JPH06101063A - Manufacture of titanium alloy member - Google Patents

Manufacture of titanium alloy member

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JPH06101063A
JPH06101063A JP4255092A JP25509292A JPH06101063A JP H06101063 A JPH06101063 A JP H06101063A JP 4255092 A JP4255092 A JP 4255092A JP 25509292 A JP25509292 A JP 25509292A JP H06101063 A JPH06101063 A JP H06101063A
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titanium
cast body
coating
titanium alloy
coating material
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巧 渋谷
Yoshiharu Mae
義治 前
Hiroo Ozeki
宏夫 大関
Satoshi Kano
智 狩野
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Abstract

PURPOSE:To provide a method to manufacture a member made of titanium or titanium alloy wherein shrinkage cavity within the cast body is diminished, the hardening treatment of the surface of the cast body can be executed, and the strength of the surface hardened layer is high. CONSTITUTION:This manufacturing method consists of the casting process to pour molten titanium or titanium alloy into a die and to form a cast body 1, the coating process to form coating layers 2, 3 composed of the coating material having the composition mainly consisting of the metallic element to form a compound with titanium on the surface of the cast body 1, and the HIP process to crush the shrinkage cavity existing within the cast body 1 by exerting the hot isostatic pressing of the cast body 1 where the coating layers 2, 3 are formed and to form the melting diffusion layer on the surface of the cast body 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、チタンまたはチタン合
金を用いて鋳造体を成形した後、この鋳造体内部の引け
巣を消失させ、かつ鋳造体表面を硬化処理することによ
り、強度に優れた成形品を得る製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention has excellent strength by molding a cast body using titanium or a titanium alloy, eliminating shrinkage cavities inside the cast body, and hardening the surface of the cast body. The present invention relates to a manufacturing method for obtaining a molded article.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、自動車エンジン用の動弁系部品な
どをチタンまたはチタン合金により成形し、軽量化を図
る試みが盛んに行われている。この種のチタン(合金)
製部品は、通常、鋳型内に溶湯を注入する鋳造法により
成形されるが、溶湯の冷却過程や凝固過程において、鋳
造体の内部に引け巣が生じ、強度が低下することは避け
がたい。このため、得られた鋳造体を熱間静水圧プレス
(以下、HIPと略称)し、内部の引け巣を消失させる
などの方法が採られている。
2. Description of the Related Art In recent years, attempts have been actively made to reduce the weight of valve gears for automobile engines by molding them with titanium or titanium alloy. This kind of titanium (alloy)
The manufactured component is usually formed by a casting method in which a molten metal is poured into a mold, but it is unavoidable that shrinkage cavities are generated inside the cast body during the cooling process or the solidification process of the molten metal to reduce the strength. For this reason, a method such as hot isostatic pressing (hereinafter, abbreviated as HIP) of the obtained cast body to eliminate shrinkage cavities inside is adopted.

【0003】ところで、鋳造体内の引け巣には、鋳造体
の表面に開口するものもあるから、そのままでHIP処
理することは不可能である。また、チタン(合金)その
ものは、耐食性や耐摩耗性が良好ではないため、前記動
弁系部品などとして使用する場合には、何らかの表面硬
化処理を行う必要があった。
By the way, since some of the shrinkage cavities in the cast body are opened on the surface of the cast body, it is impossible to carry out the HIP treatment as it is. Further, since titanium (alloy) itself is not good in corrosion resistance and wear resistance, it is necessary to perform some kind of surface hardening treatment when it is used as the valve train component.

【0004】これらの条件を満たすため、従来は次のよ
うな製造方法が採られていた。 鋳造法により鋳造体を成形する。 鋳造体を金属缶内に封入(キャニング)する、ある
いは鋳造体の表面に同種材のTi,Ti合金等の金属を
溶射することにより、鋳造体表面に開口する引け巣を塞
ぐ。なお、溶射層は多孔質になるため、膜厚を稼ぐ必要
がある。 鋳造体にHIP処理を施す。 プレス後の鋳造体から金属缶または溶射層を除去す
る。 鋳造体の表面に窒化層を形成するか、耐摩耗性の高
い合金を盛金するなどの方法により表面硬化処理を施
す。
In order to satisfy these conditions, the following manufacturing method has hitherto been adopted. A cast body is formed by a casting method. The shrinkage cavities opening on the surface of the cast body are closed by encapsulating (canning) the cast body in a metal can or by spraying a metal such as Ti or a Ti alloy of the same material on the surface of the cast body. Since the sprayed layer is porous, it is necessary to increase the film thickness. HIP treatment is applied to the cast body. The metal can or sprayed layer is removed from the cast body after pressing. A surface hardening treatment is performed by a method such as forming a nitride layer on the surface of the cast body or depositing an alloy having high wear resistance.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記窒
化による表面硬化法では、チタン(合金)のごく表層部
(例えば表面から数μm程度)を硬化できるに留まり、自
動車エンジン用の動弁系部品などとしては耐摩耗性が不
足する。また盛金による表面硬化法では、チタンの特性
上、盛金される金属との接合性が高めにくいため、強度
的に不安があるという問題があった。
However, in the above-mentioned surface hardening method by nitriding, the very surface layer part of titanium (alloy) is used.
Only (for example, about several μm from the surface) can be cured, and wear resistance is insufficient as a valve train component for an automobile engine. In addition, the surface hardening method by depositing metal has a problem in that strength is uncertain because it is difficult to improve the bondability with the metal to be deposited due to the characteristics of titanium.

【0006】さらに、前記従来の製造方法では、HIP
工程と、表面硬化処理工程とを別に設けているため、全
体の工程数が多く、生産性が低いという欠点があった。
Further, in the above conventional manufacturing method, HIP is used.
Since the process and the surface hardening treatment process are separately provided, there are disadvantages that the number of the whole process is large and the productivity is low.

【0007】なお、上記以外のチタン(合金)材の表面
硬化法としては、特開昭50−28443号公報で提案
されているように、チタン(合金)にNi,Co等の金
属またはこれらの合金を被覆した後、ガス窒化処理して
硬化処理する方法も知られている。しかし、この方法で
得られる硬化層の厚さは、数十μm程度と薄く、やはり
満足のいく強度は得られ難かった。
As a surface hardening method for titanium (alloy) materials other than the above, titanium (alloy) and metals such as Ni and Co or these metals are proposed as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 50-28443. A method is also known in which, after coating the alloy, a gas nitriding treatment and a hardening treatment are performed. However, the thickness of the cured layer obtained by this method is as thin as several tens of μm, and it is difficult to obtain satisfactory strength.

【0008】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、鋳造体内部の引け巣を消失させるとともに鋳造体表
面を硬化処理することができ、しかも得られる表面硬化
層の強度が高い、チタンまたはチタン合金製部材の製造
方法を提供することを課題としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances and is capable of eliminating shrinkage cavities inside a cast body and hardening the surface of the cast body, and the surface hardened layer to be obtained has high strength, titanium or It is an object to provide a method for manufacturing a titanium alloy member.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】次に、本発明に係るチタ
ンまたはチタン合金製部材の製造方法を工程順に、具体
的に説明する。
Next, the method for manufacturing a titanium or titanium alloy member according to the present invention will be specifically described in the order of steps.

【0010】(鋳造工程)本発明の方法では、まず、チ
タンまたはチタン合金の溶湯を鋳型内に注入し、鋳造体
を成形する。前記チタン合金としては、Ti−6Al−
4V合金、Ti−13V−11Cr−3Al合金、Ti
−5Al−2Cr−Fe合金、Ti−5Al−3Mn合
金などが挙げられるが、これら以外のチタン合金を用い
ても良い。また採用する鋳造法は、従来から行われてい
る真空鋳造法でよく、その条件も従来と同様でよい。
(Casting Step) In the method of the present invention, first, a molten metal of titanium or a titanium alloy is poured into a mold to form a cast body. As the titanium alloy, Ti-6Al-
4V alloy, Ti-13V-11Cr-3Al alloy, Ti
Examples of the alloy include -5Al-2Cr-Fe alloy and Ti-5Al-3Mn alloy, but titanium alloys other than these may be used. The casting method adopted may be a vacuum casting method which has been conventionally used, and the conditions therefor may be the same as the conventional one.

【0011】(被覆工程)次に、得られた鋳造体の表面
に、チタンとの間で共晶合金または金属間化合物を形成
する金属元素を主組成物とする被覆材料からなる被覆層
を形成する。前記金属元素としては、Ni,Cr,F
e,Cu,Mo,W,Zr,V,Al,Co,C,B,
Nなどが挙げられる。被覆材料にはさらに、チタンとの
間で炭化物、チッ化物あるいはホウ化物などの化合物を
生成する物質が含まれていてもよい。具体的な被覆材料
としては以下の物質が例示できる。
(Coating step) Next, on the surface of the obtained cast body, a coating layer made of a coating material whose main composition is a metal element that forms an eutectic alloy or an intermetallic compound with titanium is formed. To do. As the metal element, Ni, Cr, F
e, Cu, Mo, W, Zr, V, Al, Co, C, B,
N etc. are mentioned. The coating material may further include a substance which forms a compound with titanium such as a carbide, a nitride or a boride. The following substances can be exemplified as specific coating materials.

【0012】(a)Ni系金属: 純Ni、Ni−7C
r−3B−4Si−3Fe合金、Ni−15Cr−3B
合金、Ni−25Cr合金、Ni−0.5C−3Si−
10Cr−2.5Fe−2B−0.1Co合金(商品名:
コルモノイNo4)、Ni−0.65C−12Cr−4.
25Fe−4.0Si−2.5B合金(商品名:コルモノ
イNo5)、Ni−1.5C−27Cr−8W−1.6F
e−1.55B−0.5Co合金(コルモノイNo84)、
50Ni−32Mo−15Cr−3Si合金、商品名:
トリバロイ700)、JIS規定のNiろうであるBN
i−2。
(A) Ni-based metal: pure Ni, Ni-7C
r-3B-4Si-3Fe alloy, Ni-15Cr-3B
Alloy, Ni-25Cr alloy, Ni-0.5C-3Si-
10Cr-2.5Fe-2B-0.1Co alloy (trade name:
Colmonoy No. 4), Ni-0.65C-12Cr-4.
25Fe-4.0Si-2.5B alloy (trade name: Colmonoy No5), Ni-1.5C-27Cr-8W-1.6F
e-1.55B-0.5Co alloy (Colmonoy No84),
50Ni-32Mo-15Cr-3Si alloy, trade name:
Triballoy 700), BN which is Ni solder of JIS standard
i-2.

【0013】(b)前記金属元素を含むTi系合金(チ
タンろう材): Ti−48Zr−4Be、Ti−30
V−4Be、Ti−33Cr、Ti−13V−11Cr
−3Al、Cu−25Ti−25Zr。ただし、本発明
は上記(a),(b)の物質に限定されることはなく、
前記金属元素を含むものであれば、その他の物質も使用
可能である。
(B) Ti-based alloy (titanium brazing material) containing the above metal elements: Ti-48Zr-4Be, Ti-30
V-4Be, Ti-33Cr, Ti-13V-11Cr
-3Al, Cu-25Ti-25Zr. However, the present invention is not limited to the above substances (a) and (b),
Other substances can be used as long as they contain the metal element.

【0014】被覆材料にはセラミックス粒子が分散され
ていてもよく、その場合には最終製品の耐摩耗性が向上
できる。使用可能なセラミック粒子としては、TiC,
WC,B4C,CBN,TiN,Si34,サイアロ
ン,SiCなどが例示できるが、これらに限定されるこ
とはない。セラミック粒子として例えばウイスカを使用
してもよい。セラミックス粒子の添加量としては、10
〜50vol%程度が好適である。10vol%未満で
は添加の効果が少なく、50vol%より大では溶融拡
散層の生成が阻害される。
Ceramic particles may be dispersed in the coating material, in which case the abrasion resistance of the final product can be improved. Examples of usable ceramic particles include TiC,
Examples include WC, B 4 C, CBN, TiN, Si 3 N 4 , sialon, and SiC, but are not limited thereto. Whiskers may be used as the ceramic particles, for example. The amount of ceramic particles added is 10
Approximately 50 vol% is suitable. If it is less than 10 vol%, the effect of addition is small, and if it is more than 50 vol%, the formation of the melt diffusion layer is hindered.

【0015】被覆層を鋳造体表面に形成する手段として
は、 被覆材料からなる箔を鋳造体上に、圧着、接着また
はスポット溶接等の方法により接合する方法、 被覆材料の粉体を、加熱により除去可能なバインダ
ー(例えばセルロース系)に混合した塗布物を鋳造体に
塗布するか、鋳造体にバインダーを塗布してから被覆材
料の粉末をまぶした後、さらに鋳造体を200〜300
℃程度に加熱してバインダーを除去する方法、 被覆材料を、電解メッキ法あるいは無電解メッキ法
により鋳造体上に被覆する方法、 などが挙げられる。
Means for forming the coating layer on the surface of the cast body include a method in which a foil made of the coating material is bonded onto the cast body by a method such as pressure bonding, adhesion or spot welding, and a powder of the coating material is heated. After applying a coating material mixed with a removable binder (for example, cellulosic) to the cast body, or after coating the cast body with the binder and sprinkling the coating material powder, the cast body is further coated with 200-300.
Examples include a method of removing the binder by heating to about ℃, a method of coating the coating material on the cast body by an electrolytic plating method or an electroless plating method, and the like.

【0016】これらの被覆方法によれば、厚さ数mm程
度の被覆層を容易に形成することができる。1回で形成
できる層厚が薄ければ、数回繰り返してもよい。また、
同程度の厚さの被覆層を形成することさえできれば、上
記被覆方法以外の被覆方法も採用可能である。
According to these coating methods, a coating layer having a thickness of several mm can be easily formed. If the layer thickness that can be formed by one time is thin, it may be repeated several times. Also,
A coating method other than the above-mentioned coating method can be adopted as long as a coating layer having a similar thickness can be formed.

【0017】(HIP工程)次に、被覆層を形成した鋳
造体をHIP処理し、鋳造体内に存在する引け巣を押し
潰すとともに、鋳造体表面に溶融拡散層を形成する。そ
れにはまず、被覆層を形成した鋳造体を、1×10-4
orr以下の高真空中で脱気しつつ耐熱容器に密封し、
この容器ごとHIP装置にセットする。
(HIP step) Next, the cast body having the coating layer formed thereon is subjected to HIP treatment to crush the shrinkage cavities present in the cast body and form a melt diffusion layer on the surface of the cast body. To do so, first, the cast body with the coating layer formed thereon was treated with 1 × 10 −4 t
While degassing in a high vacuum below orr, seal in a heat-resistant container,
This container is set in the HIP device.

【0018】HIP条件は、鋳造体および被覆層の材質
によって異なるため一概にはいえないが、加熱温度は、
鋳造体を構成する材料の主成分と被覆材料の主成分との
共晶点温度をT(℃)とした場合、T−20〜T+10
0(℃)の範囲に設定されることが望ましい。T−20
℃未満では溶融拡散反応が不足する一方、T+100℃
より高いと溶融拡散反応が進行し過ぎ、いずれの場合も
良好な溶融拡散層が形成できない。具体的なHIP時の
加熱温度例を挙げると、鋳造体材質がTiの場合には8
90℃前後、Ti−6Al−4Vの場合には1000℃
前後が好適である。
The HIP condition cannot be generally stated because it depends on the material of the cast body and the coating layer, but the heating temperature is
When the eutectic point temperature of the main component of the material forming the cast body and the main component of the coating material is T (° C), T-20 to T + 10
It is desirable to set in the range of 0 (° C). T-20
If the temperature is lower than ℃, the melt diffusion reaction will be insufficient, while at T + 100 ℃
If it is higher, the melt diffusion reaction proceeds too much, and in any case, a good melt diffusion layer cannot be formed. A specific example of the heating temperature during HIP is 8 when the material of the cast body is Ti.
Around 90 ℃, 1000 ℃ in the case of Ti-6Al-4V
The front and back are suitable.

【0019】HIP時の圧力は、鋳造体の材質、引け巣
の発生程度によっても異なるが、300〜1000kg
f/cm2程度、特に300〜500kgf/cm2が好
ましい。300kgf/cm2未満では引け巣を消失さ
せることが困難で、1000kgf/cm2より高圧に
する必要はない。
The pressure during HIP varies depending on the material of the cast body and the degree of shrinkage cavity formation, but is 300 to 1000 kg.
It is preferably about f / cm 2 , particularly 300 to 500 kgf / cm 2 . If it is less than 300 kgf / cm 2 , it is difficult to eliminate shrinkage cavities, and it is not necessary to make the pressure higher than 1000 kgf / cm 2 .

【0020】HIP時の加圧・加熱方法としては、加圧
および加熱を同時に行う方法、加圧を先行させる方法、
加熱を先行させる方法のいずれも可能であるが、このう
ち特に、加熱を先行させる方法は本発明に好適である。
As the pressurizing / heating method at the time of HIP, a method of simultaneously applying pressurizing and heating, a method of preceding pressurizing,
Although any method that precedes heating is possible, the method that precedes heating is particularly suitable for the present invention.

【0021】すなわち、HIP初期においてプレス圧力
を必要成形圧力の10%以下に抑えつつ(常圧でもよ
い)、被覆層と鋳造体との界面に液相が生じる条件で鋳
造体を加熱することにより、鋳造体の表面に開口してい
る引け巣内に液相を充填した後、プレス圧力を所定の成
形圧力まで上昇させて鋳造体内に存在する引け巣を押し
潰す。このように加熱を先行させる方法を採れば、鋳造
体の表面に開口する引け巣内に液相を充填して引け巣を
塞いだうえで、内部の引け巣を押し潰すことになるか
ら、HIPが効果的に行えるという利点を有する。HI
P初期におけるプレス圧力が、必要成形圧力の10%よ
り大であると、上記効果は得られない。
That is, by heating the cast body under the condition that a liquid phase is produced at the interface between the coating layer and the cast body while suppressing the pressing pressure to 10% or less of the required molding pressure in the initial stage of HIP (normal pressure may be used). After the liquid phase is filled in the shrinkage cavities opened on the surface of the cast body, the press pressure is increased to a predetermined molding pressure to crush the shrinkage cavities present in the cast body. In this way, if the method of heating first is adopted, the liquid phase is filled in the shrinkage cavities opening on the surface of the cast body to close the shrinkage cavities, and then the internal shrinkage cavities are crushed. Can be effectively performed. HI
If the pressing pressure at the initial stage of P is higher than 10% of the required molding pressure, the above effect cannot be obtained.

【0022】HIP処理を所定時間(数十分〜数十時間)
続行することにより、被覆層を構成する元素と鋳造体を
構成する元素が相互拡散し、冷却後には溶融拡散層が生
成する。
HIP processing for a predetermined time (tens of minutes to tens of hours)
By continuing, the elements forming the coating layer and the elements forming the cast body mutually diffuse, and a molten diffusion layer is formed after cooling.

【0023】例えば、被覆材料としてNi系合金を使用
した場合には、溶融拡散によりNiとTiの共晶合金化
が起こり、Ti2Niなどの金属間化合物が生成する。
また、被覆材料がC,Si,B,N,Zr,Nb,Cr
などの元素を含む場合には、これら元素とTiとの2元
系または3元系の共晶合金、あるいは金属間化合物の生
成が起こり、Cがカーバイド、Siがシリサイド、Bが
ボライド、Nがチッ化物、Zr,Nb,Crがそれぞれ
金属間化合物を生成して硬化に寄与する。これらの反応
により、被覆材料よりも硬度が高い溶融拡散層が形成さ
れる。
For example, when a Ni-based alloy is used as the coating material, eutectic alloying of Ni and Ti occurs due to melt diffusion, and an intermetallic compound such as Ti 2 Ni is produced.
The coating material is C, Si, B, N, Zr, Nb, Cr.
When an element such as the above is included, a binary or ternary eutectic alloy of these elements and Ti or an intermetallic compound is generated, and C is carbide, Si is silicide, B is boride, and N is N. Nitride, Zr, Nb, and Cr each generate an intermetallic compound and contribute to hardening. By these reactions, a melt diffusion layer having a hardness higher than that of the coating material is formed.

【0024】なお、被覆層の内周側部分のみを溶融拡散
させても良いし、被覆層の全体を溶融拡散させても良
い。また、加熱により溶融拡散層中にも液相は出現する
が、本発明の方法ではHIPを使用して加圧するため、
液相が固相へ移行する過程で引け巣を生じるおそれはな
い。
Incidentally, only the inner peripheral portion of the coating layer may be melt-diffused, or the entire coating layer may be melt-diffused. Further, although a liquid phase also appears in the melt diffusion layer due to heating, since the method of the present invention uses HIP to apply pressure,
There is no risk of shrinkage cavities in the process of transition of the liquid phase to the solid phase.

【0025】図1は、本発明の方法で得られる溶融拡散
層の一般例の断面を150倍に拡大した組織写真であ
る。この溶融拡散層は、被覆材料としてNi−25Cr
合金を使用し、鋳造体としてTiを使用して形成された
もので、侵食層と硬化層とからなり、硬化層は表面層お
よび混合層、侵食層は接合層および多数のアンカー部か
らそれぞれ形成されている。アンカー部の表層側は接合
層と一体的に連続し、接合層は混合層に一体的に連続
し、混合層は表面層に一体的に連続している。
FIG. 1 is a photograph of a structure in which a cross section of a general example of a melt diffusion layer obtained by the method of the present invention is magnified 150 times. The melt diffusion layer is made of Ni-25Cr as a coating material.
It is formed by using an alloy and Ti as a cast body, and is composed of an erosion layer and a hardened layer. The hardened layer is formed of a surface layer and a mixed layer, and the eroded layer is formed of a joining layer and a number of anchor portions, respectively. Has been done. The surface layer side of the anchor portion is integrally continuous with the bonding layer, the bonding layer is integrally continuous with the mixed layer, and the mixed layer is continuously continuous with the surface layer.

【0026】さらに詳細に説明すると、表面層はTi2
Niの組成の金属間化合物が析出して硬化した層であ
る。混合層および接合層は、それぞれTiとNiとCr
を含有し、混合層の方が、接合層よりもNiとCrの含
有量が多い析出物を含有する。アンカー部は、チタン材
の表面部に柱状に多数食い込んで形成されたものであ
り、Tiを主成分とし、これに少量のNiと微量のCr
が含有されている。
More specifically, the surface layer is made of Ti 2
It is a layer in which an intermetallic compound having a composition of Ni is deposited and hardened. The mixed layer and the bonding layer are made of Ti, Ni and Cr, respectively.
And the mixed layer contains a precipitate containing more Ni and Cr than the bonding layer. The anchor portion is formed by biting into the surface of a titanium material in a columnar shape, and contains Ti as a main component, and a small amount of Ni and a small amount of Cr.
Is included.

【0027】アンカー部が生成する理由は次のように考
えられる。被覆材料中のNiと鋳造体中のTiが2元系
合金を形成すると、溶融温度が降下するため、チタン材
と被覆材との界面に溶融帯が形成される。そして、この
溶融帯とチタン材の境界において、部分的に融点が降下
した部分(核)が島状に生じ、これら核からチタン材の
深さ方向に選択的にチタン材が溶解し始め、溶解部分が
柱状に広がる。そして、これら溶融部分が冷却時に柱状
のアンカー部として残留するのである。
The reason why the anchor part is generated is considered as follows. When Ni in the coating material and Ti in the cast form a binary alloy, the melting temperature drops, so that a melting zone is formed at the interface between the titanium material and the coating material. Then, at the boundary between the melting zone and the titanium material, a part (nucleus) in which the melting point is partially lowered is formed in an island shape, and the titanium material begins to melt selectively from these nuclei in the depth direction of the titanium material. The part spreads in a column. Then, these molten portions remain as columnar anchor portions during cooling.

【0028】図1のような組織によれば、溶融拡散層の
全域に亙ってTi2Niの組成を有する硬い金属間化合
物が生成しているので、全体の硬度が高くなる。特に、
表面層はTi2Ni金属間化合物が多く生成し、硬度が
最大となる。これは、溶融拡散層の表面部分でTi含有
量とNi含有量が約2:1の割合になるためであると考
えられる。また、アンカー部はチタン材に食い込んでい
るので、そのアンカー効果により、チタン材と溶融拡散
層との接合力は特に高く、硬化部分に多少の塑性加工を
加えても剥離することはない。また、溶融拡散層は数分
の一〜数mm程度と十分な厚さを有するので、切削加工や
塑性加工も可能である。
According to the structure as shown in FIG. 1, since the hard intermetallic compound having the composition of Ti 2 Ni is formed over the entire area of the melt diffusion layer, the hardness of the whole is increased. In particular,
A large amount of Ti 2 Ni intermetallic compound is generated in the surface layer, and the hardness becomes maximum. It is considered that this is because the Ti content and the Ni content are about 2: 1 in the surface portion of the melt diffusion layer. Further, since the anchor portion digs into the titanium material, due to the anchor effect, the joining force between the titanium material and the melt diffusion layer is particularly high, and the cured portion does not peel off even if some plastic working is applied. Further, since the melt diffusion layer has a sufficient thickness of a fraction of a few mm to a few mm, cutting and plastic working are also possible.

【0029】[0029]

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明の効果を実証す
る。Ti−6Al−4V合金を原料として、真空鋳造法
により、図2に示すような自動車用エンジンバルブ1を
作成した。鋳造温度は1800℃、鋳造時の真空度は8
×10-4torrとした。鋳造体1の寸法は、全長10
0mm、弁棒部1Bの外径8mm、弁体部1Aの外径3
1mmである。鋳造直後の密度比は、99.9%だっ
た。
EXAMPLES Next, the effects of the present invention will be demonstrated with reference to examples. Using Ti-6Al-4V alloy as a raw material, an automobile engine valve 1 as shown in FIG. 2 was produced by a vacuum casting method. Casting temperature is 1800 ℃, vacuum degree during casting is 8
It was set to × 10 -4 torr. The size of the cast body 1 is 10
0 mm, outer diameter of valve stem 1B is 8 mm, outer diameter of valve body 1A is 3
It is 1 mm. The density ratio immediately after casting was 99.9%.

【0030】図2に示すように、弁棒部1Bの外周面
と、弁体部1Aの外周上縁に、それぞれ被覆材料からな
る被覆層2,3を形成した。被覆材料としては、Cu−
25Ti−25Zrの粉末(粒度#5000)を使用し
た。被覆層の形成方法は、まず鋳造体1の前記部位にバ
インダーとしてメチルセルロースをスプレーし、塗布面
上に前記被覆材料粉末をまぶした。バインダーの塗布、
被覆材量粉末の散布を3回繰り返した。さらに、鋳造体
を250℃に真空加熱してバインダーを除去し、被覆量
0.08g/cm2(緻密な被覆厚さとして0.01m
mに相当)の被覆層を形成した。
As shown in FIG. 2, coating layers 2 and 3 made of a coating material were formed on the outer peripheral surface of the valve rod portion 1B and the outer peripheral upper edge of the valve body portion 1A, respectively. As the coating material, Cu-
A powder of 25Ti-25Zr (particle size # 5000) was used. As the method for forming the coating layer, first, methylcellulose was sprayed as a binder on the above-mentioned site of the cast body 1, and the coating material powder was sprinkled on the coated surface. Application of binder,
The application of the coating material powder was repeated three times. Furthermore, the casting was vacuum heated to 250 ° C. to remove the binder, and the coating amount was 0.08 g / cm 2 (0.01 m as a dense coating thickness.
(corresponding to m) was formed.

【0031】次に、被覆層2,3を形成した鋳造体1
を、1×10-5torrの真空中でSUS304製の容
器に封入し、HIP装置にかけた。HIP条件は、パッ
クした容器を充分軟らかくするため昇温先行とし、加熱
温度950℃で加圧して1時間保持した。
Next, the cast body 1 having the coating layers 2 and 3 formed thereon.
Was sealed in a container made of SUS304 in a vacuum of 1 × 10 −5 torr and applied to a HIP device. The HIP conditions were such that heating was preceded in order to make the packed container sufficiently soft, and heating was performed at 950 ° C. and pressure was maintained for 1 hour.

【0032】得られた成形品の密度比は100%となっ
た。また、溶融拡散層の表面硬度はHv680となった
のに対し、基材露出面の硬度はHv270であり、溶融
拡散層は高い硬度を示した。弁棒部1Bの上端部におけ
る溶融拡散層の断面写真を図3(×500)および図4
(×1000)に、弁棒部1Bの中央部における溶融拡
散層の断面写真を図5(×500)および図6(×10
00)に示す。
The density ratio of the obtained molded product was 100%. The surface hardness of the melt diffusion layer was Hv680, whereas the hardness of the exposed surface of the substrate was Hv270, and the melt diffusion layer showed high hardness. Cross-sectional photographs of the melt diffusion layer at the upper end of the valve stem portion 1B are shown in FIG. 3 (× 500) and FIG.
5 (× 500) and FIG. 6 (× 10) are cross-sectional photographs of the melt diffusion layer in the central portion of the valve stem portion 1B.
00).

【0033】各写真から明らかなように、いずれの部位
においても図1で説明した組織と同様の組織になってお
り、溶融拡散層は高い接合強度を示した。溶融拡散層の
厚さは、上端部で0.136mm、中央部で0.119
mmだった。
As is clear from each photograph, the structure was the same as that described with reference to FIG. 1 at all the sites, and the melt diffusion layer exhibited high bonding strength. The thickness of the melt diffusion layer is 0.136 mm at the upper end and 0.119 mm at the center.
It was mm.

【0034】なお、上記実施例はエンジンバルブの製造
に本発明を適用したものであったが、本発明はこれに限
定されるものではなく、その他の耐摩耗性の要求される
部材、例えばバルブリテーナ、トランスミッションギ
ア、デファレンシャルギア、ディスクブレーキ、ロッカ
ーアーム、軸受、各種ポンプの摺動部分、タービンブレ
ード、アイススケートの刃先、ゴルフクラブヘッド等に
も適用可能である。
Although the present invention has been applied to the manufacture of engine valves in the above embodiments, the present invention is not limited to this, and other members requiring wear resistance, such as valves, are used. It is also applicable to retainers, transmission gears, differential gears, disc brakes, rocker arms, bearings, sliding parts of various pumps, turbine blades, blade edges of ice skates, golf club heads, and the like.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明に係るチタンまたはチタン合金製
部材の製造方法では、鋳造体の表面に被覆層を形成して
HIPを行うことにより、鋳造体の表面に溶融拡散層が
形成される。この方法で形成される溶融拡散層は、鋳造
体のバルク領域に食い込む多数のアンカー部と、これら
のアンカー部に連続して前記バルク領域上に形成された
接合層と、この接合層上に形成された硬質の硬化層とを
有するから、この溶融拡散層により製品の表面硬度が大
幅に向上するとともに、鋳造体に対する溶融拡散層の接
合強度が高い。したがって、鋳造体を単にHIP処理す
る場合に比して、製品の強度が大幅に向上できる。
In the method for producing a titanium or titanium alloy member according to the present invention, the melt diffusion layer is formed on the surface of the casting by forming the coating layer on the surface of the casting and performing HIP. The melt diffusion layer formed by this method includes a large number of anchor portions that bite into the bulk region of the cast body, a joining layer formed on the bulk region continuously to these anchor portions, and formed on the joining layer. Since it has a hardened hardened layer, the surface hardness of the product is significantly improved by this melt diffusion layer, and the bonding strength of the melt diffusion layer to the cast body is high. Therefore, the strength of the product can be significantly improved as compared with the case where the cast body is simply HIP-treated.

【0036】また、鋳造体の表面に被覆層を形成するこ
とにより、HIPと同時に被覆材料が鋳造体の表面と反
応し、硬質かつ緻密な溶融拡散層が形成されるため、表
面硬化処理工程を別に設けずに済み、生産性が向上でき
る。
Further, by forming the coating layer on the surface of the cast body, the coating material reacts with the surface of the cast body at the same time as HIP, and a hard and dense melt diffusion layer is formed. It is not necessary to provide it separately and productivity can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るチタンまたはチタン合金製部材の
製造方法により得られる溶融拡散層の一例を示す断面拡
大図である。
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing an example of a melt diffusion layer obtained by a method for producing a titanium or titanium alloy member according to the present invention.

【図2】本発明の実施例としてエンジンバルブに被覆層
を形成した状態を示す正面図である。
FIG. 2 is a front view showing a state in which a coating layer is formed on an engine valve as an embodiment of the present invention.

【図3】同エンジンバルブの溶融拡散層の断面拡大写真
である。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional photograph of a molten diffusion layer of the engine valve.

【図4】同エンジンバルブの溶融拡散層の断面拡大写真
である。
FIG. 4 is an enlarged photograph of a cross section of a molten diffusion layer of the engine valve.

【図5】同エンジンバルブの溶融拡散層の断面拡大写真
である。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional photograph of a molten diffusion layer of the engine valve.

【図6】同エンジンバルブの溶融拡散層の断面拡大写真
である。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional photograph of a molten diffusion layer of the engine valve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エンジンバルブ(鋳造体) 2,3 被覆層 1 Engine valve (cast body) 2,3 Coating layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大関 宏夫 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社メカトロ・生産システ ム開発センター内 (72)発明者 狩野 智 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社メカトロ・生産システ ム開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroo Ozeki 1-297 Kitabukuro-cho, Omiya-shi, Saitama Mitsubishi Materials Corporation Mechatronics & Production System Development Center (72) Satoshi Kano 1 Kitabukuro-cho, Omiya-shi, Saitama 297-chome Mitsubishi Materials Corporation Mechatronics / Production System Development Center

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】チタンまたはチタン合金の溶湯を鋳型内に
注入し、鋳造体を成形する鋳造工程と、 前記鋳造体の表面に、チタンとの間で化合物を形成する
金属元素を主組成物とする被覆材料からなる被覆層を形
成する被覆工程と、 前記被覆層を形成した鋳造体を熱間静水圧プレスするこ
とにより、鋳造体内に存在する引け巣を押し潰すととも
に、鋳造体表面に溶融拡散層を形成するHIP工程と、
を具備することを特徴とするチタンまたはチタン合金製
部材の製造方法。
1. A casting process in which a molten metal of titanium or a titanium alloy is poured into a mold to form a cast body, and a metal element which forms a compound with titanium on the surface of the cast body is a main composition. A coating step of forming a coating layer made of a coating material, and by hot isostatic pressing of the cast body on which the coating layer is formed, the shrinkage cavities present in the cast body are crushed, and melt diffusion occurs on the surface of the cast body. A HIP step of forming a layer,
A method of manufacturing a titanium or titanium alloy member, comprising:
【請求項2】前記チタンとの間で化合物を形成する金属
元素は、Ni,Cr,Fe,Cu,Mo,W,Zr,
V,Al,Co,C,B,Nから選択される1または2
以上の金属元素であることを特徴とする請求項1記載の
チタンまたはチタン合金製部材の製造方法。
2. The metal element forming a compound with titanium is Ni, Cr, Fe, Cu, Mo, W, Zr,
1 or 2 selected from V, Al, Co, C, B, N
The method for producing a titanium or titanium alloy member according to claim 1, wherein the above metal elements are used.
【請求項3】前記被覆材料は、Ni−Cr系合金である
ことを特徴とする請求項1記載のチタンまたはチタン合
金製部材の製造方法。
3. The method for producing a titanium or titanium alloy member according to claim 1, wherein the coating material is a Ni—Cr alloy.
【請求項4】前記被覆材料は、Ti系合金であることを
特徴とする請求項1または2記載のチタンまたはチタン
合金製部材の製造方法。
4. The method for producing a titanium or titanium alloy member according to claim 1, wherein the coating material is a Ti-based alloy.
【請求項5】前記被覆材料は、セラミックス粒子を含有
することを特徴とする請求項1,2,3または4記載の
チタンまたはチタン合金製部材の製造方法。
5. The method for producing a titanium or titanium alloy member according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the coating material contains ceramic particles.
【請求項6】前記被覆工程に際し、前記被覆材料からな
る箔を鋳造体の表面に固定することにより被覆層を形成
することを特徴とする請求項1,2,3,4または5記
載のチタンまたはチタン合金製部材の製造方法。
6. The titanium according to claim 1, wherein the coating layer is formed by fixing a foil made of the coating material on the surface of the casting during the coating step. Alternatively, a method for manufacturing a titanium alloy member.
【請求項7】前記被覆工程に際し、前記被覆材料の粉末
を、加熱により除去可能なバインダーを介して前記鋳造
体の表面に固定した後、鋳造体を加熱して前記バインダ
ーを除去し、被覆材料からなる被覆層を形成することを
特徴とする請求項1,2,3,4または5記載のチタン
またはチタン合金製部材の製造方法。
7. In the coating step, the powder of the coating material is fixed on the surface of the cast body through a binder that can be removed by heating, and then the cast body is heated to remove the binder, thereby coating the coating material. A method for producing a titanium or titanium alloy member according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein a coating layer made of is formed.
【請求項8】前記被覆工程において、前記被覆材料を前
記鋳造体の表面にめっきし、被覆層を形成することを特
徴とする請求項1,2,3,4または5記載のチタンま
たはチタン合金製部材の製造方法。
8. The titanium or titanium alloy according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein in the coating step, the coating material is plated on the surface of the cast body to form a coating layer. Method of manufacturing member.
【請求項9】前記HIP工程は、その初期において、プ
レス圧力を必要成形圧力の10%以下に抑えつつ、前記
被覆層と前記鋳造体との界面に液相が生じる条件で鋳造
体を加熱することにより、鋳造体の表面に開口する引け
巣内に前記液相を充填した後、プレス圧力を所定の成形
圧力まで上昇させて鋳造体内に存在する引け巣を押し潰
すとともに、鋳造体表面に溶融拡散層を形成することを
特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,7または8
記載のチタンまたはチタン合金製部材の製造方法。
9. In the HIP step, in the initial stage, the cast body is heated under the condition that a liquid phase is generated at the interface between the coating layer and the cast body while suppressing the pressing pressure to 10% or less of the required molding pressure. By filling the liquid phase in the shrinkage cavity opening on the surface of the cast body, the press pressure is increased to a predetermined molding pressure to crush the shrinkage cavity existing in the cast body and melt the melt on the surface of the cast body. 9. A diffusion layer is formed to form a diffusion layer.
A method for producing the titanium or titanium alloy member as described above.
【請求項10】前記HIP工程における加熱温度は、鋳
造体を構成する材料の主成分と被覆材料の主成分との共
晶点温度をT(℃)とした場合、T−30〜T+100
(℃)の範囲に設定されることを特徴とする請求項1,
2,3,4,5,6,7,8または9記載のチタンまた
はチタン合金製部材の製造方法。
10. The heating temperature in the HIP step is T-30 to T + 100, where T (° C.) is the eutectic point temperature of the main component of the material forming the casting and the main component of the coating material.
The temperature is set in the range of (° C).
2. A method for producing a titanium or titanium alloy member according to 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or 9.
【請求項11】前記HIP工程におけるプレス圧力は、
300〜1000kgf/cm2の範囲に設定すること
を特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,7,8,
9または10記載のチタンまたはチタン合金製部材の製
造方法。
11. The pressing pressure in the HIP process is
It is set in the range of 300 to 1000 kgf / cm 2 , and it is set in the range of 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,
9. The method for producing a titanium or titanium alloy member according to 9 or 10.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013515852A (en) * 2009-12-23 2013-05-09 アドバンスト インタラクティブ マテリアルズ サイエンス リミテッド Improvements in or related to hot isostatic pressing.
GB2523857A (en) * 2012-02-24 2015-09-09 Charles Malcolm Ward-Close Processing of metal or alloy objects
KR20160007065A (en) * 2014-07-10 2016-01-20 한국생산기술연구원 An evaporative pattern and a casting method using the same
CN115595575A (en) * 2022-10-17 2023-01-13 阳江合金材料实验室(Cn) Heat treatment method for improving hardness of cutting edge of laser cladding titanium alloy cutter and cutter

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013515852A (en) * 2009-12-23 2013-05-09 アドバンスト インタラクティブ マテリアルズ サイエンス リミテッド Improvements in or related to hot isostatic pressing.
GB2523857A (en) * 2012-02-24 2015-09-09 Charles Malcolm Ward-Close Processing of metal or alloy objects
GB2499669B (en) * 2012-02-24 2016-08-10 Malcolm Ward-Close Charles Processing of metal or alloy objects
GB2523857B (en) * 2012-02-24 2016-09-14 Malcolm Ward-Close Charles Processing of metal or alloy objects
KR20160007065A (en) * 2014-07-10 2016-01-20 한국생산기술연구원 An evaporative pattern and a casting method using the same
CN115595575A (en) * 2022-10-17 2023-01-13 阳江合金材料实验室(Cn) Heat treatment method for improving hardness of cutting edge of laser cladding titanium alloy cutter and cutter

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