JPH06238424A - Method for casting active metal alloy of high melting point - Google Patents

Method for casting active metal alloy of high melting point

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JPH06238424A
JPH06238424A JP3198093A JP3198093A JPH06238424A JP H06238424 A JPH06238424 A JP H06238424A JP 3198093 A JP3198093 A JP 3198093A JP 3198093 A JP3198093 A JP 3198093A JP H06238424 A JPH06238424 A JP H06238424A
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JP
Japan
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alloy
ingot
melting point
casting
mold
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JP3198093A
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Japanese (ja)
Inventor
Norio Ekusa
紀男 江草
Teruyuki Murai
照幸 村井
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a large-sized alloy ingot which dispenses with the complicated control, and is excellent in the uniformity and the crystallization of the alloy composition. CONSTITUTION:The casting method of the alloy ingot is disclosed where a cooled conductive mold is used and the active metal of high melting point is based. The casting method of the active metallic alloy of high melting point includes the process to melt and stir the metal in a mold by making use of the dielectric heating and the dielectric stirring by the high frequency magnetic field, the process to cool the whole molten metal to the temperature below the melting point and to solidify the alloy, the process to draw the solidified alloy by the prescribed amount and to form the ingot composed of the alloy, and the process to supply into the mold the metallic material whose quantity is equivalent to the weight of the ingot drawn by the prescribed amount, and a large-sized alloy ingot is provided by repeating the series of the processes at least two or more times.

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、ジルコニウ
ム、バナジウム、モリブデン、ニオブ等の高融点活性金
属を基とする合金鋳塊の鋳造方法に関し、特にコールド
クルーシブを用いた合金インゴットの鋳造方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for casting an alloy ingot based on a high melting point active metal such as titanium, zirconium, vanadium, molybdenum and niobium, and more particularly to a method for casting an alloy ingot using a cold crucible. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】チタンなどに代表される高融点活性金属
を工業的に溶解鋳造するには、たとえば、(1)消耗電
極式真空アーク溶解(VAR)法、(2)プラズマアー
ク溶解法、(3)電子ビーム(BE)溶解法等の方法が
用いられてきた。
2. Description of the Related Art In order to industrially melt and cast a high melting point active metal represented by titanium or the like, for example, (1) a consumable electrode type vacuum arc melting (VAR) method, (2) a plasma arc melting method, ( 3) Methods such as electron beam (BE) melting have been used.

【0003】上述した従来の溶解法は各々その特性にお
いて若干の違いを有するものの、総じて多重溶解システ
ムを採用しており、特に高融点活性金属を基とする合金
インゴットを鋳造する場合には、合金成分を均一化する
ため、溶解と鋳造を繰り返し行なうシステムを採ってい
る。
Although the above-mentioned conventional melting methods each have a slight difference in their characteristics, they generally adopt a multiple melting system. Especially when casting an alloy ingot based on a high melting point active metal, In order to make the components uniform, we have adopted a system in which melting and casting are repeated.

【0004】それにもかかわらず、これらの溶解法を用
いて得られる合金インゴットの合金成分は必ずしも均一
とはならず、良質のインゴットを得ることは困難であっ
た。これは、従来の溶解法では、溶解された合金材料を
撹拌する効果をほとんど有さなかったことに起因する。
Nevertheless, the alloy components of the alloy ingot obtained by using these melting methods are not always uniform, and it has been difficult to obtain a good quality ingot. This is because the conventional melting method had almost no effect of stirring the melted alloy material.

【0005】そこで、高周波磁場により、形状制御、誘
導加熱、誘導撹拌の効果が十分に見込まれる誘電加熱溶
解法が新たに開発されてきた。
Therefore, a dielectric heating melting method has been newly developed in which the effects of shape control, induction heating, and induction stirring can be expected sufficiently by a high frequency magnetic field.

【0006】この誘電加熱溶解法は、現在最も主流をな
す消耗電極式真空アーク溶解(VAR)法と近い将来競
合することが予想され、その性能向上のための研究や開
発が盛んに進められている。
It is expected that this dielectric heating melting method will compete with the most predominant consumable electrode type vacuum arc melting (VAR) method in the near future, and research and development for improving its performance are actively pursued. There is.

【0007】誘導加熱溶解法の代表的なものとして、
(1)インダクトスラグ溶解法、(2)インダクション
スカル溶解法、(3)コールドクルーシブ溶解法などが
挙げられる。
As a typical induction heating melting method,
(1) Induct slag melting method, (2) induction skull melting method, (3) cold crucible melting method and the like.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】インダクトスラグ溶解
法は、水冷銅鋳型内にフッ化カルシウム(CaF)なる
スラグを設け、このスラグによって鋳型とインゴット間
の引抜き抵抗を緩和させる点に特徴を有している。
The induct slag melting method is characterized in that a slag of calcium fluoride (CaF) is provided in a water-cooled copper mold, and this slag relaxes the drawing resistance between the mold and the ingot. is doing.

【0009】このインダクトスラグ溶解法に従えば、大
型(50kg/チャージ以上)のインゴットの鋳造が可
能である反面、スラグからの汚染を回避することが難し
く、インゴットの品質に問題があった。
According to this induct slag melting method, it is possible to cast a large-sized (50 kg / charge or more) ingot, but it is difficult to avoid contamination from the slag and there is a problem in the quality of the ingot.

【0010】また、インダクションスカル溶解法は、ス
ラグを用いず、炉底部のスカル上で合金材料を溶解し、
炉自体を傾動して内容物を鋳型内に注湯する方法であっ
て、良質が得られる反面、大型のインゴットを鋳造する
ことはできなかった。
In addition, in the induction skull melting method, the alloy material is melted on the skull at the bottom of the furnace without using slag,
This is a method in which the furnace itself is tilted to pour the contents into the mold, and while it is possible to obtain good quality, it was not possible to cast a large ingot.

【0011】上述した2つの溶解法の欠点を解消するべ
く開発が進められてきたコールドクルーシブ溶解法は、
溶解、鋳造、引抜き、原料添加を電磁力で制御しながら
同時進行で行なうことにより、高品質で大型のインゴッ
トを得ようとするものである。
The cold crucible dissolution method, which has been developed to eliminate the above-mentioned drawbacks of the two dissolution methods, is
By melting, casting, drawing, and adding raw materials simultaneously while controlling them with electromagnetic force, it is intended to obtain a large-sized ingot of high quality.

【0012】ところが、コールドクルーシブ溶解法で
は、電磁力を決定する電源要因、引抜き要因、原料添加
要因等が相互に作用し合うために、制御操作が複雑にな
ってしまうという問題があった。
However, the cold crucible melting method has a problem that the control operation becomes complicated because the power source factor, the extraction factor, the raw material addition factor, etc. that determine the electromagnetic force interact with each other.

【0013】また、鋳型内において非常な高温で膨張し
た溶解状態と冷却により収縮した凝固状態とが併存した
非定常状態のもとで、インゴットを連続的に引抜こうと
するものであるため、鋳型とインゴット間の接触部にお
いて引抜きのバランスが崩れやすく、インゴット表面に
凝固割れなどの表面欠陥が生じやすいという問題があっ
た。
Further, since the ingot is continuously pulled out under an unsteady state in which a molten state expanded at a very high temperature and a solidified state contracted by cooling coexist in the mold, the mold is continuously extracted. There is a problem that the drawing balance is easily lost at the contact portion between the ingot and the ingot, and surface defects such as solidification cracks are likely to occur on the ingot surface.

【0014】本発明は、上述した誘導加熱溶解法の課題
を解決し、コールドクルーシブを利用して、複雑な制御
を必要とせず、合金成分均一性に優れかつ大型の合金イ
ンゴットを得ることができる高融点活性金属合金の鋳造
方法を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems of the induction heating melting method and utilizes cold crucible to obtain a large alloy ingot which does not require complicated control and is excellent in alloy component uniformity. An object of the present invention is to provide a method for casting a high melting point active metal alloy that can be used.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、冷却された導
電性鋳型を用い、高融点活性金属を基とする合金からな
るインゴットを鋳造する方法を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for casting an ingot of a refractory active metal based alloy using a cooled conductive mold.

【0016】本発明に従う高融点活性金属合金の鋳造方
法においては、鋳型内において、高周波磁場による誘導
加熱および誘導撹拌を利用して金属材料を溶解かつ撹拌
する第1の工程と、第1の工程の後、溶解した金属材料
全体を融点以下に冷却し、合金を凝固させる第2の工程
と、第2の工程の後、凝固した合金を所定量引抜き、合
金からなるインゴットを鋳造する第3の工程と、第3の
工程後、所定量引抜いたインゴットの質量に相当する分
量の金属材料を鋳型内に投入する第4の工程とを備え、
第1、第2、第3および第4の工程に至る一連の工程を
少なくとも2回以上繰返すことを特徴とする。
In the method of casting a high melting point active metal alloy according to the present invention, the first step and the first step of melting and stirring the metal material in the mold utilizing induction heating and induction stirring by a high frequency magnetic field. After that, a second step of cooling the entire melted metal material below the melting point to solidify the alloy, and after the second step, a predetermined amount of the solidified alloy is drawn out and a third ingot of the alloy is cast. And a fourth step of, after the third step, introducing a metal material in an amount corresponding to the mass of the ingot pulled out by a predetermined amount into the mold,
It is characterized in that a series of steps up to the first, second, third and fourth steps are repeated at least twice.

【0017】本明細書において、「高融点活性金属」と
は、1500〜3000℃の融点を有し、かつ高温で大
気中の酸素、窒素といったガス成分と反応を起こしやす
く、また真空中においても高温安定な耐火物、たとえば
アルミナ(Al2 3 )、シリカ(SiO2 )等の物質
と還元反応を起こすことによって純度が著しく低下し、
本来その金属が持つ特性が著しく劣化する性質を有する
金属と規定することができる。
In the present specification, the "high melting point active metal" has a melting point of 1500 to 3000 ° C., and easily reacts with gas components such as oxygen and nitrogen in the atmosphere at high temperature, and also in vacuum. Purity is significantly reduced by causing a reduction reaction with refractory materials stable at high temperatures, such as alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ),
It can be defined as a metal that has a property that the characteristics inherent to the metal are significantly deteriorated.

【0018】本発明における高融点活性金属としては、
チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム
(V)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)等を代表
的に挙げることができる。
The high melting point active metal in the present invention includes
Representative examples include titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), molybdenum (Mo), niobium (Nb), and the like.

【0019】また、本発明において、高融点活性金属を
基とする合金としては、たとえば、90wt%Ti−6
wt%Al−4wt%V、76wt%Ti−15wt%
V−3wt%Cr−3wt%Sn−3wt%Al、75
wt%Ti−3wt%Al−8wt%V−6wt%Cr
−4wt%Mo−4wt%Zr、73wt%Ti−13
wt%V−11wt%Cr−3wt%Al、64wt%
Ti−36wt%Al、46wt%Ti−54wt%N
i、34wt%Ti−66wt%Nb等の合金を好まし
く挙げることができる。
In the present invention, the alloy based on the high melting point active metal is, for example, 90 wt% Ti-6.
wt% Al-4 wt% V, 76 wt% Ti-15 wt%
V-3wt% Cr-3wt% Sn-3wt% Al, 75
wt% Ti-3 wt% Al-8 wt% V-6 wt% Cr
-4 wt% Mo-4 wt% Zr, 73 wt% Ti-13
wt% V-11 wt% Cr-3 wt% Al, 64 wt%
Ti-36 wt% Al, 46 wt% Ti-54 wt% N
Alloys such as i and 34 wt% Ti-66 wt% Nb can be preferably mentioned.

【0020】本発明において、冷却された導電性鋳型と
しては、以下の実施例に示すような、垂直方向に短冊を
有する円筒型水冷銅鋳型(図2参照)を好ましく用いる
ことができる。
In the present invention, as the cooled conductive mold, a cylindrical water-cooled copper mold having vertical strips (see FIG. 2) as shown in the following examples can be preferably used.

【0021】また、本発明において、高周波磁場は、上
述した鋳型の周囲に配置される高周波コイル等によって
容易に実現され得る。
Further, in the present invention, the high frequency magnetic field can be easily realized by the high frequency coil arranged around the above-mentioned mold.

【0022】本発明において、第3の工程において、凝
固した合金を引抜く際には、引抜いたインゴットの少な
くとも1/10以上が第4の工程で投入される金属材料
とともに再度溶解されるように予め引抜く所定量を適切
に設定しておくことが重要となる。これは、第2の工程
において、冷却凝固したインゴットの上端より1/10
以上の部分で凝固中に発生する表面凝固割れ、凝固収縮
孔といった鋳造欠陥が発生しやすいためであり、この部
分を再度溶解して欠陥を消失させる必要があるためであ
る。
In the present invention, when the solidified alloy is drawn in the third step, at least 1/10 or more of the drawn ingot is melted again together with the metallic material charged in the fourth step. It is important to properly set the predetermined amount of withdrawal in advance. This is 1/10 from the upper end of the cooled and solidified ingot in the second step.
This is because casting defects such as surface solidification cracks and solidification shrinkage holes that occur during solidification are likely to occur in the above parts, and it is necessary to dissolve these parts again to eliminate the defects.

【0023】第3の工程において、凝固した合金を引き
下ろす所定量を導電性鋳型の内径に対して1/2以下の
長さとすることが好ましい。引抜く所定量を以上のよう
に設定すれば、インゴットの少なくとも1/10以上が
第4の工程で投入される金属材料とともに再度溶解され
るため、凝固割れなどの表面欠陥が少ない大型のインゴ
ットを形成することができる。
In the third step, it is preferable that the predetermined amount for pulling down the solidified alloy is set to 1/2 or less of the inner diameter of the conductive mold. If the predetermined amount to be pulled out is set as above, at least 1/10 or more of the ingot is melted again together with the metal material put in in the fourth step, so that a large ingot with few surface defects such as solidification cracks can be obtained. Can be formed.

【0024】さらに、本発明では、第1の工程におい
て、金属材料を溶解撹拌する時間期間を10秒以上と
し、第2の工程において、溶解した金属材料全体を融点
以下に冷却する時間期間を10秒以上とすることが好ま
しい。ここで、溶解撹拌する時間期間を10秒以上とす
るのが好ましいのは、10秒未満になると、たとえばチ
タン(Ti)中に、Al,Vといった合金元素を添加し
た場合には、溶融金属が十分に撹拌されないことからイ
ンゴット内で添加した合金元素成分の偏析が発生するた
めである。
Further, in the present invention, in the first step, the time period for melting and stirring the metal material is 10 seconds or more, and in the second step, the time period for cooling the entire melted metal material to the melting point or less is 10 seconds or more. It is preferable that the time is at least seconds. Here, it is preferable that the time period for melting and stirring is 10 seconds or more. If the time period is less than 10 seconds, for example, when alloying elements such as Al and V are added to titanium (Ti), molten metal is This is because the alloy element components added in the ingot are segregated due to insufficient stirring.

【0025】また、溶解した金属材料全体を融点以下に
冷却する時間期間を10秒以上とするのが好ましいの
は、10秒未満になると溶融金属に印加される誘導電流
が急激に減少し、溶解のバランスが崩れ、導電性鋳型、
特に導電性鋳型の短冊間に溶融金属が付着し、所定量の
インゴットを引抜く第3の工程において引抜きが不可能
となるためである。
Further, it is preferable that the time period for cooling the entire melted metal material to be equal to or lower than the melting point is 10 seconds or longer. When the time is less than 10 seconds, the induced current applied to the molten metal sharply decreases and the melted metal is melted. The balance of the conductive mold,
This is because the molten metal adheres particularly between the strips of the conductive mold, making it impossible to pull out a predetermined amount of the ingot in the third step.

【0026】[0026]

【作用】本発明に従う高融点活性金属合金の鋳造方法に
ついて、図3を参照して工程順にその作用機構を説明す
る。
The operation mechanism of the method for casting a high melting point active metal alloy according to the present invention will be described in the order of steps with reference to FIG.

【0027】本発明に従う高融点活性金属合金の鋳造方
法では、図3(a)に示すように、垂直方向に短冊を有
する円筒型導電性鋳型を用い、まず鋳型内に材料となる
高融点活性金属を投入する。次に、図3(b)に示すよ
うに、鋳型内において、高周波磁場による誘導加熱およ
び誘導撹拌を利用して金属材料を溶解しかつ撹拌する。
これにより、金属材料の溶け残しをなくし、合金成分を
均一に混合することができる。次に、図3(c)に示す
ように、溶解した金属材料全体を一旦融点以下に冷却
し、合金を凝固させる。さらに、図3(d)に示すよう
に、凝固した合金を所定量引抜き、合金からなるインゴ
ットを鋳造する。その後、導電性鋳型内に所定量引抜い
たインゴットに相当する分量の金属材料を投入する。
In the method of casting a high melting point active metal alloy according to the present invention, as shown in FIG. 3 (a), a cylindrical conductive mold having strips in the vertical direction is used. Add metal. Next, as shown in FIG. 3B, the metal material is melted and stirred in the mold using induction heating and induction stirring by a high frequency magnetic field.
This makes it possible to eliminate the unmelted residue of the metal material and to uniformly mix the alloy components. Next, as shown in FIG. 3C, the entire melted metal material is once cooled to the melting point or lower to solidify the alloy. Further, as shown in FIG. 3D, the solidified alloy is drawn out by a predetermined amount and an ingot made of the alloy is cast. After that, a metal material in an amount corresponding to the ingot pulled out by a predetermined amount is put into the conductive mold.

【0028】上述したように、本発明では、従来のよう
に溶解、鋳造、引抜き、原料添加の工程をすべて同時進
行で行なうのではなく、溶解鋳造、冷却、引抜き、原料
添加の各工程が順次時間的差異を伴って断続的に実施さ
れる。
As described above, in the present invention, the steps of melting, casting, drawing, and adding raw materials are not all performed simultaneously as in the prior art, but the steps of melting, casting, cooling, drawing, and adding raw materials are sequentially performed. It is carried out intermittently with time differences.

【0029】これにより、本発明に従う高融点活性金属
合金の鋳造方法では、インゴットの引抜きの工程は、従
来のように溶解状態と凝固状態が併存する非定常状態下
ではなく、冷却凝固後の収縮した定常状態下で安定的に
実施されるようになる。このため、鋳型とインゴット間
の接触部抵抗が小さく抑えられ、引抜きは従来よりも格
段に容易なものとなる。したがって、鋳造されたインゴ
ット表面における凝固割れ等の表面欠陥の発生が大幅に
抑制されるようになる。
Thus, in the method for casting a high melting point active metal alloy according to the present invention, the ingot drawing step is not under the unsteady state in which the molten state and the solidified state coexist as in the conventional case, but the shrinkage after cooling and solidification. It will be carried out stably under the steady state. Therefore, the resistance of the contact portion between the mold and the ingot can be suppressed to be small, and the drawing can be made much easier than in the past. Therefore, the occurrence of surface defects such as solidification cracks on the surface of the cast ingot is significantly suppressed.

【0030】また、本発明に従う高融点活性金属合金の
鋳造方法では、スラグ等を一切使用しないため、インゴ
ットが汚染される危険性は極めて小さい。
Further, in the method for casting a high melting point active metal alloy according to the present invention, since no slag or the like is used, the risk of contaminating the ingot is extremely small.

【0031】さらに、本発明に従う高融点活性金属合金
の鋳造方法では、金属材料の再投入が引抜き工程の後、
合金が凝固した状態で実施されるので、従来のように金
属材料を溶解する際に投入した金属材料の一部が溶け残
ることはなく、引抜いたインゴットの一部と投入した金
属材料とが効率よく溶け合うことになる。したがって、
微細鋳造組織を有し、合金成分の偏析が極めて少ない良
質のインゴットを連続的に鋳造することができる。
Further, in the method for casting a high melting point active metal alloy according to the present invention, after the metal material is re-introduced after the drawing step,
Since the alloy is solidified, part of the metal material that was thrown in when melting the metal material does not remain unmelted as in the past, and the part of the extracted ingot and the metal material that was put in are efficiently It will blend well. Therefore,
It is possible to continuously cast a good quality ingot having a fine casting structure and having extremely little segregation of alloy components.

【0032】また、本発明では、電磁力によって溶解、
撹拌のみを制御すればよいので、従来に比べて制御操作
を簡便化することができる。
Further, in the present invention, melting is performed by electromagnetic force,
Since only the stirring needs to be controlled, the control operation can be simplified compared to the conventional case.

【0033】[0033]

【実施例】【Example】

実施例 以下、本発明に基づく実施例について説明する。 Examples Hereinafter, examples based on the present invention will be described.

【0034】図1は、本実施例において用いた鋳造装置
の構造を示す断面図であり、図2は、図1に示した円筒
型水冷銅鋳型の一部破断斜視図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the casting apparatus used in this embodiment, and FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the cylindrical water-cooled copper mold shown in FIG.

【0035】ここで簡単に鋳造装置の構造について説明
する。図1および図2を参照して、排気口3およびガス
供給口4を備え、光学窓を有する真空チャンバ1内に円
筒型水冷銅鋳型6が設けられている。この鋳型6に溶解
原料を投入するための原料投入室2が真空チャンバ1内
に挿設されている。
Here, the structure of the casting apparatus will be briefly described. Referring to FIGS. 1 and 2, a cylindrical water-cooled copper mold 6 is provided in a vacuum chamber 1 having an exhaust port 3 and a gas supply port 4 and having an optical window. A raw material charging chamber 2 for charging a molten raw material into the mold 6 is inserted in the vacuum chamber 1.

【0036】図2に示すように、垂直方向に複数のスリ
ット9が設けられた円筒型水冷銅鋳型6の上方部分と、
その周囲に設けられた高周波コイル7とから溶解炉5が
構成される。この溶解炉5で投入された溶解原料が溶解
され、溶解した原料11はドーム状を呈する。さらに溶
解した原料11は、鋳型6の下方で徐々に冷却される。
冷却により凝固した鋳塊12をインゴットとして引抜く
ため鋳型6内には下方から引抜き棒10が挿入されてい
る。この引抜き棒10の引抜きを調整するために引抜き
ローラ8が設置されている。
As shown in FIG. 2, an upper portion of a cylindrical water-cooled copper mold 6 provided with a plurality of slits 9 in the vertical direction,
The melting furnace 5 is composed of the high-frequency coil 7 provided around it. The melting raw material charged in the melting furnace 5 is melted, and the melted raw material 11 has a dome shape. Further, the melted raw material 11 is gradually cooled below the mold 6.
In order to draw out the ingot 12 solidified by cooling as an ingot, a drawing rod 10 is inserted from below into the mold 6. A pull-out roller 8 is installed to adjust the pull-out of the pull-out rod 10.

【0037】上述のような円筒型水冷銅鋳型を備えた鋳
造装置を用いて、チタン合金(75wt%Ti−3wt
%Al−8wt%V−6wt%Cr−4wt%Mo−4
wt%Zr)インゴットの鋳造を行なうものとする。
A titanium alloy (75 wt% Ti-3 wt) was used by using the casting apparatus equipped with the cylindrical water-cooled copper mold as described above.
% Al-8 wt% V-6 wt% Cr-4 wt% Mo-4
wt% Zr) Ingot shall be cast.

【0038】溶解原料には、主原料としてはJIS規格
2種の純スポンジチタンを、また添加原料としてはフレ
ーク状(50mmアンダー)のAl合金、フレーク状ま
たはペレット状のMo、Cr、Zrを準備した。
For the melting raw material, pure JIS sponge titanium of JIS standard 2 is used as the main raw material, and flaky (50 mm under) Al alloy, flaky or pelletized Mo, Cr, and Zr are added as the raw material. did.

【0039】本実施例では数式モデルから操業パラメー
ターを表1に示すように決定した。
In this example, operating parameters were determined from the mathematical model as shown in Table 1.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】上述した溶解原料を原料投入室2より溶解
炉5内に投入した後、真空チャンバ1内を真空排気装置
(図示せず)により気圧0.01Torrまで排気す
る。次いで、ガス供給口4から真空チャンバ1内にアル
ゴンガスを充填し、真空チャンバ1内を気圧100To
rrの雰囲気に調整させた。次に、高周波コイル7から
の誘導電力によって投入した溶解原料を加熱し溶解させ
た。溶解原料がドーム状に隆起した後、冷却鋳造し、鋳
型6の下方へインゴットを引抜きを行なった。さらに、
インゴットの引抜き後、引抜いたインゴットに相当する
質量の溶解原料の再投入を行なった。
After the above-mentioned melting raw material is charged into the melting furnace 5 from the raw material charging chamber 2, the vacuum chamber 1 is evacuated to a pressure of 0.01 Torr by a vacuum exhaust device (not shown). Then, the vacuum chamber 1 is filled with argon gas from the gas supply port 4, and the pressure inside the vacuum chamber 1 is set to 100 To.
The atmosphere was adjusted to rr. Next, the melting raw material introduced by the induction power from the high frequency coil 7 was heated and melted. After the molten raw material was raised in a dome shape, it was cooled and cast, and the ingot was pulled out below the mold 6. further,
After withdrawing the ingot, a molten raw material having a mass corresponding to the withdrawn ingot was re-input.

【0042】本実施例では、溶解工程、冷却鋳造工程、
引抜き工程、原料添加工程からなる一連の工程を1サイ
クルとして、1サイクル当り約10分の速度で、12サ
イクルを行なって合金インゴットを鋳造するものとし
た。
In this embodiment, the melting step, the cooling casting step,
A series of steps including a drawing step and a raw material adding step was set as one cycle, and 12 cycles were performed at a rate of about 10 minutes per cycle to cast an alloy ingot.

【0043】例1 引抜きの量を円筒型水冷銅鋳型6の内径と等しい150
cmとして、最終的に重量150kgの合金インゴット
を鋳造した。
Example 1 The amount of drawing is equal to the inner diameter of the cylindrical water-cooled copper mold 6 150
Finally, an alloy ingot having a weight of 150 kg was cast.

【0044】例2 引抜きの量を円筒型水冷銅鋳型6の内径の2分の1に相
当する75cmとして、最終的に重量75kgの合金イ
ンゴットを鋳造した。
Example 2 An alloy ingot having a weight of 75 kg was finally cast by setting the amount of drawing to 75 cm, which corresponds to one half of the inner diameter of the cylindrical water-cooled copper mold 6.

【0045】比較例 上述した実施例と同様の円筒型水冷銅鋳型を備えた鋳造
装置を用いて、チタン合金インゴットの鋳造を実施する
ものとした。
Comparative Example A titanium alloy ingot was cast using a casting apparatus equipped with a cylindrical water-cooled copper mold similar to the above-mentioned examples.

【0046】ただし、比較例では、数式モデルから操業
パラメーターを表2に示すように決定し、通常のコール
ドクルーシブ溶解法に従って合金材料の溶解、鋳造、原
料添加、インゴットの連続引抜きを同時進行で行なうも
のとした。
However, in the comparative example, the operating parameters were determined from the mathematical model as shown in Table 2, and the melting, casting, raw material addition, and continuous drawing of the ingot of the alloy material were carried out simultaneously according to the ordinary cold crucible melting method. I decided to do it.

【0047】[0047]

【表2】 [Table 2]

【0048】例1 引抜き速度を15mm/分、原料添加速度1.25kg
/分として、所要時間約120分で、最終的に重量15
0kgの合金インゴットを鋳造した。
Example 1 Drawing speed 15 mm / min, raw material addition speed 1.25 kg
/ Minute, the required time is about 120 minutes, and the final weight is 15
A 0 kg alloy ingot was cast.

【0049】例2 引抜き速度7.5mm/分、原料添加速度0.625k
g/分として、所要時間約120分で、最終的に重量7
5kgの合金インゴットを鋳造した。
Example 2 Extraction rate 7.5 mm / min, raw material addition rate 0.625 k
g / min, the required time is about 120 minutes, and the final weight is 7
A 5 kg alloy ingot was cast.

【0050】従来例 従来例では、公知の消耗電極式真空アーク溶解(VA
R)法に従う二重溶解システムを用いて直径150m
m、重量75kgのチタン合金インゴットを鋳造するも
のとした。
Conventional Example In the conventional example, the known consumable electrode type vacuum arc melting (VA) is used.
R) method, using a double melting system, diameter 150 m
A titanium alloy ingot weighing m and weighing 75 kg was cast.

【0051】以上、実施例、比較例および従来例の各々
において得られた合金インゴットの表面性状として凝固
割れ、ブローホール、溶け残りについてそれぞれ評価
し、その結果を表3に示す。
The solidification cracks, blowholes, and unmelted residue were evaluated as the surface properties of the alloy ingots obtained in each of the examples, comparative examples, and conventional examples, and the results are shown in Table 3.

【0052】[0052]

【表3】 [Table 3]

【0053】また、実施例、比較例および従来例の各々
において得られた合金インゴットの内部品質として凝固
収縮孔、成分偏析について評価し、その結果を表4に示
す。ただし、ここで成分偏析については、得られた合金
インゴットの半径方向および中心部の縦方向につい
てそれぞれ20mm間隔でサンプリングを行ない分析し
た結果を偏析率(最大分析値/平均分析値)によって評
価するものとする。
Further, solidification shrinkage holes and component segregation were evaluated as internal qualities of the alloy ingots obtained in each of Examples, Comparative Examples and Conventional Examples, and the results are shown in Table 4. However, regarding the component segregation, the results obtained by sampling the obtained alloy ingot in the radial direction and the longitudinal direction of the central portion at intervals of 20 mm and analyzing the results are evaluated by the segregation rate (maximum analysis value / average analysis value). And

【0054】[0054]

【表4】 [Table 4]

【0055】表3の結果から明らかなように、実施例の
例1および例2で得られる合金インゴットは、比較例の
例1および例2で得られる合金インゴットに比べて、表
面に凝固割れや溶け残り等がなく、極めて表面性状に優
れていることが判明した。これは、本実施例では、引抜
きの工程において鋳型とインゴット間の接触抵抗が小さ
く抑えられたことによるものと考えられる。
As is clear from the results shown in Table 3, the alloy ingots obtained in Examples 1 and 2 of the example have solidification cracks and cracks on the surface as compared with the alloy ingots obtained in Examples 1 and 2 of the comparative example. It was found that there was no unmelted residue and the like, and the surface properties were extremely excellent. It is considered that this is because the contact resistance between the mold and the ingot was suppressed to be small in the drawing step in this example.

【0056】また、表4に結果から明らかなように、本
実施例で得られる合金インゴットでは、撹拌効果を持た
ない従来法を用いて得られた従来例の合金インゴットよ
りも合金成分の偏析率が極めて小さく抑えられているこ
とは言うまでもないが、また円筒型水冷銅鋳型を用いて
連続引抜きにより得られた比較例の合金インゴットより
も半径方向および中心部の縦方向の双方で偏析率が
さらに小さく抑えられていることが判明した。このこと
からも、本実施例では合金成分偏析が少ない内品質に優
れた大型のインゴットが得られることが判明した。
Further, as is clear from the results in Table 4, in the alloy ingot obtained in this example, the segregation rate of alloy components is higher than in the alloy ingot of the conventional example obtained by the conventional method having no stirring effect. It is needless to say that the segregation rate is further increased in both the radial direction and the longitudinal direction of the central portion of the alloy ingot of the comparative example obtained by continuous drawing using a cylindrical water-cooled copper mold. It turned out to be kept small. From this, it was found that in this example, a large ingot with less segregation of alloy components and excellent internal quality was obtained.

【0057】またさらに、実施例において例1および例
2を比較すると、溶解原料の冷却鋳造後の引抜き量を鋳
型6の内径の半分の長さにした例2では例1よりさらに
品質の良いインゴットが得られることが示された。
Further, comparing Example 1 and Example 2 in Example, ingot 2 of higher quality than Example 1 is obtained in Example 2 in which the amount of drawn molten material after cooling and casting is half the inner diameter of the mold 6. Was obtained.

【0058】[0058]

【発明の効果】本発明に従う高融点活性金属合金の鋳造
方法では、高純度で、合金成分均一性および結晶性に優
れたチタン等の高融点活性金属を基とする合金からなる
良質で大型のインゴットを安定的に製造することができ
る。したがって、本発明を用いれば高融点活性金属合金
の生産能力を拡大し、コストの低減を実現することがで
きる。
According to the casting method for a high melting point active metal alloy according to the present invention, a high quality and large size alloy made of an alloy based on a high melting point active metal such as titanium having high purity and excellent alloy component uniformity and crystallinity is used. The ingot can be manufactured stably. Therefore, according to the present invention, the production capacity of the high melting point active metal alloy can be expanded and the cost can be reduced.

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

【図1】本発明に従う実施例において用いた鋳造装置の
構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a casting apparatus used in an example according to the present invention.

【図2】図1に示した円筒型水冷銅鋳型の一部破断斜視
図である。
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the cylindrical water-cooled copper mold shown in FIG.

【図3】本発明に従う鋳造方法を工程順に示した模式図
である。
FIG. 3 is a schematic view showing a casting method according to the present invention in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空チャンバ 2 原料投入室 3 排気口 4 ガス供給口 5 溶解炉 6 水冷銅鋳型 7 高周波コイル 8 引抜きローラー 10 引抜き棒 11 溶解した原料 12 凝固した原料 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Raw material input chamber 3 Exhaust port 4 Gas supply port 5 Melting furnace 6 Water-cooled copper mold 7 High frequency coil 8 Extraction roller 10 Extraction rod 11 Melted raw material 12 Solidified raw material Shows the part.

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05B 6/10 371 8915−3K Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI technical display location H05B 6/10 371 8915-3K

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 垂直方向に短冊を有する冷却された円筒
型導電性鋳型を用い、高融点活性金属を基とする合金か
らなるインゴットを鋳造する方法であって、 前記鋳型内において、高周波磁場による誘電加熱および
誘電撹拌を利用して金属材料を溶解かつ撹拌する第1の
工程と、 前記第1の工程後、前記溶解した金属材料全体を融点以
下に冷却し、合金を凝固させる第2の工程と、 前記第2の工程後、前記凝固した合金を所定量引抜き、
合金からなるインゴットを鋳造する第3の工程と、 前記第3の工程後、前記所定量引抜いたインゴットの質
量に相当する分量の金属材料を前記鋳型内に投入する第
4の工程とを備え、 前記第1、第2、第3および第4の工程に至る一連の工
程を少なくとも2回以上繰り返すことを特徴とする、高
融点活性金属合金の鋳造方法。
1. A method for casting an ingot made of an alloy based on a high melting point active metal using a cooled cylindrical conductive mold having strips in the vertical direction, wherein a high frequency magnetic field is applied in the mold. A first step of melting and stirring a metal material using dielectric heating and dielectric stirring, and a second step of cooling the entire melted metal material to a temperature below its melting point to solidify an alloy after the first step. And, after the second step, withdrawing the solidified alloy by a predetermined amount,
A third step of casting an ingot made of an alloy, and a fourth step of, after the third step, introducing a metal material in an amount corresponding to the mass of the ingot extracted by the predetermined amount into the mold, A method for casting a high melting point active metal alloy, characterized in that a series of steps leading to the first, second, third and fourth steps are repeated at least twice.
【請求項2】 前記第3の工程において、前記凝固した
合金を引抜く所定量を前記鋳型の内径に対して1/2以
下の長さとすることを特徴とする、請求項1に記載の高
融点活性金属合金の鋳造方法。
2. The height according to claim 1, wherein in the third step, a predetermined amount for drawing out the solidified alloy is set to a length of 1/2 or less of an inner diameter of the mold. Casting method for melting point active metal alloy.
【請求項3】 前記第1の工程において、金属材料を溶
解かつ撹拌する時間期間を10秒以上とし、前記第2の
工程において、前記溶解した金属材料全体を融点以下に
冷却する時間期間を10秒以上とすることを特徴とす
る、請求項1に記載の高融点活性金属合金の鋳造方法。
3. In the first step, the time period for melting and stirring the metal material is 10 seconds or more, and in the second step, the time period for cooling the entire melted metal material to the melting point or less is 10 seconds or more. The method for casting a high melting point active metal alloy according to claim 1, wherein the casting time is at least 2 seconds.
JP3198093A 1993-02-22 1993-02-22 Method for casting active metal alloy of high melting point Withdrawn JPH06238424A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103949617A (en) * 2014-04-30 2014-07-30 金川集团股份有限公司 Device and method for preparing high-purity copper and copper alloy ingot

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