JP2014508857A5

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Publication number: JP2014508857A5
Application number: JP2013549437A
Authority: JP
Filing date: 2012-01-03
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2032-01-03

Description

本明細書に開示される様々な非限定的実施形態は、合金加工物に表面コーティングを施すことによる合金加工物の熱間加工性を改善するための方法を目的とする。本開示による１つの非限定的実施形態では、合金加工物を処理加工する方法は、ガラス材料を合金加工物の少なくとも一部分に付着させることと、このガラス材料を加熱して、合金加工物からの熱損失を低減する表面コーティングを合金加工物上に形成させることと、を含む。この方法の様々な非限定的実施形態では、このガラス材料は、ガラス繊維、ガラス粒子、及びガラステープから選択され得る。様々な非限定的実施形態では、ガラス材料を合金加工物の少なくとも一部分に付着させることは、配置、噴霧、塗装、散布、ローリング、浸漬、巻き付け、及びテーピングの少なくとも１つを含む。様々な非限定的実施形態では、ガラス材料を加熱することは、ガラス材料を１０００°Ｆ〜２２００°Ｆの温度に加熱することを含む。様々な非限定的実施形態では、加工物は、ニッケル基合金、ニッケル基超合金、鉄基合金、ニッケル−鉄基合金、チタン基合金、チタン−ニッケル基合金、及びコバルト基合金から選択される材料を含む。この方法の様な非限定的実施形態では、加工物は、インゴット、ビレット、バー、プレート、チューブ、焼成予備成形品等を含んでも又はこれらから選択されてもよい。この方法の様々な非限定的実施形態では、方法は、ガラス材料を加熱することに引き続いて、ダイ又はロールの少なくとも１つで力を加え、加工物を変形させること、熱間加工が鍛造及び押出法の少なくとも１つを含むことにおいてｘｘ、加工物を熱間加工することは、鋳造および押し出し、加工物を冷却することと、ショットブラスティング、研削、剥離、及び旋削によって、表面コーティングを加工物から除去すること、及びこれらの組み合わせの少なくとも１つによって、から選択される１つ以上の工程を更に含む。

ある非限定的実施形態によると、合金インゴット又は他の合金加工物を処理加工する方法は、一般的には、無機材料を合金加工物の少なくとも一部分上に付着させることと、この無機材料を加熱して、加工物からの熱損失を低減させる表面コーティングを形成することとを含む。この無機材料は、例えば、繊維、粒子、及びテープから選択される材料を含む１つ以上の断熱材料を含んでもよい。この無機材料は、例えば、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化ナトリウム、酸化リチウム、酸化カリウム、酸化ホウ素等の１つ以上を含んでもよい。この無機材料は、例えば、５００°Ｆ〜２５００°Ｆ及び１０００°Ｆ〜２２００°Ｆなどの５００°Ｆ以上の融点又は軟化点を有してもよい。この方法は、例えば、無機材料を合金加工物の表面の少なくとも一部分上に付着させることと、無機材料を加熱して、加工物上に表面コーティングを形成し、加工物からの熱損失を低減させることと、を含むことができる。様々な非限定的実施形態では、無機材料を加熱することは、１０００°Ｆ〜２２００°Ｆなどの鍛造温度で無機材料を加熱することを含む。無機材料の組成及び形態は、鍛造温度で粘性表面コーティングを形成するよう選択され得る。この表面コーティングは、合金加工物の表面に接着することができる。表面コーティングは、接着表面コーティングとして特性化され得る。表面クラッキングを排除又は低減することに加えて、本開示による表面コーティングはまた、熱間加工操作中の合金インゴット又は他の合金加工物の表面を滑らかにすることも可能である。

図1を参照すると、本開示による熱クラッキングを低減させる合金加工物を処理加工する方法の非限定的実施形態は、一般的には、無機ガラス材料を合金インゴット又は他の合金加工物の一部上に付着させることと、このガラス材料を加熱して、加工物上に表面コーティングを形成させて、加工物からの熱損失を低減させることと、を含む。このガラス材料は、ガラス繊維、ガラス粒子、及びガラステープの１つ以上を含む断熱材料を含むことができる。加工物上に提供されるガラス材料は、ガラス材料が好適な温度で加熱される場合、加工物上に粘性表面コーティングを形成し得る。このガラス材料の組成及び形態は、鍛造温度で粘性の表面コーティングを形成するよう選択され得る。ガラス材料表面コーティングは、加工物の表面に接着し、熱間加工まで並びに熱間加工中に表面上に保持され得る。ガラス材料表面コーティングは、接着表面コーティングとして特性化されることができる。ガラス材料を加熱することによってもたらされるガラス材料表面コーティングは、加工物からの熱損失を低減させ得、並びに鍛造、押出法、又は合金加工物を別様で加工することから生じる表面クラッキングの発生頻度を、このような表面コーティングを欠如する別の同様な合金加工物に比較して排除又は低減させ得る。表面クラッキングを排除又は低減させることに加えて、本開示によるガラス材料表面コーティングはまた、熱間加工操作中に合金加工物の表面を滑らかにすることも可能である。

ある非限定的実施形態によると、熱クラッキングを低減させるよう加工物を処理加工する方法は、一般的には、加工物の表面の少なくとも一部分上にガラス粒子を付着させることを含む。ある非限定的実施形態では、この粒子は、加工物の表面の実質的部分上に付着され得る。ある非限定的実施形態では、この粒子は、円筒状加工物の円周囲面上及び／又は円筒状加工物の少なくとも１つの外側面に付着され得る。加工物の表面上に粒子を付着させることは、例えば、ローリング、浸漬、噴霧、刷毛塗、及び散布の１つ以上を含むことができる。この方法は、粒子を付着させることに先立って、加工物を所定の温度まで加熱することを含んでもよい。例えば、加工物は、１０００°Ｆ〜２０００°Ｆ、及び１５００°Ｆなどの鍛造温度まで加熱され得、ガラス粒子床で回転され、ガラス粒子を加工物の表面上に付着させる。

ある非限定的実施形態では、表面コーティングは、合金加工物の表面の少なくとも一部部分上に形成され得る。ある非限定的実施形態では、この表面コーティングは、加工物の表面の実質的部分上に形成され得る。ある非限定的実施形態では、この表面コーティングは、加工物の表面を保護完全に覆ってもよい。ある非限定的実施形態では、この表面コーティングは、合金加工物の円周囲面上に形成されてもよい。ある非限定的実施形態では、この表面コーティングは、加工物の円周囲面上と、加工物の少なくとも１つの外側面上に形成されてもよい。ある非限定的実施形態では、この表面コーティングは、無機材料を含まない加工物の表面の少なくとも一部分上に形成されてもよい。例えば、無機材料は加工物の表面の少なくとも一部分上に付着され得る。この無機材料は、加熱される場合融解することができる。融解した無機材料は、無機材料が付着されていない加工物の表面の一部まで流れることができる。

無機材料は、加熱される場合、表面コーティングをその上に形成するのに十分な厚さで付着され得、この表面コーティングは接触するダイの表面から下側にある加工物表面を隔離することによって、熱間加工中に下側にある加工物表面が非常に容易にひび割れを形成する温度まで、下側にある加工物表面が冷えてしまうことを阻害又は抑制する。このように、より高い熱間加工温度は、一般的に、より大きな表面コーティング厚さの優先性と相関することができる。ある非限定的実施形態では、この表面コーティングは、加工物からの熱損失を低減するために好適な厚さを有し得る。ある非限定的実施形態では、この表面コーティングは、例えば、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ、及び約１ｍｍなどの０．１ｍｍ〜２ｍｍの厚さを有することができる。いかなるある理論に束縛されるものではないが、表面コーティングは、合金加工物からの熱損失を低減し、及び／又は熱間加工中のダイ又は他の接触表面に対する加工物の滑り性を増加させることが可能である。この表面コーティングは、対流、伝導、及び／又は放射を通しての加工物からの熱損失に対する熱バリアーとして作用し得る。ある非限定的実施形態では、この表面コーティングは、熱間加工操作中の合金加工物の表面摩擦を低減しかつ滑沢剤として作用することによって、熱間加工操作、例えば鍛造及び押出法中の加工物の滑り性を増加させることができる。ある非限定的実施形態では、無機材料は、熱間加工操作中に加工物を滑らかにするのに十分な厚さまで堆積され得る。

初期加工物成形の後であるが、無機材料を付着させる前及び／又は合金加工物の熱間加工に引き続いて、熱クラッキングを低減させるよう合金インゴット又は他の合金加工物を処理加工する非限定的方法は、一般的に、加工物を加熱すること及び／又は加工物の表面を調整することを含んでもよい。ある非限定的実施形態では、合金加工物は、高温に曝され、合金組成及び加工物の微細構造を均質化することができる。この高温は、合金の再結晶温度以上ではあるが、合金の融点温度以下であり得る。例えば、加工物は鍛造温度まで加熱され得、無機材料がそれに付着され得、そして加工物が再加熱され、そこに表面コーティングを形成することができる。加工物をその温度に持っていくために必要な炉時間を短縮させるために、無機材料を付着させる前に、加工物が加熱され得る。合金加工物は、例えば、加工物の表面を研削及び／又は剥離することによって、表面調整され得る。加工物は砂で磨くかおよび又はバフ仕上げをまたしてもよい。表面調整操作は、例えば、高温での均質化処理などの任意選択の熱処理工程の前及び／又は後で実施されてもよい。

ある非限定的実施形態によると、熱クラッキングを低減させるよう合金インゴット又は他の合金加工物を処理加工する方法は、一般的に、加工物を熱間加工することを含むことができる。加工物を熱間加工することは、加工物に力を加え、加工物を変形させることを含むことができる。この力は、例えば、ダイ及び／又はロールで加えられ得る。ある非限定的実施形態では、加工物を熱間加工することは、１５００°Ｆ〜２５００°Ｆの温度で加工物を熱間加工することを含んでもよい。ある非限定的実施形態では、加工物を熱間加工することは、鍛造操作及び／又は押出法操作を含んでもよい。例えば、加工物の表面の少なくとも１つの領域上に付着された表面コーティングを有する加工物は、据込鍛造され得るか及び／又は引抜鍛造され得る。様々な非限定的実施形態では、この方法は、加工物上への表面コーティングの形成後に、鍛造によって加工物を熱間加工することを含んでもよい。様々な非限定的実施形態では、この方法は、加工物上への表面コーティングの形成後に、１５００°Ｆ〜２５００°Ｆの温度での鍛造によって加工物を熱間加工することを含んでもよい。様々な非限定的実施形態では、この方法は、加工物上への表面コーティングの形成後に、押出法によって加工物を熱間加工することを含んでもよい。様々な非限定的実施形態では、この方法は、加工物上への表面コーティングの形成後に、１５００°Ｆ〜２５００°Ｆの温度での押出法によって加工物を熱間加工することを含んでもよい。

様々な非限定的実施形態では、加工物の表面の少なくとも１つの領域上に付着された表面コーティングを有する合金インゴット又は他の合金加工物は、１つ以上の据込及び引抜鍛造操作にかけられることができる。例えば、三重据込及び引抜鍛造操作においては、加工物が先ず据込鍛造され、次いで引抜鍛造され得る。合計で３回の順次据込及び引抜鍛造操作のために、この据込及び引抜シーケンスが２回以上繰り返されることができる。様々な非限定的実施形態では、加工物の表面の少なくとも１つの領域上に堆積された表面コーティングを有する加工物は、１回以上の押出法にかけられてもよい。例えば、押出法操作において、円筒状加工物が、円筒状のダイを通るよう押し込まれ、これによって加工物の直径を減少させかつ長さを増加させることができる。他の熱間技術は当業者には明らかであろうし、本開示による方法は、過度の実験を必要とすることなく、このような他の技術の１つ以上での使用に適合され得る。

Claims

熱クラッキングを低減させるよう合金加工物を処理加工する方法であって、
ガラス織布を前記合金加工物の表面の少なくとも一部分上に直接配置することと、
ガラス粒子を前記ガラス織布の少なくとも一部分上に付着させることと、
前記複数のガラス材料を加熱して、前記合金加工物上に、前記合金加工物からの熱損失を低減させる表面コーティングを形成させことと、を含む方法。
前記ガラス織布が、ガラス繊維織布を含む、請求項１に記載の方法。
前記ガラス織布が、１０００°Ｆ〜２１００°Ｆの温度定格を有するＥ−ガラス織布である、請求項１に記載の方法。
前記Ｅ−ガラス織布を前記合金加工物の表面の少なくとも一部分上に配置させることが、前記Ｅ−ガラス織布を前記合金加工物の円周囲面の少なくとも一部分上に配置させることを含む、請求項３に記載の方法。
前記Ｅ−ガラス織布を前記合金加工物の表面の少なくとも一部分上に配置させることが、前記Ｅ−ガラス織布を前記合金加工物の円周囲面の少なくとも一部分上と、前記合金加工物の少なくとも１つの横側面上に配置させることを含む、請求項３に記載の方法。
前記ガラス粒子をを付着させることが、噴霧、刷毛塗、フローコーティング、散布、ローリング、及び浸漬の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
前記複数のガラス材料を１０００°Ｆ〜２２００°Ｆの温度に加熱することを含む、請求項１に記載の方法。
前記複数のガラス材料を付着させることに先立って、前記合金加工物を鍛造温度に加熱することを更に含む、請求項１に記載の方法。
前記複数のガラス材料を付着させることに先立って、前記合金加工物を鍛造温度に加熱することと、前記合金加工物の表面を調整することと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
前記合金加工物を冷却することを更に含む、請求項１に記載の方法。
前記合金加工物をショットブラスティングする、研削する、剥離する、及び旋削するの少なくとも１つによって、前記合金加工物から前記表面コーティングの少なくとも一部分を除去することを更に含む、請求項１に記載の方法。
前記合金加工物が、ニッケル基合金、ニッケル基超合金、鉄基合金、ニッケル−鉄基合金、チタン基合金、チタン−ニッケル基合金、及びコバルト基合金からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
前記合金加工物が、Ａｌｌｏｙ７１８（ＵＮＳＮｏ．Ｎ０７７１８）、Ａｌｌｏｙ７２０（ＵＮＳＮｏ．Ｎ０７７２０）、Ｒｅｎｅ４１（商標）合金（ＵＮＳＮｏ．Ｎ０７０４１）、Ｒｅｎｅ８８（商標）合金、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）合金（ＵＮＳＮｏ．Ｎ０７００１）、及びＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）１００合金からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
前記合金加工物が、インゴット、ビレット、バー、プレート、チューブ、及び焼成予備成形品の一つを含む、請求項１に記載の方法。
前記合金加工物がニッケル基超合金を含み、前記ガラス織布がＥ−ガラス織布を含む、請求項１に記載の方法。
前記ガラス材料を加熱して前記合金加工物上に表面コーティングを形成させた後に、ダイ及びロールの少なくとも１つで前記合金加工物に力を加え、前記合金加工物を変形させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
前記合金加工物上に表面コーティングを形成させた後に、前記合金加工物を熱間加工することを更に含む、請求項１に記載の方法。
前記合金加工物が、１５００°Ｆ〜２５００°Ｆの温度で熱間加工される、請求項１７に記載の方法。
前記合金加工物上に表面コーティングを形成させた後に、鍛造によって前記合金加工物を熱間加工することを更に含む、請求項１に記載の方法。
前記合金加工物が、１５００°Ｆ〜２５００°Ｆの温度で熱間加工される、請求項１９に記載の方法。
前記合金加工物が、インゴット、ビレット、バー、プレート、チューブ、及び焼成予備成形品の１つを含む、請求項１９に記載の方法。
前記合金加工物上に表面コーティングを形成させた後に、押出法によって前記合金加工物を熱間加工することを更に含む、請求項１に記載の方法。
前記熱間加工された加工物から物品を組み立てることを更に含み、前記物品が、ジェットエンジン構成部品、地上接地タービン構成部品、バルブ、エンジン構成部品、シャフト、及び締結具からなる群から選択される、請求項１８に記載の方法。
合金加工物を処理加工する方法であって、
前記合金加工物がニッケル基合金、ニッケル基超合金、鉄基合金、ニッケル−鉄基合金、チタン基合金、チタン−ニッケル基合金、及びコバルト基合金からなる群から選択される材料を含み、前記方法が
ガラス織布を前記合金加工物の表面の少なくとも一部分上に直接配置することと、
ガラス粒子を前記ガラス織布の少なくとも一部分上に付着させることと、
前記複数のガラス材料を加熱して、前記合金加工物上に前記合金加工物からの熱損失を低減させる表面コーティングを形成させることと、
前記合金加工物を熱間加工することと、を含む方法。
前記合金加工物が、Ａｌｌｏｙ７１８（ＵＮＳＮｏ．Ｎ０７７１８）、Ａｌｌｏｙ７２０（ＵＮＳＮｏ．Ｎ０７７２０）、Ｒｅｎｅ４１（商標）合金（ＵＮＳＮｏ．Ｎ０７０４１）、Ｒｅｎｅ８８（商標）合金、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）合金（ＵＮＳＮｏ．Ｎ０７００１）、及びＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）１００合金からなる群から選択される材料を含む、請求項２４に記載の方法。
前記合金加工物が、インゴット、ビレット、バー、プレート、チューブ、及び焼成予備成形品の１つを含む、請求項２４に記載の方法。
前記合金加工物を熱間加工することが、前記合金加工物を鍛造することを含む、請求項２４に記載の方法。
前記合金加工物を熱間加工することが、前記合金加工物を押出すことを含む、請求項２４に記載の方法。
前記合金加工物から前記表面コーティングの少なくとも一部分を除去することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
合金加工物を熱間加工する方法であって、
ガラス繊維ブランケットを合金加工物の表面の少なくとも一部分上に配置させることと、
ガラス粒子を前記ガラス繊維ブランケットの少なくとも一部分上に付着させることと、
前記ガラス繊維ブランケット及び前記ガラス粒子を加熱して、前記合金加工物上に表面コーティングを形成させることと、
ダイ及びロールの少なくとも１つで、力を前記合金加工物に加え、前記合金加工物を変形させることと、を含む方法であり、
前記ダイ及びロールの少なくとも１つが、前記合金加工物の表面上の前記表面コーティングと接触する、方法。
前記合金加工物が、ニッケル基合金、ニッケル基超合金、鉄基合金、ニッケル−鉄基合金、チタン基合金、チタン−ニッケル基合金、及びコバルト基合金からなる群から選択される材料を含む、請求項３０に記載の方法。
前記合金加工物が、Ａｌｌｏｙ７１８（ＵＮＳＮｏ．Ｎ０７７１８）、Ａｌｌｏｙ７２０（ＵＮＳＮｏ．Ｎ０７７２０）、Ｒｅｎｅ４１（商標）合金（ＵＮＳＮｏ．Ｎ０７０４１）、Ｒｅｎｅ８８（商標）合金、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）合金（ＵＮＳＮｏ．Ｎ０７００１）、及びＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）１００合金からなる群から選択される材料を含む、請求項３０に記載の方法。
前記合金加工物が、インゴット、ビレット、バー、プレート、チューブ、及び焼成予備成形品の１つを含む、請求項３０に記載の方法。
ダイ及びロールの少なくとも１つで力を前記合金加工物に加え、前記合金加工物を変形させることとが、前記合金加工物を鍛造することを含む、請求項３０に記載の方法。
ダイ及びロールの少なくとも１つで力を前記合金加工物に加え、前記合金加工物を変形させることとが、前記合金加工物を押し出すことを含む、請求項３０に記載の方法。
前記合金加工物から前記表面コーティングの少なくとも一部分を除去することを更に含む、請求項３０に記載の方法。
合金加工物を処理加工する方法であって、
ガラステープを合金加工物の表面の少なくとも一部分上に配置させることと、
前記ガラステープを加熱して、前記合金加工物上に表面コーティングを形成させることと、を含む方法。
合金加工物を処理加工する方法であって、
ガラス繊維のブランケットを合金加工物の表面の少なくとも一部分上に直接配置させることと、
セラミックブランケットを前記ガラス繊維のブランケット上に配置させることと、
前記複数のブランケットを加熱して、前記合金加工物上に表面コーティングを形成させることと、を含む方法。
合金加工物を処理加工する方法であって、
円筒状合金加工物を１０００°Ｆより高い温度へ加熱することと、
前記加熱した円筒状合金加工物をガラス粒子床内で回転させて、前記加工物の円筒状表面上に前記ガラス粒子を付着させることと、
前記円筒状合金加工物及び付着させたガラス粒子を１０００°Ｆより高い温度で加熱して、前記合金加工物上に表面コーティングを形成することと、を含む方法。