JPH04158955A - Ａｌを含有するＴｉ合金インゴットの溶製方法 - Google Patents
Ａｌを含有するＴｉ合金インゴットの溶製方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は、Ａｌを含有するＴｉ合金スクラップを原料
にして高品質のＡｌ含有Ｔｉ合金インゴット （ここで
はスラブを含む総称とする）を溶製する方法に関する。
にして高品質のＡｌ含有Ｔｉ合金インゴット （ここで
はスラブを含む総称とする）を溶製する方法に関する。
〈従来技術とその課題〉
近年、耐食・耐熱性に優れ、しかも高い比強度を示すＴ
ｉ合金は、航空・宇宙機器類、化学工業用設備機器類、
或いは一般構造材料等として幅広い分野で使用されるよ
うになったが、中でも６Ａｌ−４Ｖ合金、 ６ＡＲ−
６Ｖ−２Ｓｎ合金、６Ａｌ２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ合金
、 ６ＡＪｌ−２５ｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ合金。
ｉ合金は、航空・宇宙機器類、化学工業用設備機器類、
或いは一般構造材料等として幅広い分野で使用されるよ
うになったが、中でも６Ａｌ−４Ｖ合金、 ６ＡＲ−
６Ｖ−２Ｓｎ合金、６Ａｌ２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ合金
、 ６ＡＪｌ−２５ｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ合金。
１０Ｖ −２Ｆｅ −３Ａ１合金、 ５Ａｊ！ ２．
５Ｓｎ合金、８Ａｌ−ＩＭｏ−ＩＶ合金、 １３Ｖ−１
１Ｃｒ −３へ１合金、８Ｍｏ−３Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ
合金等と言ったＡｌを含有する高力Ｔｉ合金の需要は群
を抜いて高いものとなっている。
５Ｓｎ合金、８Ａｌ−ＩＭｏ−ＩＶ合金、 １３Ｖ−１
１Ｃｒ −３へ１合金、８Ｍｏ−３Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ
合金等と言ったＡｌを含有する高力Ｔｉ合金の需要は群
を抜いて高いものとなっている。
それ故、これらＴｉ合金のスクラップも多量に出回るよ
うになり、その効果的な再利用法が様々な観点から検討
されるようになったが、広範な再利用のためにはこれら
を再溶解して新たなインゴットに溶製するのが最も望ま
しいと考えられていた。
うになり、その効果的な再利用法が様々な観点から検討
されるようになったが、広範な再利用のためにはこれら
を再溶解して新たなインゴットに溶製するのが最も望ま
しいと考えられていた。
ところで、従来、Ｔｉ合金インゴットを製造するには次
のような手段が採用されていた。即ち、純チタンスポン
ジ或いはこれにチタン合金スクラソプを加え、更にＡｌ
、Ｖ等の合金成分原料を混入したものを圧縮成形してブ
ロック形状とした後、該ブロックの複数個を溶接接合し
て真空アーク溶解用電極とし、これを真空アーク溶解炉
で溶解してインゴットとする方法である。
のような手段が採用されていた。即ち、純チタンスポン
ジ或いはこれにチタン合金スクラソプを加え、更にＡｌ
、Ｖ等の合金成分原料を混入したものを圧縮成形してブ
ロック形状とした後、該ブロックの複数個を溶接接合し
て真空アーク溶解用電極とし、これを真空アーク溶解炉
で溶解してインゴットとする方法である。
しかしながら、上述の如き真空アーク溶解法を適用した
Ｔｉ合金インゴットの製造方法には次のような問題が指
摘された。
Ｔｉ合金インゴットの製造方法には次のような問題が指
摘された。
つまり、真空アーク溶解で得られるインゴットには“Ｔ
ｉＮ等から成るＬ Ｄ Ｉ （Ｌｏｗ ｄｅｎｓｉｔｙ
Ｉｎｃｌ−ｕｓｉｏｎ）やＷＣ等から成るＨ Ｄ Ｉ
（Ｈ４ｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙＩｎｃｌｕｓｉｏｎ）と
言った非金属介在物”が生じる傾向があり、これを基に
して最終製品を製造した場合には前記非金属介在物が破
壊亀裂源となるため十分な機械的特性が確保できず、所
望の寿命を達成できない恐れがある。この傾向はスクラ
ップを再熔解原料とした場合に特に顕著であり、そのた
めスクラップの繰り返し再利用（リサイクル）には自ず
と限界があるのを如何ともし難かった。
ｉＮ等から成るＬ Ｄ Ｉ （Ｌｏｗ ｄｅｎｓｉｔｙ
Ｉｎｃｌ−ｕｓｉｏｎ）やＷＣ等から成るＨ Ｄ Ｉ
（Ｈ４ｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙＩｎｃｌｕｓｉｏｎ）と
言った非金属介在物”が生じる傾向があり、これを基に
して最終製品を製造した場合には前記非金属介在物が破
壊亀裂源となるため十分な機械的特性が確保できず、所
望の寿命を達成できない恐れがある。この傾向はスクラ
ップを再熔解原料とした場合に特に顕著であり、そのた
めスクラップの繰り返し再利用（リサイクル）には自ず
と限界があるのを如何ともし難かった。
その上、真空アーク溶解法では、均一組成のインゴット
を得るためにＭ、ｖ等のような合金成分を適正割合で混
合した原料を圧縮成形し、溶接等により接合して熔解用
電極を作成しなければならず、従ってこれらの作業故に
製造コストも高くなる傾向があった。そして、このよう
な手間を掛けるにもかかわらず、Ａｌを含有するＴＩ合
金インゴットを製造する場合にはその成分調整に多大な
困難を強いられていたのである。
を得るためにＭ、ｖ等のような合金成分を適正割合で混
合した原料を圧縮成形し、溶接等により接合して熔解用
電極を作成しなければならず、従ってこれらの作業故に
製造コストも高くなる傾向があった。そして、このよう
な手間を掛けるにもかかわらず、Ａｌを含有するＴＩ合
金インゴットを製造する場合にはその成分調整に多大な
困難を強いられていたのである。
このようなことから、本発明が目的としたのは、比較的
多く出回り始めたＴｉ合金スクラップを原料に、非金属
介在物が極力少な（て優れた機械的性質を示すＭ含有Ｔ
ｉ合金インゴットをコスト安く製造し得る手段を確立す
ることであった。
多く出回り始めたＴｉ合金スクラップを原料に、非金属
介在物が極力少な（て優れた機械的性質を示すＭ含有Ｔ
ｉ合金インゴットをコスト安く製造し得る手段を確立す
ることであった。
〈課題を解決するための手段〉
そこで、本発明者等は上記目的を達成すべく様々な観点
に立って鋭意研究を重ねた結果、次に示すような知見を
得たのである。
に立って鋭意研究を重ねた結果、次に示すような知見を
得たのである。
即ち、最近、真空アーク溶解等で得られた金属又は合金
のインゴ・ノドを溶解電極材とし、これを第１図に示す
ような“メルトチャンバー内の水冷銅クルージプル（鋳
型）（１）の前に銅製で水冷式のコールドハース（２）
を設置した電子ビーム溶解装置”によって再溶解して精
製する電子ビームコールドハースリメルティングが注目
されている。この電子ビームコールドハースリメルティ
ングは、電子ビーム銃（３）からの電子ビーム（４）で
前記溶解電極材（５）を溶解した溶湯を一旦真空（減圧
）下のコールドハース（２）内に保持することで溶湯中
の不純物を揮発除去して精製すると共に、該溶湯をコー
ルドハース（２）からオーバーフローさせて水冷銅クル
ージプル（１１内へ半連続的に鋳込んでスラブ（６）と
する方法であって、特に高融点金属の溶解・精製に好適
とされている溶解法であるが、その溶解電極材として“
Ｔｉ又はＴｉ合金”或いは“Ｍ等の如きＴｉ又はＴｉ合
金よりも蒸気圧の高い金属”の薄板や金網等でＴｉ又は
Ｔｉ合金スクランプ材を包んで成るものを使用すると、
この場合でも真空アーク溶解インゴットを溶解原料とし
たのと殆んど変わりのない良好な溶解作業が行えるばか
りか、コールドハース上で不純物成分や電極の包被材成
分が揮発除去されるので、Ｔｉ又はＴｉ合金スクランプ
材を直接的に熔解原料として使用するにもかかわらず得
られるスラブはＬＤＩ、ＨＤＩ等の非金属介在物や不純
物元素の極めて少ない非常に健全なものとなる。
のインゴ・ノドを溶解電極材とし、これを第１図に示す
ような“メルトチャンバー内の水冷銅クルージプル（鋳
型）（１）の前に銅製で水冷式のコールドハース（２）
を設置した電子ビーム溶解装置”によって再溶解して精
製する電子ビームコールドハースリメルティングが注目
されている。この電子ビームコールドハースリメルティ
ングは、電子ビーム銃（３）からの電子ビーム（４）で
前記溶解電極材（５）を溶解した溶湯を一旦真空（減圧
）下のコールドハース（２）内に保持することで溶湯中
の不純物を揮発除去して精製すると共に、該溶湯をコー
ルドハース（２）からオーバーフローさせて水冷銅クル
ージプル（１１内へ半連続的に鋳込んでスラブ（６）と
する方法であって、特に高融点金属の溶解・精製に好適
とされている溶解法であるが、その溶解電極材として“
Ｔｉ又はＴｉ合金”或いは“Ｍ等の如きＴｉ又はＴｉ合
金よりも蒸気圧の高い金属”の薄板や金網等でＴｉ又は
Ｔｉ合金スクランプ材を包んで成るものを使用すると、
この場合でも真空アーク溶解インゴットを溶解原料とし
たのと殆んど変わりのない良好な溶解作業が行えるばか
りか、コールドハース上で不純物成分や電極の包被材成
分が揮発除去されるので、Ｔｉ又はＴｉ合金スクランプ
材を直接的に熔解原料として使用するにもかかわらず得
られるスラブはＬＤＩ、ＨＤＩ等の非金属介在物や不純
物元素の極めて少ない非常に健全なものとなる。
しかも、該電子ビームコールドハースリメルティングを
利用し、Ｔｉ合金スクラップを溶解原料としてへ！含有
Ｔｉ合金インゴットの溶製を行う場合、純Ｍの適量をス
クラップに混入したり、適量の純Ａβを電極包被材とし
たり、スクラップ中のＭ量を調整して溶解電極材を作成
することによって電子ビーム溶解された溶湯中にＡｌを
適宜量で残留させることが可能になる上、残留したＭは
コールドハース上にて溶解合金中へ均一に拡散してしま
うため、適正な割合でＡｌを含有した高純度Ｔｉ合金イ
ンゴットを安定して得ることが可能になる。
利用し、Ｔｉ合金スクラップを溶解原料としてへ！含有
Ｔｉ合金インゴットの溶製を行う場合、純Ｍの適量をス
クラップに混入したり、適量の純Ａβを電極包被材とし
たり、スクラップ中のＭ量を調整して溶解電極材を作成
することによって電子ビーム溶解された溶湯中にＡｌを
適宜量で残留させることが可能になる上、残留したＭは
コールドハース上にて溶解合金中へ均一に拡散してしま
うため、適正な割合でＡｌを含有した高純度Ｔｉ合金イ
ンゴットを安定して得ることが可能になる。
本発明は、上記知見事項等に基づいて完成されたもので
あり、 「Ｍ含有Ｔｉ合金スクラップに、製造されるＭ含有Ｔｉ
合金の目標Ｍ含有量の１０〜１００重量％に相当する過
剰量を純Ａｌで加えるか又は予め上記スクラップ中のＭ
量を調整して溶解用電極材を作成し、これを電子ビーム
コールドハースリメルティングにて溶解しインゴット（
スラブも含む）に鋳造することにより、所定割合でＡｌ
を含有し非金属介在物や不純物元素の極めて少ない均質
なＴｉ合金インゴットをコスト安く安定して溶製し得る
ようにした点」 に大きな特徴を有している。
あり、 「Ｍ含有Ｔｉ合金スクラップに、製造されるＭ含有Ｔｉ
合金の目標Ｍ含有量の１０〜１００重量％に相当する過
剰量を純Ａｌで加えるか又は予め上記スクラップ中のＭ
量を調整して溶解用電極材を作成し、これを電子ビーム
コールドハースリメルティングにて溶解しインゴット（
スラブも含む）に鋳造することにより、所定割合でＡｌ
を含有し非金属介在物や不純物元素の極めて少ない均質
なＴｉ合金インゴットをコスト安く安定して溶製し得る
ようにした点」 に大きな特徴を有している。
ここで、上記「溶解用電極材」 としては、前述した如
き“Ｍ含有Ｔｉ合金スクラップ又はこれに純Ａｌを単に
混入した溶解原料をＴｉ又はＴｉ合金或いはＴｉ合金よ
りも蒸気圧が高い金属の１板や金網等で作られた包被材
に充填したもの”が使用できる。
き“Ｍ含有Ｔｉ合金スクラップ又はこれに純Ａｌを単に
混入した溶解原料をＴｉ又はＴｉ合金或いはＴｉ合金よ
りも蒸気圧が高い金属の１板や金網等で作られた包被材
に充填したもの”が使用できる。
勿論、“Ａｌ含有Ｔｉ合金スクラップに所定量の純Ａｌ
を追加混入して圧縮成形したもの”も適用できることは
言うまでもないが、第２図に好ましい溶解用電極材の構
成例を示す。即ち、第２図には、コールドハースでの揮
発減量骨が補償される量の純Ａｌ製薄板で作成された筒
体（包被材）（７）に、Ｍ含有Ｔｉ合金スクラップ（８
）が圧縮成形されることなくそのまま充填されて成る溶
解用電極材が示されている。
を追加混入して圧縮成形したもの”も適用できることは
言うまでもないが、第２図に好ましい溶解用電極材の構
成例を示す。即ち、第２図には、コールドハースでの揮
発減量骨が補償される量の純Ａｌ製薄板で作成された筒
体（包被材）（７）に、Ｍ含有Ｔｉ合金スクラップ（８
）が圧縮成形されることなくそのまま充填されて成る溶
解用電極材が示されている。
なお、溶解用電極材において純Ａ！の付加量をスクラッ
プのＭ含有量の１０〜１００重量％に限定したのは、そ
の割合が１０重量％を下回っても逆に１００重量％を上
回っても、得られるＴｉ合金インゴット中のＡ１含有量
を所定値に調整することが困難になるとの理由による。
プのＭ含有量の１０〜１００重量％に限定したのは、そ
の割合が１０重量％を下回っても逆に１００重量％を上
回っても、得られるＴｉ合金インゴット中のＡ１含有量
を所定値に調整することが困難になるとの理由による。
一方、第３図に示されるのは、本発明法を実施するに際
して使用される電子ビーム溶解装置の具体的構成例であ
るが、以下、この第３図を参照しながら本発明法をその
作用と共により詳細に説明する。
して使用される電子ビーム溶解装置の具体的構成例であ
るが、以下、この第３図を参照しながら本発明法をその
作用と共により詳細に説明する。
〈作用〉
第３図において、熔解電極材（５）は原料水平装入装置
（９）により真空（減圧）状態に保たれている溶解チャ
ンバーαω内へ真空状態を破ることなく連続しで送られ
、コールドハース（２）後端で電子ビーム銃（３）から
の電子ビームによって溶解され、該コールドハース（２
）内に滴下する。なお、図中の符号１１で示されるもの
は真空ポンプである。
（９）により真空（減圧）状態に保たれている溶解チャ
ンバーαω内へ真空状態を破ることなく連続しで送られ
、コールドハース（２）後端で電子ビーム銃（３）から
の電子ビームによって溶解され、該コールドハース（２
）内に滴下する。なお、図中の符号１１で示されるもの
は真空ポンプである。
この場合、電子ビーム溶解の条件は
熔解チャンバー内圧カニｌ０−２〜１０−”ミ’７バー
ル。
ル。
電子ビーム出力＝２００〜１０００ｋＷ。
鋳造速度： １０００ｋｇ／ｈｒ以下。
に調整するのが好ましい。
コールドハース（２）内へ滴下した溶湯はオーバーフロ
ーするまでの間中真空に暴露されるため、このコールド
ハース（２）上でスクラップ再利用の限界理由となる溶
湯中の介在物は分解し、ＬＤＩは溶湯表面に浮上して揮
発除去され、またＨＤＩはコールドハース底部に沈降し
て除去されてしまう。
ーするまでの間中真空に暴露されるため、このコールド
ハース（２）上でスクラップ再利用の限界理由となる溶
湯中の介在物は分解し、ＬＤＩは溶湯表面に浮上して揮
発除去され、またＨＤＩはコールドハース底部に沈降し
て除去されてしまう。
この時、溶解電極構成材中のＭ分も一部揮散するが、該
溶解電極中には予め目標Ｍ含有量の１０〜１００重量％
に相当するＭが過剰に含有されているので溶湯中には揮
散分に見合うだけのＭが残留することとなり、Ｍ含有Ｔ
ｉ合金の組成を適正に調整することができる。
溶解電極中には予め目標Ｍ含有量の１０〜１００重量％
に相当するＭが過剰に含有されているので溶湯中には揮
散分に見合うだけのＭが残留することとなり、Ｍ含有Ｔ
ｉ合金の組成を適正に調整することができる。
なお、溶湯中に残存させるべく溶解電極中（包被材や内
部混合材中）に存在せしめられたＡｌを始めとする合金
成分は、コールドハース（２）上で十分にヘース金属た
るＴｉ中に拡散してしまい、組成の部分的不均質を生じ
ることもない。
部混合材中）に存在せしめられたＡｌを始めとする合金
成分は、コールドハース（２）上で十分にヘース金属た
るＴｉ中に拡散してしまい、組成の部分的不均質を生じ
ることもない。
続いて、コールドハース（２）からオーバーフローした
溶湯はクルージプル（鋳型）（１）へ半連続的に鋳造さ
れるが、この場合、コールドハース（２）内において十
分な不純物の除去と合金成分の拡散作用がなされている
ため、得られるインゴット（スラブ）（６）は高純度で
偏析の極力少ないものとなる。そのため、非金属介在物
に起因した材料の機械的性質劣化の懸念は無くなる。
溶湯はクルージプル（鋳型）（１）へ半連続的に鋳造さ
れるが、この場合、コールドハース（２）内において十
分な不純物の除去と合金成分の拡散作用がなされている
ため、得られるインゴット（スラブ）（６）は高純度で
偏析の極力少ないものとなる。そのため、非金属介在物
に起因した材料の機械的性質劣化の懸念は無くなる。
このように、本発明では溶解原料として１００％の比率
で安価なスクラップ材を使用しつつ、優れた機械的特性
を有した信頼性の高い適正組成Ｔｉ合金を安定して製造
することができる。
で安価なスクラップ材を使用しつつ、優れた機械的特性
を有した信頼性の高い適正組成Ｔｉ合金を安定して製造
することができる。
次に、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
〈実施例〉
まず、純酊製チューブにＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金スクラ
ップ（ブロック形状）を装入し、その開口に純酊製円盤
を溶接して溶解電極材を作成した。
ップ（ブロック形状）を装入し、その開口に純酊製円盤
を溶接して溶解電極材を作成した。
この溶解電極材の成分分析値は、第１表に示した通りで
あった。
あった。
次いで、上記電極材を第３図に示したような電子ビーム
溶解設備にて第１表に示す条件で熔解・鋳造し、Ｔｉ−
６Ａｌ−４Ｖ合金インゴットを得た。
溶解設備にて第１表に示す条件で熔解・鋳造し、Ｔｉ−
６Ａｌ−４Ｖ合金インゴットを得た。
このようにして得られたインゴットにつき、その上端部
、中央部及び下端部の成分組成を調査したところ、第１
表に併記したような結果が得られた。
、中央部及び下端部の成分組成を調査したところ、第１
表に併記したような結果が得られた。
第１表に示される結果からも明らかなように、本発明法
によると、Ｔｉスクラップ材を１００％溶解原料として
も高純度で適正組成の均質インゴットが溶製されること
が分かる。
によると、Ｔｉスクラップ材を１００％溶解原料として
も高純度で適正組成の均質インゴットが溶製されること
が分かる。
〈効果の総括〉
以上に説明した如く、この発明によれば、スクラップ形
状の如何を問わず、また格別な予備処理を施すこともな
く、溶解原料としてスクラップを１００％使用し介在物
の極力少ない適正組成のＡ１含有Ｔｉ合金インゴ、トを
溶製することができ、スクラップの繰り返し再利用を図
りつつ“優れた機械的特性を有していて信頼性の高いＴ
ｉ合金部材”をコスト安く提供することが可能となるな
ど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。
状の如何を問わず、また格別な予備処理を施すこともな
く、溶解原料としてスクラップを１００％使用し介在物
の極力少ない適正組成のＡ１含有Ｔｉ合金インゴ、トを
溶製することができ、スクラップの繰り返し再利用を図
りつつ“優れた機械的特性を有していて信頼性の高いＴ
ｉ合金部材”をコスト安く提供することが可能となるな
ど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。
第１図は、電子ビームコールトリメルティングの説明図
である。 第２図は、本発明法に適用できる溶解用電極材の１例を
説明した概念図である。 第３図は、本発明法に適用できる電子ビーム熔解装置例
の概略説明図である。 図面において、 １・・・クルージプル（鋳型）。 ２・・・コールドハース、 ３・・・電子ヒーム銃。 ４・・・電子ビーム、 ５・・・溶解電極材。 ６・・・インゴット、 ７・・・筒体（包被材）
。 ８・・・Ｔｉ合金スクラップ。 ９・・・原料水平装入装置。 １０・・・溶解チャンバー、１１・・・真空ポンプ。 第１図 第２図
である。 第２図は、本発明法に適用できる溶解用電極材の１例を
説明した概念図である。 第３図は、本発明法に適用できる電子ビーム熔解装置例
の概略説明図である。 図面において、 １・・・クルージプル（鋳型）。 ２・・・コールドハース、 ３・・・電子ヒーム銃。 ４・・・電子ビーム、 ５・・・溶解電極材。 ６・・・インゴット、 ７・・・筒体（包被材）
。 ８・・・Ｔｉ合金スクラップ。 ９・・・原料水平装入装置。 １０・・・溶解チャンバー、１１・・・真空ポンプ。 第１図 第２図
Claims (1)
- Ａｌ含有Ｔｉ合金スクラップに、製造されるＡｌ含有Ｔ
ｉ合金の目標Ａｌ含有量の１０〜１００重量％に相当す
る過剰量を純Ａｌで加えるか又は予め上記スクラップ中
のＡｌ量を調整して溶解用電極材を作成し、これを電子
ビームコールドハースリメルティングにて溶解しインゴ
ットに鋳造することを特徴とする、Ａｌを含有するＴｉ
合金インゴットの溶製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27960590A JPH04158955A (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | Ａｌを含有するＴｉ合金インゴットの溶製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP27960590A JPH04158955A (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | Ａｌを含有するＴｉ合金インゴットの溶製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04158955A true JPH04158955A (ja) | 1992-06-02 |
Family
ID=17613317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27960590A Pending JPH04158955A (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | Ａｌを含有するＴｉ合金インゴットの溶製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04158955A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1990
- 1990-10-18 JP JP27960590A patent/JPH04158955A/ja active Pending
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