JP6365192B2

JP6365192B2 - Ｎｉ合金鋳造品の鋳造方法

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Publication number: JP6365192B2
Application number: JP2014203924A
Authority: JP
Inventors: 茂征佐藤; 達也関口
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2034-10-02
Also published as: JP2016073981A

Description

本発明は、Ｎｉ合金鋳造品の鋳造方法に係り、特に、ジェットエンジンのタービン部品、ケーシング等に用いられるＮｉ合金鋳造品の鋳造方法に関する。

Ｎｉ（ニッケル）合金鋳造品は、耐食性や高温強度に優れていることから、ジェットエンジンのタービン部品、ケーシング等へ適用されている。また、Ｎｉ合金はホールペッチ（Ｈａｌｌ−Ｐｅｔｃｈ）の法則に従うことが知られており、結晶粒が微細化すると耐力が向上する。このような理由から、Ｎｉ合金鋳造品の高温強度を向上させるために、鋳込み温度等の鋳込み条件を変えることにより、結晶粒を微細化することが行われている。

特許文献１には、航空機エンジンのタービンエキゾーストケース等の高温強度部材の大型鋳物の精密鋳造では、高温での機械的強度を向上させるために、結晶粒を微細化することが有効であることが記載されている。

特許第３１９４３５４号公報

ところで、Ｎｉ合金鋳造品の鋳造方法において、鋳込み温度が高いと結晶粒が粗大化することから、鋳込み温度を低くして結晶粒を微細化することが行われている。しかし、鋳込み温度を低くしても結晶粒の微細化の程度については十分ではなく、Ｎｉ合金鋳造品の高温強度をより向上させるために、結晶粒をより微細化することが望まれている。また、鋳込み温度が低くなると、湯廻り不良等により鋳造欠陥が発生する可能性がある。

そこで本発明の目的は、結晶粒をより微細化可能なＮｉ合金鋳造品の鋳造方法を提供することである。

本発明に係るＮｉ合金鋳造品の鋳造方法は、鋳型内に純Ｃｏ粉末を、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で投入するＣｏ粉末投入工程と、前記純Ｃｏ粉末が投入された鋳型内に、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中でＮｉ合金溶湯を注湯して鋳込む鋳込み工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るＮｉ合金鋳造品の鋳造方法は、前記Ｃｏ粉末投入工程において、前記純Ｃｏ粉末は、Ｎｉ合金鋳込み量と純Ｃｏ粉末投入量との合計に対する前記純Ｃｏ粉末投入量の比率が、０．１質量％以上０．５質量％以下となるようにして投入されることを特徴とする。

本発明に係るＮｉ合金鋳造品の鋳造方法において、前記純Ｃｏ粉末の平均粒径は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係るＮｉ合金鋳造品の鋳造方法は、前記鋳込み工程において、鋳込み温度が１４８０℃以上１５３０℃以下であることを特徴とする。

上記構成によれば、Ｎｉ合金溶湯の凝固時に、Ｃｏ（コバルト）成分が結晶核を発生させる核発生物質として作用するので、Ｎｉ合金鋳造品の結晶粒をより微細化することが可能となる。

本発明の実施の形態において、Ｎｉ合金鋳造品の鋳造方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態において、Ｎｉ合金鋳造品の鋳込みの準備を説明するための模式図である。本発明の実施の形態において、鋳型内へのＣｏ粉末の投入方法を説明するための模式図である。本発明の実施の形態において、Ｎｉ合金鋳造品の鋳込み方法を説明するための模式図である。本発明の実施の形態において、実施例１の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品の外観表面観察結果を示す写真である。本発明の実施の形態において、実施例２の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品の外観表面観察結果を示す写真である。本発明の実施の形態において、比較例１の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品の外観表面観察結果を示す写真である。本発明の実施の形態において、比較例２の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品の外観表面観察結果を示す写真である。本発明の実施の形態において、比較例３の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品の外観表面観察結果を示す写真である。

以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、Ｎｉ（ニッケル）合金鋳造品の鋳造方法を示すフローチャートである。Ｎｉ合金鋳造品の鋳造方法は、Ｃｏ（コバルト）粉末投入工程（Ｓ１０）と、鋳込み工程（Ｓ１２）と、を備えている。

まず、Ｎｉ合金鋳造品の鋳込みの準備について説明する。図２は、Ｎｉ合金鋳造品の鋳込みの準備を説明するための模式図である。

鋳造装置１０は、Ｎｉ合金原料を溶解するための溶解室１２と、鋳型１４を配置するための鋳型室１６と、を備えている。溶解室１２と鋳型室１６との間には、溶解室１２と鋳型室１６とを開閉可能に仕切る仕切りバルブ１８が設けられている。

溶解室１２には、Ｎｉ合金原料を溶解してＮｉ合金溶湯２０を溜める溶解坩堝２２が設けられている。Ｎｉ合金原料の溶解には、例えば、インダクションスカル溶解法等を用いることが可能である。溶解坩堝２２は、例えば、水冷された銅製坩堝で形成されており、Ｎｉ合金溶湯２０を鋳型１４内に注湯するために傾動可能に構成されている。溶解坩堝２２の周りには、例えば、誘導加熱用の高周波コイルヒータ２４等が設けられている。

鋳型室１６には、鋳型１４を載置するための鋳型台を有し、鋳型１４を上昇または下降させる昇降体２６が設けられている。鋳型室１６には、Ｃｏ（コバルト）粉末２８を入れるためのＣｏ粉末用容器３０が設けられている。Ｃｏ粉末用容器３０については、耐火金属やセラミックスで形成することができる。Ｃｏ粉末用容器３０は、Ｃｏ粉末２８を鋳型１４内に投入するために傾動可能に構成されている。なお、Ｃｏ粉末用容器３０については、溶解室１２に設けるようにしてもよい。

鋳造装置１０には、溶解室１２と鋳型室１６とを排気して真空雰囲気とするための真空ポンプ等の排気手段（図示せず）が設けられている。鋳造装置１０には、溶解室１２と鋳型室１６とに不活性ガス（アルゴンガス等）を導入するためのガスボンベ等のガス供給手段（図示せず）が設けられている。

鋳造装置１０には、仕切りバルブ１８の開閉、溶解坩堝２２の傾動、昇降体２６の上昇下降、Ｃｏ粉末用容器３０の傾動、溶解室１２及び鋳型室１６の排気やガス供給等を制御するために制御手段（図示せず）が設けられている。制御手段（図示せず）は、一般的なコンピュータシステム等により構成されている。

鋳型１４は、セラミックス等の耐火材料で形成されている。鋳型１４については、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、セリア（ＣｅＯ_２）等の酸化物により形成することが可能である。鋳型１４の形状については、特に、限定されることはない。鋳型１４には、タービン翼、ケーシング等のＮｉ合金部品を鋳造するための一般的な鋳型を用いることが可能である。

Ｃｏ粉末投入工程（Ｓ１０）は、鋳型１４内にＣｏ粉末２８を、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で投入する工程である。図３は、鋳型１４内へのＣｏ粉末２８の投入方法を説明するための模式図である。

まず、鋳型室１６に鋳型１４を入れて、鋳型１４を昇降体２６の鋳型台に載置する。鋳型１４は、鋳型室１６に入れる前に、予熱炉等で、例えば、１１００℃から１５００℃、好ましくは１４００℃から１４５０℃に予熱されるようにしてもよい。次に、鋳型室１６を排気して、鋳型室１６を真空雰囲気にする。真空度については、例えば、０．１３Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）から１．３Ｐａ（１×１０^−２Ｔｏｒｒ）である。なお、鋳型室１６を排気した後に、鋳型室１６にアルゴンガス等の不活性ガスを導入して、鋳型室１６を不活性ガス雰囲気としてもよい。次に、Ｃｏ粉末用容器３０を傾動させて、鋳型１４内にＣｏ粉末２８を投入する。

Ｃｏ粉末２８は、Ｎｉ合金溶湯２０の凝固初期に、Ｎｉ合金溶湯２０と接触することにより、結晶核を発生させる核発生物質として機能する。これにより、Ｎｉ合金鋳造品の結晶粒を微細化することが可能となる。また、鋳型１４内にＣｏ粉末２８を、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で投入することにより、例えば、鋳型１４が予熱されていた場合でもＣｏ粉末２８の酸化が防止されるので、Ｎｉ合金鋳造品の品質低下の原因となる酸化コバルト等からなる介在物の形成が抑制される。

Ｃｏ粉末２８には、純Ｃｏ粉末（Ｃｏ単体粉末）またはＣｏ合金粉末を用いることが可能である。純Ｃｏ粉末またはＣｏ合金粉末は、Ｎｉ合金中に固溶するので、Ｎｉ合金鋳造品の品質を低下させる介在物の形成を抑制できるからである。より詳細には、酸化コバルト等の非金属材料からなるコバルト化合物を用いる場合には、Ｎｉ合金鋳造品の中に、このようなコバルト化合物が巻き込まれて介在物を形成し、Ｎｉ合金鋳造品の品質が低下する場合がある。これに対して純Ｃｏ粉末またはＣｏ合金粉末はＮｉ合金中に固溶することから、Ｎｉ合金鋳造品中の介在物の形成が抑制され、Ｎｉ合金鋳造品の品質を向上させることができる。

Ｃｏ粉末２８にＣｏ合金粉末を用いる場合には、Ｃｏ−Ｎｉ合金粉末や、Ｎｉ合金中に含まれる合金成分とＣｏとのＣｏ合金からなるＣｏ合金粉末を用いることが好ましい。例えば、Ｎｉ合金鋳造品をＩＮＣＯＮＥＬ７１８（登録商標）で鋳造する場合には、このＮｉ合金の合金成分が、Ｔｉ（チタン）：０．６５質量％以上１．１５質量％以下、Ａｌ（アルミニウム）：０．２０質量％以上０．８０質量％以下、Ｃｒ（クロム）：１７．００質量％以上２１．００質量％以下、Ｎｂ（ニオブ）：４．７５質量％以上５．５０質量％以下、Ｍｏ（モリブデン）：２．８０質量％以上３．３０質量％以下、Ｎｉ（ニッケル）：５０．００質量％以上５５．００質量％以下、残部がＦｅ（鉄）及び不可避的不純物から構成されているので、Ｃｏ合金粉末には、Ｃｏ−Ｔｉ合金粉末、Ｃｏ−Ａｌ合金粉末、Ｃｏ−Ｃｒ合金粉末、Ｃｏ−Ｎｂ合金粉末、Ｃｏ−Ｍｏ合金粉末、Ｃｏ−Ｎｉ合金粉末、Ｃｏ−Ｆｅ合金粉末等を用いることが好ましい。

Ｃｏ粉末２８については、ガスアトマイズ粉や水アトマイズ粉等を用いることが可能である。Ｃｏ粉末２８には、Ｏ（酸素）、Ｃ（炭素）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｕ（銅）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）等の不可避的不純物を含んでいてもよい。

Ｃｏ粉末２８の平均粒径については、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましく、０．７μｍ以上１．０μｍ以下であることがより好ましい。Ｃｏ粉末２８の平均粒径が０．１μｍより小さい場合には、Ｃｏ粉末２８の粒径が小さいので、Ｃｏ粉末２８が核発生物質として機能しない可能性があるからである。Ｃｏ粉末２８の平均粒径が５．０μｍより大きい場合には、Ｃｏ粉末２８を鋳型１４内に所定量投入したときに、平均粒径が５．０μｍ以下である場合と比較して、Ｎｉ合金溶湯２０と接触するＣｏ粉末２８の接触面積の合計が低下するので、結晶粒の微細化にムラが生じる可能性があるからである。また、Ｃｏ粉末２８の平均粒径については、０．７μｍ以上１．０μｍ以下とすることにより、Ｎｉ合金鋳造品の結晶粒をより均一に微細化することが可能となる。Ｃｏ粉末２８の平均粒径については、例えば、フィッシャー法（ＦＳＳＳ法：ＦｉｓｈｅｒＳｕｂ−ＳｉｅｖｅＳｉｚｅｒ）により測定可能である。なお、Ｃｏ粉末２８の平均粒径が、０．７μｍ以上１．０μｍ以下である場合には、Ｃｏ粉末２８の比表面積が、１．４ｍ^２／ｇ以上１．８ｍ^２／ｇ以下であり、Ｃｏ粉末２８の嵩密度が、０．６ｇ/ｃｍ^３以上０．９ｇ/ｃｍ^３以下であることが好ましい。このようなＣｏ粉末２８を用いることにより、Ｎｉ合金鋳造品の結晶粒を更に均一に微細化することが可能となる。Ｃｏ粉末２８の比表面積については、空気透過法等により測定可能である。

Ｃｏ粉末２８は、Ｎｉ合金鋳込み量とＣｏ粉末投入量との合計に対するＣｏ粉末投入量の比率が、０．１質量％以上０．５質量％以下となるように投入されることが好ましい。Ｎｉ合金鋳込み量とＣｏ粉末投入量との合計に対するＣｏ粉末投入量の比率Ｘは、Ｎｉ合金鋳込み量Ａ、Ｃｏ粉末投入量Ｂとしたとき、Ｘ＝Ｂ／(Ａ＋Ｂ)で算出される。

Ｎｉ合金鋳込み量とＣｏ粉末投入量との合計に対するＣｏ粉末投入量の比率が０．１質量％以上であるのは、０．１質量％より小さいと、Ｎｉ合金鋳込み量に対するＣｏ粉末投入量が少ないので、結晶粒の微細化が生じない場合や、結晶粒の微細化にムラが生じる可能性があるからである。

また、Ｎｉ合金鋳込み量とＣｏ粉末投入量との合計に対するＣｏ粉末投入量の比率が０．５質量％以下であるのは、０．５質量％であれば結晶粒の微細化が十分可能であり、０．５質量％より多くのＣｏ粉末２８を投入しても、これ以上の結晶粒の微細化効果が得られないからである。なお、コバルトは高価な金属材料であるので、Ｎｉ合金鋳込み量とＣｏ粉末投入量との合計に対するＣｏ粉末投入量の比率を０．５質量％以下とすることにより、Ｎｉ合金鋳造品の鋳造コストを低減することができる。

Ｃｏ粉末２８は、Ｎｉ合金鋳込み量とＣｏ粉末投入量との合計に対するＣｏ粉末投入量の比率が、０．２５質量％以上０．５質量％以下となるように投入されることがより好ましい。Ｃｏ粉末２８を、この範囲で投入することにより、結晶粒をより均一に微細化することが可能となると共に、鋳造コストを低減することができる。

鋳込み工程（Ｓ１２）は、Ｃｏ粉末２８が投入された鋳型１４内に、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中でＮｉ合金溶湯２０を注湯して鋳込む工程である。図４は、Ｎｉ合金鋳造品の鋳込み方法を説明するための模式図である。

まず、仕切りバルブ１８を開放し、昇降体２６を上昇させて、Ｃｏ粉末２８が投入された鋳型１４を溶解室１２の方へ移動させる。次に、溶解坩堝２２を傾動させて、Ｎｉ合金溶湯２０を鋳型１４内に注湯する。Ｎｉ合金溶湯２０の鋳型１４内への注湯時の流動や対流等により、鋳型１４内のＮｉ合金溶湯２０中にＣｏ粉末２８が略均一に分散される。

鋳込み温度については、１４８０℃以上１５３０℃以下であることが好ましい。鋳込み温度が１４８０℃よりも低いと、湯廻り不良等により鋳造欠陥が生じ易いからである。また、鋳込み温度が１５３０℃よりも高いと、結晶粒が粗大化し易いからである。また、鋳込み温度については、湯廻り不良等により鋳造欠陥が生じない範囲で低い温度に設定されることがより好ましい。このような低い鋳込み温度で鋳込むことにより、結晶粒の粗大化が更に抑制されるので、Ｃｏ粉末２８の作用と合わせて結晶粒をより微細化することが可能となる。なお、鋳型温度については、例えば、１１００℃から１５００℃、好ましくは１４００℃から１４５０℃とすることができる。

次に、昇降体２６を下降させることにより、Ｎｉ合金溶湯２０が注湯された鋳型１４を鋳型室１６へ移動させて冷却し、仕切りバルブ１８を閉じる。Ｎｉ合金溶湯２０が凝固を開始すると、Ｎｉ合金溶湯２０中に分散したＣｏ粉末２８が結晶核を発生させる核発生物質として作用するので、Ｎｉ合金鋳造品の結晶粒が微細化される。

このようにして、結晶粒が微細化されたＮｉ合金鋳造品が鋳造される。なお、Ｎｉ合金鋳造品を鋳造するためのＮｉ合金については、特に限定されることなく、Ｃｏを含有するＮｉ合金であってもよく、Ｃｏを含有しないＮｉ合金であってもよい。また、鋳造法についても、Ｎｉ合金の鋳造で用いられる一般的な普通鋳造法、重力鋳造法等を用いることができる。

以上、上記構成によれば、鋳型内にＣｏ粉末を、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で投入するＣｏ粉末投入工程と、Ｃｏ粉末が投入された鋳型内に、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中でＮｉ合金溶湯を注湯して鋳込む鋳込み工程と、を備えているので、Ｎｉ合金溶湯の凝固初期に、Ｃｏ粉末のコバルト成分が、結晶核を発生させる核発生物質として作用するので、Ｎｉ合金鋳造品の結晶粒をより微細化することが可能となる。また、上記構成によれば、鋳型内にＣｏ粉末を投入して鋳造することから、鋳型の材質や鋳型の形状等に依存せずに結晶粒を微細化できるので、Ｎｉ合金鋳造品の生産性を向上させることができる。更に、上記構成によれば、Ｎｉ合金溶湯の鋳型内への注湯時の流動や対流等により、鋳型内のＮｉ合金溶湯中にＣｏ粉末が略均一に分散されるので、Ｎｉ合金鋳造品の表面側だけでなく、Ｎｉ合金鋳造品の内部まで結晶粒を略均一に微細化することが可能となる。

Ｎｉ合金鋳造品の鋳造試験を行った。

（鋳造方法）
実施例１の鋳造方法について説明する。Ｎｉ合金原料には、ＩＮＣＯＮＥＬ７１８（登録商標）を使用した。鋳型には、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成したセラミックス製鋳型を使用した。Ｎｉ合金鋳造品の形状については、矩形状とした。Ｎｉ合金鋳造品のサイズについては、４０ｍｍ×１００ｍｍ×５ｍｍ^ｔ、４０ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍ^ｔ、４０ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍ^ｔの３種類とした。

Ｃｏ粉末については、ＯＭグループ社（ＯＭＧｒｏｕｐＩｎｃ）の純Ｃｏ粉末であるＳ−８０を使用した。このＣｏ粉末をフィッシャー法（ＦＳＳＳ法）で測定したときの平均粒径は、０．９μｍである。このＣｏ粉末には、Ｃｏの他に、不可避的不純物として、０．５質量％のＯと、３００ｐｐｍのＣと、２０ｐｐｍのＳと、１０ｐｐｍ未満のＮｉと、２０ｐｐｍのＦｅと、１０ｐｐｍ未満のＣｕと、１００ｐｐｍのＮａと、１００ｐｐｍのＭｇが含まれている。また、このＣｏ粉末の比表面積は１．６ｍ^２／ｇであり、嵩密度は０．８ｇ/ｃｍ^３である。

鋳造装置には、上述した図２から図４に示す鋳造装置の構成と同様のものを使用した。まず、溶解室で、Ｎｉ合金原料の真空溶解を行った。次に、予熱した鋳型を鋳型室に入れ、鋳型室の真空引きを行った。鋳型室が所定の真空度に到達した後に、Ｃｏ粉末を鋳型内に投入した。実施例１の鋳造方法では、鋳型に投入するＣｏ粉末を、Ｎｉ合金鋳込み量とＣｏ粉末投入量との合計に対するＣｏ粉末投入量の比率が０．２５質量％となるようにして投入した。次に、仕切りバルブを開き、Ｃｏ粉末が投入された鋳型を溶解室の方へ移動させた。そして、Ｃｏ粉末を投入した鋳型内に、真空雰囲気中でＮｉ合金溶湯を注湯して鋳込みを行った。鋳込み温度については１５３０℃とし、鋳型温度については１４００℃とした。次に、Ｎｉ合金溶湯を注湯した鋳型を鋳型室の方に移動させて、仕切りバルブを閉じて冷却した。

実施例２の鋳造方法について説明する。実施例２の鋳造方法では、実施例１の鋳造方法と、鋳型に投入するＣｏ粉末のＣｏ粉末投入量の比率が相違している。実施例２の鋳造方法では、鋳型に投入するＣｏ粉末を、Ｎｉ合金鋳込み量とＣｏ粉末投入量との合計に対するＣｏ粉末投入量の比率が０．５質量％となるようにして投入した。なお、その他については実施例１の鋳造方法と同じであり、鋳込み温度については１５３０℃とし、鋳型温度については１４００℃とした。

比較例１の鋳造方法について説明する。比較例１の鋳造方法では、実施例１の鋳造方法と、Ｃｏ粉末を用いない点で相違している。比較例１の鋳造方法では、Ｃｏ粉末を鋳型に投入しないで、Ｎｉ合金溶湯を鋳型に注湯して鋳込みを行った。なお、その他については実施例１の鋳造方法と同じであり、鋳込み温度については１５３０℃とし、鋳型温度については１４００℃とした。

比較例２の鋳造方法について説明する。比較例２の鋳造方法では、実施例１の鋳造方法と、Ｃｏ粉末を用いない点と、鋳込み温度とが相違している。比較例２の鋳造方法では、Ｃｏ粉末を鋳型に投入しないで、Ｎｉ合金溶湯を鋳型に注湯して、鋳込み温度１４８０℃で鋳込みを行った。その他については実施例１の鋳造方法と同じであり、鋳型温度については１４００℃とした。

比較例３の鋳造方法について説明する。比較例３の鋳造方法では、実施例２の鋳造方法と、Ｃｏ粉末の投入方法と、鋳込み温度とが相違している。比較例３の鋳造方法では、Ｃｏ粉末を溶解坩堝に溜めたＮｉ合金溶湯に予め投入して溶解させてから、Ｃｏ粉末を投入したＮｉ合金溶湯を鋳型に注湯し、鋳込み温度１４８０℃で鋳込みを行った。なお、溶解坩堝に溜めたＮｉ合金溶湯に投入するＣｏ粉末については、Ｎｉ合金鋳込み量とＣｏ粉末投入量との合計に対するＣｏ粉末投入量の比率が０．５質量％となるようにした。その他については実施例２の鋳造方法と同じであり、鋳型温度については１４００℃とした。

（金属組織観察）
次に、各鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品の金属組織について外観表面観察を行った。図５は、実施例１の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品の外観表面観察結果を示す写真である。図６は、実施例２の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品の外観表面観察結果を示す写真である。図７は、比較例１の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品の外観表面観察結果を示す写真である。図８は、比較例２の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品の外観表面観察結果を示す写真である。図９は、比較例３の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品の外観表面観察結果を示す写真である。なお、図５から図９において、（ａ）は、４０ｍｍ×１００ｍｍ×５ｍｍ^ｔのＮｉ合金鋳造品を示しており、（ｂ）は、４０ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍ^ｔのＮｉ合金鋳造品を示しており、（ｃ）は、４０ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍ^ｔのＮｉ合金鋳造品を示している。

図５から図９に示すように、実施例１及び実施例２の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品は、比較例１から比較例３の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品よりも結晶粒が微細化していた。この理由については、Ｃｏ粉末が結晶核を発生させるための核発生物質として作用したことによるものと考えられる。図５及び図６に示すように、実施例１の鋳造方法と、実施例２の鋳造方法とでは、Ｎｉ合金鋳造品における結晶粒の微細化の程度は、略同程度であった。また、Ｎｉ合金鋳造品の板厚の影響については認められず、板厚５ｍｍから２０ｍｍのいずれのＮｉ合金鋳造品についても結晶粒を微細化することができた。Ｎｉ合金鋳造品の長手方向（鋳造時の鉛直方向）においても、結晶粒が略均一に微細化していた。また、実施例１及び実施例２の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品については、Ｎｉ合金鋳造品の表面側だけでなく、その内部についても表面側と同様に結晶粒が微細化していた。

図７及び図８に示すように、比較例２の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品は、比較例１の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品よりも、結晶粒が僅かに微細化していた。この理由については、比較例２の鋳造方法は、比較例１の鋳造方法よりも鋳込み温度が低いことにより、結晶粒の粗大化が抑制されたことによるものと考えられる。

また、図９に示すように、比較例３の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品は、比較例１の鋳造方法で鋳造したＮｉ合金鋳造品よりも、結晶粒が僅かに微細化した程度であった。この理由については、溶解坩堝に溜めたＮｉ合金溶湯にＣｏ粉末を投入した後に、Ｃｏ粉末が添加されたＮｉ合金溶湯を鋳型内に注湯した場合には、Ｎｉ合金溶湯の凝固初期には、Ｃｏ粉末がＮｉ合金溶湯中に既に溶解されているので、Ｃｏ粉末が核発生物質としてほとんど機能しなかったことによるものと考えられる。この結果から、Ｃｏ粉末を鋳型内に予め投入した後に、Ｃｏ粉末を投入した鋳型内にＮｉ合金溶湯を注湯することにより、Ｎｉ合金溶湯の凝固初期にＣｏ粉末と接触させることで、結晶粒を微細化することが可能となることがわかった。

１０鋳造装置、１２溶解室、１４鋳型、１６鋳型室、１８仕切りバルブ、２０Ｎｉ合金溶湯、２２溶解坩堝、２４高周波コイルヒータ、２６昇降体、２８Ｃｏ粉末、３０Ｃｏ粉末用容器。

Claims

Ｎｉ合金鋳造品の鋳造方法であって、
鋳型内に純Ｃｏ粉末を、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で投入するＣｏ粉末投入工程と、
前記純Ｃｏ粉末が投入された鋳型内に、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中でＮｉ合金溶湯を注湯して鋳込む鋳込み工程と、
を備えることを特徴とするＮｉ合金鋳造品の鋳造方法。
請求項１に記載のＮｉ合金鋳造品の鋳造方法であって、
前記Ｃｏ粉末投入工程において、前記純Ｃｏ粉末は、Ｎｉ合金鋳込み量と純Ｃｏ粉末投入量との合計に対する前記純Ｃｏ粉末投入量の比率が、０．１質量％以上０．５質量％以下となるようにして投入されることを特徴とするＮｉ合金鋳造品の鋳造方法。
請求項１または２に記載のＮｉ合金鋳造品の鋳造方法であって、
前記純Ｃｏ粉末の平均粒径は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であることを特徴とするＮｉ合金鋳造品の鋳造方法。
請求項１から３のいずれか１つに記載のＮｉ合金鋳造品の鋳造方法であって、
前記鋳込み工程において、鋳込み温度が１４８０℃以上１５３０℃以下であることを特徴とするＮｉ合金鋳造品の鋳造方法。