JP2965098B2 - ＴｉまたはＴｉ合金鋳造用鋳型材料およびその製造方法 - Google Patents
ＴｉまたはＴｉ合金鋳造用鋳型材料およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＴｉまたはＴｉ合金の鋳
造に用いる鋳型材料の製造方法に関する。
造に用いる鋳型材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】チタンまたはチタン合金は特に液体状態
で活性であり、とりわけ酸素との親和力が強いため、鋳
造が最も困難な材料の１つとされている。酸素との強い
親和力はＴｉ酸化物が熱力学的に安定であることに加え
て、Ｔｉへの酸素の溶解度が非常に大きいことにもよ
る。そのためＴｉ酸化物と同程度かあるいはより安定な
Al 2O3 やZrO2もこれらがＴｉと共存するとＴｉによって
還元され、解離した酸素がＴｉ鋳造品を汚染、硬化させ
るため、これらは鋳型材料として使用できない。酸化物
以外の耐火材、窒化物や高融点金属、硫化物などもいろ
いろ鋳型材料として試みられているが、溶融状態のＴｉ
に対して安定な鋳型材料は得られていない。
で活性であり、とりわけ酸素との親和力が強いため、鋳
造が最も困難な材料の１つとされている。酸素との強い
親和力はＴｉ酸化物が熱力学的に安定であることに加え
て、Ｔｉへの酸素の溶解度が非常に大きいことにもよ
る。そのためＴｉ酸化物と同程度かあるいはより安定な
Al 2O3 やZrO2もこれらがＴｉと共存するとＴｉによって
還元され、解離した酸素がＴｉ鋳造品を汚染、硬化させ
るため、これらは鋳型材料として使用できない。酸化物
以外の耐火材、窒化物や高融点金属、硫化物などもいろ
いろ鋳型材料として試みられているが、溶融状態のＴｉ
に対して安定な鋳型材料は得られていない。
【０００３】そのような状況下で最近注目されているも
のに、ＣａＯとY2O3がある。いずれも熱力学的に非常に
安定で、Ｔｉ中への溶解度が小さいため鋳型材料として
用いられるようになった。ＴｉあるいはＴｉ合金鋳造用
鋳型材料としてY2O3を用いることは既知の技術である。
そして鋳型造型用スラリーにも反応性の低い希土類系バ
インダーを用いる技術等（特開平０３−８５３３号、同
０３−８５３４号）により、鋳型材料との反応層の小さ
い鋳造体を得られるようになった。
のに、ＣａＯとY2O3がある。いずれも熱力学的に非常に
安定で、Ｔｉ中への溶解度が小さいため鋳型材料として
用いられるようになった。ＴｉあるいはＴｉ合金鋳造用
鋳型材料としてY2O3を用いることは既知の技術である。
そして鋳型造型用スラリーにも反応性の低い希土類系バ
インダーを用いる技術等（特開平０３−８５３３号、同
０３−８５３４号）により、鋳型材料との反応層の小さ
い鋳造体を得られるようになった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＣａＯは水に
対して慎重な取扱いをしなければならず、またＣａＯ、
Y2O3はいずれも小物の鋳造品には適するが、特に大型品
の場合には冷却するまで時間がかかるため反応時間が長
くなり、健全な製品を得るには不充分である。
対して慎重な取扱いをしなければならず、またＣａＯ、
Y2O3はいずれも小物の鋳造品には適するが、特に大型品
の場合には冷却するまで時間がかかるため反応時間が長
くなり、健全な製品を得るには不充分である。
【０００５】本発明は、さらに熱力学的に安定で、かつ
Ｔｉへの溶解度が極めて小さい耐火材により、鋳造金属
である溶解ＴｉまたはＴｉ合金との反応が極めて少ない
ＴｉまたはＴｉ合金鋳造用鋳型材料およびその製造方法
を提供することを目的とする。
Ｔｉへの溶解度が極めて小さい耐火材により、鋳造金属
である溶解ＴｉまたはＴｉ合金との反応が極めて少ない
ＴｉまたはＴｉ合金鋳造用鋳型材料およびその製造方法
を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸素が不足す
る準化学量論組成のイットリウム酸化物Y2O3-x（０．０
８≦ｘ≦０．１２）粉からなるＴｉまたはＴｉ合金鋳造
用鋳型材料を提供するものである。このイットリウム耐
火物粉の粒径は１〜４０μｍの範囲に入るものが好まし
い。
る準化学量論組成のイットリウム酸化物Y2O3-x（０．０
８≦ｘ≦０．１２）粉からなるＴｉまたはＴｉ合金鋳造
用鋳型材料を提供するものである。このイットリウム耐
火物粉の粒径は１〜４０μｍの範囲に入るものが好まし
い。
【０００７】このようなイットリウム酸化物粉を製造す
るには、真空中または不活性雰囲気中で、１８３０Ｋ以
上２０８０Ｋ以下の温度範囲で、過剰のＹ粉と混合した
Y2O3粉を加熱する。この後、イットリウム酸化物粉を窒
化物製および／または炭化物製の粉砕装置を用いて真空
中または不活性雰囲気中で粉砕し、粒径を所定の範囲に
調整する。
るには、真空中または不活性雰囲気中で、１８３０Ｋ以
上２０８０Ｋ以下の温度範囲で、過剰のＹ粉と混合した
Y2O3粉を加熱する。この後、イットリウム酸化物粉を窒
化物製および／または炭化物製の粉砕装置を用いて真空
中または不活性雰囲気中で粉砕し、粒径を所定の範囲に
調整する。
【０００８】以下に本発明をさらに詳細に説明する。イ
ットリウム酸化物には、化学量論組成Y2O3に比べて酸素
がわずかに不足した準化学量論組成Y2O3-xが存在するこ
とが知られており、またその標準生成自由エネルギーも
与えられている。文献 R. J. Ackerman, E. G. Rauh
: J. Chem. Thermodynamics,５（１９７３）、３３１
を参照。そこで、まずこのデータと、溶融Ｔｉ（以下Ｔ
ｉ（ｌ）と記す）中のＹとＯの活量（文献 M. Hoch :
Titanium Sci. Technol., ３（１９８５）、１４３
１）から、Y2O3-xのＴｉ（ｌ）中の１９７３Ｋでの溶解
度を求める。なお、比較のためにY2O3、Al2O3 について
も同様に１９７３Ｋにおける溶解度を算出する。
ットリウム酸化物には、化学量論組成Y2O3に比べて酸素
がわずかに不足した準化学量論組成Y2O3-xが存在するこ
とが知られており、またその標準生成自由エネルギーも
与えられている。文献 R. J. Ackerman, E. G. Rauh
: J. Chem. Thermodynamics,５（１９７３）、３３１
を参照。そこで、まずこのデータと、溶融Ｔｉ（以下Ｔ
ｉ（ｌ）と記す）中のＹとＯの活量（文献 M. Hoch :
Titanium Sci. Technol., ３（１９８５）、１４３
１）から、Y2O3-xのＴｉ（ｌ）中の１９７３Ｋでの溶解
度を求める。なお、比較のためにY2O3、Al2O3 について
も同様に１９７３Ｋにおける溶解度を算出する。
【０００９】各物質の１９７３Ｋにおける標準生成自由
エネルギーは以下の通りである。
エネルギーは以下の通りである。
【数１】 ただし、１９７３ＫではY2O3-xはY2O2.888（ｘ＝０．１
１２）である。
１２）である。
【００１０】Ｔｉ（ｌ）中に固溶しているＹおよびＯの
活量として文献 ( R. J. Ackermanet al. : J. Chem. T
hermodynamics, ５（１９７３）、３３１）中の値を、
またＡｌの活量は Racult 基準から１ｗｔ％基準への変
換により求め、これらからＴｉ（ｌ）中への平衡溶解度
を求めると次のようになる。
活量として文献 ( R. J. Ackermanet al. : J. Chem. T
hermodynamics, ５（１９７３）、３３１）中の値を、
またＡｌの活量は Racult 基準から１ｗｔ％基準への変
換により求め、これらからＴｉ（ｌ）中への平衡溶解度
を求めると次のようになる。
【数２】
【００１１】以上より、Ｔｉ（ｌ）中への平衡溶解度は
Y2O3-x（１９７３ＫではY2O2.888）が圧倒的に小さく、
安定であることがわかる。特に大型の製品を鋳造する際
には熱容量が大きく、冷却速度が小さいためY2O3でもＯ
が鋳造品表面に入り込む可能性があるが、Y2O3-xならば
還元されることはほとんどないと結論される。
Y2O3-x（１９７３ＫではY2O2.888）が圧倒的に小さく、
安定であることがわかる。特に大型の製品を鋳造する際
には熱容量が大きく、冷却速度が小さいためY2O3でもＯ
が鋳造品表面に入り込む可能性があるが、Y2O3-xならば
還元されることはほとんどないと結論される。
【００１２】このようなY2O3に比して酸素がわずかに不
足する準化学量論組成のY2O3-xをＴｉまたはＴｉ合金鋳
造用の鋳型材料として用いることは、Ｔｉ（ｌ）と鋳型
材料のY2O3-xとが反応しないため、ＴｉまたはＴｉ合金
の鋳造製品の鋳肌を美麗に仕上げることができるため、
製品表面仕上げ工程を大幅に省略することができ、極め
て有用である。
足する準化学量論組成のY2O3-xをＴｉまたはＴｉ合金鋳
造用の鋳型材料として用いることは、Ｔｉ（ｌ）と鋳型
材料のY2O3-xとが反応しないため、ＴｉまたはＴｉ合金
の鋳造製品の鋳肌を美麗に仕上げることができるため、
製品表面仕上げ工程を大幅に省略することができ、極め
て有用である。
【００１３】このY2O3-xは次のようにして製造すること
ができる。すなわち、まずY2O3粉を過剰のＹ粉とともに
Ａｒなどの不活性雰囲気中または真空中で１８３０Ｋ以
上２０８０Ｋ以下の温度に保持し、好ましくは１０時間
以上２０時間以下加熱する。温度時間の上限はそれより
も大きいと焼結が進行しすぎて粉砕が困難となる傾向が
あるためであり、下限はそれよりも小さいとY2O3-xにま
で還元されないためである。不活性雰囲気または真空中
で熱処理を行うのは、雰囲気が還元性であるとY2O3が優
先的に分解・蒸発してしまうからである。
ができる。すなわち、まずY2O3粉を過剰のＹ粉とともに
Ａｒなどの不活性雰囲気中または真空中で１８３０Ｋ以
上２０８０Ｋ以下の温度に保持し、好ましくは１０時間
以上２０時間以下加熱する。温度時間の上限はそれより
も大きいと焼結が進行しすぎて粉砕が困難となる傾向が
あるためであり、下限はそれよりも小さいとY2O3-xにま
で還元されないためである。不活性雰囲気または真空中
で熱処理を行うのは、雰囲気が還元性であるとY2O3が優
先的に分解・蒸発してしまうからである。
【００１４】加熱後は室温まで充分冷した後、不活性雰
囲気中または真空中でＢＮ，Si3N4，ＷＣなどの窒化物
および／または炭化物製の乳鉢やボールミル等で所要の
粒度になるまで粉砕する。
囲気中または真空中でＢＮ，Si3N4，ＷＣなどの窒化物
および／または炭化物製の乳鉢やボールミル等で所要の
粒度になるまで粉砕する。
【００１５】本発明で用いるY2O3-xのｘの範囲と限定理
由は以下の通りである。すなわち、熱力学的に安定なY2
O3-xは温度毎に決まっており、前述の加熱温度１８３０
≦Ｔ≦２０８０に相当する組成範囲が０．０８≦ｘ≦
０．１２であるためである。
由は以下の通りである。すなわち、熱力学的に安定なY2
O3-xは温度毎に決まっており、前述の加熱温度１８３０
≦Ｔ≦２０８０に相当する組成範囲が０．０８≦ｘ≦
０．１２であるためである。
【００１６】また、真空中あるいは不活性ガス雰囲気中
で、ＢＮ，Si3N4 ，ＷＣなどの非酸化物粉砕装置を用い
て粉砕する理由は、粉砕中に試料が酸化してY2O3になる
ことを防ぐためであり、粒径を１〜４０μｍに調整する
のが好適である理由は、１μｍよりも細かいと鋳型材と
して造型した時に割れが入るためであり、４０μｍより
も粗いと鋳造製品の鋳肌性状が悪化するためである。
で、ＢＮ，Si3N4 ，ＷＣなどの非酸化物粉砕装置を用い
て粉砕する理由は、粉砕中に試料が酸化してY2O3になる
ことを防ぐためであり、粒径を１〜４０μｍに調整する
のが好適である理由は、１μｍよりも細かいと鋳型材と
して造型した時に割れが入るためであり、４０μｍより
も粗いと鋳造製品の鋳肌性状が悪化するためである。
【００１７】
【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
明する。
【００１８】（実施例１）粒径２〜１０μｍのY2O3粉を
Ａｒ雰囲気中で過剰金属Ｙ粉と混合して１８３０Ｋ〜２
０８０Ｋで２０時間加熱した後、Ａｒガスを充填したグ
ローブボックス内で乳鉢を用いて粉砕してY2O3-x粉を作
製した。組成の同定は二重収束型高分解能質量分析装置
によった。粉砕後の粉から粒径１〜４０μｍのものを選
別して、質量比で５％になるようにSiO2ゾルを主成分と
するバインダーを混合し、撹拌し、精密鋳造スラリーを
作製した。これを３０×３０×１５０ｍｍの直方体の製
品部１２個をツリー状にした鋳型のフェースコートとし
て、厚さ２ｍｍにコーティングし、その外層を厚さ５ｍ
ｍになるまでジルコン＋モロカイト＋SiO2ゾルスラリー
でコーティングし、充分乾燥した後１５７３Ｋで３時間
焼成した。鋳造した合金はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（主
な成分は、Ａｌ ６．５０％、Ｖ ４．０８％、Ｏ
０．１２％、Ｆｅ ０．２０％）であり、電子ビーム溶
解炉で溶解した。溶解条件は１００ＫＷ×１０分で、出
場前に純Ａｌ塊を２００ｇ添加して成分を調整した。鋳
造重量は１０ｋｇで、鋳造後の製品の冷却速度をＷ−５
Ｒｅ／Ｗ−２６Ｒｅ熱電対で測定した結果０．２℃／ｓ
ｅｃ（真空炉冷）であった。
Ａｒ雰囲気中で過剰金属Ｙ粉と混合して１８３０Ｋ〜２
０８０Ｋで２０時間加熱した後、Ａｒガスを充填したグ
ローブボックス内で乳鉢を用いて粉砕してY2O3-x粉を作
製した。組成の同定は二重収束型高分解能質量分析装置
によった。粉砕後の粉から粒径１〜４０μｍのものを選
別して、質量比で５％になるようにSiO2ゾルを主成分と
するバインダーを混合し、撹拌し、精密鋳造スラリーを
作製した。これを３０×３０×１５０ｍｍの直方体の製
品部１２個をツリー状にした鋳型のフェースコートとし
て、厚さ２ｍｍにコーティングし、その外層を厚さ５ｍ
ｍになるまでジルコン＋モロカイト＋SiO2ゾルスラリー
でコーティングし、充分乾燥した後１５７３Ｋで３時間
焼成した。鋳造した合金はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（主
な成分は、Ａｌ ６．５０％、Ｖ ４．０８％、Ｏ
０．１２％、Ｆｅ ０．２０％）であり、電子ビーム溶
解炉で溶解した。溶解条件は１００ＫＷ×１０分で、出
場前に純Ａｌ塊を２００ｇ添加して成分を調整した。鋳
造重量は１０ｋｇで、鋳造後の製品の冷却速度をＷ−５
Ｒｅ／Ｗ−２６Ｒｅ熱電対で測定した結果０．２℃／ｓ
ｅｃ（真空炉冷）であった。
【００１９】５７３Ｋで炉内から取り出し、製品部の断
面のビッカース硬度、およびＥＰＭＡ分析から求めた酸
素濃化層の厚みと、最高濃度とを、比較のために行った
Y2O3，Al2O3 粉スラリーをフェースコートとした鋳型を
用いた場合の結果とともに表１に示す。ただし、バルク
よりも酸素量が多い部分を濃化層とした。これより、Y2
O3-xを用いた鋳型はＴｉ合金溶湯とこれに接触していた
Y2O3-xとが反応せず、健全な表面の鋳物を得ることがで
きることがわかった。
面のビッカース硬度、およびＥＰＭＡ分析から求めた酸
素濃化層の厚みと、最高濃度とを、比較のために行った
Y2O3，Al2O3 粉スラリーをフェースコートとした鋳型を
用いた場合の結果とともに表１に示す。ただし、バルク
よりも酸素量が多い部分を濃化層とした。これより、Y2
O3-xを用いた鋳型はＴｉ合金溶湯とこれに接触していた
Y2O3-xとが反応せず、健全な表面の鋳物を得ることがで
きることがわかった。
【００２０】（実施例２）実施例１と同様にして作成し
たY2O3-x（ｘ＝0.112)粒のうち、粒度分布を変化させた
ものを用いて鋳型を造型し、鋳造実験を行った。粒度分
布は、１μｍ以下、１〜４０μｍ、４０μｍ〜１００μ
ｍの３条件とした。結果を表２に示す。これから、本発
明の請求範囲である１〜４０μｍの粒度分布が鋳型造型
条件として最適であることがわかる。
たY2O3-x（ｘ＝0.112)粒のうち、粒度分布を変化させた
ものを用いて鋳型を造型し、鋳造実験を行った。粒度分
布は、１μｍ以下、１〜４０μｍ、４０μｍ〜１００μ
ｍの３条件とした。結果を表２に示す。これから、本発
明の請求範囲である１〜４０μｍの粒度分布が鋳型造型
条件として最適であることがわかる。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【発明の効果】Y2O3-xを鋳型のフェースコート材料とし
て用いた鋳型は大型で冷却速度が非常に遅い場合でもＴ
ｉ合金溶湯と反応しないため、健全な表面の鋳物を得る
ことができる。これにより、反応層除去のための後工程
が省略できるためコスト低下が見込まれ、さらに寸法精
度も向上する。
て用いた鋳型は大型で冷却速度が非常に遅い場合でもＴ
ｉ合金溶湯と反応しないため、健全な表面の鋳物を得る
ことができる。これにより、反応層除去のための後工程
が省略できるためコスト低下が見込まれ、さらに寸法精
度も向上する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−247037（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−115644（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22C 1/00 - 3/00
Claims (4)
- 【請求項１】酸素が不足する準化学量論組成のイットリ
ウム酸化物Y2O3-x（０．０８≦ｘ≦０．１２）粉からな
るＴｉまたはＴｉ合金鋳造用鋳型材料。 - 【請求項２】イットリウム酸化物粉の粒径は１〜４０μ
ｍである請求項１に記載のＴｉまたはＴｉ合金鋳造用鋳
型材料。 - 【請求項３】請求項１または２に記載のイットリウム酸
化物粉を製造するに際し、真空中または不活性雰囲気中
で、１８３０Ｋ以上２０８０Ｋ以下の温度範囲で、過剰
のＹ粉と混合したY2O3粉を加熱することを特徴とするＴ
ｉまたはＴｉ合金鋳造用鋳型材料の製造方法。 - 【請求項４】請求項１または２に記載のイットリウム酸
化物粉を製造するに際し、請求項３で得られたイットリ
ウム酸化物粉を窒化物製および／または炭化物製の粉砕
装置を用いて真空中または不活性雰囲気中で粉砕し、粒
径を所定の範囲に調整する請求項３に記載のＴｉまたは
Ｔｉ合金鋳造用鋳型材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4081862A JP2965098B2 (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | ＴｉまたはＴｉ合金鋳造用鋳型材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4081862A JP2965098B2 (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | ＴｉまたはＴｉ合金鋳造用鋳型材料およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05277621A JPH05277621A (ja) | 1993-10-26 |
| JP2965098B2 true JP2965098B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=13758294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4081862A Expired - Fee Related JP2965098B2 (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | ＴｉまたはＴｉ合金鋳造用鋳型材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2965098B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6344034B2 (ja) * | 2014-04-22 | 2018-06-20 | 株式会社Ihi | ＴｉＡｌ合金の鋳造方法 |
-
1992
- 1992-04-03 JP JP4081862A patent/JP2965098B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05277621A (ja) | 1993-10-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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