JPS6284883A - Ｔｉ系金属とＮｉ系金属のクラツド材の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｔｉ系金属とＮｉ系金属のクラツド材、特に
境界層の接合強度の優れたクラツド材の製造方法に関す
るものである。

（従来の技術） 従来より、ＴＩを芯材としたＴｉ−Ｎｉクラツド材の加
工法としては、例えばＴｉ系金属製芯材をＮｉ系金属層
に重ね合わせ被覆してなる積層棒材を２００℃〜６００
℃で温間押出した後、押し出された棒材に焼鈍処理を施
して軟化させ、次いで冷間加工を施す方法が提案されて
いる（特公昭６０−１３４２４号）。

しかしながら、このクラッド材を製造し、また利用する
うえでの問題点としては、両金属間の接合強度を改善す
るための加熱圧接条件では、却って境界層にＴｉｚＮｉ
　５ＴｉＮｉＳＴｉＮｉ３等の脆いＮ　ｉ　−Ｔ　ｉ金
属間化合物が生成し、これが接合強度向上のための障害
となっていることが挙げられる。

すなわち、特公昭６０−１３４２４号の場合、６００℃
以下であれば、Ｎｉ−Ｔｉ金属間化合物の生成はほとん
ど問題ないと考えて、 ２００〜６００℃で温間押出し 焼鈍処理で軟化させる ↓ 冷間加工 の各工程による加工を提案しているが、接合強度の向上
のためには、やはりＮｉ−Ｔｉ金属間化合物の生成が障
害となっているのである。

かかる金属間化合物生成の問題点を解決する方法として
、むしろ境界層にＮ　ｉ　−Ｔ　ｉ金属間化合物の生成
したＮｉとＴｉとから成るクラツド材を強加工して境界
層の金属間化合物を微細化した後、６００℃以下の温度
で熱処理を行うことを特徴とするクラツド材の製造方法
が提案されている（特開昭５７−１５６８７９号）。こ
れは、Ｎｉ材とＴｉ材とのクラツド化に際して拡散構造
を与えるだめの加熱により必然的に生成する脆いＮｉ−
Ｔｉ金属間化合物を機械加工により微細化して再度比較
的低温度で熱処理する方法を探ることにより、クラツド
化時の温度制約が著しく緩和され、全体として改善され
た接合強度のＮ　ｉ　−Ｔ　ｉクラッド材が得られると
いうことである。

すなわち、特開昭５７−１５６８７９号の場合は、上記
問題点を解決するために、生成したＮｉ−Ｔｉ金属間化
合物の発生を防止するのではなく、生成した金属間化合
物を比較的影響の少ない状態でクラツド材中に存在せし
めて、接合強度を改善することを意図して、 Ｎｉ材とＴｉ材を圧接し加熱することによりクラツド化
する 圧延・押出等の加工法により強加工を行い、金属間化合
物を微細化する ６００℃以下、望ましくは５５０〜４５０℃の温度で１
０分〜２時間熱処理して、Ｎｉ材とＴｉ材の境界に拡散
を起こさせる の各工程から成る加工法が提案されている。

しかし、改良された特開昭５７−１５６８７９号の方法
においても、「加工→熱処理」というように、必ず熱処
理工程が必要であり、処理が複雑となり、高価なものと
なる。また、そのようにして得られたクラッド材であっ
ても接合強度は０．１８ｋｇ／ｉｏ＋ｗ”とかなり低い
値である。

このように接合強度が低いと、次工程の伸線工程におい
て、Ｎｉ材とＴｉ材とが剥離して、不良率が高くなる。

不良率を低減させるためには、伸線加工方法より判断し
て、接合強度は２０　ｋｇ／ｌｌ１ｍ！以上は必要であ
る。したがって、上記製造方法によっても接合強度に問
題がある。

ここに、接合強度を高める方法としては、爆発圧着や熱
間静水圧プレスなどがある。熱間静水圧プレスによると
接合強度はかなり向上し、１７　ｋｇ／ｍｍ２程度とな
るが、この程度ではまだ伸線加工においては不良率が高
いと言わざるを得ない。一方、爆発圧着によると接合強
度は２０　ｋｇ／ｍｍｚとなり、伸線工程においても低
い不良率で大きな問題もなく伸線を行うことができる。

しかしながら、爆発圧着法では、長尺のクラツド材を得
ることは困難であり、しかも爆薬を使用するために加工
コストが高いと共に、安全のための特別な’ＡＨを必要
とする等の問題点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、Ｔｉ系金属、すなわちＴｉまたはＴｉ
合金とＮｉ系金属、すなわちＮｉまたはＮｉ合金との接
合強度を飛躍的に向上させ、Ｔｉの軽量性および耐蝕性
と、Ｎｉの加工性、プレス性、切削性、ろう付性等の表
面処理性とを併せて利用した、両種金属から成るクラツ
ド材を効率よく安価に製造する方法を提供することであ
る。

すなわち、本発明の目的は、Ｔｉ系金属の芯材にＮｉ系
金属の中空材を嵌合させてクラッド素材を作り、該素材
を熱間プレスと交叉型の傾斜圧延機とにより熱間（もし
くは温間）延伸圧延を施すことにより、接合強度が２０
　ｋｇ／ｆｆｕｗ２以上のクラツド材を効率良く安価に
製造する方法を提供することである。

また、本発明の別の目的は、特開昭５７−１５６８７９
号のように加工後、熱処理をしなくても接合強度の高い
クラツド材を製造することができる方法を提供すること
である。

本発明のさらに別の目的は、本発明により製造されるク
ラツド材が、何ら熱処理を施すことなく、次工程の冷間
加工を施すことができ、したがって、省エネルギーの観
点からも効果が大きいクラツド材の製造方法を提供する
ことである。

（問題点を解決するための手段） ここに、本発明は、ＴｉまたはＴｉ合金の押出用ビレッ
トの外周がＮｉまたはＮｉ合金で被覆、密閉され、その
被覆内が真空状態にされているかまたは被覆内の空気が
不活性ガスで置換されている押出成形用のクラッド素材
を、８５０℃以下の温度に加熱して熱間押出加工を行い
、続いて、８５０℃以下の温度に加熱して傾斜圧延機に
て傾斜圧延する熱間もしくは温間での延伸加工を施すこ
とを特徴とするＴｉ系金属とＮｉ系金属のクラツド材の
製造方法である。

本発明にあって、クラッド素材を作る場合、Ｔｉまたは
Ｔｉ合金の芯材とＮｉまたはＮｉ合金の中空材を用意し
、これら両金属材をトリクレン等で脱脂、清浄後、両者
を嵌合し、真空引きを行うか不活性ガスで置換を行い、
端面を密閉接合する。あるいは処理順序を変えて、真空
引きを行うか不活性ガス置換を行った中空材内に芯材を
挿入し、次いで端面を密閉接合する。かかるクラッド素
材の調製は、次工程での加熱時に、境界面に酸化被膜を
作らないようにするために行うのである。

次に、該クランド素材を延伸する熱間（温間）延伸加工
に続＜０本発明にあっては、この延伸加工では、「熱間
押出し」と「傾斜圧延」加工を組み合わせることを特徴
とする。なぜなら、熱間押出し加工のみでは、接合強度
が１０＝１４　ｋｇ／＋ｕ＋”と低いからであり、さら
に、冷間加工を加えられるサイズにしようとすれば、必
然的に素材サイズに制限が生じてくる。素材を大きくし
て大きな減面率を得ようとすれば、プレスの機械そのも
のが非常に大きくなってしまうからである。また、芯材
と外層材との変形抵抗の差で、熱間押出しではあまり大
きな減面率を得ることはできない、したがって、本発明
にあっては、上記熱間押出し加工に続いて傾斜圧延を行
うのである。

一方、傾斜圧延のみでは、嵌合されたクラッド素材を傾
斜圧延する場合、傾斜圧延特有のフレアリングという外
層材のみが伸ばされる状態が発生し、芯材と外層材が剥
離する現象が生じる。したがって、本発明では、熱間押
出しと傾斜圧延を組合わせる加工法を採用している。

なお、上記延伸加工法において、一般的に用いられてい
る孔型圧延法を採用することも考えられる。すなわち、
孔型圧延のみによる延伸工程、あるいは、熱間押出し、
それに続いて孔型圧延という延伸工程等が考えられる。

しかし、孔型圧延法では拘束面と自由面とが必ず存在し
、自由面において境界面が剥離する現象が生じる。本発
明者らは孔型圧延法により上記２点の延伸工程を検討し
たが、成品の境界面のミクロ観察を行なワたところ接合
不良の個所があるのを確認した。

さらに、本発明における延伸加工法においては先に検討
した孔型圧延法の代わりに鍛伸法も考えられるが、結果
は孔型圧延の場合と同様に境界面が剥離する現象が生じ
た。

したがって、以上より、本発明における熱間（温間）延
伸加工法としては、「熱間押出し加工」、好ましくは「
プレスによる熱間押出し加工」と「傾斜圧延機による傾
斜圧延」、好ましくは「交叉型傾斜圧延機による傾斜圧
延」を組み合わせる必要があることを確認した。

ここに、「傾斜圧延」とは３あるいは４個の同形のロー
ルを、それらの軸心線を素材軸に対しである角度だけ傾
斜させて同方向に同速度で回転させ、素材に送り速度を
与えて加工を行う方法である。また、「交叉型」とは上
記ロールの軸心線が素材軸に対して交叉するように配置
されている場合をいう、　交叉型の傾斜圧延法としては
、本発明者らが提案している方法（特開昭５９−４９０
２号）を採用するのが望ましい。すなわち、交叉型の傾
斜圧延機であってかつ該傾斜圧延機の交叉角（Ｔ）およ
び傾斜角（β）は、０°くγ〈１５°、３゜〈β〈２０
°、および５゛〈γ＋β〈３０“を満足するように設定
された交叉型傾斜圧延機を使用するのが望ましい。しか
し、特にそれにのみ制限されるものではない。

なお、Ｔｉ系金属としては、ＴｉおよびＴｉ合金が包含
されるが、その場合、純Ｔｉ以外にも、Ｔｉを主成分と
するＴｉとＡＪ、ＶＳＭｎＳＦｅ、　Ｃｕ％Ｍｏ、　Ｃ
ｒ、　Ｗ等の成分の１種または２種以上との合金を含む
ものであり、合金中のＴｉ含有量は９０％（重量％、以
下断らない限り同様とする）以上であることが好ましい
。９０％未満では比重が増加して軽金属としての特徴が
損なわれるからである。

Ｎｉ系金属としては、ＮｉおよびＮｉ合金が包含される
が、その場合、純Ｎｉ以外にも、Ｎｉを主成分とするＮ
ｉとＣｒｓ　Ｃｕｓ　Ｆｅｂ＾ｇｓ　５ｉＳＳ　、、　
ＰｂＳＰｔ、　Ａｕ、希土類元素、Ｔｉ５Ｎｂｓ　　Ａ
Ｊ　、　Ｍｏ、　Ｓｎｓ　Ｃｏ等の成分の１種または２
種以上との合金を包含するものである。

また、熱間（温間）延伸加工法において、それぞれ加熱
温度を８５０℃以下としたのは、Ｔｉが他の金属たとえ
ばＮｉやＣｕと反応して、９００℃付近で溶解し始める
からである。というのは、本発明で採用している「熱間
押出し」、「傾斜圧延」は加工度（減面率）を大きくす
ることができるので、加工中の加工熱発生が伴い、５０
℃程度材料温度が上昇するからである。したがって、加
熱温度は８５０℃以下とした。この加熱温度の下限はそ
れぞれいわゆる熱間加工（もしくは温間加工）が行われ
る限り、特に制限はないが、一般的には、好ましくは熱
間押出し加工の場合、５００℃以上、傾斜圧延加工の場
合、４００℃以上である。それぞれこれを下回る加熱温
度ではプレスおよび傾斜圧延機の所要能力が非常に大き
くなり、実用的な機械の大きさではなくなるからである
。

次に、添付図面に関連させて本発明をさらに詳細に説明
する。

第１図は、クラッド素材１０の製作方法を説明する一部
断面で示す略式説明図であり、Ｎｉ系金属材、例えばモ
ネルで構成した筒状の中空材１１は、まず内面を研磨仕
上げして用意する。一方、Ｔｉ系金属材、例えば純Ｔｉ
材から成るビレット１２は脱脂洗浄後、上記中空材１１
内に挿入される。挿入後、中空材１１内を真空に引くか
あるいは不活性ガスで置換するかし、次いで一端を蓋１
３を使って閉じて溶接して押出加工用のクラッド素材と
するのである。

次に、第２図に示すように、か（して得られた押出加工
用のクラッド素材２０が、熱間での押出加工が行われる
。符号２１は押出加工用のラム、２２は押出成形品、そ
して符号２３はダイスを、符号２４はコンテナを示す。

次いで、第３図に示すように、上記押出成形品３０には
さらに傾斜圧延ロール３１．３２等から構成される傾斜
圧延機３３によって傾斜圧延が行われ、所定の形状、寸
法に仕上げられる。傾斜圧延ロールの軸心線３１’　、
３２“は好ましくは素材軸に対して交叉している。

このように、本発明によれば、熱間押出加工、および傾
斜圧延というかなり苛酷な加工をおこなっても表層と内
部層との剥離はみられず、十分な接合強度が得られるこ
とが分かる。すなわち、かかる強度の加工を行うことに
よってＴｉ系金属とＮｉ系金属との接合強度は２０Ｋｇ
／ｍｍ”以上となり、その後に冷間伸線加工を行うでも
層剥離は見られないのである。

次に、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

実施例 外周を研磨仕上げした外径６９Ｉ×長さ２００ｍｍの純
Ｔｉ棒（ＪＩＳ　２種）を、同様に内面を研磨した外径
７８ｍｍ　ｘ厚さ４．５ｍｍ　ｘ長さ２２０ｍｍの中空
材のモネル材に、接触する面を脱脂・清浄後挿入し、真
空引きを行い、端面をモネル板にて密閉するように溶接
を、実施した（第１図参照）。

純Ｔｉとモネルの成分はそれぞれ第１表および第２表に
示す通りであった。

く純Ｔｔ＞　　　第１表　　　　　　（重量％）第２表 くそネル〉　　　　　　　　　　（重量％）上記材料を
用い、第２図に示すようにしてプレスにて熱間押出し加
工を行なった。

〔押出し加工条件〕

ａ）減面率：直径７８ｍｍ　　＝　直径４０ＩＩＩ１１
ｂ）加熱温度；８００℃、７００℃、６００℃このとき
得られた熱間押出しクラツド材の接合強度の測定結果を
第４図にグラフで示す。図示データから低温で加熱した
方が、接合強度が増加することがわかる。

なお、接合強度の測定は、同じ（第４図に示すように接
合物品を残した試験片を穴あき台に載せ、上方より荷重
（Ｐ）をかけ、接合物品が接合部で破断するまでの最大
荷重Ｐｍａｙを測定して、接合部面積Ａより（Ｐｍａｘ
／Ａ）として求めた。

次に、加熱温度８００℃で押出加工したクラッド材料（
直径４０酎）を用い、第３図に示すようにして、交叉型
の傾斜圧延機にて、傾斜圧延を行なった。

〔傾斜圧延条件〕

ａ）交叉角（γ）−５°、傾斜角（β）−１５゜ロール
直径＝１１７ｍｍ ｂ）ロール材質＝　５８Ｍ４４０ Ｃ）ロール回転数−８０ｒｐ＋ｍ ｄ）減面率：直径４０ｍｍ　　＝　直径２０ａ＋ｓｅ）
加熱温度−５００℃、６００℃、７００　’Ｃ１８００
を得られたクラツド材のモネル材のＴｉ材に対する接合
強度を第４図の場合と同様にして測定した。

この接合強度の測定結果を第５図にグラフにまとめて示
す。

熱間押出しと同様に低温で加熱して加工した方が、接合
強度が増加することがわかる。

ここに、上記の８００℃加熱、直径４ｏＩ１ｍの熱間押
出材と、続いて７００℃加熱の傾斜圧延された直径２０
ｍｍの傾斜圧延材とについて、ＥＰＭＡを用いて境界に
出来る金属間化合物層、すなわちＴｉｓ　Ｎｉ、　Ｃｕ
の拡散層の厚さを測定した。その結果、直径４００１１
１の熱間押出材の拡散層の厚さは約１．４μｍ、直径２
０ｆｆｌｆｆ＋の傾斜圧延材の拡散層の厚さは約０．６
μ慣であった。これより傾斜圧延の加工を加えられた材
料の拡散層は非常に薄くなっていることが分かる。

第５図において接合強度が高くなっているのは、この観
察結果から分かるように拡散層が非常に薄くなるからで
あると考えられる。

また、本発明による「熱間押出し」と「傾斜圧延」の組
合せにより、接合強度が２０　ｋｇｆ／ｍｍ”以上の成
品を何ら熱処理を要せずに製造できることを確認した。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、本発明に係る方法の工程を図式
的に説明する工程概略図； 第４図は、熱間押出加工後の接合強度と加熱温廖失の朋
ｌ込ル曇ナカー１．七）−７＜第５図は、傾斜圧延後の
接合強度と加熱温度との関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＴｉまたはＴｉ合金の押出用ビレットの外周がＮｉまた
   はＮｉ合金で被覆、密閉され、その被覆内が真空状態に
   されているかまたは被覆内の空気が不活性ガスで置換さ
   れている押出成形用のクラッド素材を、８５０℃以下の
   温度に加熱して熱間押出加工を行い、続いて、８５０℃
   以下の温度に加熱して傾斜圧延機にて傾斜圧延する熱間
   もしくは温間での延伸加工を施すことを特徴とするＴｉ
   系金属とＮｉ系金属のクラッド材の製造方法。