KR100208502B1 - 유리섬유형성 스피너 및 그 제조방법 - Google Patents

유리섬유형성 스피너 및 그 제조방법 Download PDF

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휴스톤 로버트 엘
오웬스 코닝
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Abstract

산화분산 강화금속은 섬유유리 제조에서 스피너로 사용할 수 있는 전저부품으로 환형압연한다. 충분한 열간가공과 소둔처리로 원하는 조립자 구조를 얻을 수 있다.

Description

유리섬유형성스피너 및 그의 제조방법
제1도는 본 발명을 따르는 실시예의 초기공정단계동안, 산화물분산 물로 강화된 금속의 여러 가지 변형형상의 개략도.
제2도는 본 발명에서 이용되는 링압연(ring-rolling)단계의 개략도.
제3도는 본 발명에 따라 제조되는 최종링부재의 부분단면도.
제4도는 본 발명을 따르는 공정의 또다른 단계의 개략도.
제5a도 및 제5b도는 원형을 이루는 중공원통체의 성형시, 우선 링보양의 부재가 성형되고, 내부로 오목하고 아크(arc)모양단면을 가진 링부재로 변환되는 본 발명의 선호되는 단계들의 도면들.
제6도는 링압연작업의 개략평면도.
제7도는 제3도에 도시된 최종링부재를 형성하기 위한 압연공정을 도시하고, 제6도에서 선 7-7을 따라본 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 원통형 몸체 4 : 원통체
6 : 초기링부재 6A : 원통형링부재
6B : C형링부재 6C : 최종링부재
8, 26 : 구동롤러 10 : 성형롤러
12 : 축발향롤러 14 : 분할다이
16, 18 : 압축다이 20 : 맨드릴
22, 24 : 다이부재 28 : 성형면
본 발명은 유리섬유제조용 스피너(spinner)의 제조에 관련된다. 특히, 본 발명은 산화물분산물로 강화된 금속을 가공하여 형성되는 유리섬유 제조용 스피너의 제조에 관련된다.
산업적 적용에 있어서, 고온에서 높은 파괴강도 및 높은 산화저항(oxidation resistance)을 가진 합금을 이용할 필요가 있다. 고속회전에 적합한 링모양의 부재에 형성되고 구멍이 형성되는 벽들을 통과하여, 용융된 재료로부터 유리섬유필라멘트가 제조되는 유리섬유산업에서 상기 적용예가 이용된다. 상기 장치를 일반적으로 스피너(spinner)라 한다. 높은 원심작용에 기인하여, 회전하는 스피너벽의 구멍들을 통해 필라멘트들이 가늘어져서 방출된다. 높은 회전속도에 기인하여, 높은 응력하에서 상기 스피너들은 상승된 온도에서 작동하게 된다. 상승된 온도에서는 고강도의 합금으로 제조된 스피너들이 필요하다.
스피너를 위해 상업적으로 이용되는 최신 스피너제조기술은 니켈 또는 코발트기초합금을 이용하고 스피너들은 주조작업에 의해 제조된다. 상기 합금들의 작용은 양호하지만, 온도와 관련한 더 높은 강도를 가진 합금을 위한 기술이 아직도 필요하다.
미국특허 제 4,402,767호에 따르면, 유리섬유제조시 산화물분산물로 강화된 금속들이 이용된다. 상기 합금들의 금속매트릭스(metal matrix)내에서 분산질(dispersoid)이라 불리는 작고 강한 산화물입자의 분산물이다. 상기 특허에서 산화물분산물로 강회된 금속으로 기제조된 판의 스핀성형이 설명된다. 상기 특허에 의하면, 유리한 입자구조를 제공하기 위한 중요한 열가공공정이 설명된다. 또한, 산화물분산물로 강화된 금속으로 제조된 씨트(sheet) 또는 판을 별도로 제조할 필요가 없으나, 산화물분산물로 강화된 금속으로부터 스피너들을 형성하기 위한 공정을 제공하는 기술이 아직까지도 필요하다. 실제로 금속이 일정량 폐기되기 때문에, 상기 스핀성형방법은 문제가 있다.
본 발명의 목적은 산화물분산물로 강화된 금속으로 제조되는 고강도의 스피너를 성형하기 위한 공정을 제공하여, 폐기된 금속과 관련된 문제를 해결하고 종래기술의 미비점을 만족시키는데 있다. 특히 본 발명을 따르는 공정의 주요 장점을 보면, 폐기되는 금속양이 상당히 감소되는 형상의 스피너가 제조된다.
본 발명에 따르면 스피너(spinner)를 성형하기 위한 가공방법이 제공된다. 즉 내부로 오목하고, 유리섬유제조에 이용되는 스피너로서 용이하게 적용되며 원형 또는 링(ring)형 부재를 형성하기 위하여, 초기 융점이하에서 산화물분산물로 강화된 금속들을 처리하기 위한 기술이 공개된다. 상기 유리섬유형성스피너의 제조방법은, 산화물분산물로 강화된 합금으로 구성된 중공원통체의 벽두께를 감소시키고, 중공원통체의 내경 및 외경을 증가시키기 위하여 상기 중공원통체를 링압연하고, 링압연된 상기 중공원통체를 축방향으로 직선을 이루는 원형의 중간부분, 중간부분으로부터 내향으로 연장구성되는 상부의 플랜지부분 및 하부의 플랜지부분을 가진 링부재로 성형하며, 상기 중공원통체의 링압연 및 링부재로 성형하는 작업은 합금의 최소 가공온도이상 및 재결정온도이하에서 이루어지고, 상기 링부재를 열처리하며, 상기 중공원통체의 벽두께와 비교하여 중간부분의 벽두께가 충분히 감소되는, 상기 열처리과정동안 상기 합금은 더 굵은 입자구조로 재결정되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 또다른 특징에 따르면, 유리섬유제조에 이용되는 링부재의 제조방법은, 산화물분산물로 강화된 합금으로 구성된 후벽구조의 중공원통체를 박형구조의 링부재로 링압연하고, 상기 링부재의 벽은 직사각형단면을 가지며, 상기 링부재를 C형단면구조의 C형링부재로 압축하고, 상기 C형단면구조의 C형링부재를 측단면을 가진 링부재로 링압연하며, 상기 측단면은 축방향으로 직선을 이루는 원형의 중간부분 및 중간부분으로부터 내향으로 연장구성되는 상부의 플랜지부분 및 하부의 플랜지를 가지며, 상기 중간부분내에서 축방향 및 원주방향으로 기다란 형태의 굵은 입자구조로 상기 합금을 재결정하기에 충분한 시간동안 일정온도에서 상기 측단면을 가진 링부재를 열처리하고, 열처리가 이루어지는 동안, 후벽구조의 스피너로부터 상기 측단면을 가진 링부재로 벽두께를 감소하는 것은 상기 굵은 입자들로 재결정하는데 유효하며, 상기 열처리가 이루어지기 전 또는 후에 상기 중간부분(9)내에 복수개의 유리섬유성형구멍들을 성형한다. 좀더 정량적으로 설명하면, 상기 후벽구조의 중공원통체의 초기벽두께가 ti이고, 축방향으로 직선을 이루는 원형의 중간부분의 최종벽두께가 tf일 때, 변형율 [(ti-tf)/ti]100은 적어도 약 75이다.
본 발명의 또다른 특징에 따르면, 예를들어 압출가공에 의해 상승된 온도에서 산화물분산물로 강화된 금속분말은 원통형빌렛으로 성형된다. 다음에 상기 원통형빌렛은 초기원형부재로 성형되고, 링압연을 포함한 점진적인 가공작업에 의해, 상기 원형부재는 직경이 증가된 원형단일체 측면부재로 성형된다. 상기 측면부재는 축방향으로 직선을 이루는 중간부분 및 중간부분의 단부들로부터 내향으로 연장구성되는 상부 및 하부의 플랜지들을 포함한다. 과정이 진행되는 동안, 합금의 부적절한 변형이 바람직하지 않은 입자구조를 야기할 수 있기 때문에, 최종 열처리시, 입자구조들이 더욱 바람직한 입자구조로 재결정되도록, 초기원형부재의 두께감소가 최대가 된다.
본 발명에서 이용되는 산화물분산물로 강화된 금속은 공지되었다. 이 조성물은 금속매트릭스에 분산된 산화물분산질을 포함한다. 금속매트릭스는 니켈, 코발트, 크롬, 백금, 로듐 및 철(iron)기초재료를 포함한 다양한 조성물들이다. 바람직한 매트릭스는 니켈-크롬기초 합금과 니켈-크롬-코발트 기초합금이다. 바람직한 분산질은 이트리아(yttria)이다. 산화물분산물로 강화된 합금분말들의 제조방법 및 조성물은 미국특허 제 3,591,362호와 제 3,738,817호에 공개되어 있다. 상기 특허들은 일반적으로 산화물분산물로 강화된 합금들을 제조하기 위한 기계적합금법을 구체적으로 보여준다. 또한 적합한 산화물분산물로 강화된 금속은 미국특허 제 4,402,767호, 제 3,814,635호 및 제 4,877,435호에 공개되어 있다.
본 발명의 한가지 실시예에 있어서, 우선 압축성형에 의해 분말이 원통형 빌렛(billet)으로 성형된다. 상기 원통형 빌렛은 납작하게 만들어지고, 다음에 원통몸체를 형성하기 위하여 천공된다. 다음에 실제직경, 예를 들어 적어도 12인치 더욱 일반적으로 약 30인치 이상의 내경을 가진 몸체를 형성하도록, 점진적으로 상기 원통몸체의 직경은 증가되고, 두께는 감소된다. 내부로 오목한 구조를 가지고, 직선형의 중간부분을 가지며, 중간부분으로부터 내향 및 상향으로 연장구성되는 상부플랜지 및 중간부분으로부터 내향 및 하향으로 연장구성되는 하부플랜지를 가진 최종 원형구조체를 형성하도록 링-압연(ring-rolling)이 이용된다. 종래기술의 드릴링방법에 의하여 유리섬유를 가늘게 만들기 위해, 상기 중간부분은 작은 구멍을 가진 스피너벽(spinner wall)으로 형성된다. 상기 드릴링방법은 레이저 드릴링, 전자빔 드릴링, 방전가공 및 비틀림드릴링을 포함한다.
본 발명의 가공공정은 합금의 초기융점 및 재결정온도 이하와 합금의 최소가공온도이상에서 이루어진다. 완성단계에서, 최종제품은 적합한 굵은 입자구조를 형성하도록, 열처리된다. 일반적으로 굵은 입자구조는 적어도 약 3:1 이상과 같이, 높은 입자애스펙트비율(grain aspect ratio)을 가진 팬케이크(pancake)형태이다. 대표적인 가공온도 및 열처리온도가 미국특허 제 4,402,767호 및 제 4,877,435호에 공개되어 있다.
상기 설명에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따르면, 링부재의 직경을 증가시킬 뿐만 아니라 두께를 감소시키기 위하여, 외측반경방향의 하중이 링부재의 내부에 가해지는 링압연가공법에 의해 측면구조의 링부재가 형성된다. 링부재의 내측원주면을 따라 원주방향으로 운동하는 회전성형맨드릴(rotating forming mandrel)과 외측성형다이(outer shaping die)사이에 상기 링부재가 구속된다. 상기 방법에 의해, 축방향으로 직선을 이루는 내부 표면이 형성된다. 즉 링부재의 내부표면은 일반적으로 구름베어링부재의 내부표면과 같이 축방향의 요홈을 가지지 않는다. 다시 말해서, 본 발명에 따라 형성되는 중간부분의 내부표면은, 필수적으로 곡선형의 중간부분 대신에, 평평하거나 직선형으로 구성된다. 본 발명에 따라 형성된 링부재의 중간부분의 외부표면은 축방향으로 직선을 이룬다.
본 발명을 따르는 실시예의 제 1 단계에 있어서, 산화물이 분산된 금속분말은 우선 원통형 빌렛(billet)으로 성형되고, 상기 빌렛은 다음에 직경이 증가하고 높이가 감소하도록 압축된다. 특히 적합한 두 개의 분산물로 강화된 금속들로서, 이트리아 분산 니켈-크롬합금 및 이트리아 분산 니켈-크롬-코발트합금이 있다. 대표적인 이트리아 분산 니켈-크롬-코발트 합금들이 미국특허 제 4,877,435호에 공개되고, 선호되는 이트리아 분산 니켈-크롬합금이 다음의 실시예에서 설명된다. 상기 원통형 빌렛은 이음매없는 링모양의 부재(seamless ring-shaped member)로 성형된다. 상기 단계들이 제1도에 도시된다. 종래기술의 압출가공에 의해 중실구조의 초기 원통형몸체(2)가 성형되고, 상기 압출과정에서 우선 분말들이 성형캔(can)내부에 놓여지며, 성형캔은 진공상태가 이루어지고, 다음에 씰링된다. 다음에 중실구조의 원통형몸체92)를 형성하기 위하여, 예를 들어 약 2000°F의 고온에서 분말이 다이(die)내부로 가압된다. 종래기술의 단조(forging)작업에 의하여, 필수적으로 완전한 원형의 상기 압출된 원통형몸체(2)는 원통체(4)로 성형된다. 종래기술의 금속천공작업에 의해, 상기 원통체(4)는 완전한 원형의 중공구조를 가진 초기링부재(6)로 성형된다.
산화물분산물로 강화된 금속이 부적절한 변형을 받으면, 입자구조는 바람직하지 않게 형성된다. 그러므로 다음에 계산되는 것처럼, 초기링부재(6) 및 최종링부재의 상대적인 두께가 중요하다. 처리공정동안 두께의 최대감소가 이루어지고, 소요재결정과정시, 바람직하지 않은 미세한 입자구조 대신에, 더욱 굵은 입자구조를 형성하도록, 초기링부재(6)는 적절한 벽두께를 가져야만 한다. 다시 말해서, 원형의 초기링부재(6)는 후벽(heavy wall)구조의 중공원통체이어야 하고, 적어도 약 1인치의 벽두께를 가진다.
또한 가공온도가 중요하다. 만약 산화물분산물로 강화된 금속이 너무 저온이라면, 심각한 크랙(crack)의 위험이 존재한다. 처리온도가 너무 고온이라면, 최종제품의 강도가 실제로 감소되는 위험이 존재한다. 따라서 공정진행동안, 상기 온도를 유지하기 위해 주기적인 재가열작업이 필요하다. 이어지는 대부분의 작업들에서, 단한번의 작업으로 직경을 감소시키기 보다는 점차적으로 직경을 감소시키기 위하여, 여러개의 작업들사이에 재가열작업이 이루어지는 것이 바람직하다.
과정의 다음 단계는 링압연(ring-rolling) 단계이다. 링압연단계에서 초기링부재(6)의 내경(ID) 및 외경(OD)이 증가하고 두께가 감소하도록 처리된다. 상기 링압연작업이 제2도에서 개략적으로 도시되고, 초가링부재(6)의 내부원주를 따라 자신의 회전축을 가진 성형롤러(10)가 운동하고, 회전하는 초기링부재(6)에 대한 링압연작업이 구동롤러(8)에 의해 이루어진다. 초기링부재(6)의 상부면 및 하부면상에 축방향롤로(12)가 이용될 수 있다. 제2도에 있어서, 구동롤러(8)와 같이 성형롤러(10)는 매끄럽고 균일한 원통형 또는 원형표면을 가진다. 상기 방법에 의하여, 초기링부재(6)의 내부면 및 외부면은, 내향원주요홈을 형성하지 않고, 축방향으로 직선상태가 유지된다.
주기적으로 링압연작업이 중단되고, 초기링부재(16)가 사이저(sizer)내에 위치한다. 사이저에 의해 초기링부재(6)의 진원도(roundness)가 유지된다 개략적으로 도시된 제4도를 참고할때, 초기링부재(6)를 균일하게 원형외측면(5)으로 밀어넣기 위하여, 분할다이(14)가 주기적으로 내측반경 방향으로 이동한다.
제2도에 도시된 링압연작업에 있어서, 초기링부재(6)는 수평축주위에서 회전한다. 초기링부재(6)가 약 22 내지 23인티의 내경치수에 도달한 후에, 테이블위에서 링부재의 수직축주위에서 회전하는 초기링부재(6)로 이루어진다는 것을 제외하곤, 제2도의 링압연작업과 동일한 추가의 링압연작업이 수행된다. 상기 추가의 링압연작업이 이루어지는 동안, 초기링부재(6)가 소요높이를 가지도록, 진동하는 드롭해머(drop hammer) 또는 앤빌(anvil)이 주기적으로 이용된다. 다음에 소요내경을 가진 초기링부재를 형성하도록 충분히 긴시간동안 수직방향의 링압연작업이 수행된다. 다음에, 상기 초기링부재(6)는 제4도와 관련하여 언급된 사이저의 기능과 반대되는 (도면에 도시되지 않은) 또다른 치수측정작업이 이루어진다. 링부재의 직경을 확대하기 위하여 종래기술의 사이저가 이용된다. 초기링부재의 직경을 증가시키고 진원도를 유지하기 위해, 초기링부재의 내부면에 대하여 주기적으로 외측반경방향으로 확대되고 분할구조를 가지며 파이(pie) 모양을 가진 일련의 조각들로 상기 사이저(sizer)가 구성된다.
상기 과정후에 두께가 감소되고 내경이 증가되며 필수적으로 정확한 원형을 이루는 원통형의 원통형링부재(6A)가 제5a도에 도시된다. 다음 단계에서 원통형링부재(6A)는 C형벽을 가진 원형부재로 성형된다. 제5b도에 도시된 것과 같이, 압축작용에 의해 원형의 원통형링부재(6A)를 원형의 C형링부재(6B)로 성형하기 위하여, 원형압축다이(compression die)들의 이용방법이 제5a도 및 제5b도에 도시된다. 내부로 오목한 C형링부재(6B)를 성형하기 위하여, 상부의 압축다이(16) 및 하부의 압축다이(18)사이의 원통형링부재(6A)가 상기 압축다이(16, 18)들 사이에 적응된다.
다음 단계에서, 제6도 및 제7도에 도시된 것처럼, C형링부재(6B)는 이음매없는(seamless) 최종링부재(6C)로 성형된다. 최종구조에서, (제3도를 참고할 때) 최종링부재(6C)는 축방향으로 직선을 이루는 중간부분(9), 중간부분(9)의 한쪽단부로부터 연장구성되고 상향 및 내향으로 연장 구성되는 플랜지부분(11) 및 중간부분(9)의 다른 한쪽단부로부터 연장구성되고 하향 및 내향으로 연장구성되는 플랜지부분(B)을 포함한다. 제6도 및 제7도를 참고할 때, 자신의 수직회전축을 가지고 동시에 최종링부재(6C)내부에서 회전운동하는 맨드릴(mandrel)(20)에 의해, C형링부재(6B)는 최종링부재(6C)로 성형된다. 최종링부재(6C)가 회전가능한 하부의 다이부재(die member)(22) 및 회전가능한 상부의 다이부재(24)사이에 구속된다. 구동롤러(26)에 의해 다이부재(22, 24)들이 회전구동된다. 맨드릴(20)이 회전됨에 따라, 맨드릴(20)외측의 성형면(28)과 다이부재(22, 24)내측의 성형면사이에 형성된 점진적인 외향응력(stress)에 의하여, 산화물분산물로 강화된 C형링부재(6B)가 최종링부재(6C)로 성형된다. 전형적으로 벽두께는 약 0.3인치 내지 0.8인치 사이이다.
다음에 재결정이 이루어지도록 최종링부재(6C)가 열처리된다. 열처리는 약 2350°F 내지 2550°F의 온도에서 (그러나 초기 융점이하에서) 약 한시간반 내지 약 세시간동안 이루어지는 것이 적합하다. 그결과 굵은 입자구조가 형성된다.
마지막 단계에서 종래기술의 기계가공작업에 의하여 최종링부재(6C)가 기계가공되고, 작은 구멍을 가진 벽을 형성하기 위하여 (도면에 도시되지 않은) 복수개의 구멍이 중간부분(9)에 드릴링된다. 유리형성스피너(spinner)의 제조시 이용되는 종래기술의 드릴링이 이루어질 수 있다. 다음에 종래기술에 따라 유리섬유를 만들기 위한 스피너가 이용된다.
산화물분산물로 강화된 금속의 변형이 적합하지 않다면, 바람직하지 않은 입자구조가 형성될 수 있다. 열처리가 이루어지는 동안, 더욱 미세한 입자보다는 더욱 굵은 입자의 재결정이 형성되도록, 링부재의 두께감소를 최대로 하는 것이 중요하다. 초기링부재(6)의 두께(ti) 및 최종링부재(6C)의 중간부분(9)의 두께(tf)에 대하여 변형율(deformation factor)를 [(ti-tf)/ti](100)라 할 때, 소요변형율은 적어도 약 75및 적어도 약 83가 선호된다.
기성형된 판(sheet)으로 시작하고 접시(dish)형 부재를 형성하는 스핀성형(spin forming)과는 달리, 본 발명의 링압연공정에 의해 최종 형상과 더욱 근사한 제품이 제조된다. 따라서 소재가 굽혀져 원통몸체를 만들기 위해 용접되는 상기 스핀성형과 비교해볼 때, 본 발명을 따르면, 링압연에 의해 이음매가 없는(seamless) 제품이 만들어진다. 강도가 약한 이음매가 형성되지 않기 때문에, 이것은 상당한 장점이 된다.
당업자에게 이용가능하도록, 본 발명이 상세히 설명될지라도, 다음 설명에 의해 본 발명이 더욱 구체적으로 이해된다.
모든 처리단계들은 약 1800°F 내지 약 1850°F에서 실시된다. 산화물분산물로 강화된 금속은 니켈 대 크롬의 중량비가 대략 70:30이고, 약 0.6의 이트리아(yttria)로 강화된 니켈-크롬 합금이다. 또한 상기 합금은 백분의 몇의 탄소 및 십분의 몇의 Ti 및 Al 및 약 1Fe을 포함한다. 인코 알로이 인터내셔날사의 MA-758가 상기 합금으로 적합하다. 상기 합금의 융점은 약 2500°F 내지 2550°F이다.
종래기술의 압출가공에 의하여, 약 6.5인치의 직경 및 약 12인치의 높이를 가진 원통형몸체(2)가 약 1950°F 내지 2000°F의 온도에서 성형된다. 압출가공후 압출용 캔이 소요위치에 놓여진다. 압출가공이 이루어지는 동안, 적어도 4:1의 압출비를 얻도록, 4in/sec 내지 9in/sec의 램(ram) 속도가 이용된다. 또한 후공정에서 버클링(buckling)을 방지하기 위하여, 원통형몸체의 길이대 직경비는 약 2.7:1 이하이어야 한다. 종래기술의 단조기술에 의하여, 원통체(4)는 약 7인치의 높이 및 약 8인치의 직경을 가지도록 성형된다. 종래기술의 금속천공작업에 의하여, 약 7인치의 높이 및 2.58인치의 벽두께를 가진 후벽구조의 중공원통체가 성형된다. 다음에 강(steel)제 슬리브가 원통체내부로 삽입된다. 링압연이 이루어지기 전에, 초기링부재(6)의 외경은 약 8.4인치이고 내경은 약 3.25인치이다. 높이는 대략 7인치를 유지한다.
다음에 초기링부재(6)는 벽단면이 직사각형이고 내부의 슬리브가 제거될 때 내경이 약 12인치인 링부재로 링압연되고, 약 22인치의 내경을 가진 링부재를 만들도록 상기 링압연이 계속된다. 상기 링압연시, 초기링부재(6)는 대략 4회정도로 재가열되어, 중공원통체의 벽두께가 점차적으로 감소하고 직경은 점차적으로 증가한다. 수평축주위에서 회전하는 성형롤러 및 수평축주위에서 구름운동하는 구동롤러에 의해 상기 링압연이 이루어진다. 각각의 수직축주위에서 회전하는 구동롤러(26) 및 맨드릴(20)에 의해 추가의 링압연이 이루어진다. 링부재의 내경을 약 33인치까지 증가시키도록, 여러 단게로 상기 수직링압연이 이루어진다. 링부재의 높이는 대략 7인치로 유지된다. 외부의 보호캔(can)이 제거된다. 다음에 링부재의 내경을 대략 35인치까지 증가시키도록, 사이저(sizer)가 이용된다. 높이는 대략 7인치로 유지된다. 상기 링부재는 축방향으로 직선형의 벽을 가진 원형의 중공원통체이다.
제5a도 및 제5b도에 도시된 기술에 의해, 중공원통체는 C형단면을 가진 링부재로 압축된다. 압축과정 및 이어지는 과정동안, 세람가드(Ceramguard)재료를 부착하여 링부재가 보호된다. 상기 링부재는 대략 3인치의 높이 및 대략 37인치의 최대 내경을 가진다.
제6도 및 제7도에 도시된 링압연기술에 따라, C형링부재(6B)는 최종링부재(6C)로 성형된다. 최종구조체에서 최종링부재(6C)는 약 2.25인치의 높이를 가지고 축방향으로 직선인 중간부분을 가진다. 중간부분(9)의 내경은 대략 39인치이고 벽두께는 약 0.43인치이다. (상부플랜지의 상측으로부터 하부플랜지의 하측까지의) 최종링부재(6C)의 높이는 대략 3인치이다.
다음에 최종링부재(6C)는 굵은 입자구조로 재결정이 이루어지도록, 약 2400°F 내지 약 2450°F의 온도에서 1시간 내지 2시간동안 열처리된다. 최종링부재(6C)를 열처리하기 전에 입자크기는 약 0.001㎜인 반면에, 담금질 열처리한 후에 중간부분의 입자크기는 더욱 굵어지고 적어도 1㎜이다. 굵은 입자구조는 원주방향 및 축방향으로 기다란 형상이다. 대략 83의 변형율이 이루어지면, 바람직하지 않은 미세한 입자구조대신에, 재결정 열처리에 의해 굵은 입자구조가 얻어진다.
원형의 중간부분(9)을 관통하는 복수개의 구멍들을 단순히 드릴링하여, 상기 최종링부재(6C)는 종래의 스피너(spinner)로 성형된다. 상기 설명에서처럼, 종래기술의 드릴링기술에 의해 상기 작업이 이루어진다.
상기 설명에 따라 제조된 최종링부재(6C)의 중간부분(9)에 의해 본 발명의 스피너들이 얻어진다. 상기 입자구조를 가진 스피너들은 7-8KSI(2100°F, 100시간)의 응력파괴강도를 가진다. 더 작은 입자크기를 가진 비균질입자구조는 4-6KSI의 응력파괴강도를 가진다. 오랫동안 상업적으로 널리 쓰이나, 산화물분산물로 강화되지 않으며 코발트기초의 공기주조합금은 상기 조건에서 약 2-3KSI의 100시간 파괴강도를 가진다. 미국특허 제 3,933,484호에 상기 합금이 설명된다.
이트리아로 강화된 J 합금(로듐을 포함한 플라티늄 기초합금) 분산물로 구성되고, 링압연이 이루어지는 원형의 중공원통체가 제조되며, 재결정열처리가 이루어진다. 원통형 초기부재를 위해 고온의 아이소스태틱(isostatic)압축이 이루어지고, 상기 스피너들을 성형하기 위해 상기 원통형 초기부재는 다음에 링압연된다. 75의 변형율을 받는 (0.139인치의 벽두께를 가진) 원통체의 응력파괴수명은 (2100, 3000psi)에서 155시간이다. 링압염에 의한 75의 변형율이 이루어진 유사제조방법의 원통체가 절단분리되고, 플랫압연(flat rolling)에 이해 추가 변형이 이루어진다. 총 변형율은 89이고, 0.060인치의 두께에서 동일조건에 있을 때 302시간의 파괴수명을 가진다. 82의 변형율이 이루어지도록 링압연되고, 0.103인치의 벽두께를 가진 또 다른 원통체는 (2100, 3000psi에서) 131, 141 및 171시간의 응력파괴수명들을 가진다. 상업적으로 이용되는 상기 합금은 2100, 3000psi에서 30-60시간의 응력파괴수명을 가진다. 상기 설명에 의해 당업자가 본 발명을 실시가능한 반면, 본 발명의 범위내에서 다른 실시예들이 가능하다.

Claims (16)

  1. 산화물분산물로 강화된 합금으로 구성된 중공원통체의 벽두께를 감소시키고, 중공원통체의 내경 및 외경을 증가시키기 위하여, 상기 중공원통체를 링압연하고, 링압연된 상기 중공원통체를 축방향으로 직선을 이루는 원형의 중간부분(9), 중간부분으로부터 내향으로 연장구성되는 상부의 플랜지부분(11) 및 하부의 플랜지부분(13)을 가진 링부재로 성형하며, 상기 중공원통체의 링압연 및 링부재로 성형하는 작업은 합금의 최소 가공온도이상 및 재결정온도이하에서 이루어지고, 상기 링부재를 열처리하며, 상기 중공원통체의 벽두께와 비교하여 중간부분(9)의 벽두께가 충분히 감소되어, 상기 열처리과정동안 상기 합금은 더 굵은 입자구조로 재결정되고 상기 중간부분(9)의 입자구조는 축방향 및 원주방향으로 기다란 형태이며, 상기 열처리가 이루어지기 전 또는 후에 상기 중간부분(9) 내에 유리섬유제조를 위한 복수개의 구멍들이 형성되는 것을 특징으로 하는 유리섬유형성 스피너의 제조 방법.
  2. 산화물분산물로 강화된 합금으로 구성된 후벽구조의 중공원통체를 박형구조의 링부재로 링압연하고, 상기 링부재의 벽은 직사각형단면을 가지며, 상기 링부재를 C형단면구조의 C형링부재로 압축하고, 상기 C형단면구조의 C형링부재를 측단면을 가진 링부재로 링압연하며, 상기 측단면은 축방향으로 직선을 이루는 원형의 중간부분(9) 및 중간부분으로부터 내향으로 연장구성되는 상부의 플랜지부분(11) 및 하부의 플랜지(13)를 가지며, 상기 중간부분(9)내에서 축방향 및 원주방향으로 기다란 형태의 굵은 입자구조로 상기 합금을 재결정하기에 충분한 시간동안 일정온도에서 상기 측단면을 가진 링부재를 열처리하고, 열처리가 이루어지는 동안, 후벽구조의 스피너로부터 상기 측단면을 가진링부재로 벽두께를 감소하는 것에 의해, 상기 굵은 입자들로 재결정하는데 유효하게 이루어지며, 상기 열처리가 이루어지기 전 또는 후에 상기 중간부분(9)내에 복수개의 유리섬유형성 개구부들을 성형하는 것을 특징으로 하는 유리섬유제조에 이용되는 링부재의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 후벽구조의 중공원통체의 초기벽두께가 ti이고, 축방향으로 직선을 이루는 원형의 중간부분의 최종벽두께가 tf이며, 변형율이 [(ti-tf)/ti]100일 때, 변형율은 75이상인 것을 특징으로 하는 유리섬유제조에 이용되는 링부재의 제조방법.
  4. 산화물분산물로 강화된 금속분말을 중실원통형의 빌렛으로 압출하고, 상기 중실원통형의 빌렛을 초기링부재로 성형하며, 굵은 입자구조로 재결정될 수 있는 증가된 직경 및 감소된 두께의 원통형의 단일체부재를 형성하기에 충분한 횟수로 상기 초기링부재를 링압연하고, 원통형의 상기 단일체부재는 축방향으로 직선을 이루는 원형의 중간부분(9) 및 중간부분으로부터 내향으로 연장구성되는 상부의 플랜지부분(11) 및 하부의 플랜지부분(13)을 가지며, 상기 중간부분(9)내에서 상기 입자구조가 축방향 및 원주방향으로 기다란 형태인 굵은 입자구조로 상기 단일체부재가 재결정되고, 상기 재결정이 이루어지기 전 또는 후에 상기 중간부분(9)내에 복수개의 유리섬유형성개구부가 원주방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유리 섬유제조에 이용되고 내향으로 오목한 부재의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 압출공정은 적어도 4:1의 압출비로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리섬유제조에 이용되고 내향으로 오목한 부재의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 압출램의 속도는 4인치/초와 9인치/초사이인 것을 특징으로 하는 유리섬유제조에 이용되고 내향으로 오목한 부재의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서, 원통형의 빌렛으로부터 성형된 상기 원형의 초기링부재는 두께 ti를 가지고, 축방향으로 직선인 중간부분의 두께는 tf이며, 변형율이 [(ti- tf)/ti]100일 때, 변형율은 75이상인 것을 특징으로 하는 유리섬유제조에 이용되고 내향으로 오목한 부재의 제조방법.
  8. 제4항에 가공방법에 따라 스피너를 제조하는 것을 개선점으로 하는 회전스피너측벽을 통해 용융된 유리를 통과시키는 유리섬유 제조방법.
  9. 유리섬유형성위치에서 유리섬유형성 스피너를 제공하고, 상기 유리섬유형성 스피너로 유리섬유를 형성하는 방법에 있어서, 산화물분산물로 강화된 금속분말을 원형의 원통형빌렛으로 제조하고, 굵은 입자구조로 재결정될 수 있고, 직선형의 중간부분, 중간부분으로부터 내향으로 연장구성되는 상부의 플랜지부분 및 하부의 플랜지부분을 가지고 이음매없는 원형부재를 형성하기에 충분하도록 상기 원통형빌렛을 링압연하며, 상기 중간부분내에 복수개의 유리섬유형성개구부를 형성하고, 재결정열처리가 이루어지기 전 또는 후에 복수개의 유리섬유형성개구부가 형성되며, 상기 원형부재를 굵은 입자구조로 재결정하기 위해 상기 원형부재를 열처리하고, 축방향 및 원주방향으로 기다란 입자구조가 상기 중간부분에 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 링압연은 83이상의 변형율을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 복수개의 유리섬유형성개구부를 가지고, 링압연된 산화물분산물로 강화된 금속으로부터 제조되며, 재결정된 굵은 입자들을 가지는 직선형의 중간부분을 포함하며, 상기 굵은 입자들은 축방향 및 원주방향으로 기다란 형태를 이루는 유리섬유형성 스피너.
  12. 제11항에 있어서, 상기 링압연은 75이상의 변형율을 제공하기에 충분히 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리섬유형성 스피너.
  13. 제1항에 있어서, 링압연이 이루어지는 동안, 크랙발생을 방지하기에 충분히 높은 온도를 유지하고, 강도를 감소시킬 정도로 높지않은 온도로 유지되도록, 산화물분산물로 강화된 합금이 주기적으로 재가열되는 것을 특징으로 하는 유리섬유형성스피너의 제조방법.
  14. 제2항에 있어서, 링압연이 이루어지는 동안, 크랙발생을 방지하기에 충분히 높은 온도를 유지하고, 강도를 감소시킬 정도로 높지않은 온도로 유지되도록, 산화물분산물로 강화된 합금이 주기적으로 재가열되는 것을 특징으로 하는 유리섬유제조에 이용되는 링부재의 제조방법.
  15. 제4항에 있어서, 링압연이 이루어지는 동안, 크랙발생을 방지하기에 충분히 높은 온도를 유지하고, 강도를 감소시킬 정도로 높지 않은 온도로 유지되도록, 산화물분산물로 강화된 합금이 주기적으로 재가열되는 것을 특징으로 하는 유리섬유제조에 이용되고 내향으로 오목한 부재의 제조방법.
  16. 제9항에 있어서, 링압연이 이루어지는 동안, 크랙발생을 방지하기에 충분히 높은 온도를 유지하고, 강도를 감소시킬 정도로 높지않은 온도로 유지되도록, 산화물분산물을 강화된 합금이 주기적으로 재가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
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