JPS6358896B2 - - Google Patents

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JPS6358896B2
JPS6358896B2 JP56056531A JP5653181A JPS6358896B2 JP S6358896 B2 JPS6358896 B2 JP S6358896B2 JP 56056531 A JP56056531 A JP 56056531A JP 5653181 A JP5653181 A JP 5653181A JP S6358896 B2 JPS6358896 B2 JP S6358896B2
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Description

【発明の詳細な説明】
この発明はCo基超合金の粉末冶金法による製
造方法に関するものである。 Co基超合金はCoを主成分としCr,Mn,W,
V,Mo,Ni,Al,Ti,C,などを合金元素と
して含有する合金で耐熱性、耐酸化性、耐食性な
どに優れた特性を有し、たとえば航空機用ジエツ
トエンジン部品の材料として用いるもので航空機
の高速化にともない益々特性の改善が要求されて
いる。従来この超合金は主として鋳造法により製
造されているが鋳造法は高価な材料の歩留りが悪
くコスト高であるのみならず鋳造組織の粗大化、
不純物の介在などによつて低サイクル疲労特性が
悪化する欠点がある。これに対しCo基超合金の
粉末を製造して加圧成形してのち加熱焼結する粉
末冶金法による製品は組織が微細で低サイクル疲
労特性が改善され、また粉末冶金法本来の特質で
ある材料歩留りの良さによりコストが低く今後の
部品製造方法として発展が期待されている。 粉末冶金法は1種または2種以上の原料金属粉
末を混合して加圧成形して圧粉体としこれを焼結
する。焼結は圧粉体を炉内で加熱昇温し、金属粉
末の溶融点以下の温度で一定時間保持して粉末相
互の熱的接合および金属の相互拡散によつて粉末
を結合して強固な固体とし、これを冷却して炉外
に取り出す工程である。この場合金属粉末の表面
についた吸着ガスを除去し、加熱中の酸化、脱
炭、浸炭などを防止するため真空、窒素(N2
ガス、水素(H2)ガス、アンモニア分解ガス、
吸熱性変成ガスなどを炉内雰囲気として焼結して
いる。しかしCo基超合金は単に上記雰囲気中で
普通の方法で焼結しても良好な焼結体を得ること
ができない。 すなわちCo基超合金は易酸化性元素、すなわ
ち第1図に示すように1000℃における酸化物標準
生成エネルギーが110Kcal/gmoleO2以上であ
るCr,Mn,V,Si,Ti,Alなどの元素を含み、
したがつてそれらの酸化物が焼結体内に未還元の
まゝ残留すると機械的性質、耐食性、耐酸化性が
そこなわれる。またCO基合金は耐食性などを改
善するため炭素成分を有せしめる場合が多い。と
ころが従来用いられている雰囲気において、真
空、窒素(N2)ガスなどの中性雰囲気は合金粉
末の吸着ガスを除去することはできるが還元性を
有しないし吸熱性変成ガスも還元力が弱くCr,
Mn,Si、などの易酸化性元素の酸化物を還元す
ることはできない。一方水素(H2)ガス、アン
モニア分解ガスは還元力は強いが酸化物の還元に
より生じた水分が混ざると脱炭反応を生ずるので
炭素を含む製品には適用し難いからである。この
欠点に対し現在は回転電極法あるいはガスアトマ
イズ法などによる高純度で100ppm以下の極低酸
素レベルの粉末を用い、さらに焼結体を熱間静圧
成形のような熱間加工を加えて所望の特性を得る
ようにしているがコストが非常に高くなる現状で
ある。 本発明は上記問題にかんがみ、易酸化性元素、
特に1000℃における酸化物標準生成自由エネルギ
ーが110Kcal/moleO2以上の元素を含む原料金
属粉末の焼結工程において、脱炭、浸炭が生ずる
ことなく、上記元素の酸化物の還元を十分に行い
得るCo基焼結超合金の新規製造法を提供するも
のであり、その特徴とするところは減圧下の焼結
工程の1部または全部において炉内圧力を約0.2
〜500Torrに調節しつゝ還元性ガスを導入するこ
とを特徴とするものである。 焼結工程に導入される還元性ガスとしてはCO
またはH2ガスが好ましく用いられる。 焼結工程は一般に真空排気下に室温から焼結温
度まで加熱する昇温過程、焼結温度に保持する過
程および焼結温度から室温まで降温させる冷却過
程からなるが、本発明においては昇温、焼結およ
び冷却の過程における焼結の進行に応じて上記還
元性ガスを適宜導入して炉内ガス圧を適当に調節
する。これにより脱炭、浸炭および上記易酸化性
元素の焼結中の酸化を防ぐとともに、該酸化物の
還元、合金化を促進することができる。 本発明においては室温からの昇温過程で温度
800〜900℃に到るまでの間を10-1Torr以下に真
空排気し、該温度から焼結温度に到るまでの間を
COガスを導入して炉内圧を0.2〜500Torrに調節
すると共に焼結温度においては10-2Torr以下の
真空に保持して所定の焼結を行わしめる。冷却過
程は炉内圧を10-2Torr以下に保持したまま、も
しくは還元性ガスを導入して0.2〜500Torrに調
節しつつ室温までに冷却するのが望ましい。 上記昇温過程での真空排気は原料粉末の吸着ガ
スの除去を目的とするもので、上記のように
10-1Torr以下とすることにより吸着ガスの十分
な除去が行われる。 また温度800〜900℃から焼結温度に到るまでの
間にCOガスを導入して炉内のCOガス分圧を高め
ることにより、下式 MO+CO→M+CO2 〔式中、MOは金属(M)の酸化物を表わす〕 により酸化物の還元が生起する。この反応を前記
のように0.2〜500Torrの減圧下で行うことによ
り、常圧下で還元困難なMn,Cr,Si,Al,V,
Ti,等の酸化物が還元され、次の焼結温度にお
いて10-2Torr以下の高真空下で行う焼結が著し
く促進される。この場合、0.2Torr未満ではCO圧
力が低すぎるので脱炭が生じ且つ充分な還元がで
きない。また500Torrを越えると逆に浸炭が起こ
るので好ましくない。すなわち0.2〜500Torrの
COガス雰囲気とした場合に浸炭、脱炭が生ぜず
且つ金属酸化物の還元、金属化が十分行われて清
浄度が高く密度の高い焼結製品を得ることができ
る。焼結温度は例えば1200〜1350℃に調節する。
冷却工程では酸化を防止するため10-2Torr以下
あるいは再び0.2〜500Torrの圧力で還元性ガス
を導入しつゝ室温まで冷却する。 かくして得られる焼結体は酸化物が十分に還
元・合金化し密度も高くCo基超合金としての本
来の特性である耐食性、耐熱性等にすぐれ、かつ
後記実施例にも示されるように高い機械的性質お
よび耐酸化性等を備えるものである。 本発明では原料金属粉末の酸化物の還元が十分
に行われるので原料粉末はガスアトマイズ粉など
の高純度のものである必要はなく比較的酸素レベ
ルの高い粉末であつてもよい。 Co基超合金においては強度、耐熱性の向上の
ため炭素を含ましめる場合が多いが本発明におい
て還元性ガスとしてCOガスを用いると脱炭が生
じないので炭素量の制禦が容易にできる。 一般に炭素を含む合金粉末は硬度が高く加圧成
形時の圧粉体密度は70%以下と小さく、焼結時に
大きな収縮をともない焼結体の寸法精度が悪い欠
点がある。この場合炭素を含まない合金粉末に所
要量の炭素たとえば黒鉛粉末を混合して成形する
と圧粉体の密度は約10%向上させることができ、
これを焼結すると好ましい結果が得られる。 本発明の焼結法によれば易酸化性の金属酸化物
は還元され金属の清浄度が高いので拡散が十分行
われ密度が従来方法に比し非常に高い焼結体が得
られるが、一般に材質特性を良好に維持するには
相対密度95%以上にすることが好ましい。このた
め焼結体をさらに熱間静水圧加工することが好ま
しい。 以下本発明の実施例について説明する。 実施例 1 水アトマイズ法で製造した下記組成のCo基合
金粉末(A)〜(D)(いずれも−150メツシユ)をプレ
スにより圧粉成形して密度68〜70%の圧粉体とな
し、これを本発明法により焼結した。一方、比較
として上記と同じ組成の各粉末の圧粉体を成形し
て従来法により焼結した。それぞれの焼結条件は
第1表に示す通りであつた。 粉末(A):Co−20%Cr−10%Ni−15%W−0.12
%C 粉末(B):Co−20%Cr−20%Ni−4%W−4%
Mo−3%Nb−0.4%C 粉末(C):Co−25%Cr−20%Ni−5%W−2%
V−5%Mo−1.5%C 粉末(D):Co−30%Cr−4%Ni−18%W−4%
V−1%Si−1%Mn−1%B−2%C
【表】 上記各方法により得られた焼結体(A)〜(D)の機械
的性質および耐酸化性を第2表に示す。但し耐酸
化性は大気中1000℃で5時間保持する加熱試験に
おける酸化増量の値を示すものである。
【表】 第2表に示すように本発明法によつて焼結した
焼結体は従来法のものに比し密度が高く緻密であ
り、抗折強度や耐酸化性もすぐれている。また焼
結体を観察したところ脱炭、浸炭現象は見られな
かつた。また粉末(B)の圧粉体を用いて第1表の本
発明法の欄において、1200〜1350℃→室温すなわ
ち冷却工程を0.2〜500Torrの範囲のCOガスとH2
ガス雰囲気で行う実験を行つた。 製造された各焼結体は、相対密度97%、抵抗強
度120Kg/mm2程度で大きな変化はなかつた。 即ち何れの場合も従来法(第2表参照)の焼結
体に比し優れていることが分かつた。 実施例 2 実施例1で得られた本発明法による各焼結体を
1150℃で圧力2000Kg/cm2の熱間静水圧加工を施し
た。得られた製品の機械的性質と耐酸化性を第3
表に示す。
【表】 上記結果から熱間静水圧加工により焼結体は著
しく高密度化するとともに強度、耐酸化性も大巾
に向上することが判る。 実施例 3 炭素を含まない下記組成の水アトマイズ粉(E)、
および(F)(いづれも−150メツシユ)を用い、こ
れに黒鉛粉末1.2%を添加して実施例1と同じ条
件で加圧成形し、これを本発明方法により焼結し
た。比較として従来と同じ圧粉体を従来法にて焼
結した。 粉末(E):Co−20%Cr−10%Ni−15%W 粉末(F):Co−20%Cr−20%Ni−5%W−20%
V−5%Mo 各焼結条件を第4表に圧粉体密度および得られ
た各焼結体の材質特性を第5表にそれぞれ示す。
【表】
【表】 すなわち本実施例のように炭素を含まない合金
粉末に適量の黒鉛粉末を混合して加圧成形すると
圧粉体の密度は高く、その圧粉体を本発明法によ
り焼結して得られる焼結体は非常に密度が高く抗
折強度も100Kg/mm2以上と高く酸化増量も少い。
また実施例1の場合の収縮量は約15〜20%であつ
たが本実施例においては10〜15%と減少し製品寸
法精度も向上した。 実施例 4 実施例1の粉末(C)を要いてプレスにより圧粉成
形して密度68〜70%の圧粉体とし、この圧粉体を
以下の条件で焼結した。 室温→800℃ 真空 10-3Torr 800℃→1250℃ CO 1.0Torr 1200℃(0.5時間保持) 真空 10-4Torr 1200℃→室温 CO 400Torr 得られた焼結体は相対密度97.5%、抗折強度
105Kg/mm2であつた。 さらに他の条件を同じで冷却工程を400Torrの
H2ガス雰囲気として焼結体を作成した。焼結体
の相対密度は98%、抗折強度は108Kg/mm2であつ
た。 いずれの場合にも従来法の焼結体に比し優れた
焼結体が得られることが分かつた。 以上詳しく説明したように本発明方法による焼
結Co基超合金は焼結工程中に金属酸化物の還
元・金属化が十分に行われるので焼結製品の清浄
度が高く密度が高い。従来の焼結品に比し機械的
性質、耐食性、耐酸化性も著るしく良好である。
しかも本発明法に用いる合金粉末は高純度、極低
酸素レベルの粉末である必要がなく、製造工程に
特別の条件を必要としないので経済性、量産性に
もすぐれているものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は各種元素の酸化物標準生成自由エネル
ギーを示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 1000℃における酸化物標準生成自由エネルギ
    ーが110kcal/molO2以上の合金元素を一種また
    は二種以上含むCo基焼結超合金の製造において、
    減圧下の焼結工程が、10-1Torr以下の真空中で
    室温より800〜900℃までに昇温し、該温度から焼
    結温度まで0.2〜500Torrの炉内圧に保持しなが
    らCOガスを導入し、焼結温度において10-2Torr
    以下の真空中で焼結することを特徴とするCo基
    焼結超合金の製造方法。 2 焼結温度から室温まで10-2Torr以下の真空
    あるいは0.2〜500Torrの還元性ガス雰囲気中で
    冷却することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のCo基焼結超合金の製造方法。 3 合金元素がCr,Mn,Si,B,Al,Tiである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項もしくは
    第2項記載のCo基焼結超合金の製造方法。 4 炭素を含まない合金粉末と黒鉛粉末を混合し
    て加圧成形した圧粉体をCOガスを還元性ガスと
    して焼結することを特徴とする特許請求の範囲第
    1項乃至第3項いずれかに記載のCo基焼結超合
    金の製造方法。 5 焼結体に熱間静水圧加工をほどこすことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4項いずれ
    かに記載のCo基焼結超合金の製造方法。
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JPS57171644A JPS57171644A (en) 1982-10-22
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JPS49114609A (ja) * 1973-03-07 1974-11-01
JPS51139508A (en) * 1975-04-30 1976-12-01 Jieimuzu Dein Richiyaado Method of producing metallic product from metallic powder

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