JPS602603A - 超塑性を利用した粉末焼結体の鍛造方法 - 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】 本発明は、特に複雑形状の超塑性鍛造用素材を作成する
に好適な超塑性を利用した粉末焼結体の鍛造方法に関す
るものである。

耐熱超合金材料を超塑性鍛造して各種形状物に加工成形
する場合、結晶粒を微細にすれば超塑性挙動が発現し、
撲雑な形状のものが容易に得られることは斯界周知の事
実であり、そのため結晶粒を微細にすべく種々の方法が
試みられている。現在、知られているこの種方法の主な
ものとしては、以下の如くである。

即ち、その１つはガスアトマイズにより得られた粉末に
対して予め歪みを冷間において付加するローラ通過によ
る圧延、アトライター処理、ボールミルによる衝撃その
他の冷間予歪付加処理を行ない、処理された粉末をカプ
セルに充填し、これを゛熱間静水圧プレス（以下、ＨＩ
Ｐと略記する。）プ、ロセスによって再結晶温度よシ若
干低い温度で圧：密化し、微細粒を得る方法であり、他
の１つは耐熱超合金の溶融流をタンディツシュを介しア
ルゴンガス等によるガスアトマイズチャンバ内に滴下状
に流下させ、溶滴を粉末化させると共にこの粉末をケー
ス内に充填し熱間にて押出加工し、粉末を圧密化すると
同時に歪を与えて結晶粒を微細化する方法である。

ところが、これらの各方法においては、前者の方法では
、粉末に予歪を与えるためにアトライター処理や冷間圧
延を行なう必要があり、工程が長くなってコストアップ
の要因となるのみならず、それ以上に最終製品の性質に
悪影響を与えるガス成分（０，Ｎなど）や異物が処理中
に粉末中にまきこま・れるという問題がある。とりわけ
異物が処理中にまきこまれる問題は、例えば圧延ロール
通過による処理ではその微粒子粉末がロール周面に付着
し、これをブラシその他で掻き落すことが必要で、この
際、ブラシなどからの破片の混入による粉末の汚染トラ
ブル等が生じ易く、この種超合金粉末の鍛造物の用途、
即ち、航空機エンジンや発電機タービン等の高熱、高負
荷器材や部品に使用されることからかかる粉末以外の物
質の混入は重大な事故を生ずる原因となる。

］従って、好ましい形態としては上述のような予歪付゛
加処理を行なうことなく微細結晶粒を得ることである。

そこで、かかる観点に立脚すれば、後者のケ一３− ス内に清浄な粉末を入れて熱間で押出す方法は好ましい
方法であるが、この方法で微細粒を作るだめにはビレッ
トと押出材の断面積比で３〜５以上が必要であるために
鍛造用素材を得るためには２００〜４０Ｏｆ＋１ｍφの
ビレットを押出すことが要求され、このため敵方トンク
ラスの大容量プレスが必要となってくる問題がある。

このように従来知られている方法にあっては、工業的に
活用する場合にコストアップの要因を数多く含んでおり
、これらの改善がひとしく望まれている。

一方、前述のように超塑性を示す粉末材料は、微細結晶
粒を有することが必要であるが、一般の粉末は粗粉と微
細粉との混シ合っだ混合物であることが通常であり、こ
れを考えると実際にＨ工Ｐ処理のみで超塑性挙動を示す
素材を得ることは困難である。といって、微細粉のみで
鍛造用素材を準備するだめには前述のことを考えると粉
末の準備７にコストアップとなって得策ではない。殊に
超、・１ギ 塑、性鍛造でディスクや複雑な形状部品を作成する・？ ′１．・’ｆｌｌ　−４− ト谷には、薄肉部や角部への材料流動をよくすることが
有利であり、素材の有する超塑性挙動を活用することが
考えられるが、前述の各状況に徴すれば何れも決定的要
素に欠け、簡単に、かつＨ工Ｐ処理で容易に実用的な鍛
造用素材を得ることは困難である。

本発明は、上述の如き実情に鑑み、Ｈ工Ｐ処理のみで成
形に必要な超塑性変形能を確保でき、しかも素材準備に
要するコストも安く、汚染の少ない鍛造用素材を得ると
とに着目し、粉末の粒径とＨＩＰ後の結晶粒径を考察し
て使用する粉末の粒径と、その配置に工夫を加えたもの
である。

即ち、本発明の特徴とするところは、超塑性鍛造で複雑
形状部品を作成するに際し、薄肉部や角部などの超塑性
挙動を利用して変形させる必要のある部分に５０μ以下
の粒径の粉末を配置し、その他の部分には粗粉あるいは
粗粉と微粉の混合粉末を配置してそれら粉末をＨＩＰ処
理して鍛造用素材を作成する点にある。

以下、更に上記本発明につき、その具体的内容を詳述す
ると、先ず本発明の最も注目すべき点は、第１図はＮ１
基超合金粉末の粒径に関し、ＨＩＰ後の結晶粒径との関
係を考察した結果を示し、同図より粉末の粒径が小さく
なればそれに伴ない結晶粒径も小さくなることが理解さ
れる。

そして、一般的に超塑性挙動を示すに有利な結晶粒径と
しては出来るだけ微細粒であることが望ましいが、８μ
以下であれば充分、超塑性挙動を示すことが認められる
ことから各Ｈ工Ｐ処理温度を考慮すれば５０μ以下の粒
径をもつ粉末を使用することが有効である。

これを更に明らかにすべく、１０００℃×９０ｏ５Ｊで
ＨＩＰ処理した前記Ｎ１基超合金粉末焼結体を１０５０
℃で引張試験し、変形抵抗とひずみ速度との関係を調べ
たところ、第２図の如き結果を得た。同図より明らかな
如く２０μの粉末（Ａ）　、　５Ｏμの粉末（Ｂ）　、
　１５０μの粉末に予歪を与えたもの（０）は何れも曲
線の勾配はほぼ同じである。

これをある温度（Ｔ）における応力（σ）とひずみ速度
（旬との関係を与える実験式で超塑性を表示する代表式
とされている によって整理すると、Ｈ工Ｐ処理の寸までもｍ＝０．５
位あって、一般に超塑性を示す値０．３を上廻っており
、超塑性挙動を示す素材が得られることが分る。

なお、同時に１５０μの粉末粒径でも予歪を与えた後、
Ｈ工Ｐ処理したものの変性抵抗−ひすみ速度曲線が略同
等であることから微細粒であればＨ工Ｐ処理のみで超塑
性挙動を示す素材を得ることを知るが、予歪を与えたも
のは前述の如く種々の問題があるので好ましくない。こ
れに反し、５０μ以下の粒径の粉末では予歪を付加する
ことなしに予歪を付加したのと同様な超塑性挙動を示す
ことは特筆される。

以上のような各考察から、粉末粒径は５０μ以下が好適
とされるが、更に鍛造時における材料流動の状態を知る
ことも肝要である。

そこで、本発明者らは、つげ及びボスを有するディスク
を鍛造する場合の材料流動について検討した。第３図は
その状態を示しており、つば部は一成分の超塑性挙動を
示す必要のない材料を充当しても成形上、何ら困惑する
ことはないことが分った。

従って、全部分に微細粒を使用することなく、局部的に
超塑性挙動を示す粉末を配置すれば充分であることが理
解されよう。

第４図は、かかる鍛造に適した素材形状およびその構成
を示しており、図（イ）における円柱素材（１）の中心
部（２）には微粉末と粗粉末の混合した一般の粉末素材
が、一方、外周部（３）には５０μ以下の粒径からなる
粉末が充当されて一体化されている。

そして、このような円柱素材（１）は、これを所定の温
度でＨ工Ｐ処理すれば、外周部は第２図で示した如く超
塑性挙動を示す材料になるので、鍛造にあたっては充分
な変形能を有し、薄肉部やっは部を始め複雑な形状に追
随して容易に変形させることが可能となる。

本発明は以上のように超塑性鍛造で複雑形状部品を作成
するにあたり、薄肉部や、角部などの超塑性挙動を利用
して変形させる必要のある部分に置するぞけでＨ工Ｐ処
理のみで成形に必要な超塑性変形能を局部的に付与する
ことができ、素材に要する費用を著しく節減すると共に
、微細粉末のみで構成する場合に比較して粉末の準備が
容易かつ迅速化でき、コスト低減に益するところも大で
、工業上頗る有利である。

しかも、本発明における粉末は予歪付加をする必要がな
いだめ、予歪付加工程中の問題もなく、却って汚染の少
ない鍛造用麦材を得ることができ、超塑性鍛造を利用す
る粉末焼結体の鍛造法として各種製品の作成にその実用
化が期待される。

【図面の簡単な説明】 第１図はＮ１基超合金粉末の粒径とＨＩＰ後の結晶粒径
との関係を示す図表、第２図は１ｌｏｏ℃でＨ工Ｐ処理
した各粒径粉末成形素材を１０５０℃で引張試験し、変
形抵抗とひずみ速度の関係を示した図表、第３図はつげ
及びボス部を有するディスクを鍛造する場合の材料流動
の状態を示す図、第４図（イ）（ロ）は本発明方法を実
施する素材形状及びその鍛造後の構造を示す図で、（イ
）は断面図、（ロ）は第１日 竿２図 等４旧 （イ）（・） ／　ｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超塑性鍛造で複雑形状部品を作成するにあたり、薄
   肉部や角部などの超塑性挙動を利用して変を作成するこ
   とを特徴とする超塑性を利用した粉末焼結体の鍛造方法
   。 ２、　粒径５０μ以下の粉末と、粗粉又は混合粉末が同
   一成分である特許請求の範囲第１項記載の超塑性を利用
   した粉末焼結体の鍛造方法。