JPH02301545A - 高融点金属から成る耐高温クリープ性半製品又は成形部品の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ産業上の利用分野コ この発明は、単独ないし複数の又は他の金属成分を含む
主成分としての高融点金属バナジウム。

ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン
の分散強化合金の焼結された又は溶融して作られた中間
材料から成る大きい高温クリープ強度の半製品又は成形
部品の製造方法に関する。

［従来の技術］ 高融点金属から成る半製品特に成形部品に対しては、改
善された高温強度特性特に一層高い高温クリープ強度が
要求される。この種の金属の強度特性はいずれも同様に
合金化、変形強化、エージング処理及び分散強化により
達成される。＃クリープ性合金の製法の中では、短繊維
組織すなわち個々の金属粒子が少なくとも１：２のアス
ペクト比を有する組織を金属中に発生させるという目的
に沿って、特にドーピング法及び変形法が有効であるこ
とが判明している。ずっと以前から高融点金属がこの目
的のために特にカリウム、アルミニウム及びケイ素をド
ーピングされた。近年では酸化物及び炭化物ベースの分
散質によるドーピングがますます重要になってきている
。この種の合金は例えばオーストリア国特許第３８８１
３１２号明廁書に記載されている。

耐高温クリープ性材料の公知の製法中では、直接連続し
９０％以上の非常に高い変形度までのできる限り大きい
変形工程による高温変形が最善の高温クリープ強度値を
与える。その際そのように変形された材料は、できる限
り明確な短繊維組織を形成するために続いて再結晶化熱
処理を受ける。複数の変形工程と８悪理とを伴なうこれ
らの方法は時間と費用とがかかるが、しかし有力な学説
によれば最高の高温クリープ強度を達成するために不可
欠である０例えば所望の変形度又は所望の被加工物形状
への変形工程を十分に速くかつ過度の冷却無しに行うこ
とができない場合には、代案として６０〜８０％の変形
度の熱ｍ１変形が場合によっは被加工物を中間加熱しな
がら単一の工程で行われる。このようにして仕上げられ
た合金の高温強度値は短繊維組織を形成した場合の値よ
り明らかに低い。

［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、一層少ない数の工程及び一層高い経
済性により従来用いら゛れた方法とは異なるような、高
融点金属の分散強化された半製品又は成形部品の製造方
法を提供することにある。それにもかかわらずこの方法
は１合金の主成分の融点の４分の３以上の温度の場合に
も、公知の材料より一層高い高温強度値特に一層高い高
温クリープ強度を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ この課題は、前記材料から成り焼結された又は溶融して
作られた中間材料が中間製品に加工される場合の方法に
おいてこの発明に基づき、中間材料が２回ないし４回に
わたり、９００℃〜１６００℃の範囲でそれぞれの金属
主成分に対し一般に用いられる熱間変形温度で、それぞ
れ３〜２５％ずつ、合計で最大７５％まで高温で機械的
に変形させられ、またそのときに中間材料が個々の変形
工程の間に、ほぼそれぞれの熱間変形温度からそれぞれ
の再結晶温度までの範囲の温度で、１時間ないし６時間
中間熱処理されることにより解決される。

この場合「半製品」とは例えば鍛３７１素材、棒、円形
プレス素材、板及び線材を意味する。これに対して成形
部品とは、半製品から切削のような成形法によりしかし
ながら金属組織及び金属特性に別に影響を生じることな
く作られた部品であり、更にまた中間材料から一連の熱
間変形で同時に使用可能に仕上げられた成形部品にまで
加工された部品を意味する。

前記主成分のほかに問題となる最も重要な合金元素は周
期表の第■族の金属、又は高融点金属の合金において既
に用いられているその他の元素特にレニウム及び白金で
ある。高融点金属のための分散質中では酸化物、すなわ
ち酸化トリウム、酸化マンガン、酸化チタン、酸化ジル
コニウムのほかに特に希土類の酸化セリウム、酸化イツ
トリウム、酸化ランタンが特に有効であることが判明し
ている。そのほかに炭化物、ケイ化物、ホウ化物及び窒
化物が高融点金属の分散質として有効に使用される。ア
ルカリ土金属、アルミニウム及びケイ素は非常に高い材
料使用温度の場合のその公知の欠点のためにここではほ
とんど用いられないが、しかし全く除外すべきではない
。

また「一般に用いられる熱間変形温度」とは、鍛造及び
／又は槌打ちによる熱間変形の際にそれぞれの高融点金
属に対して有利に用いられる温度を意味する。その際質
的に価値の高い例えば亀裂の無い製品が方法の経済性と
同様に条件となる。

最適の温度は１１明のように比較的低い融点のクロムに
対しては例えばタングステンに対するより明らかに低い
が、しかし常に再結晶が始まる温度以下である。変形工
程ごとに用いるべき変形度は臨界変形度の範囲、すなわ
ち次の熱処理により粒子成長が現れる範囲に制限すべき
である。

別の使用可能な熱間変形法として押し出し及び引き抜き
を挙げることができる。

従来実地に適用された学説をかんがみれば、小さいパー
センテージかつ最高で７５％以下しかし一般にははるか
に小さいパーセンテージの変形が、前記中間熱処理工程
と組み合わせてそのように有利な高温クリープ強度特性
を午えるということは全く意外であった。従来は前記材
料の場合にできる限り高い高温クリープ強度を得るため
には、少なくとも９０％一般にはそれよりはるかに高い
変形が不可欠であるということが前提となっていた。

この発明に基づく方法により製造された高融点合金は必
ずしも短ａｍ組織を形成する必要がなく、それにもかか
わらず短繊維組織を有し匹敵する高融点合金に対して従
来知られていた値よりも一層高い高温クリープ強度が得
られる。ということは同様に意外でありかつ予測できな
かった。それにもかかわらず高融点金属の個々の合金の
場合の高温強度特に高温クリープ強度に対する最高値は
、この発明に基づく基本方法の変形室において、個々の
変形工程の後の中間熱処理が、所定の全熱処理時間のほ
ぼ半分にわたりそれぞれの材料の再結晶温度を超える温
度すなわち１３００℃〜２１００℃で行われ、続いて第
２の半分の時間にわたりほぼ熱間変形温度で行われると
きに達成することが゛できた。熱間変形温度は基本的に
それぞれの材料に対する再結晶温度以下のところにある
。−貫した中間熱処理とは異なるこの二分割の中間熱処
理により短Ｉｌｉ維組織を得ることがでさ、この短繊維
組織は相応の材料め高温クリープ強度を更に著しく高め
る。

［発明の効果］ この発明に基づく方法により製造された高融点合金の重
要な長所は、それぞれの融点の約４分の３である温度範
囲における大きい高温クリープ強度値であり、この温度
範囲では他の方法に基づき製造された耐高温クリープ性
合金は相応の値に既に著しく低下する。この発明に基づ
く方法の別の長所は、高温クリープ強度のほかに別の高
温強度値すなわち引張り強さが十分な永久伸びを伴なっ
て比較的良好であるということにある。

この発明に基づく分散強化合金は、金属成形部品の高温
変形加工のための鍛造金型又はプレス金型において、特
に等温の高温鍛造の際に金型として有利に用いられる。

別の適用分野はＸＭ管のための回転陽極である。

高い高温クリープ強度の高温用合金中では、ジルコニウ
ム、ハフニウム及び若干の炭素を添加したモリブデン合
金が従来から特に良好な高温強度特性を示していた。こ
の合金はＺＨＭ合金として知られ、ＴＺＭとして知られ
たモリブデン合金の改良品である０次の表は、この発明
に基づき製造された酸化物分散強化ＺＨＭ合金が、従来
の方法に基づき製造されたＺＨＭ合金より明らかに良好
な高温強度値特に高温クリープ強度値を達成することを
明らかに示す。

比較のために用いられたＺＨＭモリブデン合金は約７０
％の同一の総変形度で作られたが、しかし単一の工程で
行われこの発明に基づく小さい変形度の後の中間熱処理
は行われなかった。

大きい高温クリープ強度に関してずっと前から主流であ
ったＴＺＭモリブデン合金はもはや全く比較にならなか
った。なぜならばこの試験片は前記負荷条件のもとで既
に１分以内にちぎれたからである。

１）１１００℃、　４５ＯＮＩｔｉ履２での一次クリー
プ速度（ｂ−１）２）１４５０℃、真空中、５ｍｍ／分
の試験速度での高温引張り強さく　Ｎ／麿、２） ＺＨＭ　＝Ｍｏ；　１．２　Ｈｆ；　０．４　Ｚｒ；　
０．１５　Ｃ［実施例］ 鋏」 約５ｐｍの粒度のモリブデン金属粉末が１．２重量％の
Ｈｆ、０．４重量％のＺｒ、０．１５重量％のＣの微粉
添加物及び約０．８ＪＬｍの粒度の１．０重量％のＣｅ
Ｏ２と混合され、この混合物がゴムチューブに充填され
加振圧密化され、そして２５００ｂａｒの圧力で木中冷
ＩＩＩ等方静加圧された。！：Ｊ方加圧された棒はその
ままで７５ｍｍの直径に旋盤上で旋削され、続いて５５
ｍｍの高さに切断された。この円柱は乾燥水素雰囲気（
Ｎ点−３５６Ｃ未満）中で５時間２０００℃で焼結され
た。焼結密度は９．５０ｇ／ａｍ３であった。変形工程
は、水素を充満された炉の中で２０分間１２００℃に焼
結晶を加熱すること、更に４３ｍｍの高さに更に据え込
むこと、及びまず１時間にわたり２０００℃で続いて１
時間にわとを含んでいた。続いて鍛造炉中で１２００℃
に２１．０分間加熱され、約１０％の変形度で３９ｍｍ
の高さに鍛造された。熱処理と鍛造とは更に２回繰り返
された。すなわち２０００℃で１時間及び１５００℃で
１時間の熱処理、 鍛造炉への挿入、３５ｍｍの高さへの鍛造、２０００℃
で１時間及び１５００℃で１時間の熱処理、２０分間で
１２００℃に加熱及び１２ｍｍの高さへの仕上げ鍛造が
行われた。

このように製造された試験片が高温強度特性につき検査
された。実験結果は前記表に示されている。

扛ヱ 例１に示した方法が次の合金組成に対して繰り返された
。

Ｍ　ｏ　−１、２重量％ｃ７）Ｈｆ、０．４重量％のＺ
ｒ、０．１５重量％のＣ及び例１と異なって０．２５μ
ｍの粒度の１重量％のＹ２０３　ｅ氾 青色の酸化タングステンの水素還元により得られ３．８
０１Ｌｍの粒度を有するタングステン金属粉末が、１．
２０重量％のＨｆ、０．４０重量％のＺｒ、０．１０重
量％のＣ及び０．８ｐｍ粒度の１重量％のＣｅＯ２と混
合され、強制ミキサ中で混合され母型プレス金型中で直
径１０５ｍｍ高さ５５ｍｍにプレスされた。この円形プ
レス麦材は７時間２５００℃で露点−３５℃の乾燥水素
中で焼結され、１７．７ｇ７ｃｍ３の密度に達した。焼
結後に円形プレス素材の寸法は直径９０ｍｍＸ高さ４８
ｍｍとなった。

円形プレス素材はまず２０分間１５００℃に加熱され、
そして熱間鍛造により４３ｍｍの高さに据え込まれた。

続いて円形プレス素材の中間熱処理が２時間１５５０℃
で水素雰囲気中で行われた。そして円形プレス素材は再
び１５５０℃で２０分間加熱され、この温度で第２の鍛
造工程において約１０％の変形度で３９ｍｍの高さに変
形させられた。続く熱処理は再び１５５０℃で２時間水
素雰囲気中で行われた。第３の鍛造工程のために再び１
５５０℃で２０分間加熱され、 そして３５　ｍ　ｍの高さに鍛造された。最後に円形プ
レス素材は４度目に２時間１５５０℃で熱処理され、１
５５０℃で２０分にわたる最後の加熱の後に１７ｍｍの
高さに仕上げ鍛造され、この鍛造温度から炉中で夜間に
室温まで冷却された。

このようにして製造された試験片を検査した結果、１６
００℃において、中−の鍛造工程で製造されたタングス
テン合金のクリープ特性を約１０％上回るクリープ特性
が得られることが判Ｄ１１シた。

（１゛・１′−０゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）単独ないし複数の又は他の金属成分を含む主成分と
   しての高融点金属バナジウム、ニオブ、タンタル、クロ
   ム、モリブデン、タングステンの分散強化合金の焼結さ
   れた又は溶融して作られた中間材料から成る大きい高温
   クリープ強度の半製品又は成形部品の製法において、中
   間材料が２回ないし４回にわたり、９００℃〜１６００
   ℃の範囲でそれぞれ の金属主成分に対し一般に用いられる熱間変形温度で、
   それぞれ３〜２５％ずつ、合計で最大７５％まで高温で
   機械的に変形させら れ、またそのときに中間材料が個々の変形工程の間に、
   ほぼそれぞれの熱間変形温度からそれぞれの再結晶温度
   までの範囲の温度で、１時間ないし６時間中間熱処理さ
   れることを特徴とする高融点金属から成る耐高温クリー
   プ性半製品又は成形部品の製法。 ２）個々の又はすべての中間熱処理がそれぞれ二つの部
   分工程で行われ、その際第１の部分工程が半分の中間熱
   処理時間にわたり、再結晶温度を超える温度すなわち１
   ３００℃〜 ２１００℃の温度で行われ、第２の部分工 程が前記基本方法で用いられるほぼ半分の時間にわたり
   、選択された熱間変形温度で行われることを特徴とする
   請求項１記載の製 法。 ３）熱間変形が熱間鍛造により行われることを特徴とす
   る請求項１又は２記載の製法。 ４）酸化物及び／又は炭化物をベースとする分散質を含
   む合金が処理されることを特徴とする請求項１ないし３
   の一つに記載の製法。 ５）分散質としてＣｅＯ＿２、Ｙ＿２Ｏ＿３、ＬａＯ＿
   ３及び／又はＴｈＯ＿２が用いられることを特徴とする
   請求項４記載の製法。 ６）高融点金属として、ジルコニウム及びハフニウムを
   添加され微細分散された分散質として酸化物及び炭化物
   を含むモリブデン合金が用いられることを特徴とする請
   求項１ないし５の一つに記載の製法。 ７）熱間変形が１２５０℃〜１３５０℃の 温度で行われることを特徴とする請求項６記載の製法。 ８）金属成形部品の高温変形加工のための鍛造金型又は
   プレス金型に用いることを特徴とする請求項１ないし７
   の一つに記載の製法で製造された分散強化合金。 ９）Ｘ線管のための回転陽極に用いることを特徴とする
   請求項１ないし７の一つに記載の製法で製造された分散
   強化合金。