CN109963672A - 金属成形品的热处理方法和制造方法 - Google Patents

金属成形品的热处理方法和制造方法 Download PDF

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Abstract

一种金属成形品的热处理方法，其中包括如下步骤：以使熔点高于金属成形品的组成的固相线温度Ts的形状保持层形成于金属成形品的表面的方式进行金属成形品的处理的形状保持层形成步骤；由形状保持层形成步骤而形成形状保持层后，对于金属成形品，在第一温度T1实施第一热处理的第一热处理步骤，若将比固相线温度Ts低100℃的温度作为标准温度Ta，设形状保持层的熔点为Tm，则形状保持层形成步骤和第一热处理步骤以满足Ta＜T1＜Tm的方式进行。

Description

金属成形品的热处理方法和制造方法
技术领域
本发明涉及金属成形品的热处理方法和制造方法。
背景技术
为了使金属成形品的特性变化，有对于金属成形品进行热处理的情况。例如在专利文献1中公开有一种技术，其是在由三维层叠造型(金属层叠造型)而成形的金属成形品中，以降低水平方向和上下方向的各向异性特性为目的，在金属材料的再结晶化温度以上的温度对金属成形品进行热处理的技术。
【先行技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利第5901585号公报
可是，为了使金属成形品的特性变化，会以金属成形品的组成的固相线温度附近的温度或其以上的高温对金属成形品实施热处理。在对金属成形品实施这样的热处理时，金属成形品会因高温发生强度降低或部分熔融。图9是表示对于Ni基耐热合金在固相线温度附近的温度施加热处理，结果在晶界发生部分熔融的状态的图。如此，若金属成形品发生因高温引起的强度降低或部分熔融，则金属成形品变形，不能按预期的形状维持金属成形品的形状。
发明内容
本发明的至少一个实施方式，是鉴于上述这样现有的课题而做，其目的在于，提供一种能够一边抑制金属成形品的变形，一边使金属成形品的特性恰当地变化的金属成形品的热处理方法及制造方法。
(1)本发明的至少一个实施方式的金属成形品的热处理方法，包括如下步骤：形状保持层形成步骤，其是使熔点比所述金属成形品的组成的固相线温度Ts高的形状保持层形成于所述金属成形品的表面的方式进行所述金属成形品的处理的步骤；第一热处理步骤，其是在由所述形状保持层形成步骤形成所述形状保持层之后，对于所述金属成形品在第一温度T1实施第一热处理的步骤，将比所述固相线温度Ts低100℃的温度作为标准温度Ta，并设所述形状保持层的熔点为Tm时，所述形状保持层形成步骤和所述第一热处理步骤以满足Ta≤T1≤Tm的方式进行。
根据上述(1)所述的金属成形品的热处理方法，即使以金属成形品的金属组织中液相开始出现的比较接近固相线温度Ts的标准温度Ta以上的高温(第一温度T1)，进行金属成形品的热处理时，因为有熔点高于第一温度T1和金属成形品的组成的固相线温度Ts的形状保持层形成于金属成形品的表面，所以能够抑制金属成形品在高温下的强度降低或部分熔融导致的变形。因此，通过在固相线温度Ts附近的高温域或固相线温度Ts以上的高温域的热处理，能够一边抑制金属成形品的变形，一边使金属成形品的特性恰当地变化。
还有，在第一热处理中，可以在满足Ta≤T1≤Tm的范围，使第一温度T1在时间上变化，也可以使第一温度T1不管时间而固定为定值。
(2)在几个实施方式中，根据上述(1)所述的金属成形品的热处理方法，其中，在将比所述固相线温度Ts低50℃的温度作为标准温度Tb时，所述第一热处理步骤以满足Tb≤T1的方式进行。
根据上述(2)所述的金属成形品的热处理方法，即使以金属成形品的金属组织中液相开始出现的更接近固相线温度Ts的标准温度Tb以上的高温(第一温度T1)，进行金属成形品的热处理，因为有熔点Tm比第一温度T1和金属成形品的组成的固相线温度Ts高的形状保持层形成于金属成形品的表面，所以能够抑制金属成形品在高温下的强度降低或部分熔融导致的变形。因此，通过在固相线温度Ts附近的高温域或固相线温度Ts以上的高温域的热处理，能够一边抑制金属成形品的变形，一边使金属成形品的特性恰当地变化。
(3)在几个实施方式中，根据上述(1)或(2)所述的金属成形品的热处理方法，其中，在将比所述固相线温度Ts高50℃的温度作为标准温度Tc时，所述第一热处理步骤以满足T1≤Tc的方式进行。
根据上述(3)所述的金属成形品的热处理方法，形状保持层能够抑制金属成型品的变形，抑制因在过度高温下的强度降低或部分熔融导致的变形。
(4)在几个实施方式中，根据上述(3)所述的金属成形品的热处理方法，其中，在将比所述固相线温度Ts高30℃的温度作为标准温度Td时，所述第一热处理步骤以满足T1≤Td的方式进行。
根据上述(4)所述的金属成形品的热处理方法，形状保持层能够抑制金属成型品的变形，抑制因在过度高温下的强度降低或部分熔融导致的变形。
(5)在几个实施方式中，根据上述(1)至(4)中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其中，所述金属成形品含有Ni基耐热合金、Co基耐热合金或Fe基耐热合金之中至少任意一个。
根据上述(5)所述的金属成形品的热处理方法，在金属成形品包含Ni基耐热合金、Co基耐热合金或Fe基耐热合金之中至少任意一个时，能够一边抑制金属成形品的变形，一边使金属成形品的特性恰当地变化。例如，能够使作为主要在高温环境下使用的Ni基耐热合金、Co基耐热合金、和Fe基耐热合金中特别重要特性的高温下的强度特性不伴有变形而变化。
(6)在几个实施方式中，根据上述(1)至(5)中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其中，所述金属成形品通过铸造、锻造和三维层叠造型中的任意一种制法制造。
根据上述(6)所述的金属成形品的热处理方法，金属成形品通过铸造、锻造和三维层叠造型中的任意一种制法制造时，能够一边抑制金属成形品的变形，一边使金属成形品的特性恰当地变化。在铸造、锻造和三维层叠造型中，其中特别是三维层叠造型可以制造复杂形状的金属成型品，但如果采用上述(6)所述的热处理方法，则能够不会损害因复杂形状而显现的功能，而使金属成型品的特性发生变化。
(7)在几个实施方式中，根据上述(1)至(6)中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其中，在所述形状保持层形成步骤中，包括第二热处理步骤，其是对于所述金属成形品，在低于所述第一温度T1的第二温度T2实施第二热处理的步骤。
根据上述(7)所述的金属成形品的热处理方法，如此，通过在低于上述第一温度T1的第二温度T2对金属成形品实施第二热处理，从而能够在金属成形品的表面容易地形成形状保持层。还有，在第二热处理中，可以在低于上述第一温度T1的温度范围，使第二温度T2在时间上变化，也可以不管时间而将第二温度T2固定为定值。
(8)在几个实施方式中，根据上述(7)所述的金属成形品的热处理方法，其中，在相同的热处理炉内连续地进行所述第二热处理和所述第一热处理。
根据上述(8)所述的金属成形品的热处理方法，可省去将第二热处理完毕之后的金属成形品从热处理炉中取出再将其移动至第一热处理用的别的热处理炉中的耗时。由此，不必增加工时便可以形成形状保持层。
(9)在几个实施方式中，根据上述(7)或(8)所述的金属成形品的热处理方法，其中，所述第二热处理在10－3Torr以上的压力下进行。
通常，进行金属成形品的热处理时，例如，从抑制与气氛气体中的成分反应的观点出发，在低于10－3Torr的低压条件下(高真空度)进行热处理。
相对于此，上述(9)所述的热处理方法，如上述这样主动地在10－3Torr以上的压力下进行第二热处理，利用与气氛气体中的成分的反应，积极地在成形品的表面形成形状保持层。由此，能够有效地将形状保持层形成于金属成形品的表面，抑制第一热处理时的金属成形品的变形。
(10)在几个实施方式中，根据上述(7)至(9)中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其中，通过所述第二热处理，在所述金属成形品的表面，作为所述形状保持层而形成所述金属成形品与气氛气体成分的反应层，伴随该反应层的形成而生成的所述金属成形品的一部分的成分元素的贫化层，或所述反应层和所述贫化层这两方。
根据上述(10)所述的金属成形品的热处理方法，可以使上述反应层、上述贫化层或其两方作为形状保持层发挥功能，能够容易抑制第一热处理时的金属成形品的变形。
(11)在几个实施方式中，根据上述(10)所述的金属成形品的热处理方法，其中，通过所述第二热处理，在所述金属成形品的表面形成作为所述反应层的氧化皮，和伴随所述氧化皮的形成而生成的所述贫化层这两方作为所述形状保持层。
根据上述(11)所述的金属成形品的热处理方法，可以使作为上述反应层的氧化皮和上述贫化层这两方作为形状保持层发挥功能，能够容易抑制第一热处理时的金属成形品的变形。
(12)在几个实施方式中，根据上述(1)至(11)中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其中，所述形状保持层形成步骤，包括通过热喷涂、蒸镀或浆料浸渍法而涂覆所述金属成形品的表面的涂覆步骤。
根据上述(12)所述的金属成形品的热处理方法，形成于金属成形品的表面的涂覆层，涂覆层和金属成形品的反应层，或涂覆层和反应层这两方作为形状保持层发挥功能，能够容易抑制第一热处理时的金属成形品的变形。另外，根据涂覆材的种类，可以在第一热处理之后通过表面加工容易地除去。例如，采用作为陶瓷涂覆的一种的二氧化硅涂覆时，可以由碱熔法等容易地除去。
(13)在几个实施方式中，根据上述(12)所述的金属成形品的热处理方法，其中，在所述涂覆步骤中，将陶瓷、熔点高于所述金属成形品的组成的固相线温度的金属和与所述金属成形品反应的金属之中的至少任意一个，涂覆于所述金属成形品的表面，在所述涂覆步骤中，在所述金属成形品的表面，形成涂覆层、所述涂覆层与所述金属成形品的反应层、或所述涂覆层和所述反应层这两方作为所述形状保持层。
根据上述(13)所述的金属成形品的热处理方法，含有陶瓷、熔点高于金属成形品的组成的固相线温度的金属和与金属成形品的反应层之中的至少任意一个的涂覆层，该涂覆层与金属成形品的反应层，或该涂覆层和该反应层这两方作为形状保持层发挥功能，能够容易抑制第一热处理时的金属成形品的变形。
(14)在几个实施方式中，根据上述(1)至(13)中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其中，所述形状保持层形成步骤，含有对所述金属成形品的表面进行镀敷处理的镀敷步骤，在所述镀敷步骤中，在所述金属成形品的表面，形成镀层和所述金属成形品的反应层作为所述形状保持层。
根据上述(14)所述的金属成形品的热处理方法，形成于金属成形品的表面的镀层和金属成形品的反应层作为形状保持层发挥功能，能够容易抑制第一热处理时的金属成形品的变形。另外，能够实现金属成形品与镀层的高密接性，可以形成致密的形状保持层。
(15)在几个实施方式中，根据上述(1)至(14)中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其中，还包括在所述第一热处理步骤之后，再进行所述金属成形品的热处理的后热处理步骤。
根据上述(15)所述的金属成形品的热处理方法，通过后热处理，能够使金属成形品的特性恰当地变化。
(16)在几个实施方式中，根据上述(15)所述的金属成形品的热处理方法，其中，所述后热处理步骤，包括一边加压所述金属成形品一边进行热处理的热等静压步骤。
根据上述(16)所述的金属成形品的热处理方法，能够对应金属成形品的组成，得到例如除去金属成形品的内部缺陷等的效果。
(17)本发明的至少一实施方式的金属成形品的制造方法，具备如下步骤：成形金属成形品的成形步骤；对于经由所述成形步骤而成形的所述金属成形品，根据上述(1)至(16)中任一项所述的热处理方法进行热处理的热处理步骤。
根据上述(17)所述的金属成形品的热处理方法，因为具备通过(1)至(16)中任一项所述的热处理方法进行热处理的热处理步骤，所以能够制造金属成形品的变形被抑制，具有希望的形状和特性的金属成形品。
(18)在几个实施方式中，根据上述(17)所述的金属成形品的制造方法，其中，所述成形步骤中，通过三维层叠造型成形所述金属成形品。
根据上述(18)所述的金属成形品的热处理方法，在通过三维层叠造型而成形金属成形品时，能够制造金属成形品的变形被抑制，既能维持着以三维层叠造型所得到的非常复杂的形状，又具有期望的特性的金属成形品。
根据本发明的至少一个实施方式，可提供能够一边抑制金属成形品的变形，一边使金属成形品的特性恰当地变化的金属成形品的热处理方法和制造方法。
附图说明
图1是表示一实施方式的金属成形品的制造方法的流程图。
图2是用于说明形状保持层形成步骤的图。
图3是表示温度(℃)与液相的比例(mol％)的关系的图。
图4是表示一实施方式的金属成形品的制造方法的流程图。
图5是表示一实施方式的金属成形品的制造方法的流程图。
图6是用于说明为了防止金属成形品的变形而决定优选的形状保持层的厚度的方法的图。
图7是表示形成于金属成形品的表面的形状保持层的剖视图。
图8是表示比较例的金属成形品由于部分熔融而发生变形的状态的剖视图。
图9是表示对于Ni基耐热合金在固相线温度附近的温度施加热处理，结果在晶界发生部分熔融的状态的图。
图10是用于说明浆料浸渍法的流程图。
图11是用于说明浆料浸渍工序的图。
图12是用于说明铺砂工序的图。
具体实施方式
以下，参照附图对于本发明的几个实施方式进行说明。但是，作为实施方式记述的或附图所示的结构零件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等，并没有将本发明的范围限定于此的意图，只不过是说明例。
例如，“在某方向上”、“沿某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对性的或绝对性的配置的表现，不仅严密地表示这样的配置，而且也表示具有公差或能够得到相同功能的程度的角度和距离而相对位移的状态。
例如，“同一”、“相等”和“均质”等表示事物相等的状态的表现，不仅严密地表示相等的状态，而且也表示公差或能够得到相同功能的程度的差异存在的状态。
例如，表示四角形和圆筒形等的形状的表现，不仅表示几何学上严密意思下的四角形和圆筒形等的形状，而且也表示在能够得到相同效果的范围内，含有凹凸部和倒角部等的形状。
另一方面，“备有”、“具有”、“具备”、“含有”或“有着”一个构成要素这样的表现，并非将其他的构成要素的存在排除在外的排他性的表现。
图1是表示一实施方式的金属成形品的制造方法的流程图。
首先，以S11，通过进行金属构件的造型处理而成形金属成形品(成形步骤)。
在S11中，金属成形品，例如，由Ni基耐热合金、Co基耐热合金、Fe基耐热合金或其他的金属构件构成。另外，金属成形品由铸造、锻造和三维层叠造型中的任意一种制法制造。
其次，在S12中，如图2所示，以使熔点Tm高于金属成形品的组成的固相线温度Ts的形状保持层形成于金属成形品的表面的方式进行金属成形品的处理(形状保持层形成步骤)。还有，所谓固相线是在多成分系的温度─组成图中，表示固体和液体平衡的区域，与固体稳定存在的区域的边界的线，所谓固相线温度Ts，如图3所示，意思是固体开始熔化的温度(液相的比例从0开始上升的这一点的温度)。图3是表示温度(℃)与液相的比例(mol％)的关系的图。还有，关于形状保持层形成步骤的详情后述。
由形状保持层形成步骤形成形状保持层后，在S13中，对于金属成形品在第一温度T1实施第一热处理(第一热处理步骤)。在此，若将比固相线温度Ts低100℃的温度作为标准温度Ta，则形状保持层形成步骤和第一热处理步骤以满足Ta≤T1≤Tm的方式进行。还有，在第一热处理中，在满足Ta≤T1≤Tm的范围内，可以使第一温度T1在时间上变化，也可以不管时间而将第一温度T1固定为定值。另外，若将比固相线温度Ts低70℃的温度作为标准温度Te，则形状保持层形成步骤和第一热处理步骤也可以按照满足Te≤T1≤Tm的方式进行。
接着，在S14中，进行金属成形品的后热处理(后热处理步骤)。
在S14中，作为金属成形品的后热处理，可以进行金属成形品的真空热处理，也可以进行一边对金属成形品加压一边进行热处理的热等静压(HIP：hot isostaticpressing)处理，也可以进行这两种处理的两方。
接着，在S15中，基于是否需要除去形状保持层，判断是否进行金属成形品的表面加工。在S15中，如果判断为需要表面加工，则在S16中进行包含形状保持层除去的金属成形品的表面加工，金属零件完成。在S15中，如果判断为不需要表面加工，则不进行表面加工，金属零件完成。
在以上所示的流程中，即使是以金属成形品的金属组织中开始出现液相的比较接近固相线温度Ts的标准温度Ta以上的高温(第一温度T1)进行金属成形品的热处理时，因为在金属成形品的表面形成熔点比第一温度T1和金属成形品的组成的固相线温度Ts高的形状保持层，所以能够抑制金属成形品的变形。因此，通过在固相线温度Ts附近的高温域或固相线温度Ts以上的高温域的热处理，能够一边抑制金属成形品在高温下的强度降低或部分熔融造成的变形，一边使金属成形品的特性恰当地变化。
在一个实施方式中，若将比固相线温度Ts低50℃的温度作为标准温度Tb，则S13所示的第一热处理步骤以满足Tb≤T1≤Tm的方式进行。
如此，即使以金属成形品的金属组织中液相开始出现的更接近固相线温度Ts的标准温度Tb以上的高温(第一温度T1)进行金属成形品的热处理时，也能够通过形成在金属成形品的表面上的形状保持层来抑制因金属成形品的部分熔融造成的变形。因此，通过在固相线温度Ts附近的高温域或固相线温度Ts以上的高温域的热处理，能够一边抑制金属成形品的部分熔融导致的变形，一边使金属成形品的特性恰当地变化。还有，若将比固相线温度Ts低30℃的温度作为Tf，则第一热处理步骤也可以按照满足Tf≤T1≤Tm的方式进行。
在一个实施方式中，若将比固相线温度Ts高50℃的温度作为标准温度Tc，则S13所示的第一热处理步骤以满足T1≤Tc的方式进行。如此通过以满足T1≤Tc的方式进行第一热处理，能够抑制因过度的高温造成的金属成形品的强度降低，抑制金属成形品的变形。
在一个实施方式中，若将比固相线温度Ts高30℃的温度作为标准温度Td，则S13所示的第一热处理步骤以满足T1≤Td的方式进行。如此通过以满足T1≤Td的方式进行第一热处理，能够抑制因过度的高温造成的金属成形品的强度降低，抑制金属成形品的变形。还有，若将比固相线温度Ts高20℃的温度作为Tg，则第一热处理步骤也可以按照满足T1≤Tg的方式进行。
接下来，对于形状保持层形成步骤的详情进行说明。
在一个实施方式中，在形状保持层形成步骤中，对于金属成形品，在低于第一温度T1的第二温度T2实施第二热处理而形成形状保持层。如此，通过在低于第一温度T1的第二温度T2对金属成形品实施第二热处理，能够容易地在金属成形品的表面形成形状保持层。还有，在第二热处理中，可以在低于第一温度T1的温度范围，使第二温度T2在时间上变化，也可以不管时间而将第二温度T2固定为定值。另外，若将比第一温度T1低10℃的温度作为标准温度Th，则在形状保持层形成步骤中，也可以在低于标准温度Th的第二温度T2实施第二热处理从而形成形状保持层。
在一个实施方式中，在相同的热处理炉内连续地进行形状保持层形成步骤的第二热处理和第一热处理步骤的第一热处理。由此，可节省将第二热处理完毕之后的金属成形品从热处理炉中取出，再将其移动至第一热处理用的别的热处理炉中的耗时。由此，不用增加工时便可以形成形状保持层。
在一个实施方式中，第二热处理在10－3Torr以上(优选为10－2Torr以上)的低真空度的压力下进行。通常，进行金属成形品的热处理时，例如，从抑制与气氛气体中的成分反应的观点出发，会在低于10－3Torr的低压条件下(高真空度)进行热处理。相对于此，如上述主动地在10－3Torr以上的低真空度的压力下进行第二热处理，利用与气氛气体中的成分的反应，在成形品的表面积极地形成形状保持层，由此能够将形状保持层有效地形成于金属成形品的表面，抑制第一热处理时的金属成形品的变形。在S12的第二热处理中，在金属成形品的表面，作为形状保持层而形成金属成形品与气氛气体成分的反应层、随着该反应层的形成而生成的金属成形品的一部分的成分元素的贫化层或该反应层和该贫化层这两方。例如，通过在金属成形品的表面积极地形成作为反应层的氧化皮，金属成形品的一部分的成分元素(例如金属成形品由Ni基耐热合金构成时，为Al和Cr等)的贫化层形成于氧化皮的下层。由此，可以使氧化皮和元素的贫化层这两方作为形状保持层发挥功能，能够容易地抑制第一热处理时的金属成形品的部分熔融带来的变形。
在一个实施方式中，第二热处理也可以在大气压以上的压力下进行，以此代替在上述低真空度的压力下进行。这种情况下，通过在N2气、Ar气或大气等的气体气氛下进行第二热处理，金属成形品与气氛气体成分的反应层(氧化层和氮化层等)，伴随该反应层的形成而生成的金属成形品的一部分的成分元素的贫化层或该反应层和该贫化层这两方，在金属成形品的表面作为形状保持层被形成。
图4是表示一实施方式的金属成形品的制造方法的流程图。图4所示的流程之中，S21、S23、S24、S25和S26分别与图1所示的流程S11、S13、S14、S15和S16同样，因此省略说明。
在图4所示的S22中，与图1所示的S12同样，以使熔点Tm高于金属成形品的组成的固相线温度Ts的形状保持层形成于金属成形品的表面的方式进行金属成形品的处理(形状保持层形成步骤；参照图2)，但用于形成该形状保持层的具体的方法与使用图1说明的方法不同。
在一个实施方式中，如图4的S22所示，形状保持层形成步骤，包括通过热喷涂、蒸镀或浆料浸渍法涂覆金属成形品的表面的涂覆步骤。在涂覆步骤中，例如，将陶瓷、熔点Tm高于金属成形品的组成的固相线温度Ts的金属和与金属成形品反应的金属之中的至少任意一个，通过热喷涂、蒸镀或浆料浸渍法涂覆于金属成形品的表面，形成形状保持层。在涂覆步骤中，在金属成形品的表面，形成涂覆层、涂覆层与金属成形品的反应层或涂覆层和反应层这两方作为形状保持层。
由此，形成于金属成形品的表面的涂覆层、涂覆层与金属成形品的反应层或涂覆层和反应层这两方作为形状保持层发挥功能，能够容易地抑制第一热处理时的金属成形品的部分熔融带来的变形。
还有，由蒸镀进行涂覆时，也可以通过CVD涂覆或镀铝处理等在金属成形品的表面形成涂覆层。作为镀铝处理的方法，例如能够使用包埋渗铝法。在包埋渗铝法中，通过使用含有惰性材料、铝供给源和卤化物活性剂的粉末混合物的包埋工序，在金属成形品的表面形成铝扩散层。需要实施铝被覆的金属成形品，与上述的粉末混合物一起收纳在盒内，由作为粉末混合物的包埋物覆盖，该包埋物作为形状保持层发挥功能。
另外，浆料浸渍法，例如以图10所示的方式进行。
首先，在S41中，如图11所示，将金属成形品浸在浆料中，涂覆金属成形品的表面(浆料浸渍工序)。在此，所谓“浆料”意思是利用分散剂使陶瓷粉(陶瓷的小粒)悬浮的液体。
紧接S41之后，在S42中，如图12所示，在金属构件的表面涂灰浆，在金属成形品的表面形成陶瓷层(铺砂工序)。在此，所谓“灰浆”意思是陶瓷粒。而后，在S43中，使金属成形品干燥。再将S41～S43重复5～10次，完结金属成形品的涂覆。
还有，在图10中，展示了进行浆料浸渍工序和铺砂工序这两方的例子，但在其他的浆料浸渍法中，也可以不进行S42的铺砂工序，只进行S41的浆料浸渍工序和S43的干燥工序。
还有，由上述涂覆步骤形成形状保持层时，根据涂覆材的种类，可以通过S26的表面加工容易地除去。例如，采用作为陶瓷涂覆的一种的二氧化硅涂覆时，可以由碱熔法等容易地除去。
图5是表示一个实施方式的金属成形品的制造方法的流程图。在图5所示的流程之中，S31、S33、S34、S35和S36分别与图1所示的流程S11、S13、S14、S15和S16同样，因此省略说明。
在图5所示的S32中，与图1所示的S12同样，以使熔点Tm高于金属成形品的组成的固相线温度Ts的形状保持层形成于金属成形品的表面的方式进行金属成形品的处理(形状保持层形成步骤；参照图2)，但用于形成该形状保持层的具体的方法与使用图1说明的方法不同。
在一个实施方式中，如图5的S32所示，形状保持层形成步骤，包含在金属成形品的表面进行镀敷处理的镀敷步骤。在镀敷步骤中，通过与金属成形品反应的金属在金属成形品的表面形成镀层。镀敷步骤中，在金属成形品的表面形成镀层与金属成形品的反应层作为形状保持层。
由此，形成于金属成形品的表面的上述反应层作为形状保持层发挥功能，能够抑制第一热处理时的金属成形品的变形。另外，由上述镀敷步骤形成形状保持层时，能够实现金属成形品与镀层的高密接性，另外，可以形成致密的形状保持层。
在此，根据使用图1、图4或图5说明的方法在金属成形品的表面形成形状保持层时，对于为了防止因金属成形品的部分熔融造成的变形而优选的形状保持层的厚度，举例进行说明。
为了防止因金属成形品的部分熔融造成的变形而优选的形状保持层的厚度，是以比较接近固相线温度Ts的第一温度T1进行第一热处理时，在维持金属成形品的形状上充分的厚度。
例如，如图6所示，设想的是将直径200mm，高度300mm的圆柱形状的金属成形品放置在基台上进行第一热处理的情况。在此，假设金属成形品的密度ρ为8(g/cm3)，不论温度和状态是一定的。另外，假定在金属成形品的表面形成有形状保持层，热处理温度(第一温度T1)下的形状保持层的屈服应力σy为0.2×106～2×106Pa。
这种情况下，设想由于部分熔融金属成形品的金属的晶界强度降低，自重的1～10％不受支撑而施加于形状保持层的内侧。在此，假定金属成形品的下表面处于基台之上，因此不发生变形，只考虑周向的应力。
若设从金属成形品的上表面垂直向下的高度为h，则在高度h的位置因自重而在金属成形品上发生的应力P1由P1＝ρgh表示，应力P1的最大值P1max在h＝300mm的位置产生，P1max＝ρgh＝23537(Pa)。因此，基于自重的1～10％施加于形状保持层的假定，施加于形状保持层的内侧的应力P＝235～2354(Pa)。
另外，关于对形状保持层而作用于周向的应力σθ，若假定形状保持层具有薄壁圆筒形状，并设形状保持层的外径为D，设形状保持层的厚度为t，则由σθ＝DP/2t进行计算，因此可导出23.5/t＜σθ＜235/t(Pa)这样的关系式。若考虑该关系式，与σθ为了不超越形状保持层的屈服应力而应该满足的关系式(σθ＜0.2×106和σθ＜2×106)，则能够得出12μm＜t＜1175μm这样的关系式。
因此，在以上所示的例子中，为了防止因部分熔融造成的金属成形品的变形而优选的形状保持层的厚度t为12μm～1.2mm。
如此，在一个实施方式中，也可以基于第一热处理中作用于形状保持膜的推定应力，预先决定形状保持层的必要厚度，在形状保持层形成步骤中，将预先决定的必要厚度以上的厚度的形状保持膜形成于金属成形品的表面。
接着，关于图1所示的金属成形品的制造方法的S11～S13，以下展示更详细的具体例1。
首先，在S11中，通过进行N基耐热合金的造型处理而成形Ni基耐热合金的金属成形品(成形步骤)。在此，成形侧面为10mm四方，长度70mm的四角柱形状的金属成形品。还有，基于示差热分析的Ni基耐热合金的固相线温度Ts为1300℃。
其次，在S12中，以10－3Torr的低真空度进行上述金属成形品的第二热处理(形状保持层形成步骤)。在第二热处理中，一边以一定的速率在作为第二温度T2的温度1200～1260℃中进行升温，一边进行上述金属成形品的热处理10分钟。
由此，熔点Tm高于Ni基耐热合金的固相线温度Ts的形状保持层形成于上述金属成形品的表面。在此，氧化皮和伴随氧化皮的形成而生成于氧化皮的下层的元素贫化层(Al和Cr缺乏的贫化层)形成于上述金属成形品的表面，由氧化皮和元素贫化层构成的表层作为形状保持层发挥功能。根据本申请发明者确认到形成有厚度约170μm的形状保持层(参照图7)。还有，进行第二热处理的时间没有特别限定，但优选进行5分钟以上，更优选进行10分钟以上，从而能够良好地形成形状保持层。
接着，在S13中，以10－3Torr的低真空度进行上述金属成形品的第一热处理(第一热处理步骤)。在第一热处理中，在作为第一温度T1的温度1270℃实施24小时上述金属成形品的第一热处理(第一热处理步骤)。第一热处理如下进行：在第二热处理之后不打开放入有上述金属成形品的热处理炉，接着第二热处理在相同的热处理炉内进行。
在此，若将比固相线温度Ts低100℃的温度作为标准温度Ta，则Ta＝1200℃，形状保持层形成步骤和第一热处理步骤以满足Ta≤T1≤Tm的方式进行。另外，若将比固相线温度Ts低50℃的温度作为标准温度Tb，则Tb＝1250℃，形状保持层形成步骤和第一热处理步骤以满足Tb≤T1≤Tm的方式进行。还有，形状保持层如上述这样由多个层(氧化皮和元素贫化层)构成时，以使第一温度T1比多个层之中至少一个层(优选为全部的层)的熔点Tm小的方式进行形状保持层形成步骤和第一热处理步骤。
如此，即使以金属成形品的金属组织中液相开始出现的比较接近固相线温度Ts的标准温度Ta以上的高温(第一温度T1)进行金属成形品的热处理时，也能够通过形成于金属成形品的表面的形状保持层来抑制金属成形品在高温下的强度降低或部分熔融导致的变形。因此，通过接近固相线温度Ts或高于固相线温度Ts的高温域的热处理，能够一边抑制因金属成形品在高温下的强度降低或部分熔融带来的变形，一边使金属成形品的特性恰当地变化。
图8是表示比较例的金属成形品由于高温下的强度降低和部分熔融而发生变形的状态的剖视图。在图8所示的比较例中，对于上述的具有四角柱形状的Ni基耐热合金的金属成形品，不进行图1中的S12的形状保持层形成步骤，而以1270℃进行24小时热处理。该热处理以10－4Torr的真空度进行。在图8所示的比较例中，在金属成形品的表面未形成形状保持层，由于高温造成的强度降低和部分熔融，引起具有四角柱形状的金属成形品的下部发生热变形。
接下来，关于图1所示的金属成形品的制造方法的S11～S13，以下展示更详细的具体例2。
首先，在S11中，通过进行N基耐热合金的造型处理而成形Ni基耐热合金的金属成形品(成形步骤)。在此，成形侧面为10mm四方，长度70mm的四角柱形状的金属成形品。还有，基于示差热分析的Ni基耐热合金的固相线温度Ts为1300℃。
在S12中，以10－3Torr的低真空度进行上述金属成形品的第二热处理(形状保持层形成步骤)。在第二热处理中，在作为第二温度T2的温度1200℃进行1小时上述金属成形品的热处理。
由此，熔点Tm高于Ni基耐热合金的固相线温度Ts的形状保持层被形成于上述金属成形品的表面。在此，氧化皮和伴随氧化皮的形成而生成于氧化皮的下层的元素贫化层(Al和Cr缺乏的贫化层)形成于上述金属成形品的表面，由氧化皮和元素贫化层构成的表层作为形状保持层发挥功能。
接着，在S13中，以10－3Torr的低真空度进行上述金属成形品的第一热处理(第一热处理步骤)。在第一热处理中，在作为第一温度T1的温度1230℃实施24小时上述金属成形品的第一热处理(第一热处理步骤)。第一热处理如下进行：在第二热处理之后不打开放入有上述金属成形品的热处理炉，而是接着第二热处理而在相同的热处理炉内进行。
在此，若将比固相线温度Ts低100℃的温度作为标准温度Ta，则Ta＝1200℃，形状保持层形成步骤和第一热处理步骤以满足Ta≤T1≤Tm的方式进行。还有，形状保持层如上述这样由多个层(氧化皮和元素贫化层)构成时，以使第一温度T1比多个层之中至少一个层(优选为全部的层)的熔点Tm小的方式进行形状保持层形成步骤和第一热处理步骤。
如此，即使以金属成形品的金属组织中液相开始出现的比较接近固相线温度Ts的标准温度Ta以上的高温(第一温度T1)进行金属成形品的热处理时，也能够通过形成于金属成形品的表面的形状保持层来抑制因金属成形品的强度降低造成的变形。因此，通过在接近固相线温度Ts或超过固相线温度Ts的高温域的热处理，能够一边抑制金属成形品的强度降低造成的变形，一边使金属成形品的特性恰当地变化。
接着，关于图1所示的金属成形品的制造方法的S11～S13，以下展示更详细的具体例3。
首先，在S11中，通过进行N基耐热合金的造型处理而成形Ni基耐热合金的金属成形品(成形步骤)。在此，成形侧面为10mm四方，长度70mm的四角柱形状的金属成形品。还有，基于示差热分析的Ni基耐热合金的固相线温度Ts为1300℃。
在S12中，以10－1Torr的低真空度进行上述金属成形品的第二热处理(形状保持层形成步骤)。在第二热处理中，在作为第二温度T2的温度1200℃进行1小时上述金属成形品的热处理。
由此，熔点Tm高于Ni基耐热合金的固相线温度Ts的形状保持层形成于上述金属成形品的表面。在此，氧化皮和伴随氧化皮的形成而生成于氧化皮的下层的元素贫化层(Al和Cr缺乏的贫化层)形成于上述金属成形品的表面，由氧化皮和元素贫化层构成的表层作为形状保持层发挥功能。
接着，在S13中，以10－1Torr的低真空度进行上述金属成形品的第一热处理(第一热处理步骤)。在第一热处理中，在作为第一温度T1的温度1280℃实施2小时上述金属成形品的第一热处理(第一热处理步骤)。第一热处理如下进行：在第二热处理之后打开放入有上述金属成形品的热处理炉，与第二热处理不连续地实施。
在此，若将比固相线温度Ts低100℃的温度作为标准温度Ta，则Ta＝1200℃，形状保持层形成步骤和第一热处理步骤以满足Ta≤T1≤Tm的方式进行。还有，形状保持层如上述这样由多个层(氧化皮和元素贫化层)构成时，以使第一温度T1比多个层之中的至少一个层(优选为全部的层)的熔点Tm小的方式进行形状保持层形成步骤和第一热处理步骤。
如此，即使以金属成形品的金属组织中液相开始出现的比较接近固相线温度Ts的标准温度Ta以上的高温(第一温度T1)进行金属成形品的热处理时，也能够通过形成于金属成形品的表面的形状保持层来抑制因金属成形品在高温下的强度降低或部分熔融造成的变形。因此，通过在接近固相线温度Ts或超过固相线温度Ts的高温域的热处理，能够一边抑制金属成形品在高温下的强度降低或部分熔融造成的变形，一边使金属成形品的特性恰当地变化。
接着，关于图1所示的金属成形品的制造方法的S11～S13，以下展示更详细的具体例4。
首先，在S11中，通过进行N基耐热合金的造型处理而成形Ni基耐热合金的金属成形品(成形步骤)。在此，成形侧面为10mm四方，长度70mm的四角柱形状的金属成形品。还有，基于示差热分析的Ni基耐热合金的固相线温度Ts为1300℃。
在S12中，以大气气氛进行上述金属成形品的第二热处理(形状保持层形成步骤)。在第二热处理中，在作为第二温度T2的温度1000℃进行10分钟上述金属成形品的热处理。
由此，熔点Tm高于Ni基耐热合金的固相线温度Ts的形状保持层形成于上述金属成形品的表面。在此，氧化皮和伴随氧化皮的形成而生成于氧化皮的下层的元素贫化层(Al和Cr缺乏的贫化层)形成于上述金属成形品的表面，由氧化皮和元素贫化层构成的表层作为形状保持层发挥功能。
接着，在S13中，以10－4Torr的低真空度进行上述金属成形品的第一热处理(第一热处理步骤)。在第一热处理中，在作为第一温度T1的温度1320℃实施2小时上述金属成形品的第一热处理(第一热处理步骤)。第一热处理如下进行：在第二热处理之后打开放入有上述金属成形品的热处理炉，与第二热处理不连续地实施。
在此，若将比固相线温度Ts低100℃的温度作为标准温度Ta，则Ta＝1200℃，形状保持层形成步骤和第一热处理步骤以满足Ta≤T1≤Tm的方式进行。还有，形状保持层如上述这样由多个层(氧化皮和元素贫化层)构成时，以使第一温度T1比多个层之中的至少一个层(优选为全部的层)的熔点Tm小的方式进行形状保持层形成步骤和第一热处理步骤。
如此，即使以金属成形品的金属组织中液相开始出现的比较接近固相线温度Ts的标准温度Ta以上的高温(第一温度T1)进行金属成形品的热处理时，也能够通过形成于金属成形品的表面的形状保持层来抑制因金属成形品在过度的高温下的强度降低或部分熔融造成的变形。因此，通过在接近固相线温度Ts或超过固相线温度Ts的高温域的热处理，能够一边抑制金属成形品在过度的高温下的强度降低或部分熔融造成的变形，一边使金属成形品的特性恰当地变化。
本发明不受上述的实施方式限定，也包括对上述的实施方式加以变形的方式，和使这些方式适宜组合的方式。
【符号说明】
P，P1 应力
P1max 最大值
T1 第一温度
T2 第二温度
Ta、Tb、Tc、Td、Te、Tf、Tg、Th 标准温度
Tm 熔点
Ts 固相线温度

Claims (18)

1.一种金属成形品的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
形状保持层形成步骤，以使熔点高于所述金属成形品的组成的固相线温度Ts的形状保持层形成于所述金属成形品的表面的方式进行所述金属成形品的处理；
第一热处理步骤，在通过所述形状保持层形成步骤形成所述形状保持层后，对所述金属成形品在第一温度T1实施第一热处理，
在设比所述固相线温度Ts低100℃的温度为标准温度Ta，设所述形状保持层的熔点为Tm时，所述形状保持层形成步骤和所述第一热处理步骤以满足Ta≤T1≤Tm的方式进行。
2.根据权利要求1所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，
在设比所述固相线温度Ts低50℃的温度为标准温度Tb时，所述第一热处理步骤以满足Tb≤T1的方式进行。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，
在设比所述固相线温度Ts高50℃的温度为标准温度Tc时，所述第一热处理步骤以满足T1≤Tc的方式进行。
4.根据权利要求3所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，
在设比所述固相线温度Ts高30℃的温度为标准温度Td时，所述第一热处理步骤以满足T1≤Td的方式进行。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，
所述金属成形品含有Ni基耐热合金、Co基耐热合金或Fe基耐热合金之中的至少任意一个。
6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，
所述金属成形品由铸造、锻造和三维层叠造型中的任意一个的制法制造。
7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，
在所述形状保持层形成步骤中，包含对所述金属成形品在低于所述第一温度T1的第二温度T2实施第二热处理的第二热处理步骤。
8.根据权利要求7所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，在相同的热处理炉内连续地进行所述第二热处理和所述第一热处理。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，所述第二热处理在10－3Torr以上的压力下进行。
10.根据权利要求7至权利要求9中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，通过所述第二热处理，在所述金属成形品的表面形成所述金属成形品与气氛气体成分的反应层、伴随该反应层的形成而生成的所述金属成形品的一部分的成分元素的贫化层、或所述反应层和所述贫化层这两方作为所述形状保持层。
11.根据权利要求10所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，通过所述第二热处理，在所述金属成形品的表面，形成作为所述反应层的氧化皮和伴随所述氧化皮的形成而生成的所述贫化层这两方作为所述形状保持层。
12.根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，所述形状保持层形成步骤含有通过热喷涂、蒸镀或浆料浸渍法而涂覆所述金属成形品的表面的涂覆步骤。
13.根据权利要求12所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，在所述涂覆步骤中，将陶瓷、熔点比所述金属成形品的组成的固相线温度高的金属、和与所述金属成形品反应的金属之中的至少任意一种涂覆在所述金属成形品的表面，
在所述涂覆步骤中，在所述金属成形品的表面形成涂覆层、所述涂覆层与所述金属成形品的反应层、或所述涂覆层和所述反应层这两方作为所述形状保持层。
14.根据权利要求1至权利要求13中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，
所述形状保持层形成步骤含有在所述金属成形品的表面进行镀敷处理的镀敷步骤，
在所述镀敷步骤中，在所述金属成形品的表面形成镀层和所述金属成形品的反应层作为所述形状保持层。
15.根据权利要求1至权利要求14中任一项所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，
还包含在所述第一热处理步骤之后，再进行所述金属成形品的热处理的后热处理步骤。
16.根据权利要求15所述的金属成形品的热处理方法，其特征在于，所述后热处理步骤含有一边对所述金属成形品加压一边进行热处理的热等静压步骤。
17.一种金属成形品的制造方法，其特征在于，具备如下步骤：
成形金属成形品的成形步骤；
对由所述成形步骤而成形的所述金属成形品，根据权利要求1至16中任一项所述的热处理方法进行热处理的热处理步骤。
18.根据权利要求17所述的金属成形品的制造方法，其特征在于，在所述成形步骤中，通过三维层叠造型成形所述金属成形品。
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