JPH04297532A - NiTi合金の製造法 - Google Patents

NiTi合金の製造法

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JPH04297532A
JPH04297532A JP3063421A JP6342191A JPH04297532A JP H04297532 A JPH04297532 A JP H04297532A JP 3063421 A JP3063421 A JP 3063421A JP 6342191 A JP6342191 A JP 6342191A JP H04297532 A JPH04297532 A JP H04297532A
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JP
Japan
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ingot
niti
inert atmosphere
vac
melting
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Withdrawn
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JP3063421A
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English (en)
Inventor
Yukihisa Takahashi
幸久 高橋
Toru Kamihira
上平 亨
Hideo Nabeshima
鍋島 秀雄
Yasumasa Fuuka
富宇加 泰正
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Nippon Stainless Steel Co Ltd
Original Assignee
Nippon Stainless Steel Co Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、NiTi合金の製造法
、特に偏析がなく健全な組織をもったNiTi合金を歩
留りよく製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】NiTi合金はいわゆる形状記憶合金と
してあるいは超弾性合金として近年に至り多量に製造さ
れるようになってきた。NiTi合金はその優れた物性
が注目されているが、一般的普及には材料コストがネッ
クとなって未だ十分とは言えない。ところで、これまで
のNiTi合金の溶製法としては、NiおよびTiから
電極を構成し、これを真空中のような不活性雰囲気下で
アーク溶解する消耗電極式アーク法(以下、VAC法と
称す)と、NiおよびTiを同じく真空雰囲気内のよう
な不活性雰囲気内において高周波誘導加熱して溶解する
高周波溶解法 (以下、VIF法と称す) の二法があ
る。TiおよびNiのいずれも活性な金属であるため、
真空下などの不活性雰囲気下で加熱溶解し、そのまま不
活性雰囲気下でインゴットに造塊するのである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Tiと
Niとは比重差が大きいなど物性が大きく異なり、それ
らを合金化して溶製する際には偏析がしばしば見られ健
全な組織を得るにはそれなりの工夫を要した。特に、N
i: 50〜60重量%、Ti: 50〜40重量%の
割合でNiおよびTiを含む溶解原料の場合には、いず
れか一方が過大、過少の場合と違って、均質組成を得る
のは困難であり、これまでも多くの試みがなされてきた
が未だ完全に満足すべき方法は開発されていない。例え
ば、VAC法では真空アーク下での1次溶製にあっては
鋳塊に成分元素の偏析が生ずるため、溶製に際しての電
極組立時にNi、Tiその他の原料の配置を交互に積層
してその均質化を図ってきたが、そのような原料配置を
いかに工夫しても、偏析を無にすることは不可能である
。したがって、鋳塊の上下を逆にしてから、真空アーク
溶製を繰り返すことが行われているが、この二回目の溶
製でも十分な偏析防止は実現されず、最低3回の溶製が
必要となり、製造コストの上昇は避けられなかった。
【0004】一方、VIF法では高周波による電磁攪拌
を伴うため、1次鋳塊に成分元素の偏析は生じないが、
鋳塊押湯部は引巣、ボイド等を含むため、この部分は製
品として使用できず、材料の歩留り低下は免れないため
、保温材等を用いた引巣、ボイド防止策などの手段を講
じることもあるが、歩留り改善の点からは十分とはいえ
ない。さらに、NiTi合金も上述のように多量に製造
されるようになると、この歩留りの改善は重要となって
きており、製造コストを可及的に低くするには歩留りの
改善も求められてきている。しかし、これらの点の改善
は従来技術によっては十分ではなく、例えばVAC法は
比較的歩留りが高いと言われているが、三回も同じ操作
を行えばコスト上昇は避けられない。ここに、本発明の
目的は、偏析がなく健全な組織をもったNiTi合金を
歩留りよく製造する安価で効率的方法を提供することで
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、VAC法
では従来のように多数回繰り返すために歩留りの低下が
見られるが、一回だけでは歩留りが高いことに着目し、
一方VIF法では1次鋳塊においても成分元素の偏析が
みられないことに着目し、VAC法やVIF法は互いの
短所をそれぞれ長所として有することに着目し、それら
の組合わせについて種々検討を重ねたところ、VAC法
→VIF法の組み合わせでは十分でなく、反対のVIF
法→VAC法の組合わせのみが優れた相乗効果を発揮す
ることを知り、本発明を完成した。なお、従来にあって
もインコネル 718などの超耐熱合金および超強力鋼
の溶製に上述のようなVIF法→VAC法の組合わせが
提案されているが、その目的はガス成分の低減であって
いわゆる清浄金属を製造することである。プロセス全体
としての歩留りの改善、偏析の改善、そしてNiTi合
金溶製時の特有の問題についての解決策について何一つ
示唆することがない。
【0006】ここに、本発明の要旨とするところは、N
i: 50〜60重量%、Ti: 50〜40重量%の
割合でNiおよびTiを含む溶解原料を不活性雰囲気下
で高周波誘導加熱して溶解し、同じく不活性雰囲気下で
鋳塊とし、次いで、このようにして得られたNiTi鋳
塊を消耗性電極として使用して不活性雰囲気下でアーク
溶解し、滴下した溶融金属を水冷鋳型内で積層凝固させ
て金属組織的に健全度の高い鋳塊とし、そのまま熱間加
工を行いNiTi合金材とすることを特徴とするNiT
i合金の製造方法である。なお、上記にいう不活性雰囲
気は例えば真空雰囲気あるいは低真空アルゴン雰囲気で
あって、また「溶解原料を不活性雰囲気下で高周波誘導
加熱して溶解し、同じく不活性雰囲気下で鋳塊と」する
方法は、いわゆるVIF法に同じであって、本発明にあ
っても慣用のそれを使用すればよい。また、上記にいう
消耗性電極を「不活性雰囲気下でアーク溶解し、滴下し
た溶融金属を水冷鋳型内で積層凝固させ」る方法も、い
わゆるVAC法に同じであって、本発明にあっても慣用
のそれを使用すればよい。
【0007】しかし、本発明にあっては、好適態様とし
て大気圧より低い条件下でアルゴンガスなどの不活性ガ
スを含む真空高周波誘導溶解および真空アーク溶解を行
う。このように本発明によれば、VIF法とVAC法と
をこの順序で組合わせて行うことにより安価で健全なN
iTi合金鋳塊を得る工業規模の製造法が確立される。
【0008】
【作用】次に、本発明の作用について具体的にさらに詳
述する。本発明において対象とする合金組成は、Ni:
 50〜60重量%、Ti: 50〜40重量%に制限
されるが、これはいわゆる形状記憶合金としての特性が
発揮される範囲として規定されるのであって、特に好ま
しくは、Ni: 55%、Ti: 45%である。かか
る組成の合金は特に均質な組成とすることが要求され、
いわゆる偏析度として各成分のバラツキ度を0.01%
以内に抑制することが必要となる。
【0009】溶解原料としては、電解ニッケル、純チタ
ン板が用いられるが、本発明の場合最初にVIF法によ
り溶解されるため従来のVAC法のようにその配置が問
題となることはない。このVIF法により得られた鋳塊
は押湯部を含む上部にボイド (引巣) が見られるた
め通常はこの部分を除いてから、複数の鋳塊を溶接で接
合して次に行うVAC法の消耗性電極として用いる。V
IF法による溶解に要する時間は、通常60分程度であ
るため、後述するVAC法に要する時間と比較してかな
り短い。
【0010】このようにして得られたNiTi鋳塊を消
耗性電極として、次いで、VAC法により真空アーク溶
解し、滴下した溶融金属を水冷鋳型内で積層凝固させる
。 このようなVAC法自体特に制限されないが、消耗性電
極はVIF法で調製されているため、VAC法は一回行
うだけでよく、従来のように少なくとも三回行う場合に
見られるコスト上昇は避けられる。具体的には15%以
上の歩留り改善が見られる。このように本発明によれば
VAC法は一回行えばよいから、VIF法で多数の電極
を作成できる場合には、それらを順次接合してゆくこと
によってアーク溶解はほぼ連続的に行うことができるの
であって、それによる製造コストの低減は特に著しい。
【0011】すでに述べたように上述のVIF法および
VAC法の装置および操業条件は特に制限されず、慣用
のそれでよいが、操業条件の場合、一般的には、次のよ
うな操業条件が例示される。なお、本発明によれば、合
金成分の偏析および歩留りは大幅に改善されることから
、そのためコスト低下となるなど、この点からの利益も
大きい。
【0012】                       VIF
法操業条件      VAC法操業条件      
  雰囲気            低真空アルゴン 
       低真空アルゴン      炉床/モー
ルド    CaO                
   銅      溶解電力/電流    500 
KW max            6 KA ma
x       鋳込方式          直鋳込
                直鋳込      
モールド径        φ190 mm     
         φ255 mm 次に、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する
【0013】
【実施例】実施例1 電融CaO レンガから成る炉床を備えた容量2トンの
慣用のVIF炉に、それぞれ、工業的に入手可能な電解
NiおよびTi板の原料を装入し、低真空アルゴン雰囲
気の条件下で溶解し、重さ150 kgのVAC電極用
丸型鋳塊4本を得た。この内1本により、鋳塊各部に成
分元素の偏析のないことを確認した。他の3本の鋳塊の
X線撮影を実施し、押湯部を含む上部不健全部は20%
で80%の歩留りであることを確認した。残りの3本の
鋳塊の中の2本を皮剥ぎ後、鋳塊下部同士をたがいに溶
接により継ぎ、VAC溶解を行って、2次鋳塊を得た。 この鋳塊もX線撮影により健全度を調べたが、100 
%であり、中間皮剥ぎ歩留りを含めて97%の総歩留り
であった。この後、本鋳塊の成分元素の偏析を調べたが
、VIF鋳塊同様、偏析は認められなかった。これらの
結果を表1に示す。
【0014】実施例2 実施例1と同様VIF法により、3本の250 kgV
AC電極用丸型鋳塊を得た。これらのX線撮影による健
全度は83%であった。1本の鋳塊により成分元素の偏
析を調査した結果、偏析は認められなかった。残り2本
を同様にVAC溶解し、鋳塊の健全度をX線撮影により
調べた。 その結果100 %の健全な鋳塊であった。中間の皮剥
ぎ歩留りを含めて98%の総歩留りであった。次に、熱
間鍛造、圧延により、板および棒板として試験片に加工
した後、900℃×1hrの熱処理を施し機械的性質を
、VAC法のみで溶製したもの、およびVIF法のみで
溶製したものの、同工程、同熱処理材と比較した。結果
を表2にまとめて示す。表2に見られるように、機械的
性質は同等であった。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【発明の効果】本発明法によりNiTi合金を製造する
ことにより下記のように高歩留りで安価なNiTi合金
鋳塊を得ることが可能となる。 (1) 従来少なくとも三回必要としたVAC溶解が、
先にVIF溶解を行うことにより一回で済むようになっ
た。 (2) 従来VIF法では歩留りが約30%であったが
、引き続いてVAC法溶解を行うとなるとVAC法では
ほぼ100 %の歩留りが実現できることから、全体と
しての歩留り低下はほとんどない。なお、従来のVAC
法では少なくとも三回の溶製を行い必要上全体の歩留り
は95%程度であった。 (3) VIF法の溶解時間は通常60分間かかり、一
回の操業に90〜120 分間を要するVAC法に比較
して短い。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  Ni: 50〜60重量%、Ti: 
    50〜40重量%の割合でNiおよびTiを含む溶解原
    料を不活性雰囲気下で高周波誘導加熱して溶解し、同じ
    く不活性雰囲気下で鋳塊とし、次いで、このようにして
    得られたNiTi鋳塊を消耗性電極として使用して不活
    性雰囲気下でアーク溶解し、滴下した溶融金属を水冷鋳
    型内で積層凝固させて金属組織的に健全度の高い鋳塊と
    し、そのまま熱間加工を行いNiTi合金材とすること
    を特徴とするNiTi合金の製造方法。
JP3063421A 1991-03-27 1991-03-27 NiTi合金の製造法 Withdrawn JPH04297532A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013155436A (ja) * 2009-11-02 2013-08-15 Saes Smart Materials Ni−Ti半製品及びその製造方法
CN107574322A (zh) * 2017-08-29 2018-01-12 大连理工大学 一种电子束熔炼技术高纯化制备镍基高温合金的方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013155436A (ja) * 2009-11-02 2013-08-15 Saes Smart Materials Ni−Ti半製品及びその製造方法
JP2014029022A (ja) * 2009-11-02 2014-02-13 Saes Smart Materials Ni−Ti半製品及びその製造方法
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