JPH0639525A - 揺変性の成形可能な材料の特性を改良する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強度が強い、製造が容易で、非常にコストの
低い揺変性の成形材料の提供。 【構成】 実質的に金属材料の順に積層された一連の層
１２を有し、層の少なくともいくつかは異なる特性を有
する揺変性の成形可能な材料及びそれを形成するための
方法が提供される。層は異なる材料であり、層はいくつ
かが補強材料１０を備え、他の層は備えていないという
点１１で異なる。補強材料６は、球状、ファイバ状また
は他の形状を有し、種々のカーバイドまたは他の適当な
補強材料でつくられる。揺変性の成形材料はシート、円
筒形状または他の適当な形状で形成され、成形段階に必
要な容積及び／形状に切断される。この種の層状材料
は、３次元の構造によって強度及び損傷抵抗が改良され
ている揺変性の材料の利点を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、かくはんしている状態
で溶融金属の凝固を可能にすることによって形成される
種類の揺変性の成形可能な(ｔｈｉｘｏｆｏｒｍａｂｌ
ｅ）材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】揺変性の成形法は、同じ材料を鋳造する
ために必要な温度よりかなり低い温度及び低い成形負荷
を使用して１つの操作で金属及び合金を成形するための
方法に関する。この方法は、半凝固状態の金属または合
金を使用し、凝固中に通常形成される樹枝状結晶構造が
凝固材料を動かすか、またはかくはんすることによって
破壊されるビレット（ｂｉｌｌｅｔｓ）またはプレフォ
ーム（ｐｒｅ−ｆｏｒｍ）の使用に基づいている。結果
として生じる製品は、加熱時にチクソトロピック（ｔｈ
ｉｘｏｔｒｐｉｃ）であり、実質的に高速のシェア速度
で液体として、低速のシェア速度で固体としてふるま
う。初期のＭ．Ｉ．Ｔ方法におけるように機械的な揺
動、電気誘導揺動及び他の方法のようなチクソトロピッ
ク材料を形成するために多数の方法が存在する。これら
の方法において、凝固する合金は冷却中に動かされる。
そのように形成された鋼片は、次の鋳造において、すな
わち直ぐに使用される。いわゆるオスプレイ方法といわ
れる他の方法において、溶融合金が制御された方法で冷
却されたデポジット（ｄｅｐｏｓｉｔ）または、コレク
タ上に噴霧される。この噴霧は、不活性ガスを使用して
霧吹き作用によって行われる。そのように形成されたデ
ポジットは再加熱の後に、所望の物品を鋳造するために
使用される。

【０００３】このような方法の双方において、シリコン
カーバイド、ボロンカーバイド、チタンカーバイド及び
他のカーバイドまたは窒化物、アルミナ、マグネシア、
ボロン、無煙炭、ガラス、セラミックまたは中間金属材
料または「ウイスカー（ｗｈｉｓｋｅｒｓ）」の１つま
たはそれ以上の材料からなる粒状補強材料が導入され
る。

【０００４】これらの粒子は、ビレットを鋳造する前
に、熔融物に導入されるか、その段階中に噴霧された溶
融スプレー中にスプレーされる。このような方法におい
て、張力強さ及び他の特性が改良されるが、（突然の衝
撃に抵抗する）強さは補強材がない材料に比較して低減
する。

【０００５】次にビレット、プレフォームまたはデポジ
ットは、材料の３０乃至７０％が液体である温度まで再
加熱され、この段階ではビレットは、固体としてふるま
う。ビレットまたはその部分は、非常に低い圧力で実施
することができるダイ鋳造または鍛造のような成形処理
に変換される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらの技術は、関連
する低温によってエネルギーの要求が小さい補強可能
な、良好な表面仕上げ、厳密な公差の製品をつくるが、
この製品は、従来の鍛造製品に比較して強度が低い。長
いファイバ補強金属のような他の比較可能な材料は製造
が困難で、非常にコストが高い。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の観点によれば、
少なくとも２つの層が異なる特性を有する材料で形成さ
れているコレクタ上に実質的に金属の材料層を順に積層
する段階を有する揺変性の成形可能な材料の特性を改良
する方法を提供する。

【０００８】好ましくは、層は、コレクタ上に同心円的
に積層される。最も好ましくは、コレクタは円筒形の形
状である。

【０００９】多数の異なる層が適用され、この層は、所
望の特性及び特徴を得るために反復ブロックで、または
他のシーケンスで繰り返す方法で順に適用される。

【００１０】この層はある層が補強材料を含み、他の層
が補強材料を含まないという点で異なる。代替案とし
て、使用される補強材料が層の間で異なる。

【００１１】好ましくは、交互に配置される層は異なる
特性を有する。異なる特性は、材料の異なる成分、整
合、処理法による。代替案としてこの層は、プレフォー
ムの異なる部分にわたって異なる特性を有する。

【００１２】異なる層は厚さが一定か、または変化す
る。プレフォームの異なる部分に異なる厚さが適用され
る。

【００１３】このように揺変性の成形可能な材料の有利
な特性を有するが、３次元の層状構造及び粒状補強材料
によって追加の強さ及び損傷に対する抵抗を備えた材料
が製造される。また、次の成形中、材料の半液体の性質
によって複合材料を形成する異なる層の間の良好な一体
的な接着を保証する。これは、凝固中に層を結合するよ
うに作用する層の境界において、流体部分の混合が制限
されることによるものである。

【００１４】本発明の第２の観点によれば、材料層の少
なくとも２つの層が異なる特性を有する材料層から成る
揺変性の成形可能な材料のプレフォームスラッグまたは
ブランクを提供する。

【００１５】好ましくは、異なる特性を有する層は、交
互に配置される。特に、材料は、補強材料及び非補強材
料の層から形成される。

【００１６】補強材料は配給され導入された材料によっ
て補強されるか、補強材料が元の位置に形成される。

【００１７】補強されない材料は、補強材料と同様であ
るが、補強材料を除いてまたはそれは、成分、特性、処
理または他の特性において異なる。

【００１８】補強材料は、セラミック、金属または中間
金属材料を有する。

【００１９】補強材料は球形、繊維状または他の形状で
ある。補強材料は、等方性を与えるようにランダムな方
向にあり、または補強材料は、異方性の特性を与えるた
めにいくつかの方法で整合される。

【００２０】本発明の第３の観点によれば、少なくとも
２つの層が異なる特性を有する材料で形成されている材
料層を有するチクソトロピックな材料から形成されたコ
ンポーネントを提供する。

【００２１】

【実施例】図１は、スプレー成形法を使用して成形され
ている材料のプレフォームを示す。溶融金属１は、不活
性ガス２の流れ、典型的には窒素またはアルゴンによっ
て噴霧され、回転及び往復動コレクタ３上に噴霧され
る。スプレー４を形成する小滴は、通常直径が約１００
μｍである。

【００２２】材料は、室に吹き付けられるガス５によっ
て、及び加減抵抗器によって制御されるコレクタ３によ
って冷却される。冷却とともにコレクタ３上へ加わる衝
撃の力は、樹枝状結晶構造のない揺変性の成形材料が形
成されることを保証する。スプレー４がコレクタ３に接
触する前に、補強材料が、粒子６とスプレー４とをよく
混合するために追加の吹き付けによる噴射によってスプ
レー４に加えられる。所望の厚さの層７がコレクタに適
用されたとき、コレクタは、同じ溶融材料１でスプレー
されるが、粒状補強材料８の追加なしに所望の水準まで
スプレー領域９を形成する。

【００２３】これを繰り返すことによって、図２に示す
ような補強層１０及び補強されない層１１及び他の層１
２の交代層を有するプリフォームをつくることができ
る。他の層は、異なる成分または多数の異なる特性を有
する異なる補強材料で補強してもよい。

【００２４】プレフォームの両端に層１３，１４が形成
され、層の厚さが変化する図３に示すような他の形状の
プレフォームが形成される。

【００２５】このプレフォームは、ダイカスティング段
に形成されるコンポーネントとして正しい容量の金属片
に切断される。

【００２６】もし必要ならば、ブランクは、金属片のた
めに十分な材料が溶解し、チクソトロピックにふるま
い、ダイの近傍に配置されることを保証するために加熱
される。この材料は、ダイ鋳造において６０−７０％が
溶融され、鍛造において３０−４０％が溶解する領域に
加熱される。

【００２７】チクソトロピックな金属片は、比較的低い
圧力でダイにされ、コンポーネントを成形するために冷
却される。鍛造操作による低い溶融内容によって使用さ
れる圧力は結果として高い。ダイに成形されたとき、材
料は、伸長し流れて所望の形状を占め、各層を薄くする
が、図４に示すように高粘度が層状の流れを保証するか
ら、それらの交互に形成された構造を維持する。このい
わゆる「ソリッドフロントフィル（ｓｉｌｉｄ−ｆｒｏ
ｎｔ ｆｉｌｌ）」はコンポーネント内に空気が入り込
む機会を少なくする。また半固体の凝固収縮の低さは、
コンポーネントの完全性を改良する。

【００２８】このように交互に形成された層を有するコ
ンポーネントが形成される。交互に形成されたコンポー
ネントは、補強されない層の改良された強さを有する。
また、この組み合わせは、割れを進ませ、離すことによ
ってコンポーネントを介して割れ及び破裂の進展を制御
する利点を有する。これは、損傷の抵抗性が増大するこ
と及び破裂に対する強さを与える。

【００２９】さらに、プレフォーム上の異なる場所で異
なる厚さ及び／または特性の領域を慎重に配列すること
によって、製造されるコンポーネントの異なる部分は卓
越した異なる特徴を有する。

【００３０】ビレットを製造するための他の技術は、一
定量の溶融材料が凝固材料のコアのまわりの鋳鉄に配置
されるシーケンス鋳造に見られる。凝固されたコアの容
量は、材料の層を形成するために温度がその熔融点以下
の点にあり、かくはん状態で凝固される溶融材料が残る
程度である。ビレットをつくるために一連の増大した鋳
鉄の大きさまたは膨張可能な鋳鉄が使用される。

【００３１】溶融材料は、誘導される電磁手段によって
または凝固されたコアを回転することによって動かされ
る。

【００３２】材料の層を適用するために一連のスプレー
形成機械を使用する可能性が考慮されている。このよう
に第１の機械は、１つの層を適用するために使用され、
プレフォームは次の第２の層のために第２の機械に転送
される。各材料に必要な異なる機械が必要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スプレー成形によってつくられているプレフォ
ームの図面である。

【図２】異なる層を示す図１のプレフォームの断面図で
ある。

【図３】異なる方向に形成されたプレフォームを通る断
面図である。

【図４】図３のプレフォームのダイ鋳造によって形成さ
れたコンポーネントを通る断面図である。

【符号の説明】

１ 溶融材料 ２ 不活性ガス ３ 往復動コレクタ ４ スプレー ５ ガス ６ 粒子 ７ 層 ８ 補強材料

フロントページの続き (72)発明者 ピーター・ロビン・ギルフォード・アンダ ーソン イギリス国ウースターシャー ダブリュー アール７・３イーダブリュー，インクベロ ー，ペッパー・ストリート 41

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実質的に金属の材料層を順に積層する段
   階を有し、少なくとも２つの層は異なる特性を有する材
   料で形成されていることを特徴とする揺変性の成形可能
   な材料の特性を改良する方法。
2. 【請求項２】 前記層は反復する方法でまたは反復する
   ブロックで順に適用されることを特徴とする請求項１に
   記載の方法。
3. 【請求項３】 ２つまたはそれ以上の層が異なる厚さで
   適用されることを特徴とする請求項１または２に記載の
   方法。
4. 【請求項４】 １つまたはそれ以上の層が異なる場所で
   厚さが変化することを特徴とする請求項１から３のいず
   れか一項に記載の方法。
5. 【請求項５】 異なる特性は、材料の異なる成分、整
   合、処置または処理によることを特徴とする請求項１か
   ら４のいずれか一項に記載の方法。
6. 【請求項６】 ２つまたはそれ以上の層を有し、材料層
   の少なくとも２つは異なる特性を有することを特徴とす
   る揺変性の成形可能な材料のプレフォーム、スラグまた
   はブランク。
7. 【請求項７】 交互に形成された補強層及び補強されな
   い層を有することを特徴とする請求項６に記載のプレフ
   ォーム。
8. 【請求項８】 補強材料はセラミック、金属または中間
   金属粒子であることを特徴とする請求項７に記載のプレ
   フォーム。
9. 【請求項９】 異方性の特性を有することを特徴とする
   請求項６乃至８に記載のプレフォーム。
10. 【請求項１０】 ２つまたはそれ以上の層を有し、材料
    層の少なくとも２つは異なる特性を有することを特徴と
    する揺変性の成形可能な材料から形成されたコンポーネ
    ント。