範囲から逸脱することなく、様々な変更および置き換えを行うことが可
能である。従って、本発明についての説明は例示的なものであり、本発明はこれ
に制限されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本圧明のダイカストチタン合金部材を示す図。
【図２】 本発明のダイカスト装置の概略図。
【図３】 本発明のダイカスト装置の概略図。
【図４】 本発明の、融点が高い材料にダイカストを行うプロセスのフロー図。
【図５】 本発明のダイカストＴｉ６−４からなるエアロフォイルの微構造を示す顕微鏡
写真。
【図６】 本発明のダイカストＴｉ６−４からなるテストバーの微構造を示す顕微鏡写真
。
【図７】 鍛造によるＴｉ６−４からなるエアロフォイルの微構造を示す顕微鏡写真。
【図８】 本発明のダイカストＴｉ６−４と鍛造によるＴｉ６−４の特性を比較した図。
【図９】 本発明のダイカストＴｉ６−４と鍛造によるＴｉ６−４の特性を比較した図。
【図１０】 ダイカストＴｉ６−４部材と鍛造により形成された対応するＴｉ６−４部材の
疲労特性を示す図。
【図１１】 ダイカストＴｉ６−４部材と鍛造により形成された対応するＴｉ６−４部材の
疲労特性を示す図。
【図１２】 本発明のダイカストＴｉ６−２−４−２からなるエアロフォイルの微構造を示
す顕微鏡写真。
【図１３】 本発明のダイカストＴｉ６−２−４−２からなるテストバーの微構造を示す顕
微鏡写真。
【図１４】 鍛造によるＴｉ６−２−４−２からなるテストバーの微構造を示す顕微鏡写真
。
【図１５】 本発明のダイカストＴｉ６−２−４−２と鍛造によるＴｉ６−２−４−２の特
性を比較した図。
【図１６】 本発明のダイカストＴｉ８−１−１からなる部材の微構造を示す顕微鏡写真。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｄ 17/14 Ｂ２２Ｄ 17/14 17/22 17/22 Ｄ 17/32 17/32 Ａ Ｂ 21/00 21/00 Ｃ 21/02 21/02 27/20 27/20 Ｚ 29/00 29/00 Ｇ Ｃ２２Ｃ 14/00 Ｃ２２Ｃ 14/00 Ｚ 19/03 19/03 Ｈ 19/07 19/07 Ｈ Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｃ Ｆ０４Ｄ 29/02 Ｆ０４Ｄ 29/02 29/38 29/38 Ｇ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 マーシン，ジョン ジョセフ，ジュニア． アメリカ合衆国，コネチカット，マールボ ロウ，ヴァージニア レイル ドライヴ 50 (72)発明者 サミュエルソン，ジェフレイ ウィリアム アメリカ合衆国，フロリダ，ジュピター， リヴァー エッジ ロード 324 (72)発明者 テュ，ジョン シウミング アメリカ合衆国，コネチカット，ウエスト ハートフォード，メドウ レーン 122 Ｆターム(参考） 3H022 AA03 BA04 CA51 DA01 DA19 3H033 AA02 AA06 AA16 BB03 BB08 CC01 DD25 DD26 EE02 4E093 NA01 NB05 TA10 UA10

Claims (45)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 融点が高い材料もしくは反応性材料をダイカスト装置によって
    形成する方法であって、前記ダイカスト装置が、材料を溶融するための溶融装置
    と、複数の部分と流体的に連通している概ね円筒状をなす水平方向の射出スリー
    ブと、溶融した材料を前記溶融装置から前記射出スリーブへと移送する移送装置
    と、ダイキャビティを画定しているとともに溶融した材料を受けるダイと、前記
    射出スリーブとシール係合しかつ移動可能に係合していることにより溶融した材
    料を前記射出スリーブから前記ダイキャビティへと押し込むプランジャと、を備
    えており、前記射出スリーブが、前記プランジャと前記スリーブとによりスリー
    ブの全容量が画定される第１の位置と、材料が前記ダイ内部へと射出される材料
    射出位置と、の間で移動可能なものにおいて、前記方法には、 前記溶融装置、前記射出スリーブ、および前記ダイキャビティを非反応性雰囲
    気に維持するステップと、 約２００°Ｆ（９５℃）より低い過熱状態で前記材料を前記溶融装置内部で溶
    融させるステップと、 材料を前記溶融装置から前記射出スリーブへと移送して、前記スリーブの全容
    量より少量の容量を満たすステップと、 前記プランジャを前記第１の位置と第２の位置との間で移動させることにより
    前記の溶融した材料を前記ダイキャビティ内部へと射出し、前記の溶融した材料
    を前記ダイキャビティ内部で凝固させるステップと、が含まれ、前記部材は、変
    態したベータ微構造を有するとともに、フローラインを有さないものであること
    を特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記の非反応性雰囲気に維持するステップでは、前記溶融装置
    、前記射出スリーブ、および前記ダイキャビティを、約１００μｍより低圧の雰
    囲気に維持することを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記の非反応性雰囲気に維持するステップでは、前記溶融装置
    、前記射出スリーブ、および前記ダイキャビティを、約５０μｍより低圧の雰囲
    気に維持することを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記の非反応性雰囲気に維持するステップでは、前記溶融装置
    、前記射出スリーブ、および前記ダイキャビティを、それぞれ別々に、非反応性
    雰囲気中に配置することを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記の溶融させるステップでは、前記材料を少なくとも２００
    ０°Ｆ（１０９３℃）に加熱することを特徴とする請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記の溶融させるステップでは、前記材料を少なくとも２５０
    ０°Ｆ（１３７０℃）に加熱することを特徴とする請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記の溶融させるステップでは、前記材料を少なくとも３００
    ０°Ｆ（１６５０℃）に加熱することを特徴とする請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記の溶融させるステップでは、約４〜８ｗ／ｏのＡｌおよび
    ３〜５ｗ／ｏのＶを含み、残量分は実質的にＴｉからなる材料を溶融させること
    を特徴とする請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記の溶融させるステップでは、約５〜７ｗ／ｏのＡｌ、約１
    ．５〜２．５ｗ／ｏのＳｎ（スズ）、約３．０〜５．０ｗ／ｏのＺｒ、約１．５
    〜２．５ｗ／ｏのＭｏを含み、残量分は実質的にチタンからなる材料を溶融させ
    ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記の溶融させるステップでは、約７〜８．５ｗ／ｏのＡｌ
    、０．５〜１．５ｗ／ｏのＭｏ、および０．５〜１．５ｗ／ｏのＶを含み、残量
    分は実質的にチタンからなる材料を溶融させることを特徴とする請求項１記載の
    方法。
  11. 【請求項１１】 前記材料が、チタン合金、ニッケルベース超合金、コバルト
    ベース超合金、鉄ベース超合金およびこれらを組み合わせた材料からなる群から
    選択した材料であることを特徴とする請求項１記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記材料が、約０．０５ｗｔ．％の炭素（Ｃ）、約０．４ｗ
    ｔ．％までのマンガン（Ｍｎ）、約０．２ｗｔ．％までのシリコン（Ｓｉ）、１
    ３〜２５ｗｔ．％のクロム（Ｃｒ）、約１．５ｗｔ．％までのコバルト（Ｃｏ）
    、２．５〜３．５ｗｔ．％のモリブデン（Ｍｏ）、５．０〜５．７５ｗｔ．％の
    （コロンビウム（Ｃｂ）＋タンタル（Ｔａ））、０．７〜１．２ｗｔ．％のチタ
    ン（Ｔｉ）、０．３〜０．９ｗｔ．％のアルミニウム（Ａｌ）、約２１ｗｔ．％
    までの鉄（Ｆｅ）を含み、残量分は実質的にＮｉからなるものであることを特徴
    とする請求項１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記材料が、約０．０２５ｗｔ．％の炭素（Ｃ）、約０．４
    ｗｔ．％までのマンガン（Ｍｎ）、約０．４ｗｔ．％までのシリコン（Ｓｉ）、
    １２〜１６ｗｔ．％のクロム（Ｃｒ）、３〜６ｗｔ．％のモリブデン（Ｍｏ）、
    ０．８〜３．５ｗｔ．％の（コロンビウム（Ｃｂ）＋タンタル（Ｔａ））、０．
    ３〜１．３ｗｔ．％のチタン（Ｔｉ）、５．２５〜６．７５ｗｔ．％のアルミニ
    ウム（Ａｌ）、約１ｗｔ．％までの鉄（Ｆｅ）を含み、残量分は実質的にＮｉお
    よびコバルト（Ｃｏ）からなるものであることを特徴とする請求項１記載の方法
    。
  14. 【請求項１４】 前記材料が、約０．１５ｗｔ．％までの炭素（Ｃ）、１２〜
    ２０ｗｔ．％のクロム（Ｃｒ）、１０〜２０ｗｔ．％のコバルト（Ｃｏ）、２〜
    ５．５ｗｔ．％のモリブデン（Ｍｏ）、３〜７ｗｔ．％のチタン（Ｔｉ）、１．
    ２〜３．５ｗｔ．％のアルミニウム（Ａｌ）、０．０１〜０．１５ｗｔ．％のジ
    ルコニウム（Ｚｒ）、０．００２〜０．０５ｗｔ.％のボロン（Ｂ）を含み、残
    量分は実質的にＮｉからなるものであることを特徴とする請求項１記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記材料が、約８ｗｔ．％のＣｒ、１０ｗｔ．％のＣｏ、６
    ｗｔ．％のＭｏ、４ｗｔ．％のＴａ、６ｗｔ．％のＡｌ、１ｗｔ．％のＴｉ、０
    ．１ｗｔ．％のＣ、０．０１５ｗｔ.％のボロン（Ｂ）および０．１ｗｔ.％のＺ
    ｒを含むものであることを特徴とする請求項１記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記材料が、約２３．５ｗｔ．％のクロム（Ｃｒ）、１０ｗ
    ｔ．％のニッケル（Ｎｉ）、７ｗｔ．％のタングステン（Ｗ）、３．５ｗｔ．％
    のタンタル（Ｔａ）、０．２ｗｔ．％のチタン（Ｔｉ）、０．５ｗｔ．％のジル
    コニウムを含み、残量分は実質的にコバルトからなるものであることを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記の移送するステップでは、スリーブの容量の約２分の１
    より少量の容量を満たすことを特徴とする請求項１記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記の移送するステップでは、スリーブの容量の約３分の１
    より少量の容量を満たすことを特徴とする請求項１記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記の形成される部材が、ガスタービンエンジンの部材であ
    ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記の形成される部材が、圧縮機の部材であることを特徴と
    する請求項１９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記の形成される部材が、ブレードおよびベーンからなる群
    から選択したものであることを特徴とする請求項２０記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記の射出するステップでは、前記スリーブに亘って前記プ
    ランジャを約３０〜２５０インチ／秒（０．７７〜６．４ｍ／ｓ）の速度で移動
    させることを特徴とする請求項１記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記の射出するステップでは、前記スリーブに亘って前記プ
    ランジャを約５００〜１５００ｐｓｉ（３．５〜１０．５ＭＰａ）の圧力で移動
    させることを特徴とする請求項１記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記の射出するステップでは、前記プランジャの行程の終端
    で圧力を増大させることを特徴とする請求項１記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記の射出して凝固させるステップによって、前記部材の平
    均粒径がＡＳＴＭ１未満となることを特徴とする請求項１記載の方法。
  26. 【請求項２６】 モールド内部に射出された前記の溶融した材料が約２秒以内
    に凝固するように、前記ダイの温度を制御するステップが含まれることを特徴と
    する請求項１記載の方法。
  27. 【請求項２７】 凝固した部材を前記ダイから取り外すステップと、 前記部材の孔を除去するステップと、が含まれることを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記の孔を除去するステップには、 前記部材を少なくとも１４００°Ｆ（７６０℃）に加熱し、前記部材に少なく
    とも約１４ｋｓｉ（９８ＭＰａ）の圧力を加えるステップと、 前記のように加熱して圧力を加えた状態を少なくとも約２時間維持するステッ
    プと、が含まれることを特徴とする請求項３０記載の方法。
  29. 【請求項２９】 続いて、前記部材を、非反応性雰囲気中で少なくとも約２時
    間の間、少なくとも１５００°Ｆ（８１５℃）に加熱するステップが含まれるこ
    とを特徴とする請求項２８記載の方法。
  30. 【請求項３０】 チタン合金部材をダイカスト装置によって形成する方法であ
    って、前記ダイカスト装置が、チタン合金を溶融する溶融装置と、複数の部分と
    流体的に連通している概ね円筒状をなす水平方向の射出スリーブと、溶融したチ
    タン合金を前記溶融装置から前記射出スリーブへと移送する移送装置と、ダイキ
    ャビティを画定しているとともに溶融したチタン合金を受けるダイと、前記射出
    スリーブとシール係合しかつ移動可能に係合していることにより溶融したチタン
    合金を前記射出スリーブから前記ダイキャビティへと押し込むプランジャと、を
    備えており、前記射出スリーブが、前記プランジャと前記スリーブとによりスリ
    ーブの容量が画定される第１の位置と、溶融したチタン合金が前記ダイ内部へと
    射出される材料射出位置と、の間で移動可能なものにおいて、前記方法には、 前記溶融装置、前記射出スリーブ、および前記ダイキャビティの内部を非反応
    性雰囲気に維持するステップと、 前記チタン合金の１つのチャージを前記溶融装置内部で溶融させるステップと
    、 十分な量の溶融したチタン合金を前記溶融装置から前記射出スリーブへと移送
    して、前記射出スリーブの全容量より少量の容量を満たすステップと、 前記プランジャを前記射出スリーブに亘って移動させることにより前記の溶融
    したチタン合金を前記ダイキャビティ内部へと射出し、前記の溶融したチタン合
    金を前記ダイキャビティ内部で凝固させるステップと、が含まれることを特徴と
    する方法。
  31. 【請求項３１】 微構造が、フローラインを有さず、かつ変態したベータ微構
    造であることを特徴とする方法。
  32. 【請求項３２】 前記の非反応性雰囲気に維持するステップでは、前記溶融装
    置、前記射出スリーブ、および前記ダイキャビティを、約１００μｍより低圧の
    雰囲気に維持することを特徴とする請求項３０記載の方法。
  33. 【請求項３３】 前記の非反応性雰囲気に維持するステップでは、前記溶融装
    置、前記射出スリーブ、および前記ダイキャビティを、それぞれ別々に、非反応
    性雰囲気中に配置することを特徴とする請求項３３記載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記の溶融させるステップでは、約４〜８ｗ／ｏのＡｌおよ
    び３〜５ｗ／ｏのＶを含み、残量分は実質的にＴｉからなる材料を溶融させるこ
    とを特徴とする請求項３０記載の方法。
  35. 【請求項３５】 前記の溶融させるステップでは、約７〜８．５ｗ／ｏのＡｌ
    、０．５〜１．５ｗ／ｏのＭｏ、および０．５〜１．５ｗ／ｏのＶを含み、残量
    分は実質的にチタンからなる材料を溶融させることを特徴とする請求項１記載の
    方法。
  36. 【請求項３６】 前記の溶融させるステップでは、化学量論的量のチタンおよ
    びアルミニウムからなる材料を溶融させることによって、形成される部材をＴｉ
    ＡｌおよびＴｉＡｌ3からなるものとすることを特徴とする請求項３０記載の方
    法。
  37. 【請求項３７】 前記の溶融させるステップでは、約７〜８．５ｗ／ｏのＡｌ
    、０．５〜１．５ｗ／ｏのＭｏ、および０．５〜１．５ｗ／ｏのＶを含み、残量
    分は実質的にチタンからなる材料を溶融させることを特徴とする請求項３０記載
    の方法。
  38. 【請求項３８】 前記の移送するステップでは、スリーブの容量の約２分の１
    より少量の容量を満たすことを特徴とする請求項３０記載の方法。
  39. 【請求項３９】 前記の射出して凝固させるステップによって、前記部材の平
    均粒径がＡＳＴＭ１未満となることを特徴とする請求項３０記載の方法。
  40. 【請求項４０】 凝固した部材を前記ダイから取り外すステップと、 前記部材の孔を除去するステップと、が含まれることを特徴とする請求項３０
    記載の方法。
  41. 【請求項４１】 前記の孔を除去するステップには、 前記部材を少なくとも１０００°Ｆ（５３７℃）に加熱し、前記部材に少なく
    とも約１４ｋｓｉ（９８ＭＰａ）の圧力を加えるステップと、 前記のように加熱して圧力を加えた状態を少なくとも約２時間維持するステッ
    プと、が含まれることを特徴とする請求項３０記載の方法。
  42. 【請求項４２】 少なくとも１種類の反応性材料をダイカスト装置によって形
    成する方法であって、前記ダイカスト装置が、チタン合金を溶融するための溶融
    装置と、複数の部分と流体的に連通している概ね円筒状をなす水平方向の射出ス
    リーブと、溶融したチタン合金を前記溶融装置から前記射出スリーブへと移送す
    る移送装置と、ダイキャビティを画定しているとともに溶融したチタン合金を受
    けるダイと、前記射出スリーブとシール係合しかつ移動可能に係合していること
    により溶融したチタン合金を前記射出スリーブから前記ダイキャビティへと押し
    込むプランジャと、を備えており、前記射出スリーブが、前記プランジャと前記
    スリーブとによりスリーブの容量が画定される第１の位置と、溶融したチタン合
    金が前記ダイ内部へと射出される材料射出位置と、の間で移動可能なものにおい
    て、前記方法には、 前記溶融装置、前記射出スリーブ、および前記ダイキャビティの内部を非反応
    性雰囲気に維持するステップと、 約２００°Ｆ（９５℃）より低い過熱状態で前記材料の１つのチャージを前記
    溶融装置内部で溶融させるステップと、 溶融した合金を前記溶融装置から前記射出スリーブへと移送するステップと、 前記プランジャを前記射出スリーブに亘って移動させることにより前記の溶融
    した合金を前記ダイキャビティ内部へと迅速に射出し、前記の溶融した材料を前
    記ダイキャビティ内部で凝固させるステップと、が含まれることを特徴とする方
    法。
  43. 【請求項４３】 前記の溶融させるステップでは、約１００°Ｆ（３７℃）よ
    り低温の過熱状態で材料を溶融させることを特徴とする請求項４２記載の方法。
  44. 【請求項４４】 前記の溶融させるステップでは、約５０°Ｆ（１０℃）より
    低温の過熱状態で材料を溶融させることを特徴とする請求項４２記載の方法。
  45. 【請求項４５】 前記の溶融させるステップでは、チタン合金、ニッケルベー
    ス超合金、コバルトベース超合金、鉄ベース超合金およびこれらを組み合わせた
    材料からなる群から選択した材料を溶融させることを特徴とする請求項４２記載
    の方法。
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