JPH0225961B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明は、一般に金属成形技術に関し、更に詳
細には予合金化ガス微粒化（atomized）金属粉
末をカンの必要なしに押し出す方法に関する。 背景技術 粉末冶金法は、金属物品をそうでなければ製作
することが困難である形で製造する周知技術であ
る。更に、熱機械的加工（「TMP」」工程が施さ
れる前に合金化材料を選択的にブレンドすること
によつて、最終合金の物理的特性および化学的特
性は、制御され得る。 成形物品の各種の製造法のうち、キヤニング
（canning）法が最も普通である。簡単には、金
属粉末（元素状または予合金化）は、真空下また
は非酸化雰囲気中で密封されている軟鋼製カン
（can）に導入される。次いで、カンは、熱間加
工されて正味に近い形状を形成する。カンは、機
械的または化学的に除去される。 ここでの困難は、カンの使用が包含されかつ追
加の工程および費用を必要とすることである。カ
ンの不利は、(1)カンの製造コスト、(2)粉末をカン
に添加し、そしてカンを排気して（またはそうで
なまればカンを処理して）粉末が爾後の加熱工程
時に酸化するのを防止するプロセス、および(3)製
品からのカンの除去（脱カン操作）である。 粉末冶金技術は、しばしば、圧密
（consolidated）金属体を100％近い密度にさせる
手段として熱間加工を包含する。前記のように、
粉末の熱間加工および加熱は、酸化を防止するた
めに非酸化雰囲気中で行われなければならない。
酸化は、最終製品の密度を限定しかつ同時にその
性質に悪影響を及ぼすであろうので、回避されな
ければならない。個々の粒子の比較的大きい表面
積およびそれらの間の曲がりくねつた通路のた
め、粉末は、弱体化させる酸化を受けやすい。従
つて、粉末は、カン〔または加熱アイソスタテイ
ツク（isostatic）プレス中であるならば、弾性袋
（bladder）に入れられ、そして処理される。 ガス微粒化粉末は、清浄であり（即ち、通常の
粉末において「接着剤」として作用する不純物を
欠いている）、かつ形状が一般に球状であるので、
問題をなお一層複雑にする。これらの粉末は、冷
間圧縮可能ではなく、そして熱間圧粉
（compaction）法は、製品コストをかなり嵩ませ
る。つかみ、かつロツクする不規則的表面吸蔵
（通常の粉末のように）がないので、球は良く圧
粉しない。 同時に酸化に関連する問題を排除しながらカン
の使用なしに押し出すことができるガス微粒化粉
末から作られるビレツトの製法を開発すること
が、望ましい。 本技術に関連する代表的文献は、鉄および鉄基
合金が多数の元素と混転されて焼結体を被覆する
米国特許第3549357号明細書、圧密金属粉末が押
出前にガラスで被覆される米国特許第3798740号
明細書、および圧密金属粉末が押出常に表面封孔
され、そして酸化される米国特許第3740215号明
細書を包含する。 発明の概要 ニツケル基合金ビレツトのカン不使用の熱間加
工法が、提供される。追加のニツケル粉末とブレ
ンドされたガス微粒化合金粉末は、理論密度の約
60％に圧粉される。圧粉体は、非酸化雰囲気中で
焼結される。圧粉体の表面は、封孔されて、その
中での酸素拡散を減少し、再焼結され、次いで熱
間加工される（40％以上）。 発明を実施するための好ましい形態 粉末が焼結雰囲気に不透過性の物体に含有され
かつ焼結温度にある際に熱間加工に付されなけれ
ば、多数の理由（粉末粒子の大きさ、粉末形状、
粉末の清浄さなど）で、圧密粉末圧粉体で100％
近い密度を達成することは、しばしば困難または
不可能である。 コストを下げかつカンの必要を排除するため
に、以下のプロセスが開発された。プロセスは、
粉末を保護容器内で処理せずに理論密度の100％
に近づく。 予合金化ガス微粒化ニツケル基粉末は、先ず追
加のニツケル粉末とブレンドされ、そして得られ
た粉末を容器（管、スラブ、箱など）内で重力充
填することにより、または得られた粉末を適当な
結合剤と混合し、次いで水素雰囲気中で焼結する
ことにより圧粉されて、取扱いの容易さに望まし
いグリーン強度を得る。次いで、物体は、任意に
ニツケル粉末の追加の存在下に表面封孔操作に付
される。封孔物体は、再焼結され（非酸化雰囲気
中で）、次いで常法で熱間加工されて最大密度を
得る。 本法の詳細は、以下に詳述される。 予合金化ニツケル基ガス微粒化粉末は、既知の
方法で一緒にブレンドされて所望の合金組成物を
調整する。追加のニツケル粉末が、予合金化粉末
に添加される。 追加ニツケル粉末の量は、合金の全ニツケル含
量の約10％〜約50％の範囲であることができる。
後述の理由で希釈の予合金化ニツケル粉末を作用
することが、好ましい。 追加ニツケル粉末の量が約10％未満の場合は、
目的とする強度の増大ならびに封孔効果が得られ
ず、一方追加ニツケル粉末の量が50％を超えると
合金成分全体に対するニツケル含有量が大きくな
りすぎ所定の最終製品の特性を得ることができな
くなるので好ましくない。 得られる粉末混合物は、如何なる既知の方法に
よつても圧密される。容器（例えば管）を重力充
填して最大冷間高密化（理論密度の約60％）を達
成するか、粉末を好適な結合剤〔登録商標ナトロ
ゾル（Natrosol）、登録商標ルサイト（Lucite）
など〕と混合し、粉末を押し出すか静水的に圧縮
して所望の高密化を得るかのいずれかが、好まし
い。逆説的に、ガス微粒化粉末は非常に清浄であ
りかつ一般に形状が球状であるので、容易には冷
間圧粉されない（元素または合金化粉末と区別さ
れるように）ことに留意すべきである。それ故、
適当なグリーン強度を得るためには、粉末は、重
力充填されるか機械的圧密操作に付されるべきで
ある。 なお、本発明において「圧密」とは広く固形化
することを意味し、上記のように重力充填によつ
て所望の形態に成形する場合を含む。 次いで、物体は、容器から取り出され、または
結合剤で処理されるならば先ず結合剤燃え切り操
作に付される。燃え切りが利用されるならば、物
体は、非酸化雰囲気（真空、不活性または還元ガ
ス）中での短い加熱／冷却操作に付されて、結合
剤を追い出しかつ酸化が生ずるのを防止する。 とにかく、粉末は、水素雰囲気中で約2100〜約
2200〓（1150〜1205℃）において約２〜８時間焼
結され、次いで冷却される。物体中の追加のニツ
ケル粉末は、合金粉末それ自体よりも迅速に焼結
し、このようにより速い焼結時間を可能にし、エ
ネルギーおよび時間コストの付随節約をもたら
す。換言すれば、ニツケル粉末の添加は、追加ニ
ツケルなしの合金粉末よりも速く物体が所望の最
大中間グリーン強度を達成するのを可能にする。
更に、水素は平均してアルゴンよりも２〜３倍安
いので、この工程での還元水素の使用は、例えば
アルゴンまたは窒素よりも好ましい。更に、チタ
ン、クロム、モリブデンなどを含有するニツケル
基合金を利用する時には、窒素は、このようなマ
トリツクス内で窒化物生成剤である傾向がある。
このことは、窒化物介在物が最終合金の所望の特
性を下げる傾向があるので回避されるべきであ
る。追加的に、水素は、表面酸化物も減少し、そ
して表面活性化を増大することによつて焼結を助
長する。 次いで、物体は、表面封孔操作に付される。前
記焼結工程は、封孔操作によつて必要とされる爾
後取扱いに適当な強度を物体に与える。物体の表
面を封孔することによつて、物体は、そうでなけ
れば最終燃結および熱間加工から生ずるであろう
酸素浸透に対して非常に不透過性になる。最終焼
結も、所要の熱間加工操作前に物体を加熱するこ
とによつて達成され得る。 この表面封孔工程は、キヤニングプロセスの結
果に良く似ている。その理由は、両操作が物体へ
の酸素の導入を拒絶するからである。カン（およ
びキヤニング操作に伴う関連工程）を排除するこ
とによつて、増大された経済性が達成され得る。 表面封孔は、表面を加工硬化（冷間加工）する
か、そうでなければバリヤーを物体と雰囲気との
間に形成することによつて達成され得る。表面細
孔は完全に封孔されなければならないので、単純
な被覆操作は、不十分であるとみなされる。封孔
は、表面ブラニツシング、機械加工（例えば彫
刻）、ニツケルメツキ、グリツトブラスト、ピー
ニング、火炎またはプラズマ溶射、誘導加熱、レ
ーザー衝突などによつて達成され得るが、本発明
においては、機械加工、特にボールミル中におい
てタンブリングさせることによつて封孔を行うこ
とが好ましい。 封孔物体は、本質上加熱操作である再焼結に付
されて、物体をその熱間加工温度にさせる。加熱
条件は、物体を所定温度までにさせるのに十分な
時間約2100〜2200〓（1150〜1205℃）である。真
空、不活性または還元雰囲気が、再度、酸化を妨
げるために使用される。 次いで、熱間加工品は、熱間加工されて（押
出、鍛造、圧延など）高密化プロセスを完了す
る。 前記プロセスは、ニツケル基管、棒、平らなも
のまたは如何なる他の所望のミルフオーム
（form）の製造に使用され得る。 非限定例は、以下に提示される。カン不使用法
は、ガス微粒化金属粉末から形成された100％に
近い密な粉末製品を生ずる。 例 工程１ ニツケルが希釈化（Ni26％）されたアルゴン
微粒化インコロイ（INCOLOY）合金825とイン
コ（INCO）型123粉末（全ブレンド重量の16.5
％）とのブレンドをブレンダー中において強化棒
で30分間ブレンドした。インコロイ（インコフア
ミリーの会社の商標）合金825は、主としてニツ
ケル（38〜46％）、クロム（19.5〜23.5％）モリ
ブデン（2.5〜3.5％）、銅（1.5％〜３％）および
鉄（残部）から調製される合金であり、そして攻
撃的に腐食性の環境において特に有用である。イ
ンコ（インコフアミリーの会社の商標）型123ニ
ツケル粉末は、不規則なスパイク状表面を有する
均一粒径および構造の本質上純粋なニツケル粉末
である。 工程２ ブレンドされた粉末を、予め内径が酸洗いさ
れ、かつ加熱されかつアルミナと水とのスラリー
からなる離型剤で被覆された２つの３ 1/2インチ
（8.9cm）のスケジユール40管内に重力充填した。 工程３ 管を乾燥した後、２つの型をブレンドされた粉
末で充填し、砂密封レトルトに仕込み、酸素が
0.4％になるまで窒素でパージし、水素下で2200
〓（1204℃）において８時間焼結した。 工程４ 焼結されたビレツトを型から取り出し、１つの
ビレツトを直径9/16インチ（3.8cm）の鋼球を含
有するボールミルに入れ、低い毎分回転数
（rpm）で２時間混転した。周囲温度の空気環境
を使用した。次いで、速度を34rpmに上げ、４時
間行つた。このことは、表面封孔ビレツト(A)を製
造した。ニツケル粉末は、所望ならば封孔操作を
更に助長するために仕込物に添加され得る。 工程５ 表面封孔ビレツトＡをボールミルから取り出
し、長さ約15インチ（38cm）の２つの長物（A1
およびA2）に切断し、切断表面上でボールピー
ニングして端部を封孔した。表面封孔しないビレ
ツト(B)も、２つの長物(B)およびB2）に切断した。 工程６ ビレツトA1およびビレツトB1を2150〓（1177
℃）において非酸化雰囲気（アルゴン）中で２時
間加熱し、押出プレスで据込みを行つた。これら
のビレツトを冷却し、３ 1/2インチ（8.9cm）の
容器寸法に旋盤で丸削りし、アルゴン中で追加の
２時間加熱後、９インチ（23cm）／秒で押し出し
た。両ビレツトを直径１インチ（2.5cm）および
長さ48インチ（122cm）に成功裡に押し出した。
熱間引裂が生じた。押出は、非酸化環境中または
酸化環境中のいずれかで行われ得る。 工程７ アルゴン中で2150〓（1177℃）において２時間
加熱後、据込みを行わずにビレツトA2およびビ
レツトB2を押し出した。ビレツトB2を直径１イ
ンチ（2.5cm）および長さ約48インチ（122cm）に
押し出した。不幸なことに、ビレツトA2は、プ
レス上の圧力の損失のため、直径１インチ（2.5
cm）および長さ８〜９インチ（20〜23cm）のフオ
ームに押し出されるだけであつた。 以下の観察を行つた（材料の多孔性状のため、
油潤滑を使用しなかつた）。 １ ビレツトB1（据込み＋押出＝表面コンデイシ
ヨニングなし）：全体に優秀。潤滑が貧弱また
は不存在に見える小さい領域が観察された。 ２ ビレツトA1（据込み＋押出−表面コンデイシ
ヨニング）：最後の25インチ（63.5cm）上で良
好な表面−最初の23インチ（58.4cm）は明らか
に適当には潤滑されず。 ３ ビレツトB2（押出−表面コンデイシヨニング
なし）：最初の12インチ（30.5cm）は良好な表
面−棒の残りは貧弱な潤滑の証拠を示した。 ４ ビレツトA2（押出−表面コンデイシヨニン
グ）：優秀な表面状態。 顕微鏡写真（microphotograph）（第１図〜第
４図）の検討は、本発明の効能を明らかにする。
すべての図は、押し出したままの状態である。 160倍でとられる第１図は、ビレツトB1の艶出
横断方向中心部分の顕微鏡写真である。酸化物介
在物は、明らかに可視であり、そして多数であ
る。 また160倍でとられる第２図は、ビレツトA1の
艶出横断方向中心部分の顕微鏡写真である。酸化
物量は、第１図で示される量よりも実質上少な
い。 500倍でとられる第３図は、ビレツトA1のエツ
チングされた〔登録商標ニトラール（Nitral）
中〕横断方向縁部の顕微鏡写真である。封孔され
た粒界は、明らかに可視である。 また500倍でとられた第４図は、ビレツトB1の
エツチングされた（登録商標ニトラール中）横断
方向中心位置の顕微鏡写真である。第３図および
第４図は、直接の比較を厳密には述べていない
が、酸化物介在物は、ビレツトA1の縁部よりも
ビレツトB1の中心においてなお一層多数である
ことが明らかな筈である。明らかにより大きい粒
界は、合金を構成する元の粉末粒子である。 化学分析（以下参照）は、ニツケル粉末を添加
したガス微粒化ビレツトを封孔することが低い酸
素介在物を生ずるという命題を支持する。ビレツ
トB1およびB2中のより高い窒素量についても留
意。

【表】 列挙されたビレツトの封孔法のうち、ボールミ
ルの使用が、実際に使用するのに最も容易である
らしい。ボール仕込物へのニツケル粉末の添加
は、操作の封孔効果を増大すると信じられる。ニ
ツケル粉末は、ガス微粒化合金組成物を強化する
目的並びに文字通りに表面細孔に塗布される時に
ビレツトの表面を機械的に封孔するのを助長する
という目的の２つの目的を有する圧粉体の一体成
分である。ボールミルで処理された表面は、深さ
約0.005〜0.01インチ（0.13mm〜0.25mm）であると
算定される。 多数の理由で追加のニツケル粉末と一緒に希釈
の予合金化ニツケル粉末を利用することが、好ま
しい。追加のニツケル粉末と一緒の希釈粉末は、
追加のニツケル粉末粒子の不規則的形状を予合金
化粉末を構成する粒子間の機械的ロツキング結合
として作動させる。更に、希釈粉末は、広範囲の
予合金化粉末の大きさの使用を可能にする。それ
らは、そうでなければ必要とされる大きさ程小さ
い必要はない。更に、追加のニツケルは、予合金
化粉末よりも軟質である。それは更に変形性であ
るので、ニツケルは、封孔操作時に予合金化粉末
の表面を封孔するのを助ける。 第一焼結工程を水素環境中で生じさせることが
好ましいが、ボールミル雰囲気は、不活性ガス、
真空、または空気さえ包含できる。ミル処理時間
が長くない限り、封孔されるべき表面は、物体を
酸化から保護するであろう。 法令の条項に従つて、本発明の特定の態様がこ
こに例示されかつ記載されているが、当業者は、
特許請求の範囲によつてカバーされる本発明の形
態内で変化を施すことができること、および本発
明の或る特徴が他の特徴の対応の使用なしに時々
有利に使用され得ることを理解するであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図および第４図は、本発明に従つては処理
されていないビレツトの金属組織の顕微鏡写真、
第２図および第３図は本発明に従つて処理された
ビレツトの金属組織の顕微鏡写真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主成分としてニツケルを有するガス微粒化合
   金粉末のカン不使用の熱間加工法であつて、合金
   粉末を追加のニツケル粉末と、該追加ニツケル粉
   末の量がブレンド粉末中の全ニツケル含量の10〜
   50％の量となるようにブレンドし、得られた粉末
   をフオームに固形化し、このフオームを第一非酸
   化環境中で爾後の取扱いに十分なグリーン強度を
   達成するのに必要な時間焼結し、このフオームを
   ボールミル中でタンブリングさせることによりフ
   オームの表面を封孔し、封孔されたフオームを第
   二非酸化環境において熱間加工温度に加熱し、そ
   してフオームを熱間加工することを特徴とする、
   ガス微粒化合金粉末のカン不使用の熱間加工法。 ２ 前記タンブリングないし封孔工程において、
   ボールミル中にさらにニツケル粉末を導入する、
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。