JP2519835B2 - 熱間等方圧加圧方法および装置 - Google Patents

熱間等方圧加圧方法および装置

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JP2519835B2 JP3007230A JP723091A JP2519835B2 JP 2519835 B2 JP2519835 B2 JP 2519835B2 JP 3007230 A JP3007230 A JP 3007230A JP 723091 A JP723091 A JP 723091A JP 2519835 B2 JP2519835 B2 JP 2519835B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/001Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a flexible element, e.g. diaphragm, urged by fluid pressure; Isostatic presses
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  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱間等方圧加圧方法お
よびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】熱間等方圧加圧装置(HIP装置)を生
産機として用いる場合、生産性が問題であり、この生産
性を向上するため温度過程を短縮することが試みられて
いる。その方式として急速冷却方式がある。この方式
は、HIP装置特有の高圧下における高密度ガスの流動
を用いて、冷却過程の短縮を図るものでありガス流動を
促進してやることで、熱放散を大きくする技術である。
【0003】ガス流動を大きくするためには断熱層内部
の高温部と断熱層外部の低温部との間にガス循環通路を
形成し、この通路に弁などの開閉手段を設け、冷却過程
以外は閉じている技術がある(特公昭48−8689
号、特公昭55−30199号)。また、断熱層外に導
かれた高温ガスの冷却には、高圧容器の内面や熱交換器
が用いられている技術がある(特公昭58−53276
号、特公昭56−8728号)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来の技術では冷却速度は、数10℃/min から100 ℃/
min 程度であり、これ以上に冷却速度を高めることは原
理的に不可能であった。また、HIP装置は、現在のと
ころ金属、セラミックスの焼結体の緻密化や鋳造品の欠
陥除去などが主な用途であるが、将来は緻密化、欠陥除
去の後に連続して冷却することで熱処理するプロセスが
要請されることが十分予想されるにも拘らず、従来の急
速冷却方式ではこのようなプロセスに対応することがで
きなかった。
【0005】本発明は、HIP装置の炉内は、高温・高
圧のため高密度の圧媒ガスが激しい対流を起こしてお
り、従って、炉内の均熱域を外れると温度は高温域(均
熱域)に比べ相当低い温度になっていることに着目して
急速冷却を可能としたことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る本発明
は、高圧容器内に高圧の圧媒ガスを導入するとともに、
該圧媒ガスを加熱し、高圧容器内に配置された被処理品
に高圧・高温の圧媒ガスを作用させて熱間等方圧加圧処
理をおこなった後、高圧容器内を降温させる熱間等方圧
加圧方法において、前述の目的を達成するために、次の
技術的手段を講じている。すなわち、熱間等方圧加圧処
理をおこなう際には被処理品を高圧容器内の上部に配置
し、高圧容器内を降温させる際に、被処理品を高圧容器
内の下部に降下させることを特徴とするものである。
【0007】また、請求項2に係る本発明は、高圧容器
と、該高圧容器内に高圧の圧媒ガスを導入する圧媒ガス
導入手段と、高圧容器内に配置されたヒータとからな
り、前記高圧容器内に導入された高圧の圧媒ガスを前記
ヒータで加熱することで、高圧容器内に配置された被処
理品に高圧・高温の圧媒ガスを作用させて熱間等方圧加
圧処理をおこなった後、高圧容器内を降温させる熱間等
方圧加圧装置において、前述の目的を達成するために、
次の技術的手段を講じている。すなわち、高圧容器内を
降温させる際に、前記被処理品を高圧容器内で下降させ
る降下手段を有することを特徴とするものである。
【0008】更に請求項3に係る本発明は、被処理品を
高圧容器内で下降させる降下手段が、被処理品に接続さ
れたピストンロッドを有するとともに高圧容器の上部も
しくは下部に配置された昇降シリンダからなることを特
徴とするものである。また、請求項4に係る本発明は、
昇降シリンダが高圧容器上部に配置されているととも
に、高圧容器下部に被処理品を冷却する冷却手段を有す
ることを特徴とするものである。
【0009】更に、請求項5に係る本発明は、被処理品
を高圧容器内で下降する降下手段が、被処理品に接続さ
れた金属細線と、該金属細線に通電することで該金属細
線を焼切可能とされた電源装置とからなることを特徴と
するものである。
【0010】
【作用】本発明によれば、高圧容器1 の炉室8 に被処理
品14を配置し、圧媒ガス導入手段13によって高圧の圧媒
ガスを容器1 内に導入してヒータ9 に通電することで圧
媒ガスを加熱することで、前記被処理品14に高圧・高温
の圧媒ガスを作用させて熱間等方圧加圧処理を行なう。
【0011】このHIP処理中においては、被処理品14
は高圧容器1 内の上部、すなわち、炉室8 の上部に配置
することで高温域でのHIP処理がなされる。HIP処
理後においては、ヒータ9 への通電を停止する等して高
圧容器1 内を降温させるが、この降温させる際に、降下
手段17によってHIP処理された被処理品14を高圧容器
1 内の下部、すなわち、炉室8 の下部に降下させると、
当該下部は均熱域を外れているので均熱域(高温域) に
比べ相当低い温度であることから、被処理品14は急速冷
却される。
【0012】具体的には、HIP処理温度が1200℃の場
合、炉室8 上部の高温域から被処理品14を20cm降下させ
ると600℃の低温域となり、その降下時間は0.2 秒であ
り、冷却速度は300 ℃/sec となり従来得られなかった
急速冷却が実現される。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳述
する。図1および図2は本発明の第1実施例であり、上
下に開口部2,3 を有する高圧容器1 は円筒形とされてお
り、前記上下開口部2,3 には、上蓋4 と下蓋5 とが挿脱
自在に嵌合されることで内部に高圧室(処理室) が画成
されている。
【0014】高圧容器1 内、すなわち高圧室には倒立コ
ップ形状の断熱層6 が下蓋5 に設けた支持具7 によって
支えられて内装され、ここに、断熱層6 の内部が炉室8
とされている。高圧容器1 内、すわなち、炉室8 には、
ヒータ9 および熱電対10が設けられており、前記支持具
7 にはヒータ電極プラグ11および熱電対端子12を有して
おり、更に、前記支持具7 の支柱部分に圧媒ガスの通路
を有することで、高圧容器1 内にアルゴン等の高圧の圧
媒ガスを導入する圧媒ガス導入手段13とされている。
【0015】従って、高圧容器1 内に高圧の圧媒ガスを
導入するとともに、該圧媒ガスをヒータ9 に通電するこ
とで加熱し、高圧容器1 内に配置された被処理品14に高
圧・高温の圧媒ガスを作用させて熱間等方圧加圧処理
(HIP処理) が可能とされている。なお、HIP処理
中の圧媒ガスの洩れは上下蓋4,5 の嵌合部に設けたシー
ル手段15,16 で阻止されているとともに、プレス軸力は
上下蓋4,5 の外端面に係脱自在なプレスフレーム等で担
持される。
【0016】被処理品14はHIP処理中は、高圧・高温
の圧媒ガスを作用させるために高温域である炉室8 の上
部に配置され、HIP処理後の降温過程では高温域より
外れた下部に降下され、このために、降下手段17を備え
ている。図1および図2に示す第1実施例では支持具7
の支持板18上面に、ヒータ9 および熱電対10よりも径内
側において複数の保護筒19を立設するとともに、この保
護筒19内に電気良導性を有する支持棒20を挿設し、この
支持棒20の上端部間に連結した金属細線21に被処理品14
を懸吊するとともに、高圧容器1 外に設けた電源装置22
から前記金属細線21に通電することで当該細線21を焼切
ることでHIP処理後の被処理品14を図2で示す如く落
下することで降下手段17が構成され、落下された被処理
品14は支持板18の上面に設けた炉床23における凹部24で
受け止め収容するようにされている。
【0017】具体的には、支持棒20は直径1mm程度の白
金線であり、金属細線21は直径0.1 mm程度の白金線で構
成されている。従って、この第1実施例では被処理品14
が小さな場合に適している。なお、この第1実施例にお
いて、被処理品14は1本又は複数本の金属細線21を断熱
層6 の天板部に連結して懸吊してもよく、また、支持棒
20を例えば4本設けて4点で支持すること等が採用でき
る。
【0018】この第1実施例では、HIP温度が1200℃
の場合で、HIP処理後にヒータ9 をオフにして冷却過
程に移行するとき、電源装置22から金属細線21に通電し
てこれを焼切ると、被処理品14は0.2 秒の落下速度で20
cm落下し600 ℃の低温域に移動して、300 ℃の冷却速度
で急速冷却される。図3から図8は本発明の第2〜4実
施例であり、降下手段17をピストンロッド形式にした点
等が前述した第1実施例と相違する。従って、第1実施
例と共通する部分は共通符号で示し、以下、相違点につ
き説明する。
【0019】図3および図4に示す第2実施例では、上
蓋4 上にシリンダ支持枠25を立設固定し、このシリンダ
支持枠25に、油圧、空気圧等の伸縮シリンダ26を高圧容
器1 の容器軸心上で取付け、該シリンダ26に嵌合された
ピストンロッド27を、上蓋4 および断熱層6 の天板部を
貫通して炉室8 内に挿設し、ロッド27のエンドに被処理
品14を接合して降下手段17とされている。
【0020】なお、HIP処理中に作用するプレス軸力
を担持するプレスフレーム28は、シリンダ支持枠25が上
蓋4 上に設けられることから、左右又は前後一対の方形
フレーム構造とされて支持枠25の左右又は前後から上下
蓋4,5 に係脱される。従って、この第2実施例では、H
IP処理中は図3で示す如くシリンダ26を縮少動作して
おいて被処理品14を炉室8 の均熱域(高温域) である上
部に配置しておき、HIP処理後の降温過程では、シリ
ンダ26を伸長動作することでピストンロッド27を降下す
ることにより被処理品14を均熱域より外れた炉室8 の下
部に図4で示す如く降下させるのである。
【0021】この第2実施例ではピストンロッド27で被
処理品14を炉室8 の上部における高温域で例えばHIP
温度が1200℃でHIP処理後に、ヒータ9 をオフにして
冷却過程に移行するとき、被処理品14を10m/min で0.
5 m降下させて600 ℃の低温域に移動させて冷却させた
場合、その冷却速度200 ℃/sec となり、従来得られな
かった急速冷却を実現する。
【0022】図5および図6は本発明の第3実施例であ
り、前述した第2実施例におけるシリンダ26等を天地逆
配置にしたもので、その他は第2実施例と共通するので
共通部分は共通符号で示す。この第3実施例では第2実
施例に比べてピストンロッド27等が高温域に晒されるこ
とが少ないことから有利となる。
【0023】図7および図8は本発明の第4実施例を示
し、前述した第2実施例において、炉室8 の下部に冷却
手段28を設けたものである。すなわち、図示の例では、
炉室8 の下部に上方開口の冷媒容器29を設け、HIP処
理後の冷却過程において冷媒容器29内に水等の冷媒30を
供給し、HIP処理後の被処理品14を冷媒30に浸漬する
ことで前述した第1〜3実施例における圧媒ガスの激し
い対流による冷却に加えて冷媒30による冷却が加担さ
れ、より一層の急速冷却を可能とする。
【0024】なお、前述した冷媒30は水に限らず冷たい
気体(空気等) をブローするものであってもよく、この
第4実施例の冷却手段28を、第1実施例に採用すること
もできる。また、前述した第2から第4実施例におい
て、ピストンロッド27の摺動部分には、シール部材を設
けて圧媒ガスの漏出等は防止されている。
【0025】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、H
IP装置では圧媒ガスが激しく対流しており、均熱域
(高温域)を外れると低温域になっていることから、H
IP処理中は被処理品を均熱域に配置し、HIP処理後
は、被処理品を低温域に移行させることによって従来よ
りも大きな急速冷却が簡単かつ確実にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示すHIP処理中の断面
図である。
【図2】本発明の第1実施例を示す冷却過程中の断面図
である。
【図3】本発明の第2実施例を示すHIP処理中の断面
図である。
【図4】本発明の第2実施例を示す冷却過程中の断面図
である。
【図5】本発明の第3実施例を示すHIP処理中の断面
図である。
【図6】本発明の第3実施例を示す冷却過程中の断面図
である。
【図7】本発明の第4実施例を示すHIP処理中の断面
図である。
【図8】本発明の第4実施例を示す冷却過程中の断面図
である。
【符号の説明】
1 高圧容器 9 ヒータ 13 圧媒ガス導入手段 14 被処理品 17 降下手段

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高圧容器内に高圧の圧媒ガスを導入する
    とともに、該圧媒ガスを加熱し、高圧容器内に配置され
    た被処理品に高圧・高温の圧媒ガスを作用させて熱間等
    方圧加圧処理をおこなった後、高圧容器内を降温させる
    熱間等方圧加圧方法において、熱間等方圧加圧処理をお
    こなう際には被処理品を高圧容器内の上部に配置し、高
    圧容器内を降温させる際に、被処理品を高圧容器内の下
    部に降下させることを特徴とする熱間等方圧加圧方法。
  2. 【請求項2】 高圧容器と、該高圧容器内に高圧の圧媒
    ガスを導入する圧媒ガス導入手段と、高圧容器内に配置
    されたヒータとからなり、前記高圧容器内に導入された
    高圧の圧媒ガスを前記ヒータで加熱することで、高圧容
    器内に配置された被処理品に高圧・高温の圧媒ガスを作
    用させて熱間等方圧加圧処理をおこなった後、高圧容器
    内を降温させる熱間等方圧加圧装置において、高圧容器
    内を降温させる際に、前記被処理品を高圧容器内で下降
    させる降下手段を有することを特徴とする熱間等方圧加
    圧装置。
  3. 【請求項3】 被処理品を高圧容器内で下降させる降下
    手段が、被処理品に接続されたピストンロッドを有する
    とともに高圧容器の上部もしくは下部に配置された昇降
    シリンダからなることを特徴とする請求項2記載の熱間
    等方圧加圧装置。
  4. 【請求項4】 昇降シリンダが高圧容器上部に配置され
    ているとともに、高圧容器下部に被処理品を冷却する冷
    却手段を有することを特徴とする請求項3記載の熱間等
    方圧加圧装置。
  5. 【請求項5】 被処理品を高圧容器内で下降する降下手
    段が、被処理品に接続された金属細線と、該金属細線に
    通電することで該金属細線を焼切可能とされた電源装置
    とからなることを特徴とする請求項2記載の熱間等方圧
    加圧装置。
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