JPH0570805A - 高融点活性金属及びその合金の切削屑の成型法 - Google Patents
高融点活性金属及びその合金の切削屑の成型法Info
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- JPH0570805A JPH0570805A JP23172191A JP23172191A JPH0570805A JP H0570805 A JPH0570805 A JP H0570805A JP 23172191 A JP23172191 A JP 23172191A JP 23172191 A JP23172191 A JP 23172191A JP H0570805 A JPH0570805 A JP H0570805A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
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- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】チタン、ジルコニウムのような高融点活性金属
またはそれらの合金の切削屑を破砕、清浄化した後カプ
セルに入れ、プレスにより真比重に対する嵩比重の比が
50％以上になるように圧縮し、脱気し、密封した後、熱
間静水圧プレスにより圧縮成型する。成型性の良い切削
屑の場合は、プレスにより圧縮した後カプセルに入れ以
下同様の工程で処理してもよい。 【効果】高融点活性金属及びその合金の切削屑を素材と
してリサイクルする方法であって、切削屑の再溶解を必
要とする従来の方法に比べて工程が簡素で、エネルギー
消費量が少ない。また、原料配合面における制約を受け
ず、揮発しやすい合金成分の含有率の調整が容易で、切
削屑から、直接 Near-Net-Shape （製品近似寸法）の素
材や丸棒（ビレット）等の素材を得ることができる。
またはそれらの合金の切削屑を破砕、清浄化した後カプ
セルに入れ、プレスにより真比重に対する嵩比重の比が
50％以上になるように圧縮し、脱気し、密封した後、熱
間静水圧プレスにより圧縮成型する。成型性の良い切削
屑の場合は、プレスにより圧縮した後カプセルに入れ以
下同様の工程で処理してもよい。 【効果】高融点活性金属及びその合金の切削屑を素材と
してリサイクルする方法であって、切削屑の再溶解を必
要とする従来の方法に比べて工程が簡素で、エネルギー
消費量が少ない。また、原料配合面における制約を受け
ず、揮発しやすい合金成分の含有率の調整が容易で、切
削屑から、直接 Near-Net-Shape （製品近似寸法）の素
材や丸棒（ビレット）等の素材を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高融点活性金属の切削
屑、特に、チタン、ジルコニウム及びそれらの合金の切
削屑を素材として再生（リサイクル）するための成型法
に関する。
屑、特に、チタン、ジルコニウム及びそれらの合金の切
削屑を素材として再生（リサイクル）するための成型法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】高融点活性金属であるチタン（Ti）、ジ
ルコニウム（Zr）及びそれらの合金は、各分野で広く利
用されている。特に、チタン及びチタン合金は比強度が
大きく、耐食性、耐熱性に優れ、宇宙・航空関係、海洋
関係、化学工業、原子力など工業の多方面にわたって重
要な部材として活用されている。とりわけ、比強度を重
視する航空機用材料としては、エンジン部材、機体構造
材等に必要不可欠の材料である。
ルコニウム（Zr）及びそれらの合金は、各分野で広く利
用されている。特に、チタン及びチタン合金は比強度が
大きく、耐食性、耐熱性に優れ、宇宙・航空関係、海洋
関係、化学工業、原子力など工業の多方面にわたって重
要な部材として活用されている。とりわけ、比強度を重
視する航空機用材料としては、エンジン部材、機体構造
材等に必要不可欠の材料である。
【０００３】これらの材料は、精錬に多量の電力を要
し、製造工程が複雑で高価な金属である上に、航空機の
エンジン部品のような精密品を製造する場合、ある大き
さを有する鍛造素材から切削成形するため多量の切削屑
が発生する。この切削屑のリサイクルが、チタンやチタ
ン合金など高融点活性金属を素材として扱う産業におけ
る経済性に大きな影響を及ぼすので、従来から、そのリ
サイクルが積極的になされてきた。その方法としては、
チタンやチタン合金の場合を例にとると、下記の方法が
あげられる。なお、現状では、(a) の方法が主として用
いられている。
し、製造工程が複雑で高価な金属である上に、航空機の
エンジン部品のような精密品を製造する場合、ある大き
さを有する鍛造素材から切削成形するため多量の切削屑
が発生する。この切削屑のリサイクルが、チタンやチタ
ン合金など高融点活性金属を素材として扱う産業におけ
る経済性に大きな影響を及ぼすので、従来から、そのリ
サイクルが積極的になされてきた。その方法としては、
チタンやチタン合金の場合を例にとると、下記の方法が
あげられる。なお、現状では、(a) の方法が主として用
いられている。
【０００４】(a) 切削屑に原料スポンジチタンを混合
し、これをプレスしてコンパクトとし、このコンパクト
を消耗電極として真空アーク炉で溶解する方法。
し、これをプレスしてコンパクトとし、このコンパクト
を消耗電極として真空アーク炉で溶解する方法。
【０００５】(b) 切削屑を単独で、または、スポンジチ
タンと混合して電子ビームで溶解する方法。
タンと混合して電子ビームで溶解する方法。
【０００６】(c) 切削屑を単独で、または、スポンジチ
タンと混合してプラズマアーク溶解する方法。
タンと混合してプラズマアーク溶解する方法。
【０００７】しかしながら、上記のリサイクル方法はい
ずれも切削屑を再溶解する工程を必要としており、さら
にその後、熱間粗鍛造および熱間型鍛造、切削等の工程
を経てチタンまたはチタン合金の製品又は素材とするま
でに多大のエネルギーを要し、再び多量の切削屑が発生
する。また、(a) の方法では、消耗電極として使用する
コンパクトの強度を確保するため切削屑の配合比を50％
未満としなければならないという制約がある。また、
(b) の方法では、溶解を高真空で行うためアルミニウム
等の揮発しやすい金属が蒸発するので、このような金属
を合金成分として添加する場合、その含有率を正確にコ
ントロールすることは困難である。
ずれも切削屑を再溶解する工程を必要としており、さら
にその後、熱間粗鍛造および熱間型鍛造、切削等の工程
を経てチタンまたはチタン合金の製品又は素材とするま
でに多大のエネルギーを要し、再び多量の切削屑が発生
する。また、(a) の方法では、消耗電極として使用する
コンパクトの強度を確保するため切削屑の配合比を50％
未満としなければならないという制約がある。また、
(b) の方法では、溶解を高真空で行うためアルミニウム
等の揮発しやすい金属が蒸発するので、このような金属
を合金成分として添加する場合、その含有率を正確にコ
ントロールすることは困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高融点活性
金属及びその合金の切削屑を素材としてリサイクルする
に際して、工程が簡素で多大のエネルギーを必要とせ
ず、また、原料配合面における制約を受けず、揮発しや
すい合金成分の含有率の調整が容易な切削屑の成型法を
提供することを目的とする。
金属及びその合金の切削屑を素材としてリサイクルする
に際して、工程が簡素で多大のエネルギーを必要とせ
ず、また、原料配合面における制約を受けず、揮発しや
すい合金成分の含有率の調整が容易な切削屑の成型法を
提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
切削屑の成型法にある。
切削屑の成型法にある。
【００１０】 高融点活性金属またはその合金の切削
屑を破砕、清浄化した後カプセルに入れ、プレスにより
真比重比（真比重に対する嵩比重）が50％以上になるよ
うに圧縮し、脱気し、密封した後、熱間静水圧プレス
（ＨＩＰ）により圧縮成型することを特徴とする高融点
活性金属及びその合金の切削屑の成型法。
屑を破砕、清浄化した後カプセルに入れ、プレスにより
真比重比（真比重に対する嵩比重）が50％以上になるよ
うに圧縮し、脱気し、密封した後、熱間静水圧プレス
（ＨＩＰ）により圧縮成型することを特徴とする高融点
活性金属及びその合金の切削屑の成型法。
【００１１】 高融点活性金属またはその合金の切削
屑を破砕、清浄化した後プレスにより真比重比が50％以
上になるように圧縮し、カプセルに入れ、脱気し、密封
した後、熱間静水圧プレスにより圧縮成型することを特
徴とする高融点活性金属及びその合金の切削屑の成型
法。
屑を破砕、清浄化した後プレスにより真比重比が50％以
上になるように圧縮し、カプセルに入れ、脱気し、密封
した後、熱間静水圧プレスにより圧縮成型することを特
徴とする高融点活性金属及びその合金の切削屑の成型
法。
【００１２】本発明の対象となる切削屑としては、チタ
ン、ジルコニウム、チタン合金またはジルコニウム合金
の切削屑が代表的なものであるが、その外にタンタル
（Ta）、ニオブ（Nb）、モリブデン（Mo）など、融点が
高く、熱力学的に活性な金属の切削屑があげられる。
ン、ジルコニウム、チタン合金またはジルコニウム合金
の切削屑が代表的なものであるが、その外にタンタル
（Ta）、ニオブ（Nb）、モリブデン（Mo）など、融点が
高く、熱力学的に活性な金属の切削屑があげられる。
【００１３】の発明は成型性の良い切削屑を対象とす
る場合で、破砕、清浄化した後そのまま金型で真比重比
が50％以上になるように圧縮し、その後カプセルに入
れ、脱気密封以降の処理を行う。
る場合で、破砕、清浄化した後そのまま金型で真比重比
が50％以上になるように圧縮し、その後カプセルに入
れ、脱気密封以降の処理を行う。
【００１４】
【作用】以下、本発明方法を図に基づいて説明する。
【００１５】図１は本発明方法の工程全体を示す図であ
るが、本発明方法は、この図に示されるように、切削屑
を直接ＨＩＰ処理して丸棒（ビレット）等の素材を得る
ことができるところに特徴がある。
るが、本発明方法は、この図に示されるように、切削屑
を直接ＨＩＰ処理して丸棒（ビレット）等の素材を得る
ことができるところに特徴がある。
【００１６】切削屑としては、高融点活性金属の切削屑
でも、その合金の切削屑でもよく、それらが２種以上混
じったものでもよい。要は、目的とする化学組成を有す
る素材が得られるような切削屑であればよい。
でも、その合金の切削屑でもよく、それらが２種以上混
じったものでもよい。要は、目的とする化学組成を有す
る素材が得られるような切削屑であればよい。
【００１７】破砕工程では、切削屑を長さ５〜25mm程度
の細片にする。
の細片にする。
【００１８】清浄化の工程の目的は炭素（Ｃ）、酸素
（Ｏ）、窒素（Ｎ）等のピックアップの防止と、ＨＩＰ
処理に際しての密度の向上である。この目的にかなうよ
うに、高融点活性金属の種類に応じて通常行われている
条件で酸洗処理を行えばよい。
（Ｏ）、窒素（Ｎ）等のピックアップの防止と、ＨＩＰ
処理に際しての密度の向上である。この目的にかなうよ
うに、高融点活性金属の種類に応じて通常行われている
条件で酸洗処理を行えばよい。
【００１９】プレス処理の工程では、前記のように、切
削屑の成型性に応じて、カプセルに充填してプレスして
もよいし、プレス後カプセルへ挿入してもよい。なお、
カプセルの材質としては、処理温度で原料である切削屑
と反応しないことが必要で、チタンやチタン合金をプレ
ス処理する場合は、軟鋼製あるいはチタン製のカプセル
が適している。
削屑の成型性に応じて、カプセルに充填してプレスして
もよいし、プレス後カプセルへ挿入してもよい。なお、
カプセルの材質としては、処理温度で原料である切削屑
と反応しないことが必要で、チタンやチタン合金をプレ
ス処理する場合は、軟鋼製あるいはチタン製のカプセル
が適している。
【００２０】プレス処理は、真比重比が50％以上になる
ように行う。これは、カプセルへ充填した後プレス処理
を行わず、単に振動させたり、手作業により押し込んだ
場合、あるいはプレス処理を行っても真比重比が50％に
満たない場合は、ＨＩＰ処理によって得られる素材の体
積変化が大きく、ＨＩＰ処理後の形状を予測した形状設
計が難しかったり、また、座屈等により素材に深いしわ
が発生したりするからである。
ように行う。これは、カプセルへ充填した後プレス処理
を行わず、単に振動させたり、手作業により押し込んだ
場合、あるいはプレス処理を行っても真比重比が50％に
満たない場合は、ＨＩＰ処理によって得られる素材の体
積変化が大きく、ＨＩＰ処理後の形状を予測した形状設
計が難しかったり、また、座屈等により素材に深いしわ
が発生したりするからである。
【００２１】図２は、図１のの工程を示す図である。
(イ) はプレス処理工程で、底付きカプセル２に装入し
た切削屑１を金型３に入れ、上ポンチ４で圧縮した状
態、 (ロ) は金型３から取り出したカプセル２に脱気用
管６を備えたカプセル蓋５を溶接した状態、 (ハ) は脱
気用管６から脱気してカプセル２内を真空にした後、管
６の一部（図の７の部分）を圧着溶接して密封した状態
を示している。
(イ) はプレス処理工程で、底付きカプセル２に装入し
た切削屑１を金型３に入れ、上ポンチ４で圧縮した状
態、 (ロ) は金型３から取り出したカプセル２に脱気用
管６を備えたカプセル蓋５を溶接した状態、 (ハ) は脱
気用管６から脱気してカプセル２内を真空にした後、管
６の一部（図の７の部分）を圧着溶接して密封した状態
を示している。
【００２２】このようにして得られたカプセル入りの切
削屑をＨＩＰ処理するのであるが、例えば、チタン及び
ジルコニウムの場合は下記の条件で行うのが好適であ
る。
削屑をＨＩＰ処理するのであるが、例えば、チタン及び
ジルコニウムの場合は下記の条件で行うのが好適であ
る。
【００２３】温 度：1073〜1373Ｋ 圧 力： 100〜200MPa 時 間： １〜５時間 処理温度については、液相が生じない温度とすることが
最低限必要であり、また、組織の粗大化を抑えることが
必要であることから、上限を1373Ｋとし、キャビティー
の発生を防ぎ、切削屑の密着性をよくするために、下限
を1073Ｋする。圧力は、密着性をよくするために下限を
100MPaとする。上限は設備、コスト面から200MPa程度に
抑えられる。処理時間については、拡散により接着部の
均質化を図るために最小限１時間は必要であり、５時間
を超えると組織が粗大化し、逆に均質性が阻害される。
最低限必要であり、また、組織の粗大化を抑えることが
必要であることから、上限を1373Ｋとし、キャビティー
の発生を防ぎ、切削屑の密着性をよくするために、下限
を1073Ｋする。圧力は、密着性をよくするために下限を
100MPaとする。上限は設備、コスト面から200MPa程度に
抑えられる。処理時間については、拡散により接着部の
均質化を図るために最小限１時間は必要であり、５時間
を超えると組織が粗大化し、逆に均質性が阻害される。
【００２４】ＨＩＰ処理後、機械切削あるいは酸洗処理
を行ってカプセルを除去することにより丸棒（ビレッ
ト）等の素材が得られる。
を行ってカプセルを除去することにより丸棒（ビレッ
ト）等の素材が得られる。
【００２５】
【実施例】表１に示す組成のチタン合金（Ti−６％Al−
４％Ｖ）の切削屑を原料とし、厚さ 0.5mm、幅と長さが
10mm程度に破砕した後、弗硝酸で酸洗し、水洗、アルコ
ール洗浄、真空乾燥を行い、内径48mmの純チタン製のカ
プセルに入れ、プレス処理して嵩比重2.52g/cm3(真比重
比57％）とした。切削屑層の高さは56mmであった。
４％Ｖ）の切削屑を原料とし、厚さ 0.5mm、幅と長さが
10mm程度に破砕した後、弗硝酸で酸洗し、水洗、アルコ
ール洗浄、真空乾燥を行い、内径48mmの純チタン製のカ
プセルに入れ、プレス処理して嵩比重2.52g/cm3(真比重
比57％）とした。切削屑層の高さは56mmであった。
【００２６】以下、図１のの工程に従ってＨＩＰ処理
を行った。ＨＩＰ処理の条件は、温度：1273Ｋ、圧力：
180MPa、時間：２時間である。
を行った。ＨＩＰ処理の条件は、温度：1273Ｋ、圧力：
180MPa、時間：２時間である。
【００２７】ＨＩＰ処理によって、直径40mm、長さ：4
6.5mm、真比重比 100％の健全な合金塊（合金素材）が
得られ、これは、ＨＩＰ処理前の形状と相似の円筒形を
なしていた。
6.5mm、真比重比 100％の健全な合金塊（合金素材）が
得られ、これは、ＨＩＰ処理前の形状と相似の円筒形を
なしていた。
【００２８】表１にＨＩＰ処理後 700℃で焼なました状
態での合金素材の化学組成を併せ示す。各成分の含有量
は原料のそれと殆ど同じで、蒸発しやすいAl含有量の減
少も認められなかった。また、ミクロ組織も微細で、良
好であった。
態での合金素材の化学組成を併せ示す。各成分の含有量
は原料のそれと殆ど同じで、蒸発しやすいAl含有量の減
少も認められなかった。また、ミクロ組織も微細で、良
好であった。
【００２９】表２に焼なまし後の合金素材の引張試験結
果を示す。耐力、引張強さ及び伸びのいずれについても
良好な結果が得られた。
果を示す。耐力、引張強さ及び伸びのいずれについても
良好な結果が得られた。
【００３０】
【比較例】実施例と同一の原料を用い、同じ純チタン製
のカプセルで嵩比重2.12g/cm3(真比重比48％）のものを
作り、実施例と同じ条件でＨＩＰ処理を行ったところ、
ＨＩＰ処理前の円筒形の両端面に相当する部分に不規則
な凹凸が生じ、また、側面に相当する部分には座屈した
ような形でしわが発生し、元の形と相似の形状をとどめ
ていなかった。
のカプセルで嵩比重2.12g/cm3(真比重比48％）のものを
作り、実施例と同じ条件でＨＩＰ処理を行ったところ、
ＨＩＰ処理前の円筒形の両端面に相当する部分に不規則
な凹凸が生じ、また、側面に相当する部分には座屈した
ような形でしわが発生し、元の形と相似の形状をとどめ
ていなかった。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
【発明の効果】高融点活性金属及びその合金の切削屑を
素材としてリサイクルする方法としての本発明の切削屑
の成型法は、切削屑の再溶解を必要とする従来の方法に
比べて工程が簡素で、エネルギー消費量が少ない。ま
た、原料配合面における制約を受けず、揮発しやすい合
金成分の含有率の調整が容易で、切削屑から、直接 Nea
r-Net-Shape （製品近似寸法）の素材や丸棒等の素材を
得ることができる。
素材としてリサイクルする方法としての本発明の切削屑
の成型法は、切削屑の再溶解を必要とする従来の方法に
比べて工程が簡素で、エネルギー消費量が少ない。ま
た、原料配合面における制約を受けず、揮発しやすい合
金成分の含有率の調整が容易で、切削屑から、直接 Nea
r-Net-Shape （製品近似寸法）の素材や丸棒等の素材を
得ることができる。
【図１】図１は、本発明方法の工程全体を示す図であ
る。
る。
【図２】図２は、図１のの工程を示す図で、 (イ) は
プレス処理工程、 (ロ) はカプセル蓋溶接工程、 (ハ)
は脱気・密封工程である。
プレス処理工程、 (ロ) はカプセル蓋溶接工程、 (ハ)
は脱気・密封工程である。
Claims (3)
- 【請求項１】高融点活性金属またはその合金の切削屑を
破砕、清浄化した後カプセルに入れ、プレスにより真比
重比が50％以上になるように圧縮し、脱気し、密封した
後、熱間静水圧プレスにより圧縮成型することを特徴と
する高融点活性金属及びその合金の切削屑の成型法。 - 【請求項２】高融点活性金属またはその合金の切削屑を
破砕、清浄化した後プレスにより真比重比が50％以上に
なるように圧縮し、カプセルに入れ、脱気し、密封した
後、熱間静水圧プレスにより圧縮成型することを特徴と
する高融点活性金属及びその合金の切削屑の成型法。 - 【請求項３】高融点活性金属またはその合金の切削屑が
チタン、ジルコニウム、チタン合金またはジルコニウム
合金の切削屑である請求項１または２に記載の高融点活
性金属及びその合金の切削屑の成型法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23172191A JPH0570805A (ja) | 1991-09-11 | 1991-09-11 | 高融点活性金属及びその合金の切削屑の成型法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23172191A JPH0570805A (ja) | 1991-09-11 | 1991-09-11 | 高融点活性金属及びその合金の切削屑の成型法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0570805A true JPH0570805A (ja) | 1993-03-23 |
Family
ID=16927985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23172191A Pending JPH0570805A (ja) | 1991-09-11 | 1991-09-11 | 高融点活性金属及びその合金の切削屑の成型法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0570805A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2016056607A1 (ja) * | 2014-10-08 | 2017-08-03 | 新日鐵住金株式会社 | チタン素材およびチタン材 |
| WO2017171055A1 (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-05 | 新日鐵住金株式会社 | チタン複合材および梱包体 |
| WO2017171057A1 (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-05 | 新日鐵住金株式会社 | チタン複合材および梱包体 |
| WO2017171056A1 (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-05 | 新日鐵住金株式会社 | チタン複合材およびその製造方法、ならびに、梱包体 |
-
1991
- 1991-09-11 JP JP23172191A patent/JPH0570805A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2016056607A1 (ja) * | 2014-10-08 | 2017-08-03 | 新日鐵住金株式会社 | チタン素材およびチタン材 |
| JP2018164943A (ja) * | 2014-10-08 | 2018-10-25 | 新日鐵住金株式会社 | チタン内包構造体およびチタン材 |
| US10988832B2 (en) | 2014-10-08 | 2021-04-27 | Nippon Steel Corporation | Titanium-containing structure and titanium product |
| WO2017171055A1 (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-05 | 新日鐵住金株式会社 | チタン複合材および梱包体 |
| WO2017171057A1 (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-05 | 新日鐵住金株式会社 | チタン複合材および梱包体 |
| WO2017171056A1 (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-05 | 新日鐵住金株式会社 | チタン複合材およびその製造方法、ならびに、梱包体 |
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