JPH08260003A - 熱間等方圧成形法 - Google Patents

熱間等方圧成形法

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JPH08260003A
JPH08260003A JP5895595A JP5895595A JPH08260003A JP H08260003 A JPH08260003 A JP H08260003A JP 5895595 A JP5895595 A JP 5895595A JP 5895595 A JP5895595 A JP 5895595A JP H08260003 A JPH08260003 A JP H08260003A
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JP
Japan
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hot isostatic
isostatic pressing
porous body
pores
present
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Withdrawn
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JP5895595A
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English (en)
Inventor
Masatomo Kamata
政智 鎌田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 新規な熱間等方圧成形法を提供する。 【構成】 多孔質体をセラミックス粒子と共にカプセル
容器中に密閉封入したのちに、該カプセル容器を熱間等
方圧プレスすることにより該多孔質体の気孔を圧着・消
滅させ緻密化することを特徴とする熱間等方圧成形法で
ある。 【効果】 最終製品形状の成形・焼結体中に含まれる残
存気孔を圧着できて材質特性を高めることができ、しか
も熱間等方圧プレスの媒体ガスの種類を問わないので、
高品質の冶金部品を低コストに製造できる。

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成形法に関
し、詳しくは粉末冶金法等によって製造した部品中に残
存する気孔を、熱間等方圧プレス装置を用いて圧着・消
滅させて材質特性を高める処理に関する。
【0002】
【従来の技術】粉末冶金法で製造した材料には、気孔が
残存しているものが多く、これが材質特性低下の大きな
原因となっている。そこで材料に外圧を加えて気孔を圧
着し材質を高める処理が行われている。この種の技術と
して熱間等方圧プレス法が知られており、いくつかの手
法がある。粉末を容器中に真空封入し、これを熱間等方
圧プレスして加圧成形と同時に焼結を行う手法では、粉
末から直接バルク材を製造することができるが、丸棒等
の単純形状のバルク材あるいは切削加工用の母材の製造
には有効であるが、複雑形状の製品をこの手法で製造す
ることは難しい。一方、あらかじめ焼結した多孔質体を
直接、熱間等方圧プレス装置中に挿入し気孔圧着処理を
実施する場合、供試材の外表面につながっている気孔
(開気孔)には等方圧が加わらないために、十分な焼結
を施して、開気孔を閉気孔(供試材の外表面につながっ
ていない気孔)にしておく必要がある。したがって直接
熱間等方圧プレスする手法は、気孔率が十分に小さく開
気孔がほとんどないような焼結体や、あるいは引け巣な
どの欠陥を有する鋳造材料などに用いられている。製品
形状に近いものを切削加工無しに製造できるという粉末
冶金法の特徴を生かすためには、直接熱間等方圧プレス
する手法を選択する必要が有るが、難焼結性の材料で
は、通常の焼結では閉気孔が大部分を占めるような緻密
な焼結体が得られない場合も多い。これに対して、加熱
可能な耐圧容器内にセラミックス等の粒子を充填し、そ
のなかに供試材を埋め込んだのちに、セラミックス粒子
を圧力媒体として疑似的な等方圧力を供試材に加える方
法(熱間疑似等方圧プレス法)によれば、閉気孔を圧着
することも可能であり、開気孔率が大きい焼結体の緻密
化処理として有効である。ただし、雰囲気制御の問題や
圧力伝達の異方性、装置の汎用性の問題から、実用装置
としては熱間等方圧プレス装置の方が圧倒的に多い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
技術の問題点を解消して、多孔質体に残存する気孔を圧
着・消滅させる新規な成形方法を提供することを目的と
するものである。また、特に従来困難であった部品の外
表面までつながっている開気孔を容易に圧着できる成形
方法の提供を目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意研究を重
ねた結果、熱間等方圧プレス装置を用いて、開気孔率が
大きい焼結体の緻密化処理が可能となる新規な熱間等方
圧成形法を見いだした。すなわち上記課題を解決する手
段として、本発明は多孔質体をセラミックス粒子等と共
にカプセル容器中に密閉封入したのちに、該カプセル容
器を熱間等方圧プレスすることにより該多孔質体の気孔
を圧着・消滅させ緻密化することを特徴とする熱間等方
圧成形法を提供する。
【0005】
【作用】図1に本発明の概念図を示し、同図を参照して
以下に具体的な説明を行なう。本発明においては開気孔
を有する焼結体に疑似的な等方圧力を加えるために、ま
ずカプセル容器中にアルミナなどのセラミックス粉末を
充填させる。この際セラミックス粉末の種類は特に特定
しないが、加熱加圧時に当該多孔質体と反応するような
ものは使用しないことが望ましい。例えばAl2 3
SiO2 ,MgO,ZrO2 ,Si3 4 などの1種ま
たは2種以上の固溶体、複合体などが挙げられる。セラ
ミックス粒子の粒径については、多孔質体の表面気孔径
と同程度かそれ以上のものを用いることが望ましい。こ
れは表面気孔径より微細なセラミックス粉末を用いた場
合、気孔中にセラミックス粉が侵入し製品中に取り込ま
れてしまうためである。
【0006】カプセル容器の材料についてもとくに限定
するところはないが、高温強度が高すぎる場合、加熱加
圧時に十分に変形できずに多孔質体への圧力伝達がうま
くいかなくなるために、例えば軟鋼のような高温強度が
さほど高くない材料を用いるのが一般的である。
【0007】続いて多孔質体をセラミックス粒子中に完
全に埋没させ、カプセル容器中を真空脱気してそのまま
真空を破らずに封入する。ここで真空封入するのは、多
孔質体中にガスが残存しているとうまく圧力が伝達して
も気孔が圧着されずに供試材中に残留してしまうためで
あり、有効な気孔圧着効果を得るためには、少なくとも
10-2torrより高真空、できれば10-4torrよ
り高真空に真空引きする。とくに多孔質体の表面や気孔
内面が酸化しやすいステンレス鋼やチタン合金のような
材料の場合、酸化物が多孔質体内部に取り込まれるのを
防ぐため10-4torr以上の高真空を確保することが
望ましい。
【0008】セラミックス粉末に多孔質体を埋没させた
状態で真空封入したカプセル容器は図1に示されるよう
にそのまま熱間等方圧プレス装置中に挿入され、加熱加
圧される。この際、カプセル容器が圧縮変形し、その結
果圧力がセラミックス粉末を媒体として多孔質体に伝達
されるため、適当な条件さえ選定すれば多孔質体にはマ
クロ的に見て等方圧が加わった状態になり開気孔、閉気
孔を問わず圧着されることになる。
【0009】本発明における熱間等方圧プレス条件につ
いては、多孔質体ごとに最適な条件があるため一概に説
明できないが、気孔の圧着を目的として開気孔をほとん
ど含まない多孔質体を熱間等方圧プレスする場合と同様
の条件を選定すればよい。熱間等方圧プレス装置の加圧
媒体としては窒素ガスやアルゴンガスが使用されるが、
とくにステンレス鋼などを直接窒素ガスを用いて処理す
ると表面より窒化されて材質が変化するため、従来法で
はこれを避けるために高価ではあるが不活性ガスのアル
ゴンを使用する。しかし本発明では供試材を容器中に真
空封入し加圧媒体のガスには直接接触することはないた
め、安価な窒素ガスで処理することが可能となる。この
点も本発明の利点のひとつである。
【0010】焼結体などの材質特性を向上させるため
に、従来熱間等方圧プレス装置や擬似熱間等方圧プレス
装置を用いて残存気孔を圧着する処理が実施されている
が、汎用性が高く、装置としても一般化されている熱間
等方圧プレス装置では、直接開気孔を圧着することはで
きない。そこで本発明では開気孔を有する多孔質体をセ
ラミックス粒子などと共にカプセル容器中に真空密閉封
入したのちに、熱間等方圧プレス装置中に挿入して昇温
加熱、加圧することによって気孔の圧着を可能にした。
この結果、最終製品形状あるいはこれに近い形状に成形
・焼結した多孔質体(供試材)中に含まれる残存気孔
を、開気孔・閉気孔を問わずしかも形状をほぼ保ったま
ま圧着することが可能になった。このように本発明によ
れば粉末冶金法の特徴であるニアネットシェイプ成形性
を利用できるため高品質の粉末冶金部品を低コストに製
造することが可能となった。
【0011】本発明を適用できる多孔質体としては、例
えば鉄,低合金鋼,高合金鋼,鉄基超硬合金,チタン,
チタン合金,Ni基合金,Co基合金、Al合金などの
粉末あるいはこれら金属粉末とセラミックスとの複合材
料粉末などを原料とする焼結体が挙げられる。
【0012】
【実施例】以下に実施例に基づいて本発明を説明する
が、本発明はこれに限定されるところはない。なお、以
下の実施例においては多孔質体を供試材と称する。 〔実施例1〕純鉄粉(〜100mesh)を加圧成形
後、10-4torrの真空中で焼結して、気孔率27%
の供試材(12mm×50mm×8mm)を得た。該供
試材の正確な寸法を図2に示す。該供試材の開気孔率は
23%、閉気孔率は4%であった。次に図3に示すよう
に、肉厚2mmの軟鋼製カプセル容器(φ50mm×1
00mm)に平均粒径2mmのアルミナ粉末を充填した
後、その中央部に供試材を埋め込みカプセルの蓋を溶接
した。続いてあらかじめ蓋に取付けておいた真空引き用
脱気管を通じて油回転ポンプにてカプセル容器内を真空
度10-2torrまで真空引きしたのち、管を潰して容
器内を真空封入した。続いて供試材を封入したカプセル
容器を1100℃−800kgf/cm2 (媒体Ar)
の条件で熱間等方圧プレスしたのち、カプセル容器中よ
り供試材を取出して、供試材の寸法変化、気孔率の測定
および切断面の気孔組織を観察した。寸法変化の測定結
果を図4に示す。図2と図4を比較すると、供試材はほ
ぼ均等に収縮していることが解る。本発明の熱間等方圧
成形処理後の供試材の気孔率は0%であり、切断面の観
察を行った結果、気孔は認められなかった。すなわち本
発明の熱間等方圧成形処理を施すことで、処理前の形状
を保ったまま気孔を含まない緻密材を得ることができ
た。
【0013】〔実施例2〕SUS304L鋼粉(〜10
0mesh)を加圧成形後、10-4torrの真空中で
焼結して、気孔率31%の供試材(φ40mm×30m
m)を得た。該供試材の正確な寸法を図5に示す。該供
試材の開気孔率は28%、閉気孔率は3%であった。次
に図3に示したと同様の構成の肉厚2mm軟鋼製カプセ
ル容器(φ80mm×60mm)に平均粒径2mmのア
ルミナ粉末を充填した後、その中央部に供試材を埋め込
みカプセル容器の蓋を溶接した。続いてあらかじめ蓋に
取付けておいた真空引き用脱気管を通じて油回転ポンプ
にてカプセル容器内を真空度10-4torrまで真空引
きしたのち、管を潰して容器内を真空封入した。続いて
供試材を封入したカプセル容器を1150℃−1000
kgf/cm2 (媒体N2 )の条件で熱間等方圧プレス
したのち、カプセル容器中より供試材を取り出して、供
試材の寸法変化、気孔率の測定および切断面の気孔組織
を観察した。寸法変化の測定結果を図6に示す。図5と
図6を比較すると、供試材はほぼ均等に収縮しているこ
とが解る。本発明の熱間等方圧成形処理後の供試材の気
孔率は0%であり、切断面の観察を行った結果、気孔は
認められなかった。すなわち本発明の熱間等方圧成形処
理を施すことで、処理前の形状を保ったまま気孔を含ま
ない緻密材を得ることができた。
【0014】
【発明の効果】本発明によって最終製品形状あるいはこ
れに近い形状に成形・焼結した供試材中に含まれる残存
気孔を、開気孔・閉気孔を問わずしかも形状をほぼ保っ
たまま圧着することが可能になり、またカプセル容器の
使用により熱間等方圧プレスの媒体ガスの種類をとわな
くてよいので、粉末冶金法の特徴であるニアネットシェ
イプ成形性を利用できるため高品質の冶金部品を低コス
トに製造することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】は本発明に用いられる装置の一例を示す概略説
明図である。
【図2】は本発明の実施例1の供試材の処理前の寸法を
示す説明図である。
【図3】は本発明の一具体例における多孔質体とセラミ
ック粒子とのカプセル容器中への密閉封入工程を概略説
明する図である。
【図4】は本発明の実施例1において熱間等方圧成形処
理した後の供試材の寸法を示す説明図である。
【図5】は本発明の実施例2の供試材の処理前の寸法を
示す説明図である。
【図6】は本発明の実施例1において熱間等方圧成形処
理した後の供試材の寸法を示す説明図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多孔質体をセラミックス粒子と共にカプ
    セル容器中に密閉封入したのちに、該カプセル容器を熱
    間等方圧プレスすることにより該多孔質体の気孔を圧着
    ・消滅させ緻密化することを特徴とする熱間等方圧成形
    法。
JP5895595A 1995-03-17 1995-03-17 熱間等方圧成形法 Withdrawn JPH08260003A (ja)

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JP5895595A JPH08260003A (ja) 1995-03-17 1995-03-17 熱間等方圧成形法

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JPH08260003A true JPH08260003A (ja) 1996-10-08

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JP5895595A Withdrawn JPH08260003A (ja) 1995-03-17 1995-03-17 熱間等方圧成形法

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8459122B2 (en) 2005-12-12 2013-06-11 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Amplifying ultrasonic waveguides

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8459122B2 (en) 2005-12-12 2013-06-11 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Amplifying ultrasonic waveguides
KR101288171B1 (ko) * 2005-12-12 2013-07-23 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크. 증폭 초음파 가이드
KR101398374B1 (ko) * 2005-12-12 2014-05-22 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크. 증폭 초음파 가이드

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