JP3866792B2 - チタン・チタン合金鋳造用鋳型材 - Google Patents
チタン・チタン合金鋳造用鋳型材 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3866792B2 JP3866792B2 JP13694796A JP13694796A JP3866792B2 JP 3866792 B2 JP3866792 B2 JP 3866792B2 JP 13694796 A JP13694796 A JP 13694796A JP 13694796 A JP13694796 A JP 13694796A JP 3866792 B2 JP3866792 B2 JP 3866792B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cao
- mold material
- titanium
- cazro
- zirconia
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、チタンおよびその合金を鋳造する際に用いる鋳型材に関し、とくに、ゴルフ用クラブヘッド等をインベストメント鋳造するための鋳型に用いられる鋳型材である。
【0002】
【従来の技術】
チタンおよびチタン合金 (以下は、単に「チタン等」という) の精密鋳造法としては、インベストメント鋳造法が最も一般的である。この鋳造法は、ワックス模型を、鋳型材と結合剤とを混合してなるスラリーで被覆し、その外層部にジルコンサンド (ZrO2−SiO2) 、ムライト (3Al2O3 −2SiO2) 等の通常の耐火物を用いて補強してなる造型法である。
このようなインベストメント鋳造用の鋳型としては、強度や通気性などの鋳型に要求される一般的な条件の他、溶湯に対する安定性がとくに求められている。このような要請に応えられるものとしては、例えば、上記鋳型材と結合剤との組合わせについては、黒鉛粉末/コロイダル黒鉛、電融ジルコニア/ジルコニア−ゾル等が代表的なものである。しかし、黒鉛系鋳型材料、とくに高純度黒鉛は高価であり、しかも鋳型を還元性雰囲気で高温焼成しなければならないこと、熱伝導度が高いため押湯効果が悪いこと、造型時の作業環境が悪いこと等の欠点があることから最近では、電融ジルコニア/ジルコニア−ゾルの組合わせが主流となりつつある。
【0003】
また、チタン等を鋳造する際は、さらに別の問題点もあった。それは、ジルコニアとチタン溶湯との間で反応が起こることである。すなわち、チタンやその合金を鋳造する場合、たとえジルコニア鋳型を使用したとしても、これらの鋳型とチタン合金溶湯との間で不可避に反応が起こり、鋳物表面にチタンのアルファ相安定化元素である炭素 (C) や酸素 (O) が侵入し、アルファケース (αケース) と呼ばれる変質層が生じる。この変質層は、脆くて亀裂発生の起点になり易いため、除去しなければならない。その除去方法には、HF, HNO3 その他を添加した混酸中に鋳物を浸漬し、化学的に溶解するケミカルミーリング、またはさらに機械的研磨を併用する方法などがある。しかし、これらの方法は廃液処理が必要となること、生産性および寸法精度の低下を招くこと、コストが増加すること、そして作業の安全性に欠けること等の問題があった。
【0004】
さらに、従来のジルコニア質鋳型材としては、部分安定化ジルコニアが汎用されているが、この部分安定化ジルコニアの場合、少量のカルシア(CaO) を安定化剤として用いるのが一般的である。ただし、この従来CaO 安定化ジルコニア質鋳型材では、上述したような鋳型反応が起こり変質層が生じる。
これに対し、上記変質層発生の原因となる鋳型反応を防ぐ見地から、Y2O3安定化ジルコニア質鋳型材の使用も検討されている。しかし、この鋳型材におけるY2O3含有量は数%程度で、これではCaO 安定化ジルコニア鋳型材と大差ない。このため、Y2O3が10%前後のものを使用しているが、Y2O3はCaO に比べ高価であることから、Y2O3安定化ジルコニア質鋳型材は経済性の点で問題があった。
【0005】
また、鋳造金属溶湯 (チタン等) と鋳型材との鋳型反応を防ぐ目的で、W, Nb等の高融点金属粉末、Y2O3, La2O3 等の希土類酸化物、その他の鋳型材も検討されてきた。しかし、これらの方法も経済性、成型性、結合剤などの点に解決すべき多くの問題点があり、採用されるまでにはなっていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来使用されているCaO 安定化ジルコニア質鋳型材やY2O3安定化ジルコニア質鋳型材などにおける上述した問題点、とくにチタンおよびチタン合金溶湯と鋳型材とが反応して鋳物表面に変質層を発生するという問題点のない鋳型材を安価に提供せんとするところにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的の実現に向け鋭意研究を続けた結果、むしろ多量のCaOを安定化剤として使用することでチタン等と反応しにくく安価なチタン等の鋳造用ジルコニア質鋳型材が得られることを知見して本発明に想到した。すなわち、本発明は、
(1)10wt%以上のCaOおよび残部ジルコニアを含有し、化合物の形態が立方晶ZrO2およびジルコン酸カルシウム(CaZrO3)、もしくはジルコン酸カルシウムであることを特徴とするチタン・チタン合金鋳造用鋳型材。
(2)10〜31wt%未満のCaOおよび残部ジルコニアを含有し、化合物の形態が立方晶ZrO2とジルコン酸カルシウム(CaZrO3 )であることを特徴とするチタン・チタン合金鋳造用鋳型材。
(3)10〜18wt%未満のCaOおよび残部ジルコニアを含有し、化合物の形態が56〜96wt%の立方晶ZrO 2 と44〜4wt%のジルコン酸カルシウム(CaZrO3)および残部不可避混入物であることを特徴とする鋳型材。
(4)18wt%以上〜26wt%未満のCaOおよび残部ジルコニアを含有し、化合物の形態が17〜56wt%の立方晶ZrO 2 と83〜44wt%のジルコン酸カルシウム(CaZrO3)および残部不可避混入物であることを特徴とする鋳型材。
(5)26〜31wt%未満のCaOおよび残部ジルコニアを含有し、化合物の形態が17wt%未満の立方晶ZrO 2 と83wt%以上のジルコン酸カルシウム(CaZrO3)および残部不可避混入物であることを特徴とする鋳型材。
(6)31wt%以上のCaOと残部ジルコニアを含有し、化合物の形態がジルコン酸カルシウム(CaZrO3)と不可避混入物のみからなることを特徴とする鋳型材。
(7)31wt%以上のCaOと残部ジルコニアを含有し、化合物の形態がジルコン酸カルシウム(CaZrO3)の形態をとるものが98wt%以上で、残部不可避的混入物としてその他の酸化物を2wt%未満含有するものであることを特徴とする鋳型材。を要旨構成とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
発明者らの研究によると、既知のCaO 安定化ジルコニアというのは、その含有するCaO 含有量により表1に示すような化合物形態をとることがわかった。
【0009】
【表1】
【0010】
従来のCaO 安定化ジルコニア質鋳型材は一般に、CaO 含有量:0〜8%のものがほとんどである。そこで本発明者らは、CaO 添加量を8%以上に増加させた。その結果を表2に示す。
【表2】
【0011】
表2に示すように、CaOの添加量を10wt%以上にすると、その化合物の形態は、単斜晶ZrO2は完全に消滅し、4wt%以下の立方晶ZrO2と4wt%以下のCaZrO3とからなるものになる。そして、CaOの添加量が18wt%を超えると、立方晶ZrO2とCaZrO3の割合は(56:44)となり、CaOの添加量が26wt%では、立方晶ZrO2:CaZrO3=17:83となり、そして、CaO:31wt%では立方晶ZrO2は消えてCaZrO3のみ(ただし、不可避混入物として2wt%以下の他の酸化物を含有する)からなる化合物となることを知見した。
【0012】
そこで、発明者らは、このようにして得られたジルコニア質鋳型材のCaZrO3量と変質層の厚みとの関係を調査した。その結果、鋳型材中のCaZrO3量が増加するにつれて、変質層の厚みが減少することがわかった。
【0013】
しかも、ZrO2とCaO とを等モル比 (CaO :31wt%) とした場合、あるいはCaO リッチな状態とした場合には、この鋳型材の化合物組成はCaZrO3が主体となり (98wt%以上) 、残部が不可避混入物, 即ち、SiO2, Fe2O3, TiO2, MgO, Al2O3 等のその他の酸化物を2%未満の範囲内で含有するものとなるが、これを従来のCaO 安定化ジルコニア質鋳型材、Y2O3安定化ジルコニア質鋳型材と比較すると、大幅に前記変質層の厚みが減少することが判った。
【0014】
以上説明したように本発明は、ジルコニアとカルシアとを含有する化合物であって、電融処理して得られる化合物の形態が立方晶ZrO2とジルコン酸カルシウムからなるもの、好ましくは不可避的混入物を除きほとんど総てがジルコン酸カルシウムの形態をとる鋳型材としたものである。
なお、本発明において、ジルコン酸カルシウム (CaZrO3) の量は多いほど好ましいが、その他の酸化物については、その上限を2wt%にしないと、カルシウムシリケート等の酸化物とカルシアとの酸化物からなる化合物を生成し、反応層への影響が無視できないものとなるからであり、上述した組成のものに限定される。
【0015】
【実施例】
実施例1
電融法(150 KVAアーク式電気炉) により、ジルコンサンドとCaO とを、表3に示す重量割合 (CaO レベル:10wt%、18wt%、26wt%) となるように配合してともに溶解し、破砕 (ジョークラッシャー) し、粉砕 (アルミナポツトミル) したのち、所定の粒度とした。これら3種の鋳型材の他、比較のために、従来のジルコニア質鋳型材および電融カルシアを用意し、各々に結合剤としてCaCl2 −アルコール溶液を10:1の割合で加えて混合した。
これらを、図1に示すように、1種づつ内径40mm、高さ30mmのアルミナ管に内張りし、内径25mmの円筒状小鋳型を作製した。このようにして作製した5種の鋳型を内径50mm、高さ 150mmのアルミナ管内に積み重ね、全体をさらにアルミナるつぼ5内に入れ、1223Kで7200sの条件で加熱し、加熱後はただちに真空溶解炉内にセットした。
ただし、図1の符号1はCaO 製湯口、2は黒鉛、3はアルミナ管、4は円筒状小鋳型、5はアルミナるつぼである。
【0016】
【表3】
【0017】
上記の鋳型を3セット用意し、各々に
(1)Ti−15wt%V−3wt%Sn−3wt%Cr−3wt%Al
(2)Ti−10wt%V−2wt%Fe−3wt%Al
(3)Ti−5wt%Al−2wt%Sn−2wt%Zr−4wt%Cr−4wt%Mo
の3種のチタン合金を真空溶解炉内の石灰るつぼで高周波溶解した後、上記円筒状小鋳型内に鋳込んだ。
冷却後、上記各小鋳型の中央部で鋳塊を切断し、横断面の組織を10wt%HF−5wt%HNO3溶液で腐食し変質層の厚みを測定した。その結果を表4に示す。
【0018】
【表4】
【0019】
表4ならびにジルコニア鋳型材中のCaO量(wt%)と変質層の厚みの関係を示す図2からわかるように、CaO量の増加、すなわち、CaZrO3量の増加と共に変質層の厚みが減少することが確認された。とくにCaOを31wt%添加したCaZrO3≧98wt%の鋳型材を用いたものでは、変質層の厚みは 100μm程度になることがわかった。
【0020】
実施例2
実施例1と同じように、電融法によりCaOを重量割合で31wt%含有したジルコニア質鋳型材を溶解し、破砕、粉砕後所定の粒度とした。この鋳型材の組成は、CaZrO3が98wt%以上であった。比較のため、従来のCaOを4%含有したCaO安定化ジルコニア鋳型材、Y2O3を10wt%含有したY2O3安定化ジルコニア鋳型材および電融カルシアを用意し、実施例1と同様の方法で鋳型を構成した。この鋳型にTi−15wt%V−3wt%Al−3wt%Cr−3wt%SnのTi合金溶湯を鋳込み変質層の厚みを測定した。
その結果、CaOを31wt%含有した鋳型材すなわち、その組成は、98wt%以上のCaZrO3である鋳型材(4)は、図3に示すように、従来のCaO安定化ジルコニア鋳型材(1)、Y2O3安定化ジルコニア鋳型材(2),黒鉛鋳型材(3)と比較すると、その変質層の厚みは最大でほぼ8分の1に減少した。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、鋳造金属溶湯 (チタンおよびその合金) と反応しにくい鋳型材を安価に提供できると共に、鋳物表面に生じる変質層を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】チタンおよびその合金鋳造用鋳型の断面図である。
【図2】鋳型材中のCaO 量と変質層の厚みとの関係を示すグラフである。
【図3】各種の鋳型材と変質層の厚みとの関係を示すグラフである。
Claims (7)
- 10wt%以上のCaOおよび残部ジルコニアを含有し、化合物の形態が立方晶ZrO2およびジルコン酸カルシウム(CaZrO3)、もしくはジルコン酸カルシウムであることを特徴とするチタン・チタン合金鋳造用鋳型材。
- 10〜31wt%未満のCaOおよび残部ジルコニアを含有し、化合物の形態が立方晶ZrO2とジルコン酸カルシウム(CaZrO3 )であることを特徴とするチタン・チタン合金鋳造用鋳型材。
- 10〜18wt%未満のCaOおよび残部ジルコニアを含有し、化合物の形態が56〜96wt%の立方晶ZrO 2 と44〜4wt%のジルコン酸カルシウム(CaZrO3)および残部不可避混入物であることを特徴とする請求項2に記載の鋳型材。
- 18wt%以上〜26wt%未満のCaOおよび残部ジルコニアを含有し、化合物の形態が17〜56wt%の立方晶ZrO 2 と83〜44wt%のジルコン酸カルシウム(CaZrO3)および残部不可避混入物であることを特徴とする請求項2に記載の鋳型材。
- 26〜31wt%未満のCaOおよび残部ジルコニアを含有し、化合物の形態が17wt%未満の立方晶ZrO 2 と83wt%以上のジルコン酸カルシウム(CaZrO3)および残部不可避混入物であることを特徴とする請求項2に記載の鋳型材。
- 31wt%以上のCaOと残部ジルコニアを含有し、化合物の形態がジルコン酸カルシウム(CaZrO3)と不可避混入物とからなることを特徴とする請求項1に記載の鋳型材。
- 31wt%以上のCaOと残部ジルコニアを含有し、化合物の形態がジルコン酸カルシウム(CaZrO3)の形態をとるものが98wt%以上で、残部不可避的混入物としてその他の酸化物を2wt%未満含有するものであることを特徴とする請求項6に記載の鋳型材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13694796A JP3866792B2 (ja) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | チタン・チタン合金鋳造用鋳型材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13694796A JP3866792B2 (ja) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | チタン・チタン合金鋳造用鋳型材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09314278A JPH09314278A (ja) | 1997-12-09 |
JP3866792B2 true JP3866792B2 (ja) | 2007-01-10 |
Family
ID=15187246
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13694796A Expired - Lifetime JP3866792B2 (ja) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | チタン・チタン合金鋳造用鋳型材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3866792B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5754559B2 (ja) * | 2013-04-01 | 2015-07-29 | 新日鐵住金株式会社 | 熱間圧延用チタン鋳片およびその製造方法 |
JP2016128172A (ja) * | 2013-04-01 | 2016-07-14 | 新日鐵住金株式会社 | 表面疵の発生し難いチタン熱間圧延用インゴットおよびその製造方法 |
JP2016128171A (ja) * | 2013-04-01 | 2016-07-14 | 新日鐵住金株式会社 | 表面疵の発生し難いチタン熱間圧延用スラブおよびその製造方法 |
JP6222605B2 (ja) * | 2014-03-07 | 2017-11-01 | 三菱重工業株式会社 | 中子材、中子、及び中子材の製造方法、中子の製造方法。 |
EA201790491A1 (ru) * | 2014-09-30 | 2017-07-31 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Титановая отливка для горячей прокатки и способ ее изготовления |
EA034378B1 (ru) * | 2014-09-30 | 2020-01-31 | Ниппон Стил Корпорейшн | Отливка из титана для горячей прокатки и способ ее производства |
WO2016051482A1 (ja) * | 2014-09-30 | 2016-04-07 | 新日鐵住金株式会社 | 熱間圧延用チタン鋳片およびその製造方法 |
-
1996
- 1996-05-30 JP JP13694796A patent/JP3866792B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09314278A (ja) | 1997-12-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2434963C2 (ru) | Сплавленное зерно из оксида алюминия, оксида титана и диоксида циркония | |
JP2014505005A (ja) | ジルコニアの高い含量を有する耐火製品 | |
JP3866792B2 (ja) | チタン・チタン合金鋳造用鋳型材 | |
JPH0140791B2 (ja) | ||
WO2003042617A1 (fr) | Creuset pour fusion d'un alliage d'elements de terre rare et alliage d'elements de terre rare | |
US11634362B2 (en) | Process for the manufacture of a fused block having a high zirconia content | |
US3340076A (en) | Fused refractory castings | |
JPH11130529A (ja) | 高ジルコニア質耐火物 | |
JP5871126B2 (ja) | アルミナジルコニア耐火原料の製造方法、アルミナジルコニア耐火原料およびプレート耐火物 | |
JPS61210142A (ja) | 耐衝撃性に優れたNiTi合金及びその製造方法 | |
JP5745158B2 (ja) | Atz溶融された粒子 | |
JP3944700B2 (ja) | 希土類合金溶解用坩堝および希土類合金 | |
JP3014775B2 (ja) | 流し込み不定形耐火物 | |
JP3978578B2 (ja) | 希土類合金溶解用坩堝および希土類合金 | |
JP3312043B2 (ja) | 石灰系るつぼ及びその製造方法 | |
JPH0628776B2 (ja) | 鋳 型 | |
JPH0645831B2 (ja) | Al−Li系合金の溶製方法 | |
JP2567553B2 (ja) | 連続鋳造用ノズル | |
JP3176836B2 (ja) | 不定形耐火物 | |
JP2005144462A (ja) | 連続鋳造用浸漬ノズル及びその製造方法 | |
JPH0628775B2 (ja) | 鋳 型 | |
JPH0373377B2 (ja) | ||
JPH04143048A (ja) | 連続鋳造用浸漬ノズル | |
JPH05221737A (ja) | 不定形耐火物 | |
JPS62252362A (ja) | 活性金属溶解用CaO質坩堝及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060711 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060906 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061003 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061006 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101013 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101013 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111013 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111013 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121013 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121013 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131013 Year of fee payment: 7 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |