Ｔｉ合金鋳造品の製造方法
【課題】高ＣのＴｉ合金材料を用いて鋳造により製品を製造するに際し、ガス欠陥の発生を効果的に抑制し得るＴｉ合金鋳造品の製造方法を提供する。
【解決手段】鋳型１８の内部を減圧としてキャビティ２４に質量％でＣ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金の溶湯を吸い上げて充填するとともに減圧下で鋳型１８を内部の溶湯とともに回転中心Ｐ回りに高速回転させて鋳型１８内部の溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行う。
【解決手段】鋳型１８の内部を減圧としてキャビティ２４に質量％でＣ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金の溶湯を吸い上げて充填するとともに減圧下で鋳型１８を内部の溶湯とともに回転中心Ｐ回りに高速回転させて鋳型１８内部の溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はＴｉ合金鋳造品の製造方法に関し、特にＣを高含量で含有するＴｉ合金鋳造品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｔｉ合金は酸化され易い合金であり、そこで従来、Ｔｉ合金を溶解、鋳造する方法としてレビテーション溶解、減圧吸上鋳造が好適に用いられてきた。
図５はその一例を示している。
同図において２００はレビテーション溶解炉（以下単に溶解炉とする）で、水冷の銅るつぼ２０２と、その外側に配した高周波誘導加熱コイル２０４とを有している。
この溶解炉２００では、高周波誘導加熱コイル２０４による高周波誘導加熱により、Ｔｉ合金を銅るつぼ２０２内部で溶解する。
【０００３】
このときＴｉ合金の溶湯は、その表層部に惹起される電流による磁界と、銅るつぼ２０２の壁部に発生する電流による磁界とが互いに逆位相となってそれらの間に生ずる反発力、即ちローレンツ斥力によって、銅るつぼ２０２の壁部から離れた状態となる。即ちＴｉ合金溶湯が銅るつぼ２０２の内壁面から離間し浮遊状態となる。
【０００４】
２０６は減圧チャンバで、その内部にロストワックス法（インベストメントモールド法ともいう）にて作製されたセラミックス製且つ通気性の多孔質の鋳型２０８が収容されている。
ここで鋳型２０８の内部には、製品成形のためのキャビティ２１２が備えられている。
【０００５】
２１４は鋳型２０８の内部に連通して設けられた吸上管で、この吸上管２１４を通じて溶解炉２００内部のＴｉ合金の溶湯が鋳型２０８の内部、詳しくはキャビティ２１２に吸い上げられる。
【０００６】
減圧チャンバ２０６は外筒２１６の内面に沿って昇降可能とされており、そして減圧チャンバ２０６の下降により吸上管２１４が共に下降して、溶解炉２００内のＴｉ合金の溶湯に浸漬される。また減圧チャンバ２０６は上昇することで、吸上管２１４が溶解炉２００上に引き上げられる。
【０００７】
２１８はガス導入口で、このガス導入口２１８を通じて非酸化性のガス（例えばＡｒガス）が導入されることで、溶解炉２００及び外筒２１６の内部空間が非酸化性雰囲気とされる。
尚、２２０はガス排出口で、２２２は、減圧チャンバ２０６内部を減圧するための減圧吸引管である。
【０００８】
この図５に示す減圧吸上鋳造法では、減圧チャンバ２０６の下降により吸上管２１４を溶湯に浸漬させた状態とし、その状態で減圧チャンバ２０６内部を減圧にすることで、溶解炉２００内部のＴｉ合金の溶湯を吸上管２１４を通じてキャビティ２１２に吸い上げて充填し、その後これを凝固させる。
【０００９】
そして溶湯が凝固した後、再び減圧チャンバ２０６を上昇させて、減圧チャンバ２０６内部の鋳型２０８を鋳造品とともに取り出す。
以上の鋳造法によれば、酸化され易いＴｉ合金の鋳造品を非酸化性雰囲気中で良好に鋳造することが可能である。
尚、この種の減圧吸上鋳造法については、例えば下記特許文献１にその一例が開示されている。
【００１０】
このＴｉ合金の鋳造品の例として、ターボチャージャのタービンホイールがある。
図６は、その例を具体的に示している。
同図において２２４はタービンロータで、タービンホイール２２６とコンプレッサホイル２２８とがロータシャフト２３０で連結されている。
ここでタービンホイール２２６，コンプレッサホイル２２８のそれぞれには、外周面に沿って放射状に多数のブレードが設けられている。
【００１１】
このタービンロータ２２４では、タービンホイール２２６でエンジンからの排気ガスの流れを受けて回転し、そしてコンプレッサホイル２２８の回転により空気を圧縮して、これをエンジンの吸気側に供給する。
従ってタービンホイール２２６は、９００℃付近にも達する高温の排気ガスに曝された状態で超高速で回転運動させられる。
【００１２】
そこでかかるタービンホイール２２６としては、高温強度に優れた材料を用いる必要がある。
このようなタービンホイール２２６の材料としては、Ｔｉ合金の中で特に耐熱強度が強く、また軽量なＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を好適に用いることができる。
【００１３】
ＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金については、例えば下記特許文献２，特許文献３，特許文献４にその一例が開示されている。
具体的には、特許文献２には質量％でＡｌを３０〜３６％含有し、その他に
(１) ０．５〜１５質量％のＮｂ、
(２) ０．５〜１５質量％のＮｂと、更にＢ，Ｃ及びＳｉの１種以上を０．０１〜０．５質量％、
(３) ０．１〜４質量％のＣｒ、
(４) ０．１〜４質量％のＣｒと、更にＢ，Ｃ及びＳｉの１種以上を０．０１〜０．５質量％、
(５) ０．１〜６質量％のＭｏ、
(６) ０．１〜６質量％のＭｏと、更にＢ，Ｃ及びＳｉの１種以上を０．０１〜０．５質量％、
(７) ０．１〜８質量％のＶと、更にＢ及びＳｉの１種又は２種を０．０１〜０．５質量％
のうちの何れかを含有し、残部がＴｉ及び不可避不純物から成るＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金が開示されている。
【００１４】
また下記特許文献３には、質量％でＡｌ：２８〜３８％，Ｎｂ；０．５〜２０％を含有し、その他にＳｉ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｖ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｗ，Ｔａ，Ｂ，Ｃ等を適宜含有させて成るＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金が開示されている。
【００１５】
更に特許文献３には、タービンホイールを構成するＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金の例として、質量％でＡｌ：３１〜３５％含有するＴｉ合金が、また更にその他の成分としてＣｒ，Ｍｎ，Ｖの何れか１種又は２種以上を０．２〜４％を含むＴｉ合金，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ及びＲｅの何れか１種又は２種以上を０．２〜１０％含有するＴｉ合金，Ｓｉ：０．０１〜１．００％含有するＴｉ合金，Ｚｒ：１．０％未満，Ｆｅ：１．０％未満，C：０．２％未満，Ｏ：０．２％未満，Ｎ：０．２％未満とするＴｉ合金の組成例が開示されている。
【００１６】
上記したようにタービンホイール２２６は高温環境下で、しかも極めて高速で回転運動するものであり、かかるタービンホイール２２６には特に優れた高温クリープ強度が求められる。
高温クリープ強度が不十分であると、タービンホイール２２６が超高速回転したときに、その遠心力で半径方向に伸びを生じ、場合によってタービンホイール２２６がタービンハウジングに接触したり当ってしまったりする不具合を生じる恐れがある。
【００１７】
そこでタービンホイール２２６用のＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金にＣを高含量（例えば０．０４％以上）で添加することが提案されている。
Ｃを高含量で添加することで高温クリープ強度が強まり、これによりタービンホイール２２６が高速回転した時の伸びを低く抑えることができる。
【００１８】
ところがこのようにＣを高含量で添加したＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を材料としてタービンホイール２２６を上記の減圧吸上鋳造で鋳造すると、鋳造品にガス欠陥が多発し、良品歩留りが１０％未満となってしまって実質上量産ができないといった問題が生ずる。
【００１９】
例えば図５は鋳造品の一例としてのタービンホイール２２６を減圧吸上鋳造する場合の例を示したものであるが、タービンホイール２２６の材料として低ＣのＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を用いた場合にはガス欠陥の発生は特に認められないが、高ＣのＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を材料として用いた場合、図７中Ａで示す部位にガス欠陥が多発してしまう。
【００２０】
図中Ａで示す部位は、鋳造に際して押湯の効き難い部分で且つ最終凝固に近い部位であり、凝固時に溶融ガスの溶解度が低下し放出されたことにより、ガス欠陥が発生したものと考えられる。
特に減圧条件下での吸上鋳造では、凝固時に減圧条件の下で溶湯中に固溶した炭素（Ｃ）と酸素（Ｏ）とが下記反応により一酸化炭素ガス（ＣＯ）を生成し易くなる。
Ｃ＋Ｏ→ＣＯ（気体）
そして特に溶解度が低下する凝固直前で鋳造品内部にガス放出されて、これがガス欠陥を生ぜしめるものと推察される。
このためＣを高含量で添加したＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を材料として用いた場合、タービンホイール２２６を鋳造にて製造することが実際上できないのが実情であった。
【００２１】
以上高ＣのＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を材料としてタービンホイールを鋳造により製造する場合を例として説明したが、鋳造に際してのガス欠陥の発生の問題は、Ｃ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金材料を用いて製品を鋳造により製造する際に共通して生じ得る問題である。
【００２２】
尚本発明に対する先行技術として、下記特許文献５，特許文献６，特許文献７に鋳造方法に関連した内容が開示されている。
【００２３】
【特許文献１】特開平６−１１４５３２号公報
【特許文献２】特開平１−２９８１２７号公報
【特許文献３】特開平３−２２６５３８号公報
【特許文献４】特開平１０−２２０２３６号公報
【特許文献５】特開平５−２００５１８号公報
【特許文献６】特開平１０−９９９５５号公報
【特許文献７】特開２０００−２２５４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は以上のような事情を背景とし、高ＣのＴｉ合金材料を用いて鋳造により製品を製造するに際してガス欠陥の発生を効果的に抑制し得るＴｉ合金鋳造品の製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
而して請求項１のものは、鋳型の内部のキャビティに質量％でＣ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金の溶湯を充填し、該鋳型を内部の溶湯と共に高速回転させて、回転中心から離隔した位置の前記キャビティの溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行うことを特徴とする。
【００２６】
請求項２のものは、鋳型の内部を減圧として該鋳型のキャビティに質量％でＣ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金の溶湯を吸い上げて充填するとともに減圧下で該鋳型を内部の溶湯と共に高速回転させて、回転中心から離隔した位置の該キャビティの溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行うことを特徴とする。
【００２７】
請求項３のものは、請求項２において、前記鋳型を通気性を有する多孔質鋳型となして該鋳型を減圧チャンバ内に且つ該減圧チャンバの回転中心から前記キャビティが離隔して位置するように配置し、該減圧チャンバ内を減圧状態とすることで該キャビティに前記溶湯を吸い上げ且つ該減圧チャンバを該回転中心回りに高速回転させることで該溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行うことを特徴とする。
【００２８】
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記Ｔｉ合金がＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金であることを特徴とする。
【００２９】
請求項５のものは、請求項１〜４の何れかにおいて、前記溶湯に少なくとも１Ｇ（但しＧは重力加速度）以上の加速度で遠心力を作用させて鋳造を行うことを特徴とする。
【００３０】
請求項６のものは、請求項１〜５の何れかにおいて、前記鋳造品がターボチャージャのタービンホイールであることを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００３１】
以上のように本発明はＣ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金を材料として用い、これを鋳造して製品製造を行うようになすとともに、その鋳造に際して鋳型を内部の溶湯とともに高速回転させて溶湯に遠心力を作用させ、鋳造を行うものである。
本発明によれば、鋳造品にガス欠陥が生じるのを良好に抑制でき、従って高ＣのＴｉ合金を材料として用いた場合においても鋳造品を量産することが可能となる。
【００３２】
本発明において、ガス欠陥の発生を抑制することができるのは次の理由によるものと考えられる。
本発明によれば、鋳型内部での溶湯の凝固を加圧下で進行させることができ、このため凝固直前でガスの溶解度が低くなっても、その圧力の作用で溶解ガスの放出を抑制でき、また凝固過程で遠心力による圧力が押湯効果を発揮する。
そしてこれらによってガス欠陥の発生を抑制できるものと考えられる。
【００３３】
またたとえキャビティの溶湯内で微細なガスが発生したとしても回転の外周側であるキャビティの溶湯から回転中心の溶湯にかけて、回転中心に向かい圧力が低くなる圧力勾配が生じるため、発生したガスが圧力の低い回転中心側に浮力で追い出されて移行するため、製品にガス欠陥が発生するのが更に効果的に抑制されるものと考えられる。
【００３４】
前述したように鋳造に際してのガス欠陥の発生の問題は、高ＣのＴｉ合金材料を用いる場合に共通して生じ得る問題であり、従って本発明はこのようなＴｉ合金を材料として鋳造により製品製造する場合に適用可能である。
【００３５】
ここでＴｉ合金としては後述のＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金の他に、例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ，Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌ，Ｔｉ−２．５Ｖ−３Ａｌ，Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ，Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ，Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ等を例示することができるが、他のＴｉ合金を材料として用いる場合にも本発明は適用可能である。
【００３６】
更に本発明は、鋳造方法として特許文献５，特許文献６，特許文献７に開示されている鋳造方法を用いることも可能である。
詳しくは、特許文献５及び特許文献６に開示されているように真空容器内部で溶湯を重力にて鋳型内部に充填し遠心鋳造する方法，特許文献７に開示されているように溶湯を金型にて構成した鋳型の内部に減圧吸上げし且つ遠心鋳造する方法等を用いることが可能である。
【００３７】
但し本発明は、鋳造方法として鋳型の内部を減圧としてＴｉ合金の溶湯を吸い上げてキャビティに充填し、そして減圧下で鋳型を内部の溶湯とともに高速回転させて溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行う減圧吸上鋳造方法を用いた鋳造品の製造に適用して特に好適である（請求項２）。
【００３８】
この場合において、鋳型を通気性を有する多孔質鋳型となして、鋳型を減圧チャンバ内に収容し、そして減圧チャンバ内を減圧状態とすることでキャビティに溶湯を吸い上げ且つ減圧チャンバを回転中心回りに高速回転させることで溶湯に遠心力を作用させ、鋳造を行うようになすことができる（請求項３）。
【００３９】
本発明は、特にＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を材料として鋳造品を製造する場合に適用して好適なものである（請求項４）。
【００４０】
ここでＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金としては、例えば特許文献２，特許文献３，特許文献４に開示されたＴｉ合金、或いはその他のＴｉ合金を用いることが可能であるが、より好適には以下の組成を有するものを用いるのが良い。
Ａｌ：２８〜３８質量％
Ｎｂ：０．１〜２０質量％
Ｃ ：０．０４〜０．１０質量％
残部不可避的不純物及びＴｉ
尚必要に応じて以下の成分の何れか１種以上を含んでいても良い。
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｗ，Ｍｎ，Ｔａ，Ｓｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｖ，Ｎ，Ｂｉ，Ｂ，
Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｓｎ
【００４１】
本発明では、鋳造を行うに際して少なくとも１Ｇ以上の加速度で遠心力を作用させて鋳造を行うことが望ましい（請求項５）。
また本発明は、特にターボチャージャのタービンホイールの製造に適用して好適である（請求項６）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
次に本発明をターボチャージャのタービンホイールの製造に適用した場合の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態の製造方法の実施装置を示したもので、図中１０はレビテーション溶解炉（以下単に溶解炉とする）であり、水冷の銅るつぼ１２と、その外側に配された高周波誘導加熱コイル１４とを有している。
【００４３】
この溶解炉１０では、高周波誘導加熱コイル１４による高周波誘導加熱によりＴｉ合金素材を銅るつぼ１２内部で溶解する。
溶解したＴｉ合金の溶湯は、その表層部に惹起される電流による磁界によって銅るつぼ１２の壁部から離れて浮遊状態となる。
【００４４】
１６は減圧チャンバで、その内部にロストワックス法にて作製した通気性を有するセラミックス製且つ多孔質の鋳型１８がバックアップサンド２０と共に収容されている。
【００４５】
鋳型１８の内部には、製品としてのタービンホイールを成形するための複数のキャビティ２４が減圧チャンバ１６の回転中心Ｐから離隔した位置に形成されており、更にその中心部に幹湯道２６が、また幹湯道２６と各キャビティ２４を繋ぐ枝湯道２８が形成されている。
この鋳型１８からは、減圧チャンバ１６の底部を貫通して吸上管３０が下向きに突き出している。
尚３２はメッシュコーンで、このメッシュコーン３２を介してその下側空間と蓋３４の内側空間とが連通した状態とされている。
【００４６】
３６は基台で、この基台３６上に外筒３８が起立状態に固定されている。
４０は外筒３８の内側に設けられた内筒で、図示を省略する駆動装置により外筒３８との間の気密を保った状態で昇降可能とされている。
上記減圧チャンバ１６はこの内筒４０の内側に設けられている。
【００４７】
４２は減圧チャンバ１６を回転駆動するモータで、その出力軸４４上に回転円板４６が固設され、この回転円板４６の外周面が減圧チャンバ１６の外周面に環状に設けられたフランジ部４８の外周面に押圧されている。
【００４８】
このフランジ部４８の外周面にはまた、別の位置で支持ローラ５０の外周面が接触させられており、減圧チャンバ１６が高速回転する際に横向きの力が支持ローラ５０にて支持されるようになっている。
この装置では、回転円板４６をモータ４２にて高速回転させることで減圧チャンバ１６が内部の鋳型１８及びバックアップサンド２０とともに高速回転させられる。
【００４９】
尚５４は非酸化性ガスとしてのアルゴンガスを導入するガス導入口であり、このガス導入口５４からのアルゴンガスの導入により、外筒３８の内側空間即ち溶解炉１０の内部空間及び減圧チャンバ１６内部がアルゴンガスで置換される。
【００５０】
本実施形態の製造方法では、ガス導入口５４からアルゴンガスを導入した状態でモータ４２により減圧チャンバ１６を高速回転させ、その状態で減圧チャンバ１６を下降させて吸上管３０を溶解炉１０内部の溶湯中に浸漬させる。
【００５１】
そして減圧吸引口５２からの吸引によって減圧チャンバ１６内部が減圧状態とされ、これにより溶解炉１０内部の溶湯が吸上管３０を通じて鋳型１８内部に吸い上げられ、幹湯道２６及び枝湯道２８を通じて各キャビティ２４に充填される。
【００５２】
各キャビティ２４に充填された溶湯は、減圧チャンバ１６の回転中心Ｐ回りの鋳型１８の高速回転によって、遠心力でキャビティ２４に強い押湯圧力で押し付けられる。そして所定時間同状態が保持されて溶湯が凝固せしめられる。
その後減圧が解除されるとともに減圧チャンバ１６の回転が停止され、そして減圧チャンバ１６が内筒４０とともに上昇せしめられて、その後鋳型１８が内部の鋳造品とともに外部に取り出される。
図２はこのようにして取り出した鋳造品としてのタービンホイール５３を幹湯道２６，枝湯道２８で凝固した軸状の部分５５，５６とともに表している。
各タービンホイール５３は、その後軸状の部分５６で切断されて単離される。
【実施例】
【００５３】
ロストワックス法にて作製した多孔質の鋳型を用いてタービンホイールを上記に述べた鋳造方法で鋳造し製造した。
ここでは合金素材としてＴｉ−３３．２Ａｌ−４．８Ｎｂ−１．０Ｃｒ−０．２Ｓｉ（数値は質量％）を基本組成としてＣの含有量を種々変化させたものを用い、そしてキャビティの溶湯に加わる遠心力（Ｇ）を様々に変化させてガス欠陥の発生率を調べた。
ここで、回転の加速度Ｇは次の式によって与えられる。
Ｇ＝１１．８×（Ｎ／１０００）２×ｒ
（但しＮ：回転数（ＲＰＭ），ｒ：回転半径（図１中回転中心Ｐから翼部の軸方向中心までの距離））
尚、溶湯の鋳込温度は１５５０〜１５８０℃とした。
【００５４】
その結果が図３に示してある。図中横軸はＧを表し、また縦軸はＣの添加量を表している。
図３において、ガス欠陥の発生率の評価は○，△，×で行った。ここでガス欠陥発生率が１０％未満の場合を○とし、１０％〜３０％までを△とし、また３０％超の場合を×とした。
尚、横軸のＧ＝０上の試験結果は、図５に示す装置を用いて遠心力をかけない通常の減圧吸引鋳造を行って得た結果である。
【００５５】
図３に示しているように、Ｃの添加量が増えるのに伴ってガス欠陥発生率が高くなること、この場合においてＧの値を大きくして行くことで、そのガス欠陥発生率を効果的に抑制できることが分る。
また図３から、Ｃ量が０．０４〜０．０５％の範囲ではＧを１．７以上とすることで良好な結果が得られ、またＣ量が０．０５〜０．０６％の範囲ではＧを２．３以上とすることで、更にＣ量が０．０６〜０．０７％の範囲ではＧを３．１以上とすることで、更にＣ量が０．０７〜０．０８％の範囲ではＧを４．４以上とすることで、またＣ量が０．０８〜０．０９％の範囲ではＧを６．１以上とすることで良好な結果が得られることが分る。
【００５６】
次に図４はＣ量を０．０７％に固定し、Ｇの値を様々に変えてガス欠陥発生率を調べた結果を表している。
図示のようにＧの値が大きくなるのに従ってガス欠陥発生率は、そのＧの上昇と連動して低下することが確認された。
【００５７】
このように、本実施例において遠心鋳造を行うことでガス欠陥の発生を抑制することができるのは、鋳型１８内部での溶湯の凝固を加圧下で進行させることができ、このため凝固直前でガスの溶解度が低くなった場合であっても、その圧力の作用で溶解ガスの放出を抑制でき、また凝固過程で遠心力による圧力で押湯効果を発揮することができることによるものと考えられる。
【００５８】
またキャビティ２４の溶湯内でたとえガスが発生したとしても、この実施例の遠心鋳造方法ではキャビティ２４の溶湯から減圧チャンバ１６の回転中心に向かって、溶湯に作用する圧力が連続的に小さくなる圧力勾配が生じているため、その発生したガスが圧力の低い回転中心側に向かって移動すること、即ちガスが溶湯による浮力によって中心側に移行し、キャビティ２４の溶湯内から追い出されることによってガス欠陥の発生が抑えられたものと考えられる。
【００５９】
以上本発明の実施形態を詳述したが、これはあくまで一例示であり、本発明はＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金以外の一般のＴｉ合金を材料として用い、またタービンホイール以外の、例えばコンプレッサホイール等の鋳造品を製造するに際しても適用可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態の方法の実施装置を表した図である。
【図２】同方法にて得た鋳造品としてのタービンホイールを示した図である。
【図３】実施例の結果得られた、遠心力とＣ添加量がガス欠陥発生率に及ぼす影響を表した図である。
【図４】Ｃ量を固定して遠心力を様々に変化させたときの遠心力とガス欠陥発生率との関係を表した図である。
【図５】従来の減圧吸上鋳造方法を実施装置とともに表した図である。
【図６】タービンロータを表した図である。
【図７】従来の鋳造による製造方法の問題点の説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１６ 減圧チャンバ
１８ 鋳型
２４ キャビティ
５３ タービンホイール
【技術分野】
【０００１】
この発明はＴｉ合金鋳造品の製造方法に関し、特にＣを高含量で含有するＴｉ合金鋳造品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｔｉ合金は酸化され易い合金であり、そこで従来、Ｔｉ合金を溶解、鋳造する方法としてレビテーション溶解、減圧吸上鋳造が好適に用いられてきた。
図５はその一例を示している。
同図において２００はレビテーション溶解炉（以下単に溶解炉とする）で、水冷の銅るつぼ２０２と、その外側に配した高周波誘導加熱コイル２０４とを有している。
この溶解炉２００では、高周波誘導加熱コイル２０４による高周波誘導加熱により、Ｔｉ合金を銅るつぼ２０２内部で溶解する。
【０００３】
このときＴｉ合金の溶湯は、その表層部に惹起される電流による磁界と、銅るつぼ２０２の壁部に発生する電流による磁界とが互いに逆位相となってそれらの間に生ずる反発力、即ちローレンツ斥力によって、銅るつぼ２０２の壁部から離れた状態となる。即ちＴｉ合金溶湯が銅るつぼ２０２の内壁面から離間し浮遊状態となる。
【０００４】
２０６は減圧チャンバで、その内部にロストワックス法（インベストメントモールド法ともいう）にて作製されたセラミックス製且つ通気性の多孔質の鋳型２０８が収容されている。
ここで鋳型２０８の内部には、製品成形のためのキャビティ２１２が備えられている。
【０００５】
２１４は鋳型２０８の内部に連通して設けられた吸上管で、この吸上管２１４を通じて溶解炉２００内部のＴｉ合金の溶湯が鋳型２０８の内部、詳しくはキャビティ２１２に吸い上げられる。
【０００６】
減圧チャンバ２０６は外筒２１６の内面に沿って昇降可能とされており、そして減圧チャンバ２０６の下降により吸上管２１４が共に下降して、溶解炉２００内のＴｉ合金の溶湯に浸漬される。また減圧チャンバ２０６は上昇することで、吸上管２１４が溶解炉２００上に引き上げられる。
【０００７】
２１８はガス導入口で、このガス導入口２１８を通じて非酸化性のガス（例えばＡｒガス）が導入されることで、溶解炉２００及び外筒２１６の内部空間が非酸化性雰囲気とされる。
尚、２２０はガス排出口で、２２２は、減圧チャンバ２０６内部を減圧するための減圧吸引管である。
【０００８】
この図５に示す減圧吸上鋳造法では、減圧チャンバ２０６の下降により吸上管２１４を溶湯に浸漬させた状態とし、その状態で減圧チャンバ２０６内部を減圧にすることで、溶解炉２００内部のＴｉ合金の溶湯を吸上管２１４を通じてキャビティ２１２に吸い上げて充填し、その後これを凝固させる。
【０００９】
そして溶湯が凝固した後、再び減圧チャンバ２０６を上昇させて、減圧チャンバ２０６内部の鋳型２０８を鋳造品とともに取り出す。
以上の鋳造法によれば、酸化され易いＴｉ合金の鋳造品を非酸化性雰囲気中で良好に鋳造することが可能である。
尚、この種の減圧吸上鋳造法については、例えば下記特許文献１にその一例が開示されている。
【００１０】
このＴｉ合金の鋳造品の例として、ターボチャージャのタービンホイールがある。
図６は、その例を具体的に示している。
同図において２２４はタービンロータで、タービンホイール２２６とコンプレッサホイル２２８とがロータシャフト２３０で連結されている。
ここでタービンホイール２２６，コンプレッサホイル２２８のそれぞれには、外周面に沿って放射状に多数のブレードが設けられている。
【００１１】
このタービンロータ２２４では、タービンホイール２２６でエンジンからの排気ガスの流れを受けて回転し、そしてコンプレッサホイル２２８の回転により空気を圧縮して、これをエンジンの吸気側に供給する。
従ってタービンホイール２２６は、９００℃付近にも達する高温の排気ガスに曝された状態で超高速で回転運動させられる。
【００１２】
そこでかかるタービンホイール２２６としては、高温強度に優れた材料を用いる必要がある。
このようなタービンホイール２２６の材料としては、Ｔｉ合金の中で特に耐熱強度が強く、また軽量なＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を好適に用いることができる。
【００１３】
ＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金については、例えば下記特許文献２，特許文献３，特許文献４にその一例が開示されている。
具体的には、特許文献２には質量％でＡｌを３０〜３６％含有し、その他に
(１) ０．５〜１５質量％のＮｂ、
(２) ０．５〜１５質量％のＮｂと、更にＢ，Ｃ及びＳｉの１種以上を０．０１〜０．５質量％、
(３) ０．１〜４質量％のＣｒ、
(４) ０．１〜４質量％のＣｒと、更にＢ，Ｃ及びＳｉの１種以上を０．０１〜０．５質量％、
(５) ０．１〜６質量％のＭｏ、
(６) ０．１〜６質量％のＭｏと、更にＢ，Ｃ及びＳｉの１種以上を０．０１〜０．５質量％、
(７) ０．１〜８質量％のＶと、更にＢ及びＳｉの１種又は２種を０．０１〜０．５質量％
のうちの何れかを含有し、残部がＴｉ及び不可避不純物から成るＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金が開示されている。
【００１４】
また下記特許文献３には、質量％でＡｌ：２８〜３８％，Ｎｂ；０．５〜２０％を含有し、その他にＳｉ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｖ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｗ，Ｔａ，Ｂ，Ｃ等を適宜含有させて成るＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金が開示されている。
【００１５】
更に特許文献３には、タービンホイールを構成するＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金の例として、質量％でＡｌ：３１〜３５％含有するＴｉ合金が、また更にその他の成分としてＣｒ，Ｍｎ，Ｖの何れか１種又は２種以上を０．２〜４％を含むＴｉ合金，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ及びＲｅの何れか１種又は２種以上を０．２〜１０％含有するＴｉ合金，Ｓｉ：０．０１〜１．００％含有するＴｉ合金，Ｚｒ：１．０％未満，Ｆｅ：１．０％未満，C：０．２％未満，Ｏ：０．２％未満，Ｎ：０．２％未満とするＴｉ合金の組成例が開示されている。
【００１６】
上記したようにタービンホイール２２６は高温環境下で、しかも極めて高速で回転運動するものであり、かかるタービンホイール２２６には特に優れた高温クリープ強度が求められる。
高温クリープ強度が不十分であると、タービンホイール２２６が超高速回転したときに、その遠心力で半径方向に伸びを生じ、場合によってタービンホイール２２６がタービンハウジングに接触したり当ってしまったりする不具合を生じる恐れがある。
【００１７】
そこでタービンホイール２２６用のＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金にＣを高含量（例えば０．０４％以上）で添加することが提案されている。
Ｃを高含量で添加することで高温クリープ強度が強まり、これによりタービンホイール２２６が高速回転した時の伸びを低く抑えることができる。
【００１８】
ところがこのようにＣを高含量で添加したＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を材料としてタービンホイール２２６を上記の減圧吸上鋳造で鋳造すると、鋳造品にガス欠陥が多発し、良品歩留りが１０％未満となってしまって実質上量産ができないといった問題が生ずる。
【００１９】
例えば図５は鋳造品の一例としてのタービンホイール２２６を減圧吸上鋳造する場合の例を示したものであるが、タービンホイール２２６の材料として低ＣのＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を用いた場合にはガス欠陥の発生は特に認められないが、高ＣのＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を材料として用いた場合、図７中Ａで示す部位にガス欠陥が多発してしまう。
【００２０】
図中Ａで示す部位は、鋳造に際して押湯の効き難い部分で且つ最終凝固に近い部位であり、凝固時に溶融ガスの溶解度が低下し放出されたことにより、ガス欠陥が発生したものと考えられる。
特に減圧条件下での吸上鋳造では、凝固時に減圧条件の下で溶湯中に固溶した炭素（Ｃ）と酸素（Ｏ）とが下記反応により一酸化炭素ガス（ＣＯ）を生成し易くなる。
Ｃ＋Ｏ→ＣＯ（気体）
そして特に溶解度が低下する凝固直前で鋳造品内部にガス放出されて、これがガス欠陥を生ぜしめるものと推察される。
このためＣを高含量で添加したＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を材料として用いた場合、タービンホイール２２６を鋳造にて製造することが実際上できないのが実情であった。
【００２１】
以上高ＣのＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を材料としてタービンホイールを鋳造により製造する場合を例として説明したが、鋳造に際してのガス欠陥の発生の問題は、Ｃ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金材料を用いて製品を鋳造により製造する際に共通して生じ得る問題である。
【００２２】
尚本発明に対する先行技術として、下記特許文献５，特許文献６，特許文献７に鋳造方法に関連した内容が開示されている。
【００２３】
【特許文献１】特開平６−１１４５３２号公報
【特許文献２】特開平１−２９８１２７号公報
【特許文献３】特開平３−２２６５３８号公報
【特許文献４】特開平１０−２２０２３６号公報
【特許文献５】特開平５−２００５１８号公報
【特許文献６】特開平１０−９９９５５号公報
【特許文献７】特開２０００−２２５４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は以上のような事情を背景とし、高ＣのＴｉ合金材料を用いて鋳造により製品を製造するに際してガス欠陥の発生を効果的に抑制し得るＴｉ合金鋳造品の製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
而して請求項１のものは、鋳型の内部のキャビティに質量％でＣ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金の溶湯を充填し、該鋳型を内部の溶湯と共に高速回転させて、回転中心から離隔した位置の前記キャビティの溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行うことを特徴とする。
【００２６】
請求項２のものは、鋳型の内部を減圧として該鋳型のキャビティに質量％でＣ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金の溶湯を吸い上げて充填するとともに減圧下で該鋳型を内部の溶湯と共に高速回転させて、回転中心から離隔した位置の該キャビティの溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行うことを特徴とする。
【００２７】
請求項３のものは、請求項２において、前記鋳型を通気性を有する多孔質鋳型となして該鋳型を減圧チャンバ内に且つ該減圧チャンバの回転中心から前記キャビティが離隔して位置するように配置し、該減圧チャンバ内を減圧状態とすることで該キャビティに前記溶湯を吸い上げ且つ該減圧チャンバを該回転中心回りに高速回転させることで該溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行うことを特徴とする。
【００２８】
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記Ｔｉ合金がＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金であることを特徴とする。
【００２９】
請求項５のものは、請求項１〜４の何れかにおいて、前記溶湯に少なくとも１Ｇ（但しＧは重力加速度）以上の加速度で遠心力を作用させて鋳造を行うことを特徴とする。
【００３０】
請求項６のものは、請求項１〜５の何れかにおいて、前記鋳造品がターボチャージャのタービンホイールであることを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００３１】
以上のように本発明はＣ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金を材料として用い、これを鋳造して製品製造を行うようになすとともに、その鋳造に際して鋳型を内部の溶湯とともに高速回転させて溶湯に遠心力を作用させ、鋳造を行うものである。
本発明によれば、鋳造品にガス欠陥が生じるのを良好に抑制でき、従って高ＣのＴｉ合金を材料として用いた場合においても鋳造品を量産することが可能となる。
【００３２】
本発明において、ガス欠陥の発生を抑制することができるのは次の理由によるものと考えられる。
本発明によれば、鋳型内部での溶湯の凝固を加圧下で進行させることができ、このため凝固直前でガスの溶解度が低くなっても、その圧力の作用で溶解ガスの放出を抑制でき、また凝固過程で遠心力による圧力が押湯効果を発揮する。
そしてこれらによってガス欠陥の発生を抑制できるものと考えられる。
【００３３】
またたとえキャビティの溶湯内で微細なガスが発生したとしても回転の外周側であるキャビティの溶湯から回転中心の溶湯にかけて、回転中心に向かい圧力が低くなる圧力勾配が生じるため、発生したガスが圧力の低い回転中心側に浮力で追い出されて移行するため、製品にガス欠陥が発生するのが更に効果的に抑制されるものと考えられる。
【００３４】
前述したように鋳造に際してのガス欠陥の発生の問題は、高ＣのＴｉ合金材料を用いる場合に共通して生じ得る問題であり、従って本発明はこのようなＴｉ合金を材料として鋳造により製品製造する場合に適用可能である。
【００３５】
ここでＴｉ合金としては後述のＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金の他に、例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ，Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌ，Ｔｉ−２．５Ｖ−３Ａｌ，Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ，Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ，Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ等を例示することができるが、他のＴｉ合金を材料として用いる場合にも本発明は適用可能である。
【００３６】
更に本発明は、鋳造方法として特許文献５，特許文献６，特許文献７に開示されている鋳造方法を用いることも可能である。
詳しくは、特許文献５及び特許文献６に開示されているように真空容器内部で溶湯を重力にて鋳型内部に充填し遠心鋳造する方法，特許文献７に開示されているように溶湯を金型にて構成した鋳型の内部に減圧吸上げし且つ遠心鋳造する方法等を用いることが可能である。
【００３７】
但し本発明は、鋳造方法として鋳型の内部を減圧としてＴｉ合金の溶湯を吸い上げてキャビティに充填し、そして減圧下で鋳型を内部の溶湯とともに高速回転させて溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行う減圧吸上鋳造方法を用いた鋳造品の製造に適用して特に好適である（請求項２）。
【００３８】
この場合において、鋳型を通気性を有する多孔質鋳型となして、鋳型を減圧チャンバ内に収容し、そして減圧チャンバ内を減圧状態とすることでキャビティに溶湯を吸い上げ且つ減圧チャンバを回転中心回りに高速回転させることで溶湯に遠心力を作用させ、鋳造を行うようになすことができる（請求項３）。
【００３９】
本発明は、特にＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金を材料として鋳造品を製造する場合に適用して好適なものである（請求項４）。
【００４０】
ここでＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金としては、例えば特許文献２，特許文献３，特許文献４に開示されたＴｉ合金、或いはその他のＴｉ合金を用いることが可能であるが、より好適には以下の組成を有するものを用いるのが良い。
Ａｌ：２８〜３８質量％
Ｎｂ：０．１〜２０質量％
Ｃ ：０．０４〜０．１０質量％
残部不可避的不純物及びＴｉ
尚必要に応じて以下の成分の何れか１種以上を含んでいても良い。
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｗ，Ｍｎ，Ｔａ，Ｓｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｖ，Ｎ，Ｂｉ，Ｂ，
Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｓｎ
【００４１】
本発明では、鋳造を行うに際して少なくとも１Ｇ以上の加速度で遠心力を作用させて鋳造を行うことが望ましい（請求項５）。
また本発明は、特にターボチャージャのタービンホイールの製造に適用して好適である（請求項６）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
次に本発明をターボチャージャのタービンホイールの製造に適用した場合の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態の製造方法の実施装置を示したもので、図中１０はレビテーション溶解炉（以下単に溶解炉とする）であり、水冷の銅るつぼ１２と、その外側に配された高周波誘導加熱コイル１４とを有している。
【００４３】
この溶解炉１０では、高周波誘導加熱コイル１４による高周波誘導加熱によりＴｉ合金素材を銅るつぼ１２内部で溶解する。
溶解したＴｉ合金の溶湯は、その表層部に惹起される電流による磁界によって銅るつぼ１２の壁部から離れて浮遊状態となる。
【００４４】
１６は減圧チャンバで、その内部にロストワックス法にて作製した通気性を有するセラミックス製且つ多孔質の鋳型１８がバックアップサンド２０と共に収容されている。
【００４５】
鋳型１８の内部には、製品としてのタービンホイールを成形するための複数のキャビティ２４が減圧チャンバ１６の回転中心Ｐから離隔した位置に形成されており、更にその中心部に幹湯道２６が、また幹湯道２６と各キャビティ２４を繋ぐ枝湯道２８が形成されている。
この鋳型１８からは、減圧チャンバ１６の底部を貫通して吸上管３０が下向きに突き出している。
尚３２はメッシュコーンで、このメッシュコーン３２を介してその下側空間と蓋３４の内側空間とが連通した状態とされている。
【００４６】
３６は基台で、この基台３６上に外筒３８が起立状態に固定されている。
４０は外筒３８の内側に設けられた内筒で、図示を省略する駆動装置により外筒３８との間の気密を保った状態で昇降可能とされている。
上記減圧チャンバ１６はこの内筒４０の内側に設けられている。
【００４７】
４２は減圧チャンバ１６を回転駆動するモータで、その出力軸４４上に回転円板４６が固設され、この回転円板４６の外周面が減圧チャンバ１６の外周面に環状に設けられたフランジ部４８の外周面に押圧されている。
【００４８】
このフランジ部４８の外周面にはまた、別の位置で支持ローラ５０の外周面が接触させられており、減圧チャンバ１６が高速回転する際に横向きの力が支持ローラ５０にて支持されるようになっている。
この装置では、回転円板４６をモータ４２にて高速回転させることで減圧チャンバ１６が内部の鋳型１８及びバックアップサンド２０とともに高速回転させられる。
【００４９】
尚５４は非酸化性ガスとしてのアルゴンガスを導入するガス導入口であり、このガス導入口５４からのアルゴンガスの導入により、外筒３８の内側空間即ち溶解炉１０の内部空間及び減圧チャンバ１６内部がアルゴンガスで置換される。
【００５０】
本実施形態の製造方法では、ガス導入口５４からアルゴンガスを導入した状態でモータ４２により減圧チャンバ１６を高速回転させ、その状態で減圧チャンバ１６を下降させて吸上管３０を溶解炉１０内部の溶湯中に浸漬させる。
【００５１】
そして減圧吸引口５２からの吸引によって減圧チャンバ１６内部が減圧状態とされ、これにより溶解炉１０内部の溶湯が吸上管３０を通じて鋳型１８内部に吸い上げられ、幹湯道２６及び枝湯道２８を通じて各キャビティ２４に充填される。
【００５２】
各キャビティ２４に充填された溶湯は、減圧チャンバ１６の回転中心Ｐ回りの鋳型１８の高速回転によって、遠心力でキャビティ２４に強い押湯圧力で押し付けられる。そして所定時間同状態が保持されて溶湯が凝固せしめられる。
その後減圧が解除されるとともに減圧チャンバ１６の回転が停止され、そして減圧チャンバ１６が内筒４０とともに上昇せしめられて、その後鋳型１８が内部の鋳造品とともに外部に取り出される。
図２はこのようにして取り出した鋳造品としてのタービンホイール５３を幹湯道２６，枝湯道２８で凝固した軸状の部分５５，５６とともに表している。
各タービンホイール５３は、その後軸状の部分５６で切断されて単離される。
【実施例】
【００５３】
ロストワックス法にて作製した多孔質の鋳型を用いてタービンホイールを上記に述べた鋳造方法で鋳造し製造した。
ここでは合金素材としてＴｉ−３３．２Ａｌ−４．８Ｎｂ−１．０Ｃｒ−０．２Ｓｉ（数値は質量％）を基本組成としてＣの含有量を種々変化させたものを用い、そしてキャビティの溶湯に加わる遠心力（Ｇ）を様々に変化させてガス欠陥の発生率を調べた。
ここで、回転の加速度Ｇは次の式によって与えられる。
Ｇ＝１１．８×（Ｎ／１０００）２×ｒ
（但しＮ：回転数（ＲＰＭ），ｒ：回転半径（図１中回転中心Ｐから翼部の軸方向中心までの距離））
尚、溶湯の鋳込温度は１５５０〜１５８０℃とした。
【００５４】
その結果が図３に示してある。図中横軸はＧを表し、また縦軸はＣの添加量を表している。
図３において、ガス欠陥の発生率の評価は○，△，×で行った。ここでガス欠陥発生率が１０％未満の場合を○とし、１０％〜３０％までを△とし、また３０％超の場合を×とした。
尚、横軸のＧ＝０上の試験結果は、図５に示す装置を用いて遠心力をかけない通常の減圧吸引鋳造を行って得た結果である。
【００５５】
図３に示しているように、Ｃの添加量が増えるのに伴ってガス欠陥発生率が高くなること、この場合においてＧの値を大きくして行くことで、そのガス欠陥発生率を効果的に抑制できることが分る。
また図３から、Ｃ量が０．０４〜０．０５％の範囲ではＧを１．７以上とすることで良好な結果が得られ、またＣ量が０．０５〜０．０６％の範囲ではＧを２．３以上とすることで、更にＣ量が０．０６〜０．０７％の範囲ではＧを３．１以上とすることで、更にＣ量が０．０７〜０．０８％の範囲ではＧを４．４以上とすることで、またＣ量が０．０８〜０．０９％の範囲ではＧを６．１以上とすることで良好な結果が得られることが分る。
【００５６】
次に図４はＣ量を０．０７％に固定し、Ｇの値を様々に変えてガス欠陥発生率を調べた結果を表している。
図示のようにＧの値が大きくなるのに従ってガス欠陥発生率は、そのＧの上昇と連動して低下することが確認された。
【００５７】
このように、本実施例において遠心鋳造を行うことでガス欠陥の発生を抑制することができるのは、鋳型１８内部での溶湯の凝固を加圧下で進行させることができ、このため凝固直前でガスの溶解度が低くなった場合であっても、その圧力の作用で溶解ガスの放出を抑制でき、また凝固過程で遠心力による圧力で押湯効果を発揮することができることによるものと考えられる。
【００５８】
またキャビティ２４の溶湯内でたとえガスが発生したとしても、この実施例の遠心鋳造方法ではキャビティ２４の溶湯から減圧チャンバ１６の回転中心に向かって、溶湯に作用する圧力が連続的に小さくなる圧力勾配が生じているため、その発生したガスが圧力の低い回転中心側に向かって移動すること、即ちガスが溶湯による浮力によって中心側に移行し、キャビティ２４の溶湯内から追い出されることによってガス欠陥の発生が抑えられたものと考えられる。
【００５９】
以上本発明の実施形態を詳述したが、これはあくまで一例示であり、本発明はＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金以外の一般のＴｉ合金を材料として用い、またタービンホイール以外の、例えばコンプレッサホイール等の鋳造品を製造するに際しても適用可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態の方法の実施装置を表した図である。
【図２】同方法にて得た鋳造品としてのタービンホイールを示した図である。
【図３】実施例の結果得られた、遠心力とＣ添加量がガス欠陥発生率に及ぼす影響を表した図である。
【図４】Ｃ量を固定して遠心力を様々に変化させたときの遠心力とガス欠陥発生率との関係を表した図である。
【図５】従来の減圧吸上鋳造方法を実施装置とともに表した図である。
【図６】タービンロータを表した図である。
【図７】従来の鋳造による製造方法の問題点の説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１６ 減圧チャンバ
１８ 鋳型
２４ キャビティ
５３ タービンホイール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型の内部のキャビティに質量％でＣ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金の溶湯を充填し、該鋳型を内部の溶湯と共に高速回転させて、回転中心から離隔した位置の前記キャビティの溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行うことを特徴とするＴｉ合金鋳造品の製造方法。
【請求項２】
鋳型の内部を減圧として該鋳型のキャビティに質量％でＣ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金の溶湯を吸い上げて充填するとともに減圧下で該鋳型を内部の溶湯と共に高速回転させて、回転中心から離隔した位置の該キャビティの溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行うことを特徴とするＴｉ合金鋳造品の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、前記鋳型を通気性を有する多孔質鋳型となして該鋳型を減圧チャンバ内に且つ該減圧チャンバの回転中心から前記キャビティが離隔して位置するように配置し、該減圧チャンバ内を減圧状態とすることで該キャビティに前記溶湯を吸い上げ且つ該減圧チャンバを該回転中心回りに高速回転させることで該溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行うことを特徴とするＴｉ合金鋳造品の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記Ｔｉ合金がＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金であることを特徴とするＴｉ合金鋳造品の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記溶湯に少なくとも１Ｇ（但しＧは重力加速度）以上の加速度で遠心力を作用させて鋳造を行うことを特徴とするＴｉ合金鋳造品の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記鋳造品がターボチャージャのタービンホイールであることを特徴とするＴｉ合金鋳造品の製造方法。
【請求項１】
鋳型の内部のキャビティに質量％でＣ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金の溶湯を充填し、該鋳型を内部の溶湯と共に高速回転させて、回転中心から離隔した位置の前記キャビティの溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行うことを特徴とするＴｉ合金鋳造品の製造方法。
【請求項２】
鋳型の内部を減圧として該鋳型のキャビティに質量％でＣ：０．０４〜０．１０％含有する高ＣのＴｉ合金の溶湯を吸い上げて充填するとともに減圧下で該鋳型を内部の溶湯と共に高速回転させて、回転中心から離隔した位置の該キャビティの溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行うことを特徴とするＴｉ合金鋳造品の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、前記鋳型を通気性を有する多孔質鋳型となして該鋳型を減圧チャンバ内に且つ該減圧チャンバの回転中心から前記キャビティが離隔して位置するように配置し、該減圧チャンバ内を減圧状態とすることで該キャビティに前記溶湯を吸い上げ且つ該減圧チャンバを該回転中心回りに高速回転させることで該溶湯に遠心力を作用させ鋳造を行うことを特徴とするＴｉ合金鋳造品の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記Ｔｉ合金がＴｉＡｌ金属間化合物を基とするＴｉ合金であることを特徴とするＴｉ合金鋳造品の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記溶湯に少なくとも１Ｇ（但しＧは重力加速度）以上の加速度で遠心力を作用させて鋳造を行うことを特徴とするＴｉ合金鋳造品の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記鋳造品がターボチャージャのタービンホイールであることを特徴とするＴｉ合金鋳造品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２５４０５２（Ｐ２００８−２５４０５２Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０１１３８（Ｐ２００７−１０１１３８）
【出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（５０２２３０８８２）株式会社大同キャスティングス (32)
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（５０２２３０８８２）株式会社大同キャスティングス (32)
[ Back to top ]