JPS6345307A

JPS6345307A - 金属粉末からビレツトを製造する方法

Info

Publication number: JPS6345307A
Application number: JP18834686A
Authority: JP
Inventors: ヴインセント　エヌ．デイジアムバテイスタ
Original assignee: WAARUTETSUKU Ltd
Current assignee: WAARUTETSUKU Ltd
Priority date: 1986-08-11
Filing date: 1986-08-11
Publication date: 1988-02-26

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、合金粉末からビレットを製’＞Ｎ　”ｌるた
めの方法に関する。本発明は、特に理論上の密度の約１
００％の密度を有する一方従来の材料に比べてかなり低
い加工率を伴い、これにより断面のかなり大きな押出し
を行なう方法に関する。

従来より知られている微粒金属粉からなる金属ビレット
の製造方法として金属粉末で押出し成形用コンテナを満
たし該コンテナをシールし、場合により該コンテナを真
空にし粉末の融点以下の適当な湿度まで加熱し、前記コ
ンテナ及び粉末をダイを通して押出す方法がある。理論
上の密度の約１００％の密度をもって押出された製品を
得るために極めて高い圧力が必要とされ、斯かる圧力は
１２〜１という高い加工率を伴うことによって得られて
いた。従ってこのようにして得られる製品の断面の大ぎ
さは限られたものであった。

発明の概要本発明においては、必要な組成を有した８０メツシユの
金属パーティクルが押出し用コンテナ内に充填される。

該コンテ犬は炭素鋼バイブからなるものとされるのが望
ましい。使用する金属粉末としては、不活性ガスにより
ｎ化（アトマイズ）され、液化付近温度から約４２５℃
まで１／１０秒より短い時間内に冷却されたものが望ま
しい。

粉末は約５０．８＋ｕ＋（２インチ〉の層厚となるよう
に繰返し供給され、供給された各層毎にへエネルギー速
度圧縮ラムが作用せしめされ、理論上の密度の約８０％
のタップ密度に圧縮される。その後、押出し用のコンテ
ナ内の圧縮された粉末上にはインブープレートが暖く置
かれる。このプレートも炭素鋼とされ約３インチのＤざ
とされるのが望ましく、コンテナの壁面には結合されな
い。このインナープレートの上面には該インナープレー
トと同じ金属及び厚さのカバープレートが置かれ、該カ
バープレートはコンテナ壁面にＰ１接される。

このようにして準備されたコンテナは合金の融点以下の
温度まで炉内で加熱される。工具鋼の場合は、前記温度
は約７６０℃（１４００丁）から約１０３８℃（１９０
０下）となる。航空Ｂｌのエンジンに使用されるような
融点の高い合金の場合には、前記一度は約１１４９℃（
２１００下）となる。これらの温度への加熱によりコン
テナ内の粉末の密度は、理論上の苫度の約９０〜９３％
となる。加熱されたコンテナは迅速に押出し用のプレス装置に移動され、約３〜１の
加工率でもって且つ約３０００トンの圧力でもって押出
される。前記インナープレートは、押出し用コンテナに
対して固定されていないので該コンテナと同じ速度で移
動することはなく、その結果粉末に向うように一部分が
押出され、これにより押出しされるビレットの密度は理
論上の密度の実質上１００％となる。

本発明に係る方法はまた、押出し用コンテナへの充填を
行なうこと、該コンテナを前述の如く加工すること、及
びインナープレート及びカバープレートの部分を適切な
押出し成形条件下に質くのにのみ充分な長さをもって押
出しを行なうことにより、極めて大径の押出し物を製造
する場合にも適用され得る。この場合、コンテナは残り
の部分をダイに通過させることなく取外され、こうする
ことにより該コンテナと略同じ断面積をイｉし押出され
た部分と略同じ密度を有したごレツ１〜が得られる。

実　　施　　例以下、本発明を添附図面に示ず実施例と共に説明する。

本発明は、ビレット及び工ｒＪ鋼若しくは高合金鋼の型
材の製造に有利に適用される。出発原料は所定の組成を
有した金属粉末であり、所定成分の金属粉末を所定のυ
１合で混合することにより容易に１；１られる。金属粉
末としては８０メツシユのもの即ち８０メツシユのふる
いを通過する粉末が使用される。金属粉末は不活性ガス
により霧化（アトマイズ）され、液化付近温度から約４
２５℃まで極めて急速に、即ち１０分の１秒より短い時
間内に冷却されたものであるのが望ましい。このような
粉末の製造に関しては、米国特許第４２７２４６３号（
Ｃ１ａｒｋその他、１９８１年６月９日）明細書にその
製造方法が開示されている。

粉末は押出し用コンテナ（１１）内に充填される。該コ
ンテナ（１１）は炭素鋼からなるボトムエンド（９）を
溶接された炭素鋼バイブ（８）とされている。このコン
テナ内に金属粉末（１０）が約５０．８ｍｍ（２インチ
）の厚さの層となるように供給される。コンテナ（１１
）内には金属粉末（１０）が上方へと順次形成されたＧ
（１２＞が、第１図に示ずように収納されている。各層
（１２）はコンテナ内に供給された後、高エネルギー速
度圧縮ラム（１６）により、第２図に示すように圧縮さ
れる。これにより、粉末は理論上の密度の約８０％のタ
ップ密度にＩＦ縮される。この圧縮に要する圧力は約２
１００００ｋｇ／ｍ２（３００００００ｐ．ｓ、ｉ、）
と＋ｔｔ　ｌされる。この工程はコンテナ（１１）が上
面から約１０ＣＩＩＩ（４インチ）まで満たされるよう
に縁返される。その１０、ＩＡ木銅鋼プレート１７）が
コンテナ（１１）の内側に緩く嵌るようにして粉末（１
０）上に置かれる。このプレート（１７）はコンテナ（
１１）に溶接その他により固定されることはない。プレ
ート（１７）は約７．６０■（３インチ）の厚さであり
、粉末に対する内部カバーを形成する。同様の円板状プ
レート（１８）がプレート（１７）の上に置かれ、該プ
レート（１８）は上面の周縁を第４図に示ずようにコン
テナ（１１〉に溶接される。

プレート（１８）はコンテナ（１１）内へ約２　、５Ｃ
ＩＩｌ　（１イン’Ｊ−）　挿入サレタ状ｆｆ３とされ
、該コンテナの外部カバーを形成する。

このように準漏されたコンテナ（１１）は、次に加熱炉
内に置かれ、合金の融点より実質上低い温度で杓６時間
加熱される。工具鋼の場合には、この加熱温度は約７６
０℃＜１４００下）から約１０３８℃（１９００丁）と
される。航空機用エンジンに使用されるような高融点合
金のような他の合金の場合には、この加熱温度範囲は約
１１４９℃（２１００下）に達する。この加熱により、
金属粉末（１０）の密度は理論上の密度の約９０％から
９３％へと増加する。

コンテンナ（１１）はその後、加熱炉から約１分以内に
押出し成形用プレス装置へと移動され、約３０００トン
の圧力により加工率約３〜１をもって押出される。第５
図は、押出し用コンテナ（１１）が押出し用ダイ（２１
）を通過している状態を示している。外部カバー（１８
）は押出し物の不要部分（ｎｏｉｓｅ　　ｐｏｒｔｉｏ
ｎ　）　　（２２）を形成し、内部プレート（１７）は
押出されてで部分（２３）を形成している。プレート（
１７）はコンテナ（１１）の壁部に結合されていないの
で、該壁部はプレート（１７）を覆った状態でより薄い
壁部（２４）へと引伸ばされる。

プレート（１７）は押出しにより壁部（２４）より大き
な°断面積を有する部分〈２３）となっており、壁部（
２４）は部分（２３）より大きい歪みを生じており、プ
レート（１７）は該壁部（２４）に対してより長く引伸
ばされているものと思われる。部分〈２３〉は、この結
果模方へと変形せしめられ、コンテナ（１１）内の粉末
（１０）を圧縮し、理論上の密度の約１００％の密度と
する。

第６図は、コンテナ（１１）が完全に押出されてビレッ
トが形成された状態を示している。プレート（１７）が
押出し用ダイを通過するときに生じる壁部（２４）の引
伸ばしにより粉末（１０）は付加的な圧縮を受けるため
プレート（１７）がダイを通過したときに押出しプロヒ
スを停止し、残りの部分に対して押出しをすることなく
部分的に押出されたコンテナ（１１）を取外すことによ
り押出し用コンテナの全径に相当する径のビレットを理
論上の密度の１００％の密度をもって得ることができる
。

〔実験例１〕次の公称組成を有したＮ−２工具鋼を急速擬囚法に基づ
き不活性ガスを用いて霧化（アトマイズ）することによ
り粉末とした。

Ｃ：０．８５％、　　Ｍｎ：０．３０％。

Ｓｉ：０．３０％、　　Ｃｒ：４．００％。

Ｖ：２．００％、　　Ｗ＋６．００％。

Ｍｏ：５．００％、　「ｅ：残部Ｌｑられた金属合金粉末は８０メツシユ（米国標準規格
）のふるいにかけられた。こうして選別された金属合金
粉末はステンレスａ４製ｒＶＪコーンブレンダーに移さ
れ、３０分間ブレンドされた。

次に合金粉末はボトムプレートを溶接された１０１０炭
素鋼パイプ内に供給された。この炭素鋼パイプは直径が
３０．５ｃｍ（１２インチ）、長さが９６．５ｃｍ（３
８インチ）であった。粉末は５．０８ｃｍ＋（２インチ
）の高さにコンテナ内に供給され、その俊高エネルギー
速度圧縮ラムが位置決めされ、数回のｍ撃力が付与され
た。この工程は、８６．４ｃｍ＜３４インチ）の高さが
得られるまで繰返された。充填されたコンテナを計量し
た結果、約３４０ｋｏ（７５０ボンド）のＮ−２合金粉
末が収納されていた。

浮動又は自由移動のディスクが炭素鋼製コンテナ内に収
納された。次に該自由移動ディスクの上に第２のスチー
ルディスクが冒かれ、その周囲を炭素鋼製バイブに溶接
された。こうして準備されたコンテナは加熱炉内に置か
れ９２７℃（１７００下）の温度下で６時間加熱された
。

加熱された押出し用コンテナは、加熱炉から押出し用プ
レス装置へと４０秒間で自動的に移ＩＪＪされた。押出
し用コンテナは１８．２１ｃｍ（７，１フインチ）の径
のダイを通して押出された。得られた押出し物は直径が
１８．２１ｃｍ（７゜１７０インチ）、長さ２．１３ｍ
（７フイート）であった。押出された製品は次にバーミ
キュライトベツドに置かれ、ゆっくりと室）−まで冷却
された。冷却後、押出し物の頭部及び尾部が切取られた
。得られたビレットは９８２℃（１８００下）温度下で
１８．２１ＣＮ７．１７０インチ）から約１５．２４Ｃ
Ｉ（６インチ）の径までコツギング処理を施された。

コツギング！ｌ！１理をされたビレットはクラック又は
端＆；劣化がなく実質上脱炭を生じていない優れた組成
変形と仲良を示した。これは金属部が、該金属部と共に
押出された炭素鋼製パイプにより保護されたからであり
、該パイプは約３．１８ｍｍ（１／８インチ）の厚さで
あった。

コツギング処理の後、金属粉末ビレットは熱間圧延によ
り約１０．２ｍｍ（４インチ）の仕上がり寸法の隅丸ス
クエア（Ｒ，Ｃ，Ｓ、　、　ＲｏｕｎｄＣｏｒｎｃｒｄ
　５ｑｕａｒｅ）の断面形状とされた。

炭素鋼により覆われることによって脱炭は生じなかった
が、この炭素鋼の圧延部は約０．７９ｍ１１１（１／３
２インチ）の厚さであった。、得られた製品は、理論上
の密度に対し１００％の密度を有してＪ３す、インター
ヒブト法（１ｎｔｅｒｃｅｐｔ　ｍｅｔｈｏｄ）により
測定の結果−ロして３０メツシユより小さい粒度を示し
た。炭化物の分布（ま橿めて微細であり、合金粒度と炭
化物粒度との差異は判別が困難であった。　　゛得られた製品は、反射顕微鏡により分析された結果、良
質であり、欠陥がないことが見出された。

〔実験例２〕実験例１について述べた方法を使用して次の公称組成を
有したＴ−１５合金粉末を、１８．２１ｃｍ（７，１７
０インチ）の径に押出し成形し次に約７．６２ＣＩ（３
インチ）の径まで圧延した。

Ｃ：１．５５％、　　Ｍｎ：０．３０％。

Ｓｉ：０．３０％、　　Ｃｒ：４．５０％。

Ｖ：５．００％、　　Ｗ：１３．００％。

Ｍｏ：０．５０％、　　Ｃｏ：５．００％。

Ｆｅ：残部その結果、密度、粒度及び品質について前述と同様の結
果が得られた。

〔実験例３〕実験例１及び実験例２において述べた方法を使用して、
Ｍ　−２工具鋼合金粉末の部分的な押出しを行なった。

押出し用コンテナの前部に位置する礪械的機能をなす部
材は次のような充分な予め決められた長さだけ押出しを
された。すなわち第５図について説明したように、自由
移動ディスクが理論上の密度に対する約１００％の密度
を生じさせるように粉末に対して圧力を及ぼすのに充分
な（Ｉ２置まで移動しうるような充分な長さである。

部分的な押出しにより青られたものは、約１５゜２　Ｃ
ｆｆ１　（６インチ）の径及び約２．１３ｍ（７フイー
ト・）の長さまでコツギングされ、次に熱間圧延をされ
て１０．２ＣＩ１１（／１インチ）の断面隅丸スクエア
（Ｒ，Ｃ，Ｓ、）のビレットとされた。その結果、全体
的な押出しと圧延とを施して得られた製品と同様の結果
が得られた。

前述の如く、本発明に係る押出し用コンテナとしては炭
素鋼製パイプを使用するのが望ましい。

３０．５ｃｍ（１２インチ）の炭素鋼製パイプの壁部の
厚さは６．３５ｍｍ（１／４インチ）より若干大きいが
１２．７ｍ１ｌ／２インブ）より小さい。

変形に対する抵抗がビレット金属よりも小さい金属から
なる押出し用コンテノーを使用するかぎり該コンテナの
壁部の厚さは重要ではない。

前述の内部カバー（１７）は相互に平行な端面を有する
ように形成されている。押出しにより押出されたプレー
ト（１７）、即ち部分（２３）は、前述の如く後方へ一
部変形Ｖしめられるが、部分（２３）と圧縮された粉末
ビレット（１０）との開の境界部分は、第６図及び第７
図に破線で示すようにビレット（１Ｃ）に向く凹面とな
っていることが見出された。市販可能な粉末ビレットを
（りるために、第６図における押出された部分（２２）
及び（２３）は、第７図に示すように切取られねばなら
ない。第７図に於て破線で示された粉末ビレット境界部
分（２５）は、切落し部分に含まれることとなり、生産
量の低下を招く。この生産量の減少は内部カバー（１７
）を第８図及び第９図に示びょうな輪郭形状とすること
により解消される。カバー（１７）の下面（２６）は凸
面とされている。第９図に示す加熱されたコンテナが押
出されると、内部カバー（１７）の凸面（２６）は第１
０図に示すように平坦化し、粉末ビレット〈１０）と押
出されたカバ一部分（２３）との間の境界部分（２７〉
はほぼ平面となる。この平坦化された連結部分に基づき
ビレットからの切落しをその境界部分において行なうこ
とにより、生産量の減少は殆んど問題とならない程度に
なる。内部カバー（１７）と粉末ビレットとの平坦な境
界部分（２７）はかなり弱く、切落し用シアリング装置
又はその類いのｖ４置を使用する必要がないことが見出
された。ビレットのノーズ、即ち部分（２２）及び（２
３）は、大槌で打つことにより分離することができ、こ
のとき境界部（２７）における破壊が生じるのである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例について示すもので、第１図は金属
粉末を層状に収納した押出し用コンテナの縦断面図、第
２図は金属粉末が高エネルギー速度圧縮ラムにより圧縮
されている状態を示ず押出し用コンテナのＫ１１ｇ１面
図、第３図は圧縮された金属粉末及び内部プレートを収
納した押出し用コンテナの縦断面図、第４図は更に外部
カバープレートを載せ溶接された状態のコンテナの縦断
面図、第５図は押出し用ダイを通して一部押出されたコ
ンテナを示寸縦断面図、第６図は全体が押出された状態
を示すコンテナの縦断面図、第７図は全体が押出され切
落しが行なわれた状態のビレットを示す縦断面図、第８
図は第３図のものと異なる内部プレートを収納したコン
テナの縦断面図、第９図は更に外部カバープレートを載
せ溶接をされたコンテナの縦断面図、第１０図は第９図
のコンテナを全体に亘って押出した状態を示す縦断面図
である。（１０）・・・金属粉末（１１）・・・押出し加工用コンテナ（１２）・・・金属粉末の層（１６）・・・高エネルギー速度圧縮ラム（１７）・・
・内部プレート（１８）・・・外部カバープレート（２１）・・・押出し用ダイ（以　上）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属粉末から高密度ビレットを製造する方法であ
つて、ビレット金属より変形抵抗の低い金属からなるコ
ンテナの内部に金属粉末を供給する工程と、前記コンテ
ナ内の粉末を理論上の密度の約８０％の密度まで圧縮す
る工程と、ビレット金属より変形抵抗の小さい金属から
なり、前記コンテナ壁部の数倍の厚さを有した２枚のプ
レートを使用し、その内１枚のプレートを内部プレート
として前記コンテナに結合することなく該コンテナ内の
粉末を覆うように挿入し、他方のプレートを外部カバー
プレートとして前記内部プレートを覆い前記コンテナに
固着する工程と、充填されたコンテナを該コンテナ及び
前記金属粉末の融点より低い温度まで加熱する工程と、
充填された前記コンテナにおける前記プレート部分をま
ず熱間押出しすることにより前記内部プレートを前記粉
末に向けて部分的に押出し変形せしめビレットの密度を
理論上の密度のほぼ１００％まで高めることを特徴とす
るビレットの製造方法。
（２）前記コンテナ及びプレートが炭素鋼で形成されて
おり、前記粉末が該炭素鋼より硬い合金であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
（３）前記コンテナの壁部が１．２７ｃｍ（１／２イン
チ）以下の厚さであり、前記内部プレート及び外部カバ
ープレートが約７．６２ｃｍ（３インチ）の厚さである
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の方法。
（４）前記金属粉末が、不活性ガスにより霧化（アトマ
イズ）され液化温度から約４２５℃まで１／１０秒以下
の時間内に冷却されたものであることを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の方法。
（５）充填された前記コンテナを該コンテナ及び前記金
属粉末の融点より低い温度において約４時間から６時間
の間加熱し、これにより押出し加工前の粉末の密度を理
論上の密度の９６％〜９７％に高めることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の方法。
（６）充填された前記コンテナの押出しを、前記カバー
プレート及び内部プレートが押出された後に停止し、こ
れにより未押出し部分の密度を理論上の密度の実質上１
００％まで高めることを特徴とする特許請求の範囲第５
項に記載の方法。
（７）前記粉末が所定の厚さの複数の層をなすように前
記コンテナ内に充填されることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の方法。
（８）前記各層の粉末が高エネルギー速度圧縮ラムによ
り前記コンテナ内で圧縮されることを特徴とする特許請
求の範囲第７項に記載の方法。
（９）充填された前記コンテナが約３〜１の加工率及び
約３５１５ｋｇ／ｍ＾２（５００００ｐ．ｓ．ｉ．）の
圧力により熱間押出しをされることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の方法。
（１０）圧縮された前記粉末に接する前記内部プレート
の面が、充填された前記コンテナの加熱前において凸面
であり、前記コンテナの熱間押出し後は実質上平面とな
るようにされていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の方法。