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JP3359750B2 - Method for producing zirconium amorphous alloy rod and zirconium amorphous alloy cast by die - Google Patents

Method for producing zirconium amorphous alloy rod and zirconium amorphous alloy cast by die

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Publication number
JP3359750B2
JP3359750B2 JP21617094A JP21617094A JP3359750B2 JP 3359750 B2 JP3359750 B2 JP 3359750B2 JP 21617094 A JP21617094 A JP 21617094A JP 21617094 A JP21617094 A JP 21617094A JP 3359750 B2 JP3359750 B2 JP 3359750B2
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Japan
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amorphous
zirconium
mold
amorphous alloy
alloy
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明久 井上
嘉彦 横山
吉幸 篠原
信行 西山
Original Assignee
明久 井上
増本 健
帝国ピストンリング株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 明久 井上, 増本 健, 帝国ピストンリング株式会社 filed Critical 明久 井上
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ジルコニウム非晶質合
金棒材の製造方法に関するものであり、さらに詳しく述
べるならば、断面積が大きくかつ長さが長いジルコニウ
ム非晶質合金棒材を製造することによりジルコニウム材
料を各種工業部品に適用できるようにしたものである。
さらに、本発明は、金型成型に適した組成をもつジルコ
ニウム非晶質合金に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a zirconium amorphous alloy rod, and more particularly, to a method for producing a zirconium amorphous alloy rod having a large sectional area and a long length. By doing so, the zirconium material can be applied to various industrial parts.
Furthermore, the present invention relates to a zirconium amorphous alloy having a composition suitable for mold molding.

【0002】[0002]

【従来の技術】ジルコニウム合金はその高耐食性、高耐
熱性、高強度から人工繊維紡糸用ダイスや電灯フィラメ
ントなどに用いられている。また、特に中性子吸収断面
が小さいことから原子炉の燃料被覆管材や制御棒案内管
などの棒材の需要が増加しており、ジルカロイ2(Zr−
1.5Sn −0.12Fe−0.10Cr−0.05Ni)やジルカロイ4(Zr
−1.5Sn −0.2Fe −0.10Cr)などが用いられている。
2. Description of the Related Art Zirconium alloys are used for dies for artificial fiber spinning, electric filaments, etc. because of their high corrosion resistance, high heat resistance and high strength. In addition, since the neutron absorption cross section is particularly small, the demand for rod materials such as fuel cladding tubes and control rod guide tubes for nuclear reactors is increasing, and Zircaloy 2 (Zr-
1.5Sn-0.12Fe-0.10Cr-0.05Ni) and Zircaloy 4 (Zr
−1.5Sn−0.2Fe−0.10Cr).

【0003】本出願人の内2名は特開平3−15844
6号公報において、Ni,Cu,Fe,Co,Mnの少
なくとも1種以上とAlを所定量添加したZr系合金
は、液体急冷法、スパッタ法、アトマイズ法などで非晶
質化が可能であり、また硬度、強度、曲げ性、耐熱性、
耐食性などの性質が優れていることを開示した。また、
この組成では過冷却液体状態の温度域が50K以上あ
り、このために塑性加工性が良好になることも開示し
た。
[0003] Two of the present applicants are disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 3-15844.
In JP-A-6, a Zr-based alloy to which at least one of Ni, Cu, Fe, Co, and Mn and a predetermined amount of Al are added can be made amorphous by a liquid quenching method, a sputtering method, an atomizing method, or the like. , Also hardness, strength, bendability, heat resistance,
It discloses that properties such as corrosion resistance are excellent. Also,
It has also been disclosed that in this composition, the temperature range of the supercooled liquid state is 50K or more, and therefore, plastic workability is improved.

【0004】上述のように過冷却液体状態では非晶質Z
r合金の粘性が急激に低下するために、該温度領域で閉
塞鍛造などの適切な加工方法により容易に非晶質合金成
形体を作製することができる。本出願人の1名は他の研
究者ととともに第44回塑性加工連合講演会概要、項4
45において厚みが数10μmのZr65Al7.5 Cu
27.5をマイクロマシン用歯車に作製する方法を発表し
た。
As described above, in the supercooled liquid state, the amorphous Z
Since the viscosity of the r alloy rapidly decreases, an amorphous alloy compact can be easily produced in this temperature range by an appropriate processing method such as closed forging. One of the present applicants worked with other researchers on the outline of the 44th Joint Lecture on Plastic Working, Section 4
45, Zr 65 Al 7.5 Cu having a thickness of several tens μm
A method to make 27.5 into gears for micromachines was announced.

【0005】さらに、ろう付け用ジルコニウム箔帯の添
加元素としてPd,Rh,Ag,Auなどの各種元素を
添加することが知られている(特開昭59−11635
0号公報、特開昭59−126739号公報)。
[0005] Further, it is known to add various elements such as Pd, Rh, Ag, and Au as additive elements to a zirconium foil strip for brazing (JP-A-59-11635).
No. 0, JP-A-59-1226739).

【0006】従来より公知の片ロール法、双ロール法、
ガスアトマイズ法などの方法により作製できる非晶質合
金は箔帯、薄片状、粉末状に限られているので、工業的
に見てジルコニウム非晶質合金の用途がかなり制限され
ている。
Conventionally known single roll method, twin roll method,
Since amorphous alloys that can be produced by a method such as gas atomization are limited to foil strips, flakes, and powders, applications of zirconium amorphous alloys are considerably limited from an industrial viewpoint.

【0007】一方、近年塊状のジルコニウム非晶質合金
を作製する試みもなされている(第113 回日本金属学会
講演概要1993、項579 参照)。この方法は、アーク炉で
溶解した母合金(組成の記載はない)を石英ノズルから
銅製金型に鋳造する方法であり、直径5mmのZr丸棒を
得たものである。
[0007] On the other hand, in recent years, attempts have been made to produce bulky zirconium amorphous alloys (refer to the 113th Annual Meeting of the Japan Institute of Metals, 1993, Item 579 ). In this method, a mother alloy (not described in composition) melted in an arc furnace is cast from a quartz nozzle into a copper mold, and a Zr round bar having a diameter of 5 mm is obtained.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記日
本金属学会講演概要で発表された棒状ジルコニウム合金
の作製法は不連続バッチ方式であり、この方法で得られ
た棒材は大型部材作製用原料棒材として十分な大きさを
有していない。ジルコニウム非晶質合金を連続的に断面
寸法が数mm単位以上の棒状に作製出来れば、工業的生
産性が高くなり、又その用途は大きく拡大することが期
待される。すなわち、結晶質ジルコニウム合金は高強
度、高硬度、高温活性などの点から機械加工が困難であ
るのに対し、ジルコニウム非晶質合金は塑性加工性が比
較的良好であるので、棒状材料を鍛造、押出、プレスな
どの塑性加工により部品形状もしくは略部品形状に変形
することができ、実用部品の工業生産が可能になる。
However, the rod-shaped zirconium alloy production method disclosed in the above-mentioned lecture summary of the Japan Institute of Metals is a discontinuous batch method, and the rod obtained by this method is a raw material rod for producing a large member. The material is not large enough. If a zirconium amorphous alloy can be continuously manufactured in a rod shape having a cross-sectional dimension of several mm or more, industrial productivity is expected to increase, and its use is expected to greatly expand. That is, while crystalline zirconium alloys are difficult to machine due to their high strength, high hardness, high-temperature activity, etc., zirconium amorphous alloys have relatively good plastic workability, so forging rod-like materials It can be deformed into a part shape or a substantially part shape by plastic working such as extrusion and pressing, and industrial production of practical parts becomes possible.

【0009】また、ジルコニウム非晶質合金の組成につ
いて言うと、従来は、箔、薄帯等の薄い材料の特性を改
善するために組成を工夫する試みは多数為されているも
のの、金型鋳造でジルコニウム合金を非晶質化するには
どのような組成が適しているかの観点からの研究は為さ
れていなかった。すなわち、(a)金型鋳造は鋳型の底
面及び両側面から冷却され、回転ロール冷却法はロール
面からの一方向冷却である;(b)金型冷却法は溶湯と
鋳型との接触時間が長いが回転冷却法はロールとの接触
時間が短い;(c)金型冷却法では凝固過程が残存酸素
などに影響され易いなどの点に本発明者は着目したとこ
ろ、従来の合金組成はこれらの点を考慮しておらず好適
なものではないことが分かった。
Regarding the composition of the zirconium amorphous alloy, many attempts have been made to improve the composition of thin materials such as foils and ribbons. No studies have been made from the viewpoint of what composition is suitable for making the zirconium alloy amorphous. That is, (a) the mold casting is cooled from the bottom and both sides of the mold, and the rotating roll cooling is one-way cooling from the roll surface; (b) the mold cooling is the contact time between the molten metal and the mold. The present inventors have paid attention to the fact that the contact time with the roll is short, but the solidification process is easily affected by residual oxygen and the like in the mold cooling method. The above point was not taken into consideration, and it was found that this was not suitable.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは上述
の課題を解決するために鋭意研究した結果、従来の液体
急冷法とは本質的に異なる溶解、凝固手段を採用したジ
ルコニウム非晶質合金棒材を連続的に製造する製造法、
及び金型成型に適した合金成分を見出し、本発明を完成
させた。
The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that a zirconium amorphous material employing a dissolving and solidifying means which is essentially different from the conventional liquid quenching method. A manufacturing method for continuously manufacturing alloy bars,
The present inventors have found alloy components suitable for mold molding and completed the present invention.

【0011】即ち、本発明は、非晶質化元素を含有する
ジルコニウム合金を、上面が開放された棒状成型キャビ
ティを有する強制冷却鋳型に配置し、高周波誘導加熱、
アーク放電、電子ビーム、レーザー又は赤外線照射によ
りジルコニウム合金を成型キャビティ内の上面から鋳型
キャビティ下面に及ぶ断面で溶解した溶解領域を形成
し、また加熱熱源及び強制冷却鋳型の少なくとも一方を
前記棒の方向に相対的に移動させることにより、前記溶
解領域を強制冷却鋳型の長さ方向に移動させることを特
徴とするジルコニウム非晶質合金棒材の製造方法に関す
る。
That is, according to the present invention, a zirconium alloy containing an amorphizing element is placed in a forced cooling mold having a rod-shaped molding cavity having an open upper surface, and high-frequency induction heating is performed.
Arc melting, electron beam, laser or infrared irradiation irradiates the zirconium alloy in a cross section from the upper surface in the molding cavity to the lower surface of the mold cavity to form a melting region, and at least one of a heating heat source and a forced cooling mold is oriented in the direction of the rod. The present invention relates to a method for manufacturing a zirconium amorphous alloy bar, wherein the melting region is moved in the longitudinal direction of the forced cooling mold by relatively moving the molten region.

【0012】また本発明により金型鋳造されるジルコニ
ウム合金は、組成が、一般式一般式:Zr100-a-b-ca
bc(但し、AはTi,Hf,Al,Gaより選択さ
れる1種又は2種以上の元素、BはFe,Co,Ni,
Cuより選択される1種又は2種以上の元素、CはP
d,Pt,Au,Agより選択される1種又は2種以上
の元素からなり、式中のa,b,cは原子比率でそれぞ
れ5≦a≦20,20≦b≦40,0<c≦10、及び
30≦a+b+c≦70を満足させる組成を有し、かつ
100K以上の過冷却液体領域の温度幅(△T=結晶化
温度(Tx)−ガラス遷移温度(Tg))を有するもの
である。以下、本発明の構成及び好ましい実施態様を説
明する。
Further, the zirconium die-cast according to the present invention is provided.
The alloy has a composition represented by the general formula: Zr 100-abc A a
B b C c (where A is one or more elements selected from Ti, Hf, Al, Ga, B is Fe, Co, Ni,
One or more elements selected from Cu, C is P
d, Pt, Au, Ag, and one or more elements selected from the group consisting of a, b, and c, each of which has an atomic ratio of 5 ≦ a ≦ 20, 20 ≦ b ≦ 40, and 0 <c. ≦ 10 and 30 ≦ a + b + c ≦ 70, and have a temperature range of the supercooled liquid region of 100K or more (ΔT = crystallization temperature (Tx) −glass transition temperature (Tg)). is there. Hereinafter, the configuration and preferred embodiments of the present invention will be described.

【0013】本発明においては、棒状形状をもつ大断面
ジルコニウム非晶質合金を鋳造するために、上面が開放
された棒状鋳型キャビティを有する鋳型を使用する。さ
らに、溶湯の凝固方法は、固体材料を鋳型内で溶解さ
せ、その場所で急冷凝固させる構成とした。この溶解の
ための加熱には、急速加熱ができ、エネルギ密度が高く
かつエネルギを局部的に集中させることができる、高周
波誘導加熱、アーク放電、電子ビーム、レーザー又は赤
外線照射による加熱を行うことが必要である。加熱熱源
としては、レーザーが好ましい。
In the present invention, a mold having a rod-shaped mold cavity having an open upper surface is used for casting a large-section zirconium amorphous alloy having a rod-like shape. Further, the solidification method of the molten metal is such that a solid material is melted in a mold and rapidly solidified at that location. The heating for this melting may be high-frequency induction heating, high-frequency induction heating, arc discharge, electron beam, laser or infrared irradiation, which can perform rapid heating, have a high energy density and can concentrate energy locally. is necessary. As the heating heat source, a laser is preferable.

【0014】さらに溶解においては、成型キャビティ内
のジルコニウム合金を上面から底面まで溶解させること
により強制冷却鋳型の冷却効果が底面及び両側面から溶
湯に直接及ぶようにすることが必要である。その後、加
熱熱源及び強制冷却鋳型のいずれか又は両方を移動させ
ると、次の隣接領域で溶解が起こりまた加熱源からの熱
が投入されなくなった溶湯が直ちに急冷される。この移
動を棒状材料の長さ方向に行うことにより所望の長い材
料を製造することができる。なお、上記方法により非晶
質化するためにはジルコニウムに非晶質化元素を含有さ
せることが必要である。
Further, in the melting, it is necessary to melt the zirconium alloy in the molding cavity from the top surface to the bottom surface so that the cooling effect of the forced cooling mold is directly applied to the molten metal from the bottom surface and both side surfaces. Thereafter, when one or both of the heating heat source and the forced cooling mold are moved, the molten metal is melted in the next adjacent region and the molten metal to which the heat from the heating source is not supplied is immediately quenched. By performing this movement in the length direction of the rod-shaped material, a desired long material can be manufactured. In order to make amorphous by the above method, it is necessary to make zirconium contain an amorphizing element.

【0015】上記方法によれば、ジルコニウム非晶質合
金棒材は、断面積が10mm2 以上でありかつ長さが5
0mm以上のものを容易に製造することができる。さら
に、断面積が100mm2 以上、長さが150mm以上
のものも製造することができる。
According to the above method, the zirconium amorphous alloy rod has a cross-sectional area of 10 mm 2 or more and a length of 5 mm.
Those having a size of 0 mm or more can be easily manufactured. Further, those having a cross-sectional area of 100 mm 2 or more and a length of 150 mm or more can be manufactured.

【0016】上記方法においては、強制冷却鋳型の冷却
材としては水、ガス(液化ガス)などを好ましく使用す
ることができる。
In the above method, water, gas (liquefied gas) or the like can be preferably used as a coolant for the forced cooling mold.

【0017】非晶質元素は、Ni,Cu,Fe,Cu,
Pd,Pt,Hf,Au,Ag,Ti,Al,Gaから
選択された1種又は2種以上を使用する。非晶質化元素
の添加量は、棒材の直径や材料特性を考慮して50原子%
以下で適宜定められる。
The amorphous elements are Ni, Cu, Fe, Cu,
One or more selected from Pd, Pt, Hf, Au, Ag, Ti, Al, and Ga are used. The addition amount of the amorphizing element is 50 atomic% in consideration of the diameter and material properties of the rod.
It is determined appropriately below.

【0018】本発明の方法によると、非晶質相の体積率
が50〜100%のジルコニウム非晶質合金棒材を製造
することができる。棒材中の非晶質相の体積率が50%
以上であれば過冷却液体領域での粘性が十分低下し、こ
のことと関連して棒材は良好な塑性加工性を示す。さら
に、非晶質マトリックス中の結晶相の粒径が100μm
以下であれば塑性加工時の結晶相の変形に起因する割れ
等が防止でき、健全な最終製品部材が成形できる。ただ
し、原料合金組成によっては非晶質形成能が十分でない
こともあるので、凝固時に水冷金型から不均一な結晶核
が生成・成長し非晶質中に結晶質が混在する。このよう
な難点を避けるためには上記したZr100-a-b-ca
bc 合金を使用することが好ましい。
According to the method of the present invention, a zirconium amorphous alloy rod having a volume fraction of an amorphous phase of 50 to 100% can be produced. The volume fraction of the amorphous phase in the bar is 50%
If it is above, the viscosity in the supercooled liquid region is sufficiently reduced, and in connection with this, the bar shows good plastic workability. Further, the particle size of the crystal phase in the amorphous matrix is 100 μm.
If it is below, cracks or the like due to deformation of the crystal phase during plastic working can be prevented, and a sound final product member can be formed. However, since the amorphous forming ability may not be sufficient depending on the composition of the raw material alloy, non-uniform crystal nuclei are generated and grown from the water-cooled mold during solidification, and the crystalline is mixed in the amorphous. To avoid such difficulties, Zr 100-abc A a B
It is preferred to use a b C c alloy.

【0019】以下金型鋳造に適したジルコニウム合金組
成の特徴を説明する。A元素は上記合金の非晶質形成能
を下げることなく、冷却液体領域の温度幅[ΔT=結晶
化温度(Tx )−ガラス遷移温度(Tg )]を広げる効
果のある元素である。A元素は添加量が5原子パーセン
ト未満または20原子パーセント超になると、過冷却液
体領域が100Kより小さくなり、塑性加工性が劣化す
るので5〜20原子パーセントの範囲とした。好ましく
は10〜15原子パーセントの範囲であり、またA元素
としてはAl,Gaが好ましい。
The characteristics of the zirconium alloy composition suitable for die casting will be described below. Element A is an element that has the effect of expanding the temperature width [ΔT = crystallization temperature (T x ) −glass transition temperature (T g )] of the cooling liquid region without lowering the amorphous forming ability of the alloy. When the addition amount of the element A is less than 5 atomic percent or more than 20 atomic percent, the supercooled liquid region becomes smaller than 100 K and the plastic workability is deteriorated. The content is preferably in the range of 10 to 15 atomic percent, and the element A is preferably Al or Ga.

【0020】B元素は、非晶質を形成させる元素であ
り、その添加量が20原子パーセント未満または40原
子パーセント超になると非晶質形成能が低下するので2
0〜40原子パーセントの範囲とした。好ましくは25
〜35原子パーセントの範囲であり、またB元素として
はCu,Ni,Coが好ましい。
The element B is an element that forms an amorphous phase. When the amount of the element B is less than 20 at.% Or more than 40 at.
The range was 0 to 40 atomic percent. Preferably 25
The element B is preferably Cu, Ni, or Co.

【0021】C元素は非晶質形成能および過冷却液体領
域の拡大を損なうことなく、非晶質中に生成・成長する
結晶核を抑制する元素である。さらに、Pd,Pt,A
u,Agは一般に化学的安定性がきわめて高いために、
他の添加元素が残存する酸素と反応して酸化物になるこ
とを防止する効果がある。従って酸化物が核となる不均
一な結晶核が抑制され、合金はより非晶質化し易くな
る。しかも、これらの元素は熱伝導性に優れており、合
金溶湯の熱放散が大きくなり冷却速度が増大するため
に、本発明鋳造法における非晶質形成能を高め、かつ塑
性加工に好適な広い過冷却液体領域を形成することが可
能になったと考えられる。C元素の添加量が0原子パー
セントでは非晶質棒材中に結晶核が多量に生成・成長す
るためその後の塑性加工時に結晶相に起因する割れが発
生する。また10原子パーセント超では非晶質形成能が
低下するので0超え、10原子パーセント以下とした。
好ましくは5〜10原子パーセントの範囲であり、また
C元素としてはPd,Ptが好ましい。
Element C is an element that suppresses crystal nuclei generated and grown in the amorphous material without impairing the ability to form the amorphous material and the expansion of the supercooled liquid region. Further, Pd, Pt, A
Since u and Ag generally have extremely high chemical stability,
This has the effect of preventing other additional elements from reacting with the remaining oxygen to form oxides. Therefore, non-uniform crystal nuclei having oxides as nuclei are suppressed, and the alloy is more likely to become amorphous. Moreover, these elements are excellent in thermal conductivity, and the heat dissipation of the molten alloy is increased and the cooling rate is increased, so that the amorphous forming ability in the casting method of the present invention is enhanced, and a wide area suitable for plastic working. It is considered that a supercooled liquid region can be formed. When the addition amount of the C element is 0 atomic percent, a large amount of crystal nuclei are generated and grown in the amorphous rod, so that cracks due to the crystal phase occur during subsequent plastic working. If it exceeds 10 atomic percent, the ability to form an amorphous phase is reduced.
It is preferably in the range of 5 to 10 atomic percent, and Pd and Pt are preferable as the C element.

【0022】さらに、添加元素の合計量は原子パーセン
トで30≦a+b+c≦70を満足することが必要であ
る。合計量が30原子パーセント未満および70原子パ
ーセントを超えると非晶質相を形成しなくなるので30
≦a+b+c≦70とした。また合計量は35≦a+b
+c≦65の範囲が好ましい。
Further, it is necessary that the total amount of the additional elements satisfies 30 ≦ a + b + c ≦ 70 in atomic percent. If the total amount is less than 30 atomic percent or more than 70 atomic percent, no amorphous phase is formed.
≦ a + b + c ≦ 70. The total amount is 35 ≦ a + b
The range of + c ≦ 65 is preferable.

【0023】さらに、過冷却液体領域の温度幅(ΔT=
結晶化温度(Tx )−ガラス遷移温度(Tg ))が10
0K以上であると、過冷却液体領域での塑性加工性に優
れた非晶質合金棒材を得ることができる。
Further, the temperature width of the supercooled liquid region (ΔT =
The crystallization temperature (T x ) -glass transition temperature (T g ) is 10
When the temperature is 0 K or more, an amorphous alloy bar excellent in plastic workability in a supercooled liquid region can be obtained.

【0024】図1はジルコニウム非晶質合金棒材を得る
ための水冷金型1および加熱熱源2を示している。水冷
金型1は熱容量が大きく熱伝導の良好な純銅製を用いる
ことが望ましく、その内部に冷却水などを流す空洞部を
形成する。水冷金型1の上部には棒材成型のために上面
が開放されたキャビティ3が画成されている。また原料
が加熱により溶解した部分5である溶解領域を移動でき
るように水冷金型1もしくは加熱熱源2は左右に任意に
移動できる構造となっている。
FIG. 1 shows a water-cooled mold 1 and a heating heat source 2 for obtaining a zirconium amorphous alloy bar. The water-cooled mold 1 is desirably made of pure copper having a large heat capacity and good heat conductivity, and has a cavity formed therein for flowing cooling water or the like. In the upper part of the water-cooled mold 1, a cavity 3 whose upper surface is opened for forming a bar is defined. Further, the water-cooled mold 1 or the heating heat source 2 has a structure that can be arbitrarily moved to the left and right so that the melting region, which is the portion 5 where the raw material is melted by heating, can be moved.

【0025】かかる装置を用いて本発明の合金棒材を製
造する方法の一例について説明する。製造作業に当って
は、あらかじめキャビティ3に所定の組成に調整し、棒
状、ペレット状、粉末などの任意の形態を付与した原料
合金4を配置し、原料合金の一端より適切な加熱熱源2
を用いて原料合金4の一部を溶解する。その後、水冷金
型1もしくは加熱熱源2を移動させることにより、溶解
部を原料合金の他端方向に移動させ順次連続的に溶解す
る。原料合金の溶解部5は移動することに伴い熱投入を
受けない溶湯は熱を失い、水冷金型1にて冷却され非晶
質化する。以下、実施例により本発明を説明する。
An example of a method for manufacturing the alloy bar of the present invention using such an apparatus will be described. In the manufacturing operation, a material alloy 4 having a predetermined composition adjusted in advance in the cavity 3 and having an arbitrary form such as a rod, a pellet, or a powder is arranged, and an appropriate heating heat source 2 is applied from one end of the material alloy.
Is used to melt a part of the raw material alloy 4. Thereafter, by moving the water-cooled mold 1 or the heating heat source 2, the melting portion is moved toward the other end of the raw material alloy, and is sequentially and continuously melted. As the molten part 5 of the raw material alloy moves, the molten metal that does not receive heat loses heat and is cooled by the water-cooled mold 1 to become amorphous. Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

【0026】[0026]

【実施例】表1に示す合金組成からなる材料(実施例1
〜10、比較例1〜5)を図1に示し、加熱熱源をアー
ク放電とした溶解成型装置を用いて断面積120mm2
長さ280mmの棒状試料を作製した。比較のために、同
じ合金組成の材料から、アーク溶解法により直径5mm、
高さ5mmのボタン状インゴット試料を作製し、又片ロー
ル法により厚さ20μm、幅1mmのリボン状試料を作製
した。各試料の非晶質相の確認をX線回折法により、ま
たリボン状試料での過冷却液体領域の温度幅(ΔT)を
示差走査熱量計により測定した。本発明の合金棒材の塑
性加工性は、リボン状試料で得られた過冷却液体遷移温
度に加熱した棒材に圧力を加え変形させ、変形後の割れ
により評価した。これらの結果を表1に示す。
EXAMPLES Materials having the alloy compositions shown in Table 1 (Example 1)
10, Comparative Examples 1 to 5) are shown in Figure 1, the cross-sectional area 120 mm 2 using a dissolver molding apparatus with arc heating heat source,
A rod-shaped sample having a length of 280 mm was prepared. For comparison, a material of the same alloy composition was used to form a 5 mm
A button-shaped ingot sample having a height of 5 mm was prepared, and a ribbon-shaped sample having a thickness of 20 μm and a width of 1 mm was prepared by a single roll method. The amorphous phase of each sample was measured by an X-ray diffraction method, and the temperature width (ΔT) of the supercooled liquid region in the ribbon-shaped sample was measured by a differential scanning calorimeter. The plastic workability of the alloy bar of the present invention was evaluated by applying pressure to the bar heated to the supercooled liquid transition temperature obtained from the ribbon-shaped sample, deforming the bar, and evaluating the crack after the deformation. Table 1 shows the results.

【0027】[0027]

【表1】 試 料 形 状 ΔTx 変形時 試料No 合 金 組 成 連続 ボタン リボン(K) の割れ (原子%) 棒状 状 状 の有無 実施例 1 Zr55Al5Cu32Ni5Pt3 非晶質 非晶質 非晶質 118 無 実施例 2 Zr60Al10Cu25Fe2Pt3 非晶質 非晶質 非晶質 110 無 実施例 3 Zr60Al10Cu25Pt4Au1 非晶質 非晶質 非晶質 112 無 実施例 4 Zr55Al10Ti5Cu25Pt5 非晶質 非晶質 非晶質 108 無 実施例 5 Zr62Al10Ni10Cu15Pt3 非晶質 非晶質 非晶質 105 無 実施例 6 Zr62Al10Ni7Cu15Co3Pt3 非晶質 非晶質 非晶質 120 無 実施例 7 Zr60Al5Cu22Pd3 非晶質 非晶質 非晶質 114 無 実施例 8 Zr60Al10Ni10Cu17Pd2Ag1 非晶質 非晶質 非晶質 115 無 実施例 9 Zr60Al10Ni10Cu15Pd5 非晶質 非晶質 非晶質 119 無実施例 10 Zr 50 Al 15 Ni 10 Cu 15 Co 5 Pd 5 非晶質 非晶質 非晶質 121 無 比較例 1 Zr80Al5Cu10Pd5 結晶質 結晶質 結晶質 − 有 比較例 2 Zr65Al3Cu27Pt5 結晶質 結晶質 非晶質 68 有 比較例 3 Zr50Al25Cu20Pd5 結晶質 結晶質 非晶質 87 有 比較例 4 Zr60Al10Cu30− 結晶質 非晶質 非晶質 61 有 比較例 5 Zr 50 Al 10 Cu 25 Pt 15 結晶質 非晶質 非晶質 50 有 表中の非晶質は体積率が50%以上であることを示す。[Table 1] Sample Shape ΔT x Deformation Sample No. Alloy composition Continuous button Cracking of ribbon (K) (atomic%) Presence or absence of rod shape Example 1 Zr 55 Al 5 Cu 32 Ni 5 Pt 3 Amorphous Amorphous Amorphous 118 None Example 2 Zr 60 Al 10 Cu 25 Fe 2 Pt 3 Amorphous Amorphous Amorphous 110 None Example 3 Zr 60 Al 10 Cu 25 Pt 4 Au 1 Amorphous Amorphous Amorphous quality 112 No example 4 Zr 55 Al 10 Ti 5 Cu 25 Pt 5 amorphous amorphous amorphous 108 No example 5 Zr 62 Al 10 Ni 10 Cu 15 Pt 3 amorphous amorphous amorphous 105 None Example 6 Zr 62 Al 10 Ni 7 Cu 15 Co 3 Pt 3 Amorphous Amorphous Amorphous 120 None Example 7 Zr 60 Al 5 Cu 22 Pd 3 Amorphous Amorphous Amorphous 114 None Performed example 8 Zr 60 Al 10 Ni 10 Cu 17 Pd 2 Ag 1 amorphous amorphous amorphous 115 No example 9 Zr 60 Al 10 Ni 10 Cu 15 Pd 5 amorphous amorphous amorphous 119 free practice example 10 Zr 50 Al 15 Ni 10 Cu 15 Co 5 Pd 5 amorphous amorphous amorphous 121 No Comparative example 1 Zr 80 Al 5 Cu 10 Pd 5 crystalline crystalline crystalline - Yes Comparative 2 Zr 65 Al 3 Cu 27 Pt 5 crystalline crystalline amorphous 68 Yes Comparative Example 3 Zr 50 Al 25 Cu 20 Pd 5 crystalline crystalline amorphous 87 Yes Comparative Example 4 Zr 60 Al 10 Cu 30 - crystalline amorphous amorphous amorphous 61 Yes Comparative example 5 Zr 50 Al 10 Cu 25 Pt 15 crystalline amorphous amorphous 50 in perforated table shows that the volume ratio is 50% or more.

【0028】表1に示すように実施例1〜10の合金組
成を有する棒状試料はいずれも50%以上非晶質であっ
たが比較例1〜5では非晶質形成能が低く50%以上結
晶質となった。また、過冷却液体領域での変形試験の結
果、本発明の実施例1〜10では変形時の割れはみられ
ず、健全な変形製品が得られた。比較例1〜5では棒状
試料中の結晶相が体積率で50%以上含まれるため、結
晶相の変形に起因する割れが一部みられ健全な変形製品
が得られなかった。
As shown in Table 1, the rod-shaped samples having the alloy compositions of Examples 1 to 10 were all 50% or more amorphous, but Comparative Examples 1 to 5 had low amorphous forming ability and 50% or more. It became crystalline. In addition, as a result of the deformation test in the supercooled liquid region, in Examples 1 to 10 of the present invention, cracks were not found at the time of deformation, and a sound deformed product was obtained. In Comparative Examples 1 to 5, since the crystal phase in the rod-shaped sample was contained by 50% or more by volume ratio, cracks caused by deformation of the crystal phase were partially observed, and a sound deformed product was not obtained.

【0029】上記比較例1〜5において、比較例1はAl
(A成分) およびPd(C成分)は本発明の範囲内であるが、C
u(B成分) は本発明下限未満である。比較例2のCu(B成
分)およびPt(C成分)は本発明の範囲内であるが、Al(A成
分)は本発明下限未満である。比較例3のCu(B成分)及び
Pd(C成分)は本発明の範囲内であるが、Al(A成分は本発
明上限を超えている。比較例4にはC成分が含まれてい
ない。比較例5のAl(A成分)及びCu(B成分)は本発明範囲
内であるが、Pt(C成分)は本発明上限を超えている。
記比較例1〜5の組成を棒材断面積10mm2として上記と
同一方法により連続棒状試料としたところ50%以上非
晶質材料が得られた。
In Comparative Examples 1 to 5, Comparative Example 1 was made of Al.
(Component A) and Pd (Component C) are within the scope of the present invention,
u (B component) is less than the lower limit of the present invention. Cu (B component) of Comparative Example 2
Min) and Pt (C component) are within the scope of the present invention, but Al (A component)
Min) is less than the lower limit of the present invention. Cu (B component) of Comparative Example 3 and
Although Pd (C component) is within the scope of the present invention, Al (A component is
Light limit exceeded. Comparative Example 4 contained the C component.
Absent. Al (A component) and Cu (B component) of Comparative Example 5 are within the scope of the present invention.
However, Pt (C component) exceeds the upper limit of the present invention. When the composition of Comparative Examples 1 to 5 was changed to a rod-shaped cross-sectional area of 10 mm 2 to prepare a continuous rod-shaped sample by the same method as above, an amorphous material was obtained in an amount of 50% or more.

【0030】[0030]

【発明の作用及び効果】以上説明したように本発明の請
求項1〜4に係る方法は、鋳型構造、加熱熱源、溶解過
程を組み合わせることにより棒状ジルコニウム非晶質合
金が連続的に作製されるようにしたものであり、係る方
法で得られた大断面棒状材料は、ジルコニウム非晶質合
金が本来もっている優れた強度、耐熱性、耐食性などを
利用して実用部品、例えば原子炉の燃料被覆管の素材に
付与することができる。さらに、請求項5〜8に係る本
発明合金は非晶質形成能が極めて良好であり、かつ広い
過冷却液体領域をもつために、塑性加工により各種実用
部品の素材を作ることができる。また請求項8の大断面
積棒状材料を塑性加工することにより部品の生産コスト
を著しく低減できる。
As described above, in the method according to the first to fourth aspects of the present invention, a rod-shaped zirconium amorphous alloy is continuously produced by combining a mold structure, a heating heat source, and a melting process. The large-section rod-shaped material obtained by such a method is used for practical parts, for example, fuel cladding of a nuclear reactor, utilizing the excellent strength, heat resistance, corrosion resistance, etc. inherent in zirconium amorphous alloy. Can be applied to the tube material. Further, since the alloy of the present invention according to claims 5 to 8 has extremely good amorphous forming ability and has a wide supercooled liquid region, materials for various practical parts can be produced by plastic working. Further, by plastically processing the bar-shaped material having the large cross-sectional area according to the eighth aspect, the production cost of parts can be significantly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ジルコニウム非晶質合金棒材を製造する装置の
一部断面正面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional front view of an apparatus for producing a zirconium amorphous alloy bar.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 水冷金型 2 加熱熱源 3 キャビティ 4 原料合金 5 溶解部(領域) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water-cooled metal mold 2 Heating heat source 3 Cavity 4 Raw material alloy 5 Melting part (area)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 嘉彦 宮城県仙台市太白区鈎取1−9−11 (72)発明者 篠原 吉幸 東京都中央区八重洲1丁目9番9号 帝 国ピストンリング株式会社内 (72)発明者 西山 信行 東京都中央区八重洲1丁目9番9号 帝 国ピストンリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−282450(JP,A) 特開 平7−188877(JP,A) 特開 昭60−89531(JP,A) 特開 昭63−11647(JP,A) 特開 昭59−126739(JP,A) 特開 昭55−148752(JP,A) 特開 平7−62502(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 1/00,45/10 B22D 23/06 - 27/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshihiko Yokoyama 1-9-11, Hakutori, Taihaku-ku, Sendai, Miyagi Prefecture (72) Inventor Yoshiyuki Shinohara 1-9-9 Yaesu, Chuo-ku, Tokyo Teikoku Piston Ring Co., Ltd. (72) Inventor Nobuyuki Nishiyama 1-9-9 Yaesu, Chuo-ku, Tokyo Imperial Piston Ring Co., Ltd. (56) References JP-A-2-282450 (JP, A) JP-A-7-188877 (JP) JP-A-60-89531 (JP, A) JP-A-63-11647 (JP, A) JP-A-59-126739 (JP, A) JP-A-55-148752 (JP, A) 7-62502 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C22C 1/00, 45/10 B22D 23/06-27/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一般式:Zr 100-a-b-c a b c (但
し、AはTi,Hf,Al,Gaより選択される1種又
は2種以上の元素、BはFe,Co,Ni,Cuより選
択される1種又は2種以上の元素、CはPd,Pt,A
u,Agより選択される1種又は2種以上の元素からな
り、式中のa,b,cは原子比率でそれぞれ5≦a≦2
0,20≦b≦40,0<c≦10、およ30≦a+b
+c≦70を満足させる組成を有し、かつ100K以上
の過冷却液体領域の温度幅(△T=結晶化温度(Tx)
−ガラス遷移温度(Tg))を有するジルコニウム合金
を、上面が開放された棒状成型キャビティを有する強制
冷却鋳型に配置し、高周波誘導加熱、アーク放電、電子
ビーム、レーザー又は赤外線照射により前記ジルコニウ
ム合金を前記成型キャビティ内の上面から鋳型キャビテ
ィ下面に及ぶ断面で溶解した溶解領域を形成し、また加
熱熱源及び前記強制冷却鋳型の少なくとも一方を前記棒
材の方向に相対的に移動させることにより、前記溶解領
域を前記強制冷却鋳型の長さ方向に移動させることを特
徴とするジルコニウム非晶質合金棒材の製造方法。
1. A general formula: Zr 100-abc A a B b C c ( however
A is one or more selected from Ti, Hf, Al, and Ga.
Is at least two elements, and B is selected from Fe, Co, Ni, and Cu.
One or more selected elements, C is Pd, Pt, A
u, Ag, or one or more elements selected from the group consisting of
A, b, and c in the formula are 5 ≦ a ≦ 2 in atomic ratio.
0, 20 ≦ b ≦ 40, 0 <c ≦ 10, and 30 ≦ a + b
+ C ≦ 70 and 100K or more
Temperature range of the supercooled liquid region (ΔT = crystallization temperature (Tx)
-Zirconium alloy having a glass transition temperature (Tg)
Is placed in a forced cooling mold having a bar-shaped molding cavity with an open upper surface , and the zirconium alloy extends from the upper surface in the molding cavity to the lower surface of the mold cavity by high-frequency induction heating, arc discharge, electron beam, laser or infrared irradiation. Forming a melting region melted in a cross section, and moving the melting region in the length direction of the forced cooling mold by relatively moving at least one of a heating heat source and the forced cooling mold in the direction of the bar. A method for producing a zirconium amorphous alloy rod material.
【請求項2】 前記ジルコニウム非晶質合金棒材の断面
積が10mm2以上でありかつ長さが50mm以上であ
ることを特徴とする請求項1記載のジルコニウム非晶質
合金棒材の製造方法。
2. The method for producing a zirconium amorphous alloy bar according to claim 1, wherein the cross-sectional area of the zirconium amorphous alloy bar is 10 mm 2 or more and the length is 50 mm or more. .
【請求項3】 前記強制冷却鋳型が水冷鋳型又はガス冷
却鋳型であることを特徴とする請求項1又は2記載のジ
ルコニウム非晶質合金棒材の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the forced cooling mold is a water-cooled mold or a gas-cooled mold.
【請求項4】一般式:Zr100-a-b-cabc(但し、
AはTi,Hf,Al,Gaより選択される1種又は2
種以上の元素、BはFe,Co,Ni,Cuより選択さ
れる1種又は2種以上の元素、CはPd,Pt,Au,
Agより選択される1種又は2種以上の元素からなり、
式中のa,b,cは原子比率でそれぞれ5≦a≦20,
20≦b≦40,0<c≦10、および30≦a+
c≦70を満足させる組成を有し、かつ100K以上の
過冷却液体領域の温度幅(△T=結晶化温度(Tx)−
ガラス遷移温度(Tg))を有し、断面積が10mm 2
以上でありかつ長さが50mm以上であることを特徴と
する金型鋳造成形されたジルコニウム非晶質合金棒材。
Wherein the general formula: Zr 100-abc A a B b C c ( however,
A is one or two selected from Ti, Hf, Al, and Ga
B is one or more elements selected from Fe, Co, Ni, Cu, and C is Pd, Pt, Au,
Consisting of one or more elements selected from Ag,
A, b, and c in the formula are atomic ratios of 5 ≦ a ≦ 20, respectively.
20 ≦ b ≦ 40, 0 <c ≦ 10, and 30 ≦ a + b +
A temperature range of a supercooled liquid region having a composition satisfying c ≦ 70 and being 100 K or more (ΔT = crystallization temperature (Tx) −
Glass transition temperature (Tg)) and a cross-sectional area of 10 mm 2
A zirconium amorphous alloy bar formed by die casting and having a length of at least 50 mm .
【請求項5】 非晶質相を体積率で50%以上〜100
%含み、残部の結晶相が100μm以下の粒径をもつこ
とを特徴とする請求項4記載の金型で鋳造成型されたジ
ルコニウム非晶質合金。
5. An amorphous phase having a volume ratio of 50% or more to 100% or more.
The zirconium amorphous alloy cast by a mold according to claim 4, characterized in that the remaining crystalline phase has a particle size of 100 µm or less.
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