JP2019094539A - Production method of metal component - Google Patents

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Abstract

To provide a production method that prevents a metal component from cracking due to thermal contraction after ejection.SOLUTION: A production method of a metal component by means of a metal powder injection molding method includes: a kneading step of, after adding an organic binder to metal powder and heating, pulverizing or pelletizing to obtain an injection molding material; an insert formation step of injection molding the injection molding material and degreasing and calcining at a second temperature region to obtain the insert capable of occupying a part of a volume of the metal component; an injection molding step of ejecting the injection molding material to the insert installed in the mold to obtain a compact of a shape of the metal component; a degreasing step of degreasing the compact under a degreasing atmosphere of the first temperature region that is lower than the second temperature region; and a sintering step of sintering the degreased compact in a third temperature region having a higher temperature than the second temperature region.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は金属部材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a metal member.

従来、金属粉末射出成形法(metal injection molding:MIM法)を用いた金属部材の製造方法が知られている。このMIM法は、金属粉末とバインダ(結合剤)との混合体を射出成形し、脱脂および仮焼結の後に本焼結によって部品を成形する製法であって、難加工材の複雑形状部材の成形に好適に用いられる。   DESCRIPTION OF RELATED ART The manufacturing method of the metal member using the metal powder injection molding (MIM method) conventionally is known. This MIM method is a method of injection-molding a mixture of metal powder and a binder (binder), forming a part by main sintering after degreasing and presintering, and it is a complex shaped member of difficult-to-process material It is suitably used for molding.

例えば、特許文献1には、タービンホイールの最終製品をMIM法によって直接的に得る技術が開示されている。また、特許文献2には、タービンホイールの最終製品と近似した形状を有する焼結品をMIM法により製造し、該焼結品に切削及びプレス加工を施した後、矯正ピンを用いてブレード位置を修正する技術が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a technique for directly obtaining an end product of a turbine wheel by the MIM method. In addition, according to Patent Document 2, a sintered product having a shape similar to the final product of a turbine wheel is manufactured by MIM method, and the sintered product is cut and pressed, and then the blade position is used using a correction pin. There is disclosed a technique for correcting

特開2004−149826号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-149826 特開2011−174096号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2011-174096

ところで、MIMによる金属部材の製造においては、成形体を形成した後、脱脂工程におけるバインダの除去及びその後の焼結工程により成形体が収縮して最終的に金属部材が得られる。しかし、肉厚の厚い部分においては射出後の金型内での冷却過程での熱収縮量が大きいため、グリーン体成形時に内部に割れが発生する。また、肉厚の厚い部分は上記脱脂工程の加熱によってもバインダが十分に除去されず、残留したバインダの周辺を起点として金属部材に割れが生じ得る。この点、上記特許文献1,2のいずれにも、残留バインダによる割れへの対策を考慮した構成が何ら開示されていない。   By the way, in manufacture of the metallic member by MIM, after forming a compact, a compact is contracted by removal of a binder in a degreasing process, and a sintering process after that, and a metallic member is finally obtained. However, since the amount of heat shrinkage in the cooling process in the mold after injection is large at thick portions, cracks occur inside when forming the green body. Further, the binder is not sufficiently removed even by heating in the above-described degreasing process, and cracking may occur in the metal member starting from the periphery of the remaining binder. In this respect, neither of the Patent Documents 1 and 2 discloses a configuration in consideration of a countermeasure against a crack by the residual binder.

上記問題に鑑み、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、金属粉末射出成形法を用いた金属部材の製造方法において、グリーン体成形における熱収縮による割れとバインダの残留を低減して射出後の収縮による金属部材の割れを防止することを目的とする。   In view of the above problems, at least some embodiments of the present invention, in a method of manufacturing a metal member using a metal powder injection molding method, reduce cracks due to thermal contraction in green body molding and residual binder so as to be used after injection. It aims at preventing the crack of the metal member by shrinkage.

(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る金属部材の製造方法は、
金属粉末射出成形法を用いた金属部材の製造方法であって、
金属粉末に有機バインダを添加して加熱して射出成形材料を得る混錬ステップと、
前記射出成形材料を射出成形して脱脂及び仮焼結することにより前記金属部材の外表面の少なくとも一部を占めるインサートを得るインサート形成ステップと、
前記インサートが設置された型の内部に前記射出成形材料を射出して前記金属部材のグリーン体を得る射出成形ステップと、
第1温度域の脱脂雰囲気下で前記グリーン体を脱脂してブラウン体を得る脱脂ステップと、
脱脂された前記ブラウン体を前記第1温度域よりも高温下で焼結する焼結ステップと、を備える。
(1) A method of manufacturing a metal member according to at least one embodiment of the present invention,
A method of manufacturing a metal member using a metal powder injection molding method,
A kneading step of adding an organic binder to metal powder and heating to obtain an injection molding material;
An insert forming step of obtaining an insert occupying at least a part of the outer surface of the metal member by injection molding, degreasing and presintering the injection molding material;
An injection molding step of injecting the injection molding material into the inside of a mold in which the insert is installed to obtain a green body of the metal member;
A degreasing step of degreasing the green body under a degreasing atmosphere in a first temperature range to obtain a brown body;
Sintering the degreased brown body at a temperature higher than the first temperature range.

金属粉末射出成形法を用いた金属部材の製造においては、射出成形ステップにおける射出後の冷却過程において金型内でグリーン体の熱収縮が発生する。一方で、脱脂後のブラウン体では有機バインダ成分が除去されているため、加熱された場合の冷却過程における熱収縮はグリーン体よりも小さい。
この点、上記(1)の製造方法によれば、脱脂及び仮焼結済みのインサートを予め形成し、該インサート上に射出成形材料を射出してグリーン体を形成することにより、脱脂ステップ前のグリーン体において、収縮率の大きい有機バインダ含有部の厚さを薄くすることができる。即ち、射出成形後の冷却過程に供されるグリーン体に占める収縮部の厚さを低減することができるため、射出成形ステップでグリーン体に割れが発生することを防止することができる。また、インサートが本焼結ではなく仮焼結済みの状態であることにより、脱脂ステップにおいて加熱されて蒸発するバインダが通る通気回路としての隙間がインサート内に確保される。これにより、未焼結部を挟んでグリーン体の表面側とインサート側との両方の通気性を確保することができ、グリーン体からバインダを円滑に除去して脱脂不良を効果的に防止することができる。
In the production of a metal member using a metal powder injection molding method, thermal contraction of the green body occurs in the mold in the cooling process after injection in the injection molding step. On the other hand, since the organic binder component is removed in the brown body after degreasing, the thermal shrinkage in the cooling process when heated is smaller than that of the green body.
In this respect, according to the manufacturing method of the above (1), the degreased and pre-sintered insert is formed in advance, and the injection molding material is injected onto the insert to form a green body. In the green body, the thickness of the organic binder-containing portion having a large shrinkage can be reduced. That is, since the thickness of the contraction portion occupied in the green body provided in the cooling process after the injection molding can be reduced, it is possible to prevent the generation of the crack in the green body in the injection molding step. In addition, since the insert is in a pre-sintered state instead of the main sintering, a gap as a ventilation circuit through which the binder heated and evaporated in the degreasing step is secured in the insert. Thereby, the air permeability of both the surface side and the insert side of the green body can be secured by sandwiching the unsintered portion, and the binder can be smoothly removed from the green body to effectively prevent the degreasing failure. Can.

(2)幾つかの実施形態では、上記(1)に記載の製造方法において、
前記焼結ステップは、
脱脂された前記ブラウン体を前記第1温度域よりも高温の第2温度域で仮焼結して仮焼結体を得る第1焼結ステップと、
前記仮焼結体を前記第2温度域よりも高温の第3温度域で本焼結する第2焼結ステップと、を含んでもよい。
(2) In some embodiments, in the method according to (1),
The sintering step is
A first sintering step of temporarily sintering the degreased brown body at a second temperature range higher than the first temperature range to obtain a temporary sintered body;
And a second sintering step of main sintering the temporary sintered body at a third temperature range higher than the second temperature range.

上記(2)の製造方法によれば、焼結性が低い材料においては、焼結ステップを第2温度域で仮焼結を行う第1焼結ステップと、第3温度域で本焼結を行う第2焼結ステップとの2段階に構成したことにより、グリーン体においてインサートとそれ以外の部分とを適切に結合させることができる。なお、焼結性が高い材料では、仮焼結工程を省略してもよい。   According to the manufacturing method of the above (2), in the material having low sinterability, the first sintering step in which the sintering step is pre-sintered in the second temperature range, and the main sintering in the third temperature range By being configured in two steps with the second sintering step to be performed, it is possible to properly bond the insert and the other portion in the green body. In the case of a material having high sinterability, the pre-sintering step may be omitted.

(3)幾つかの実施形態では、上記(2)に記載の製造方法において、
前記インサート形成ステップは、
前記射出成形材料を射出成形して予備成形体を得る予備射出成形ステップと、
前記脱脂雰囲気下で前記予備成形体を脱脂する予備脱脂ステップと、
脱脂された前記予備成形体を前記第2温度域で仮焼結する予備焼結ステップと、を含んでもよい。
(3) In some embodiments, in the method according to (2),
The insert forming step is
A pre-injection molding step of injection molding the injection molding material to obtain a preform;
A preliminary degreasing step of degreasing the preformed body under the degreasing atmosphere;
And presintering the degreased preformed body in the second temperature range.

上記(3)の製造方法によれば、インサートの仮焼結温度を金属部材のグリーン体の仮焼結温度と同じ第2温度域としたことにより、仮焼結後のグリーン体のうちインサートが占める部分とそれ以外の部分とを同程度の焼結度合いとすることができる。これにより、本焼結後の金属部材における残留応力を低減することができるため、割れの発生を効果的に防止することができる。   According to the manufacturing method of the above (3), by setting the pre-sintering temperature of the insert to a second temperature range which is the same as the pre-sintering temperature of the green body of the metal member, the insert is The occupied portion and the other portion can be made to have the same degree of sintering. Thereby, since the residual stress in the metal member after the main sintering can be reduced, the generation of the crack can be effectively prevented.

(4)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(3)の何れか一つに記載の製造方法において、
前記金属粉末は、鉄鋼材料を含む第1金属粉末、Ni合金を含む第2金属粉末又はその他の合金を含む第3金属粉末であってもよい。
(4) In some embodiments, in the manufacturing method according to any one of the above (1) to (3),
The metal powder may be a first metal powder containing a steel material, a second metal powder containing a Ni alloy, or a third metal powder containing another alloy.

上記(4)の製造方法によれば、金属部材と、その外表面の少なくとも一部を占めるインサートとを、第1金属粉末、第2金属粉末又はこれら以外の第3金属粉末の何れか一つを主成分として同一材料で形成することができる。   According to the manufacturing method of said (4), the metal member and the insert which occupies at least one part of the outer surface are any one of 1st metal powder, 2nd metal powder, or 3rd metal powder other than these. Can be formed of the same material as a main component.

(5)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(4)の何れか一つに記載の製造方法において、
前記金属部材は、
円錐台状のハブ部と、前記ハブ部の外周面において周方向に間隔を開けて設けられる複数の翼と、を含むタービンホイールからなり、
前記インサートは、前記ハブ部の背面の少なくとも一部を占めるように構成されてもよい。
(5) In some embodiments, in the manufacturing method according to any one of the above (1) to (4),
The metal member is
It comprises a turbine wheel including a truncated cone-shaped hub portion and a plurality of blades circumferentially spaced on the outer peripheral surface of the hub portion,
The insert may be configured to occupy at least a portion of a back surface of the hub portion.

上記(5)の製造方法によれば、円錐台状のハブ部を含むタービンホイールのうち、肉厚が厚いハブ部の背面側において、その背面の少なくとも一部を占めるようにインサートを配置してタービンホイールを形成することができる。即ち、肉厚な部分を有する複雑形状の金属部材であるタービンホイールを、金属粉末射出成形法を用いて割れや脱脂不良を生ずることなく好適に形成することができる。   According to the manufacturing method of (5), in the turbine wheel including the truncated cone-shaped hub portion, the insert is disposed so as to occupy at least a part of the back surface side of the thick wall portion of the hub portion. A turbine wheel can be formed. That is, the turbine wheel which is a metal member of complicated shape which has a thick portion can be suitably formed using a metal powder injection molding method without causing cracking or degreasing failure.

(6)幾つかの実施形態では、上記(5)に記載の製造方法において、
前記インサートは、前記ハブ部の背面から先端面側に向かって先細りの形状に形成されるテーパ部を含んでもよい。
(6) In some embodiments, in the method according to (5),
The insert may include a tapered portion formed in a tapered shape from the back surface of the hub portion toward the tip surface side.

上記(6)の製造方法によれば、肉厚である円錐台状のハブ部を含むタービンホイールにおいて、その一部として組み込まれるインサートをハブ部の背面から先端面側に向かって先細りのテーパ部を有する形状に形成することにより、グリーン体の状態においてハブ部の表面から背面側のインサートまでの距離を狭めて肉厚を抑えることができる。これにより、肉厚なハブ部を含むタービンホイールを、金属粉末射出成形法を用いて割れや脱脂不良を生ずることなく好適に形成することができる。   According to the manufacturing method of the above (6), in the turbine wheel including the thick truncated cone-shaped hub portion, the insert incorporated as a part is tapered from the back surface of the hub portion toward the tip surface side By forming into the shape which has, it can narrow the distance from the surface of a hub part to the insert of the back side in the state of a green body, and can control thickness. Thus, a turbine wheel including a thick hub portion can be suitably formed using metal powder injection molding without cracking or degreasing.

(7)幾つかの実施形態では、上記(5)又は(6)に記載の製造方法において、
前記インサートは、前記タービンホイールの軸線周りに対称な形状に形成されてもよい。
(7) In some embodiments, in the manufacturing method according to (5) or (6) above,
The insert may be formed in a symmetrical shape around an axis of the turbine wheel.

上記(7)の製造方法によれば、回転体であるタービンホイールにおいて、その一部として組み込まれるインサートを、該タービンホイールの軸線周りに対称な形状に形成することができるため、タービンホイールの重量配分が軸周りにアンバランスになることを防止することができる。つまり、製造過程においてタービンホイールの軸線周りの重心の偏りを抑制することができるため、完成後のタービンホイール(金属部材)の回転時におけるブレや振動の発生を効果的に抑制することができる。   According to the manufacturing method of (7), in the turbine wheel which is a rotating body, the insert incorporated as a part can be formed in a symmetrical shape around the axis of the turbine wheel, so the weight of the turbine wheel It is possible to prevent the distribution from becoming unbalanced around the axis. That is, since it is possible to suppress the deviation of the center of gravity around the axis of the turbine wheel in the manufacturing process, it is possible to effectively suppress the occurrence of vibration or vibration at the time of rotation of the turbine wheel (metal member) after completion.

(8)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(7)の何れか一つに記載の製造方法において、
前記インサートは、その外表面が前記金属部材における厚肉部の表面から所定の距離未満となる形状に形成されてもよい。
(8) In some embodiments, in the manufacturing method according to any one of the above (1) to (7),
The insert may be formed in such a shape that the outer surface thereof is less than a predetermined distance from the surface of the thick portion of the metal member.

上記(8)の製造方法によれば、金属部材のグリーン体におけるインサートを除いた部分の肉厚を、所定の距離未満(例えば、10mm以下)となるように薄く形成することができる。これにより、金属粉末射出成形法を用いた金属部材の製造において、厚肉部を有する金属部材であっても脱脂不良や割れを防止して品質の向上を図ることができる。   According to the manufacturing method of (8), the thickness of the portion of the green member of the metal member excluding the insert can be thin so as to be less than a predetermined distance (for example, 10 mm or less). Thereby, in manufacture of the metal member using the metal powder injection molding method, even if it is a metal member which has a thick part, a degreasing defect and a crack can be prevented and quality improvement can be aimed at.

本発明の幾つかの実施形態によれば、金属粉末射出成形法を用いた金属部材の製造方法において、グリーン体成形における熱収縮による割れとバインダの残留を低減して射出後の収縮による金属部材の割れを防止することができる。   According to some embodiments of the present invention, in a method of manufacturing a metal member using a metal powder injection molding method, a metal member by shrinkage after injection and shrinkage due to thermal contraction in green body molding and binder retention is reduced. Cracking can be prevented.

一実施形態に係る金属部材の製造方法の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the manufacturing method of the metal member which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る金属部材の製造方法を示す概略図であり、(A)は混錬、(B)はインサート形成、(C)は射出成形、(D)は脱脂、(E)は焼結、の各工程を示す。It is the schematic which shows the manufacturing method of the metal member which concerns on one Embodiment, (A) is kneading, (B) insert formation, (C) injection molding, (D) degreasing, (E) sintering Show each process of. 一実施形態における焼結ステップの流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the sintering step in one Embodiment. 一実施形態におけるインサート形成ステップの流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the insert formation step in one Embodiment. 一実施形態におけるインサート形成ステップを示す概略図である。FIG. 5 is a schematic view showing an insert forming step in one embodiment. 一実施形態における金属部材(タービンホイール)を示す概略図であり、(A)は水平断面を示し、(B)は動翼の一部を省略した平面視を示す。It is the schematic which shows the metal member (turbine wheel) in one Embodiment, (A) shows a horizontal cross section, (B) shows the planar view which abbreviate | omitted a part of moving blade. 一実施形態における射出成形ステップを示す概略図である。FIG. 5 is a schematic view illustrating an injection molding step in one embodiment. 第1温度域、第2温度域及び第3温度域を示す概略図である。It is the schematic which shows a 1st temperature range, a 2nd temperature range, and a 3rd temperature range. 他の実施形態における金属部材(タービンブレード)を示す概略図である。It is the schematic which shows the metal member (turbine blade) in other embodiment.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention to this, but are merely illustrative. Absent.
For example, a representation representing a relative or absolute arrangement such as “in a direction”, “along a direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” is strictly Not only does it represent such an arrangement, but also represents a state of relative displacement with an angle or distance that allows the same function to be obtained.
For example, expressions that indicate that things such as "identical", "equal" and "homogeneous" are equal states not only represent strictly equal states, but also have tolerances or differences with which the same function can be obtained. It also represents the existing state.
For example, expressions representing shapes such as quadrilateral shapes and cylindrical shapes not only represent shapes such as rectangular shapes and cylindrical shapes in a geometrically strict sense, but also uneven portions and chamfers within the range where the same effect can be obtained. The shape including a part etc. shall also be expressed.
On the other hand, the expressions "comprising", "having", "having", "including" or "having" one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.

図1は、一実施形態における焼結ステップの流れを示すフローチャートである。図2は、一実施形態に係る金属部材の製造方法を示す概略図である。
図1及び図2に示すように、本発明の少なくとも一実施形態に係る金属部材の製造方法は、金属粉末射出成形法(metal injection molding:MIM法)を用いた金属部材1の製造方法であって、混錬ステップS1と、インサート形成ステップS2と、射出成形ステップS3と、脱脂ステップS4と、焼結ステップS5と、を備えている。
FIG. 1 is a flow chart showing the flow of the sintering step in one embodiment. FIG. 2 is a schematic view showing a method of manufacturing a metal member according to an embodiment.
As shown in FIGS. 1 and 2, the method of manufacturing a metal member according to at least one embodiment of the present invention is a method of manufacturing the metal member 1 using a metal injection molding method (MIM method). It comprises a kneading step S1, an insert forming step S2, an injection molding step S3, a degreasing step S4, and a sintering step S5.

まず、MIM法は、プラスチック射出成形と金属粉末冶金とを組み合わせた製造技術であり、原料として金属塊を溶融するのではなく金属微粉末を用い、これを溶融せずにつなぎ材として樹脂を加えて射出成形し、その成形体を脱脂及び焼結することで高精度な金属部材を得る技術である。このMIM法によれば、複雑な3次元形状の金属部材であっても、焼結後には最終製品として扱い得る焼結体を得ることができる。以下、各工程について詳説する。   First, MIM method is a manufacturing technology that combines plastic injection molding and metal powder metallurgy, using metal fine powder instead of melting a metal block as a raw material, adding a resin as a connecting material without melting this Injection molding, degreasing and sintering the molded body to obtain a highly accurate metal member. According to this MIM method, it is possible to obtain a sintered body that can be treated as a final product after sintering even if it is a complex three-dimensional metal member. Each step will be described in detail below.

混錬ステップS1では、例えば図1及び図2(A)に示すように、金属粉末12に有機バインダ(結合剤:以下、単にバインダとも称する)16を添加して加熱して射出成形材料(ペレット)18を得る。その際、混錬機17に金属粉末12と、つなぎ材としての有機バインダ16とを投入して均質に混ぜ合わせる。
金属粉末12は、MIM法による最終製品である金属部材1の材質として適した耐熱性及び耐食性等を備えた上限粒径100μm程度、より好ましくは上限粒径45μm程度の金属粉体を用いることが好ましい。なお、金属粉末12の粒径は篩で分類され、目の小さな篩で分類するほど上限粒径が小さくなり射出成形における流動性や焼結性などの成形性が向上する。
有機バインダ16は、例えば、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル、アクリル樹脂等の有機(樹脂)材料からなる粉末状のバインダであってもよい。有機バインダ16の材質は、後述する射出成形ステップS3において金型50の内部に射出成形材料18を完全に充填できる流動性(粘度)を付与するとともに、焼結後に炭化物となって残留しにくいものが選定される。なお、金属粉末12及び有機バインダ16の材質や粒径等の選定方法は従来技術として公知のものを適用してよいため、以下の説明では殊更詳しく説明しないものとする。
混錬後には、得られた混合体を加熱して樹脂成分を溶融し、例えば、ペレタイザーを用いてペレット状の上記射出成形材料18を得る(造粒)。他の実施形態では、上記混合体を加熱してインゴットを形成した後、これを粉砕して粒状の射出成形材料18を得てもよい。なお、本明細書では、限定的ではないが、上記の混錬及び造粒の両方を含めて混錬ステップS1としている。
In the kneading step S1, for example, as shown in FIG. 1 and FIG. 2 (A), an organic binder (binder: hereinafter, also simply referred to as a binder) 16 is added to the metal powder 12 and heated for injection molding material (pellet ) Get 18). At that time, the metal powder 12 and the organic binder 16 as a binder are put into the kneader 17 and mixed uniformly.
As the metal powder 12, metal powder having an upper limit particle diameter of about 100 μm, more preferably an upper limit particle diameter of about 45 μm, having heat resistance and corrosion resistance suitable as a material of the metal member 1 as a final product by MIM method preferable. The particle diameter of the metal powder 12 is classified by a sieve, and the upper limit particle diameter becomes smaller as it is classified by a sieve with smaller mesh, and the formability such as flowability and sinterability in injection molding is improved.
The organic binder 16 may be, for example, a powdery binder made of an organic (resin) material such as polyacetal, polypropylene, polyethylene, ethylene vinyl acetate, or acrylic resin. The material of the organic binder 16 imparts fluidity (viscosity) capable of completely filling the injection molding material 18 into the inside of the mold 50 in an injection molding step S3 described later, and is hard to remain as carbide after sintering. Is selected. It is to be noted that methods for selecting materials, particle sizes, and the like of the metal powder 12 and the organic binder 16 may be those known in the prior art, and therefore will not be described in more detail in the following description.
After kneading, the resulting mixture is heated to melt the resin component, and for example, a pelletizer is used to obtain the pelletized injection molding material 18 (granulation). In another embodiment, the mixture may be heated to form an ingot, which may then be crushed to obtain granular injection molded material 18. In the present specification, although not limited, both of the above-mentioned kneading and granulation are included in the kneading step S1.

インサート形成ステップS2では、例えば図1及び図2(B)に示すように、射出成形材料18を射出成形して脱脂及び仮焼結することにより金属部材1の外表面4(図6(A)参照)の少なくとも一部を占めるインサート20を得る。仮焼結の状態のインサート20は、金属粒子同士が緩やかに結合(ネッキング)された状態であり、内部に隙間を有する構造であって通気性を有する。幾つかの実施形態において、インサート20は、最終製品において金属部材1と一体化されてその一部に組み込まれ得る。   In the insert forming step S2, for example, as shown in FIG. 1 and FIG. 2 (B), the outer surface 4 of the metal member 1 is obtained by injection molding the injection molding material 18, degreasing and presintering (FIG. 6 (A)). An insert 20 is obtained which occupies at least a part of the reference). The insert 20 in the pre-sintered state is in a state in which the metal particles are loosely bonded (necked) to each other, has a gap inside, and has air permeability. In some embodiments, the insert 20 may be integrated with the metal member 1 in the final product and be integrated into a part thereof.

射出成形ステップS3では、例えば図1及び図2(C)に示すように、インサート20が設置された金型(型)50の内部空間(キャビティ)内に射出成形材料18を射出して金属部材1の成形体すなわちグリーン体30を得る。その際、一方の金型50Aにインサート20を設置し(図7(A)参照)、設置後の金型50Aに他方の金型50Bを合致させ、これにより形成される内部空間を減圧して真空引きを行い、その後に射出成形機52を用いて上記の内部空間に射出成形材料18を射出する(図7(B)参照)。
この射出成形ステップS3では、金型50の内部に前述の射出成形材料18を射出し、金属部材1となるグリーン体30を成形する(図7(C)参照)。射出成形材料18は、射出成形機52のシリンダー内で予め120〜240℃程度の熱で十分に加熱、混練され、滑らかな流動性を持たせた状態で所定の圧力により金型50の内部に射出される。金型50の内部形状、即ちグリーン体30の形状は、焼結ステップS5における収縮量を見込んで、焼結後の金属部材1よりも9〜12%程度大きなものとしてもよい。
In the injection molding step S3, for example, as shown in FIG. 1 and FIG. 2C, the injection molding material 18 is injected into the internal space (cavity) of the mold (die) 50 in which the insert 20 is installed A green body 30 is obtained. At that time, insert 20 is installed in one mold 50A (see FIG. 7A), the other mold 50B is matched with the mold 50A after installation, and the internal space formed by this is depressurized After evacuation, injection molding material 18 is injected into the above-mentioned internal space using injection molding machine 52 (see FIG. 7 (B)).
In the injection molding step S3, the above-mentioned injection molding material 18 is injected into the inside of the mold 50, and the green body 30 to be the metal member 1 is molded (see FIG. 7C). The injection molding material 18 is sufficiently heated and kneaded in advance by heat of about 120 to 240 ° C. in the cylinder of the injection molding machine 52 beforehand, and in a state in which smooth fluidity is given, inside the mold 50 by a predetermined pressure. It is injected. The internal shape of the mold 50, that is, the shape of the green body 30, may be about 9 to 12% larger than the metal member 1 after sintering in anticipation of the amount of shrinkage in the sintering step S5.

脱脂ステップS4では、例えば図1及び図2(D)に示すように、第1温度域T1(例えば400〜500℃:図8参照)の脱脂雰囲気下でグリーン体30を加熱して脱脂する。その際、インサート20が仮焼結済みの状態で通気性を有することから、加熱によってグリーン体30中の樹脂成分が溶融及びガス化し、外表面4側に加えてインサート20側からも蒸発する。脱脂後のグリーン体をブラウン体という。グリーン体30から樹脂成分が全てなくなるまで脱脂を行い、有機バインダ16の含有率を低下させてもよい。
なお、この脱脂ステップS4では、グリーン体30を焼結治具62の上に載置して加熱する。焼結治具62は、所定の厚みを有する平板状に形成されており、その材質としては、後述する焼結ステップS5における焼結温度下において溶解や変形(軟化)を起こすことがなく、且つ焼結材料であるTiAl合金等との反応を防止するため、アルミナ、イットリアおよびジルコニア等のセラミックス材としてもよい。
In the degreasing step S4, for example, as shown in FIG. 1 and FIG. 2D, the green body 30 is degreased by heating in a degreasing atmosphere of a first temperature range T1 (for example, 400 to 500 ° C .: see FIG. 8). At that time, since the insert 20 has air permeability in a pre-sintered state, the resin component in the green body 30 is melted and gasified by heating, and is evaporated from the insert 20 side in addition to the outer surface 4 side. The green body after degreasing is called a brown body. The degreasing may be performed until all the resin components are eliminated from the green body 30, and the content of the organic binder 16 may be reduced.
In the degreasing step S4, the green body 30 is placed on the sintering jig 62 and heated. The sintering jig 62 is formed in a flat plate shape having a predetermined thickness, and as its material, it does not melt or deform (soften) at the sintering temperature in the sintering step S5 described later, and In order to prevent a reaction with a TiAl alloy or the like which is a sintered material, it may be a ceramic material such as alumina, yttria and zirconia.

焼結ステップS5では、例えば図1及び図2(E)に示すように、脱脂されたグリーン体30を第1温度域T1よりも高温下で焼結し、焼結体(シルバー体)としての金属部材1を得る。   In the sintering step S5, for example, as shown in FIG. 1 and FIG. 2 (E), the degreased green body 30 is sintered at a temperature higher than the first temperature range T1 to form a sintered body (silver body). The metal member 1 is obtained.

ここで、図1に非限定的に例示した上記の製造方法によれば、脱脂及び仮焼結済みのインサート20を予め形成し、該インサート20上に射出成形材料18を射出してグリーン体30を形成することにより、焼結ステップS5前のグリーン体30において、熱収縮で割れが発生しやすい部分の厚さを薄くすることができる。即ち、射出成形ステップの冷却に供されるグリーン体30に占める収縮部の厚さを低減することができるため、焼結後の金属部材1に割れが発生することを防止することができる。また、インサート20が本焼結ではなく仮焼結済みの状態であることにより、脱脂ステップS4において加熱されて蒸発する有機バインダ16が通る通気回路としての隙間がインサート20内に確保される。これにより、未焼結部を挟んでグリーン体30の外表面4側とインサート20側との両方の通気性を確保することができ、グリーン体30から有機バインダ16を円滑に除去して脱脂不良を効果的に防止することができる。   Here, according to the above manufacturing method illustrated in a non-limiting manner in FIG. 1, the degreased and pre-sintered insert 20 is formed in advance, and the injection molding material 18 is injected onto the insert 20 to form the green body 30. In the green body 30 before the sintering step S5, the thickness of the portion which is likely to be cracked due to heat contraction can be reduced. That is, since the thickness of the contraction portion occupied in the green body 30 provided for cooling of the injection molding step can be reduced, generation of cracks in the sintered metal member 1 can be prevented. Further, since the insert 20 is in a state of not being main sintering but being temporarily sintered, a gap as a ventilation circuit through which the organic binder 16 which is heated and evaporated in the degreasing step S4 is secured in the insert 20. Thereby, the air permeability of both the outer surface 4 side and the insert 20 side of the green body 30 can be secured across the unsintered portion, and the organic binder 16 is smoothly removed from the green body 30 to cause degreasing failure. Can be effectively prevented.

幾つかの実施形態では、例えば図3に示すように、上記製造方法において、焼結ステップS5は、第1焼結ステップS51と、第2焼結ステップS52と、を含んでもよい。   In some embodiments, for example, as shown in FIG. 3, in the above manufacturing method, the sintering step S5 may include a first sintering step S51 and a second sintering step S52.

第1焼結ステップS51では、ブラウン体30を第1温度域T1よりも高温の第2温度域T2(例えば800〜1200℃:図8参照)で仮焼結して仮焼結体40を得る。より詳細には、第1焼結ステップS51では、射出成形されたグリーン体30を金型50ごと所定の温度で仮焼結させる。仮焼結では、金属粒子同士が緩やかに結合(ネッキング)された状態であり、グリーン体30の大きさに対しては殆ど縮小しない。
第2焼結ステップS52では、仮焼結体40を第2温度域T2よりも高温の第3温度域T3(例えば1200〜1500℃:図8参照)で本焼結して金属部材1(シルバー体)を得る。以上の各焼結ステップの温度は、金属粉末12の材種により適正に選択される。
In the first sintering step S51, the brown body 30 is temporarily sintered in a second temperature range T2 (for example, 800 to 1200 ° C .: see FIG. 8) having a temperature higher than the first temperature range T1 to obtain a temporary sintered body 40. . More specifically, in the first sintering step S51, the injection molded green body 30 is temporarily sintered together with the mold 50 at a predetermined temperature. In pre-sintering, the metal particles are in a state of being gently bonded (necked) to each other, and the size of the green body 30 is hardly reduced.
In the second sintering step S52, the temporary sintered body 40 is sintered in a third temperature range T3 (for example, 1200 to 1500 ° C .: see FIG. 8) higher than the second temperature range T2 to form the metal member 1 (silver) Get the body). The temperature of each of the above-mentioned sintering steps is properly selected depending on the type of the metal powder 12.

この製造方法によれば、焼結ステップS5を、第2温度域T2で仮焼結を行う第1焼結ステップS51と、第3温度域T3で本焼結を行う第2焼結ステップS52との2段階に構成したことにより、第3温度域T3で本焼結のみ行う場合に比べてグリーン体30の収縮を緩やかなものとすることができる。従って、グリーン体30においてインサート20とそれ以外の部分とを適切に結合させることができる。   According to this manufacturing method, the sintering step S5 is a first sintering step S51 in which temporary sintering is performed in the second temperature range T2, and a second sintering step S52 in which the main sintering is performed in the third temperature range T3. By configuring in two stages, it is possible to make the contraction of the green body 30 gentler than when only the main sintering is performed in the third temperature range T3. Therefore, in the green body 30, the insert 20 and the other portion can be properly connected.

幾つかの実施形態において、インサート形成ステップS2は、例えば、図4に示すように、予備射出成形ステップS21と、予備脱脂ステップS22と、予備焼結ステップS23と、を含んでもよい。   In some embodiments, the insert forming step S2 may include, for example, as shown in FIG. 4, a pre-injection molding step S21, a pre-degreasing step S22, and a pre-sintering step S23.

予備射出成形ステップS21では、射出成形材料18を射出成形して予備成形体24を得る(図5(A)参照)。すなわち、予備成形体24は、金属部材1のうちインサート20が占める分に相当するグリーン体である。予備脱脂ステップS22では、第1温度域T1の脱脂雰囲気下で予備成形体24を加熱して脱脂する。予備焼結ステップS23では、脱脂された予備成形体24を第2温度域T2で仮焼結してインサート20を得る(図5(B)参照)。   In the pre-injection molding step S21, the injection molding material 18 is injection-molded to obtain a preform 24 (see FIG. 5A). That is, the preformed body 24 is a green body corresponding to the portion occupied by the insert 20 in the metal member 1. In the preliminary degreasing step S22, the preformed body 24 is degreased by heating in the degreasing atmosphere of the first temperature range T1. In the pre-sintering step S23, the degreased preformed body 24 is pre-sintered in the second temperature range T2 to obtain the insert 20 (see FIG. 5B).

この製造方法によれば、インサート20の仮焼結温度を金属部材1のグリーン体30の仮焼結温度と同じ第2温度域T2としたことにより、仮焼結後のグリーン体30のうちインサート20が占める部分とそれ以外の部分とを同程度の焼結度合いとすることができる。これにより、製品自体の焼結では、インサート20とその周囲の製品母材は同質の材料となる。   According to this manufacturing method, by setting the pre-sintering temperature of the insert 20 to the second temperature range T2 which is the same as the pre-sintering temperature of the green body 30 of the metal member 1, the insert of the green body 30 after the pre-sintering The portion occupied by 20 and the other portion can be made to have the same degree of sintering. Thereby, in sintering of the product itself, the insert 20 and the product base material around it become the same material.

幾つかの実施形態において、金属粉末12は、金属射出成形法に用いることができる粉末であればよく、例えば、鉄鋼材料を含む第1金属粉末12A、Ni合金を含む第2金属粉末12B、又はその他の金属を含む第3金属粉末12Cの何れか一つのみを含んでいてもよい。このようにすれば、金属部材1と、その外表面の少なくとも一部を占めるインサート20とを同一材料で形成することができる。   In some embodiments, the metal powder 12 may be any powder that can be used in a metal injection molding method, for example, the first metal powder 12A containing a steel material, the second metal powder 12B containing a Ni alloy, or Only one of the third metal powder 12C containing other metals may be contained. In this way, the metal member 1 and the insert 20 which occupies at least a part of the outer surface thereof can be formed of the same material.

図6は、一実施形態における金属部材の構成例を示す概略図であり、(A)は側断面図、(B)は平面図を示す。
図6(A)及び図6(B)に例示するように、幾つかの実施形態において、金属部材1は、例えば、過給機のタービンホイール1Aであってもよい。
タービンホイール1Aは、円錐台状のハブ部2と、該ハブ部2の外周面において周方向に間隔を開けて設けられる複数の翼(動翼)6と、を含んで構成されてもよい。
ハブ部2は、タービンホイール1Aの回転の軸線Oを中心として軸対称に形成されており、背面5側が広く、正面の先端側が細くなるように形成されている。このハブ部2は、タービンホイール1Aにおいて肉厚が厚い厚肉部となっている。
動翼6は、作動流体(例えば、内燃機関の排気)のエネルギーを受けてタービンホイール1Aの回転力に変換するものであり、ハブ部2の周方向に一定の間隔で複数設けられている。一般に、これらの動翼6は、ハブ部2を基端として外周側ほど厚さが薄くなるように形成される。なお、図6(B)では動翼6を一部のみ示し他を省略している。
そして、インサート20は、ハブ部2の背面5の少なくとも一部を占めるように構成されてもよい。例えば、インサート20は、タービンホイール1Aの背面5のうち、該タービンホイール1Aの回転の軸線Oを含む範囲に形成されてもよい。
FIG. 6 is a schematic view showing a configuration example of the metal member in one embodiment, (A) shows a side sectional view, and (B) shows a plan view.
As illustrated in FIGS. 6 (A) and 6 (B), in some embodiments, the metal member 1 may be, for example, a turbine wheel 1A of a supercharger.
The turbine wheel 1 </ b> A may be configured to include a truncated conical hub portion 2 and a plurality of blades (moving blades) 6 provided at intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the hub portion 2.
The hub portion 2 is formed so as to be axially symmetrical with respect to the rotation axis O of the turbine wheel 1A, and is formed so as to be wide on the back surface 5 side and thin on the front end side of the front. The hub portion 2 is a thick portion with a thick wall in the turbine wheel 1A.
The moving blades 6 receive energy of a working fluid (for example, exhaust of an internal combustion engine) and convert them into rotational force of the turbine wheel 1A. A plurality of moving blades 6 are provided at regular intervals in the circumferential direction of the hub portion 2. In general, these moving blades 6 are formed such that the thickness becomes thinner toward the outer peripheral side with the hub portion 2 as a base end. In FIG. 6 (B), only a part of the moving blade 6 is shown and the others are omitted.
And, the insert 20 may be configured to occupy at least a part of the back surface 5 of the hub portion 2. For example, the insert 20 may be formed in a range including the axis O of the rotation of the turbine wheel 1A in the back surface 5 of the turbine wheel 1A.

このようにすれば、円錐台状のハブ部2を含むタービンホイール1Aのうち、肉厚が厚いハブ部2の背面5の少なくとも一部を占めるようにインサート20を配置してタービンホイール1Aを形成することができる。即ち、肉厚な部分を有する複雑形状の金属部材1を、金属粉末射出成形法を用いつつ、割れや脱脂不良を生ずることなく好適に形成することができる。   In this way, of the turbine wheel 1A including the truncated conical hub portion 2, the insert 20 is disposed to occupy at least a part of the back surface 5 of the thick hub portion 2 to form the turbine wheel 1A. can do. That is, the metal member 1 having a complicated shape having a thick portion can be suitably formed without causing cracking or degreasing failure while using a metal powder injection molding method.

幾つかの実施形態において、インサート20は、タービンホイール1Aの軸線O周りに対称な形状に形成されてもよい。この場合、軸線O周りに軸対称であれば特に形状は限定されず、例えば、円柱、円錐、円錐台、多角柱、多角錐等であってもよい。   In some embodiments, the insert 20 may be formed symmetrically around the axis O of the turbine wheel 1A. In this case, the shape is not particularly limited as long as it is axially symmetric about the axis O, and may be, for example, a cylinder, a cone, a truncated cone, a polygonal cylinder, or a polygonal pyramid.

このようにすれば、回転体であるタービンホイール1Aにおいて、仮にインサートとタービン母材に密度差があったとしても、タービンホイールの重量配分が軸周りにアンバランスになることを防止することができる。したがって、製造過程においてタービンホイール1Aの軸線O周りの重心の偏りを抑制することができるため、完成後のタービンホイール1A(金属部材)の回転時におけるブレや振動の発生を効果的に抑制することができる。   In this way, in the turbine wheel 1A that is a rotating body, even if there is a density difference between the insert and the turbine base material, it is possible to prevent the weight distribution of the turbine wheel from becoming unbalanced around the axis. . Therefore, since it is possible to suppress the deviation of the center of gravity around the axis O of the turbine wheel 1A in the manufacturing process, it is possible to effectively suppress the generation of vibration and vibration during rotation of the turbine wheel 1A (metal member) after completion. Can.

幾つかの実施形態において、インサート20は、ハブ部2の背面5から正面の先端側に向かって先細りの形状に形成されるテーパ部20Aを含むように構成されていてもよい。
テーパ部20Aは、その先端が例えば鋭角となるように先鋭に形成されていてもよい。また、テーパ部20Aの先端は、軸線Oと垂直な平面(図示略)を含むように平らに形成されていてもよいし、任意の曲面(図示略)で形成されていてもよい。
幾つかの実施形態において、インサート20は、例えば、図6(A)に非限定的に例示するように、テーパ部20Aに連続して円柱状の円柱部20Bを含む形状に形成されていてもよい。
In some embodiments, the insert 20 may be configured to include a tapered portion 20A which is formed in a tapered shape from the back surface 5 of the hub portion 2 toward the front end side.
The tapered portion 20A may be sharpened so that its tip end has, for example, an acute angle. Further, the tip end of the tapered portion 20A may be formed flat so as to include a plane (not shown) perpendicular to the axis O, or may be formed by an arbitrary curved surface (not shown).
In some embodiments, for example, as illustrated in a non-limiting example in FIG. 6A, the insert 20 may be formed in a shape including a cylindrical portion 20B continuous to the tapered portion 20A. Good.

このようにすれば、グリーン体30の状態でハブ部2の外表面4から背面5側のインサート20までの距離を狭めて肉厚を抑えることができる。これにより、肉厚なハブ部2を含むタービンホイール1Aを、金属粉末射出成形法を用いつつ、割れや脱脂不良を生ずることなく好適に形成することができる。   In this way, the thickness can be reduced by narrowing the distance from the outer surface 4 of the hub portion 2 to the insert 20 on the back surface 5 side in the state of the green body 30. Thereby, the turbine wheel 1A including the thick hub portion 2 can be suitably formed without causing cracking or degreasing failure while using the metal powder injection molding method.

幾つかの実施形態において、インサート20は、その外表面22が金属部材1における厚肉部であるハブ部2の外表面4から所定の距離未満となる形状に形成されてもよい。この場合、所定の距離は、上記ハブ部(厚肉部)2の脱脂を好適に行える範囲であればよく、特に限定しないが、例えば、15mm以下、好ましくは10mm以下であってもよい。   In some embodiments, the insert 20 may be shaped such that its outer surface 22 is less than a predetermined distance from the outer surface 4 of the hub portion 2 which is a thicker portion of the metal member 1. In this case, the predetermined distance is not particularly limited as long as the degreasing of the hub portion (thick portion) 2 can be suitably performed, but may be, for example, 15 mm or less, preferably 10 mm or less.

このようにすれば、金属部材1のグリーン体30におけるインサート20を除いた部分の肉厚を、所定の距離未満(例えば、10mm以下)となるように薄く形成することができる。これにより、金属粉末射出成形法を用いた金属部材1の製造において、厚肉部を有する金属部材1であっても脱脂不良や割れを防止して品質の向上を図ることができる。   In this way, the thickness of the portion of the green member 30 of the metal member 1 excluding the insert 20 can be thin so as to be less than a predetermined distance (for example, 10 mm or less). Thereby, in manufacture of the metal member 1 using a metal powder injection molding method, even if it is the metal member 1 which has a thick part, a degreasing defect and a crack can be prevented and quality improvement can be aimed at.

幾つかの実施形態において、金属部材1は、上述したタービンホイール1A以外の部材であってもよく、例えば、圧縮機のコンプレッサホイール(図示略)であってもよいし、航空機エンジン用のタービンブレードであってもよい。   In some embodiments, the metal member 1 may be a member other than the above-described turbine wheel 1A, for example, a compressor wheel (not shown) of a compressor, or a turbine blade for an aircraft engine It may be

図9に、本発明を適用した金属部材の製造方法の幾つかの実施形態において、金属部材1の一例として適用され得る航空機用のタービンブレード1Bを示す。
タービンブレード1Bは、略円盤形状をなすタービンディスク(図示略)の外周部に、周方向に所定間隔で複数取付けられ、タービンディスクとともに回転する動翼として機能する。このタービンブレード1Bは、タービンディスクの半径方向に沿って延在するブレード本体102と、ブレード本体102の基端部側に設けられたプラットホーム106と、ブレード本体102の先端部側に設けられたチップシュラウド108と、を備えている。なお、各チップシュラウド108は、全てのタービンブレード1Bに装着されることで、リング形状をなすシュラウドを形成する。そして、プラットホーム106とチップシュラウド108とに囲まれた円環状(ドーナッツ形状)の通路により燃焼ガス通路Aが構成される。
タービンブレード1Bは、その翼根側がタービンディスクの外周に取り付けられる複雑形状の厚肉部となっている。幾つかの実施形態では、この厚肉部を含むタービンブレード1Bが、金属粉末射出成形(MIM)法を用いて一体に形成され得る。より詳細には、タービンブレード1Bの製造に際して、翼根側外表面104の少なくとも一部を占めるインサート120が準備される。
インサート120は、例えばタービンディスクの軸方向視における断面形状が台形状となるように形成してもよい。
そして、上述した各ステップS1〜S5(或いは、追加的にS21〜S23及び/又はS51〜S52)と同様の工程を経ることで、タービンブレード1Bが製造され得る。
FIG. 9 shows a turbine blade 1B for an aircraft that can be applied as an example of the metal member 1 in some embodiments of a method of manufacturing a metal member to which the present invention is applied.
A plurality of turbine blades 1B are attached at predetermined intervals in the circumferential direction on an outer peripheral portion of a substantially disk-shaped turbine disk (not shown), and function as a moving blade that rotates with the turbine disk. The turbine blade 1 B includes a blade body 102 extending in the radial direction of the turbine disk, a platform 106 provided on the base end side of the blade body 102, and a tip provided on the tip end side of the blade body 102. And a shroud 108. Each tip shroud 108 is mounted on all the turbine blades 1B to form a ring-shaped shroud. A combustion gas passage A is formed by an annular (doughnut-shaped) passage surrounded by the platform 106 and the tip shroud 108.
The blade root side of the turbine blade 1B is a thick portion with a complicated shape attached to the outer periphery of the turbine disk. In some embodiments, the turbine blade 1B including the thick portion may be integrally formed using a metal powder injection molding (MIM) method. More specifically, at the time of manufacture of turbine blade 1B, insert 120 which occupies at least a part of blade root side outer surface 104 is prepared.
The insert 120 may be formed, for example, so as to have a trapezoidal cross-sectional shape in an axial view of the turbine disk.
And the turbine blade 1B can be manufactured by passing through the process similar to each step S1-S5 (or additionally, S21-S23 and / or S51-S52) mentioned above.

このようにすれば、タービンブレード1Bのうち、肉厚が厚い翼根側の少なくとも一部を占めるようにインサート120を配置してタービンブレード1Bを形成することができる。従って、肉厚な部分を有する複雑形状の金属部材1を、金属粉末射出成形法を用いつつ、割れや脱脂不良を生ずることなく好適に形成することができる。   In this way, it is possible to form the turbine blade 1B by arranging the insert 120 so as to occupy at least a part of the thick blade root side of the turbine blade 1B. Therefore, the metal member 1 having a complicated shape having a thick portion can be suitably formed without causing cracking or degreasing failure while using a metal powder injection molding method.

以上述べた構成によれば、金属粉末射出成形法を用いた金属部材1の製造方法において、脱脂及び焼結後におけるバインダ16の残留、即ち、脱脂不良を低減して射出後の収縮による金属部材1の割れを効果的に防止することができる。   According to the configuration described above, in the method of manufacturing the metal member 1 using the metal powder injection molding method, the binder 16 remains after degreasing and sintering, that is, the metal member due to shrinkage after injection with reduced degreasing defects. The crack of 1 can be effectively prevented.

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes the embodiments in which the above-described embodiments are modified, and the embodiments in which these embodiments are combined.

1 金属部材(シルバー体)
1A タービンホイール
1B タービンブレード
2 ハブ部
4 外周面
5 背面
6 動翼
12 金属粉末
12A 第1金属粉末
12B 第2金属粉末
12C 第3金属粉末
16 有機バインダ(バインダ)
17 混錬機
18 ペレット(射出成形材料)
20,120 インサート
20A テーパ部
20B 円柱部
22,122 外表面
24 予備成形体
30 グリーン体(成形体)
40 仮焼結体
50、50A,50B 金型(型)
52 射出成形機
60 焼結機
62 焼結治具
102 ブレード本体
104 翼根側外表面
106 プラットホーム
108 チップシュラウド
O 軸線
S1 混錬ステップ
S2 インサート形成ステップ
S3 射出成形ステップ
S4 脱脂ステップ
S5 焼結ステップ
S21 予備射出成形ステップ
S22 予備脱脂ステップ
S23 予備焼結ステップ
S51 第1焼結ステップ
S52 第2焼結ステップ
T1 脱脂温度(第1温度域)
T2 仮焼結温度(第2温度域)
T3 本焼結温度(第3温度域)
1 Metal member (Silver body)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A Turbine wheel 1B Turbine blade 2 Hub part 4 Outer peripheral surface 5 Back surface 6 moving blade 12 Metal powder 12A 1st metal powder 12B 2nd metal powder 12C 3rd metal powder 16 organic binder (binder)
17 kneader 18 pellet (injection molding material)
Reference Signs List 20, 120 insert 20A taper portion 20B cylindrical portion 22, 122 outer surface 24 preformed body 30 green body (molded body)
40 temporary sintered body 50, 50A, 50B mold (mold)
52 Injection Molding Machine 60 Sintering Machine 62 Sinter Jig 102 Blade Body 104 Blade Root Side Outer Surface 106 Platform 108 Tip Shroud O Axis S1 Kneading Step S2 Insert Forming Step S3 Injection Molding Step S4 Degreasing Step S5 Sintering Step S21 Preliminary Injection molding step S22 Preliminary degreasing step S23 Pre-sintering step S51 First sintering step S52 Second sintering step T1 Degreasing temperature (first temperature range)
T2 Pre-sintering temperature (second temperature range)
T3 main sintering temperature (3rd temperature range)

Claims (8)

金属粉末射出成形法を用いた金属部材の製造方法であって、
金属粉末に有機バインダを添加して加熱して射出成形材料を得る混錬ステップと、
前記射出成形材料を射出成形して脱脂及び仮焼結することにより前記金属部材の外表面の少なくとも一部を占めるインサートを得るインサート形成ステップと、
前記インサートが設置された型の内部に前記射出成形材料を射出して前記金属部材のグリーン体を得る射出成形ステップと、
第1温度域の脱脂雰囲気下で前記グリーン体を脱脂してブラウン体を得る脱脂ステップと、
脱脂された前記ブラウン体を前記第1温度域よりも高温下で焼結する焼結ステップと、を備えることを特徴とする金属部材の製造方法。
A method of manufacturing a metal member using a metal powder injection molding method,
A kneading step of adding an organic binder to metal powder and heating to obtain an injection molding material;
An insert forming step of obtaining an insert occupying at least a part of the outer surface of the metal member by injection molding, degreasing and presintering the injection molding material;
An injection molding step of injecting the injection molding material into the inside of a mold in which the insert is installed to obtain a green body of the metal member;
A degreasing step of degreasing the green body under a degreasing atmosphere in a first temperature range to obtain a brown body;
And Sintering the degreased brown body at a temperature higher than the first temperature range.
前記焼結ステップは、
脱脂された前記ブラウン体を前記第1温度域よりも高温の第2温度域で仮焼結して仮焼結体を得る第1焼結ステップと、
前記仮焼結体を前記第2温度域よりも高温の第3温度域で本焼結する第2焼結ステップと、を含むことを特徴とする請求項1に記載の金属部材の製造方法。
The sintering step is
A first sintering step of temporarily sintering the degreased brown body at a second temperature range higher than the first temperature range to obtain a temporary sintered body;
The method according to claim 1, further comprising: a second sintering step of performing main sintering of the temporary sintered body in a third temperature range higher than the second temperature range.
前記インサート形成ステップは、
前記射出成形材料を射出成形して予備成形体を得る予備射出成形ステップと、
前記脱脂雰囲気下で前記予備成形体を脱脂する予備脱脂ステップと、
脱脂された前記予備成形体を前記第1温度域よりも高温の第2温度域で仮焼結する予備焼結ステップと、を含む
ことを特徴とする請求項2に記載の金属部材の製造方法。
The insert forming step is
A pre-injection molding step of injection molding the injection molding material to obtain a preform;
A preliminary degreasing step of degreasing the preformed body under the degreasing atmosphere;
The method according to claim 2, further comprising a pre-sintering step of pre-sintering the degreased preform at a second temperature range higher than the first temperature range. .
前記金属粉末は、鉄鋼材料を含む第1金属粉末、Ni合金を含む第2金属粉末、又はその他の合金を含む第3金属粉末の何れか一つのみを含むことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の金属部材の製造方法。   The said metal powder contains only any one of the 1st metal powder containing a steel material, the 2nd metal powder containing Ni alloy, or the 3rd metal powder containing other alloys. The manufacturing method of the metal member as described in any one of 3. 前記金属部材は、
円錐台状のハブ部と、前記ハブ部の外周面において周方向に間隔を開けて設けられる複数の動翼と、を含むタービンホイールからなり、
前記インサートは、前記ハブ部の背面の少なくとも一部を占めるように構成される
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の金属部材の製造方法。
The metal member is
It comprises a turbine wheel including a truncated conical hub portion and a plurality of moving blades provided circumferentially spaced on the outer peripheral surface of the hub portion,
The method for manufacturing a metal member according to any one of claims 1 to 4, wherein the insert is configured to occupy at least a part of a back surface of the hub portion.
前記インサートは、前記ハブ部の背面から先端面側に向かって先細りの形状に形成されるテーパ部を含むことを特徴とする請求項5に記載の金属部材の製造方法。   The method for manufacturing a metal member according to claim 5, wherein the insert includes a tapered portion formed in a tapered shape from the back surface of the hub portion toward the tip surface side. 前記インサートは、前記タービンホイールの軸線周りに対称な形状に形成される
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の金属部材の製造方法。
The method of manufacturing a metal member according to claim 5 or 6, wherein the insert is formed in a symmetrical shape around an axis of the turbine wheel.
前記インサートは、その外表面が前記金属部材における厚肉部の表面から所定の距離未満となる形状に形成される
ことを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の金属部材の製造方法。
The metal insert according to any one of claims 1 to 7, wherein the insert is formed in such a shape that the outer surface thereof is less than a predetermined distance from the surface of the thick portion in the metal member. Production method.
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