JPS5840975Y2 - 熱間静水圧プレス装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は熱間静水圧プレス法（ＨＩＰ）を用いて鋳造品
、焼結体あるいはクリープによる粒間キャビティを有す
る各種機械部品等の被処理体内部に存在する空孔を除去
し、被処理体の機械的特性及び信頼性を向上させるため
の装置、特にアルゴン、ヘリウムその他の圧媒ガス（以
下Ａｒガスで代表する）中の不純物成分によって被処理
体表面層が汚染されるのを防止するため、被処理体が収
納される高圧容器に極めて純度の高いＡｒガスを供給す
るためのＡｒガス流通循環機構を備えた熱間静水圧プレ
ス装置に関するものである。

近年、高圧高温ガス雰囲気下で種々の材料の処理を行な
うＨＴＰ法が注目を集めている。

この方法には種々の応用が提唱されているが、その一つ
として、被処理体の内部に存在する種々の空孔を除去し
、材料を無欠陥化する応用分野が最近特に脚光を浴びて
いる。

このような被処理体内部の欠陥としては、例えば鋳造品
中の巣、高温高応力下で長時間使用した時発生するクリ
ープによる粒間キャビティ、あるいは通常の焼結法によ
って製造された焼結体中の気孔等がある。

これらの内部欠陥を有する被処理体はＨＩＰ処理すると
、高圧と高温との相乗効果によって、内部欠陥がおしつ
ぶされ、かつ拡散が進んで当初存在した内部欠陥が完全
に姿を消し、その痕跡も残らず、被処理体が健全化され
る。

そして、この結果、具体的には下記の如き利点が得られ
る。

即ち鋳造品の場合には、 （１）マクロな欠陥も消滅するので不良品のサルベージ
ができ、歩留りが大幅に向上する。

（２）伸び絞りが大幅に向上する延性が増す。

（３）疲労強度が大幅に向上する。

（４）クリープ特性が大幅に向上する。

（５）特性値がバラツキが減少し、信頼性が飛躍的に向
上する。

（６）溶接性が向上する。

（７）電気化学的加工性が向上する。

等であり、一方、クリープによる粒間キャビティの場合
には、例えばガスタービンブレードのように、高温高応
力下で長時間使用されクリープによる粒間キャビティが
発生した材料に、ＨＩＰ処理を施こすことにより、新品
並みの性能までその特性を回復することが可能であるこ
とである。

そしてこのことは省資源的な立場からきわめて重大な意
義を持っている。

このように、これら内部欠陥を有する材料に対するＨＩ
Ｐの効果には画期的なものが数多く存在する。

しかしながら、一方、この技術を実際に工業的に利用す
る場合、最大の技術的課題は、圧媒Ａｒガス中の不純物
成分による、被処理体表面層の汚染であると言われてい
る。

しかもこの問題は、特に、Ｎｉ基合金、Ｔｉ合金等の処
理を行なう場合顕著となる。

なぜならば、まず第一にＨＩＰでは高圧ガスを使用する
ために、ガス中の不純物の影響が大きいということがあ
る。

例えば全不純物量２００胛のＡｒガスを使用したとする
と、１ｏｏｏ気圧の高圧下では、単純に考えると、その
不純物絶対量は２００ｐｐｍ＝２００ＸＩＯ’、したが
って２００Ｘ１０ Ｘｌ０３（気圧）＝０．２＝２
０％となり、２０％の不純物を含む常圧Ａｒガス中で処
理することに匹敵する。

ただし実際には温度の効果があるので不純物量はこの１
／３すなわち６％程度である。

このような前提条件の下で、ＨＩＰでは通常９００〜１
２００℃程度の温度が加えられる。

ところが、かかる高温下では、被処理体中の各成分元素
は非常に活性化されており、容易にＡｒガス中の不純物
と反応して、酸化物、窒化物、炭化物等を形成する。

殊に不純物としての酸素は一番の問題であり、数十Ｗの
酸素が存在しても被処理体表面には数十μの酸化汚染層
が形成されその被処理体の特性は著しく低下し、著しい
場合には全く使用に耐えないことになる。

従って工業的に利用する場合、Ａｒをリサイクルして使
用するため、何らかのガス浄化が必要となる。

この解決法として被処理体外面をカプセルで完全に被覆
する方法も考えられるが、この方法ではＨＩＰ処理後、
カプセルと被処理体との分離に多大な手数がかかること
、及び被処理体が複雑な形状をしている場合、かかる形
状にカプセルを成形し、かつその内部に被処理体を封入
することが極めて困難なこと等の問題があり、実用化に
は至っていない。

しかも、タービン部材の如く高応力下で長時間使用され
、結晶粒に歪が生じてクリープによる粒間キャビティが
発生し、機械的強度が劣化した部材に対し、これをＨＩ
Ｐ処理することにより元の状態に回復させる方法も検討
されているが、このような部品には汚染層の形成は許さ
れないから、より一層汚染対策が必要とされる。

本考案はかかる問題点を解消し、ＨＩＰ法による前記改
質技術の実用化を目指すものであり、その特徴とすると
ころは、ガスホルダーから高圧容器へＡｒガスを供給す
る供給ラインに高低２段の圧縮機を配置すると共に高圧
容器からＡｒガスホルダーにＡｒガスを回収する回収ラ
インに酸素親和性の強い金属を充填した反応器を配設し
、更に反応器と高圧容器との間でガス回収ラインより分
岐し、低圧圧縮機を経て反応器入口側に帰還するバイパ
ス供給ラインを設けたことにある。

以下、添付図面に示す実施例により本考案装置を更に詳
述する。

第１図は本考案装置のフローシートを示すもので、図中
、１は高圧容器、２はＡｒガスホルダーでガスホルダー
２より高圧容器１に至る間はＡｒガス供給ライン７を形
成し、一方、高圧容器１よりガスホルダー２に至る間は
ガス回収ラインＢを形成している。

又３，４は前記ガス供給ライン７に配設された低圧及び
高圧の各圧縮機、５，５′は夫々切替可能に構成された
反応器で、反応器には加熱のため、加熱装置６，６′が
設けられている。

反応器５，５′はその内部に酸素親和性の高い金属、例
えばＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ。

Ｍｇ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ等の単体若しくはこれらの合金、
あるいはこれらの鉄合金が粉末、粒体又は削粉あるいは
それらの混合形態で充填されており、回収されてくるＡ
ｒガス中に含まれている酸素と反応し、ガス中から酸素
を除去する。

なお、この酸素親和性の強い合金はそれのみで使用し、
充填する外、適宜、セラミックス粉末を混合し、増量、
調節を行なうことが工業的である。

又、反応器５，５′は図示では２基設置されているが、
作用上は１基でもよ＜、シかし、金属の再生処理の点か
ら複数基設置し、切替作動させることが望ましいことは
勿論である。

なお■１〜■１ｏはガス供給、回収ラインに配設された
弁であり、特に■、は減圧弁である。

そして本考案装置においては前記供給、回収ラインの外
、高圧容器１と反応器５，５′の間で回収ライン８側の
減圧弁■、後部よりガス供給ラインＩの低圧圧縮機３の
前部に至り、低圧圧縮機３を経て反応器５，５′の入口
側に還流するバイパスライン９が設けられており、反応
器５，５１へのＡｒガス給送を容易ならしめている。

以上のように構成された本考案装置について次にその作
用態様を説明すれば、先ず被処理体を高圧容器１内に装
入すると、弁ｖ１．■２．■３を開き、精製Ａｒガスホ
ルダー７の約１５０ａｔｍの精製Ａｒガスを、低圧圧縮
機３及び高圧圧縮機４にて容器１内圧力が約１１０００
ａｔになるまで充填昇圧する。

昇圧後、弁■１．■２．■３を閉じ常法に従って被処理
体のＨＩＰ処理を行うが、この間における高圧容器１の
開閉に伴なう空気（窒素、酸素）の混入及び被処理体に
付着した油分の分解により発生するＣＯ２Ｈ２等により
容器内Ａｒガスは若干汚染されているが、この段階では
被処理体の汚染が問題になる程の不純物量ではない。

しかしながら、この汚染されたＡｒを繰り返し使用する
とＡｒガス中の不純分量が蓄積され被処理体汚染の問題
となるのである。

ＨＩＰ処理が完了すると先ず弁■４．■５．■６を開き
回収ライン８を通じてＡｒガスの回収を行なうが高圧容
器１内は高圧下に保持されているため当初は高圧容器１
内と容器外の差圧によってＡｒガスを自然回収すること
ができｉ ｏｏｏ気圧のＡｒガスを減圧弁■５で１５０
気圧位に減圧して回収ライン８を通すが、高圧容器１と
ガスホルダー２との内圧が均衡すると自然回収が不可能
となり、回収ライン８へのＡｒガスの流れが止まるので
弁■６を閉じ、弁■７．■８を開放してバイパスライン
９を通じ、低圧圧縮機３で圧力を高めて強制回収を行な
い高圧容器１内の圧力が数気圧〜１０気圧程度まで下が
れば弁■４．■５．■７．■８を閉じＡｒガス回収を終
了する。

そして高圧容器１は開放されＨＩＰ処理された被処理体
を取り出し、次の被処理体の装入を行って再び密封し、
前述の要領でＡｒガスの充填、ＨＩＰ処理、Ａｒガス回
収の各工程を順次繰り返し実施する。

一方、回収ライン８にある粗Ａｒガスは、回収後、酸素
親和性の強い金属を含めて充填した反応器５又は５′に
選択的に通され、粗Ａｒガス中に含有されている酸素を
前記金属と反応させて除去し％ Ａｒガスホルダー２に
送給・貯蔵される。

この場合、反応を活撥ならしめるため、適宜、加熱装置
６又は６′により加熱してもよい。

又、反応器５，５′は前述の如く、酸素親和性の強い金
属の充填体であり、酸素と反応して酸化物となるので定
期的に切り替えて使用することが必要である。

なお、酸素を除く他の不純物例えば水素、窒素等はＡｒ
との沸点の差を利用し、適宜、除去することができるし
、又、反応器として酸素除去用の反応器の外、水素、窒
素などを除去する機器、例えば吸着器を併用することも
できる。

このようにして、精製Ａｒガスに浄化し、貯蔵供給する
ようにすればＨＩＰ処理処理語スの清浄化が図られ、処
理後の鋳造材等の成形体の機械的性質を良化ならしめる
ことができる。

以上のように高圧容器１への被処理体装入・取り出しの
ための不可避的操作に伴なう高圧容器への空気の侵入及
び被処理体に付着した油分のＨＩＰ処理処理語ける熱分
解によって生じる不純物ガス等により圧媒ガスが汚染さ
れているが、本考案装置によれば汚染された圧媒ガスを
回収・精製して高圧容器ヘリサイクルするようにしてい
るから圧媒ガス中に不純物ガスが蓄積されることがなく
、従って被処理体を不純物ガスにより汚染することなく
ＨＩＰ処理することが可能となり、超合金等の高級合金
の封孔を完全に行うことができると共に操業性を高め、
かつ高価な圧媒ガスの消費量を大幅に削減することが可
能で省資源的効果も大きく内部欠陥を有する被処理体の
改質を工業的に行なうことが出来る。

【図面の簡単な説明】

図は本考案装置の概要を示すフローシートである。 １・・・・・・高圧容器、２・・・・・・ガスホルダー
、３・・・・・・低圧圧縮機、４・・・・・・高圧圧縮
機、５，５′・・・・・・反応器、６，６′・・・・・
・加熱装置、７・・・・・・ガス供給ライン、８・・・
・・・ガス回収ライン、９・・・・・・バイパスライン
、■１〜ＶＩＯ・・・・・・弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. １．被処理体を装入した高圧容器１内に、圧媒ガスホル
   ダー２の圧媒ガスを圧縮機を介して圧入し、該容器内に
   おいて高温高圧ガス雰囲気下で前記被処理体に熱間静水
   圧プレス処理を施し、しかる後該容器中の圧媒ガスを前
   記圧媒ガスホルダー２に回収する熱間静水圧プレス装置
   において、前記圧媒ガスホルダー２から高圧容器１へ圧
   媒ガスを供給するガス供給ライン７に低圧圧縮機３と高
   圧圧縮機４とを直列に配置し、高圧容器から圧媒ガスホ
   ルダーに圧媒ガスを回収するガス回収ライン８に、酸素
   親和性の強い金属を充填した反応器５，５′を配置する
   と共に、該反応器５，５′と高圧容器１との間で該ガス
   回収ライン８より分岐し、前記低圧圧縮機３を経て前記
   反応器入口側に帰還するバイパスライン９を設けたこと
   を特徴とする熱間静水圧プレス装置 ２、酸素親和性の強い金属が、Ａｚ、’ｒｉ、ｓｉ。 Ｍｇ）Ｎｂ）Ｖ、Ｚｒ１の単体若しく４はこれらの合金
   あるいはこれらの鉄合金の粉末、粒体若しくは切削粉か
   らなる群から選ばれた１以上の金属である実用新案登録
   請求の範囲第１項記載の熱間静水圧プレス装置。 ３、反応器内に酸素親和性の強い金属とセラミックス粉
   とが混合充填されている実用新案登録請求の範囲第１項
   又は第２項記載の熱間静水圧プレス装置。 ４、反応器が加熱装置６，６′を備えている実用新案登
   録請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の熱間静水
   圧プレス装置。