JPS63317603A - 熱間静水圧成形用カプセル、及び該カプセルを用いた熱間静水圧成形法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱間静水圧成形（以下ＨＩＰと記す）において
用いる原料粉末充填用カプセル、該カプセルの製造方法
及び該カプセルを用いたＨＩＰ法に関し、特に高強度、
高信軌性の要求される、例えば航空機用ジェットエンジ
ン部品の製造に有効な内部清静度の高いカプセルに関す
る。

〔従来の技術〕

ＨＩＰ法は、高圧力容器内に加熱用ヒータを配設し、該
圧力容器内に外部から圧力媒体として不活性ガスを導入
するとともに、加熱による該ガスの熱膨張で高圧力を得
、これを原料粉末に作用させて固化、成形等を行う方法
である。そして例えばＨＩＰ法により加圧焼結を行う場
合は、原料粉末をカプセルに充填し、該カプセルをＨＩ
Ｐ装置の圧力容器内に収容し、該カプセルに上記高圧を
作用させることとなる。

上記カプセルは、軟調板等の薄板成形部品を溶接組立し
て製造されるのが一般的である。このようなカプセルと
して、従来、第６図に示すように、有底円筒状のカプセ
ル本体１１に、大略円板状の蓋体１２を溶接接続し、該
蓋体１２に脱気パイプ１３を溶接接続して構成されたも
のがよく使用されている。このカプセルは溶接組立され
たままの状態で使用するか、あるいはさらに溶接部の内
外表面を貫通する欠陥のないことをＨｅディテクタで検
査した後使用するのが一般的である。

〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら上記従来のカプセルでは、非常に高強度で
、かつ高倍転性が要求される材料、例えば航空機用ジェ
ットエンジン部品に使用されるＴｉ合金、Ｎｉ基超超合
金粉末加圧焼結する場合は、この高強度等の要請に十分
に応えられない場合がある。即ち、これらの合金の場合
は、原料粉末内に異種粒子（以下介在物と記す）が混入
すれば、ＨＩ　Ｐ、押し出し後の固化材の機械的特性、
特に疲労特性を著しく劣化させることがある。ところが
、上記従来のカプセルを使用した場合は、該カプセル内
に溶接時の酸化スケール、スバンタ、ヒヱーム等の介在
物が残留し易い、そのため上記特性を劣化させ易い。

上記問題点を解決するには、カプセル内の介在物を完全
に除去して内部を清浄にすればよいわけであるが、上記
第６図の従来のカプセルでは、その形状上介在物が蓋体
１２付近に溜まって排出されにくく、また溶接スパッタ
、ｒ！ｉ化スケスケール通常の洗浄を行っても完全に除
去することは困難である。

そこで本発明は、上記従来の問題点を解決するためにな
されたもので、カプセル内の介在物を完全に排出して内
面を高清浄度にできろ熱間静水圧成形用カプセル、該カ
プセルの製造方法及び該カプセルを用いた熱間静水圧成
形法を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本願の第１発明は、ＨＩＰ用カプセルにおいて、該カプ
セルを有底円筒状のカプセル本体と、これに接続された
略円錐状の蓋体と、これに接続された脱気パイプとから
構成したことを特徴としており、第２発明は、ＨＩＰ用
カプセルを製造するにあたって、各部品を仮組みした後
、該組立体内を不活性ガスで大気圧より高圧に保持した
状態で溶接により組み立てることを特徴としており、さ
らに第３発明ｌよ、上記カプセル本体と、略円錐状の蓋
体と、脱気パイプとからなるカプセル内に原料粉末を充
填し、これを脱気した後密封してＨＩＰ装宜の圧力容器
内に収容し、ＨＩＰ処理を施すようにしたことを特徴と
している。

ここで本発明における蓋体の略円錐状とは、洗浄液等の
排出を容易化するためのものであるから、必ずしも完全
な円錐状である必要はなく、実質的に上記排出を容易化
できる先細り形状であればよい、また第２発明のカプセ
ル製造方法は、蓋体が円錐状の場合だけでなく、第６図
に示す円板状の蓋体の溶接についても適用できる。

〔作用〕

溶接組み立てされたカプセルの洗浄においては、脱気パ
イプを下側にして、下方から洗浄ノズルを挿入し、この
状態で洗浄液を噴射して洗浄することとなるが、本願第
１発明のカプセルは蓋体が略円錐状に形成されているの
で、上記洗浄工程において内部の介在物及び洗浄液が容
易確実に外方に排出され、それだけカプセル内の清浄度
が向上する。

また第２発明における各カプセル構成部品の組み立てに
おいては、内部を不活性ガスで大気圧より高圧にした状
態で溶接するようにしたので、該溶接部の内面の酸化を
防止できるとともに、溶接スパッタ、ヒユーム等がカプ
セル内方に進入するのを防止でき、従って通常の洗浄に
よっては除去できない酸化スケール等の介在物の発生を
防止でき、この点からもカプセル内部の清浄度を大きく
向上できる。

さらにまた、本願の第３発明では、上記円錐状の蓋体を
存するカプセルを使用したので、該カプセル内の清浄度
が高いことから、介在物が原料粉末内に混入することは
ほとんどなく、従って介在物混入による機械的特性劣化
の問題を解消して高強度化、高信顛性の要請に応えるこ
とができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図は本願第１発明の一実施例によるカプセルを示す
。

図において、１は軟ａ板製カプセルであり、これはカプ
セル本体２と、蓋体３と、脱気パイプ４とから構成され
ている。このカプセル本体２は、円筒状のもので、下端
は底壁２ａで一体に閉塞されており、例えばプレス成形
により形成されたものである。

上記蓋体３は頂角θの円錐状のもので、その底部３ａが
上記カプセル本体２の上部間口２ａに溶接されており、
また頂部には脱気孔３ｂが形成されている。ここで、頂
角θは１６０〜６０度が好ましい、即ち、該頂角θが１
６０度以上になると、第６図の従来の形状に近くなり、
本発明の特徴である介在物、洗浄液の排出効果が低くな
る。この排出効果は頂角θが小さいほど高くなるが、一
方ＭＩＮ体３部分の焼結体は製品として利用できないも
のであるから、頂角θが小さくなるとそれだけ無駄な部
分が大きくなり、結局歩留の低下を考慮すると該頂角θ
の下限は６０度程度が好ましい。

また上記脱気パイプ４は、円形管状のもので、その下端
が上記蓋体３の脱気孔３ａに溶接接続されており、上端
には脱気装置接続用フランジ４ａが形成されている。な
お、原料粉末の該カプセルｌ内への充填は、この脱気パ
イプ４を通して行われる。

次に上記カプセル１を本願の第２発明の一実施例方法に
よって製造する場合について説明する。

ここで、第３図は該製造方法の洗浄工程で使用される洗
浄装置である。

図において、洗浄装置１０は超音波洗浄装置５と、シャ
ワー洗浄装置６とから構成されている。

上記超音波洗浄袋Ｎ５は、カプセルに組み立てる前のカ
プセル構成部品を予ｍ跣浄するためのもので、超音波槽
５ａ内に超音波振動子５ｂを配置するとともに、この超
音波槽５ａ内に洗浄液（例えばフロン）を循環供給する
循環系５ｃを接続して構成されている。なお、５ｄは該
超音、波槽５ａに接続されたオーバーフロ一槽、５ｅは
開閉蓋である。

上記シャワー洗浄装置６は、組み立て後のカプセルを最
終洗浄するためのもので、シャワ一槽６ａ内にシャワー
ノズル６ｂを配置するとともに、該ノズル６ｂに洗浄液
（例えばフロン）を加圧供給する供給系６ｃを接続して
構成されている。なお、６ｄは開閉蓋である。

上記第１図のカプセル１は以下の工程で製造される。

＋ａｌ　　構成部品の製作工程：先ず、カプセル本体２
、蓋体３及び脱気パイプ４を製作する。このとき、各部
品の内面は切削、研磨等により、好ましくは＃６００以
上の面粗さに仕上げる。また蓋体３は上記頂角θを有す
る円錐状に形成する。

山）　予備洗浄工程二上記各カプセル構成部品を予備洗
浄する。これは該部品に付着した油脂、塵等を組み立て
に先立って除去する工程であり、中性洗剤等で脱脂後、
上記第３図の超音波洗浄装置５により、フロン等の有機
溶剤を用いて超音波洗浄する。

（Ｃ１溶接工程：上記各構成部品を乾燥後、ＴＩＧ溶接
、ＥＢ溶接等で溶接接合する。この場合重要な点は、溶
接中にカプセル内面を酸化させないと同時に、溶接スパ
ッタ、ヒエーム等の介在物となるものがカプセル内に侵
入しないようにすることである。仮に酸化スケール等が
カプセル内面に生じると、次工程における洗浄を行って
もこれを完全に除去することは不可能となるからである
。

従ってこの溶接工程においては次の点がポイントとなる
。即ち、各部品をカプセル形状に仮組みした後、該組立
体内にＡｒ等の不活性ガスを大気圧より内圧が高くなる
ように供給し、未溶接部からこの不活性ガスが流出する
状態に保ちながら溶接を行う、さらに好ましくは、第２
図に示すように、各部品の溶接継手形状を段付き状に形
成すればよく、このようにすれば溶接スパッタ等の侵入
をより完全に防止できる。

ｆｃｌｌ　　Ｉｋ終洗浄工程；これは溶接工程において
カプセル内に侵入した塵埃等を洗い流す工程であり、洗
浄中に新たな汚れが付着しないように雰囲気の清浄度が
制御されたクリーンルーム内で作業することが望ましい
、この点は航空機用部品等のように非常に高い信鯨性が
要求される場合は特に必要となる。この最終洗浄は、第
３図のシャワー洗浄装置６内において、カプセル１を上
下逆にして脱気パイプ４からシャワーノズル６ｂを挿入
し、該ノズル６ｂからフロン等の有機溶媒を噴射させ、
これにより内部の付着粒子を洗い流す。

ｔｅｌ　　検査工程：上記最終洗浄後カプセルｌの内面
をボアスコープ等により検査するとともに、溶接部の健
全性、特に内外面を貫通するようなピンホール、割れ等
の欠陥をＨｅディテクタで検査する。なお、この検査は
上記溶接工程の後に実施してもよい。

上記工程を経て製作されたカプセル１は、溶接工程にお
いて、カプセル内部が不活性ガスで充満され、かつ内圧
が外圧より高い状態で溶接されたことから、酸化スケー
ルが生じたり、溶接スパッタ等が侵入することはほとん
どなく、従って通常の洗浄工程ては除去できない介在物
の発生を完全に防止できる。これに加えて、カプセル１
の形状を、蓋体３が円錐状になったものとしたので、洗
浄工程において介在物及び洗浄液を完全に排出でき、カ
プセル１内の清浄度を大幅に向上できる。

第４図は上記清浄度の高いカプセル１を用いてＨＩＰ処
理する本願の第３発明方法を実施するＨＩＰ装置を示す
、該装置は、主として、圧力容器７ａ内に加熱ヒータ７
ｂを収容してなるＨＩＰ装置本体７と、圧媒ガス（通常
はＡｒ）の加圧２回収装置８と、加熱電源及び制御装置
９等から構成されている。

本ＨＩＰ装置において、ＨＩＰ処理を行うには、先ず上
記カプセル１内に原料粉末を充填し、通常の方法でカプ
セルｌ内を脱気するとともに密封し、これをＨＩＰ装置
本体７に収容し、圧媒ガスを所定圧力で供給するととも
に、所定温度に加熱する。

なお、このＨＩＰ処理の後、該処理により固化された焼
結体中の析出物を再固溶させる熱処理を施す。

上記ＨＩＰ処理においては、上記カプセル１が高清浄度
に保持されていることから、原料粉末への介在物の混入
の問題は解消され、機械的特性の優れた焼結合金が得ら
れる。

次に本発明におけるカプセルの効果をｍ認するために行
った実験の結果について説明する。

本実験においては、第１図に示す本発明に従った実施例
カプセル１　（平行部：　　１００ΦＸ１３１ｆｌ）と
、第６図に示す従来形状の比較例カプセル１１（１００
ΦＸ１３０１ｍ）を用いた。この比較例カプセル１１は
、従来方法による大気雰囲気で溶接組み立てを行ったも
のであり、内面には溶接による酸化スケールや溶接中に
侵入した介在物が多数付着している。

これに対して実施例カプセル１は、各構成部品の内面を
＃６００の研磨仕上げとし、予備洗浄ではアセトンを使
用して脱脂を行い、溶接中はＡｒガスをカプセル内に５
１／分の割合で供給し、また溶接開先は！型とし、特に
第２図の段付き形状は採用しなかった。

溶接組み立て後の洗浄は、クラスｔｏ、ｏｏｏのクリー
ンルーム内で、エチルアルコールを洗浄液として行った
。この場合、具体的には上記アルコールをカプセルｌ内
に適量入れ、手で持って上下に振ることによって洗浄し
た。洗浄後Ｈｅディテクタを使用して溶接部に欠陥がな
いことを確認するとともに、ボアスコープにより内部に
介在物が付着していないことを確認した。

次に第１表に示す組成を持つＮｕ基超超合金粉末カプセ
ル１，１１内に充填し、ＨＩＰ処理を行った、このＨＩ
Ｐ処理は、１１７５℃Ｘ１０００ｋｇ／　ｃｊｘ３　Ｈ
ｒの条件で行い、この後の析出物の再固溶熱処理は１１
８５℃に３Ｈｒ加熱保持した後放冷し、さらに７６０℃
に１６Ｈｒ加熱保持した後放冷した。

上記熱処理材から全長９４鶴、平行部７Φ、Ｘ　１６　
（１−鋼の平滑試験片を切り出し、６３５℃、応力比＜
ｍ小応力／最大応力）Ｒσ−０１周波数−ＩＨｚの荷重
条件で高温低サイクル疲労試験を行った。結果を第５図
に示す。

図からも明らかなように、従来方法による比較例カプセ
ル１１を用いた場合（・印）は、ばらつきが大きい、こ
れはカプセルの製造において、場合によっては介在物が
残留し、これが原料粉末中に混入して疲労強度に影響を
与え、その結果破断までの繰返し数のばらつきが大きく
なったものと考えられる。これに対して、本実施例カプ
セル１を用いた場合（Ｏ印）は、介在物が混入すること
がなく、常に同等の疲労強度が得られ、ばらつきが非常
に小さくなりでおり、高い信鯨性が得られている。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る熱間静水圧成形用カプセル
によれば、蓋体を略円錐状にするとともに、不活性ガス
で内圧を保持しつつ溶接するようにし、さらに該カプセ
ルを使用してＨＩＰ処理を行うようにしたので、カプセ
ルの内部の清浄度を大きく向上でき、原料粉末への介在
物の混入を防止して部品の高強度化、高信軒性を確保で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明の一実施例によるカプセルの断面側面
図、第２図はその溶接継手部分を示す断面拡大図、第３
図は第２発明の実施例方法に使用する洗浄装置の概略構
成図、第４図は第３発明の一実施例方法に使用するＨＩ
Ｐ装置の概略構成図、第５図は本発明の詳細な説明する
ための高温低サイクル疲労試験特性図、第６図は従来の
カプセルの断面側面図である。 図において、１はカプセル、２はカプセル本体、３は蓋
体、４は脱気パイプである。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所 代理人　　　　弁理士　下布　努 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 Ｅｉ！ｉｌ！ｚｚ、ｍし赦　（Ｎ）　　−第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱間静水圧成形において用いられ、原料粉末が充
   填されるカプセルであって、有底円筒状のカプセル本体
   と、該本体の開口部に底部が接続された略円錐状の蓋体
   と、該蓋体の頂部に接続された脱気パイプとからなるこ
   とを特徴とする熱間静水圧成形用カプセル。
2. （２）熱間静水圧成形において用いられ、原料粉末が充
   填されるカプセルの製造方法であって、カプセルを構成
   する薄板成形部品を仮組みし、該組立体の内部を不活性
   ガスにより大気圧より高圧に保持しながら上記各部品同
   士を溶接により組み立てることを特徴とする熱間静水圧
   成形用カプセルの製造方法。
3. （３）原料粉末が充填されたカプセルを、加熱源を有す
   る圧力容器内に収容し、該圧力容器内に高圧の圧媒ガス
   を供給し、該圧媒ガスを加熱して得られた熱膨張による
   高圧を上記カプセルに作用させて上記原料粉末を焼結成
   形する熱間静水圧成形法において、有底円筒状のカプセ
   ル本体の開口部に円錐状の蓋体の底部を接続するととも
   に、該蓋体の頂部に脱気パイプを接続してなるカプセル
   内に原料粉末を充填し、該カプセル内を脱気した後密封
   し、該密封されたカプセルを上記圧力容器内に収容して
   高温高圧処理を施すことを特徴とする熱間静水圧成形法
   。