JP2016108658A - ナノ組織鉄合金を処理する方法及びそれによって生産される物品 - Google Patents

Abstract

【課題】ナノ組織鉄合金から構成される物品を形成する方法を提供すること。【解決手段】この方法は、高温及び高歪み速度での加熱及び変形中にナノ組織鉄合金から構成される加工物の結晶粒成長を実質的に抑制するための段階を与える。有利には、物品は、従来の高歪み速度技術で形成され、したがってコスト削減が実現される。この方法によって形成される物品も提供され、そのように生産されるこの物品は、高い動作温度で良好な機械的特性を示し、したがってターボ機械部品、特に大型ガスタービン又は蒸気タービンの部品として利用される。ＮＦＡから構成されるターボ機械部品が提供される。【選択図】 図１Ａ

Description

本開示は、ナノ組織鉄合金（ＮＦＡ：nanostructured ferritic alloy）に関し、より詳細には、高温処理法を利用してそれを処理する方法に関する。本開示は、そのような方法を用いて形成されるナノ組織鉄合金（ＮＦＡ）から構成される物品にも関する。

ガスタービンは、タービン部品、特にタービン高温部におけるタービン部品を高い動作温度及び応力にさらす極端な環境の中で動作する。タービン部品がこれらの条件に耐えるために、それらは、これらの過酷な条件に耐えることができる材料から必ず製造されなければならない。言い換えると、タービン部品に使用される材料は、材料の機械的特性にかなりの劣化をもたらすことなく使用できる温度範囲を制限する。

超合金はそれらの溶融温度の９０％におけるまでそれらの強度を維持し、優れた耐環境性を有するので、超合金が、これらの厳しい用途に使用されてきた。特に、ニッケル基超合金は、ガスタービンエンジン全体にわたって、例えば、タービンブレード、ノズル、ホイール、スペーサ、ディスク、スプール、ブリスク及びシュラウドの用途において、広く使用されてきた。いくらか低い温度及び応力の用途では、鋼鉄がタービン部品に使用され得る。しかしながら、従来の鋼鉄の使用は、鋼鉄は必要な機械的特性の要件及び／又は設計要件を満たすことができないので、高い温度及び高い応力の用途ではしばしば制限される。

ナノ組織鉄合金（ＮＦＡ）は、例外的な高温特性を示す鉄ベース合金の新興クラスである。これらの合金は、典型的には、機械的合金化段階の後で高温圧密中に析出させるナノメートル粒径の酸化物粒子又はクラスタから生じる。これらの酸化物粒子又はクラスタは高温で存在し、供用時に強く安定したミクロ組織を与える。

ＮＦＡは、典型的には熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって固化された粉末冶金合金であり、そして、所望の物品を製造するために熱間加工される。しかしながら、例えば約１９００°Ｆ超の高温でＨＩＰとしてＮＦＡを処理することにより、典型的には、その最終ミクロ組織の変化、したがって、その機械的特性の劣化をもたらす。高温でのこのミクロ組織の変化は、（１）例えば大型ガスタービンにおける所望の温度及び応力でこれらのＮＦＡ材料を使用すること、並びに（２）物品を製造するのに経済的に有益であり得る高歪み速度処理技術を使用すること、を制限する。

任意の材料が所望の用途、例えば大型ターボ機械の部品において最適に役立つものとするために、材料は、その機械的特性を犠牲にすることなく、所望の物品に製造することができることが望ましいはずである。加えて、高温及び高歪み速度で材料を処理することを可能にすることが望ましいものであり得る。

米国特許第８６１６８５１号公報

いくつかの実施形態では、ナノ組織鉄合金から構成される物品を形成する方法が提供される。この方法は、歪み加工物を形成するように第１の温度で加工物にある量の歪みを導入し、歪み加工物を第２の温度まで加熱し、第２の温度で歪み加工物を変形させることを含む。加工物は、ナノ組織鉄合金から構成される。第１の温度は約１９００°Ｆ未満であり、第２の温度は約１９００°Ｆ以上である。第１の温度で加工物に導入されるある量の歪みは、続く第２の温度での加熱及び変形中に歪み加工物における結晶粒成長を実質的に抑制するのに有効である。

いくつかの実施形態では、方法によって形成され得るナノ組織鉄合金から構成される物品が提供される。この物品は、ターボ機械部品であり得る。

いくつかの実施形態では、ナノ組織鉄合金から構成されるターボ機械部品を形成する方法が提供される。この方法は、第１の温度で加工物にある量の歪みを導入して歪み加工物を形成し、歪み加工物を第２の温度まで加熱し、約１インチ／インチ／秒以上の歪み速度で第２の温度にて歪み加工物を鋳造することを含む。加工物は、ナノ組織鉄合金から構成される。第１の温度は１９００°Ｆ未満であり、第２の温度は１９００°Ｆ超である。第１の温度で加工物に導入されるある量の歪みは、第２の温度での続く加熱及び鋳造中に歪み加工物における結晶粒成長を実質的に抑制するのに有効である。

本発明のこれらの及び他の特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明が添付図面を参照して読まれるときにより良く理解される。

「固化時の」ＮＦＡ加工物の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真である。 固化後２４時間の間、２０００°Ｆで加工物を加熱した後のＮＦＡ加工物のＳＥＭ顕微鏡写真である。 本発明のいくつかの実施形態による、１７００°Ｆで押出成形されるＮＦＡ加工物のＳＥＭ顕微鏡写真である。 本発明のいくつかの実施形態による、２０００°Ｆで押出成形されたＮＦＡ加工物を加熱した後のＳＥＭ顕微鏡写真である。 本発明のいくつかの実施形態による、１９００°Ｆ及び２１００°Ｆにおいて高歪み速度で処理されるＮＦＡ加工物の応力歪み曲線を示す図である。

別段の定めがない限り、本明細書中に使用される技術的用語及び科学的用語は、本発明が属する当業者が一般に理解しているのと同じ意味を有する。「備える、含む、構成される」、「含む、含有する、構成される」及び「有する」という用語は、包括的であることが意図され、挙げた要素以外に追加の要素があり得ることを意味する。本明細書中に使用されるとき、「第１の」、「第２の」などの用語は、いかなる順序、量又は重要性も示さず、むしろ一の要素を他の要素と区別するために使用される。また、不定冠詞は、量の限定を示さず、むしろ参照された項目が１種以上存在することを示し、「前」、「後」、「下」及び／又は「上」という用語は、特段別に示されていない限り、説明の便宜上使用されているにすぎず、１つの位置又は空間的向きに何ら限定されるものではない。

範囲が開示されている場合、同じ成分又は特性に向けられた全ての範囲の端点は、包括的であり、独立して組み合わされる（例えば、「約２５重量％以下又はより具体的には、約５〜約２０重量％」の範囲は、「約５〜約２５重量％」の範囲の端点及び全ての中間値を含むなど）。量に関連して使用される修飾語「約」は、規定された値を含むと共に、（例えば、特定の量の測定値に関連した誤差の程度を含む）文脈によって求められる意味を有する。

以下に詳細に述べられるように、本発明のいくつかの実施形態は、所望のミクロ組織を維持しつつ、合金（ＮＦＡ）が高温、高歪み速度又は高温と高歪み速度の両方で処理されることを可能にするナノ組織鉄合金（ＮＦＡ）を処理する方法を含む。いくつかの実施形態は、本方法によって製造された物品（「形成物品」とも呼ばれる）を提供する。一実施形態では、形成物品は、ナノ組織鉄合金（ＮＦＡ）で作製されており、この物品は、高温、高歪み速度又は両方で形成されている。形成物品は、ＮＦＡ及びＮＦＡによって形成物品に授けられた特性を望ましくは含む任意の物品であり得る。

本明細書に記載した原理の適用から特定の利益を見出すことができる物品の例示的な一クラスには、ターボ機械部品、特に、高い動作温度（例えば、８５０°Ｆより高い）及び／又は使用中の高い応力を受けるターボ機械部品が含まれる。いくつかの実施形態では、形成物品は、有利には、ガスタービン又は蒸気タービンの構成物品を含み得る。いくつかの例示的な物品は、ボルト、スタッド、ブレード、ホイール及びスペーサである。

ナノ組織鉄合金（ＮＦＡ）は、酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）とＮＦＡ又は合金マトリックスを調製するために使用される酸化物からの１種以上の他の金属元素とから構成されるｎｍスケール、即ち、約１ｎｍ〜約１００ｎｍのナノ組織がとても高い密度、例えば約１０¹⁸ｍ^-3以上で強化された分散であるステンレス鋼マトリックスを含む合金のクラスである。例えば、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムは、ＮＦＡを調製するために使用することができ、この場合には、ナノ組織は、イットリウム（Ｙ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）又はこれらの組合せを含み得る。合金マトリックスからの遷移金属、例えば、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）又はタンタル（Ｔａ）は、ナノ組織の生成に関与することもできる。いくつかの実施形態では、ナノ組織の平均結晶粒径は、約１ｎｍ〜約５０ｎｍである。いくつかの例では、平均結晶粒径は、約１ｎｍ〜約１０ｎｍである。いくつかの例では、ナノ組織の密度は、約１０²⁰ｍ^-3以上であり、あるいくつかの例では、約１０²²ｍ^-3以上である。

対照的に、従来の酸化物分散強化（ＯＤＳ）合金は、緻密なしかしより大きい酸化物相を一般に含み、酸化物添加剤は、粉末冶金法全体にわたって安定であり、即ち、酸化イットリウムがマトリックス合金に添加される場合、酸化イットリウムが合金化段階後に存在し、上記のナノ組織（ＮＦ）が有意に形成されることにならない。ＮＦＡでは、粉末が圧縮過程、例えば熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）中にある温度まで上昇させられるときに、添加酸化物の少なくとも大部分及び場合によってはほぼ全部が、粉末減少中に合金マトリックスの中に溶解され、前述のナノ組織の形成に関与する。上述のように、ＮＦＡにおける新しい酸化物は、ベース合金に存在する１種以上の遷移金属、並びに初期の酸化物添加の金属元素を含有し得る。

一実施形態では、ナノ組織鉄合金（ＮＦＡ）は、フェライト系ステンレス鋼を含む。いくつかの他の実施形態では、マルテンサイトステンレス鋼、二相ステンレス鋼、オーステナイトステンレス鋼又は析出硬化鋼も、潜在的なマトリックス合金である。鋼鉄マトリックス相の性質は、結果として得られるＮＦＡの耐環境性及び材料延性にある程度まで影響し得る。

一実施形態では、ＮＦＡは、クロムを含有する。クロムは、耐食性を確実にするために重要であり得、したがって約５重量％以上の量及びいくつかの実施形態では、約９重量％以上の量でＮＦＡに含有され得る。約３０重量％以下の量及びいくつかの例では、約２０重量％以下の量が含有され得る。ＮＦＡの主成分であるクロムと鉄の両方は、特に、ＮＦＡが一部の用途で置き替わるニッケル基超合金と比較して、容易に入手でき、コストが比較的低いことで有利である。

いくつかの実施形態では、ＮＦＡは、モリブデンを含有する。約３０重量％以下の量及びいくつかの例では、約２０重量％以下の量が含まれ得る。いくつかの例では、モリブデンの量は、約３〜約１０重量％である。いくつかの他の例では、モリブデンの量は、約１〜約５重量％である。

ＮＦＡは、チタンを更に含有し得る。チタンは、析出酸化物の形成に関与し得、そして、約０．１〜約２重量％のチタン量及びいくつかの例では、約０．１重量％〜約１重量％のチタン量及びいくつかの例では、約０．１重量％〜約０．５重量％のチタン量が、ＮＦＡに含まれることが望ましい。

ナノ組織の組成は、ＮＦＡ及び／又は合金マトリックスを調製するために利用される酸化物に一部依存する。典型的には、ナノ組織は、チタンと、酸素と、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔａ又は前述の任意の組合せなどの１種以上の追加の元素とを含有する。一般に、本明細書中に記載したＮＦＡは、約０．１重量％以上の酸素を含有する。合金中に存在する酸素量は、合金中に存在する結果として得られるナノ組織のタイプ及び濃度を一部決定する。いくつかの実施形態では、酸素含有量は、約０．１％〜約０．５％であり、特に特定の実施形態では、こは約０．１％〜約０．３％であり、百分率はすべて合金の全重量による。

物品の形成に用いるのに適した例示のＮＦＡの１つは、約５重量％〜約３０重量％のクロム、約０．１重量％〜約２重量％のチタン、約０重量％〜約１０重量％のモリブデン、約０重量％〜約５重量％のタングステン、約０重量％〜約５重量％のマンガン、約０重量％〜約５重量％のケイ素、約０重量％〜約２重量％のニオブ、約０重量％〜約２重量％のアルミニウム、約０重量％〜約８重量％のニッケル、約０重量％〜約２重量％のタンタル、約０重量％〜約０．５重量％の炭素及び約０重量％〜約０．５重量％の窒素を含有し、残部は鉄と不可避の不純物であり、数密度約１０¹⁸ｍ^-3以上のナノ組織は、チタン、酸素及びＮＦＡの調製中に添加された酸化物又は合金マトリックスに由来する１種以上の元素とから構成される。

他の実施形態では、ＮＦＡは、約９重量％〜約２０重量％のクロム、約０．１重量％〜約１重量％のチタン、約０重量％〜約１０重量％のモリブデン、約０重量％〜約４重量％のタングステン、約０重量％〜約２．５重量％のマンガン、約０重量％〜約２．５重量％のケイ素、約０重量％〜約１重量％のニオブ、約０重量％〜約１重量％のアルミニウム、約０重量％〜約４重量％のニッケル、約０重量％〜約１重量％のタンタル、約０重量％〜約０．２重量％の炭素及び約０重量％〜約０．２重量％の窒素を含有し、残部は鉄と不可避の不純物であり、数密度約１０²⁰ｍ^-3以上のナノ組織は、チタン、酸素及びＮＦＡの調製中に添加された酸化物又は合金マトリックスに由来する１種以上の元素とから構成される。

更に他の実施形態では、ＮＦＡは、約９重量％〜約１４重量％のクロム、約０．１重量％〜約０．５重量％のチタン、約０重量％〜約１０重量％のモリブデン、約０重量％〜約３重量％のタングステン、約０重量％〜約１重量％のマンガン、約０重量％〜約１重量％のケイ素、約０重量％〜約０．５重量％のニオブ、約０重量％〜約０．５重量％のアルミニウム、約０重量％〜約２重量％のニッケル、約０重量％〜約０．５重量％のタンタル、約０重量％〜約０．１重量％の炭素及び約０重量％〜約０．１重量％の窒素を含有し、残部は鉄と不可避の不純物であり、ＮＦＡは、チタン、酸素及びＮＦＡの調製中に添加された酸化物又は合金マトリックスに由来する１種以上の元素とから構成される数密度約１０²²ｍ^-3以上のナノ組織を含む。

典型的には、前述のように、固化時のＮＦＡを高温（およそ１９００°Ｆ以上）で直接処理することは、合金の機械的特性を劣化させ得る。これは、約１８００°Ｆよりも上に温度が増加するにつれてＮＦＡの粒径が増加することに一部起因し得る。通常、「調製時の」又は「固化時の」ＮＦＡ加工物は、約２μｍ未満の平均結晶粒径を有する微細ミクロ組織を有する。いくつかの例では、平均結晶粒径は、約１μｍ〜２μｍである。この微細ミクロ組織では、粗大結晶粒（約１μｍ超の結晶粒）の百分率は低い、例えば、ミクロ組織中の全結晶粒に基づく約５％未満であり得る。

図１Ａ及び図１Ｂは、ＮＦＡ加工物のミクロ組織に対する高温の影響を示す。図１Ａは、（即ち、熱処理をしていない）「固化時の」加工物の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真であり、図１Ｂは、２４時間の間、２０００°Ｆで加工物を加熱した後の加工物のＳＥＭ顕微鏡写真である。図１Ｂは、温度が上昇するにつれてのＮＦＡ加工物における結晶粒成長（即ち、大きい結晶粒である粗さの百分率の増加）をはっきりと示す。ＮＦＡ加工物におけるそれを２０００°Ｆまで加熱した後の（約１μｍよりも大きい、あるいくつかの例では約５μｍよりも大きい粒径を有する）粗大結晶粒の百分率が、約１８００°Ｆにおける加工物の合金中の粗大結晶粒の百分率よりもかなり大きい（およそ４倍である）ことが観察された。２０００°Ｆで約２４時間の間、加工物を加熱した後、ＮＦＡ加工物の平均結晶粒径は約５０μｍまでである。温度の上昇に伴うこの結晶粒成長は、高温、即ち約１９００°Ｆ超の温度でのＮＦＡの処理を制限する。その上、高歪み速度技術（例えば、鋳造）により結晶粒を粗くすることでＮＦＡを処理することは、ひび割れをもたらす可能性があり、したがって結果として得られる物品に損傷を与える。

本方法が動作温度で結果として得られる物品の機械的特性にかなり大きな劣化を伴うことなく、（約１９００°Ｆ超の）高温及び／又は高歪み速度でＮＦＡを処理することを可能にすることが発明者によって驚くべきことに発見された。これらの物品が使用される動作温度は、一般に、ＮＦＡが処理される処理温度よりも低い。有利なことに、ＮＦＡを高温及び／又は高歪み速度で処理する能力は、ＮＦＡから所望の物品を製造するために従来の高歪み速度処理技術を使用することを可能にし、したがって低い製造コストを保つ。

本発明のいくつかの実施形態によれば、本方法は、約１９００°Ｆ未満の第１の温度である量の歪みをナノ組織鉄合金（ＮＦＡ）を含有する加工物に導入して歪み加工物を形成する段階と、歪み加工物を第２の温度まで加熱する段階と、第２の温度で歪み加工物を変形させる段階とを含む。第２の温度は、約１９００°Ｆ以上である。これらの実施形態では、より高い温度で加工物を加熱及び／又は処理（即ち、熱間加工）する前に、ある量の歪みが、約１９００°Ｆ未満の温度でＮＦＡ加工物にまず導入される。第１の温度で加工物に導入されたある量の歪みは、第２の温度での続く加熱及び変形中に歪み加工物における結晶粒成長を実質的に抑制するのに有効である。第１の温度で加工物に歪みをこうして導入することによって、続くより高い温度での加工物の変形及び／又は加熱を可能にし、したがって所望の機械的特性をもたらすミクロ組織を保ちつつ高温で加工物を処理又は熱間加工することができる。

加工物は、当業界で知られているような任意の技術で（前述のように）ナノ組織鉄合金（ＮＦＡ）の粉末を固化することによって製造することができる。一実施形態では、加工物は、熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）によって製造される。他の圧縮技術には、熱間圧縮、押出成形又は圧延圧縮（ｒｏｌｌ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ）が含まれる。

示されるように、まず、ある量の歪みが、約１９００°Ｆ未満の第１の温度でＮＦＡ加工物に導入される。言い換えると、加工物は、第１の温度で変形される。何ら理論に制約されることなく、第１の温度で加工物を変形させることによって、保持された塑性歪みが、安定したナノ組織と相互作用し、粒界を有効にピン留めすると考えられる。この粒界のピン留めは、加工物の微細ミクロ組織の結晶粒径が実質的に大きくなることを可能にせず、したがって加熱中、処理中又は両方の最中に第２の温度で歪み加工物のミクロ組織の結晶粒成長を実質的に抑制する。有利には、歪み加工物のミクロ組織は、加熱により又は温度の上昇に伴って実質的に変化せず、何らかの更なる加熱又は処理、例えば高温での高歪み速度処理のために維持又は安定化される。

約１９００°Ｆ以上の温度で続く加熱中及び／又は処理中に歪み加工物の結晶粒径が全く成長しない又はほとんど成長しない（＜１％）ことが望ましい。しかし、歪み加工物の結晶粒径の実質的な成長があり得る。本明細書に使用されるとき、実質的な成長は、ミクロ組織中の粗大結晶粒の百分率のうちの約１０％までの増加を指し得る。いくつかの実施形態では、ミクロ組織中の粗大結晶粒の百分率の増加は、第２の温度での加熱中又は処理中の約１％〜約５％内である。図２Ａ及び図２Ｂは、１７００°Ｆでの加工物を押出成形した後及び２０００°Ｆで約２４時間の間に押出成形された加工物を加熱した後の加工物のＳＥＭ顕微鏡写真をそれぞれ示す。１７００°Ｆでの押出成形後の高温での熱処理に伴う加工物の結晶粒径のかなり大きな変化は観察されなかった。

歪み加工物のミクロ組織の安定性は、加工物に導入されるある量の歪みに関連した第１の温度に特に依存し得る。以前言及したように、第１の温度で加工物に導入されるある量の歪みは、第２の温度での加熱中及び変形中に歪み加工物内の結晶粒成長を実質的に抑制するのに有効である。加工物に導入された歪みの有効性は、加工物に加えられた歪みの量及び歪みが加工物に加えられる歪み速度の結果であり得る。即ち、加工物は、特定の歪み速度で特定の歪みを加えることによって第１の温度で変形させられ得る。加工物は、鋳造、圧縮、押出成形及び圧延を含む任意の技術で変形させることができる。いくつかの実施形態では、加工物は、第１の温度で押出成形することによって変形させられる。

いくつかの実施形態では、約１インチ／インチ／秒未満の歪み速度と共に約４０％以上の歪みが、加工物に加えられる。いくつかの実施形態では、約４０％〜約７０％の歪みが、結晶粒成長を効果的に抑制するのに望ましい。いくつかの実施形態では、歪みは、約０．００５インチ／インチ／秒〜約０．９インチ／インチ／秒内の歪み速度で加えられる。第１の温度は、概して１９００°Ｆ未満である。いくつかの実施形態では、第１の温度は、約１６００°Ｆ〜約１９００°Ｆ内及びいくつかのある実施形態では、約１７００°Ｆ〜約１８００°Ｆである。

有利には、安定化ミクロ組織を有する歪み加工物は、物品を形成するために高温で（即ち、高い処理温度）及び／又は高歪み速度で処理することができる。高温は、１９００°Ｆ以上の温度を指す。高歪み速度は、約１インチ／インチ／秒よりも高い歪み速度を指す。いくつかの実施形態では、歪み速度は約５インチ／インチ／秒よりも高く、特定の実施形態では約１０インチ／インチ／秒よりも高い。いくつかの実施形態では、加工物にある量の歪みを導入した後、歪み加工物は、まず第２の温度まで加熱され、次いで第２の温度で変形できる。

いくつかの実施形態では、歪み加工物は、約１９００°Ｆ以上である第２の温度で変形させられる。いくつかの実施形態では、第２の温度は、約１９５０°Ｆ〜約２３００°Ｆ及びいくつかの実施形態では、約２０００°Ｆ〜約２２００°Ｆである。

第２の温度で変形させる段階は、歪み加工物から物品を形成するように実行することができる。変形させる段階は、歪み加工物を高歪み速度技術、例えば、高歪み速度鋳造を用いて変形させることを含むことができる。いくつかの実施形態では、歪み加工物は、約１０インチ／インチ／秒〜約３０インチ／インチ／秒内の歪み速度で変形させられる。他の適切な技術には、押出成形、圧縮又は圧延が含まれ得る。いくつかの実施形態では、加工物は、まず第１の温度で押出成形され、次いで第２の温度で鋳造によって処理される。いくつかの実施形態では、ボルトなどのターボ機械部品は、開示された方法によって製造することができる。

いくつかの実施形態では、例えば、１９００°Ｆ超の温度で歪み加工物を鋳造することによって変形させることが望ましい。低い温度、例えば１９００°Ｆ未満で高歪み速度で歪み加工物を処理することによって、結果として得られるＮＦＡ物品／構成要素のひび割れがもたらされ得る。図３は、１９００°Ｆ及び２１００°Ｆで圧縮されたＮＦＡ加工物試料についての流動応力曲線を示す。これらの試料の各々は、まず１７００°Ｆで押出成形され、次いで２０インチ／インチ／秒の歪み速度で続けて圧縮された。まず１７００°Ｆで押出成形され、続いて１７００°Ｆで圧縮された試料にひびが入ったことが観察された。このことは、この温度（約１７００°Ｆ）が低すぎて高歪み速度の処理を行うことができなかったということを示す。１９００°Ｆ及び２１００°Ｆで圧縮された試料は、ひび割れを生じないことが更に観察された。更に、図３にはっきり見られるように、試料の流動応力は、部品製造の助けとなる。

本発明のいくつかの特徴だけを本明細書中に例示し説明したが、多くの修正及び変更が当業者に思い浮かぶであろう。したがって、添付の特許請求は、そのような修正及び変更を本発明の真正な要旨内に含むことが意図されることを理解されたい。

Claims (12)

1. 約１９００°Ｆ未満の第１の温度で加工物にある量の歪みを導入して歪み加工物を形成し、
   歪み加工物を約１９００°Ｆ以上の第２の温度に加熱し、
   第２の温度で歪み加工物を変形させる
   ことを含む方法であって、
   加工物が、ナノ組織鉄合金（ＮＦＡ）から構成され、第１の温度で加工物に導入されるある量の歪みは、第２の温度での加熱中及び変形中に歪み加工物における結晶粒成長を実質的に抑制するのに有効である方法。
2. 加工物が、約２μｍ未満の平均結晶粒径を有する結晶粒径分布を有する、請求項１記載の方法。
3. 第１の温度で加工物にある量の歪みを導入することが、約４０％以上の歪みを加えることを含む、請求項１記載の方法。
4. 第１の温度で加工物にある量の歪みを導入することが、約１インチ／インチ／秒未満の歪み速度で加工物を変形させることを含む、請求項１記載の方法。
5. 第１の温度は、約１６００°Ｆ〜１９００°Ｆである、請求項１記載の方法。
6. 第２の温度は、約１９５０°Ｆ〜約２３００°Ｆである、請求項１記載の方法。
7. 歪み加工物を変形させることは、約１インチ／インチ／秒以上の歪み速度で歪み加工物を変形させることを含む、請求項１記載の方法。
8. 歪み加工物を変形させることは、約１インチ／インチ／秒〜約３０インチ／インチ／秒の歪み速度で歪み加工物を変形させることを含む、請求項１記載の方法。
9. 変形させる段階が、圧縮、鋳造、押出成形又は圧延によって実行される、請求項１記載の方法。
10. 請求項１記載の方法で形成される物品。
11. 物品がターボ機械部品である、請求項１０記載の物品。
12. ターボ機械部品を形成する方法であって、
    １９００°Ｆ未満の第１の温度で加工物にある量の歪みを導入してナノ組織鉄合金（ＮＦＡ）から構成される歪み加工物を形成する段階と、
    歪み加工物を約１９００°Ｆ以上の第２の温度に加熱する段階と、
    約１インチ／インチ／秒以上の歪み速度で第２の温度にて歪み加工物を鋳造する段階と
    を含み、
    第１の温度で加工物に導入されるある量の歪みは、第２の温度での加熱及び鋳造中に歪み加工物における結晶粒成長を実質的に抑制するのに有効である方法。