JPS63183142A - 高密度Ｔｉ焼結合金製部材の製造方法 - 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】 Ｌ１上立■ユ±１ 本発明は、高密ｒ！ＸＴ工焼結白焼結合金製部材方法に
関するものである。

のｐ　− Ｔｉは、比重が４．５０であって軽く、白金に比肩でき
る耐蝕性と、軽金属中最高の耐熱性を有しており、また
高純度材は非常に軟らかいが不純物が入ると著しく硬化
する。この様なＴｉの特性から、Ｔｉ金合金軽量、優れ
た耐蝕性、Ｗｉれた耐熱性、高い強度特性を生かして、
各種構造材として優れた性能を発揮する。

ところで、Ｔｉ、Ｔｉ合金製部材を溶製材の塑性加工あ
るいは鋳造によって得る場合、事後の切削加工が難しく
（ｆｉ剛性）、製作経費が著しく高価となる。

一方、Ｔｉはその製法上の特徴から、粉末の価格が廉価
であって、粉末冶金法により粉末から直接Ｔ２またはＴ
ｉ合金製部材を得るのは非常に有利であり、粉末冶金法
による価格低減化効果は、Δｐ合金、Ｆｅ合金等の部材
を粉末冶金法によって得る場合に比して格段に大きい。

しかも、Ｔｉ、Ｔ１合金粉末は、焼結時の拡散速度が大
きい（活性化エネルギー大）という特性を有しており、
粉末間の実質接触圧（加圧時の接触圧）が比較的大きく
なり易い大きな粉末粒度範囲で、低いプレス成形圧でも
高密度になり易い傾向がある。そして、Ａ１合金、Ｆｅ
合金等の粉末からは密度８０％程度の焼結晶した得られ
ないことを勘案するならば、構造用部材としての実用疲
労強度９８％以上を得るには、ＴｉまたはＴｉ合金粉末
を用いたＴｉ焼結合金が好対象となる。

ここで、従来のＴ＝焼結合金製部材の製造方法について
述べる。

（１）要素粉末法（第１図参照）： Ｔｉ粉末と合金化用添加粉末とを混合しく第１工程）、
これを金型に装入して圧粉成形しく第■工程）、この圧
粉体を真空中、またはアルゴン・ガス雰囲気中で焼結す
る（第■工程）。そして、焼結体を鍛造（第■工程）後
、または鍛造を行うことなく、仕上げ加工（第Ｖ工程）
して成品を得る。なお、第■工程では、冷間静水圧プレ
ス成形法（ＣＩＰ）により圧粉体を得る場合もある。

この要素粉末法では、■素材粉末が、未だ目標合金組成
のものでなく、従って製造経費が低廉である、■素材粉
末の混合比を変えて、組成の異なる各種の合金を得るこ
とができる、等の利点があるが、圧粉成形圧を８トン／
　ｃｉにした場合の成品の密度が最大９８％であり、成
品の疲労強度が不足する不都合がある。

（２）合金粉末法（第２図参照）： 目標組成に調整された均一合金粉末を、押型内に装入し
て焼結温度で圧搾しくＩＩＩＰ　：第■工程）、得られ
た焼結体を仕上げ加工して（第■工程）成品を得る。

この合金粉末法では、■焼結体の密度を１００％にする
ことができ、■それ故、事後の鍛造力り工を行う必要が
ない、■冷間圧粉法では成形困難な粉末でも容易に成形
し得る、等の利点があるが、■素材である均一合金粉末
の製造費が高価である、■押型として耐熱鋼型、炭素型
が使用され、その都度使い捨てされるため製造費が高価
になる、■押型と共に加熱、圧搾されるため多ｍ生産方
式の採用が困難である、等の不都合がある。

。　　を　゛　るた　の　　および 本発明の目的は、多量生産方式に適する簡易な方法で高
！度の焼結体を得る点にある。

この目的は、粒径４４μｍ以下の粉末を２５１に％以上
含むＴ　ＬまたはＴｉ合金粉末と、粒径４４μｍ以下の
合金化用添加粉末とより成る混合粉末を圧粉成形した後
、これを焼結させることによって達成される。

金剋粉末を容器に詰めた場合、容器内空間が完全に密に
満たされる訳ではなく、各粒子間に空隙を生ずる。この
空隙は、粉末粒子の大きさを小さくすることにより、あ
るいは振盪、加圧、加熱することにより減少せしめられ
る。空隙を少なくすることにより、粉末粒子間の接触面
積を層太し、凝集力を高め、焼結性を向上させることが
できる。

しかるに、粉末粒子の大きさは、必ずしも均一にこれを
微細化する必要はないのであって、大粒子と小粒子が混
在し、大粒子の間隙に小粒子が進入した状態によっても
、空隙の十分なる低減化を達成することができる。

本発明者等は以上の認識の下に試験を行なった結果、Ｔ
ｉまたはＴｉ合金粉末の粒径分布、および合金化用添加
粉末の粒度を選択することによって、混合粉末を通常圧
で圧粉成形後、真空焼結を　　。

行なった場合でも密度比９９％（真密度に対する比率）
以上の焼結密度が得られることを見出した。

ＴｉまたはＴ１合金粉末の粒径は、４４μＴｒＬ以下の
粉末を２５重量％以上含むことが望ましい。その理由は
、該範囲外の粒径分布では、密度比９８％に達する焼結
晶を得るためには過度に高い圧粉成形圧を必要とし、怨
産が難しいからである。

また、合金化用添加粉末の粒径は４４μ而以下であるこ
とが望ましい。その理由は、該範囲外の粒径では、密度
比９８％に達する焼結晶を得るのが困難だからである。

そして、従来融点の差が大きな合金元素を、単−成分粉
末として混合し、圧粉成形後焼結した場合には、低融点
金属の液化によって該金属粒子部分が空孔になり易く、
その現象を避けるために母合金化した粉末を使用する必
要があったが、本発明方法によれば、１１１−成分粉末
を使用しても空孔が生じ難く、高い焼結密度を得ること
が可能である。

加えて、本発明方法によれば、使用粉末の粒径を変化さ
せることにより焼結体の結晶粒度を調整することができ
る。

Ｕ旦 （１）　ソ（７）組成が、Ｔ　ｕ　９９．２重ｆｆｉ％
、ｏ（酸素）０．２重量％、　Ｆｅ　Ｏ，０２４重昌％
、　ＣＩ　（塩素）０．１３ｆｔｉ１％であって、表１
に示す各粒径分布のＴｉ粉末Ａｏ　、Ｂｅ　、Ｃｏ　、
Ｄｏ　、Ｅｏを用意した。

（以下余白） 表１ ＊注：粒径分布量はいずれもｍｍ％である。

（２）その組成が、Ａ　Ｊ　６０重量％、Ｖ４０重量％
テ、粒径が４４μｍ以下の合金化用添加粉末を用意した
（以下、第３図参照）。

（３）第１工程：Ｔｉ粉末Ａｏ　、　Ｂｅ　、　Ｃｏ　
。

Ｄｏ　、Ｅｏと、合金化用添加粉末とを、各々重母比９
：１の混合比で、Ｖ型ブレンダーをもって１０分間混合
して、混合粉末Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅを得た。

（４）第■工程：混合粉末Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅを各々金
型に装入し、各粉末毎に成形圧３トン／　ｃｉ　。

５トン／ｄで圧粉成形を行ない圧粉体Ａｓ　、　Ａｓ　
。

Ｂｓ　、　Ｂｓ　、　Ｃｓ　、　Ｃｓ　、　Ｄｓ　、　
Ｄｓ　、　Ｅｓ　。

Ｅｓ　　（ただし、添数字は成形圧を示す）を得た。

この工程では、冷間静水圧プレス成形法（ＣＩＰ）を採
用することもできる。

（５）第■工程：各圧粉体を、真空度１０→〜１Ｏ−５
ｔｔｙｎＨＵ、温度１２５０℃、処理時間４時間なる条
件で焼結処理して焼結体Ａ３　、　Ａｓ　＊　Ｂｓ　、
　Ｓｓ　、　ＣＩ　＊Ｃｓ　、Ｄｓ　、Ｄｓ　、Ｅｓ　
、Ｅｓを得た。なお、処理雰囲気は、不活性ガス雰囲気
でも良く、温度。

処理時間は、それぞれ１１００〜１４００℃、１〜４時
間の範凹で条件選択することができる。その限定理由は
、１１００℃未満では、十分な拡散が行われず、１４０
０℃を越えると、均一組成の焼結体が得られないからで
あり、また１時間未満では、十分な拡散が行われず、４
時間を越えたとしても高密度化は蒸捏進行せず、量産性
が損なわれるからである。

（６）次に、焼結体Ａｓ　、　Ａｓ　、　Ｂｓ　、　Ｓ
ｓ　。

ＣＩ、Ｃｓ　、Ｏｓ　、Ｄｓ　、Ｅｓ　、Ｅｓの密度比
（真密度＝　４．４５に対する比率）を調べ、それぞれ
の素材粉末（粉末Δｏ−Ｅｏ）につき、粒径４４μｍ以
下の粉末含有率との関係をグラフで表示した（第４図参
照）。

く試験結果の評価〉 ■粒径４４μｍ以下の粉末含有率が増大するほど高密度
の焼結体を容易に得ることができる。

■粉末成形圧が３トン／　ｃｒＡの場合、目標密度比９
８％を得るためには、粒径４４μｍ以下の粉末含有率が
９５％程度でなければならないが、５トン／　ｃｎｉで
は、該粉末含有率２５％以上で目標密度比９８％を達成
し得る。

λ団五１１ 以上の説明から明らかな様に、本発明では、粒径４４μ
ｍ以下の粉末を２５重量％以上含むＴｉ合金粉末と、粒
径４４μｍ以下の合金化用添加粉末とより成る混合粉末
を圧粉成形した復、これを焼結させることとしたため、
量産に適する簡単な方法で７５密度の焼結合金を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ公知に係る焼結金属の製造工
程図、第３図は本発明方法によるＴｉ焼結合金の製造工
程図、第４図は本発明方法で得た焼結体について、素材
粉末中の粒径４４μｍ以下の粉末含有率と密度との関係
を示すグラフである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）粒径４４μｍ以下の粉末を２５重量％以上含むＴ
   ｉまたはＴｉ合金粉末と、粒径４４μｍ以下の合金化用
   添加粉末とより成る混合粉末を圧粉成形した後、これを
   焼結させることを特徴とする高密度Ｔｉ焼結合金製部材
   の製造方法。
2. （２）前記合金化用添加粉末が、Ａｌ６０重量％、Ｖ４
   ０重量％なる組成のＡｌ−Ｖ合金粉末であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載された高密度Ｔｉ焼
   結合金製部材の製造方法。
3. （３）前記圧粉成形の成形圧が５トン／ｃｍ＾２以上で
   ある特許請求の範囲第１項に記載された高密度Ｔｉ焼結
   合金製部材の製造方法。
4. （４）真空中、温度１１００〜１４００℃、処理時間１
   〜４時間なる条件で、前記焼結を行うことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載された高密度Ｔｉ焼結合金
   製部材の製造方法。