JP5726457B2 - チタン製品またはチタン合金製品の製造方法 - Google Patents
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そのチタン成形法の一つとして粉末冶金法がある。粉末冶金法では粉末を加熱・加圧処理することで均一かつ目的形状の成形体を作る方法であり、成形体母材としてチタン粉末またはチタン合金粉末を用いる。
方法としては、金属チタンとして一般に得られるスポンジチタンを機械的に粉砕して粉末とする方法もあるが、スポンジチタンは展延性に富むためこれを直接粉砕して微粉末を得ることは困難であり、また塩素分が多いため粉末冶金用としては適さない。そこで、一般的には溶融チタンをガスで吹き飛ばして粉末を作るアトマイズ法、あるいはチタン電極を回転させ、その電極をプラズマ等で溶融し、遠心力で吹き飛ばして粉末を作る回転電極法がある。この方法によれば比較的純度の高いチタン粉末を得ることができるが、粉末形状、粒度、コスト等に難点がある。
ンまたはチタン合金を水素化処理して、脆弱なチタン水素化物とし、これを機械的に粉砕して粉末にした後、真空加熱等により脱水素してチタンまたはチタン合金粉末を得るHDH法による方法が一般的に採用されている。常温で脆弱なチタン水素化物を得るためには、水素を約3重量%以上吸収させる必要があり、この3重量%以上の水素化物は一般にδ相と言われ、これを粉砕後に真空加熱して300ppm以下に脱水素化して粉末を得ている。
固化成形する粉末冶金法にて、成形体が作製される。しかし、この製法では一般な鉄鋼材料に比べてコストが高いため、構造部材として適用するにはコストパフォーマンスが悪く、普及できていない。そこで、水素化し粉砕した状態での粉末を、例えば特許第3100830号公報(特許文献2)に示されるような、粉末充填、熱間押出により固化成形することも考えられる。
(1)チタン粉末またはチタン合金粉末を、鉄系もしくはチタンまたはチタン合金製のカプセルに充填率90%以下になるように充填し、300〜800℃にて加熱しつつカプセル内を0.133Pa以下に減圧し、その後20℃/min以下の速度で100℃以下に冷却し、該カプセルを密封した後、該カプセルを1〜50℃/minの加熱速度で、800℃以上に加熱して一定時間保持した後、該カプセルを加圧してチタン粉末またはチタン合金粉末を固化成形することを特徴とするチタン製品またはチタン合金製品の製造方法。
(3)前記(1)に記載する固化成形を熱間押出により押出比4以上で固化成形することを特徴とするチタン製品またはチタン合金製品の製造方法にある。
本発明に係る原料は、純Ti、Ti−6質量%Al−4質量%Vなる合金粉末等のTi合金を用いて、HDH法の工程にてチタンまたはチタン合金を水素化し、粉砕後、脱水素工程を省略し水素含有量を3%以上含むチタン粉末またはチタン合金粉末を用いる。粉末の大きさについては、平均粒度5μm未満の微粉末では充填率や作業性が悪くなる。また、平均粒度1000μm以上の粗粉だけになった場合も充填性の悪化を招くことから、その範囲を5〜1000μmとした。好ましくは10〜500μmとする。
もしくはチタンまたはチタン合金製カプセルに90%以下で水素化Ti粉末またはTi合金粉末を充填する。粉末を充填したカプセルを0.133Pa以下で300℃以上に保持して脱水素化する。この状態で密封、1℃〜50℃/minの加熱速度で800℃以上、押出比4以上で熱間押出により固化成形体を得る。この方法で得られた固化成形体は、インゴット法で作製した同一成分と同じ機械的特性を有する。
鉄系もしくはチタンまたはチタン合金製カプセルに充填率90%以下になるように充填する。なお、充填率は、カプセルに充填する粉末の密度を基にして、カプセル内容積から100%充填したときの重量を計算、実際に充填できた重量を測定することで導き出せる。つまり、充填率(%)=実際に充填できた重量/内容積から計算した充填率が100%のときの重量×100、にて表示する。充填率90%を超えると真空加熱脱気処理の際に、水素が抜ける流路を充分に確保できないため、一部粉末に水素を含有したままの状態となり、当該真空加熱脱気処理を施しても水素量が300ppm以下とならない。したがって、上限を90%とする。
表1に示す成分組成のチタンまたはチタン合金を用いて、HDH法の工程にてチタンまたはチタン合金を水素化し、粉砕するものと、脱水素工程を省略し水素含有量を3%以上含むチタン粉末またはチタン合金粉末を用いる。上記粉末を充填率が90%以下になるようにカプセルに充填する。カプセルは直径150mm、長さ400mm、厚み4mmの容器を軟鋼にて作成し、片側の蓋を溶接した状態で、内面を洗浄、脱脂処理した上にて粉末を充填する。場合によっては充填から次の脱気工程に入るまでを、真空もしくは不活性ガスチャンバー内で作業しても良い。
特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊
Claims (3)
- チタン粉末またはチタン合金粉末を、鉄系もしくはチタンまたはチタン合金製のカプセルに充填率90%以下になるように充填し、300〜800℃にて加熱しつつカプセル内を0.133Pa以下に減圧し、その後20℃/min以下の速度で100℃以下に冷却し、該カプセルを密封した後、該カプセルを1〜50℃/minの加熱速度で、800℃以上に加熱して一定時間保持した後、該カプセルを加圧してチタン粉末またはチタン合金粉末を固化成形することを特徴とするチタン製品またはチタン合金製品の製造方法。
- 請求項1に記載するチタン粉末及びチタン合金粉末の平均粒度を5〜1000μmとすることを特徴とするチタン製品またはチタン合金製品の製造方法。
- 請求項1に記載する固化成形を熱間押出により押出比4以上で固化成形することを特徴とするチタン製品またはチタン合金製品の製造方法。
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