JPH01180924A - Production of alloy - Google Patents

Production of alloy

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JPH01180924A
JPH01180924A JP566888A JP566888A JPH01180924A JP H01180924 A JPH01180924 A JP H01180924A JP 566888 A JP566888 A JP 566888A JP 566888 A JP566888 A JP 566888A JP H01180924 A JPH01180924 A JP H01180924A
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Abstract

PURPOSE: To decrease the amount of a vacuum-melted alloy and to reduce manufacturing costs of an alloy by welding a first metal ingot, prepared by vacuum melting, to a second ingot prepared by air melting and forming a metallic charge for investment casting.
CONSTITUTION: A first alloy, containing Al and Ti in its matrix, is subjected to vacuum melting. An Ni-containing second alloy is melted in the air. Subsequently, an ingot of the first alloy is weld to an ingot of the second alloy and they are joined together mechanically. By this method, a charge for investment casting, composed of an Ni-base alloy containing ≥3% Al and ≥0.1% Ti and satisfying Al+Ti≥12%, can be obtained.
COPYRIGHT: (C)1989,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は航空機のジェットエンジンおよび内燃機関用
のターボチャージャ部品のホットステージに使用される
重要な部品を製造するためにインベストメント鋳造業界
において使用される高級合金の製造プロセスに関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application This invention is used in the investment casting industry to manufacture critical components used in the hot stages of turbocharger components for aircraft jet engines and internal combustion engines. This paper relates to the manufacturing process of high-grade alloys.

[従来の技術] 現在、アルミニウムおよびチタンを各種濃度で含む合金
が高温および腐食に耐えねばならない成る種の金属部品
の製造において要求されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION Alloys containing various concentrations of aluminum and titanium are currently required in the manufacture of metal parts that must withstand high temperatures and corrosion.

そのような合金はたとえば航空機のガスタービンエンジ
ンの部品の製造に使用される。そのような部品を製造す
るために使用する金属に対する冶金学的な要求は大変厳
しく、その金属は超合金と呼ばれる。アメリカ金属学会
は超合金に対して「比較的高い応力がかかりかつ耐酸化
性がしばしば要求される非常に高い温度の下で使用する
ために開発された合金。」と定義した。大きな強度を有
する合金が要求されるとぎはチタンがより多く使用され
る。一方結果として得られる合金か硬度の耐酸化性を有
するときにはより多くのアルミニウムが使用される。
Such alloys are used, for example, in the manufacture of parts for aircraft gas turbine engines. The metallurgical requirements for the metals used to make such parts are so demanding that the metals are called superalloys. The American Institute of Metals defines superalloys as ``alloys developed for use at very high temperatures where relatively high stresses and oxidation resistance are often required.'' Titanium is used more often in sharpeners where an alloy with high strength is required. On the other hand, more aluminum is used when the resulting alloy has a hard oxidation resistance.

ターボチャージャユニットの成る部品は現在インベスト
メント鋳造法によって製造される。合金のインゴットは
最初真空誘導溶解のような真空プロセスによって製造さ
れる。そしてインゴットの形状でインベストメント鋳造
者に供給される。インゴットはその後再溶解され所望の
形状を形作るために型の中で鋳造される。
The parts that make up the turbocharger unit are currently manufactured by investment casting methods. Alloy ingots are initially manufactured by a vacuum process such as vacuum induction melting. It is then supplied to investment casters in the form of ingots. The ingot is then remelted and cast in a mold to form the desired shape.

超合金の製造用の原材料は広くは真空溶解グレードまた
は空気溶解グレードに分けられる。真空溶解グレードの
材料は最高級でクリーンでなければならず、異物が超合
金中に存在しないことが証明されねばならず、特定の合
金に応じて鑑定されねばならない。真空溶解グレードの
金属は数多くの異なった処理技術によって製造される。
Raw materials for the production of superalloys are broadly divided into vacuum melting grades or air melting grades. Vacuum melting grade materials must be of the highest quality and cleanest, and it must be proven that no foreign matter is present in the superalloy, and must be qualified for the specific alloy. Vacuum melting grade metals are produced by a number of different processing techniques.

これら処理は真空誘導溶解や真空アーク再溶解やエレク
トロフラックスやエフトロンビーム溶解や他の処理法を
含む。今日まで、カスタービンエンジン用の重要な部品
や、使用ににあたって高度の完全性が要求される多数の
他の部品用の超合金の製造のための非常に厳しい仕様書
を満たすため、真空溶解グレードの原材料を製造するた
めには特殊な処理が必要であった。
These processes include vacuum induction melting, vacuum arc remelting, electroflux and eftron beam melting, and other processing methods. To date, vacuum melting grade Special processing was required to produce the raw materials.

真空誘導溶解法においては合金の品質は主として原材料
の品質に左右される。すなわちインゴットが形成される
原材料は他の冶金学上の合金の形成に比べて非常に高い
純度でなければならない。
In vacuum induction melting, the quality of the alloy mainly depends on the quality of the raw materials. That is, the raw material from which the ingot is formed must be of very high purity compared to the formation of other metallurgical alloys.

これは真空誘導溶解プロセスにおいては多くの不鈍物が
除去されないからである。
This is because many dull materials are not removed in the vacuum induction melting process.

空気溶解グレードの原材料は、空気溶解中に除去され得
る幾分の酸化物スケールや有害な物質を含んでもよい。
Air-melting grade raw materials may contain some oxide scale or harmful materials that may be removed during air-melting.

空気溶解はもともと板やシートやパーチューブやフォー
ジングストックに使用される精製した合金のため、また
は真空処理によって再溶解されるマスク合金の製造のた
めに使用される。空中溶解グレードの材料は近年アルゴ
ン酸素炭素除去プロセスによって製造されてきた。アル
ゴン酸素炭素除去(以下AODと略す)はマグネサイト
クロームまたはドロマイト耐火煉瓦でライニングされた
トラニオンが取付けられた開口容器を使用する。酸素お
よび不活性ガス(アルゴンまたは窒素)は容器の側壁に
設けられた塔下羽口を開して注入される。発熱は浴成分
の発熱反応によって生じ、外部からの熱源は用いられず
また必要とされない。溶解金属に対しては最初多量の酸
素が含まれた不活性ガスが吹きつけら−れる。溶解した
材料の炭素含有量が減るにつれて、最も好ましい熱力学
的な条件を得るためにステップバイステップで不活性ガ
スに対する酸素の含有量が低められる。AODプロセス
は溶解金属を非常に低いレベルまで脱流し、また非常に
高い効率で炭素を除去する。しかしながらこのプロセス
はまたアルミニウムなチタンも除去する。ターボチャー
ジャ部品の製造においてはアルミニウムは合金が耐酸化
性を有するために欠くべからざるものであり、−方チタ
ンは十分な強度を有する部品の製造に欠くことができな
い。それゆえ従来はAODプロセスよりも真空溶解プロ
セスによってターボチャージャの部品の製造用インゴッ
トを製造する必要があった。
Air melting is originally used for refined alloys used in plates, sheets, pertubes and forging stock, or for the production of mask alloys which are remelted by vacuum processing. Airborne melt grade materials have recently been produced by an argon oxygen carbon removal process. Argon oxygen carbon removal (AOD) uses an open vessel fitted with a trunnion lined with magnesite chrome or dolomite refractory bricks. Oxygen and inert gas (argon or nitrogen) are injected by opening the lower tuyere provided in the side wall of the vessel. The heat is generated by exothermic reactions of the bath components and no external heat source is used or required. First, an inert gas containing a large amount of oxygen is blown onto the molten metal. As the carbon content of the dissolved material decreases, the content of oxygen relative to the inert gas is lowered step by step to obtain the most favorable thermodynamic conditions. The AOD process deflows molten metals to very low levels and also removes carbon with very high efficiency. However, this process also removes aluminum titanium. In the manufacture of turbocharger parts, aluminum is indispensable due to the oxidation resistance of the alloy, and titanium is indispensable in the manufacture of parts with sufficient strength. Therefore, conventionally, it has been necessary to manufacture ingots for manufacturing turbocharger parts by a vacuum melting process rather than an AOD process.

真空誘導溶解によって形成されたインゴットから部品を
製造するプロセスはAODによって製造されたインゴッ
トから作るのに比べて非常に高い。
The process of making parts from ingots formed by vacuum induction melting is very expensive compared to making them from ingots made by AOD.

アルミニウムやチタンを約0.1%以上含むインゴット
の形成プロセスはこれらのものが空気と反応するために
真空中で行なわれなければならない。
The process of forming ingots containing more than about 0.1% aluminum or titanium must be carried out in a vacuum because these materials react with air.

そのような合金だけは真空溶解法によってそれまで製造
が可能でった。原材料のコストが高いことおよび真空誘
導溶解法それ自体の費用が高いことのため、インベスト
メント鋳造者が金属部品を製造するために使用するアル
ミニウムやチタンを含むインゴットは非常に高価である
Until now, only such alloys could be produced by vacuum melting. Due to the high cost of raw materials and the high cost of vacuum induction melting itself, the aluminum and titanium-containing ingots used by investment casters to make metal parts are very expensive.

[発明の概要] この発明によれば、インベストメント鋳造によって部品
を作るのに使用されねばならない真空誘導溶解合金の量
を大幅に制限する方法が工夫される。この発明によれば
、最終インベストメント鋳造部品において利用される合
金の大部分が、真空誘導溶解よりもかなり安価な方法に
よって作られる。たとえば、クロム、モリブデン、ホウ
素、コロンビウムコバルトおよびニッケルのような元素
を含有する合金の大部分は、AODのような方法によっ
て製造され得る。この技術によれば、溶融合金は電気ア
ークまたは空気誘導によって製造され、その溶融金属は
、デカンタに移される。酸素、アルゴン、窒素またはこ
れらのガスの混合物がそのデカンタを通して、吹きつけ
られ、望ましくない不純物を取除く。AODでは、原材
料コストが真空誘導溶解によるよりもかなり低くなる。
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a method is devised that significantly limits the amount of vacuum induction melt alloy that must be used to make parts by investment casting. According to this invention, the majority of the alloys utilized in the final investment cast parts are made by a method that is significantly cheaper than vacuum induction melting. For example, most alloys containing elements such as chromium, molybdenum, boron, columbium cobalt and nickel can be produced by methods such as AOD. According to this technique, molten alloy is produced by electric arc or air induction, and the molten metal is transferred to a decanter. Oxygen, argon, nitrogen or a mixture of these gases is blown through the decanter to remove unwanted impurities. With AOD, raw material costs are significantly lower than with vacuum induction melting.

なぜなら、真空誘導溶解と異なって、不純物が取除かれ
得るという事実によって、かなり低い純度の原材料が最
初から利用され得るからである。
This is because, unlike vacuum induction melting, raw materials of considerably lower purity can be utilized from the beginning due to the fact that impurities can be removed.

この発明によれば、アルミニウムおよびチタンのような
、反応性元素を除く合金原材料がAODによって精練さ
れ、インゴットに鋳造される。必要なアルミニウムおよ
びチタンを得るために、精練されたアルミニウムおよび
チタンは、真空誘導溶解または同等な方法によってニッ
ケルのようなマトリックス材料中にかなり少量製造され
る。AODによって製造されるニッケル、クロム、モリ
ブデン、コロンビウムおよび炭素のようなより大きくて
より安価に製造される低反応性元素のインゴットは、イ
ンベストメント鋳造の準備として、ニッケル、アルミニ
ウム、チタン合金のかなり小さなインゴットに機械的に
接合される。その2つのものは、1つのインゴットを作
るように互いに接合され、最終的に、インベストメント
鋳造法によって溶融され、適当な濃度のアルミニウムお
よびチタンを含有する合金から金属部品を作る。したが
って、これらの部品は、それらの元素によって寄与され
る望ましい特徴を呈する。
According to the invention, alloy raw materials excluding reactive elements, such as aluminum and titanium, are refined by AOD and cast into ingots. To obtain the required aluminum and titanium, refined aluminum and titanium are produced in fairly small quantities in a matrix material such as nickel by vacuum induction melting or an equivalent method. Larger and less expensively produced ingots of less reactive elements such as nickel, chromium, molybdenum, columbium and carbon produced by AOD are compared to significantly smaller ingots of nickel, aluminum and titanium alloys in preparation for investment casting. mechanically joined to the The two are joined together to form one ingot and finally melted by investment casting to produce metal parts from an alloy containing appropriate concentrations of aluminum and titanium. These parts therefore exhibit the desirable characteristics contributed by those elements.

インベストメント鋳造は、溶融金属を特定の型内に注ぎ
込むことによって、厳しい環境に耐え、かつ正確な寸法
公差を維持する金属部品を製造することである。これら
の部品を形成するのに使用される金属は、その化学構造
が全く複雑であり、そして、典型的には、予め合金にさ
れたインゴットの形態で購入される。インベストメント
鋳造者は、産業仕様に応じてインゴットを購入する。イ
ンベストメント鋳造者は、予め合金にされたインゴット
を獲得し、それを溶融し、そして彼の部品を製造する。
Investment casting is the production of metal parts that withstand harsh environments and maintain precise dimensional tolerances by pouring molten metal into specific molds. The metals used to form these parts are quite complex in their chemical structure and are typically purchased in the form of pre-alloyed ingots. Investment casters purchase ingots according to industry specifications. An investment caster acquires a pre-alloyed ingot, melts it and manufactures his parts.

インベストメント鋳造分野においては、アルミニウムお
よびチタンの反応性のために、インベストメント鋳造炉
にアルミニウムおよびチタンを添加することが有害であ
ると、広く理解されている。
It is widely understood in the investment casting field that the addition of aluminum and titanium to investment casting furnaces is detrimental due to the reactivity of aluminum and titanium.

その結果、かなりの量のアルミニウムおよびチタンを含
有しているインベストメント鋳造部品のための今日まで
に受は入れられている唯一の方法は、真空誘導溶解によ
ってまたは同等な方法によって製造されたインゴットの
使用を通してなされている。
As a result, the only method accepted to date for investment casting parts containing significant amounts of aluminum and titanium is the use of ingots produced by vacuum induction melting or an equivalent method. It is done through.

この発明は、従来のインベストメント鋳造技術に優る改
良点を発揮する。なぜなら、この発明によれば、最終部
品を鋳造するのに使用される大部分のインゴット材料が
、高価な真空誘導溶解法によって製造されるのではなく
、かなり安価なAOD法によって製造される。そのイン
ベストメント鋳造法に使用される材料の少量部分は、真
空誘導溶解法または同等な方法によって製造されねばな
らない。このインゴットは、品質において、従来の真空
誘導インゴットと同等である。
The invention exhibits improvements over conventional investment casting techniques. Because, according to the invention, most of the ingot material used to cast the final part is not produced by the expensive vacuum induction melting process, but by the much cheaper AOD process. A small portion of the material used in the investment casting process must be produced by vacuum induction melting or an equivalent method. This ingot is comparable in quality to conventional vacuum-induced ingots.

この発明の方法では、従来の鋳造技術に比べ、かなり低
いコストでインベストメント鋳造により部品を製造する
ことができる。同じような考えは、反応性元素の除去を
伴なうAODプロセスによりスクラップの合金を精製す
ることができるトールメルトもしくはリアロイの条件に
適用させることができる。同様の合金にニッケル、クロ
ム、モリブデン、コロンビウムおよび炭素)は、比較的
安価なAODプロセスにより完全に精製することができ
る。アルミニウムおよびチタン(活性種)は、AODで
精製した材料のより多量のインゴットを伴なう、真空で
精製されたニッケル、アルミニウムおよびチタンの合金
の少量と機械的に結合させることにより最終的な生成物
中に再導入させることができる。好ましくは、機械的に
結合される成分の合金の多くは、複合物のインゴットと
して与えられ、これによってインベストメント鋳造プロ
セスからの適当な組成の合金が確実にされる。
The method of the invention allows parts to be manufactured by investment casting at significantly lower costs than conventional casting techniques. Similar considerations can be applied to tall melt or realalloy conditions where scrap alloys can be refined by an AOD process with removal of reactive elements. Similar alloys (nickel, chromium, molybdenum, columbium and carbon) can be completely purified by the relatively inexpensive AOD process. Aluminum and titanium (active species) are produced in the final product by mechanically combining small amounts of vacuum-purified nickel, aluminum and titanium alloys with larger ingots of AOD-purified material. It can be reintroduced into the substance. Preferably, much of the alloy of components to be mechanically bonded is provided as a composite ingot, thereby ensuring a suitably compositional alloy from the investment casting process.

E 1つの広い局面では、この発明は、統計で約0゜3%以
上のアルミニウム、約0. 1%以上のチタンおよび約
12%以下のアルミニウムおよびチタンを含む一定量の
金属合金を製造する方法である。
E In one broad aspect, the present invention provides for aluminum having a statistical content of about 0.3% or more, about 0.3% or more of aluminum; A method of producing a quantity of a metal alloy containing at least 1% titanium and up to about 12% aluminum and titanium.

この方法には、真空溶解によりニッケルマトリックス中
の合金に対するすべてのアルミニラおよびチタンを含ん
だ第1のインゴットを形成する工程を含んでいる。その
後、第2の空気溶解のグレードのインゴットが、AOD
プロセスにより形成され、所望の合金を製造するのに必
要なすべての他の非反応性元素が含まれる。次に、第1
および第2インゴツトは、たとえば溶接により、共に機
械的に結合され、次に再溶解して、成る特定な化学的性
質を有するインベストメント鋳物が製造される。
The method includes forming a first ingot containing all the aluminum and titanium to alloy in a nickel matrix by vacuum melting. Thereafter, a second air melt grade ingot is added to the AOD
All other non-reactive elements formed by the process and necessary to produce the desired alloy are included. Next, the first
and a second ingot are mechanically joined together, for example by welding, and then remelted to produce an investment casting having a specific chemistry.

この発明はまた、他の反応性金属を有する合金の冶金方
法にも適用され得るものである。たとえば、他の局面に
おいては、この発明はチタン、タンタル、ジルコンおよ
びハフニウムからなる群より選ばれる反応性元素を全体
として約15%以下含む一定量の金属合金を製造する方
法と考えることができる。このプロセスは、コバルトマ
トリックス中に反応性元素の全量を含む第1の挿入物を
真空誘導溶解することにより第1の金属インゴットを形
成する工程を含む。第2の金属インゴットは、コバルト
を含んだ空気溶解のグレードの材料の第2挿入物から形
成される。第1および第2インゴツトは、共に機械的に
結合され、次にインベストメント鋳造者により共に溶解
される。
The invention can also be applied to metallurgical processes for alloys with other reactive metals. For example, in another aspect, the invention may be considered a method of producing a quantity of a metal alloy containing less than about 15% overall of reactive elements selected from the group consisting of titanium, tantalum, zircon, and hafnium. The process includes forming a first metal ingot by vacuum induction melting a first insert containing a total amount of reactive element in a cobalt matrix. A second metal ingot is formed from a second insert of cobalt-containing air-soluble grade material. The first and second ingots are mechanically bonded together and then melted together by an investment caster.

アルミニウムおよびチタンを含む金属合金の処理におい
て、第1のインゴット中のニッケルの量は好ましくは、
それらの中のアルミニウムおよびチタンの全体量以下で
ある。反応性元素を含む合金の冶金方法においては、第
1の挿入物中のコバルトの量は少なくとも、その中の反
応性元素の全体量と等しい。アルミニウムおよびチタン
を含む合金の処理においては、合金中のチタンに対する
アルミニウムの比率は、好ましくは約1:11と約11
:1の間である。反応性元素を含んだこの発明に従う金
属合金の処理においては、反応性元素は、好ましくは全
体の合金材料の15%を越えない。いかなる単一の特定
の反応性元素も、典型的には、0.005%と10%の
間の濃度で存在する。
In processing metal alloys including aluminum and titanium, the amount of nickel in the first ingot is preferably
The total amount of aluminum and titanium in them is less than. In metallurgical processes for alloys containing reactive elements, the amount of cobalt in the first insert is at least equal to the total amount of reactive elements therein. In processing alloys containing aluminum and titanium, the ratio of aluminum to titanium in the alloy is preferably about 1:11 and about 11
:1. In processing metal alloys according to the invention containing reactive elements, the reactive elements preferably do not exceed 15% of the total alloy material. Any single specific reactive element is typically present in a concentration between 0.005% and 10%.

以下の実施例を参照しながら、この発明をより明らかに
より詳細に説明する。
The invention will be explained more clearly and in more detail with reference to the following examples.

[実施例] 実施例1 本発明によれば、インベストメント鋳造法のための多量
のニッケルベース合金が製造される。インベストメント
鋳物になる材料の全量はアルミニウムとチタンとニッケ
ルを含み、そのニッケルは約0.3%以上のアルミニウ
ムと約0. 1%以上のチタンを含みかつ全体として1
2%以下のアルミニウムとチタンを含んでいる。
EXAMPLES Example 1 According to the present invention, a quantity of nickel-based alloy for investment casting is produced. The total amount of material that becomes the investment casting contains aluminum, titanium, and nickel, with the nickel being about 0.3% or more aluminum and about 0.3% aluminum. Contains 1% or more of titanium and has a total of 1
Contains less than 2% aluminum and titanium.

本発明によれば、第1の金属インゴットはアルミニウム
とチタンの全量を含みかつそのアルミニウムとチタンの
全量にほぼ等しいニッケルの量を含んでいる。その第1
のインゴットは真空誘導溶解によって形成される。チタ
ンに対するアルミニウムの比率は1:11と11:1の
間で変化してもよい。第1のインゴットの材料における
元素濃度の典型的な組成が表1に示されている。
According to the invention, the first metal ingot includes a total amount of aluminum and titanium and includes an amount of nickel approximately equal to the total amount of aluminum and titanium. The first
The ingot is formed by vacuum induction melting. The ratio of aluminum to titanium may vary between 1:11 and 11:1. A typical composition of elemental concentrations in the material of the first ingot is shown in Table 1.

(以下余白) 表1 元素(wt、%) 最小量  最大量   好適量C,
05,08 Zr      、50    .70    .8O
A 1    88.00   42.00   40
.00T i      5.80    6.50 
   B、0ON i      BAL     B
AL     BALo           200
ppm     LAPN           20
0ppm     LAPS n          
 20ppm     LAPP b        
   2Oppm     LAP表1に示されたよう
な組成を有する材料はジルコニアのるつは内で溶解され
なければならない。
(Left below) Table 1 Element (wt, %) Minimum amount Maximum amount Suitable amount C,
05,08 Zr, 50. 70. 8O
A 1 88.00 42.00 40
.. 00T i 5.80 6.50
B,0ON i BAL B
AL BA Lo 200
ppm LAPN 20
0ppm LAPS n
20ppm LAPP b
2Oppm LAP A material having a composition as shown in Table 1 must be melted in a zirconia melt.

表1と以後の表において、いくつかの略語か用いられて
いる。これらは、残量を表わすBALと、できるだけ低
い濃度を表わすLAPと、100万分率を表わすppm
である。
Several abbreviations are used in Table 1 and the following tables. These are BAL, which represents the remaining amount, LAP, which represents the lowest possible concentration, and ppm, which represents parts per million.
It is.

ニッケルを含む空気溶解グレードの第2のインゴットも
作られる。その第2のインゴットを作るために用いられ
る典型的に例示する材料の元素組成は表2に示されてい
る。
A second ingot of air melt grade containing nickel is also made. The elemental composition of typical exemplary materials used to make the second ingot is shown in Table 2.

(以下余白) 表2 元素(wt、%) 最小量  最大量   好適量C,
10,15,13 Si       LAP     、20     
LAPMn       LAP     、20  
   LAPCr     1B、00    ’1B
、50   16.20M o     4,50  
  5.20   5.00Cb      2.20
    2.70   2.80B       、0
08    .015   .012Fe      
 LAP     、50     LAPN i  
     BAL     BAL     BALC
u       LAP     、20     L
APW       LAP     、20    
 LAPCo      LAP    1.00  
   LAPP b      LAP    lop
pm     LAPAg      LAP    
10ppm     LAPS n       LA
P    1oppm     LAPB i    
   LAP    、5ppm     LAPOL
AP    50ppm     LAPN     
  LAP    50ppm     LAP=  
19 − 2のインゴットは空気鋳造法(A OD)または空気溶
解グレードの材料を作るその他の方法によって形成され
得る。
(Margins below) Table 2 Elements (wt, %) Minimum amount Maximum amount Preferred amount C,
10, 15, 13 Si LAP, 20
LAPMn LAP, 20
LAPCr 1B, 00 '1B
,50 16.20M o 4,50
5.20 5.00Cb 2.20
2.70 2.80B, 0
08. 015. 012Fe
LAP, 50 LAPN i
BAL BAL BALC
u LAP, 20 L
APW LAP, 20
LAPCo LAP 1.00
LAPP b LAP lop
pm LAPAg LAP
10ppm LAPS n LA
P 1oppm LAPB i
LAP, 5ppm LAPOL
AP 50ppm LAPN
LAP 50ppm LAP=
19-2 ingots may be formed by air casting (AOD) or other methods that produce air melt grade material.

次に、第1と第2のインゴットが機械的に結合させられ
る。第1のインゴットは2つのインゴットの全重量のわ
ずか15%であり、第2のインゴットの重量は全重量の
85%を占めている。
Next, the first and second ingots are mechanically joined. The first ingot accounts for only 15% of the total weight of the two ingots, and the weight of the second ingot accounts for 85% of the total weight.

2つのインゴットは、インベストメント鋳造部品を製造
するときまで、互いに機械的に結合されたままである。
The two ingots remain mechanically connected to each other until the investment casting part is manufactured.

表3はその複合材料の元素濃度を示しており、その複合
材料は2つのインゴットが1つのインゴットに結合され
て溶解されるときにインベストメント鋳物となるべきも
のである。重量%の範囲を示す欄は、インベストメント
鋳物となるべき全量におけるいくつかの元素の重量の好
ましい範囲を示している。好ましい重量の欄は、重量濃
度の可能な範囲内において各元素の重量で好ましい百分
率を示している。複合材料の15%を占める第1のイン
ゴットとして命名された欄は、第1のインゴットにおけ
る元素の好ましい百分率を示している。複合体の重量の
85%を占める第2のインゴットに関する欄は、第2の
インゴットにおける元素の重量によるパーセント濃度を
示している。複合材料に関する欄は、インベストメント
鋳物となるべき材料の全体量における元素濃度を示して
いる。複合材料の製造において得られる元素濃度はAM
S −5391工業規格に適合し、従来その規格は真空
誘導溶解によって作られた合金のみが適合していたもの
である。
Table 3 shows the elemental concentrations of the composite material that is to become an investment casting when the two ingots are combined into one ingot and melted. The columns showing weight % ranges indicate preferred ranges of the weights of some elements in the total amount to be made into investment castings. The preferred weight column indicates the preferred percentage by weight of each element within the possible range of weight concentrations. The column designated as 1st ingot making up 15% of the composite indicates the preferred percentage of the element in the first ingot. The column for the second ingot, which accounts for 85% of the weight of the composite, shows the percent concentration by weight of the element in the second ingot. The column related to composite materials shows the element concentration in the total amount of material to be made into an investment casting. The elemental concentration obtained in the manufacture of composite materials is AM
It complies with the S-5391 industry standard, which previously met only alloys made by vacuum induction melting.

(以下余白) 」 表3 第2インゴツト  第1インゴツト  複合材範囲 (
Wt、%)  好適濃度    85%      1
5%    100%A1 5.50−8.50  6
.00             40.00    
 6.00B   、005−.015  .010 
     .012              .0
10C,08−,20,12,13,11 Cb  1.80−2.80  2,20     2
.60              2.21Co  
  1.OOX    LAP      ’    
             LAPCr  12.0−
14.0  13.8     16.20     
        13.77Cu    、20x  
 LAP                     
  LAPFe    2.50x   LAP   
                    LAPMn
    、25x   LAP           
            LAPMo   3.8−5
.2  4,25     5.00        
      4.25Ni    74.00  74
.0     77JO53,4073,70P   
  、015x   LAP            
           LAPS     、015 
   LAP                   
    LAPSi    、50x    LAP 
                      LAP
T i  、50−1.00   .90      
        6.00      .90Z r 
  、05−.15   .09          
    .60      .09実施例2 この発明の方法はニッケル基合金に限定されるものでは
ない。この発明の冶金方法はまた、コバルト合金のよう
な同族金属の合金にも適応され得るものである。コバル
ト合金には、アルミニウムまたはチタンがほとんどもし
くは全く含まれていない。
(Left below) Table 3 2nd ingot 1st ingot Composite material range (
Wt, %) Suitable concentration 85% 1
5% 100% A1 5.50-8.50 6
.. 00 40.00
6.00B, 005-. 015. 010
.. 012. 0
10C,08-,20,12,13,11 Cb 1.80-2.80 2,20 2
.. 60 2.21Co
1. OOX LAP'
LAPCr 12.0-
14.0 13.8 16.20
13.77Cu, 20x
L.A.P.
LAPFe 2.50x LAP
LAPMn
, 25x LAP
LAPMo 3.8-5
.. 2 4,25 5.00
4.25Ni 74.00 74
.. 0 77JO53,4073,70P
, 015x LAP
LAPS, 015
L.A.P.
LAPSi, 50x LAP
L.A.P.
T i , 50-1.00. 90
6.00. 90Z r
, 05-. 15. 09
.. 60. 09 Example 2 The method of this invention is not limited to nickel-based alloys. The metallurgical method of the invention can also be applied to alloys of similar metals, such as cobalt alloys. Cobalt alloys contain little or no aluminum or titanium.

コバルト基合金中のある種の反応性元素添加物は、一般
にその金属合金を強化するために用いられるものである
。たとえば、ジルコンおよびチタンは、これらの元素が
合金を強化させるのに有用であるので添加することがで
きる。他の反応性元素は、金属合金中の他の望ましい性
質を達成するため少量用いることができる。
Certain reactive element additives in cobalt-based alloys are those commonly used to strengthen the metal alloy. For example, zircon and titanium can be added as these elements are useful in strengthening the alloy. Other reactive elements can be used in small amounts to achieve other desirable properties in the metal alloy.

コバルト基合金の製造に関連したこの発明の態様によれ
ば、コバルトマトリックス中の反応性元素の全量を含ん
だ第1の挿入物を真空誘導溶解すげる。
According to an aspect of the invention relating to the production of cobalt-based alloys, a first insert containing the entire amount of reactive element in the cobalt matrix is vacuum induction melted.

表4 元素(wt、%) 最小量  最大量   好適量C,
03,06,05 T i      1,90    2.20   2
.OZ r      4.90    5.20  
 5.0T a     34.00    36.0
   35.OCo      BAL       
    BALCLAP   200ppm     
LAPN       LAP   200ppm  
   LAPS n      LAP    20p
pm     LAPP b      LAP   
 20ppm     LAPコバルトを含んだ空気溶
解のグレードの材料の第2挿入物を、またジルコニア製
のるつぼ中で製造した。第2挿入物の典型的な元素の濃
度の仕様を、表5に掲げる。
Table 4 Element (wt, %) Minimum amount Maximum amount Suitable amount C,
03,06,05 T i 1,90 2.20 2
.. OZ r 4.90 5.20
5.0T a 34.00 36.0
35. OCoBAL
BALCLAP 200ppm
LAPN LAP 200ppm
LAPS n LAP 20p
pm LAPP b LAP
A second insert of air-soluble grade material containing 20 ppm LAP cobalt was also produced in a zirconia crucible. Typical elemental concentration specifications for the second insert are listed in Table 5.

(以下余白) 表5 C,60,70,66 Co   BAL     BAL Cr   2B、0 27.0 2B、6F e   
LAP  1.5x  1.5xMn   LAP  
、10x  、10xN i   10.5 11.5
 11.0P    LAP  、015x  、01
5xS    LAP  、015x  、015xS
 i   LAP  、40x  、40xB    
LAP  、0IOx  、010xW   7.20
 8.20 7.77Pb   LAP  10ppm
  LAPA g   LAP  loppm  LA
PS n   LAP  loppm  LAPBi 
  LAP  、5ppm  LAPOLAP  50
ppm  LAP N    LAP  50ppm  LAP表6は、イ
ンベストメント鋳造のための合金を形成する機械的に結
合された材料の元素組成を示すものである。表6の範囲
の欄は、最終生成物におけるいくつかの元素の重量濃度
の好ましい範囲を示している。隣りの欄は、第1欄の範
囲内での好ましい元素濃度を示している。第1インゴツ
トの好ましい重量濃度は、結合したインゴットの総重量
の10%を表わしており、次の隣りの欄に掲げられてい
る。同様に、第2インゴツトの好ましい重量濃度は、結
合したインゴットの総重量の90%を表わしており、ま
た元素の好ましい重量濃度を示すものである。最後の欄
は、機械的に結合したインゴットのすべての100%重
量を示しており、第1および第2インゴツトが共に1つ
のインゴットに結合し再溶解したときに達成される最終
的な元素濃度を示している。表6の複合物の欄に示され
た重量濃度を有した合金は、PWA−647Fの工業的
仕様に合うものである。この仕様は、真空誘導溶解によ
って完璧に処理された金属合金を用いることによっての
み満たされたものである。
(Left below) Table 5 C, 60, 70, 66 Co BAL BAL Cr 2B, 0 27.0 2B, 6F e
LAP 1.5x 1.5xMn LAP
, 10x , 10xN i 10.5 11.5
11.0P LAP, 015x, 01
5xS LAP, 015x, 015xS
i LAP, 40x, 40xB
LAP, 0IOx, 010xW 7.20
8.20 7.77Pb LAP 10ppm
LAPA g LAP loppm LA
PS n LAP loppm LAPBi
LAP, 5ppm LAPOLAP 50
ppm LAP N LAP 50ppm LAP Table 6 shows the elemental composition of mechanically bonded materials forming alloys for investment casting. The Range column in Table 6 indicates preferred ranges of weight concentrations of several elements in the final product. The adjacent column shows preferred elemental concentrations within the range of the first column. The preferred weight concentration of the first ingot represents 10% of the total weight of the combined ingots and is listed in the next adjacent column. Similarly, the preferred weight concentration of the second ingot represents 90% of the total weight of the combined ingot and is indicative of the preferred weight concentration of the elements. The last column shows all 100% weights of the mechanically combined ingots and represents the final elemental concentration achieved when the first and second ingots are combined into one ingot and remelted. It shows. The alloys having the weight concentrations shown in the Composite column of Table 6 meet industrial specifications for PWA-647F. This specification can only be met by using metal alloys that have been perfectly processed by vacuum induction melting.

(以下余白) 表6 第2インゴツト  第1インゴツト  複合材iJ  
(Wt、%)  好適濃度    90 %10 %1
00%B      、010x   LAP    
                  、010xC,
55−,65,60,6B             
    、60Co      BAL   BAL 
     BAL        BAL      
  BALCr  22.50−24.24 24.0
0    2B、6               2
3.94W     6.5−7.5  7.0   
 7.77                7.OF
e     1.50x   LAP      LA
P                1.5xMn  
   、10x   LAP      LAP   
             、10xN i   9.
0−11.0  10.0    11.0     
          9.90P      、015
X   LAP      LAP         
       、015xS      、015x 
  LAP      LAP           
     、015xSi     、40x   L
AP      LAP              
  、40xTi    、15−.30  .20 
    −       2.0       .20
Zr    、30−、[io   、50−5.0 
      .50Ta    3.0−4.0  3
.5     −       35.0      
3.50この発明の冶金方法を用いることにより、スー
パーアロイ成分のインベストメント鋳造に用いるのに適
した合金の製造において大きな節約を達成することがで
きる。最終部品の鋳造に用いる材料の小部分のみは、高
価な真空誘導溶解プロセスにより製造しなければならな
い。残りは、非常により安価な空気溶解のグレードの材
料から製造することができる。
(Left below) Table 6 2nd ingot 1st ingot Composite material iJ
(Wt, %) Suitable concentration 90%10%1
00%B, 010x LAP
,010xC,
55-, 65, 60, 6B
, 60Co BAL BAL
BAL BAL
BALCr 22.50-24.24 24.0
0 2B, 6 2
3.94W 6.5-7.5 7.0
7.77 7. OF
e 1.50x LAP LA
P 1.5xMn
, 10x LAP LAP
, 10xN i 9.
0-11.0 10.0 11.0
9.90P, 015
X LAP LAP
, 015xS , 015x
LAP LAP
, 015xSi, 40xL
AP LAP
, 40xTi, 15-. 30. 20
-2.0. 20
Zr, 30-, [io, 50-5.0
.. 50Ta 3.0-4.0 3
.. 5-35.0
3.50 By using the metallurgical method of the invention, significant savings can be achieved in the production of alloys suitable for use in investment casting of superalloy components. Only a small portion of the material used to cast the final part must be produced by an expensive vacuum induction melting process. The remainder can be manufactured from much cheaper air-soluble grade materials.

疑いもなく、高度な合金の冶金処理に熟知した者には、
この発明の多大な変化および変更が非常に明白なものと
なるであろう。したがって、この発明の範囲は、ここに
掲げた特定の実施例により限定されるべきものでなく、
むしろ特許請求の範囲により定められるものである。
Undoubtedly, those familiar with the metallurgical processing of advanced alloys
Numerous variations and modifications of this invention will become readily apparent. Therefore, the scope of this invention should not be limited by the specific examples listed herein;
Rather, it is defined by the claims.

fi↑?\ 一蓼fi↑? \ One step

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)約0.3%以上のアルミニウムと、約0.1%以
上のチタンとを含有し、アルミニウムとチタンとの合計
が12%以下であるインベストメント鋳造のためのニッ
ケル基合金の製造方法であって、 真空溶解によってニッケルマトリックス中にアルミニウ
ムおよびチタンを含有している第1の金属インゴットを
作る工程と、 ニッケルを含有している第2の空気溶解インゴットを作
る工程と、 前記第1のインゴットと前記第2のインゴットとを溶接
によって機械的に接合し、インベストメント鋳造装入物
を作る工程と、を備える方法。
(1) A method for producing a nickel-based alloy for investment casting that contains about 0.3% or more aluminum and about 0.1% or more titanium, and the total of aluminum and titanium is 12% or less. forming a first metal ingot containing aluminum and titanium in a nickel matrix by vacuum melting; forming a second air-melted ingot containing nickel; and the second ingot by welding to create an investment casting charge.
(2)チタンに対するアルミニウムの比率が約1:11
と11:1との間にある、特許請求の範囲第1項に記載
の方法。
(2) The ratio of aluminum to titanium is approximately 1:11
and 11:1.
(3)アルゴン酸素脱炭によって前記第2のインゴット
を作る工程をさらに備える、特許請求の範囲第1項に記
載の方法。
The method according to claim 1, further comprising the step of: (3) producing the second ingot by argon oxygen decarburization.
(4)真空誘導溶解によって前記第1のインゴットを作
る工程をさらに備える、特許請求の範囲第1項に記載の
方法。
The method of claim 1, further comprising the step of: (4) making the first ingot by vacuum induction melting.
(5)約0.3%以上のアルミニウムと、約0.1%以
上のチタンとを含み、アルミニウムとチタンとの合計が
12%以下である合金を製造するための方法であって、 真空溶解によってニッケルマトリックス中に前記合金用
のアルミニウムおよびチタンのすべてを含有する第1の
金属インゴットを作る工程と、空気溶解材料でありかつ
ニッケルを含有する第2の金属インゴットを作る工程と
、 前記第1のインゴットと前記第2のインゴットとを機械
的に接合する工程と、を備える方法。
(5) A method for producing an alloy containing about 0.3% or more aluminum, about 0.1% or more titanium, and in which the total amount of aluminum and titanium is 12% or less, the method comprising vacuum melting. forming a first metal ingot containing all of the aluminum and titanium for the alloy in a nickel matrix by forming a second metal ingot that is an air-soluble material and containing nickel; and the step of mechanically joining the second ingot.
(6)前記第1のインゴット中のニッケルの量は、アル
ミニウムとチタンとの合計量以上である、特許請求の範
囲第5項に記載の方法。
(6) The method according to claim 5, wherein the amount of nickel in the first ingot is greater than or equal to the total amount of aluminum and titanium.
(7)前記合金中のチタンに対するアルミニウムの比率
は、約1:11と約11:1との間である、特許請求の
範囲第5項に記載の方法。
7. The method of claim 5, wherein the ratio of aluminum to titanium in the alloy is between about 1:11 and about 11:1.
(8)アルゴン酸素脱炭によって前記第2のインゴット
を作る工程をさらに備える、特許請求の範囲第5項に記
載の方法。
The method according to claim 5, further comprising the step of: (8) producing the second ingot by argon oxygen decarburization.
(9)真空誘導溶解によって前記第1のインゴットを作
る工程をさらに備える、特許請求の範囲第5項に記載の
方法。
The method according to claim 5, further comprising the step of: (9) making the first ingot by vacuum induction melting.
(10)チタン、タンタル、ジルコニウムおよびハフニ
ウムからなる群から選ばれた反応性元素の合計が約15
%以下である合金の製造方法であって、 所定量の反応性元素を含有する第1の装入物をコバルト
マトリックス中で真空誘導溶解することによって第1の
金属インゴットを作る工程と、コバルトを含有する空気
溶解材料の第2の装入物から第2の金属インゴットを作
る工程と、前記第1のインゴットと前記第2のインゴッ
トとを溶接によって機械的に接合する工程と、を備える
方法。
(10) a total of about 15 reactive elements selected from the group consisting of titanium, tantalum, zirconium and hafnium;
% or less, comprising the steps of: creating a first metal ingot by vacuum induction melting a first charge containing a predetermined amount of a reactive element in a cobalt matrix; A method comprising the steps of: making a second metal ingot from a second charge of air-soluble material containing; and mechanically joining the first ingot and the second ingot by welding.
(11)前記第2のインゴットをアルゴン酸素脱炭によ
って作る工程をさらに備える、特許請求の範囲第10項
に記載の方法。
The method according to claim 10, further comprising the step of: (11) producing the second ingot by argon oxygen decarburization.
(12)真空誘導溶解によって前記第1のインゴットを
作る工程をさらに備える、特許請求の範囲第10項に記
載の方法。
12. The method of claim 10, further comprising the step of: (12) making the first ingot by vacuum induction melting.
(13)前記第1の装入物中のコバルトの量は、前記反
応性元素の合計量以上である、特許請求の範囲第10項
に記載の方法。
13. The method of claim 10, wherein the amount of cobalt in the first charge is greater than or equal to the total amount of the reactive elements.
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