JPS62282765A - 鋳造方法 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 本発明はチタントロピー的に行動する材料’Ｃｌ）−オ
キャストする方法及び該材料を製造する方法に関するも
のである。本発明は、また、チタン（Ｔｈｉ工０）加工
、チクン鍜造又はチタンキャスティング方法に用いる生
成物を含むものである。

本発明の目的はチタン加工、チクソ鍜造又はテクノ鋳造
を好ましくは組合せたり一オ（ｒｈｅｏ　）鋳造方法を
提供することである。

本発明によれば、鋳造方法は溶融金属又は金属合金の流
れをアトマイズし、コレクタ上に又は内に流ｎのアトマ
イズされ九粒子を沈積し、熱を制御して抽出して、リー
オキヤスト型マイクロ構造を有する沈積物を供し、金属
又は金属合金の固相と液相の間にチタントロピー特性を
現わしたものである。

本発明ｌ″ｉまた鋳造方法を含み、該方法は溶融金属又
は合金に向は念比較的冷いガスに、前記溶融金属又゛は
金属合金の流れをさらすことによって前記流ｆｉをアト
マイズし、コレクタに金属の小滴の生じたスプレーを向
け、金属小滴分熱に抽出してコレクタ表面上の再連合又
は、既に沈積した金属の表面からの再連合後に液相内に
固相の粒子を存在させ、固化の際粒界又は結晶粒を横切
るコアリングでミクロ偏析の細いネットワークにより特
徴付けらｎるリーオキヤスト型マイクロ構造を形成し、
前記金属又は金属合金の固相領域上でチクソトロピー特
性を現わすものである。時に本発明においては、スプレ
ー沈積物の表面に最小１０％液相が存在する方法を含む
ものである。

アトマイズされた粒子は比較的冷いアトマイズガスによ
り飛行中にまず冷却される（第１段冷却）。

好ましくはアトマイズガスは窒素、アルゴン又はヘリウ
ムのような不活性ガスである。大部分の金属及び金属合
金においてアトマイズされた粒子の樹枝状の固化は飛行
中に始まり、沈積物表面に衝突した際こｎらの樹枝状結
晶に破片となる。更に比較的冷いガスは第２段冷却の間
スプレー沈゛積物の表面からきわめて急速に熱を抽出し
た沈積物粒子の表面上に流れる。飛行中又は沈積の際に
熱抽出を制御することによってスプレー沈積物の表面に
半波／半固相の薄膜を形成が可能となり、この形成の間
一様に分布した固相の金属ノジュールが液相金属中に成
長する。

樹枝状結晶の破片は、衝突の際に生じ、スプレー沈積物
の表面の半成／半固相金属中に生じた樹枝状結晶の破片
は液体金属中に一様に相互に分布し念きわめて多数の樹
枝状のヌクレイ（ｎｕｃｌｅｉ　）を有する。これらの
ヌクレイは液体金属中で固化金属の丸いノジュールを形
成するよう成長する。

残った液体金属は沈積物を介して熱を導入することによ
り沈積後固化する（第３段冷却）。このことはミクロ偏
析又はコアリングの細いネットワークに工９囲繞された
急速に固化した金属の小さい結晶粒から成る微小マイク
ロ構造を生ずる。従って熱抽出の正確な制御によってリ
ーオキヤストのマイクロ構造は液体金属の攪拌の必要な
しに且つ以前に達成できたよりもより細い寸法を得られ
た。

この材料は、液相と固相の間の温度でチクントロピー的
に形成できる。好ましくは、熱の抽出は、固相ノジュー
ルが沈積金属又は金属合金表面で残った液体金属に含ま
れるように制御し、残った液体金属に熱の導入によって
比較的ゆっくりと固化させて、金属又は金属合金の固相
及び液相温度の間でチクントロピー的に形成されるミク
ロ偏析の細いネットワークを供する。

チタン形成方法は同時に又はスプレー沈積動作後ある一
定時間をおいて行りことができる。同時にテクノ形成と
スプレー沈積２行う際には、工具を、その形成の間スプ
レー沈積物に対してきわめて小さい負荷にて使用する。

この方法はスプレー沈積物に重大な形状的変化を必要的
に生じないが、その形成の間スプレー沈積物の冶金的質
を改良する方法としてのみ使用できる。例えば、その形
成の間回転筒状スプレー沈積物に対して工具を用いる場
合、スプレー沈積物の多孔質を除去する手段として用い
ることができる。しかし、工具はその形成の間スプレー
沈積物の形状を変化するためにも用いることができる。

例えば、ロールブランクにロール形状を形成するために
、チタントロピー的変形はスプレーの間に行うことがで
きる。これはガス、アトマイズされた溶融金属又は金属
合金の小滴の沈積物として金属又は金属合金を形成し、
スプレーの間その固相又はそれ以上に沈積物の温度を保
持ないし上昇し、同時に沈積物をテクノ形成するため沈
積物に成形工具を使用するか、或いはその固相以下に小
滴の温度を下げ、チタン形成前にその固相以上に再加熱
するものである。ロールブランクの形成の際に、沈積物
と成形工具を相対的に回転させ、ロールブランクをその
形成の間スプレーの下で回転させ、同時にチタン形成さ
せる。

第１図はスプレー沈積のための装置に関し、転炉２から
溶融金属又は金属合金を受けるタンディシュ１分有し、
転炉２において溶融金属又は金属合金（以下単に「溶融
金属」と云う）をその液相温度以上に保持する。タンデ
ィシュ１は底孔３を有し溶融金属はここから流ｎ４とし
て落下しスプレー室６内でガスジェット５により金属小
滴のスプレーに変換さｎる。スプレー室６には不活性ガ
スが噴込まれ酸素の取込みが最小限にさｎる。スプレー
された小滴はマニピュレートアーム８に支持さｎた回転
コレクタ７に沈積してディスク状沈積物°９がスプレー
とコレクタが相対移動することによりコレクタ上に形成
されるっ消費さｎたアトマイズガスは出口導管１０を通
って排出される。

第１図の実施例により得らｎたリーオキヤストのサンプ
ルの例は下記の通りである。

金属合金−ｋ１６チＳ１ 注　　入　　重　−６にり／ｍｉｎ 注入温度−６７０℃ アトマイズガス　−１１５ｐ、ｓ、ｉのＮ２ガスガス／
金属比　−１，２ｃｕ、ｍ　／に４スプレー距離　−４
２０Ｍ 金属小滴のスプレーは第１図の装置で作られ、セラミッ
ク裂ディスク状コレクタに向けられた。

コレクタは１６０　ｊｌｌｌｌｌ径で１００．の高さの
最後沈積物を作るため回転及び往復動するよう予めプロ
グラミングされてい念。金属小滴の飛行中で沈積の際に
制御されて、コレクタで沈積した金属小滴は液相中に固
相の粒子を含むものであった。

この沈積物はリーオキヤスト型構造を形成する工う固化
された。

次に第２図にペネトロメータを示す。このペネトロメー
タは支持体加から放υ、支持体加は囲繞する中周波誘導
コイル（１００ＫＷ）　２３内に設けられ、コイル乙に
プラスチックライナー乙により内張シされている。コイ
ル２３はテストサンプル２４を加熱するために用いら几
、水套５が急冷の之めに設けられている。サーモカップ
ルがはサンプルムの上に位置してサンプルＵのモニター
している。

サンプル讃上に設けらｎたはネトロメータｎは半球形自
由端２９を有するアルミナ・シース四から成り、プリセ
ットロード刃、ガイド３１を有する。

ペネトロメータＮの解放の際にサンプル内への速度はカ
ーボンフィルムのリニア・ポテンショメータ３２を使用
して測定する。ポテンショメータは、与えられた負荷の
下で流体を通しての球運動によって流体の粘度の関係に
依存する。略半球状の自由端２９を有するアルミナ・シ
ース２８を用いることによって、最終速度のためのスト
ークス（Ｓｔａｋｅｓ’）の法則はテストサンプル冴の
粘度を概算するために用いることができる。一定負荷の
下のサンプル内へのシース四の速度はサンプル２４の粘
度に反比例する。

第５図乃至第４図から比較した構造を下記に示す０ 本発明によれば； 第５図：　Ａｌ／　６％８１合金：液相と固相温度の間
で再加熱し、その後冷却したスプレー材のマイクロ構造
。

結晶粒径車間μ口液体＝１４チ。従来の樹枝状固化の証
拠はみられない。

第６図：　ＡＡ！　／　６％８１合金：合金合液のチが
高くなるまで再加熱した後第５図と同様に処理した。

結晶粒径車間μｍ　液体＝　２４．５％。

第７図：　ｆｉＪ！　／　６％８１合金：合金合液のチ
が更に高くなるまで再加熱した後第５図と同様に処理し
次。

結晶粒径車間μｍ、液体＝　３０．５％。

液体金属の最高レベルにおいてもテストの間細いリーオ
キヤスト型マイクロ構造が残っていることが測定できた
。

従来のチルキャスト： 第８図：　ＡＡ’　／　６％８１合金：液相と固相温度
の間に再加熱し、その後水冷し之チルキャスト材のマイ
クロ構造。液体＝２０％。非常に粗い結晶粒径を呈する
従来の細い樹枝状マイクロ構造が表わされた（１鰭以上
）。

第９図＝２５％液体以外は第８図と同様。このレベルで
はマイクロ構造の著しい巨大化がある。

第１Ｏ図＝４０％液体以外は第８図と同様。このレベル
ではマイクロ構造が破壊さ几た。

次に第３図は再加熱の際の異った構造の相対的挙動を示
す。Ａｌ／Ｓｉ合金をスプレーした細い結晶粒Ｕ０．３
未満の液体成分で急速に軟化しテクノトロピー的に挙動
する。粗いスター（５ｔｉｒ　）キャストサンプルは軟
化し高い液体成分でチクソトロピー的に挙動し、樹枝状
構造？有するキャスト材は略５０％液体で崩壊する。ス
プレーされたＭ２高速度鋼はスプレーされたＡｌ／Ｓｉ
合金と同様の挙動をする。このことはＭ２高速度鋼がｋ
ｌ　／　Ｓｉ合金に同様条件の応力の下でチタン形成さ
れることができることを意味する。スター・キャスト材
に比較して一定の粘度を達成するためスプレー材によっ
て要求される低い液体成分はテクノ形成動作後凍冷する
液体量を減少し、テクノ形成部分におけるミクロ偏析と
収縮を減少する。更に減少した液体成分のためチタン形
成のための温度を低くできダイの寿命？伸ばす。

スプレーキャストＡＩ６％ｓ土とスプレーキャストＭ２
高速度鋼のサンプルのチタントロピー特性と調べるなめ
に、ペネトロメータによって測定した液相と固相（略５
−３０％液体）の間において予め定めた条件で再加熱し
、第４図の装置を用いて段付きダイにおいて鍛造した。

第４図においてチタン鍛造装置３１は、ダイ３２とピス
トン３４を有するエアーシリンダおとから成る。ピスト
ン３４はチタン鍛造のためにテストテンプル３５ヲ支持
し中周波数誘導コイル関によって所望の温度まで昇温し
、サンプルの温度と条件はベネトロメータ装置πによっ
て検知さｎる。ＡＪ／Ｓｉスターキャスト材は攪拌によ
って作られ、再加熱され同じ条件の下で鍛造さル之。

各テクノ鍛造品とそのマイクロ構造を第１１図及び（従
来のチタン鍛造である）第氏図に示す。又同じく第１３
図及び（本発明によるスプレー沈積チタン鍜遺品である
）第１４図に示す。

第１１図及び第１２図からスターキャスト材のチタン鍛
造の間液体はマイクロ構造におけるミクロ偏析を生ずる
前に取シ出さｎた。第１３図は優れたダイを示し、スプ
レー材の充填性能と第１４図のようなマイクロ構造を有
し液体分能がない。事実マイクロ構造はスプレー材とし
て最初のものと非常に類似している。スターキャストと
テクノ鍛造材。

結晶粒径がスプレー材のそれよりもきわめて大きいとい
うことは重要なことである（上記各図は異った大きさを
示している）。

第１５図は鍛造品の表面状態？示す図であり、又第１６
図は材料がミクロ偏析がなく（即ち液相と固相の分離が
なく）、且つ鍛造品には有効な細いマイクロ構造が残っ
ていることを示している。

第１７　ａ図、第１７　ｂ図及び第１８図はロールブラ
ンク中にロール形状を作るためにいかにしてテクノトロ
ピー変形を用いるか？示すものである。ダイブランクは
また同様な技術を用いて作ることができる。促って、ダ
イ成形工具は所望形状の空洞を形成するため液相と固相
の間の温度に保持さｎたスプレーダイブロックの表面に
用いられる。第１７ａ図及び第１７ｂ図において沈積物
４１μ流ルに向けて比較昨今いガスｆ、噴出することに
よって溶融金属の流ａｔアトマイズし、コレクタにスプ
レーを向けることによって形成さｎる。Ｐｓは溶融材料
から抽出さｎるので、コレクタに沈積した材料は液相内
に固相の粒子を含み、固化の際リーオキヤスト型マイク
ロ構造を形成し、ミクロ偏析の細いネットワークによっ
て特徴付けられ、金属又は金属合金の固相領域上でチタ
ントロピー特性を現わす。

沈積物４】はその固相以上の温度まで再加熱され、回転
しうる成形工具４２と整位する。ロールブランク状の沈
積物と成形工具４２とは共に押圧され互いに相対的に回
転して、ロールブランク４１が第１７　ｂ図に示すロー
ル形状を有する。

第１８図はチタン鍛造をスプレー間に行うことを示すも
のである。溶融金属小滴４３のスプレーは回転コレクタ
４４に向けらｎコレクタ４４に隣接して成形工具４５が
設けらｎている。成形工具は沈積物がその固相温度以上
になったとき所望の表面形状を形成するようコレクタ上
に沈積した沈積物に対して使用される。

この方法によって、スプレー沈積の間加工できるので、
表面形状を形成するために要求される加工は極めて減少
し金属又は金属合金の沈積物に実質的に零の強度となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はディスク形状の沈積物？形成する装置の側面概
略図、第２図は、バネトロメータ装置の概略図、第３図
は従来のり一オキャスト及びチルキャスト材と比較した
本発明によるリーオキヤスト材のチクソトロピー結果に
おける浸透結果？示すグラフ、第４図はチタン鍛造用装
置の側面図、−後のチタン鍛造を示す図、第１８図はス
プレーの間のチタン鍛造を示す図である。 特許出願人　　オスビリー、メタルス、リミテッド５Ｐ
ＲＡ’ｌ’　ＲＨＥＯＣＡＳＴ　　＾Ｌ−Ｓｉム５ＰＲ
Ａ’／　ＲＨＥＯＣＡＳＴ　Ｍ２　Ｈ，Ｓ、Ｓ、■５Ｔ
ＩＲＲＨＥＯＣＡＳＴ　　Ａｌ−Ｓｉ　。 Ｃ）（ＩＬＬ　ＣＡＳＴ　Ａｌ　−Ｓｉ　Ｖ　　　　Ｆ
Ｉ　Ｇ、　３゜日６７　　　　　　　　、　ｌ０ｉ−、
、ｉｐ。 ＦｊＧ、８　　　　　　　ｈ；；、ｙ ＦＩＧ、　１５　　　　　　　１ＣｒｎｒｒＩＦｌ（”
’＝ＩＦ＝　　　　　　　　　’ｔ”’ｐの ＬＬ Ｃ〈 α） ■ しし くｔ （つ しＬ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶融金属又は金属合金の流れをアトマイズし、コレクタ
   上に又は内に該流れのアトマイズされた粒子を沈積し、
   熱を制御して抽出し、リーオキヤスト型マイクロ構造を
   有する沈積物を供し、金属又は金属合金の固相と液相の
   間にチクソトロピー特性を現わしたことを特徴とする鋳
   造方法。