JP2754197B2 - チタン合金の超塑性加工用型 - Google Patents
チタン合金の超塑性加工用型Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、石英、クリストバ
ライト及びカルシウムシリケートよりなるチタン合金の
超塑性加工用型に関し、さらに詳しくは、本発明は、取
扱いが容易かつ簡単に型に調製することができると共
に、チタン合金との熱膨張係数の一致が良好で、チタン
合金の超塑性加工を飛躍的に容易にすることが可能なチ
タン合金の新しい超塑性加工用型に関する。
ライト及びカルシウムシリケートよりなるチタン合金の
超塑性加工用型に関し、さらに詳しくは、本発明は、取
扱いが容易かつ簡単に型に調製することができると共
に、チタン合金との熱膨張係数の一致が良好で、チタン
合金の超塑性加工を飛躍的に容易にすることが可能なチ
タン合金の新しい超塑性加工用型に関する。
【０００２】
【従来の技術】チタン合金は高温での反応性が高いため
に、その鋳造あるいは超塑性加工用の型として利用でき
る物質が非常に限られている。鋳造用鋳型として従来か
らよく利用されているのは、（１）銅及び軟鋼、（２）
黒鉛、（３）ジルコニウム、希土類、カルシウム等の酸
化物、（４）ニオブ、モリブデン等の高融点金属（「チ
タンの鋳造技術」佐藤敬、米田隆志；ジャクトニュー
ス、第４５９号、１９９５年３月２０日発行、ｐ．２１
−２８）である。一方、超塑性加工は鋳造よりも低い温
度で行われるが、やはりチタン合金と反応しない酸化カ
ルシウムが型の主成分である（「チタン基合金の歯科へ
の応用に関する研究（第２報）超塑性成形用セラミック
ス型の開発」加藤誠、村上仁；名古屋工業技術試験所報
告、第３９巻、第７・８号、ｐ．３０９−３１７、１９
９０年）。これらの型は、あるいは高価であったり、あ
るいは空気中の水分によって劣化したりするため、より
使いやすい型の開発が求められてきた。特に、チタン合
金を溶解する必要がない超塑性加工法のための高性能な
型が得られれば、チタン合金の加工が飛躍的に容易にな
る。
に、その鋳造あるいは超塑性加工用の型として利用でき
る物質が非常に限られている。鋳造用鋳型として従来か
らよく利用されているのは、（１）銅及び軟鋼、（２）
黒鉛、（３）ジルコニウム、希土類、カルシウム等の酸
化物、（４）ニオブ、モリブデン等の高融点金属（「チ
タンの鋳造技術」佐藤敬、米田隆志；ジャクトニュー
ス、第４５９号、１９９５年３月２０日発行、ｐ．２１
−２８）である。一方、超塑性加工は鋳造よりも低い温
度で行われるが、やはりチタン合金と反応しない酸化カ
ルシウムが型の主成分である（「チタン基合金の歯科へ
の応用に関する研究（第２報）超塑性成形用セラミック
ス型の開発」加藤誠、村上仁；名古屋工業技術試験所報
告、第３９巻、第７・８号、ｐ．３０９−３１７、１９
９０年）。これらの型は、あるいは高価であったり、あ
るいは空気中の水分によって劣化したりするため、より
使いやすい型の開発が求められてきた。特に、チタン合
金を溶解する必要がない超塑性加工法のための高性能な
型が得られれば、チタン合金の加工が飛躍的に容易にな
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように、チタン合
金の加工に従来用いられてきた型は、いずれも不十分な
ものであった。特に、チタン合金を溶解する必要がない
超塑性加工法のための高性能な型が得られれば、チタン
合金の加工が飛躍的に容易になる。本発明者らは、上記
従来技術に鑑みて、チタン合金の加工を容易にすること
が可能な超塑性加工用型を開発することを目標として種
々研究を積み重ねた結果、石英とクリストバライト及び
カルシウムシリケートよりなる高性能な型を作製するこ
とに成功し、本発明を完成するに至った。本発明は、こ
のような観点からチタン合金の超塑性加工のための高性
能な型を提供しようとするものである。すなわち、取扱
いが容易かつ簡単に型に調製でき、得られた型は被加工
材であるチタン合金との熱膨張係数の一致が良好で、し
かも反応性が十分低いというものであって、これにより
チタン合金の用途拡大を実現して、広く産業界に貢献し
ようとするものである。
金の加工に従来用いられてきた型は、いずれも不十分な
ものであった。特に、チタン合金を溶解する必要がない
超塑性加工法のための高性能な型が得られれば、チタン
合金の加工が飛躍的に容易になる。本発明者らは、上記
従来技術に鑑みて、チタン合金の加工を容易にすること
が可能な超塑性加工用型を開発することを目標として種
々研究を積み重ねた結果、石英とクリストバライト及び
カルシウムシリケートよりなる高性能な型を作製するこ
とに成功し、本発明を完成するに至った。本発明は、こ
のような観点からチタン合金の超塑性加工のための高性
能な型を提供しようとするものである。すなわち、取扱
いが容易かつ簡単に型に調製でき、得られた型は被加工
材であるチタン合金との熱膨張係数の一致が良好で、し
かも反応性が十分低いというものであって、これにより
チタン合金の用途拡大を実現して、広く産業界に貢献し
ようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、石英とクリストバライト及びカルシウムシ
リケートよりなることを特徴とするチタン合金の超塑性
加工用型であり、また、本発明は、安価でしかも化学的
に安定な石英とクリストバライトの混合粉末に、バイン
ダーとして石膏粉末を全体の３０重量％以下含有するも
のを、水で練和し成形乾燥後、大気中で焼結して石膏を
カルシウムシリケート化することを特徴とするチタン合
金の超塑性加工用型である。さらに、本発明の他の態様
は、石英とクリストバライトの混合粉末に、バインダー
として石膏粉末を全体の３０重量％以下含有するもの
を、水で練和し成形乾燥後、大気中で焼結することによ
って石膏をカルシウムシリケート化することを特徴とす
る上記超塑性加工用型の製造法である。なお、ここで、
石英とクリストバライト及びカルシウムシリケートより
なるとは、これらを主成分として含むことを意味するも
のであり、必要により、適宜、他の成分を含有しても良
いことはいうまでもない。これらの原料粉末は安価であ
るうえ、化学的に安定なので取り扱いが容易である。ま
た、被加工材であるチタン合金の熱膨張係数に一致する
ような比率で石英とクリストバライトを混合することに
よって、実際の加工において重要な熱膨張係数の一致を
容易に得ることができる。さらに、バインダーとして石
膏を全体の３０重量％以下添加するために、水で練和し
て簡単に泥漿化できる。そのため、ロストワックス法等
による複雑形状型の調製も容易であり、なおかつ固化後
は十分な強度を有する型となる。さらに、得られた型を
石膏の分解温度以上で焼結して、添加した石膏をカルシ
ウムシリケート化するため、被加工材であるチタン合金
との反応は起こらない。
の本発明は、石英とクリストバライト及びカルシウムシ
リケートよりなることを特徴とするチタン合金の超塑性
加工用型であり、また、本発明は、安価でしかも化学的
に安定な石英とクリストバライトの混合粉末に、バイン
ダーとして石膏粉末を全体の３０重量％以下含有するも
のを、水で練和し成形乾燥後、大気中で焼結して石膏を
カルシウムシリケート化することを特徴とするチタン合
金の超塑性加工用型である。さらに、本発明の他の態様
は、石英とクリストバライトの混合粉末に、バインダー
として石膏粉末を全体の３０重量％以下含有するもの
を、水で練和し成形乾燥後、大気中で焼結することによ
って石膏をカルシウムシリケート化することを特徴とす
る上記超塑性加工用型の製造法である。なお、ここで、
石英とクリストバライト及びカルシウムシリケートより
なるとは、これらを主成分として含むことを意味するも
のであり、必要により、適宜、他の成分を含有しても良
いことはいうまでもない。これらの原料粉末は安価であ
るうえ、化学的に安定なので取り扱いが容易である。ま
た、被加工材であるチタン合金の熱膨張係数に一致する
ような比率で石英とクリストバライトを混合することに
よって、実際の加工において重要な熱膨張係数の一致を
容易に得ることができる。さらに、バインダーとして石
膏を全体の３０重量％以下添加するために、水で練和し
て簡単に泥漿化できる。そのため、ロストワックス法等
による複雑形状型の調製も容易であり、なおかつ固化後
は十分な強度を有する型となる。さらに、得られた型を
石膏の分解温度以上で焼結して、添加した石膏をカルシ
ウムシリケート化するため、被加工材であるチタン合金
との反応は起こらない。
【０００５】
【発明の実施の形態】石英及びクリストバライト粉末
は、粒径が大きすぎると十分な強度を有した型が得られ
ない。また、加工後のチタン合金の表面粗さが影響を受
けるので、このことからも、粒径の大きすぎる粉末は不
都合である。被加工材に要求される表面粗さは様々なの
で、これによって要求される原料粉末粒径は一概にはい
えない。しかし、型の十分な強度を確保するために、石
英及びクリストバライト粉末の粒径は３２５メッシュ以
下であることが要求される。一方、成形後の型は石膏を
カルシウムシリケート化する目的から大気中で焼結され
るため、石英及びクリストバライト粉末の粒径が細かす
ぎると、焼結による型の収縮が起きて望ましくない。そ
のため、石英及びクリストバライトの少なくとも片方
は、粒径３０μｍ以上の粉末を含むことが必要である。
は、粒径が大きすぎると十分な強度を有した型が得られ
ない。また、加工後のチタン合金の表面粗さが影響を受
けるので、このことからも、粒径の大きすぎる粉末は不
都合である。被加工材に要求される表面粗さは様々なの
で、これによって要求される原料粉末粒径は一概にはい
えない。しかし、型の十分な強度を確保するために、石
英及びクリストバライト粉末の粒径は３２５メッシュ以
下であることが要求される。一方、成形後の型は石膏を
カルシウムシリケート化する目的から大気中で焼結され
るため、石英及びクリストバライト粉末の粒径が細かす
ぎると、焼結による型の収縮が起きて望ましくない。そ
のため、石英及びクリストバライトの少なくとも片方
は、粒径３０μｍ以上の粉末を含むことが必要である。
【０００６】バインターとして添加される石膏は、例え
ば、通常の半水塩であればよく特に限定されるものでは
ないが、添加量が多すぎると焼結後に型の主成分である
石英とクリストバライトの大部分をカルシウムシリケー
ト化して消費してしまうので望ましくない。焼結後も型
の主成分である石英とクリストバライトが十分残存し
て、その性質が保存されるためには、石膏の添加量は全
体の３０重量％以下でなければならない。なお、石英と
クリストバライトの比率は、被加工材の熱膨張係数に従
って設計される。これらの粉末は、通常の乳鉢、攪拌擂
潰機、あるいはボールミル等によって均一に混合する。
ば、通常の半水塩であればよく特に限定されるものでは
ないが、添加量が多すぎると焼結後に型の主成分である
石英とクリストバライトの大部分をカルシウムシリケー
ト化して消費してしまうので望ましくない。焼結後も型
の主成分である石英とクリストバライトが十分残存し
て、その性質が保存されるためには、石膏の添加量は全
体の３０重量％以下でなければならない。なお、石英と
クリストバライトの比率は、被加工材の熱膨張係数に従
って設計される。これらの粉末は、通常の乳鉢、攪拌擂
潰機、あるいはボールミル等によって均一に混合する。
【０００７】石英、クリストバライト及び石膏を混合し
て原料粉末を得た後、これに水を加えて練和する。加え
る水の量は、石膏半水塩が二水塩になるために必要な量
以上でなければならない。具体的には、例えば３０重量
％の石膏をバインダーとして添加したとき、粉体１００
ｇに対して３５ｇの水を加えて泥漿化したものが、泥漿
鋳込法によって型を調製するのに最適であった。５０ｇ
以上の水を加えると、泥漿の濃度が薄くなりすぎて使用
できなくなる。一方、３０重量％の石膏をバインダーと
して添加した粉体１００ｇに対する水の必要最小量５．
６ｇを加えた場合は泥漿にならない。しかし、この場合
は、水を加えた直後にプレス成形等を行うことによっ
て、型に調製できる。
て原料粉末を得た後、これに水を加えて練和する。加え
る水の量は、石膏半水塩が二水塩になるために必要な量
以上でなければならない。具体的には、例えば３０重量
％の石膏をバインダーとして添加したとき、粉体１００
ｇに対して３５ｇの水を加えて泥漿化したものが、泥漿
鋳込法によって型を調製するのに最適であった。５０ｇ
以上の水を加えると、泥漿の濃度が薄くなりすぎて使用
できなくなる。一方、３０重量％の石膏をバインダーと
して添加した粉体１００ｇに対する水の必要最小量５．
６ｇを加えた場合は泥漿にならない。しかし、この場合
は、水を加えた直後にプレス成形等を行うことによっ
て、型に調製できる。
【０００８】調製した型は大気中で、始めに１００℃以
下で過剰の水分を除去した後、石膏の分解温度である１
１００℃以上で焼結する。これによって、石膏は石英及
びクリストバライトと反応してカルシウムシリケートに
変化する。
下で過剰の水分を除去した後、石膏の分解温度である１
１００℃以上で焼結する。これによって、石膏は石英及
びクリストバライトと反応してカルシウムシリケートに
変化する。
【０００９】以上のような過程によって、本発明のチタ
ン合金の超塑性加工用型は作製される。
ン合金の超塑性加工用型は作製される。
【００１０】次に、実施例を示して本発明を具体的に説
明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定され
るものではない。
明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定され
るものではない。
【実施例】３２５メッシュ以下の石英粉末とクリストバ
ライト粉末を３：２の割合で混合し、バインダーとして
石膏半水塩を３０重量％添加し、攪拌擂潰機で１０分間
混合して得た粉末２００ｇに、水７０ｇを加えて練和し
泥漿とした。これを、あらかじめ作製しておいた石膏製
の口腔内模型に流し込んで型取りし、大気中８０℃で１
２時間乾燥後、毎分３℃の昇温速度で１２００℃に到達
させ、６時間保持して焼結し、チタン合金の超塑性加工
用型を作製した。石膏製口腔内模型及び作製されたチタ
ン合金の超塑性加工用型の写真を図１に示す。このよう
に、口腔内軟組織の複雑なひだの形状が細部まで完全に
再現された型が得られた。原料混合粉末及び作製された
チタン合金の超塑性加工用型の粉末Ｘ線回折図を図２に
示す。このように、石膏の分解温度以上である１２００
℃で焼結したために、石膏の回折ピークは完全に消失し
ている。
ライト粉末を３：２の割合で混合し、バインダーとして
石膏半水塩を３０重量％添加し、攪拌擂潰機で１０分間
混合して得た粉末２００ｇに、水７０ｇを加えて練和し
泥漿とした。これを、あらかじめ作製しておいた石膏製
の口腔内模型に流し込んで型取りし、大気中８０℃で１
２時間乾燥後、毎分３℃の昇温速度で１２００℃に到達
させ、６時間保持して焼結し、チタン合金の超塑性加工
用型を作製した。石膏製口腔内模型及び作製されたチタ
ン合金の超塑性加工用型の写真を図１に示す。このよう
に、口腔内軟組織の複雑なひだの形状が細部まで完全に
再現された型が得られた。原料混合粉末及び作製された
チタン合金の超塑性加工用型の粉末Ｘ線回折図を図２に
示す。このように、石膏の分解温度以上である１２００
℃で焼結したために、石膏の回折ピークは完全に消失し
ている。
【００１１】被加工材はＳＰ−７００（日本鋼管社製）
を採用した。この合金の組成は、Ｔｉ−４．５重量％Ａ
ｌ−３重量％Ｖ−２重量％Ｆｅ−２重量％Ｍｏである。
作製した型とこの合金の熱膨張係数を表１に示す。
を採用した。この合金の組成は、Ｔｉ−４．５重量％Ａ
ｌ−３重量％Ｖ−２重量％Ｆｅ−２重量％Ｍｏである。
作製した型とこの合金の熱膨張係数を表１に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】表１に明らかなとおり、６５０〜８００℃
という広い温度範囲において、作製した型と被加工材と
の熱膨張係数の一致が良好であった。
という広い温度範囲において、作製した型と被加工材と
の熱膨張係数の一致が良好であった。
【００１４】作製した型によるこの合金の超塑性加工
を、１０-3Ｔｏｒｒの真空中７２５℃で、変形速度毎分
０．１ｍｍで行った。これにより、口腔内の細部まで良
好に再現したチタン合金製義歯全部床が得られた。ま
た、得られた義歯全部床の表面は金属光沢を保ってお
り、変色もわずかであった。オージェ電子分光法による
分析の結果、被加工材表面の酸化は０．４μｍ以下と、
従来にない良好なものであった。加工前のＳＰ−７００
合金板及び得られた義歯全部床の写真を図３に、得られ
た義歯全部床表面のオージェ電子分光法による分析結果
を図４に示す。なお、本発明の範囲内において、原料構
成を変えて同様に実施したところ、ほぼ同様の結果が得
られた。
を、１０-3Ｔｏｒｒの真空中７２５℃で、変形速度毎分
０．１ｍｍで行った。これにより、口腔内の細部まで良
好に再現したチタン合金製義歯全部床が得られた。ま
た、得られた義歯全部床の表面は金属光沢を保ってお
り、変色もわずかであった。オージェ電子分光法による
分析の結果、被加工材表面の酸化は０．４μｍ以下と、
従来にない良好なものであった。加工前のＳＰ−７００
合金板及び得られた義歯全部床の写真を図３に、得られ
た義歯全部床表面のオージェ電子分光法による分析結果
を図４に示す。なお、本発明の範囲内において、原料構
成を変えて同様に実施したところ、ほぼ同様の結果が得
られた。
【００１５】このように、本発明によって、容易にチタ
ン合金の超塑性加工用型が、複雑形状のものまで作製で
きること、そして、それは、チタン合金の超塑性加工に
対して非常に優れた性能を有している高性能なものであ
ること、が分かった。
ン合金の超塑性加工用型が、複雑形状のものまで作製で
きること、そして、それは、チタン合金の超塑性加工に
対して非常に優れた性能を有している高性能なものであ
ること、が分かった。
【００１６】
【発明の効果】本発明のチタン合金の超塑性加工用型
は、従来よりも安価かつ取扱いの容易なものであり、前
記実施例において具体的に示したように、チタン合金の
超塑性加工において、複雑形状も容易に再現できる高性
能なものである。これによって、チタン合金の加工が容
易になり、その利用範囲を飛躍的に拡大させることが可
能となった。
は、従来よりも安価かつ取扱いの容易なものであり、前
記実施例において具体的に示したように、チタン合金の
超塑性加工において、複雑形状も容易に再現できる高性
能なものである。これによって、チタン合金の加工が容
易になり、その利用範囲を飛躍的に拡大させることが可
能となった。
【図１】石膏製口腔内模型（左側）及び作製されたチタ
ン合金の超塑性加工用型（右側）の写真。
ン合金の超塑性加工用型（右側）の写真。
【図２】原料混合粉末及び作製されたチタン合金の超塑
性加工用型の粉末Ｘ線回折図。
性加工用型の粉末Ｘ線回折図。
【図３】加工前のＳＰ−７００合金板（左側）及び得ら
れた義歯全部床（右側）の写真。
れた義歯全部床（右側）の写真。
【図４】得られた義歯全部床表面のオージェ電子分光法
による分析結果。
による分析結果。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22C 1/00 - 1/26 A61C 13/00
Claims (3)
- 【請求項１】 石英とクリストバライト及びカルシウム
シリケートよりなることを特徴とするチタン合金の超塑
性加工用型。 - 【請求項２】 石英とクリストバライトの混合粉末に、
バインダーとして石膏粉末を全体の３０重量％以下含有
するものを、水で練和し成形乾燥後、大気中で焼結する
ことによって石膏をカルシウムシリケート化して得られ
る請求項１記載の超塑性加工用型。 - 【請求項３】 石英及びクリストバライト粉末の粒径は
３２５メッシュ以下であり、石英及びクリストバライト
の少なくとも片方は、粒径３０μｍ以上の粉末を含むも
のである請求項２記載の超塑性加工用型。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8090359A JP2754197B2 (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | チタン合金の超塑性加工用型 |
| US08/819,369 US5896784A (en) | 1996-03-18 | 1997-03-17 | Die for superplastic forming of titanium-based alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8090359A JP2754197B2 (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | チタン合金の超塑性加工用型 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09248651A JPH09248651A (ja) | 1997-09-22 |
| JP2754197B2 true JP2754197B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=13996350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8090359A Expired - Lifetime JP2754197B2 (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | チタン合金の超塑性加工用型 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5896784A (ja) |
| JP (1) | JP2754197B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2939548B1 (ja) | 1998-09-10 | 1999-08-25 | 工業技術院長 | 板状タイプ人工歯根 |
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Family Cites Families (3)
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| US5214949A (en) * | 1992-04-06 | 1993-06-01 | Rohr, Inc. | Cold wall superplastic forming press with surface mounted radiant heaters |
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-
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Also Published As
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| JPH09248651A (ja) | 1997-09-22 |
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