JPS63140069A - 薄肉シート又は薄肉断面製品の製造方法 - 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】 （発明の背景） 本発明は一般的には超合金の加工及び熱処理に閏するも
のであり、具体的には薄肉金属シート、小径棒及び線並
びに他の小断面形状品を比較的大量のアルミニウム及び
／又は他の反応性金属を含むニッケル基合金から製造す
ることに関している。

反応性金属とはアルミニウムばかりでなく高温において
酸化物又は窒化物の形成し易さがチタンと同程度又はそ
れ以上の金属を含むらのとして定義される。より具体的
には、本発明は後でろう付番プされたり、溶接用のフイ
ラ金属として用いられる合金シート及び円形製品の製造
に関するものである。

冷間圧延、引抜き又は伯の減厚方法によってシート又は
丸形製品を加工し、次にこれを低分圧酸素及び／又は′
ｉｉ素を備えた雰囲気内で焼鈍することにより、大量の
反応性元素を含む合金からシート及び丸形製品を製造す
る人々によって、酸素及び／又は窒素の分圧が極めて低
くとも、通常の焼鈍温度において焼鈍を行なっている際
表面に極めて安定な酸化物及び／又は窒化物からなる薄
い皮膜又は表皮が形成されるということが発見されてい
る。

実際、前記合金は酸化物が形成され、合金の露出部分が
低分圧酸素中に４３いてこれらの安定な化合物を優先的
に形成するべく利用されるよう設計される。これについ
ては例えば米国特許第４，３１２．６８２号、第４．４
６０．５４２号及び第４．４３９，２４８号を参照され
たい。

不幸にして、前記皮膜又は表皮はシートから作られた部
品を他の金＆１ｔＪ品にろう付けしたいという用途を不
可能にしていた。前記皮膜はまたワイヤが溶接フイラと
して用いられる時にら望ましくない。通常のろう付け技
術によれば、ろう付けされる表面は清浄であり、酸化物
、窒化物及び異物が存在しないことが必要であるとされ
ている。そうではあるが、従来技術のろう付け合金は、
合金表面に生ずるより安定性の低い受石の酸化物（例え
ばクローム、鉄及びニッケル酸化物）を溶融することが
出来る。

しかしながら、アルミニウム酸化物及び反応性金ＦＩＩ
酸化物はほとんど或いは全く溶融しない。実際これらの
タイプの酸化物はしばしばろう付番ノ合金が望ましくな
い表面を濡らすことを防止する「遮断」混合物において
用いられる。自溶ろう付け合金は高反応性金属含有かを
備えた超合金上に生ずる酸化物を除去するという課題に
は答えていない。

通常の合金の表面上に酸化物が・形成されるという問題
の典型的な解決策は一般的にはそれら酸化物を例えば酸
洗又は研摩剤ｆｉ浄によって除去するということからな
っている。高合金ニッケル、鉄及びコバルト基合金のた
めの最もありふれた酸洗溶液は硝酸−フッ化水素酸溶液
である。このタイプの溶液はここで問題としている酸化
物及び皮膜を完全に除去するのには効果がないことが判
明している。他の酸洗式解決策はもしそれが開発された
としても、第２の酸洗装置、酸排液システム及び大規模
な投資を必要とするであろう。加えるに、より薄肉のシ
ート及び小径の丸棒製品はそれらを酸洗する際にいちぢ
るしい取扱いの問題５点を生ずる。米国特許第４，５６
６．９３９号はこれらの問題の幾つかを解決する１つの
従来技術を例示している。

アブレーシブ（研摩剤）洗浄は薄肉シート又は小径丸棒
製品のための設備が開発された場合には有効であろうが
、コストは高くつくであろう。しかしながら、より厚肉
の断面の中間製品を最終製品の最終製造工程の直前にお
いて本発明のブ［１セスによりアブレーシブ洗浄するこ
とは利点があると考えられる。

米国特許第４．４３９．２４８号に示され、第１図に前
掲した−ような熱力学的平衡図を見ると、アルミニウム
酸化物の形成を排除するためには、製品をして図の上側
左隅の「Ｃ」で表わされる、基本的にＡｌ２Ｏ３が無い
領域に対応覆る高温及び極めて低い酸素分圧において焼
鈍又は熱処理してやれば良いのではないかということが
わかる。

同様の推理が他の反応性金属の酸化物との関係について
もあてはまる。高温度及び低酸素分圧を達成する１つの
方法は超高真空システム内で熱処理することである。不
幸にして、これらのシステムは高価であり、能単には入
手出来ないし、コイル製品を迅速に冷却するのに必要な
融通性を与えるものでもない。

（発明の要約） 平衡熱力学の確立され、周知の原理に基づく予想に反し
て、薄肉シート又は薄肉断面製品を第１図の領域ｒＢＪ
で示される条件に近い条件で焼鈍する段階を含むプロセ
スによって、実質的に改良された表面がこれらの冷間圧
延され焼鈍された薄肉シート又は冷間加工され焼鈍され
た薄肉横断面製品−ヒに得られるということが判明した
。

本発明の主題としている製品が比較的小さな横断面を備
えているので、これらの製品をして、基本的にはアルゴ
ンである不活性雰囲気内において、又は基本的には水素
又は分解アンモニアのような還元性雰囲気においである
加熱温度にもたらすために必要な時間は比較的短かくな
る。更には、当該材料が実質的に冷間加工されるので、
同材料内の拡散速度は増大する。これらの結果として、
反応性金属の含有量が高い多くの合金がこれ迄使われて
きた温度よりも低い温度において、かつ極めて短かい滞
留時間でもって焼鈍され得る。より低い温度が利用され
るので、アルミニウム及び／又は俵の反応性金ＥＡＭ化
物又は窒化物を形成するための化学反応の運動学が修整
され、より完全度が低く、より凝着性の低い状態でしか
もより少量の酸化物又は窒化物が形成され易くなる。こ
のため溶接の際溶融プールの表面上には酸化物が殆んど
形成されなくなり、ろう付け性も顕著に改善される。

もちろん、温度一時間の組合せには下げられる限界があ
り、この限界迄では成形のための合金基体内の最適冶金
特性が依然得られるという限界が存在する。約３重量％
以上の反応性元素（アルミニウム又はチタンのような元
素）を組合せて含有する殆んどの超合金は約６４９℃（
１２００°［）〜９８２℃（１８００°Ｆ）の中間温度
範囲にさらされた時に金属間化合物を形成する。

これらの金属間化合物の多くは面心立方結晶構造を備え
、ガンマダッシュと呼ばれる Ｎ　ｉ３　＜Ａ１．Ｔ　ｔ　）の形態をなしている。合
金の特定組成に応じて、前記金属間化合物が７１−リツ
クスの固溶体内に固溶する温度は変化する。この工学的
固溶温度は本発明をその好ましい形態において利用する
ことの出来る実用的な下限温度である。

以下付図を参照して本発明のより具体的な説明を行なう
。

（好ましい実施例の説明） 例えば、米国特許第４．４６０，５４２号に記載の合金
を酸素分圧が１０−２６気圧であるような雰囲気におい
て、９２７℃（１７００’Ｆ）の温度で３分間熱処理す
ると、合金表面上にはわずかなＡｌ２Ｏ３が形成される
（第１図）、シかし当該合金自身内にはガンマダッシュ
相が実質的に析出している。ガンマダッシュ相は成形性
を減少するので、この段階での同相の存在は望ましくな
い。

かくて、このような組合せの条件は本発明の限界外であ
る。

しかしながら、固溶温度直下でガンマダッシュ相を形成
する材料を長時間に亘って時効すると、析出物が大きく
なり、当該合金を強化する効果が弱まり、時間の経過と
ともに延性が増大する。この現象は業界においては過時
効と呼ばれている。

米国特許第４．４６０．５４２号に記載のような合金を
約８９９℃（１６５０’Ｆ）〜９８２℃（１８００°Ｆ
）の温度で過時効させると、以鋳よりは困難になるが冷
間加工及び成形が出来るだ番プの延性が再び出てくる。

更に、時効を真空中で行なわない限り、同時効を長びか
せると、当該材料の表面上には酸化物の形成が許容され
る。

最終製品としてろう付け性のある合金を得るためには、
これらの酸化物を例えば機械的又は化学的手段によって
除去する必要がある。合金がいったん過時効され、酸化
物が中間段階において除去されると、当該合金は冷間加
工し、その後応力除去してやることが可能となり、更に
多分時効された金属間化合物を実質的に固溶することな
しに従来の時効処理と同一の混成範囲で再結晶すること
が可能である。

かくて、かなりの反応性金屈含有聞を備えた合金を中間
段階において過時効させ、形成された酸化物の表面を洗
浄し、冷間圧延及び熱処理を、前に時過時効を行なった
温度（８９９℃〜９８２℃）又はその付近の温度で、か
つ低分圧（例えば約１０−２５〜１０−２２気圧以°Ｆ
）の酸素雰囲気で、合金の応力除去を十分性なえるよう
交互に実施することにより、改良されたろう付け性を有
し、最小の表面酸化物を備えた薄肉横断面の製品を製作
することが出来る。

更に、米国特許第４，４６０．５４２号の合金は薄肉に
冷間圧延され、ある温度及び時間の絹合せにおいて、す
なわち約１０９３℃（２０００’Ｆ）の温度、３分間及
び酸素分圧が１０−２１気圧の条件で焼鈍され、次に冷
却されると、適正に調質された合金の冶金基体が得られ
るも、形成される表面酸化物の吊については最良の場合
でもあまり良い結果は得られない。

再び、米国特許第４．４６０，５４２号に記載の合金は
、薄肉横断面に冷間加工され、約１０−２９気圧の分圧
雰囲気下で、約１１４９℃（２１００°「）の温度で３
分間の熱処理を受けるならば、有害な表面酸化物は形成
されないものの、一般的には高温度のために結晶粒が粗
大化し、冶金学的には不満足なものとなるであろう。

最後に、米国特許第４，４６０，５４２＠に記載の合金
は、薄肉横断面に冷間加工され、次に約１０７９℃（１
９７５°［）よりは低い温度、しかし約９８２℃〜１０
１０℃（１，８００下〜１８５０″Ｆ〉よりは高い温度
において、約０．５〜２．５分間、酸素分圧が約１０−
２０又は１０−２２気圧より低い雰囲気内で熱処理され
、次に急速冷却されると、基本的にガンマダッシュ相の
ない固溶体並びに小さな結晶粒からなる満足すべき冶金
学的組織を備えることになる。加つるに、表面はろう付
けにより適した改善された状態となる。線のような薄肉
丸形製品の場合には、表面酸化物の減少はより満足すべ
き溶接条件のみならず改良された溶接性をももたらす。

前述の例は本発明の概念を例示するために与えられてい
るが、本発明は説明した条件に限定されるものではない
。当業者ならば理解するように、本発明の精神及び特許
請求の範囲内で多くの変更例及び修整例をなすことが可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼鈍温度、炉雰囲気の酸素分圧、及び超合金の
表面上への酸化物の形成との間の関係を示すグラフ図で
ある。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）薄肉シート又は薄肉断面製品の製造方法であつて
   、少なくとも約３重量％の反応性元素を含むニッケル基
   超合金を冷間加工し、次に前記冷間加工された合金をし
   て、３分間より少ない時間の間、酸素分圧が約１０＾−
   ＾２＾１気圧より少ない雰囲気内で、かつ又は約１０７
   ９℃（１９７５°Ｆ）よりも低い温度であるが、合金内
   に形成されるガンマダッシュ相金属間化合物の工学的固
   溶温度より高い温度において熱処理せしめるという交互
   段階と、最終的に最適な特性を得る態様で急速冷却する
   段階とを有する製造方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、温
   度保持時間は約２分間より短かく、温度は約９８２℃（
   １８００°Ｆ）以上であることを特徴とする製造方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、温
   度保持時間は１．５分間より短かく、温度は約１０３８
   ℃（１９００°Ｆ）より低いことを特徴とする製造方法
   。
4. （４）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、酸
   素の分圧は第１図のグラフにおいて約９８２℃（１８０
   ０°Ｆ）及び１０７９℃（１９７５°Ｆ）におけるそれ
   ぞれの横軸座標Ｐ＿０＿＿２＝１０＾−＾２＾４気圧及
   びＰ＿０＿＿２＝１０＾−＾２＾１を結ぶ線によつてほ
   ぼ規定される分圧よりも低く、温度保持時間は約２分間
   よりも短かいことを特徴とする製造方法。
5. （５）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、製
   造される前記ニッケル基合金は重量に表わして、木質的
   に、１４％〜１８％のクロームと、４％〜６％のアルミ
   ニウムと、１．５％〜８％の鉄と、ニッケル＋コバルト
   が少なくとも約６６％であるという条件下で１２％迄の
   コバルトとからなることを特徴とする製造方法。
6. （６）特許請求の範囲第１項に記載の方法によつて製造
   されたろう付け可能な物品。
7. （７）特許請求の範囲第１項に記載の方法によつて製造
   された溶接フイラ金属。
8. （８）少なくとも約３重量％の反応性元素を含むニッケ
   ル基ベース合金からなる薄肉シート又は薄肉断面製品の
   製造方法であつて、前記製品を中間肉厚又は段階におい
   て過時効する段階と、表面酸化物を除去する段階と、前
   記製品を減肉厚し、過時効に用いる温度とほぼ同じ温度
   で、前記合金の応力除去又は再結晶に必要な時間、約１
   ０＾−＾２＾２気圧より低い酸素分圧の雰囲気内で熱処
   理をするという交互段階と、最終的に最適の特性を得る
   ような態様で急速に冷却する段階とを有する製造方法。
9. （９）特許請求の範囲第８項に記載の方法において、製
   造される前記ニッケル基合金は重量％であらわして、本
   質的に、１４〜１８のクロームと、４〜６のアルミニウ
   ムと、１．５〜８の鉄と、ニッケル＋コバルトが少なく
   とも約６６％であるという条件下で１２迄のコバルトと
   からなることを特徴とする製造方法。
10. （１０）特許請求の範囲第８項に記載の方法によつて製
    造されたろう付け可能な物品。
11. （１１）特許請求の範囲第９項に記載の方法によつて製
    造されたろう付け可能な物品。
12. （１２）特許請求の範囲第８項に記載の方法によつて製
    造された溶接フイラ金属。
13. （１３）特許請求の範囲第９項に記載の方法によつて製
    造された溶接フイラ金属。