チタン合金の真空アーク再溶解における鋳塊の健全性評価システムの試作

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63850146
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 梅田 高照 東京大学, 工学部, 教授 (50011078)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池田 実 東京大学, 工学部, 助手 (50167243) ; 鈴木 俊夫 東京大学, 工学部, 助教授 (70115111)
• Keywords: チタン合金 / 真空アーク再溶解法(VAR) / 凝固解析 / 流動

Research Abstract

真空アーク再溶解法(VAR)は、チタン合金鋳塊の最も一般的な製法として実用化されているが、凝固時の鋳塊の割れが歩留まりの向上の点で問題となっている。この割れは、高融点合金元素の局所的濃化による湯流れ性の低下及び凝固冷却時の熱応力に起因すると考えられる。前者の濃化及びそれに伴う偏析についてはいくつかの研究が行われているが、後者に関しては従来伝熱、凝固解析はさかんに行われているものの熱応力を考慮した取り扱いは少ない。熱応力解析には凝固解析と、凝固後の合金の力学的性質(構成方程式)が必要であり、これは高温で材料試験を行うことにより得られる。鋳塊の割れを防止するためには、ある凝固条件下における偏析挙動及び熱応力の分布を求め、割れの発生を予測し、両者の重畳を避ける凝固プロセスを確立することが必要であるが、同時にその解析の妥当性を検証するために何らかの方法で割れの発生をリアルタイムで検出することが重要となる。これらの点をふまえ、本研究では熱応力解析と割れの検出手段として有用なアコースティック・エミッション(AE)法を用い、VAR法によるチタン合金鋳塊の健全性の評価システムを確立し、鋳塊の歩留まりの向上に関する指針を得ることを目的とする。
本年度はVARの凝固解析プログラムを完成させた。非定常熱伝導方程式を解くことで、固液界面位置、温度分布に及ぼす溶解速度、溶解温度の影響を明らかにすることができた。さらに電磁力に基く溶湯流れをSMAC法によって解析した。また、既存のデータを整理することで、鋳型ーインゴット間の熱伝達係数を評価した。インゴットの割れをAEによって検知するためのプログラムを完成した。