JPS6132387B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高強度低延性ニツケル基合金に係り、
更に詳細にはかかる合金を有用な製品形状に形成
する方法に係る。

本発明が適用されるガスタービンエンジンの工
業分野に於ては、エンジン設計の基準により良好
な高温強度及び酸化抵抗を有する合金を使用する
ことが必要とされる。かかる需要に応じて多数の
ニツケル基合金が開発され且つ使用されている。
高強度の要件は充足されているが、合金の製造性
を犠牲にしており、極く僅かな公差に形成された
複雑な形状の数千もの個々の部材を含むジエツト
エンジンの製造に於ては合金の製造性はその実用
性の程度を決定する主要な因子である。

米国特許第3519503号はガスタービンエンジン
によく使用される高強度低延性合金、特にニツケ
ル基合金及びコバルト基合金の製造分野に於て大
きな進歩を画するものである。この特許に開示さ
れた方法によれば、結晶構造を微細化し且つ合金
を低強度高延性の一時的な条件、所謂超可塑条件
に置かしめるべく高強度低延性の合金がその合金
の再結晶温度以下の高温に於て押出加工或いは圧
縮加工される。

しかる後一時的な超可塑条件の下にある合金
は、結晶成長が実質的に阻止された状態でその合
金の再結晶温度以下の或る温度に於て高温ダイス
型内に於て所望の形状に等温的に鍛造される。成
形された合金は最後に従来の熱処理によりそのも
との高強度低延性状態に戻される。かかる製造方
法に関連する他の特許は米国特許第3698219号、
同第3987658号などである。

或るエンジン構成要素特にエンジンデイスクを
上述の特許の方法によりIN100にて形成する場合
には、最適の構成要素が製造されるよう合金組成
を幾分が修正することが望ましいことがわかつ
た。米国特許第3843421号には特に前述の特許の
製造方法に使用されるよう調製された修正された
IN100合金組成が開示されている。

本発明は高強度低延性のニツケル基合金を有用
な形状の製品に形成する改善された方法を提供す
るものである。この方法は特に前述の特許に開示
された修正されたIN00合金を有用な形状の製品
に形成するのに有利である。

端的に言えば、本発明は高強度低延性、即ち非
超可塑状態にて実質的に均質な固体鋼塊を提供す
べく予め組成調整されたニツケル基合金を熱間平
衡的にプレスするものである。次いでプレスされ
た低延性鋼塊はその合金の正常な再結晶温度以下
であるがそれより195℃以内の或る温度に於て高
温ダイス型内に於て成形すべく等温的に鍛造され
る。この鍛造工程は、(a)少くとも約10％の厚さ低
減を行つて本来の再結晶化及び結晶構造の微細化
を行い且つこの鋼塊を低強度高延性の一時的な条
件の下に置かしめるべく、鋼塊が緩慢な歪割合に
て初期的に鍛造される緩慢な歪割合の初期段階
と、(b)一時的な超可塑状態にある鋼塊を引続き鍛
造することが、主要な厚さ低減を行つて最終の所
望形状に形成すべくより高い歪割合にて行われる
前記初期段階の後に行われる高歪割合の段階と、
を含む一回の鍛造パスにて行われる。初期段階の
鍛造に於ては、歪割合な鍛造温度との関連に於て
前記割合が超可塑状態の進展中プレスされた鋼塊
の割れを阻止するに十分なほど緩慢であるよう選
択されることは重要である。これとは対照的に後
の鍛造段階に於ては、熱処理された製品内に所望
の機械的性質を得るべく歪割合は一般に遥に高
い。

修正されたIN100合金を形成する本発明の一つ
の好ましい実施例に於ては、熱間平衡プレスによ
り得られる低延性の鋼塊はまず約15〜35％の厚さ
低減を行つて再結晶化及び鋼塊の結晶構造の微細
化を行い且つこれに一時的な超可塑性質を与える
べく、0.1cm/cm/min或はそれ以下の緩慢な歪割
合にて高温ダイス型内に於て鍛造され、次いて通
常0.1cm/cm/min以上好ましくは約0.3〜0.75cm/
cm／ｍｉｎのより高い歪割合にて鍛造されて最終の
所望形状に形成され、50％或いはそれ以上の厚さ
低減が高歪割合の段階に於て行われる。

以下、本発明をその好ましい実施例及び例につ
いて詳細に説明する。

修正されたIN100合金はその機械的性質及び物
理的性質の組合せがユニークであり且つ切欠き強
度が改善されているのでガスタービンエンジンの
構成要素特にエンジンデイスクの製造に非常に重
要である。従つてこの合金はエンジンデイスクの
如き成形製品が最も経済的に形成される最適製造
方法を提供しようとして又化学的、構造的、機械
的性質の均一性や完全性の点で最も高品質にて形
成される最適製造方法を提供しようとして行われ
た多数の実験研究の主題であつた。本発明はかか
る改善された製造方法を提供するものである。

本発明によれば、この製造プロセスは修正され
たIN100合金の予め組成調整された粉末を軟鋼カ
ンの如き適当な形状のコンテナ内に於て熱間平衡
的にプレスすることにより、かかる粉末より比較
的単純な形状の鋼塊を形成することから始まる。
かかる熱間平衡プレスにより形成された合金鋼塊
によれば後のプロセス工程に於てかなりの利点が
得られる。何故ならば、かかる鋼塊は化学的、構
造的な面などに於て実質的に均質であり、孔がほ
とんどないからである。匁論熱間平衡プレスの使
用されるパラメータはプレスされる特定のニツケ
ル基合金次第であるが、修正されたIN100合金に
ついてはこれらのパラメータはほぼ以下の如き範
囲内である。温度約1038〜1177℃、圧力約689.5
〜2068.5bar、時間約15分〜４時間。熱間並衡プ
レスにより形成されたIN100鋼塊は一時的な超可
塑状態にあるのではなく、その合金の持つ高強度
低延性を呈する。

本発明のプロセスに於ける次の工程には、その
合金の通常の再結晶温度以下であるがそれより約
195℃以内のある温度に於て高温ダイス型内に於
てプレスされた合金鋼塊を等温的に鍛造して成形
することが含まれている。以下に説明する如く、
鍛造温度や歪割合の如き鍛造パラメータを注意深
く調整することにより、たとえその鋼塊が最初に
は低強度高延性の一時的な条件になくても止切れ
のない一回の鍛造パスにて高温ダイス型内に於て
鋼塊を鍛造して成形することができる。かかる要
領にて合金をうまく鍛造するためには、鍛造パス
は初期の緩慢な歪割合の段階とその後の高い歪割
合の段階とを特徴とする二つの別個の段階にて行
わなければならないことが見出された。

初期の緩慢な歪割合の段階の目的は、合金鋼塊
を最小量だけ、しかし本来の再結晶化や鋼塊の結
晶構造の微細化を行うに臨界的な量だけまず合金
鋼塊の厚さを低減し、この鋼塊を一時的な超可塑
条件即ち低強度高延性の条件に置くことである。
しかし適当な温度および歪割合の条件の下で約10
％（好ましくは15〜35％）程度厚さ低減すれば合
金鋼塊は一時的に超可塑状態となることが見出さ
れた。しかしかかる初期の厚さ低減中には、鍛造
温度と歪割合との関係が非常に重要であることも
見出された。例えば或る特定の鍛造温度について
は臨界的な狭い歪割合範囲が存在するらしく、こ
の範囲よりも高いと初期の厚さ低減中に合金鋼塊
が破断を生じ、この範囲以下だと割れは発生しな
い。

もつともかかる歪割合範囲は修正されたIN100
合金について鍛造温度に応じてある程度変化する
のであるが、0.1cm/cm/min或はそれ以下の歪割
合が初期の厚さ低減中超可塑状態の進展中に鋼塊
が破断するのを最も良く防止することが見出され
た。初期の厚さ低減中には0.1cm/cm/min以上の
歪割合は割れを惹起し易く、従つて回避されなけ
ればならない。

一度プレスされた鋼塊が一時的な超可塑状態に
置かれると、高歪割合の段階の鍛造が開始され、
この段階に於て50％或はそれ以上の主要な厚さ低
減が行われ、最終の所要形状に形成される。この
合金鋼塊は非常に高い延性を有しているので、主
要な厚さ低減を行うのに高い歪割合を採用するこ
とができる。しかし熱処理された製品内に降伏強
度や引張強度の如き最適な性質を矛盾なく得るた
めにはある最小の高歪割合がこの段階に必要とさ
れることが見出された。例えば修正されたIN100
合金鋼塊をそれが超可塑性状態となつた後に更に
鍛造する場合には所要の降伏強度および引張強度
を得るためは約0.1cm/cm/min以上の歪割合が必
要とされる。最適の熱処理特性を得るためには約
0.3cm/cm/min〜0.75cm/cm/minの歪割合が好まし
い。必要とされる最小の高歪割合より、合金内に
臨界的はレベルの熱−機械的加工が与えられ、又
これに対応して熱処理を受け易い最適の結晶構造
或いは転位構造或いはサブ構造が与えられる。

勿論最終の製品形状に鍛造された後には、合金
は修正されたIN100については1121℃の如き溶体
化熱処理や安定化熱処理や析出熱処理を含む従来
の熱処理によりその正常の高強度及び高硬度の状
態に戻され得る。

以下の例は本発明による製造プロセスを例示す
るものである。

例 １ 予め組成調整された修正されたIN100合金粉末
が加圧されたアルゴン雰囲気中で1121℃の温度及
び1034.25barの圧力にて２時間熱間平衡的にプレ
スされ、鍛造に備えて均質な固体状鋼塊が用意さ
れた。この鋼塊は熱間プレス後には超可塑状態に
はなかつた。プレスされた鋼塊は次いで1107℃に
加熱され、高温ダイス型内に配置された。本来の
再結晶化及び鋼塊の結晶構造の微細化を生じる25
％の厚さ低減を行うべく、初期段階の鍛造が0.11
cm/cm/minの歪割合にて行われ、この鋼塊は低強
度高延性の一時的な条件に置かれた。25％の厚さ
低減に達すると歪割合は0.5cm/cm/minに増大さ
れ最終形状が更に50％の厚さ低減を行うことによ
つて形成された。鍛造の後IN100合金の最終形状
は従来通り熱処理され、引張強度およびクリープ
強度が704℃に於て試験された。この試験結果に
よれば本発明のプロセスにより形成されたIN100
合金形状体は、ガスタービンエンジンのデイスク
に必要とされる最小限の性質を越えるものである
こがわかつた。

以上に述べた特定の歪割合や厚さ低減値は修正
されたIN100合金についての値であるが、一般的
な限界値が例えば米国特許第3519503号に開示さ
れた合金の如き他の高強度低延性ニツケル基合金
にも同様に適用し得るものと考えられる。例えば
初期鍛造段階に於ては、たいていの高強度低延性
ニツケル基合金の少くとも10％の厚さ低減がこれ
らの合金を一時的な超可塑状態に置かしめるに十
分であるものと考えられる。同様に0.1cm/cm/mi
ｎ以下の初期の緩慢な歪割合及びその後の0.1cm/
cm／ｍｉｎ以上の高歪割合は他のニツケル基合金に
も適用可能であると思われる。

以上に於ては本発明をその特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々
の修正並びに省略が可能であることは当業者にと
つて明らかであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高強度低延性ニツケル基合金より成形製品を
   製造する方法にして、 (a) 予め組成調整された粉末の形の合金を熱間平
   衡的にプレスして、高強度低延性を呈する実質
   的に均質な固体鋼塊とすることと、 (b) プレスされた合金鋼塊をその合金の正常な再
   結晶温度以下であるがそれより195℃以内のあ
   る温度に於て高温ダイス型内に於て、 (1) 少くとも10％の厚さ低減を生じ且つ本来の
   再結晶及び鋼塊結晶構造の微細化を行つて鋼
   塊を低強度高延性の一時的な条件の下に置か
   しめるべく前記プレスされた合金鋼塊を或る
   緩慢な歪割合にて初期的に鍛造することを含
   み、前記歪割合は鍛造温度との関係に於て前
   記割合が前記初期段階の厚さ低減中に前記合
   金鋼塊の割れを阻止するに十分なほど緩慢で
   あるよう選択されている如き緩慢な歪割合の
   初期段階と、 (2) 鋼塊が前記一時的な条件にある間に主要な
   厚さ低減を行つて最終の所望の形状に形成す
   べく前記鋼塊を増大された歪割合にて鍛造し
   続けることを含み、前記歪割合は熱処理され
   た製品内に所望の機械的性質の進展が確実に
   得られるよう前記初期段階に於て使用される
   割合よりも高い如き前記初期段階の後に行わ
   れる高歪割合の段階と、 を含む１回の鍛造パスにて等温的に鍛造するこ
   とと、 を含んでいることを特徴とする方法。 ２ 特許請求の範囲第１項の方法に於て、前記初
   期段階の緩慢な歪割合は約0.1cm/cm/minまでで
   あることを特徴とする方法。 ３ 特許請求の範囲第１項の方法に於て、前記高
   歪割合は0.1cm/cm/min以上であることを特徴と
   する方法。 ４ 特許請求の範囲第１項の方法に於て、製造さ
   れる前記ニツケル基合金は修正されたIN100合金
   であることを特徴とする方法。 ５ 特許請求の範囲第４項の方法に於て、緩慢な
   歪割合に於ける前記初期段階の鍛造により約15〜
   35％の厚さ低減が行われることを特徴とする方
   法。 ６ 特許請求の範囲第４項の方法に於て、前記初
   期段階の緩慢な歪割合は0.1cm/cm/minまでであ
   り、前記高歪割合は約0.3〜0.75cm/cm/minである
   ことを特徴とする方法。 ７ 特許請求の範囲第４項の方法に於て、前記合
   金はガスタービンエンジンのデイスクの形状に形
   成されることを特徴とする方法。 ８ 特許請求の範囲第１項の方法に於て、前記製
   品は修正されたIN100合金より形成され、 (a) 予め組成調整された粉末状の合金を熱間平衡
   的にプレスして、高強度低延性を呈する実質的
   に均質な固体鋼塊とすることと、 (b) 前記プレスされた合金鋼塊を982〜1149℃の
   温度に於て高温ダイス型内に於て、 (1) 少くとも10％の厚さ低減を行い且つ本来の
   再結晶化及び鋼塊の結晶構造の微細化を行つ
   て前記鋼塊を低強度高延性の一時的な条件の
   下に置かしめるべく前記合金鋼塊を0.1cm/
   cm／ｍｉｎまでの歪割合にて初期的に鍛造する
   ことを含む緩慢な歪割合の初期段階と、 (2) 鋼塊が前記一時的な条件にある間に主要な
   厚さ低減を行つて最終の所望の形状に形成す
   べく前記鋼塊を約0.3〜0.75cm/cm/minの増大
   された歪割合にて継続して鍛造することを含
   む前記初期段階後に行われる高歪割合の段階
   と、 を含む一回の鍛造パスにて等温的に鍛造するこ
   とと、 を含んでいることを特徴とする方法。 ９ 特許請求の範囲第８項の方法に於て、前記初
   期段階の厚さ低減は約15〜35℃であることとを特
   徴とする方法。 １０ 特許請求の範囲第８項の方法に於て、前記
   合金はガスタービンエンジンのデイスクの形状に
   形成されることを特徴とする方法。