JPS646241B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧延または鍛造の様な塑性加工によ
り、所望の形状と寸法とに更に加工される如く意
図されるビレツトの製造方法に関する。出発材料
は、カプセル内に収容される金属粉体であり、個
個の金属粒体が一体に結合される様な温度に加熱
される。その内容物を有するカプセルは、大きな
密度への圧縮と、ほゞ均質な体部への結合とが得
られる様な大きさの圧縮力を受ける。任意の残留
する有孔性は、次の鍛造または圧延の操作中に除
去され、従つて、理論的に可能な密度を実際に有
する材料が得られる。

均質な成分を有し、インゴツトの上部での偏析
または空隙のないビレツトを得る困難性は、通常
の乾式冶金法を使用するとき、合金材料の増加す
る含有量によつて増大する。偏析を有する部分
は、除去されねばならず、その結果、材料の取得
は、増加する合金含有量によつて減少し、所望の
成分を有する均質材料を得る困難性が増大する。
屑にせねばならない大きな比率のために貧弱な生
産量と、含有される合金材料の高い価格とは、著
しい費用と、完成材料の価格の甚しい増大とを生
じる。

「粉末冶金」1958年、第１、第２号、94乃至
103頁の「外被内の高温加工による金属粉体の圧
密」と題する論文で、ジエイ・ウイリアムスは、
出発材料としての粉体による製品を製造する異な
る方法を述べている。ビレツトまたは完成した細
部は、幾つかの異なる加圧方法で直接形成可能で
ある。粉体は、溶融金属のジエツトを破断するこ
とで製造される。得られる金属液滴は、迅速に冷
却され、好ましい微細組織が得られる。この粉体
は、カプセル内に収納され、溶融温度よりも遥か
に低く従つて結晶成長による望ましくない組織変
化が最大の可能な程度まで排除される温度で、異
なる鍛造または加圧の方法による高圧によつて中
実の体部に加工される。高品位の工具鋼と、超合
金とは、粉体カプセルの高温均衡圧縮で大規模に
営利的に製造され、該カプセルは、加圧炉内で圧
縮されると同時に、実際上完全に中実の体部に焼
結される。圧延用と鍛造用との両者のビレツト
と、殆んど最終形状に成形された工具とが製造さ
れた。また、粉体を充填されたカプセルは、工具
間で鍛造されるか、または押出された。上述の論
文では、閉鎖された工具内の鍛造は、満足な製品
を生じないことが述べられている。就中、シート
のケーシングは、折り重なり、これは、内方に面
するシートの折り重ねを有する外側部分が除去さ
れなければならないことを意味し、これは、著し
い材料損失を生じ得る。この問題は、直径に対す
る高さの大きい比の場合に特に著しい。これは、
論文に述べられる如く、カプセル内の粉体を圧縮
する方法が、圧延に好適な長いビレツトを製造す
るのに適当ではないことを意味する。通常の圧縮
に関連する他の欠点は、カプセルの壁に最も近い
粉体が、挿入の際、低温の工具の構成要素に接触
するときに冷却されることであり、これは、粉体
の該部分が圧力の附加の可能な以前に接合温度以
下の温度に冷却され得ることを意味する。この冷
却は、高温の工具を使用することで或る程度まで
対応可能である。しかしながら、工具の加熱は、
強度が低減される欠点を生じる。

本発明によると、カプセルは、粉体を充填され
て密封される。該カプセルは、接合を可能にする
が溶融温度より遥かに低い温度に加熱され、従つ
て、結晶の成長による組織の変化は、取扱いと、
圧縮との際に微々たるものである。加熱されたカ
プセルは、プレスの成形空所に挿入され、容易に
変形可能な断熱材料の層で包囲され、該材料は、
カプセルが総ての側部の圧力を受ける如く圧縮力
を伝播する。殆んど均衡した圧力系統が得られ
る。断熱、圧力伝達材料の厚さは、カプセルが圧
密用圧力を受けるとき、カプセルの壁に最も近い
材料の温度が、所要の接合温度を越えるレベルに
維持される如く選定される。

カプセルは、軸方向へ可動なシリンダ内で２つ
のパンチ間に有利に圧縮され、該シリンダは、こ
の圧縮の際、自由に可動であり、従つて、円筒形
壁に対する摩擦は、最小の可能な程度まで圧縮を
阻止する。

断熱、圧力伝達材料は、タルク、パイロフイラ
イト（pyrofyllite）または同様な特性を有する他
の材料でもよい。該材料が、容易に変形可能であ
り、圧縮中比較的容易に再分布可能であり、従つ
て、カプセルに半径方向の圧力をも加えること
は、重要である。タルクは、容易に入手可能であ
ると共に安価であり、圧縮中に均衡してカプセル
に影響を及ぼす所要の特性を有し、従つて、カプ
セルの折り重ねを防止する如く半径方向圧力を生
じさせるため、最も好適な材料である。また、タ
ルクは、所要の断熱性能を有している。該性能
は、非常に良好なため、カプセル内の温度の均等
化は、挿入の際に冷却された表面層がカプセルの
内部からの熱伝達で再加熱されるまで、圧縮を遅
らせることによつて得られる。

断熱、圧力伝達材料は、異なる態様でカプセル
の周囲に装着されてもよい。板と、管スリーブと
が、製造されて、プレス内に挿入されるカプセル
に関連して加熱されたカプセルの周囲に装着され
てもよい。また、断熱、圧力伝達材料の粉体また
は粒体の板または層の上にカプセルを置き、カプ
セルと、包囲するシリンダとの間の中間の空間を
粉体または粒体で充填し、最後に板または粉体あ
るいは粒体の層でカプセルを被うことも可能であ
る。充填に鑑み、粒体がカプセルと、プレスシリ
ンダとの間の間隙内を容易に移動する様になると
共に、高い充填度を与える様な粒体寸法分布を有
する粒体ないしタルクを製造することは好適であ
る。タルクの特性は、減摩材料、例えば、窒化ボ
ロン、黒鉛または２硫化モリブデンをタルクに混
合することで改善可能である。摩擦を低減する他
の可能性は、プレスシリンダの内側へ潤滑特性を
有する材料の層を噴霧することである。壁の温度
は、低いので、有機潤滑剤、例えば、ポリ４弗化
エチレンを使用可能である。タルクの板と、管と
は、鋳造で製造可能である。タルクの粉体は、結
合剤と、熱硬化剤とを混合されてもよい。結合剤
としては、５％HClの１部と、エチル硅酸塩の10
部と、90％アルコールの15部との混合物が使用さ
れてもよい。熱硬化剤としては、結合剤の20部に
対し５％NH₃の１部が使用されてもよい。該管
は、遠心鋳造機で鋳造される。

本発明の方法は、直径に対して大きい長さを有
するカプセルを圧縮することを可能にする。カプ
セルのシートの折り重ねは、発生しない。単動プ
レスでは、直径の５倍またはそれ以上の長さを有
するカプセルが圧縮可能である。直径の２倍乃至
５倍の長さは、好適に選定される。２つの可動パ
ンチを有する複動プレスまたは１つの可動パンチ
と１つの可動圧力シリンダとを有するプレスで
は、長さと直径との間の関係は、２倍に大きくな
つてもよい。

カプセルの寸法は、広い限界内で変更可能であ
る。しかしながら、カプセルの小さい体積は、体
積に対する大きい面積を意味し、これは、非常に
急速な冷却を生じ得るので、温度が、満足な接合
を得るのに必要な温度以下に降下する以前に、圧
縮を実施するための時間を有することが困難にな
り得る。これは、所要の密度が得られないことの
惧れを包含し得る。

直径対長さの大きい比でカプセルを圧縮するこ
との可能性は、比較的重いカプセルが、比較的適
度な圧縮力を有するプレスで圧縮可能なことを意
味する。3000Mpの圧縮力を有し約250MPaの圧
密圧力でのプレスでは、330mmの直径を有するカ
プセルを圧縮することが可能である。1100mmの長
さでは、カプセルの重量は、約500Kgである。

好適なパラメータにより、100％の密度が得ら
れる。高速度鋼の粉体を圧縮するとき、理論的に
可能な密度の99％を越える密度は、1150℃の温度
と、250MPaの圧力と、数分の圧縮時間とで得ら
れる。ビレツトが、例えば、鍛造または圧延で圧
縮後に高温加工されるとき、圧縮の際に完全な密
度を生じさせる必要はない。従つて、完全な密度
は、次の加工の際に得られる。

この方法は、例えば、次の圧延操作で完全に均
質な材料への最終の圧密が生じ得る場合に、加圧
ガスの作用の下で加圧炉内における高温均衡圧縮
への実際的な他の実施例を提供する。投資費用
は、比較的少く、サイクル時間は、約５分の様に
短く、従つて、容量が大きくて費用が少い。この
方法は、従来の圧縮の方法の場合よりも単純な材
料の圧延ビレツトの製造に対し粉体圧縮を興味の
あるものにする。また、本発明の方法での著しい
利点は、カプセルの材料の要件と、継目の溶接で
の要件とが、気体の雰囲気では、均衡高圧圧縮の
際よりも著しく低度なことである。カプセルは、
充填されて、充填された球形粉体の密度が理論的
密度の65乃至70％になる如く振動された後、密封
され、または密封される以前に真空にされ、また
は密封される以前に真空にされて窒素ガスを充填
されることのみが必要である。

本発明は、添附図面を参照して下記に詳細に説
明される。

図面では、１は、カプセルを示し、２は、圧縮
するのに好適な温度にカプセルを加熱する炉を示
す。操作用ロボツト３は、コンベヤのベルト４か
らカプセル１を持上げて炉２内に装入した後、加
熱されたカプセルを炉２から取出してプレス５へ
移送する。

第２、第３図を参照して更に詳細に説明される
プレス５は、ローラ８と、ガイド９とで制御され
る垂直方向へ可動なプレスシリンダ７が内部にあ
るスタンド６を備える液圧プレスから成る。プレ
スシリンダ７は、第２図の装入位置と、第３図の
プレス位置との間を液圧空気シリンダ１０で操作
される。スタンド６の下部には、ピストン１２を
有する操作シリンダ１１がある。シリンダ７に適
合するパンチ１３は、ボルト（図示せず）でピス
トン１２に固定されるホルダ板１４でピストン１
２に結合される。ホルダ板１４は、ガイド９に対
して走行する案内ローラ１５を有している。パン
チ１３は、第２図の装入位置で、その上面がシリ
ンダ７の上部端面よりも幾分低くなる様な長さを
有している。プレス５の上部には、リング１７
と、ボルト（図示せず）とでプレススタンド６か
ら懸吊される固定パンチ１６がある。プレスシリ
ンダ７の上部には、粒状断熱、圧力伝達材料１９
用の環状送給漏斗１８があり、材料１９は、貯蔵
容器２０（第１図）から漏斗１８に供給される。
タルクは、好適な材料である。タルクは、容易に
入手可能で安価であり、好適な粒体等級では、カ
プセル１と、プレスシリンダ７との間の間隙２２
を充填可能である。断熱と、間隙２２の充填との
ため、間隙２２は、少くとも約25mmなければなら
ない。従つて、プレスシリンダ７は、カプセル１
よりも50mm大きい直径を有せねばならない。

プレスの操作は、次の態様で行われる。タルク
の板２１は、シリンダ７内でパンチ１３の上に置
かれる。ロボツト３は、炉２から加熱されたカプ
セル１を取出して板２１の上に置く。シリンダ７
は、上側パンチ１６がシリンダ７に幾分嵌入する
如く上昇される。この上昇操作の際、間隙２２
は、断熱、圧力伝達層２５が形成される如く漏斗
１８から材料１９を供給され、材料の層は、カプ
セル１の上端より上まで供給される。カプセル１
の外側部分、特に、隅部分は、炉２からプレス５
への移送中に冷却される。従つて、プレス操作を
幾分遅延させることで、カプセル１内の温度が均
等になる様にすることは、好適であり得る。

円筒形空間２３は、導管２４を介して圧力媒体
源（図示せず）から圧力媒体を供給され、従つ
て、カプセル１は、パンチ１３，１６の間で軸方
向に圧縮される。この圧縮の際、シリンダ７は、
ビレツトに自由に追従可能であり、従つて、最小
の圧縮力は、押圧されるビレツトと、シリンダ壁
との間の摩擦と、滑りとで喪失される。圧縮の最
終段階では、シリンダ７は、第３図に示す位置を
占める。パンチ１３と、シリンダ７とは、降下さ
れ、完成した圧延ビレツトは、ロボツト３で除去
される。カプセル材料は、除去されねばならな
い。多くの場合には、カプセル材料は、次の圧延
の際と、該圧延に必要な加熱の際とで、酸化スケ
ールの形態において消失する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が使用される設備の説明図、第
２図、第３図は同上の設備に使用されるプレスの
図を示す。 １……カプセル、７……プレスシリンダ、１３
……パンチ、１６……固定パンチ、２１……タル
クの板、２２……間隙、２５……断熱、圧力伝達
層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 更に加工されて所望の形状にされる粉体から
   つくられる被圧縮体の製造方法に於いて、圧縮さ
   れるべき粉体が最初に送られ、加熱され、接合温
   度でプレスの成形空所内で圧縮されて粉粒が互い
   に結合し実質的に体積のある固体を形成し、前記
   成形空所内の粉体が絶縁層で囲まれ、該絶縁層は
   プランジヤが前記成形空所に挿入中に圧力を粉体
   の全側に完全に与える圧力伝達媒体として働く材
   料からなり、処理される粉体が粉を詰められたカ
   プセルからなり、前記絶縁層２５がタルクまたは
   パイロフイライトからなることを特徴とする粉体
   からつくられる被圧縮体の製造方法。 ２ 前記被圧縮体１が２個のプランジヤ１３，１
   ６から軸方向の圧力をその２端で受け、被圧縮体
   を囲むシリンダ７が圧縮中に軸方向に自由に移動
   できることを特徴とする特許請求の範囲第１項の
   製造方法。 ３ 前記絶縁材料の板２１前記カプセル１の上下
   端に位置され、絶縁材料のスリーブが前記シリン
   ダ内でカプセルを囲むように置かれていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１または第２項の製
   造方法。 ４ 前記カプセルが前記絶縁材料の層２１に置か
   れ、前記シリンダと前記カプセルとの間のギヤツ
   プ２２が粉状または粒状の絶縁材料で満たされカ
   プセルの上端が絶縁材料の層で覆われることを特
   徴とする特許請求の範囲第１または第２項の製造
   方法。 ５ 前記カプセルと前記シリンダとの間のギヤツ
   プ２２が粒状タルクで満たされ粒子寸法の分布が
   良好な流動特性を有し環状ギヤツプを出来るだけ
   完全に埋めるものであることを特徴とする第４項
   の製造方法。 ６ 前記絶縁層２５は前記カプセルのシートの折
   れを防止するようにカプセルに半径方向の圧力を
   加えることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第５項のいずれか１項の製造方法。 ７ 前記カプセルを前記プレスに挿入した後に圧
   力を与えるのを遅延し挿入中に冷却されたカプセ
   ルの内容物の表面層がカプセルの内部から伝達さ
   れる熱で再加熱されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項から第６項のいずれか１項の製造方
   法。 ８ 前記圧縮工程のパラメータが圧縮工程で100
   ％の密度を得られるように選定され前記被圧縮体
   が次の処理で所望の強度値を得ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項から第７項のいずれか１
   項の製造方法。