JP2595534B2 - Method for producing Ti-A alloy castings - Google Patents
Method for producing Ti-A alloy castingsInfo
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Description
発明の目的 Purpose of the invention
本発明は、Ti−Al合金鋳物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a Ti-Al alloy casting.
Ti合金、とくにTiAl金属間化合物を主構成層とするTi
−Al合金は、近年、軽量で高強度であるという特性を買
われて、ターボ・チャージャーのホット・ホイールなど
に使用されるようになってきた。 ホット・ホイールのような、形状が複雑であって、し
かも精度を要求される鋳物は、精密鋳造法によらなけれ
ばならない。精密鋳造法には、よく知られているように
遠心鋳造法や真空鋳造法がある。しかし、これまでTi−
Al合金の精密鋳造技術は確立されていなかった。 その理由は、まず合金溶湯の調製が困難なことであ
る。TiおよびAlはともに活性な金属であり、前者は融点
が高く(1680℃)その合金は融点が高いから、合金の溶
製には高温を必要とし、しかもTiAl金属間化合物を形成
する際に多重の熱を発生するため、溶湯温度が異常に高
くなりやすい。高温では耐火物と溶湯が反応し、不純物
とくに酸素の含有量が高くなりがちである。大気中の酸
素による酸化を避けるための真空下の溶解を行なうと、
上記の溶湯と耐火物の反応がいっそう激しくなり、火花
の発生や溶湯の吹き上げを経験することがある。いずれ
にしてもTi−Al合金において酸素の含有は合金の靭延性
を低下させ、製品の特性を下げるから、その量を極力小
さくしなければならない。 この問題は鋳造時にもつきまとい、高真空雰囲気下で
の鋳造においては、溶湯と鋳型材料との反応で発生した
ガスが鋳型の端に残って、欠陥が生じてしまう。Ti alloys, especially Ti with TiAl intermetallic compound as the main constituent layer
-Al alloys have recently been purchased for their light weight and high strength properties, and have been used in turbocharger hot wheels and the like. Castings having complicated shapes and requiring precision, such as hot wheels, must be manufactured by precision casting. As well known, there are a centrifugal casting method and a vacuum casting method in the precision casting method. However, until now,
The precision casting technology of Al alloy was not established. The first reason is that it is difficult to prepare a molten alloy. Both Ti and Al are active metals. The former has a high melting point (1680 ° C) and its alloys have a high melting point, so high temperatures are required to melt the alloys, and multiples are required when forming TiAl intermetallic compounds. , The temperature of the molten metal tends to be abnormally high. At high temperatures, the refractory reacts with the molten metal, which tends to increase the content of impurities, particularly oxygen. Dissolution under vacuum to avoid oxidation by atmospheric oxygen,
The reaction between the molten metal and the refractory becomes more intense, which may cause sparks and blow-up of the molten metal. In any case, the content of oxygen in the Ti-Al alloy lowers the toughness and ductility of the alloy and lowers the properties of the product. Therefore, the amount must be minimized. This problem is common in casting, and in casting in a high vacuum atmosphere, gas generated by the reaction between the molten metal and the mold material remains at the end of the mold, causing defects.
本発明の目的は、TiAl金属間化合物を主構成相とする
Ti−Al合金の精密鋳造技術を確立し、形状が複雑であっ
ても湯回り良好で欠陥がなく、しかも酸素などの不純物
含有量を低く抑えた、Ti−Al合金鋳物の製造方法を提供
することにある。 発明の構成An object of the present invention is to use a TiAl intermetallic compound as a main constituent phase.
Established a precision casting technology for Ti-Al alloys, and provided a method for producing Ti-Al alloy castings with a good run and no defects even with a complicated shape, and with a low content of impurities such as oxygen. It is in. Structure of the invention
本発明のTi−Al合金鋳物の製造方法は、基本的には下
記の諸工程からなる。 イ) TiおよびAlを配合して不活性ガス雰囲気下にプラ
ズマアーク加熱により溶解し、プラズマスカルキャステ
ィング法またはプラズマプログレッシブキャスティング
法により鋳造してインゴットすること、 ロ) 上記インゴットを50Torr以上の圧力の不活性ガス
雰囲気下で誘導加熱により再溶解すること、および ハ) 得られたTi−Al合金溶湯を、背後を真空吸引した
セラミックス鋳型に注湯して所望の形状に鋳造するこ
と。 本発明のTi−Al合金鋳物の製造方法の好ましい態様
は、下記の諸工程からなる。 イ−1) TiおよびAlを配合して不活性ガス雰囲気下に
プラズマアーク加熱により溶解し、プラズマプログレッ
シブキャスティング法により鋳造してインゴットとする
こと、 イ−2) 上記インゴットを消耗電極として真空アーク
再溶解を行ない、再溶解インゴットとすること、 ロ) 上記インゴットを50Torr以上の圧力の不活性ガス
雰囲気下で誘導加熱により再溶解すること、および ハ) 得られたTi−Al合金溶湯を、背後を真空吸引した
セラミックス鋳型に注湯して所望の形状に鋳造するこ
と。 この態様に従えば、製品中の酸素などの不純物含有量
をいっそう低くすることができる。 鋳型への注湯は、吸い上げ法、すなわち吸上管を有す
る鋳型を用い、溶湯に300Torr以上の不活性ガス圧力を
加えて押し上げることによって行なってもよいし、落し
込み法、すなわち鋳込み湯口を取り付けた鋳型を用い、
湯口から流し込むことによってもよい。前者の方が、溶
解材料の製品歩留りがよいことはもちろんである。The method for producing a Ti—Al alloy casting of the present invention basically includes the following steps. A) blending Ti and Al, dissolving by plasma arc heating in an inert gas atmosphere, casting by plasma skull casting method or plasma progressive casting method, and ingoting; b) compressing the ingot with a pressure of 50 Torr or more. Re-melting by induction heating in an active gas atmosphere; and c) pouring the obtained molten Ti-Al alloy into a ceramic mold having a vacuum suctioned at the back to cast it into a desired shape. A preferred embodiment of the method for producing a Ti-Al alloy casting of the present invention comprises the following steps. A-1) A mixture of Ti and Al is melted by plasma arc heating in an inert gas atmosphere, and is cast by a plasma progressive casting method to form an ingot. Melting to form a remelted ingot, b) remelting the ingot by induction heating in an inert gas atmosphere at a pressure of 50 Torr or more, and c) removing the obtained Ti-Al alloy molten metal from the back. Pouring a vacuum into a ceramic mold and casting it into a desired shape. According to this embodiment, the content of impurities such as oxygen in the product can be further reduced. The pouring into the mold may be performed by a suction method, that is, by using a mold having a suction pipe and applying an inert gas pressure of 300 Torr or more to the molten metal to push it up, or a dropping method, that is, attaching a casting pouring gate. Using the mold
It may be done by pouring from the gate. Of course, the former has a better product yield of the molten material.
プラズマアーク加熱による溶解は、不活性ガス雰囲気
にして水冷銅ルツボまたは水冷銅モールドを使用するの
で、従来の耐火物ルツボを使用した場合のように、溶湯
金属と耐火物材料の反応による酸素などの混入が問題に
ならない。 このようにして、いったんTiAl金属間化合物を主構成
相とする合金のインゴットをつくり、それを鋳造のため
の溶解母材とすることで、鋳造のための溶湯を直接溶製
しようとするとき遭遇する問題が避けられる。 そして、溶解母材を耐火物ルツボを用い50Torr以上の
不活性ガス雰囲気下で誘導加熱により再溶解すると、溶
解は短時間で行なえるから、耐火物と溶湯との反応によ
る不純物量の増大は、あまり問題にならない。そこで、
再溶解後短時間のうちに、この不純物混入量の少ない溶
湯を背後から真空吸引した鋳型に注湯することにより、
型の隅にまでよく湯の回った、欠陥のない鋳物が製造で
きる。Melting by plasma arc heating uses a water-cooled copper crucible or a water-cooled copper mold in an inert gas atmosphere, so as with a conventional refractory crucible, such as oxygen due to the reaction between molten metal and refractory material Mixing is not a problem. In this way, once an ingot of an alloy containing a TiAl intermetallic compound as a main constituent phase is produced and used as a melting base material for casting, it is encountered when trying to directly melt a molten metal for casting. Problems are avoided. Then, when the melting base material is redissolved by induction heating under an inert gas atmosphere of 50 Torr or more using a refractory crucible, melting can be performed in a short time, so that the amount of impurities due to the reaction between the refractory and the molten metal increases. It doesn't matter much. Therefore,
Within a short time after re-melting, by pouring the molten metal with a small amount of impurities into the mold vacuum-sucked from behind,
Defect-free castings can be manufactured, with hot water running all the way to the corners of the mold.
溶解原料として低酸素スポンジTi(酸素含有量300pp
m)および高純度Alショット(99.9%Al)を用い、それ
らをTi−36%Alとなるように配合して、下記の方法でイ
ンゴットを鋳造した。 (PSC法) Arプラズマ・アーク・トーチを3本備えた最大出力40
0kwのスカル炉を使用し、内径340mm、深さ120mmの水冷
銅ルツボに溶解原料を入れて、Ar雰囲気下で30分間加熱
することにより溶解した。ルツボを傾動して直径100mm
の円柱状金型に鋳込み、重量約8Kgのインゴットを鋳造
した。 (PPC法) 上記と同じArプラズマ・アーク炉を用い、内径200mm
の水冷銅モールドに、Ar雰囲気下で溶解原料を少しずつ
加えながら加熱して溶解し、ルツボ底部のスタブを47cm
/hrの速度で引き下げ、長さ900mm、重量約70Kgのインゴ
ットを製造した。 (PPC−VAR法) 上記のPPC法で製造した積層インゴットを消耗電極と
し、最大出力600Aの真空アーク炉で再溶解し、内径240m
mの水冷銅ルツボに鋳込んでインゴットにした。 (従来法) 比較のため、CaO製ルツボに溶解原料を入れ、Ar100To
rrの雰囲気下で真空誘導炉加熱により溶解した。20分間
保持後、直径60mmの鋳型の鋳込んで重量約2.5Kgのイン
ゴットを得た。 各方法で製造したインゴットの化学組成を表に示す。
表から明らかなように、従来法にくらべて、PSC法、PPC
法およびPPC−VAR法で製造したインゴットは、酸素など
の不純物含有量が低く、Ti−Al合金鋳物の溶解母材に適
している。 ターボ・チャージャーのホット・ホイールを製造する
ためのセラミックス鋳型を、ロストワックス法により製
造した。鋳型は吸い上げ型と落し込み型であって、それ
ぞれ20個どりである。鋳型材料は、スラリーに溶融シリ
カ、ジルコンフラワーおよびコロイダルシリカを、スタ
ッコ材にジルコサンドおよびアルミナシリケートを、そ
れぞれ用いた。 容量30KgのCaO製ルツボに、前記のPSC法で製造したTi
−Al合金インゴット12Kgを入れ、Ar200Torrの雰囲気下
で、高周波誘導加熱により溶解した。上記のセラミック
ス鋳型を1100℃に加熱して直ちに鋳造装置に取り付け、
鋳型背後を真空吸引するとともに、溶解室のAr圧力は60
0Torrに調整した。 吸い上げ法の場合は、鋳型の吸上管を溶湯中に入れ、
溶解室のAr圧力(600Torr)と背後の真空との圧力差で
溶湯を押し上げて鋳型中に移すことにより、落し込み法
の場合は誘導炉を傾動して溶湯を重力で流し込むことに
より、それぞれ鋳造した。 このようにして得たホット・ホイールは、すべて翼部
先端まで湯が回った健全な鋳造物であって、欠陥品はな
かった。 比較のために、ターボ、チャージャーのホット・ホイ
ール1個を取り付けたセラミック鋳型で、前記の従来材
を溶解した溶湯の落し込み鋳造を行ったところ、翼端の
薄肉部に欠肉が生じていた。 発明の効果 本発明のTi−Al合金鋳物の製造方法によれば、欠肉や
ピンホールなどの欠点がない精密鋳造鋳物が得られる。
製品への不純物とくに酸素の混入量を低く抑えられ、材
料のもつすぐれた機械的特性を保持することができる。Low oxygen sponge Ti (oxygen content 300pp)
m) and high-purity Al shot (99.9% Al), and they were blended to become Ti-36% Al, and an ingot was cast by the following method. (PSC method) Maximum output 40 with 3 Ar plasma arc torches
Using a 0 kw skull furnace, the melted raw material was placed in a water-cooled copper crucible having an inner diameter of 340 mm and a depth of 120 mm, and was melted by heating under an Ar atmosphere for 30 minutes. Tilt the crucible to 100mm in diameter
Into an ingot having a weight of about 8 kg. (PPC method) Using the same Ar plasma arc furnace as above, 200 mm inner diameter
In a water-cooled copper mold, heat and dissolve while adding the dissolving raw material little by little under an Ar atmosphere, and stub the bottom of the crucible to 47 cm.
The ingot was lowered at a speed of / hr to produce an ingot having a length of 900 mm and a weight of about 70 kg. (PPC-VAR method) The laminated ingot manufactured by the above PPC method was used as a consumable electrode, and was re-melted in a vacuum arc furnace with a maximum output of 600 A, and the inner diameter was 240 m
m in water-cooled copper crucible was cast into an ingot. (Conventional method) For comparison, put the raw materials in a CaO crucible and add Ar100To
Melting was performed by heating in a vacuum induction furnace under an atmosphere of rr. After holding for 20 minutes, a mold having a diameter of 60 mm was cast to obtain an ingot weighing about 2.5 kg. The chemical composition of the ingot produced by each method is shown in the table.
As is clear from the table, PSC method, PPC
The ingot manufactured by the PPC-VAR method and the PPC-VAR method has a low content of impurities such as oxygen, and is suitable as a base material for melting a Ti-Al alloy casting. Ceramic molds for making turbocharger hot wheels were made by the lost wax method. The molds are a suction mold and a drop mold, and each has about 20 pieces. As the template material, fused silica, zircon flour and colloidal silica were used for the slurry, and zircon sand and alumina silicate were used for the stucco material. In a 30 kg CaO crucible, the Ti produced by the PSC method was
-12 kg of an Al alloy ingot was put and melted by high frequency induction heating in an atmosphere of Ar200 Torr. Heat the above ceramic mold to 1100 ° C and immediately attach it to the casting machine,
Vacuum suction behind the mold and Ar pressure in the melting chamber is 60
Adjusted to 0 Torr. In the case of the suction method, put the mold suction tube into the molten metal,
The molten metal is pushed up by the pressure difference between the Ar pressure (600 Torr) in the melting chamber and the vacuum behind it, and is transferred into the mold. In the case of the dropping method, the induction furnace is tilted and the molten metal is poured by gravity. did. The hot wheels thus obtained were all sound castings with hot water running to the tip of the wing and were free of defects. For comparison, drop casting of the melt obtained by melting the above-mentioned conventional material was performed using a ceramic mold equipped with one turbo and charger hot wheel. . Effects of the Invention According to the method for producing a Ti-Al alloy casting of the present invention, a precision casting without defects such as underfill and pinholes can be obtained.
The amount of impurities, particularly oxygen, mixed into the product can be kept low, and the excellent mechanical properties of the material can be maintained.
Claims (6)
を主構成相とするTi−Al合金鋳物の製造方法 イ) TiおよびAlを配合して不活性ガス雰囲気下にプラ
ズマアーク加熱により溶解し、プラズマスカルキャステ
ィング法またはプラズマプログレッシブキャスティング
法により鋳造してインゴットとすること、 ロ) 上記インゴットを50Torr以上の圧力の不活性ガス
雰囲気下で誘導加熱により再溶解すること、および ハ) 得られたTi−Al合金溶湯を、背後を真空吸引した
セラミックス鋳型に注湯して所望の形状に鋳造するこ
と。1. A method for producing a Ti-Al alloy casting comprising a TiAl intermetallic compound as a main constituent phase, comprising the following steps: a) Mixing Ti and Al and melting them by plasma arc heating in an inert gas atmosphere. Then, the ingot is cast by a plasma skull casting method or a plasma progressive casting method to obtain an ingot. B) The ingot is redissolved by induction heating under an inert gas atmosphere at a pressure of 50 Torr or more. C) The obtained ingot is obtained. Pouring a molten Ti-Al alloy into a ceramic mold whose back is vacuum-suctioned and casting it into a desired shape.
い、溶湯に300Torr以上の不活性ガス圧力を加えて押し
上げることによって行なう特許請求の範囲第1項の製造
方法。2. The method according to claim 1, wherein the molten metal is poured into the mold by using a mold having a suction pipe and applying an inert gas pressure of 300 Torr or more to the molten metal to push it up.
鋳型を用い、落し込み法によって行なう特許請求の範囲
第1項の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the pouring into the mold is performed by a dropping method using a mold provided with a casting pouring gate.
を主構成相とするTi−Al合金鋳物の製造方法 イ−1) TiおよびAlを配合して不活性ガス雰囲気下に
プラズマアーク加熱により溶解し、プラズマプログレッ
シブキャスティング法により鋳造してインゴットとする
こと、 イ−2) 上記インゴットを消耗電極として真空アーク
再溶解を行ない、再溶解インゴットとすること、 ロ) 上記インゴットを50Torr以上の圧力の不活性ガス
雰囲気下で誘導加熱により再溶解すること、および ハ) 得られたTi−Al合金溶湯を、背後を真空吸引した
セラミックス鋳型に注湯して所望の形状に鋳造するこ
と。4. A method for producing a Ti-Al alloy casting comprising a TiAl intermetallic compound as a main constituent phase comprising the following steps: i-1) Plasma arc heating in an inert gas atmosphere by mixing Ti and Al And ingot by casting using a plasma progressive casting method to obtain an ingot. A-2) Remelting a vacuum arc using the ingot as a consumable electrode to obtain a remelted ingot; b) applying a pressure of 50 Torr or more to the ingot. And (c) pouring the obtained molten Ti-Al alloy into a ceramic mold having a vacuum suction at the back and casting it into a desired shape.
い、溶湯に300Torr以上の不活性ガス圧力を加えて押し
上げることによって行なう特許請求の範囲第4項の製造
方法。5. The method according to claim 4, wherein the molten metal is poured into the mold by using a mold having a suction pipe and applying an inert gas pressure of 300 Torr or more to the molten metal to push up the molten metal.
鋳型を用い、落し込み法によって行なう特許請求の範囲
第4項の製造方法。6. The method according to claim 4, wherein the pouring into the mold is performed by a dropping method using a mold provided with a casting pouring gate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10678387A JP2595534B2 (en) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | Method for producing Ti-A alloy castings |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP10678387A JP2595534B2 (en) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | Method for producing Ti-A alloy castings |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63273562A JPS63273562A (en) | 1988-11-10 |
| JP2595534B2 true JP2595534B2 (en) | 1997-04-02 |
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ID=14442497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10678387A Expired - Lifetime JP2595534B2 (en) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | Method for producing Ti-A alloy castings |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2595534B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015020704A3 (en) * | 2013-05-08 | 2015-04-16 | Borgwarner Inc. | Process and apparatus for casting titanium aluminide components |
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| CN115558811B (en) * | 2022-09-10 | 2023-06-16 | 哈尔滨工业大学 | Equipment and method for preparing TiAl semi-solid material by utilizing ultrasonic and electromagnetic field |
-
1987
- 1987-04-30 JP JP10678387A patent/JP2595534B2/en not_active Expired - Lifetime
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| WO2015020704A3 (en) * | 2013-05-08 | 2015-04-16 | Borgwarner Inc. | Process and apparatus for casting titanium aluminide components |
| US9808861B2 (en) | 2013-05-08 | 2017-11-07 | Borgwarner Inc. | Process and apparatus for casting titanium aluminide components |
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