JP2006231406A - 金属スラグを加工するための方法、方法を実施するためのスリーブ、ならびに方法を実施するためのスリーブおよび蓋アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】高細長比の円柱状粉末冶金スラグを座屈、酸化なく据え込み加工する。
【解決手段】本発明の据え込み加工方法は、スラグ１が、スリーブ内に長さ方向に配置され、スリーブの内壁が、スラグ１の側面に対して空間を残しており、スラグ１およびスリーブのアセンブリは、据え込み容器１０内に配置され、据え込み力は、決定された細長比が得られるまで、その横断面の少なくとも１つでスラグ１に及ぼされ、スラグ１は、スリーブから分離されることを特徴としている。本発明によると、スラグは、連続的に据え込み加工されるが、スラグだけが据え込み加工され、このことは、スリーブの内壁によって形成される空間のために許容される。例えば鋼から作られるスリーブの材料は、スラグに溶接されまたは密着することがなく、そのことは、操作の後に２つを分離するために機械加工される必要がないことを意味する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、金属スラグの加工を据え込み加工する方法、この方法を実施するためのスリーブ、ならびにこの方法を実施するためのスリーブおよび蓋アセンブリに関する。

金属鍛造品は、一般に、得られるべき部品を鍛造するための基本要素として用いられる、金属部品の半仕上げの未完成の、概して棒の形態でのブランクである、スラグ、またはビレットを鍛造することによって得られ、それら金属鍛造品の体積は、鍛造の間に失われる体積だけ増大されたスラグの体積に対応する。例えば、ジェットエンジンにおいては、金属スラグを鍛造することによって、ファンディスクまたはコンプレッサドラムが得られる。

本発明は、特に粉末冶金の結果として生ずる金属スラグの加工に適用するが、より一般的には、金属スラグの加工に関するものである。とりわけ、特に小さな受容可能な温度範囲の結果として、鍛造するのが困難な材料の加工のために認識されている。

粉末冶金を起源とする金属スラグは、一般に、粉末状の材料を収容する容器を押し出し成形することによって得られる。押し出し成形の間に、容器は、プレスによって、それ自体よりも小さい断面の開口部を通して通過させられ、その操作の間に、材料は、高密度の棒材を形成する。材料を包む容器、および押し出し成形操作の間にそれに溶接されるものを機械加工することは、加工のために準備のできたスラグをもたらす。現在の制約は、粉末冶金から得られる金属スラグについて、３００ｍｍよりも小さな、典型的にはほぼ２３０ｍｍ程度の最大直径を課す。

さらに、航空工学の分野において、安全基準は、非常に厳格であり、且つ製造の全ての段階における検査を課す。スラグは、特に、鍛造の間にあらわれるひび割れ且つあるいは仕上げられた部品における可能性のある破損の結果として、含有物または欠陥が金属内に存在するかを検出する目的で、例えば超音波を用いて検査される必要がある。エンジン製造者によって課されるようなビレットにおける最大許容欠陥サイズを管理する要求は、ますます厳密になってきている。スラグ供給者は、それゆえ、超音波を用いて品質管理を行い且つ施工者によって課される基準を満たすことを可能とする目的で、スラグの直径を制限している。典型的には、もう一度、粉末冶金を起源とするニッケルベースまたはコバルトベースの金属スラグについて、この直径は３００ｍｍよりも小さい。

ジェットエンジンの仕上げられた部品が、大きな体積からなる場合、それらの小さな断面を補う目的のために、スラグは、典型的には、２．８を超え、しばしばほぼ７から１０程度の、高い細長比を有していなければならない。

「加工」なる用語は、等しい体積について、その直径における増大およびその長さにおける減少を得る目的で、金属部品の高温変形をも包含することが意図されている。加工は、据え込み、すなわち金属スラグの長さ方向に応力を印加することによってなされてよい。

粉末冶金を起源とする金属スラグの場合に、２．８を超える細長比は、長さ対直径の比が小さいスラグを得るようにそれらを加工する目的で、スラグの連続的な据え込みを意味している。その比は、それらが、側方に含まれることなしに、屈曲するまたは金属のファイバ内に不完全さが生起される危険なしに、鍛造され、打ち抜きされ、またはその代わりに再度据え込みされ得る値に下げられる。

包含された据え込み加工は、スラグが側方について保護され、その表面が外気に接していない据え込みを意味する。粉末冶金の結果として得られる合金は、可能な最も等温の据え込みを必要とし、それは典型的には、温度が据え込み加工の間５０℃または１００℃以上下がらないようにする必要があり、さもなければ、材料に深いひび割れまたは裂け目が出現するであろう。動作温度は、塑性変形温度と合金の融点との間にあり、それゆえ合金が鍛造されることが可能となり、そして合金の微細構造について制御することを確実にすべく規定された最大値によって制限される。さらに、加工される塊の直径は、小さすぎてはならず、さもなければ材料内に欠陥が作られるかもしれない。細長比が２．８より下になるように構成されることが必要である。

これを達成するために、従来技術は、その直径を増大し且つ熱保護を与える鋼管内にスラグをクラッディングすることを教示している。スラグおよび管アセンブリは、充分な直径を有しているので、それから外気内で据え込み加工される。そのような据え込み加工の間に、スラグと鋼管とは、それらの間に、密着した結合に匹敵する金属結合を確立するであろう。それゆえ、据え込み加工後に、アセンブリを、粉末冶金を起源とする合金のみを含んでいるスラグを見出す目的で鋼を取り除くように、例えばそれを旋盤で機械加工することが必要である。第１に、そのような機械加工は高価であり、そして第２に、スラグ材料の損失に至る。この材料の損失は、一般に、スラグと管の間の境界面が、比較的不規則であるほど大きくなり、そのことは、安全な処置としてさらなる機械加工がなされるべきであることを意味する。

鋼のシースを使用しないことが望ましい。しかしながら、そのような場合には、非常に高温の工具を使用することが必要であり、そのことは、スラグにひび割れおよび裂け目を生じさせ、それらは、それらが接近可能である範囲で、研磨することによって除去されなければならないであろう。

本発明は、これらの不都合を軽減することを目的としている。

このために、本発明は、円柱形状で且つコーティングが施された金属スラグを加工するための据え込み加工方法であって、スラグは、スリーブ内に長さ方向に配置され、スリーブの内壁が、スラグの側面に対して空間を残し、スラグおよびスリーブのアセンブリは、据え込み容器内に配置され、据え込み力は、決定された細長比が得られるまで、その横断面の少なくとも１つで、スラグに及ぼされ、スラグはスリーブから分離される、ことを特徴とする方法に関する。

本発明によれば、スラグは、連続的に据え込み加工されるが、スラグだけが据え込み加工され、このことは、スリーブの内壁によって形成される空間のために許容される。コーティングと断面における差異によって、例えば鋼からなる、スリーブの材料は、スラグに溶接されずまたは密着せず、そのことは、操作の後に２つを分離する目的で機械加工される必要がないことを意味する。したがって、スラグ材料の損失はなく、また後続の機械加工に関連するいかなる付加的なコストも生じない。得られた据え込み加工されたスラグは、それゆえ非常に良好な表面仕上げ、および非常に良好な冶金品質を有する。

都合の良いことに、スラグは円柱形状から作られている。

円柱形状の据え込みスラグを得ることは、それが後続の鍛造加工、据え込み加工、または打ち抜き加工を容易にさせるので、有利である。

本発明は、また、上述において説明された方法の実施のために、円筒形状の側壁が立ち上がっている端部壁を備える、金属スラグを収容させようとする円筒形状のスリーブの使用にも関し、端部壁は、スラグをセンタリングし且つプリフォームするための、インプリントを備えている。

本発明は、また、上述において説明されたようなスリーブ、およびその断面がスリーブの内部断面にほぼ等しく、ごくわずかに小さい、円形形状のプレートの形態の蓋を備える、スリーブおよび蓋アセンブリにも関する。

本発明は、粉末冶金の結果として得られる合金からなるスラグの据え込みに特に良好に適用するが、より一般的に、いかなる金属スラグの据え込みにも適用する。

本発明は、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施形態の以下の説明の助けを借りてより良好に理解されるであろう。

本発明の方法の目的は、金属スラグ１、この場合、粉末冶金を用いて得られるニッケルベースまたはコバルトベースの合金から作られたスラグ１を据え込み加工することにある。このスラグ１は、円柱形状からなっている。スラグ１は、所与の断面および所与の長さを有する。その細長比、すなわちその断面の直径に対するその長さの比は、この場合、２．８を超えそしてほぼ１０以上程度であっても良い。スラグ１は、エナメルの被覆で、ガラス化によってコーティングされる。

スラグ１は、円筒形状のスリーブ２に収容される。このスリーブ２は、スリーブの直径に比して比較的小さな厚みの円筒状側壁４がそこから立ち上がっている端部壁３を備えている。側壁４の内壁によって形成されるシリンダの断面は、スラグ１の端面よりも大きい。この場合において、約２３５ｍｍの断面直径を有するスラグ１の場合、スリーブ２の内部断面直径は、ほぼ３００ｍｍであり、同時にその側壁４の厚みは、ほぼ２０ｍｍである。スリーブ２は、意図された適用のためにかなり強い、軟鋼をこの場合含み、且つここでは軟鋼からなっている。そのような軟鋼は、安価であり、スリーブ２が破壊されるように意図されている事実を考慮すると望ましいことがある。さらに、一旦スリーブ２が破壊されると、それはリサイクルされ得る。考慮される特別な場合において、スリーブ２は、この場合軟鋼から作られるその円筒状側壁４を、この場合ニッケル合金から作られる端部壁３に、溶接することによって形成される。

スラグ１は、その開口端部を介してスリーブ２内に挿入される。スリーブ２の端部壁３は、スラグ１をセンタリングするためのインプリント５を備えている。その断面がスリーブ２の内部断面に大体等しく、非常にわずかに小さい、円形形状のプレートの形態における蓋６は、スリーブ２の開口端を介してスラグ１を覆うべく挿入される。蓋６は、ここではニッケル合金から作られている。この蓋６も、その下側面に、すなわちそのスラグ１に接触している表面に、スラグ１をセンタリングするためのインプリント７を備えている。蓋６は、それから、その頂部表面とスリーブ２の内壁との間に作られる溶接部８によって適正位置に保持される。この溶接部８は、その機能が、蓋をシールするというよりもむしろ単に蓋を適正位置に保持するだけであるので、非常に強くなるようには構成されておらず、この溶接部は、スポット溶接部の形態であっても良い。スラグ１、スリーブ２、および蓋６を備えるアセンブリ９は、それゆえ一緒に保持され、溶接部８は、充分な力の印加を通して破壊可能である。このアセンブリ９は、使用される準備ができており、そしてこの状態で一時的に格納され得る。それは、取り扱われることも可能である。

据え込み加工操作に先立って、アセンブリ９は、その中で据え込みのために必要とされる温度に加熱される炉内に配置される。この温度の決定は、以下において述べられる据え込み操作の間に、スラグ１の合金の材料および微細構造の変形を制御することを可能とさせる。この特別な場合において、ニッケルベース合金から作られるスラグ１のために、この温度は、９００℃と１２００℃の間の範囲であり、例えばほぼ１１００℃程度であることができる。

アセンブリ９は、それから据え込み容器１０内に配置され、据え込み容器１０は、鋼から作られ、且つその断面がスリーブ２の外部断面に対応する円筒状ハウジング１１を備える。取り扱いの間、スリーブ２の鋼の機械的強度は、明らかに温度のために減少するであろうが、依然として幾何学形状が維持されるのに充分なままである。据え込み容器１０も、この場合ほぼ４００℃から５００℃程度の温度に予熱される。それは、アセンブリ９の蓋６の上側面を押圧すべく設定されたパンチ１２を有する流体圧プレスに据え付けられる。このパンチ１２は、流体圧プレスの稼働上側プラテンによって駆動されて、垂直並進にて移動可能である。蓋６を接触するその面積は、この蓋の断面積と同一であるか、またはそれよりも若干小さな寸法かである。

それから、スラグ１の据え込みの操作が行われる。パンチ１２は、決定された速度で降下され且つそれゆえスラグ１へ、パンチ１２と共に下がる蓋６を経由して、その長さ方向に応力を及ぼすべく、流体圧プレスプラテンの在来の流体圧機構によって駆動され、溶接部８は、パンチ１２によって及ぼされる応力によって破壊される。スラグ１は、その塑性変形温度より高い温度（しかしその融点よりも低い）であるから、スラグ１の材料の塑性変形がおき、このことは、その長さにおける縮減およびその断面における増大によって、明らかにされる。パンチ１２の降下の速度は、材料の変形およびその微細構造における変化を制御するようにして、材料の温度の選定と共同して決定される。この特別な場合において、ニッケルベースの合金について、それは、ほぼ１０ｍｍ／秒程度になるようにして選定される。この速度は、据え込み操作の間に変化しても良い。

据え込みの間、蓋６の直径は、スリーブ２の内径よりも若干小さいから、スラグ１とスリーブ２の内壁との間のギャップを満たす空気は、蓋６とスリーブ２との間のギャップを経由して放出される。

スラグ１がコーティングされるエナメルは、３つの機能を果たし、装置を潤滑し、酸化に対して保護し、かつスラグ１とスリーブ２との間の保護を形成する。それゆえ、据え込み加工の間、エナメルは、ペースト状の境界面を形成し、据え込みの最後において、スラグ１の壁部がスリーブ２の内壁に接触することとなるときに、スラグ１が、それ自体をこの壁に溶接するのを防止する。さらに、据え込み操作の間中ずっと、蓋６においておよびスリーブ２の端部壁３において、同一の機能が果たされる。

従来技術の方法とは異なり、ここではスラグ１のみが据え込みされることについて言及されるであろう。スリーブ２は、操作によって変形されず、かつスラグ１を収容し且つスラグ１と据え込み容器１０との間の熱バリアまたはバッファとして作用する機能を果たしている。それゆえ、据え込み容器１０の温度が低下してさえも、スラグ１の温度は、それによって認識され得るほど影響されることはない。さらに、スラグ１は、それぞれスリーブ２の端部壁３のインプリント５および蓋６の下側面のインプリント７によって、センタリングされたまま維持される。それゆえ、これらインプリント５、７は、この据え込み加工操作が完了したならば、スラグ１へのさらなる据え込みおよび／または打ち抜きおよび／または鍛造操作を通して、スラグ１をプリフォームし、かつそれゆえ仕上げられた部品に与えられるべき形状に従ったスラグ１の端部をプリフォームすべく構成される機能を果たすことができる。

ある一定の力がスラグ１に到達したとき、据え込み操作は停止される。スラグ１は、そのとき、スリーブ２の全断面を事実上満たし、これの断面が増大され、体積における変化はないから、これの長さが応じて低減されている。この状況において、パンチ１２は、図３に見られ得るように、下げられた位置にある。スラグ１は、据え込み加工によって実際に加工されている。

据え込み加工の最後において、パンチ１２は、加工されたスラグの幾何学形状が正しいこと、特に材料がハウジング１１全体を、特にその角部を正しく満たしていることを確実にするために、例えば１０秒かそのくらい、アセンブリに付加的な圧力を維持し得る。

図４を参照すれば、スラグ１が据え込み加工されて、降下位置において、スラグ１、スリーブ２、および蓋６を備えるアセンブリ９は、それから据え込み容器１０から取り出される。この操作は、完全に在来の方法で行われる。このために、アクチュエータは、例えば、据え込み容器１０のハウジング１１の端部壁を形成しても良く、据え込み操作の後に上方向きに駆動され、パンチ１２が予め上向きに駆動されて、そのためにアセンブリ９が、ハウジング１１から取り出され得る。取り出しの他のいかなる方法も、考えられる。

アセンブリ９は、それから冷却される。これをするために、それは、外気中において冷却すべく単に放置されても良い。一旦、所望される温度が、到達されると、スラグ１は、スリーブ２から取り外される。これら２つのエレメントは、それら自体が互いに溶接されることはないから、この操作は非常に容易である。例えば、一旦、スリーブ２の上側部分が、蓋６の上方で切り離されると、２つの対向する縦方向のスロットを、フライス加工によって、スリーブ２の側壁に沿って作ることが可能となり、２つの壁部分を互いに分離させる目的でこのスロット内にくさびを挿入し、それゆえスラグ１をスリーブ２から取り出すことができる。スロットは、これらの端部の１つを除去する目的で、蓋６のまたはスリーブ２の端部壁３の高さに作られても良く、それはそれからスラグ１がその長さ方向に自由にスライドし、且つそのように開かれたスリーブ２から取り出されることが可能となる。しかしながら、エナメルのために、スラグ１は、端部壁３にも蓋６にも固定されないから、そのようなスロットは、一般的に必要とされることはない。

スラグ１は、ちょうどそのとき、そのエナメルコーティングの残りを取り除くために処理される。この処置は、機械的な処置、例えば、ショットピーニングすることまたは鋼ワイアによる処置であっても良く、あるいは化学的な処置、例えばソーダバスを用いる処置であっても良い。

それゆえ、据え込み加工により加工されたスラグ１は、もしも必要ならば、同一の方法を用いて再度据え込み加工されても、あるいは内包され、打ち抜きされ、または鍛造されることなしに据え込み加工されても良く、あるいは仕上げられた部品を得るためにこれらの操作のいくつかを受けても良い。

スラグ１をスリーブ２から分離することが、採用された材料の膨張係数の値における相違によって、ここに非常により容易になされることに留意されても良い。それゆえ、冷却の間、ニッケル合金から作られるスラグ１の体積が、鋼から作られたスリーブ２のそれよりも一層減少し、それゆえ２つの間のギャップを作り出し、且つそれらを分離するのを容易にさせるであろう。

発明の方法によると、スラグは、収容された態様で実際に据え込み加工され、これは、ある一定の応用においては、例えば、粉末冶金を起源とする比較的小さな直径のスラグを据え込み加工するときには、都合が良い。スラグのみが据え込み加工され、且つこれが、当該方法の最後にその保護スリーブから容易に取り外される。加工されたスラグは、後続の機械加工に関連する材料のいかなる損失もまたはいかなる付加的なコストもなしに得られ、それゆえ非常に良好な表面処理および非常に良好な冶金的品質を示す。スリーブのおよび据え込み容器の断面を適合することによって、スラグの種々の断面が、取得され得る。

本発明のスリーブに収容される金属スラグの概略的な断面図である。 スラグが据え込み加工される前に、据え込み容器内に収容された図１のスラグおよびスリーブの両者の概略的な断面図である。 スラグの据え込み加工の最後において、据え込み容器内に収容された図１のスラグおよびスリーブの両者の概略的な断面図である。 スラグが据え込み加工された後の、図１のスラグおよびスリーブの概略的な断面図である。

符号の説明

１ スラグ
２ スリーブ
３ 端部壁
４ 円筒状側壁
５、７ インプリント
６ 蓋
８ 溶接部
９ アセンブリ
１０ 据え込み容器
１１ 円筒状ハウジング
１２ パンチ

Claims (15)

1. 円柱形状で且つコーティングが施された金属スラグ（１）を加工するための据え込み加工方法であって、金属スラグ（１）は、スリーブ（２）内に長さ方向に配置され、前記スリーブ（２）の内壁が、金属スラグ（１）の側面に対して空間を残し、金属スラグ（１）およびスリーブ（２）のアセンブリ（９）が、据え込み容器（１０）内に配置され、据え込み力が、決定された細長比が得られるまで、横断面の少なくとも１つで、金属スラグ（１）に及ぼされ、金属スラグ（１）が、スリーブ（２）から分離されることを特徴とする、方法。
2. 金属スラグ（１）が、円柱形状からなる、請求項１に記載の方法。
3. 金属スラグ（１）が、２．８を超える初期細長比を有している、請求項１または２に記載の方法。
4. 金属スラグ（１）が、据え込みの間、ペースト状態をなすエナメルでコーティングされている、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. スリーブ（２）が端部壁（３）を備え、容器（１０）内にアセンブリ（９）を配置するのに先立って、蓋（６）が、金属スラグ（１）の自由端を覆ってスリーブ（２）に配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 蓋（６）が、蓋（６）を適正位置に保持しかつ据え込み操作によって破壊されることができる溶接部によって、スリーブ（２）に溶接されている、請求項５に記載の方法。
7. 端部壁（３）および蓋（６）が、各々、金属スラグ（１）を、センタリングし且つプリフォームするためのインプリント（５、７）を備えている、請求項５または６に記載の方法。
8. スリーブ（２）から金属スラグ（１）を分離する操作は、スリーブ（２）の壁の１つに少なくとも１つのスロットをフライス加工する操作を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 据え込み容器（１０）に配置されるのに先立って、アセンブリ（９）が加熱される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 据え込み力が、流体圧プレスのパンチ（１２）によって及ぼされ、流体圧プレスに、据え込み容器（１０）が装備される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. パンチ（１２）の速度が、その値がほぼ１０ｍｍ／秒程度になるという原則に従い、かつ当該方法の終端においては、パンチ（１２）が、金属スラグ（１）に圧力を持続させる、請求項１０に記載の方法。
12. スリーブ（２）の材料が、軟鋼からなる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 金属スラグ（１）が、粉末冶金を起源とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 円筒形状からなり、金属スラグを収容するように意図されたスリーブであって、端部壁（３）を備え、端部壁（３）から円筒状側壁（４）が立ち上がり、端部壁（３）が、スラグをセンタリングおよびプリフォーミングするためのインプリント（５）を備える、請求項１から１３のいずれか一項の方法を履行するためのスリーブの使用。
15. 請求項１４において使用されるスリーブに従うスリーブ（２）、および円形形状のプレートの形態の蓋（６）を備え、蓋（６）の断面が、スリーブ（２）の内部断面にほぼ等しく、ごくわずかに小さい、スリーブおよび蓋アセンブリ。

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