JPH066762B2 - Method for melting and casting Mn-added TiA1 intermetallic compound - Google Patents
Method for melting and casting Mn-added TiA1 intermetallic compoundInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、Ｍｎを添加したＴｉＡｌ金属間化合物の溶
解鋳造方法に関するものであり、さらに詳しくはＭｎの
歩留の良いＴｉＡｌ金属間化合物の溶解鋳造方法に関す
るものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for melting and casting a TiAl intermetallic compound to which Mn is added, and more specifically to melting a TiAl intermetallic compound having a high Mn yield. The present invention relates to a casting method.
（従来の技術とその課題） 近年、軽量耐熱材料としてＴｉＡｌ金属間化合物が注目
され、その実用化のための研究が盛んに行われてきてい
る。しかしながら、このＴｉＡｌ金属間化合物は、常温
では延性が殆どなく脆いために、構造材料としてはその
実用化が難しい。このため、ＴｉＡｌ金属間化合物に種
々の第３元素を添加することが試みられており、これま
でのところ、特にＴｉ−34.5％Ａｌ−１．５％Ｍｎの組
成からなる金属間化合物がこの欠点を克服する有望な材
料であることが見出されている。(Prior Art and Its Problems) In recent years, attention has been paid to TiAl intermetallic compounds as lightweight heat-resistant materials, and research for practical use thereof has been actively conducted. However, since this TiAl intermetallic compound has little ductility at room temperature and is brittle, it is difficult to put it to practical use as a structural material. For this reason, it has been attempted to add various third elements to the TiAl intermetallic compound, and so far, the intermetallic compound having a composition of Ti-34.5% Al-1.5% Mn has hitherto been a drawback. It has been found to be a promising material to overcome.
また一方、従来、ＴｉＡｌ金属間化合物については、消
耗電極型真空アーク炉か電子ビーム溶解炉で溶解するこ
とが試みられている。しかしながら消耗電極型真空アー
ク炉の場合には、インゴットの縦方向に多数の内部割れ
が発生し、材質欠陥が生じるという欠点がある。また、
電子ビーム溶解炉では炉内が高真空なためにＡｌが蒸発
し、真空の保持が困難である。このような欠点を解消す
るものとして、すでにこの発明の発明者らによって、粗
粒のＴｉ、Ａｌを秤量してブリケットとし、これを炉内
で一次溶解した後に、得られた棒状インゴットを引下げ
溶解して鋳造するプラズマ電子ビーム炉溶解法が最善の
方法であることが見出され、新しい技術として提案され
ている。この方法を採用すると、マクロ偏析、ピンホー
ル及び非金属介在物のない健全なインゴットが得られ
る。On the other hand, it has been attempted to dissolve the TiAl intermetallic compound in a consumable electrode type vacuum arc furnace or an electron beam melting furnace. However, in the case of the consumable electrode type vacuum arc furnace, there are disadvantages that many internal cracks occur in the vertical direction of the ingot and material defects occur. Also,
In the electron beam melting furnace, since the inside of the furnace has a high vacuum, Al evaporates and it is difficult to maintain the vacuum. In order to solve such a drawback, the inventors of the present invention have already weighed coarse particles of Ti and Al to form briquettes, which were first melted in a furnace, and then the resulting rod-shaped ingot was pulled down and melted. It was found that the plasma electron beam furnace melting method for casting by casting is the best method and has been proposed as a new technique. When this method is adopted, a sound ingot free of macrosegregation, pinholes and non-metallic inclusions can be obtained.
しかしながら、このプラズマ電子ビーム炉を用いる方法
であっても、その実用上の価値が注目されている１．５
％Ｍｎを添加したＴｉＡｌ金属間化合物を溶解する場合
には、一次溶解と引下げ溶解時に添加したＭｎが殆ど蒸
発し、目的の組成のインゴットが得られないという現象
が明らかになった。この現象は、Ｍｎの蒸気圧がＡｌの
蒸気圧の約５０倍と非常に高いために、Ｍｎの歩留りが
５％程度になってしまうことに起因している。However, even with the method using this plasma electron beam furnace, its practical value is drawing attention.
When the TiAl intermetallic compound to which% Mn was added was dissolved, it was revealed that the Mn added during the primary dissolution and the down-melting was almost evaporated, and an ingot of the desired composition could not be obtained. This phenomenon is caused by the fact that the vapor pressure of Mn is about 50 times as high as the vapor pressure of Al, so that the yield of Mn becomes about 5%.
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
り、Ｍｎの歩留が良く、目的とする組成からなるＭｎ添
加ＴｉＡｌ金属間化合物の改善された溶解鋳造法を提供
することを目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an improved melting casting method for a Mn-added TiAl intermetallic compound having a high Mn yield and a target composition. There is.
（課題を解決するための手段） この発明は、前記の課題を解決するものとして、Ｍｎを
添加したＴｉＡｌ金属間化合物をプラズマ電子ビーム炉
で溶解鋳造するに際し、プラズマ電子ビーム溶解を７５
０Ａ以下の低電流下で行い、かつ、ＭｎとＴｉおよびＡ
ｌ粗粒からのブリケットを一次溶解した後の鋳塊を反転
し、鋳塊の表面層を溶解して脱ガスし、次いで得られた
インゴットを溶解して引下げ鋳造することを特徴とする
プラズマ電子ビーム炉におけるＭｎを添加したＴｉＡｌ
金属間化合物の溶解鋳造方法を提供するものである。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention employs a plasma electron beam melting method for melting and casting a TiAl intermetallic compound containing Mn by a plasma electron beam furnace.
Performed under a low current of 0 A or less, and Mn, Ti and A
l Plasma electron characterized by inverting the ingot after primary melting of briquettes from coarse particles, melting and degassing the surface layer of the ingot, and then melting and pulling down the obtained ingot. TiAl in beam furnace with Mn added
A method for melting and casting an intermetallic compound is provided.
次にこの発明を添付した図面に沿って詳細に説明する。Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
第１図はこの発明の方法のプラズマ電子ビーム溶解炉を
示した構成断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing the construction of a plasma electron beam melting furnace of the method of the present invention.
まず、Ｍｎと粗粒のＴｉおよびＡｌを秤量してブリケッ
ト（１）を成形し、次いでこのブリケット（１）を水冷
銅鋳型（２）内に入れ、電子ビーム（３）を照射して一
次溶解する。ブリケット（１）が溶けて、棒状のインゴ
ット（４）になる。次にこの棒状のインゴット（４）を
反転し、一次溶解した後のこの棒状インゴット（４）の
表面層を、電子ビーム（３）によって溶解して脱ガスす
る。次いで、脱ガスを行った棒状インゴット（４）を支
持部材（５）によって支持し、移動させながら電子ビー
ム（３）によって溶解し、水冷銅鋳型（６）内でインゴ
ット（７）を第１図の矢印方向に引下げつつ鋳造する。First, Mn and coarse-grained Ti and Al are weighed to form a briquette (1), and then the briquette (1) is placed in a water-cooled copper mold (2) and irradiated with an electron beam (3) to perform primary melting. To do. The briquette (1) melts into a rod-shaped ingot (4). Next, the rod-shaped ingot (4) is inverted, and the surface layer of the rod-shaped ingot (4) after the primary melting is melted by the electron beam (3) and degassed. Next, the degassed rod-shaped ingot (4) is supported by a supporting member (5), melted by an electron beam (3) while moving, and the ingot (7) is placed in a water-cooled copper mold (6) as shown in FIG. Cast while lowering in the direction of arrow.
このような、一次溶解後の鋳塊（インゴット）を反転し
て表面層を溶解し、脱ガスすることを特徴とするこの発
明のＭｎ添加ＴｉＡｌ金属間化合物の溶解鋳造方法は、
この発明の発明者によってはじめて完成されたものであ
り、次のような新しい知見に基づいている。Such a method of melting and casting a Mn-added TiAl intermetallic compound according to the present invention, which comprises inverting the ingot after the primary melting to melt the surface layer and degassing,
It was first completed by the inventor of the present invention, and is based on the following new findings.
すなわち、この発明者らは、すでに一般的なＴｉ合金の
プラズマ電子ビーム溶解法（「鉄と銅」Vol.74(1988)F.
278）を開発していたが、この溶解法では、Ｍｎ添加し
たものの場合にはＭｎがほとんど蒸発し、目的とする鋳
塊（インゴット）が得られないことから、このＭｎの損
失過程を追跡した結果、大部分のＭｎは一次溶解および
引下げ溶解時において蒸発し、その蒸発は、表面温度
（溶解電流）に著しく影響される。そのため、このよう
な不都合を解消すべく検討したところ、通常のＴｉ合
金、たとえばＴｉＡｌ金属間化合物の場合よりも低い電
流で、短い溶解時間とすることによってこのＭｎの蒸発
を抑えることができることを見出した。That is, the inventors of the present invention have already used a general plasma electron beam melting method for Ti alloys ("Iron and Copper" Vol. 74 (1988) F.
278) was developed, but in this melting method, Mn was almost evaporated in the case of adding Mn, and the target ingot (ingot) was not obtained. Therefore, the Mn loss process was traced. As a result, most of Mn evaporates during the primary melting and the down melting, and the evaporation is significantly affected by the surface temperature (melting current). Therefore, as a result of studying to eliminate such inconvenience, it was found that the evaporation of Mn can be suppressed by a shorter melting time with a lower current than in the case of a normal Ti alloy, for example, TiAl intermetallic compound. It was
たとえば具体的には、ＴｉＡｌの場合、９００Ａ程度の
電流値を７５０Ａに低下させるとＭｎの歩留が大きく向
上することを見出した。このような低電流条件は、溶解
時のプラズマ電子ビームのエネルギーの指標であって、
エネルギー量として考えるべきものであるが、具体的操
作指標としては、７５０Ａ以下という低電流条件が見出
された。For example, specifically, in the case of TiAl, it has been found that the yield of Mn is greatly improved by reducing the current value of about 900 A to 750 A. Such a low current condition is an index of plasma electron beam energy during melting,
Although it should be considered as the amount of energy, a low current condition of 750 A or less was found as a specific operation index.
しかしまた、この改善によっても若干の欠点が残されて
いることも明らかになった。それは鋳塊中でピンホール
が発生することである。このことは、低電流／低表面温
度で溶解する場合には、脱ガスが不十分であることに原
因がある。However, it has also become clear that this improvement leaves some drawbacks. That is the formation of pinholes in the ingot. This is due to insufficient degassing when melting at low current / low surface temperature.
そこでさらに発明者が詳しく検討して導いた手段が、一
次溶解後の鋳塊の反転による表面層の溶解と脱ガスとい
う手段である。Therefore, the means that the present inventor has studied in detail is a means of melting and degassing the surface layer by reversing the ingot after the primary melting.
これを図示したのが第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）である。
この第２図に示したように、（ａ）：水冷銅鋳型（２）
内のブリケット（１）を電子ビーム（３）照射によって
溶解する。（ｂ）：得られたインゴット（４）を反転さ
せ、底面部（Ａ）が表面にくるようにする。（Ｃ）：電
子ビーム（３）を照射して、この部分（Ａ）のみを溶解
して脱ガスする。This is shown in FIGS. 2 (a), (b) and (c).
As shown in FIG. 2, (a): water-cooled copper mold (2)
The briquette (1) therein is melted by irradiation with an electron beam (3). (B): The obtained ingot (4) is inverted so that the bottom surface portion (A) is on the surface. (C): Irradiate the electron beam (3) to melt and degas only this portion (A).
この場合も、溶解は、通常のＴｉＡｌ金属間化合物の場
合よりも低い温度で、つまり、７５０Ａ以下の低電流
で、短時間に行うことが有効である。Also in this case, it is effective to carry out the melting at a lower temperature than in the case of a normal TiAl intermetallic compound, that is, at a low current of 750 A or less in a short time.
これによって、Ｍｎ歩留も良好で、ピンホールのないＭ
ｎ添加ＴｉＡｌ金属間化合物の鋳塊を得ることができ
る。As a result, the Mn yield is good and M without pinholes.
An ingot of n-added TiAl intermetallic compound can be obtained.
次に実施例を示して、さらに詳しくこの発明について説
明する。Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
（実施例１〜３） Ｍｎを４．５重量％添加したＴｉＡｌのブリケットを、
溶解条件７５０Ａ（２０〜２５Ｖ）、溶解速度１４mm／
minとして一次溶解し、次いで得られた棒状インゴット
を反転し、溶解条件５００Ａ（２０〜２５Ｖ）、溶解速
度１４mm／minで、この棒状インゴットの表面層を溶解
し、脱ガスを行った。次いでこの棒状インゴットを溶解
条件７５０Ａ（２０〜２５Ｖ）、溶解速度、すなわちイ
ンゴットの引下げ速度３．５mm／minで溶解した。得ら
れたインゴット中のＭｎ量は１．３重量％〜１．６重量
％であり、Ｍｎの歩留は３１％と良好であった。また、
インゴット中のピンホールは皆無であった。なお、各実
施例のＡｌは３５％前後で、Ａ１の歩留は９２％であっ
た。(Examples 1 to 3) A briquette of TiAl containing 4.5% by weight of Mn was prepared.
Dissolution condition 750A (20-25V), dissolution rate 14 mm /
The rod-shaped ingot thus obtained was first melted at a min, then the obtained rod-shaped ingot was inverted, and the surface layer of the rod-shaped ingot was melted at a melting condition of 500 A (20 to 25 V) and a melting rate of 14 mm / min, and degassing was performed. Next, the rod-shaped ingot was melted under the melting condition of 750 A (20 to 25 V) at the melting speed, that is, the ingot lowering speed of 3.5 mm / min. The amount of Mn in the obtained ingot was 1.3% by weight to 1.6% by weight, and the Mn yield was good at 31%. Also,
There were no pinholes in the ingot. The Al content in each example was around 35%, and the A1 yield was 92%.
この結果を、後述の比較例とともに表１に示した。The results are shown in Table 1 together with Comparative Examples described later.
（比較例１〜３） Ｍｎを各々２．０重量％添加したＡ１３５％前後のＴｉ
Ａｌブリケットを９００Ａ（３０〜３５Ｖ）溶解速度１
４mm／minの溶解条件のもとで溶解し、棒状インゴット
とした。次いでこのインゴットを反転させ、９００Ａ
（３０〜３５Ｖ）の溶解条件のもとで完全溶解させ、続
いて、９００Ａ（３０〜３５Ｖ）で、インゴットを３．
０mm／minの速度で引下げ溶解を実施した。この結果、
引下げインゴット中のＭｎ量は0.03重量％〜0.06重量％
で、Ｍｎの歩留は１．５％〜３．０％にすぎなかった。
反転はしたものの、インゴットの完全溶解によって、Ｍ
ｎはほとんど蒸発して失われてしまった。(Comparative Examples 1 to 3) Ti with A of around 135% with 2.0% by weight of Mn added.
Al briquette 900A (30-35V) dissolution rate 1
It was melted under a melting condition of 4 mm / min to obtain a rod-shaped ingot. Then invert this ingot to 900A
2. Completely dissolve under the melting condition of (30-35V), and then 900A (30-35V), ingot 3.
The dissolution was carried out by pulling down at a speed of 0 mm / min. As a result,
The amount of Mn in the reduced ingot is 0.03% to 0.06% by weight.
The Mn yield was only 1.5% to 3.0%.
Although it was turned over, due to the complete melting of the ingot, M
Most of n was evaporated and lost.
（比較例４〜６） Ａｌの含有量を３５重量％前後とし、Ｍｎを各々４．０
重量％、４．５重量％、５．０重量％添加したブリケッ
トを、７５０Ａ（２５Ｖ）、溶解速度１５mm／minの溶
解条件下で一次溶解した棒状インゴットとした。この棒
状インゴットを反転することなく７５０Ａ（２５Ｖ）の
溶解条件下で３．５mm／minで引下げ溶解した。得られ
たインゴット中のＭｎ含有量は、１．３重量％、１．５
重量％、１．８ 重量％で、Ｍｎの歩留は３３％前後となった。しかしな
がら、このようにＭｎの歩留は向上したものの、引下げ
インゴット中にピンホールが発生した。(Comparative Examples 4 to 6) The Al content is set to about 35% by weight, and the Mn is set to 4.0.
The briquettes added with wt.%, 4.5 wt.% And 5.0 wt.% Were used as primary rod-shaped ingots under the melting conditions of 750 A (25 V) and a dissolution rate of 15 mm / min. This rod-shaped ingot was pulled down and melted at 3.5 mm / min under the melting condition of 750 A (25 V) without being inverted. The Mn content in the obtained ingot was 1.3% by weight, 1.5
% By weight, 1.8 The weight percent of Mn was around 33%. However, although the Mn yield was improved in this way, pinholes were generated during the pulling ingot.
（発明の効果） 以上詳しく説明したように、この発明により、Ｍｎを含
むＴｉＡｌ金属間化合物のＭｎの歩留が向上し、ピンホ
ールもない健全なインゴットが得られる。所定の組成の
Ｍｎ−ＴｉＡｌ金属間化合物のインゴットが製造され
る。(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, the yield of Mn in the TiAl intermetallic compound containing Mn is improved, and a sound ingot without pinholes can be obtained. An ingot of Mn-TiAl intermetallic compound having a predetermined composition is manufactured.
第１図は、この発明の方法に使用するプラズマ電子ビー
ム溶解炉を例示した構成断面図である。第２図は、ブリ
ケットの反転溶解について示した部分断面図である。 １…ブリケット ２…水冷銅鋳型 ３…電子ビーム ４…棒状インゴット ５…支持部材 ６…水冷銅鋳型 ７…インゴットFIG. 1 is a structural cross-sectional view illustrating a plasma electron beam melting furnace used in the method of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing reverse melting of briquettes. 1 ... Briquette 2 ... Water-cooled copper mold 3 ... Electron beam 4 ... Rod-shaped ingot 5 ... Support member 6 ... Water-cooled copper mold 7 ... Ingot
Claims (1)
ラズマ電子ビーム炉で溶解鋳造するに際し、プラズマ電
子ビーム溶解を７５０Ａ以下の低電流下で行い、かつ、
ＭｎとＴｉおよびＡｌ粗粒からのブリケットを一次溶解
した後の鋳塊を反転し、鋳塊の表面層を溶解して脱ガス
し、次いで得られたインゴットを溶解して引下げ鋳造す
ることを特徴とするプラズマ電子ビーム炉におけるＭｎ
添加ＴｉＡｌ金属間化合物の溶解鋳造方法。1. When melting and casting a TiAl intermetallic compound containing Mn in a plasma electron beam furnace, plasma electron beam melting is performed under a low current of 750 A or less, and
Characterized in that the ingot after primary melting of briquettes from Mn, Ti and Al coarse grains is inverted, the surface layer of the ingot is melted and degassed, and then the obtained ingot is melted and down cast Mn in the plasma electron beam furnace
Method for melting and casting added TiAl intermetallic compound.
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|---|---|---|---|
| JP1046469A JPH066762B2 (en) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | Method for melting and casting Mn-added TiA1 intermetallic compound |
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Publications (2)
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| JPH02228435A JPH02228435A (en) | 1990-09-11 |
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1989
- 1989-03-01 JP JP1046469A patent/JPH066762B2/en not_active Expired - Lifetime
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