JPH0375623B2 - - Google Patents

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JPH0375623B2
JPH0375623B2 JP58188908A JP18890883A JPH0375623B2 JP H0375623 B2 JPH0375623 B2 JP H0375623B2 JP 58188908 A JP58188908 A JP 58188908A JP 18890883 A JP18890883 A JP 18890883A JP H0375623 B2 JPH0375623 B2 JP H0375623B2
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Yasunori Torisaka
Kyoyuki Oochi
Katsunori Nakazawa
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B1/00Single-crystal growth directly from the solid state
    • C30B1/02Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/52Alloys

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高強度・難加工材の成形法に関する
ものである。
例えば、ガスタービン発動機工業では、発動機
の設計基準から良好な高温強度及び酸化−腐食抵
抗性をもつ合金の使用が要求される。この要求に
応えて多数の合金が開発、応用され、それによつ
て高温強度への要求は満足されたが、それは一般
に合金の成形性能を犠牲にした上で達成されたも
のであつた。しかしながら、厳密な公差に応じて
成形された複雑な形状の何千個もの部品からなる
ジエツト発動機の製作では、合金の成形性能が、
その有用性の度合を決定する上での主要なフアク
ターとなる。多くの工業では、この成形性能の問
題の解決を、便宜的に合金化学の変更によつて計
ることが可能であるが、ガスタービン発動機用合
金に賦課される関連基準は非常に多数存在するの
で、合金化学を変更するか否かにかかわらず、成
形法自体の改良は必至である。
本発明の目的は、高強度・難加工材を、切削に
よることなく、厳密な公差に応じて容易に複雑多
様な形状の製品に成形することができ、しかも製
品に所望の材料特性分布をもたせ、且つ従来法の
ものよりも高強度なものとすることができる成形
法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の成形法は、
高強度・難加工材からなる極細線であつて、その
内部が1次再結晶により超微細結晶状態にあり、
かつその極細線の表面または内部に極細線の長さ
方向に配向された結晶粒成長阻害域があるものの
多数を束ね、これをバルク化すると共に所要の形
状に成形した後に、2次再結晶温度において結晶
粒粗大化熱処理を施すことにより、上記超微細結
晶を結晶粒成長阻害域に沿つて成長させ、あるい
は予め2次再結晶温度において結晶粒粗大化熱処
理を施しておいて、それをバルク化すると共に所
要の形状に成形することを特徴とするものであ
る。
次に、本発明の成形法について、図面を参照し
ながらさらに詳細に説明する。
本発明によつて成形される高強度・難加工材と
しては、Ni、Ti、Co、Mo、W、Fe、Cr、Al、
Ta、Nb基等の耐熱材料を例示することができ、
これらは後述するような溶融法や塑性加工法等で
極細線に加工される。溶融法の場合は、極細線の
成形後にさらにひずみを付与することが望まし
い。
一般的に、直径が約100μm以下の細線が極細
線と指称されているが、本発明における上記極細
線としても、その範囲内のものが用いられ、好ま
しくは直径が数μm程度となるように加工したも
のを用い、この極細線は直径がほぼ同じものを束
ねたり、直径が異なる複数種のもの、あるいは異
種材料で構成したもの等を束ねて用いることがで
きる。
このような高強度・難加工材製のひずみ付与極
細線は、 その必要量を束ね、高温静水圧プレスあるい
は低温静水圧プレス・焼結等により1次再結晶
温度近傍でバルク状態に加工することにより1
次再結晶を発現させ、それにより、非常に細か
い粒子サイズの超微細結晶粒に調製すると同時
に、バルク状態加工時の固体拡散を容易にす
る。
第1図Aは、上記バルク状態に加工した極細
線の束を例示し、同図B,Cは極細線と直交す
る断面及び平行する断面を拡大して示してい
る。
これらの図に示しているように、バルク状態
にした極細線のブロツク1は、その各極細線2
の表面が予めMC炭化物(Mは金属)3によつ
て被覆されている場合、多くの超微細結晶粒4
が極細線被覆状のMC炭化物3で囲まれた状態
にある。また、極細線の加工に際して、その極
細線の表面だけでなく、内部にMC炭化物を極
細線の長さ方向に配向させておくこともでき、
さらに高強度・難加工材がMC炭化物を生成し
ないものである場合には、結晶粒の成長を阻害
する非金属介在物、例えば、Al2O3、ThO2
Y2O3等を極細線の製造時に添加し、それらを
極細線内においてその長さ方向に配向させてお
くこともできる。これらのMC炭化物あるいは
非金属介在物は、後述する結晶粒粗大化熱処理
において結晶粒成長阻害域として機能するもの
である。
上記加工に際して、極細線のブロツクを粒子
サイズの超微細化のために加熱する温度は、極
細線にひずみ付与のために予め与えた加工度、
加熱時間等に応じて選択されるが、一般的には
1次再結晶温度に対して±300℃程度の範囲に
設定される。
第1図Aのような状態にある極細線2のブロ
ツク1は、次いで、 熱可塑性発現温度、即ち、1次再結晶温度と
それよりも200℃程度低い温度範囲において、
加熱ダイス(図示せず)中で圧縮荷重Pにより
鍛造し、第2図に示すように所望の最終製品形
状あるいはそれに近い形状を有する鍛造品5を
得る。上記鍛造品5は、各極細線2が塑性変形
しながら鍛造品5の形状に沿つて繊維状に走つ
ているが、鍛造に際してその極細線2を製品に
おいて強度を必要とする方向に配向させるよう
に配慮することが必要である。なお、上記鍛造
を行つても、各極細線2内における超微細結晶
粒4は第1図の1次再結晶状態のままである。
上記工程において、多数の極細線をバルク状
態に成形する段階で最終製品形状あるいはそれ
に近い形状に成形できた場合には、熱可塑性発
現温度での鍛造工程は必要がない。この場合、
上記のバルク化温度を下記の熱処理温度と
して、下記を省略することも可能である。
次に、上述したところによつて得られた成形
品を高強度状態にもたらすために、 1次再結晶温度よりも高い温度で熱処理し、
それにより上記超微細結晶粒を2次再結晶の発
現により粗大化させる。
即ち、上記第2図の鋳造品5の結晶粒を粗大
化するためにそれを1次再結晶温度よりも高い
2次再結晶温度に加熱すると、各超微細結晶粒
4は、第3図に示すように、MC炭化物3に囲
まれた領域内においてその炭化物の走る方向に
沿つて成長し、アスペクト比の大きい粗大結晶
粒6となる。そのアスペクト比は1:2〜1:
100程度であることが望ましい。
さらに、本発明は、上記→→の工程を
→の順で行うことも可能である。即ち、極細線
自体に熱処理を施し、結晶粒のアスペクト比を
1:2〜1:100に調整し、その後上記のバル
ク化を行うことによつて最終形状あるいはそれに
近い形状を得る方法である。このバルク化の温度
は、特に上記のような制限はなく、真密度比が得
られる温度であればよい。
一般に、高強度・難加工材としては、第2相の
粗大偏析を防ぐために、アトマイズ粉末が用いら
れるが、粉末の固化時にMCタイプの炭化物が粉
末界面に析出する。これは、ニツケル基スーパー
アロイの一例であるIN−100(米国ザ・インター
ナシヨナル・ニツケル・カンパニーの商品名)の
炭化物の高温における挙動を示した第4図(H.
E.COLLINS;Transactions of the ASM,6
(1969),82.)からもわかるように、合金を高温
にもたらしたとしても消滅しないばかりか、高温
クリープ強度を低下させる最大の要因となる。本
発明は、前記極細線表面あるいは界面析出した
MC炭化物、あるいは分散された非金属介在物を
有効に利用して所望の方向に高強度を持つ製品を
成形しようとするものである。即ち、極細線表
面、MC炭化物あるいは非金属介在物を、製品に
おいて強度を必要とする方向に配列させることに
より、製品使用時の負荷方向には上記MC炭化物
等の影響が完全に除去できる。
また、これらMC炭化物等は結晶粒の成長を抑
制する。これは一般には結晶粒粗大化熱処理に悪
影響を及ぼす因子になるが、第1図に示すよう
に、MC炭化物が極細線被覆状に析出した状態に
あつては、結晶粒粗大化熱処理時に、第3図に示
すように、結晶粒のアスペクト比を増大させ、即
ち製品使用時の強度を必要とする方向に結晶粒を
伸長させることが可能となつて、高温クリープ強
度を著しく上昇させることができる。
高強度・難加工材の一例として、米国ザ・イン
ターナシヨナル・ニツケル・カンパニーのニツケ
ル基スーパーアロイIN−100(商品名)を用いた
場合、上記極細線を多数束ねて、それらを1次再
結晶温度である1150℃の前後において、高温静水
圧により所定形状に圧縮成形しながら1時間保持
すれば、第1図Aに示すように、もとの極細線2
の外表面にMC炭化物が析出し、同図B,Cに示
すように、その極細線2内では超微細結晶粒4が
得られる。次いで、第1図Aのようなブロツク1
は、超塑性発現温度、即ち950〜1150℃において
加熱ダイス中で圧縮荷重Pにより鍛造され、第2
図に一例を示すように、もとの極細線2は強度を
必要とする方向に配列された状態となり、さらに
それを2次再結晶温度である1150〜1250℃で1時
間以上15時間以内の熱処理を行うことにより、第
3図に示すような組織を得ることができる。
上記極細線は、各種の手段によつて形成するこ
とができ、例えば溶融法や塑性加工法を用いるこ
とができる。
溶融法による場合には、第5図〜第8図に示す
ような装置をそれぞれ用いることができる。
第5図において、11は容器、12は高周波加
熱コイル、13は冷却器、14は巻取機を示し、
上記加熱コイル12によつて溶融状態とした溶融
金属15を容器11から線状に引き出し、その途
中で水あるいはドライアイス等を冷却源とする冷
却器13で冷却しながら巻き取るようにしてい
る。上記溶融金属15は、その液面上における火
薬の爆発力で線状に押出すようにしたり、容器1
1から線状に吐出される溶融金属15を一対のロ
ーラにより挟んで冷却・成形することもできる。
第6図は、アロイパウダーあるいはエレメント
パウダー等の粉末材料16を容器11の出口付近
に配置した加熱コイル12で部分的に溶融するよ
うにしたものであり、第7図は、溶融金属15を
収容した容器18を回転させながら容器18の周
辺に位置する引掻き棒20により溶融金属15を
金属細線19として引き出すようにしたものであ
り、第8図は、溶融金属15の表面で回転体21
を回転することにより表面の溶融金属15を金属
細線19として引き出すようにしたものである。
上記装置によつて得られた極細線はアモルフア
スまたはそれに近いことが望ましく、さらには上
記極細線に線引加工を施すのがより望ましい。な
ぜなら、後の工程での固化時に固体拡散が生じや
すく、また熱可塑性が得られ易いためである。さ
らに、上記溶融法による金属細線の成形及び線引
き加工は、一本ずつまたは複数本を束ねて同時に
行うことも可能である。
また、塑性加工法による極細線の成形には、以
下のような各種の手段を用いることができる。
(1) 極細線材料の溶製材をスウエジングの後引抜
く。
(2) 極細線材料のアロイパウダーあるいはエレメ
ントパウダー等の粉末を、第9図に示すような
容器23から荷重Pを加えたピストン24で高
圧押出しすることにより金属細線25とし、必
要に応じてそれに引抜き加工を施す。
(3) 上記粉末をプレス、焼結後にスウエジング
し、それを引抜き加工する。
(4) 上記粉末をホツトプレス後にスウエジング
し、引抜き加工する。
(5) 上記粉末を低温静水圧プレス後にスウエジン
グし、引抜き加工する。
(6) 上記粉末を低温静水圧プレス後に高温静水圧
プレスし、スウエジングして引抜く。
(7) 上記粉末を高温静水圧プレスした後、スウエ
ジングして引抜く。
上記(1)及び(3)〜(7)の手段において、スウエジン
グの前に押出し工程を加えることも可能である。
また、上記スウエジング及び引抜きは再結晶温度
直下で行うのが望ましく、さらに最終に近い引抜
きは、上記溶融法におけると同時に、再結晶温度
とそれよりも300℃低い温度との間で行うのが望
ましい。その理由は、上記溶融法の場合と同様
に、固体拡散と熱可塑性を容易に得ることにあ
る。
このような加工法によれば、成形された極細線
には、1次再結晶温度に加熱することにより超微
細結晶粒が生成するに必要なひずみが与えられる
が、それが十分でなければ、適度なひずみを付与
するための加工を行う必要がある。
以上に詳述したように、本発明の成形法によれ
ば、高強度・難加工材を高精度で任意の形状に容
易に成形することができ、且つその成形品の強度
を著しく高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図A〜Cはバルク状態に成形した極細線の
ブロツクの斜視図並びに極細線に直交及び平行す
る一部拡大断面図、第2図は鍛造後の断面図、第
3図は熱処理後の一部拡大断面図、第4図は材料
(IN−100焼結体)の炭化物の高温における挙動
を示す線図、第5図〜第9図は極細線の製造装置
についての説明図である。 2……極細線、3……MC炭化物、4……超微
細結晶粒。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 高強度・難加工材からなる極細線であつて、
    その内部が1次再結晶により超微細結晶状態にあ
    り、かつその極細線の表面または内部に極細線の
    長さ方向に配向された結晶粒成長阻害域があるも
    のの多数を束ね、それをバルク化すると共に所要
    の形状に成形し、この成形品に2次再結晶温度に
    おいて結晶粒粗大化熱処理を施し、上記超微細結
    晶を結晶粒成長阻害域に沿つて成長させることを
    特徴とする高強度・難加工材の成形法。 2 高強度・難加工材からなる極細線の多数をバ
    ルク化すると共に所要の形状に成形する工程にお
    いて、上記極細線を1次再結晶温度近傍でバルク
    状態に加工した後、1次再結晶温度よりも低い熱
    可塑性発現温度で所要形状に鍛造することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の高強度・難加
    工材の成形法。 3 高強度・難加工材からなる極細線であつて、
    その内部が1次再結晶により超微細結晶状態にあ
    り、かつその極細線の表面または内部に極細線の
    長さ方向に配向された結晶粒成長阻害域があるも
    のに、2次再結晶温度において結晶粒粗大化熱処
    理を施すことにより、上記超微細結晶を結晶粒成
    長阻害域に沿つて成長させ、この極細線の多数を
    束ね、それをバルク化すると共に所要の形状に成
    形することを特徴とする高強度・難加工材の成形
    法。
JP58188908A 1983-10-08 1983-10-08 高強度・難加工材の成形法 Granted JPS6082648A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58188908A JPS6082648A (ja) 1983-10-08 1983-10-08 高強度・難加工材の成形法
US06/657,248 US4600446A (en) 1983-10-08 1984-10-03 Method for tempering and working high strength low ductile alloy

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58188908A JPS6082648A (ja) 1983-10-08 1983-10-08 高強度・難加工材の成形法

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Publication Number Publication Date
JPS6082648A JPS6082648A (ja) 1985-05-10
JPH0375623B2 true JPH0375623B2 (ja) 1991-12-02

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ID=16231988

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JP58188908A Granted JPS6082648A (ja) 1983-10-08 1983-10-08 高強度・難加工材の成形法

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