KR20140102685A - 열간 등방 가압 캐니스터용 엔드플레이트, 열간 등방 가압 캐니스터 및 열간 등방 가압 방법 - Google Patents

Abstract

열간 등방 가압 캐니스터용 엔드플레이트는 중심 영역, 및 중심 영역으로부터 반경방향으로 연장되어 엔드플레이트의 외주부 주변의 코너에서 끝나는 주 영역을 포함한다. 엔드플레이트의 두께는 주 영역을 따라 중심 영역으로부터 코너까지 증가하여, 경사각을 형성한다. 코너는 주 영역이 립으로 부드럽게 천이되는 것을 가능하게 해주는 만곡형 부분을 구비한 내부 표면을 포함한다. 또한, 적어도 하나의 엔드플레이트를 포함하는 열간 등방 가압 캐니스터가 당해 열간 등방압 캐니스터를 사용하여 야금 분말을 열간 등방 가압하는 방법과 함께 개시된다.

Description

열간 등방 가압 캐니스터용 엔드플레이트, 열간 등방 가압 캐니스터 및 열간 등방 가압 방법{ENDPLATE FOR HOT ISOSTATIC PRESSING CANISTER, HOT ISOSTATIC PRESSING CANISTER, AND HOT ISOSTATIC PRESSING METHOD}

본 발명은 일반적으로 열간 등방 가압에 관한 것이다. 본 발명의 몇몇의 양태는 열간 등방 가압을 위한 캐니스터(canister) 및 방법에 관한 것이다.

흔히 "HIP"로 약칭되는 열간 등방 가압(Hot Isostatic Pressing)은 대형 실린더(이에 한정되지 않음)를 포함하는 대형 분말 야금 물품을 제조하기 위한 한 가지 제조 공정이다. HIP는 통상적으로 금속 분말 및 금속 합금 분말을 원통형이나 다른 빌렛 형상을 가질 수 있는 분말 캐니스터 단조 압분체로 압밀하는 데 사용된다. HIP 공정은 이후의 단조 및 다른 공정들을 위한 재료의 기계적 특성 및 가공성을 향상시킨다.

일반적인 HIP 공정은 분말 금속 및/또는 분말 금속 합금("야금 분말")을 당해 분말과 주위의 가압 매체 사이의 압력 장벽으로서 작용하는 가요성 멤브레인 또는 밀폐형 캐니스터 내로 장입하는 단계를 포함한다. 가압 매체는 액체 또는 더 일반적으로는 아르곤과 같은 불활성 가스일 수 있다. 캐니스터가 사용되는 HIP 공정에서는, 분말 장입된 캐니스터가 압력 챔버 내에 배치되어, 캐니스터 내부의 야금 분말이 야금 결합체를 형성하게 되는 온도까지 가열된다. 챔버는 가압되어 높은 압력 및 온도로 유지된다. 캐니스터가 변형되고, 캐니스터 내의 야금 분말이 압축된다. 등방 압력을 사용함으로써 야금 분말 덩어리 전체에 걸쳐 균일한 압분 압력을 보장하고, 이는 압밀된 압분체 내에 균일한 밀도 분포를 발생시킨다.

HIP 캐니스터는 원통형 형상 또는 캐니스터 내에 배치된 야금 분말로부터 소정의 압분체 형상을 성형하기에 적합한 임의의 다른 소정의 형상을 가질 수 있다. 도 1A에 캐니스터(100)로서 개략적으로 도시된 한 가지 종래의 HIP 캐니스터 디자인은 원통형 강철(steel) 벽과, 평면형 또는 단차형 엔드플레이트(endplate)를 포함하고 있다. 도 1B는 HIP 캐니스터(100)의 일부분의 중심 축선을 통한 단면 개략도이다. HIP 캐니스터(100)는 보디부(102)와, 용접 비드(106)에 의해 보디부(102)의 각각의 단부에 고정된 평면형 엔드플레이트(104)를 포함하고 있다. 충전 스템(108)이 엔드플레이트(104)를 관통하여 고정되어, 캐니스터(100)가 야금 분말로 충전되는 것을 가능하게 해주고 또한 공기가 캐니스터(100)로부터 진공배기되는 것을 가능하게 해주도록 형성되어 있다. 일단 캐니스터(100)가 야금 분말로 충전되고, 공기가 캐니스터(100)로부터 진공배기되면, 캐니스터(100)는 밀봉된다. 밀봉은 충전 스템(108)을 크림핑(crimping) 가공하는 것에 의해 또는 캐니스터(100)의 내부를 외부 환경으로부터 단절시키는 다른 수단에 의해 성취될 수 있다. 보디부(102), 엔드플레이트(104) 및 충전 스템(108)은 일반적으로 연강 또는 스테인리스강으로 제작된다.

종래의 HIP 캐니스터 디자인은 여러 가지 단점을 가지고 있다. 예컨대, 조립 후에 종래의 원통형 HIP 캐니스터의 내부를 청소하는 것이 어렵다. 또한, 야금 분말이 충전 스템을 통해 캐니스터 내로 진입된 후에 야금 분말을 수평방향으로 이동시킴에 있어서의 어려움으로 인해 종래의 HIP 캐니스터의 내부를 야금 분말로 완전히 충전시키는 것은 불가능할 수 있다. 어떤 HIP 캐니스터 디자인은 캐니스터 충전을 개선시키고 가스 제거 효율을 향상시키기 위해 다수의 충전 스템을 구비한다. 하지만, 추가적인 충전 스템을 구비하는 것은 비용을 추가시키고, HIP 공정 중에 캐니스터 파손 가능 지점을 추가시키고, 일반적으로 진공배기 효율의 증대에 작은 효과만을 가진다. 엔드플레이트를 관통하여 충전 스템을 고정하는(또한 엔드플레이트를 캐니스터 보디에 고정하는) 용접부는 HIP 압밀 중의 국지적인 심한 뒤틀림으로 인해 극심한 응력 하에 있게 되며, 분말 충전 문제를 해결하기 위한 다수의 충전 스템을 구비하는 것은 HIP 압밀 중의 용접부 파손의 위험성을 증가시킨다. 또한, 다수의 충전 스템을 구비하는 종래의 캐니스터 디자인은 모든 스템이 야금 분말로 충전되는 것을 보장하고 압밀 중의 스템의 찌그러짐을 방지하기 위해 HIP 공정 중에 전도(轉倒)되어야 하며, 이 과정은 작업자에 대한 위험성을 증가시키고, 부품 손상의 기회를 발생시킨다.

따라서, 개선된 HIP 캐니스터 디자인에 대한 요구가 존재한다. 그와 같은 디자인은 종래의 캐니스터 디자인과 관련한 분말 충전 문제를 해결하면서도 캐니스터 상의 추가적인 충전 스템을 포함할 것을 요하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 하나의 비제한적 양태는 HIP 캐니스터의 엔드플레이트에 관한 것이다. 상기 엔드플레이트는 중심 영역, 및 상기 중심 영역으로부터 반경방향으로 연장되어, 상기 엔드플레이트의 외주부 주변의 코너에서 끝나는 주 영역을 포함하고 있다. 상기 코너는 상기 캐니스터의 보디부와 결합하도록 형성된 외주 립(peripheral lip)을 구비한다. 상기 엔드플레이트의 두께는 상기 중심 영역으로부터 상기 코너까지 증가하여 경사각을 형성한다. 상기 코너의 내부 표면은 상기 주 영역이 상기 외주 립으로 부드럽게 천이되게 해주는 만곡형 부분을 구비한다.

본 발명의 또 다른 비제한적 양태는 분말형 재료를 HIP하기 위한 캐니스터에 관한 것이다. 상기 HIP 캐니스터는 원형의 제1 단부 및 원형의 제2 단부를 구비한 원통형 보디부를 포함하고 있다. 제1 엔드플레이트가 상기 보디부의 상기 원형의 제1 단부에 용접된다. 제2 엔드플레이트가 상기 보디부의 상기 원형의 제2 단부에 용접된다. 상기 제1 엔드플레이트는 중심 영역, 및 상기 중심 영역으로부터 반경방향으로 연장되어, 상기 제1 엔드플레이트의 외주부 주변의 코너에서 끝나는 주 영역을 포함하고 있다. 상기 코너는 상기 캐니스터의 상기 원통형 보디부의 상기 원형의 제1 단부와 결합하도록 형성된 외주 립을 구비한다. 상기 제1 엔드플레이트의 두께는 상기 중심 영역으로부터 상기 코너까지 증가하여 경사각을 형성한다. 상기 코너의 내부 표면은 상기 주 영역이 상기 립으로 부드럽게 천이되게 해주는 만곡형 부분을 구비한다. 상기 제1 엔드플레이트는 상기 HIP 캐니스터의 내부 공간으로 분말이 도입될 수 있게 해주는 충전 스템을 더 포함하고 있다.

본 발명의 또 다른 비제한적 양태는 분말형 재료를 HIP하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 원형의 제1 단부 및 원형의 제2 단부를 구비한 원통형 보디부를 포함하고 있는 HIP 캐니스터를 제공하는 단계를 포함한다. 제1 엔드플레이트가 상기 보디부의 상기 원형의 제1 단부에 용접된다. 제2 엔드플레이트가 상기 보디부의 상기 원형의 제2 단부에 용접된다. 상기 제1 엔드플레이트는 중심 영역, 및 상기 중심 영역으로부터 반경방향으로 연장되어, 상기 제1 엔드플레이트의 외주부 주변의 코너에서 끝나는 주 영역을 포함하고 있다. 상기 코너는 상기 캐니스터의 상기 보디부의 상기 원형의 제1 단부와 결합하도록 형성된 외주 립을 구비한다. 상기 제1 엔드플레이트의 두께는 상기 중심 영역으로부터 상기 코너까지 증가하여 경사각을 형성한다. 상기 코너의 내부 표면은 상기 주 영역이 상기 립으로 부드럽게 천이되게 해주는 만곡형 부분을 구비한다. 상기 제1 엔드플레이트는 상기 HIP 캐니스터의 내부 공간으로 분말이 도입될 수 있게 해주는 충전 스템을 더 포함하고 있다. 적어도 한 가지 야금 분말이 상기 충전 스템을 통해 상기 HIP 캐니스터의 내부 공간으로 도입된다. 공기가 상기 충전 스템을 통해 상기 HIP 캐니스터의 내부 공간으로부터 진공배기된다. 상기 충전 스템이 외부 분위기로부터 상기 내부 공간을 밀봉시키기 위해 크림핑 가공되고, 상기 HIP 캐니스터가 열간 등방 가압된다.

본 발명의 또 다른 비제한적 양태는 야금 분말을 HIP함으로써 형성되는 빌렛에 관한 것이다. 상기 HIP된 빌렛은 HIP 공정 중에 형성된 적어도 하나의 대체로 평면형 단부면을 구비한다. 상기 대체로 평면형 단부면은 HIP 공정 후에 상기 빌렛 단부면을 가공할 필요성을 감소시키거나 제거한다. 하나의 비제한적 실시형태에 있어서, 빌렛은 니켈계 초합금을 포함한다.

여기에 설명되는 제조 방법 및 물품의 특징 및 장점은 아래에 간단히 설명되는 첨부도면을 참조함으로써 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1A는 평면형 엔드플레이트를 구비한 종래의 원통형 HIP 캐니스터의 개략도이다.
도 1B는 단면이 길이방향 축선을 따라 캐니스터의 엔드 플레이트 및 보디부의 일부분을 통해 취해진, 도 1A의 종래의 원통형 HIP 캐니스터의 일정 영역의 단면 개략도이다.
도 2는 아치형 엔드플레이트를 구비한 HIP 캐니스터의 일정 영역의 단면 개략도이다.
도 3은 종래의 평면형 엔드플레이트를 구비한 야금 분말 충전된 HIP 캐니스터의 일정 영역에서 HIP 공정 중에 발생되는 응력을 나타낸 도면이다.
도 4A는 본 발명에 따른 HIP 캐니스터용 경사형 엔드플레이트의 하나의 비제한적 실시형태의 개략도이다.
도 4B는 도 4A에 도시된 경사형 엔드플레이트의 코너 영역의 상세도이다.
도 5는 본 발명에 따른 HIP 캐니스터용 경사형 엔드플레이트의 하나의 실시형태의 일정 영역에서 HIP 공정 중에 발생되는 응력을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 HIP 캐니스터의 하나의 비제한적 실시형태의 단면 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 HIP 방법의 하나의 비제한적 실시형태의 단계들의 플로우 다이어그램이다.
도 8은 본 발명에 따라 야금 분말을 HIP함으로써 형성된 대체로 평면형 단부면을 구비한 캔형 빌렛의 하나의 비제한적 실시형태의 단면 개략도이다.
도 9A는 본 발명에 따른 HIP 캐니스터용의 원형의 AISI T-304 스테인리스강 엔드플레이트의 하나의 비제한적 실시형태의 상세 단면 개략도이다.
도 9B는 도 9A의 파선원으로 둘러싸인 부분의 확대도이다.
도 10A는 본 발명에 따라 RR1000 니켈계 초합금 분말을 압밀하는 데 사용되는 HIP 공정의 하나의 비제한적 실시형태의 온도-시간 선도이다.
도 10B는 본 발명에 따라 RR1000 니켈계 초합금 분말을 압밀하는 데 사용되는 HIP 공정의 하나의 비제한적 실시형태의 압력-시간 선도이다.
도 11은 본 발명의 하나의 비제한적 실시형태에 따른 HIP 캐니스터의 포토그래프이다.
본 명세서를 읽는 자는 이하의 본 발명에 따른 특정의 비제한적 실시형태의 상세한 설명을 참작함으로써 전술한 상세한 설명 등을 이해할 수 있을 것이다.

여기에 개시되는 실시형태의 소정의 설명은 개시되는 실시형태의 명확한 이해와 관련 있는 요소들, 특징들 및 양태들만을 예시하도록 단순화되었으며, 명료함을 위해 그 밖의 요소들, 특징들 및 양태들은 생략한다는 것을 이해해야 한다. 당업자들은, 개시되는 실시형태들의 설명을 참작함으로써, 개시되는 실시형태들의 특정적인 구현이나 적용에 있어 다른 요소들 및/또는 특징들이 바람직할 수 있다는 것을 인지할 것이다. 하지만, 그와 같은 다른 요소들 및/또는 특징들은 개시되는 실시형태들의 설명을 참작함으로써 당업자에 의해 쉽게 상도되고 구현될 수 있으므로, 개시되는 실시형태들의 완전한 이해를 위해 필요하지는 않으며, 그와 같은 다른 요소들 및/또는 특징들의 설명은 여기에 제공되지 않는다. 그러므로, 여기에 제공되는 설명은 단지 개시되는 실시형태들의 본보기이고 예시일 뿐으로, 청구범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것을 이해해야 한다.

본 비제한적 실시형태들의 설명에 있어서, 작동예의 경우나 달리 지시된 경우를 제외하고, 양 또는 특성값을 나타내는 모든 숫자는 모든 경우에 있어 "약" 이라는 용어에 의해 변경되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 달리 지시되지 않는 한, 이하의 설명에 기술되는 임의의 수치 파라미터는 본 발명에서 얻어내고자 하는 소정의 특성에 따라 변경될 수 있는 근사치이다. 적어도, 청구범위에 대한 균등론의 적용을 제한하고자 하는 것은 아닌 것으로, 여기에 제공되는 각각의 수치 파라미터는 적어도 알려진 유효 자릿수의 숫자를 고려하여 통상적인 반올림법을 적용함으로써 해석되어야 한다.

또한, 여기에 언급되는 임의의 수치 범위는 그 안에 포함되는 모든 부분 범위를 포함하는 것으로 의도된다. 예컨대, "1 내지 10"의 범위는 언급된 최소값 1과 언급된 최대값 10 사이(이들을 포함하여)의 모든 부분 범위를 포함하는 것으로 의도된다. 즉, 1 이상의 최소값과 10 이하의 최대값을 가진다. 여기에 언급되는 임의의 최대값 수치 한정은 그 안에 포함되는 모든 더 낮은 수치 한정을 포함하는 것으로 의도되고, 여기에 언급되는 임의의 최소값 수치 한정은 그 안에 포함되는 모든 더 큰 수치 한정을 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 출원인은 여기에 명시적으로 언급된 범위 내에 포함되는 임의의 부분 범위를 명시적으로 언급하도록 청구범위를 포함하여 본 명세서를 보정하기 위한 권리를 보유한다. 모든 그와 같은 범위는 근본적으로 여기에 개시된 것으로 의도되며, 따라서 임의의 그와 같은 부분 범위를 명시적으로 언급하기 위한 보정은 35 U.S.C.§112 제1항 및 35 U.S.C.§132(a)의 요건에 부합할 것이다.

여기에 사용되는 명사에 앞서 그 명사의 수 및 격을 나타내는 "하나의", "그", 및 "그것"은 달리 지시되지 않는 한 "적어도 하나의" 또는 "하나 이상의"를 내포하는 것으로 의도된다. 따라서, 명사에 앞서 그 명사의 수 및 격을 나타내는 "하나의", "그", 및 "그것"은 여기서 하나 이상의(즉, 적어도 하나의) 대상물을 의미하는 것으로 사용된다. 하나의 예로서, "하나의 구성요소"로 기재된 것은 하나 이상의 구성요소를 내포할 수 있으며, 그에 따라 설명되는 실시형태들의 구현에 있어 하나를 초과하는 구성요소가 시도되고, 채용 또는 사용될 수 있다는 것이다.

본 명세서는 여러 가지 실시형태의 설명을 포함하고 있다. 여기에 설명되는 모든 실시형태는 본보기적이고 예시적이며 비제한적이라는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 각종 본보기적이고 예시적이며 비제한적인 실시형태의 설명에 의해 한정되는 것이 아니다. 그보다는, 본 발명은 본 명세서에 명시적으로 혹은 본질적으로 설명될 수 있는, 또는 그렇지 않으면 본 명세서에 의해 명시적으로 혹은 본질적으로 뒷받침될 수 있는 임의의 특징을 언급하도록 보정될 수 있는 청구범위에 의해서만 한정된다.

상술한 바와 같이, 종래의 HIP 캐니스터 디자인은 여러 가지 단점을 가지고 있다. 종래의 캐니스터 디자인과 관련한 HIP 공정 중의 곤란함에 더하여, 종래의 HIP 캐니스터를 사용하여 형성되는 빌렛에도 단점이 존재할 수 있다. 예컨대, 빌렛의 변형률 속도 민감성 균열로 인해 HIP 공정에 의해 제작된 임의의 니켈계 초합금 빌렛을 성공적으로 단조하기 어려울 수 있다. 본 발명자들은, 단조 공정 시의 빌렛 균열이 HIP 캐니스터의 엔드플레이트가 해당 캐니스터의 보디부로 천이되는 영역에 인접하여 형성되는 빌렛의 날카로운 코너들에서 시작된다는 것을 관찰로 알게 되었다. 아치형 또는 돔형 엔드플레이트를 제공하면 이러한 균열 현상의 발생률을 감소시킬 수 있을 것이다. 도 2는 돔형 엔드플레이트(112)를 구비한 예시적인 HIP 캐니스터(110)를 통해 취해진 단면 개략도이다. 본 발명자들은, 돔형 엔드플레이트의 높은 강도 때문에, 돔이 HIP 공정 중에 편평화되지 않으며, 이는 압밀된 압분체의 단부면이 평면형 표면을 획득하는 것을 방해하여, 압밀된 빌렛에 볼록한 단부면을 발생시킨다고 결론지었다. HIP 공정 후, 단조 공정과 같은 이후의 공정 단계들은 평면형 단부면을 필요로 한다. 그러므로, 볼록한 단부면은 편평하게 가공되어야만 한다. 이는 높은 재료 손실을 초래하고, 이러한 높은 재료 손실은 저렴한 강철 합금의 HIP의 경우에는 허용가능할 수 있지만, 니켈계 초합금 및 다른 고가의 합금의 경우에는 너무 고비용일 수 있다. 또한, 돔형 엔드플레이트의 제작은 요구되는 엔드플레이트 블랭크 재료의 양과 이와 관련한 가공 비용으로 인해 고비용으로 된다.

HIP 공정 중에, 야금 분말은 높은 온도와 등방 압력의 적용을 통해 충분한 밀도까지 압밀되고 치밀화된다. HIP 캐니스터는 압밀 중에 압괴된다. HIP 공정 중의 캐니스터의 변형률은 일반적으로 균일하지만, 코너와 같은 캐니스터의 특정 영역은 더 큰 응력 및 높은 국지성 변형률 하에 있게 된다. 만약 예컨대 HIP 캐니스터의 내부 공간이, 엔드플레이트가 캐니스터의 보디부로 천이되게 되는 코너 영역에서, 야금 분말로 완전히 충전되지 않았다면, 그 영역에서의 국지성 변형률의 정도는 극심해질 수 있어, 용접부 파손과 야금 분말의 최종적인 불완전한 치밀화를 야기할 수 있다.

도 3은 종래의 평면형 상부 엔드플레이트를 구비한 야금 분말 충전된 원통형 HIP 캐니스터의 일정 영역에 대해 HIP 공정 중에 경험하게 되는 산출 응력 레벨(파스칼(Pa) 단위)의 개략도이다. 이 도면은 엔드플레이트가 캐니스터의 보디부의 원형 단부와 결합하게 되는 평면형 엔드플레이트의 코너 영역이 높은 응력 레벨 및 높은 국지성 변형률을 경험한다는 것을 보여주고 있다. 이 도면은 또한 코너 영역이 경험하게 되는 높은 응력이 HIP 공정 중에 캐니스터 내에서 형성되는 빌렛의 코너 영역으로 전달된다는 것을 보여주고 있다. HIP 공정 중에 압밀된 빌렛의 코너에 주어지는 응력은 업셋 단조 또는 다른 압밀 사후 공정 중에 파괴되는 빌렛을 발생시킨다.

본 발명의 하나의 양태는, HIP 캐니스터가 HIP 공정 중에 변형될 때 해당 캐니스터의 코너 영역에서의 응력 집중을 감소시킬 수 있는 HIP 캐니스터 엔드플레이트 디자인에 관한 것이다. 도 4A는 본 발명의 하나의 비제한적 실시형태에 따른 원형 엔드플레이트(210)의 중심을 통한 단면 개략도이다. 엔드플레이트(210)는 외면(212) 및 내면(214)을 포함하고 있다. 내면(214)은 엔드플레이트(210)가 고정되는 HIP 캐니스터의 내부 표면 영역을 형성한다. 외면(212)은 HIP 캐니스터의 외부 표면 영역을 형성한다. 엔드플레이트(210)는 또한 중심 영역(216)을 포함하고 있고, 이 중심 영역은 특정의 비제한적 실시형태에 있어서는 대체로 균일한 두께를 가진다(즉, 이 실시형태에서는, 외면(212)과 내면(214) 사이의 거리가 중심 영역(216)에서 대체로 균일하다). 특정의 비제한적 실시형태에 있어서, 중심 영역(216)의 균일한 두께는 약 0.25 인치 내지 약 1 인치의 범위 내에 있을 수 있으며, 또는 약 0.5 인치일 수 있다. 특정의 비제한적 실시형태에 있어서, 외면(212)을 따라 측정되는 중심 영역(216)의 직경은 약 0.25 인치 내지 약 1 인치의 범위 내에 있을 수 있으며, 또는 약 0.5 인치일 수 있다. 특정의 비제한적 실시형태에 있어서, 중심 영역(216)은, 외면(212)과 내면(214) 사이를 통과하여 HIP 캐니스터의 내부 공간으로의 접근을 허용하는, 엔드플레이트(210)를 관통한 보어(bore)를 구비할 수 있다.

계속해서 도 4A를 참조하면, 엔드플레이트(210)는 또한 중심 영역(216)으로부터 반경방향으로 연장되어 원형 엔드플레이트(210)의 원형 외주부(222) 주변에 형성된 코너(220)에서 끝나는 주 영역(218)을 포함하고 있다. 특정의 비제한적 실시형태에 있어서, 엔드플레이트(210)의 외면(212)의 직경은 약 1 인치 내지 약 30 인치의 범위 내에 있을 수 있으며, 또는 약 5 인치 내지 약 25 인치의 범위 내에 있을 수 있으며, 또는 약 20.6 인치일 수 있다. 도 4A에 도시된 바와 같이, 엔드플레이트(210)의 두께는 중심 영역(216)으로부터 주 영역을 통해 코너(220)까지 증가한다. 엔드플레이트(210)의 중심으로부터의 거리가 증가할수록 증가하는 주 영역(218)에서의 엔드플레이트(210)의 두께가 경사각(Θ)을 형성한다. 엔드플레이트(210)의 특정의 비제한적 실시형태에 있어서, 경사각은 약 3°내지 약 15°의 범위, 또는 약 5° 내지 약 10°의 범위 내에 있을 수 있으며, 또는 약 8°일 수 있다. 도 4A에 도시된 엔드플레이트(210)의 비제한적 실시형태에서, 외면(212)은 대체로 평면형이고, 경사각은 외주부(222)의 방향으로 외면(212)으로부터 멀어지는 내면(214)의 하향 경사에 의해 형성되어 있다.

이제 도 4A 및 4B를 참조하면, 코너(220)는 HIP 캐니스터의 원통형 보디부(도시 안됨)의 원형면과 결합하도록 형성된 형상을 가진 외주 립(224)을 구비하고 있다. 코너(220)는 주 영역(218)이 외주 립(224)으로 부드럽게 천이되게 해주는(즉, 날카로운 가장자리 또는 모서리 없이 천이되게 해주는) 만곡형 내부 표면 영역(226)을 구비하고 있다. 엔드플레이트(210)의 특정의 비제한적 실시형태에 있어서, 만곡형 내부 표면 영역(226)은 약 0.5 인치 내지 약 3.0 인치의 범위 내의, 또는 약 2.0 인치의 반경을 가지는 원호 단면을 가질 수 있다. 하지만, 만곡형 내부 표면 영역(226)의 반경은 일반적으로 HIP 캐니스터의 크기에 따라 좌우될 것임을 이해할 것이다. 코너(220)의 만곡형 내부 표면 영역(226)은, 도 5에 도시된 바와 같이 또한 이하에 추가로 진술되는 바와 같이, 코너 영역에서 발생하는 응력을 엔드플레이트 전체로 또한 캐니스터의 수직벽으로 분산시키도록 작용한다. 그렇지 않을 경우, 압밀된 빌렛은 높은 잔류 응력을 가진 날카로운 코너를 구비할 수 있다. 날카로운 코너를 구비하는 HIP 빌렛 단부면의 일부분은 빌렛의 단조 공정 또는 다른 공정 이전에 가공제거되어야만 하여, 고가의 합금 재료의 낭비를 초래한다.

본 발명에 따른 HIP 캐니스터 엔드플레이트와 관련하여, 만곡형 내부 표면 영역(226)은 반드시 원호 단면을 가질 필요는 없으며, 주 영역(218)으로부터 외주 립(224)으로 부드럽게 천이되고 HIP 공정 중에 코너(220)에서 경험하게 되는 응력을 분산시키는 임의의 단면 형상을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 만곡형 내부 표면 영역(226)의 다른 가능한 단면 형상의 비제한적 예는, 예를 들어, 원형 형상 및 타원형 형상을 포함한다.

본 발명에 따른 하나의 비제한적 실시형태에 있어서, 엔드플레이트(210)의 외주 립(224)은 엔드플레이트(210)의 외주부 둘레에 연장되는 챔퍼(chamfer)(228)를 구비한다. 챔퍼(228)는 엔드플레이트(210)를 HIP 캐니스터의 보디부(도시 안됨)에 고정시키는 용접 비드(도시 안됨)를 수용하도록 구성된다. 하나의 비제한적 실시형태에 있어서, 챔퍼(228)는 약 0.125 인치 내지 약 0.25 인치의 범위 내의 챔퍼 폭을 구비하고, 약 30°내지 약 60°의 범위 내의, 또는 약 45°의 챔퍼 각을 형성하도록 엔드플레이트(210)의 축선에 대해 경사져 있다.

본 발명에 따른 하나의 비제한적 실시형태에 있어서, 엔드플레이트(210)는 또한 적어도 하나의 충전 스템(230)을 포함하고 있다. 적어도 하나의 충전 스템(230)은 분말형 재료가 엔드플레이트(210)가 고정된 HIP 캐니스터의 내부 공간으로 도입되는 것을 가능하게 해주도록 구성되어 있다. 충전 스템(230)은 또한 HIP 압밀 이전에 가스가 HIP 캐니스터의 내부 공간으로부터 제거되는 것을 가능하게 해준다. 하나의 비제한적 실시형태에 있어서는, 단일의 충전 스템(230)이 엔드플레이트(210)의 중심 영역(216)을 관통하여 형성된 보어의 외주부에 용접된다. 단일의 충전 스템(230)이 도 4A에서 엔드플레이트(210)의 중심 영역에 도시되어 있지만, 하나 이상의 충전 스템이 엔드플레이트의 다른 위치들에 배치될 수 있으며, 충전 스템이 반드시 엔드플레이트의 중심 위치에 구비될 필요는 없다는 것을 이해할 것이다. 각각의 그와 같은 충전 스템은 엔드플레이트가 고정된 HIP 캐니스터의 내부 공간과의 유체 연통을 제공해야만 한다.

엔드플레이트(210)의 하나의 비제한적 실시형태에 있어서, 엔드플레이트(210)는 단지 하나의 단일의 충전 시스템(230)을 구비한다. 다수의 충전 스템은 일반적으로 야금 분말로 캐니스터를 충전시키는 충전 효율을 개선시키기 위해 종래의 엔드플레이트에 사용된다. 야금 분말은 캐니스터에 분말을 진동 장입시키는 동안에 원추 형상부 내에 잔류하는 경향이 있다. 이런 경향 때문에, 충전 스템을 통해 HIP 캐니스터 내로 도입된 야금 분말을 수평방향 바깥쪽으로 이동하게 만들어 캐니스터의 모든 영역을 충전시키는 것이 어렵다. 경사각을 구비하도록 디자인된 엔드플레이트(210)는 HIP 캐니스터의 내부 공간을 야금 분말로 완전히 충전시킬 가능성을 개선시킨다. 엔드플레이트(210)의 코너(220)의 내부 표면 영역(226)의 만곡형 부분도 상기 내부 공간을 야금 분말로 완전히 충전시키는 것을 보다 더 확실하게 하도록 도와준다. 엔드플레이트(210)의 경사형 디자인 및 만곡형 내부 표면 영역은 야금 분말의 HIP 캐니스터의 내부 공간의 바깥쪽 가장자리로의 유동을 촉진시켜, 야금 분말과 캐니스터의 내벽 사이에 어떠한 공극도 존재하지 않는 것을 보다 더 확실하게 한다.

엔드플레이트(210)의 단일의 충전 스템(230)과 같이, HIP 캐니스터에 단일의 충전 스템만을 구비하는 것은 충전 공정이나 HIP 공정 중에 캐니스터를 두드릴 필요성을 제거한다. 단일의 충전 스템 캐니스터 디자인은 야금 분말 위치 측정을 위해 침입 로드를 활용할 수 있다. 종래의 다수의 스템 HIP 캐니스터 엔드플레이트의 경우에는, 이는 가능하지 않을 수 있으며, 캐니스터는 HIP 공정 이전에 물리적으로 전도되어야만 한다. 야금 분말로 충전된 대형 HIP 캐니스터를 전도시키는 것은 캐니스터 중량 및 캐니스터 손상의 위험성으로 인해 어렵다. 또한, 각각의 충전 스템은 필연적으로 추가적인 캐니스터 내로의 침투 지점이 되며, HIP 공정의 가압 시의 가능한 추가적인 캐니스터 파손 지점이 된다.

본 발명자들은 예컨대 엔드플레이트(210)에 구비된 것과 같은 경사 구조를 구비한 엔드플레이트 디자인이 가능한 추가적인 이점을 제공한다는 것을 발견하였다. 그러한 한 가지 이점은 HIP 수득률의 가능한 개선이다. 종래의 평면형 엔드플레이트를 구비한 HIP 캐니스터를 사용하면 오목한 단부 표면을 가진 HIP 빌렛을 수득하게 되고, 이 오목한 단부 표면을 가진 HIP 빌렛은 단조 공정 이전에 평면형 표면으로 가공되어야만 한다. 본 발명에 따른 엔드플레이트의 실시형태는 평면형 단부면, 또는 적어도 종래의 평면형 엔드플레이트를 사용하여 생성되는 빌렛보다 더 편평한(즉 덜 오목한) 단부면을 가진 빌렛을 수득할 수 있다. 그러므로, 여기서 구상된 엔드플레이트 및 캐니스터 디자인의 실시형태의 사용은 업셋 단조 이전에 HIP 빌렛에 평면형 단부 표면을 제공하기 위한 HIP 사후 기계가공의 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있다. HIP 사후 기계가공에 대한 필요성의 감소는 비용과 시간을 감소시키고, 또한 부품 파손을 초래할 수 있는 공정 단계의 필요성을 제거할 수 있다. 여기에서 엔드플레이트 디자인은 또한 압밀이 평면형 엔드플레이트를 사용할 때보다 더 많은 측면 이동을 수반하기 때문에 HIP 빌렛의 코너 영역에 강도를 부가할 수 있다.

여기서 구상된 경사형 내면과 만곡형 내부 표면 영역을 구비한 코너를 포함한 엔드플레이트 및 캐니스터 디자인의 실시형태의 사용은 또한 캐니스터의 내부 청결도를 개선시킬 수 있다. 분말 야금 제품의 사양은 HIP 공정 중에 HIP 캐니스터의 내부 표면의 극도의 청결도를 요할 수 있다. 여기에 개시되는 특정의 엔드플레이트 디자인은 청소 및 물 또는 분말 배출 시에 캐니스터의 내부 공간으로부터의 배출을 용이하게 해주는 것으로 밝혀졌다.

HIP 캐니스터용 엔드플레이트는 일반적으로 최종 부품의 청결도를 개선시키기 위해 사용되기 이전에 전해연마된다. 여기서 구상된 경사형 내면과 만곡형 내부 표면 영역을 구비한 코너를 포함한 엔드플레이트 디자인 실시형태는 보다 더 균등하게 전해연마될 수 있다는 것을 관찰로 알게 되었다. 따라서, 본 발명에 따른 엔드플레이트의 특정의 실시형태의 경사형 내면 및 만곡형 내부 표면 영역은 캐니스터 청결도를 개선시켜 공정 효율을 향상시킨다.

본 발명에 따른 특정의 엔드플레이트 실시형태의 또 다른 장점은 경사형 내면과 만곡형 내부 표면 영역을 구비한 디자인이 HIP 압밀 중에 단부 표면의 오목한 형태를 감소시킨다는 점이다. 엔드플레이트의 경사형 돔 형상과 만곡형 코너는 코너 영역에 강도를 부가하고, 압밀은 보다 더 많은 측면 이동을 수반한다. 결과적인 평면형 단부의 압밀된 빌렛은 이후의 성형 작업 중에 용이하게 업셋 단조된다.

또한 엔드플레이트(210)와 같은 본 발명에 따른 특정의 엔드플레이트 실시형태의 코너의 만곡형 내부 표면은 HIP 압밀 중에 엔드플레이트와 HIP 캐니스터의 보디부 사이의 용접 결합부 상의 응력 집중을 감소시키는 것으로 결론났다. 도 1A 및 1B에 도시된 바와 같이, 종래의 평면형 엔드플레이트의 코너는 일반적으로 HIP 캐니스터의 보디부의 단부에 직접적으로 용접된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 디자인의 용접 심은 응력 집중원이며, 이는 HIP 캐니스터의 진동 장입 중이나 이후의 HIP 압밀 중에 용접부의 파열 및 캐니스터의 파손을 초래할 수 있다.

도 5는 엔드플레이트(210)의 방식으로 구성된 엔드플레이트를 구비한 HIP 캐니스터가 경험하게 되는 산출 응력을 도시한 도면이다. 도 5는, 엔드플레이트의 만곡형 코너에 응력이 집중되지 않고, 오히려 도 3에 고려된 종래의 평면형 엔드플레이트의 코너에서 보여지는 응력 집중에 비해 대체로 공간적으로 분포되어 있는 것을 도시하고 있다. 또한, 높은 레벨의 응력이 도 5에 고려된 실시형태의 용접 심(엔드플레이트의 챔퍼 영역 내의 외주 가장자리에 위치) 둘레에 집중되어 있지 않다. 따라서, 경사형 내면과 만곡형 내부 표면을 구비한 코너를 포함한 본 발명에 따른 엔드플레이트 실시형태는, 압밀된 빌렛 내로 응력을 분포시키는 대신에, 엔드플레이트의 코너에서의 응력 집중을 감소시킬 수 있고; 엔드플레이트와 캐니스터 보디부 사이의 용접 심의 영역에서의 응력 집중을 감소시킬 수 있으며; 평면형 또는 더 편평한 단부면을 가진 HIP 빌렛을 제공하여, 빌렛에 평면형 단부면을 제공하기 위한 단조 사전 기계가공의 필요성을 제거 또는 감소시킨다.

비제한적 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 엔드플레이트는 저탄소강, 연강 또는 스테인리스강으로 이루어지거나 저탄소강, 연강 또는 스테인리스강을 포함한다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 엔드플레이트는 AISI T-304 스테인리스강(UNS S30400)으로 제작된다. 다른 비제한적 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 엔드플레이트는 합금 600(UNS N06600), 합금 625(UNS N06625) 및 합금 718(UNS N07718)로부터 선택된 합금(이에 한정되지 않음)과 같은 니켈계 초합금으로 이루어지거나 그것을 포함한다. 하지만, 본 발명에 따른 엔드플레이트는 HIP 캐니스터 내에 수용될 야금 분말과 공존할 수 있고 HIP 공정에 사용하기에 적합한 특성을 가지는 임의의 금속 또는 금속 합금으로 제작될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하나의 비제한적 실시형태에 있어서, 엔드플레이트의 적어도 일부분은 전해연마되어 전해연마된 다듬질면을 가지며, 이 전해연마된 다듬질면이 분말 충전을 용이하게 해주고 HIP 캐니스터의 내부 공간의 청결도를 개선시킬 수 있다. 또 다른 비제한적 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 엔드플레이트는 대략 125 RMS(root mean square) 이하의 표면 거칠기를 나타낸다. 엔드플레이트의 내부 표면의 표면 거칠기를 감소시키는 데 유용한 임의의 기법이 분말 충전 및/또는 캐니스터의 내부 공간의 청결도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따라 구성되는 엔드플레이트는 전체적으로 원형이고, HIP 캐니스터의 원통형 보디부와 끼워맞춤되도록 형성된다. 하지만, 본 발명에 따른 엔드플레이트는 구비되는 HIP 캐니스터의 보디부와 끼워맞춤되도록 디자인된 임의의 형상으로 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 전체 형상에 상관없이, 임의의 그와 같은 본 발명에 따른 엔드플레이트 실시형태는 여기에 설명된 경사형 내면 및/또는 코너 만곡형 내부 표면 형태를 구현하게 될 것이다.

이제 도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 양태는 분말형 재료를 열간 등방 가압하기 위한 캐니스터에 관한 것이다. 도 6은 본 발명에 따른 HIP 캐니스터(300)의 하나의 비제한적 실시형태의 단면을 도시하고 있다. 캐니스터(300)는 예컨대 원통형 형상 또는 임의의 다른 적합한 형상을 가질 수 있는 보디부(302)를 포함하고 있다. 캐니스터(300)는 여기에 설명되는 바와 같이 경사형 내면과 만곡형 내부 표면을 구비한 코너를 포함하도록 본 발명에 따라 구성된 제1 엔드플레이트(304)를 포함하고 있다. 엔드플레이트(304)는 보디부(302)의 원형의 제1 단부(306)에 용접된다. 엔드플레이트(304)는 예컨대 상술한 도 4A 및 4B에 도시된 엔드플레이트(210)의 디자인을 가질 수 있다. 엔드플레이트(304)는 캐니스터(300)의 리프팅 및 이동을 신속처리하도록 구성된 적어도 하나의 리프트 러그(lift lug)(307)를 구비할 수 있다.

이제 도 4A, 4B 및 도 6을 참조하면, HIP 캐니스터(300)는 도 4A 및 4B를 참조하였을 때 외면(212), 내면(214) 및 중심 영역(216)을 구비하는 엔드플레이트(304)를 포함하고 있다. 하나의 비제한적 실시형태에 있어서, 중심 영역(216)은 균일한 두께를 가질 수 있다. 특정의 비제한적 실시형태에 있어서, 중심 영역(216)의 균일한 두께는 약 0.25 인치 내지 약 1 인치의 범위 내에 있을 수 있으며, 또는 약 0.5 인치일 수 있다. 비제한적 실시형태에 있어서, 중심 영역(216)의 직경은 약 0.25 인치 내지 약 1 인치의 범위 내에 있을 수 있으며, 또는 약 0.5 인치일 수 있다. 또 다른 비제한적 실시형태에 있어서, 중심 영역(216)은 엔드플레이트 내에 보어를 형성할 수 있다. 하나의 비제한적 실시형태에 있어서, 제1 엔드플레이트(304)는 HIP 캐니스터(300)의 원통형 보디부(302)의 원형 단부와 결합하도록 원형일 수 있다. 하지만, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 엔드플레이트는 HIP 캐니스터의 특정 보디부의 형상과 결합하기에 적합한 임의의 전체적인 형상을 가질 수 있다.

계속해서 도 4A, 4B 및 도 6의 비제한적 실시형태를 참조하면, 제1 엔드플레이트(210, 304)는 또한 중심 영역(216)으로부터 반경방향으로 연장되어 엔드플레이트의 원형 외주부(222) 주변의 코너(220)에서 끝나는 주 영역(218)을 포함하고 있다. 하나의 비제한적 실시형태에 따르면, 제1 엔드플레이트(304)는 약 1 인치 내지 약 30 인치의 범위 내의, 또는 약 5 인치 내지 약 25 인치의 범위 내의, 또는 약 20.6 인치의 직경을 가질 수 있다. 외면(212)은 대체로 평면형이지만, 엔드플레이트(210)의 두께는 중심 영역(216)으로부터 코너(220)까지 증가하여 경사각(Θ)를 형성하고 있다. 비제한적 실시형태에 있어서, 경사각은 약 3°내지 약 15°의 범위, 또는 약 5° 내지 약 10°의 범위 내에 있을 수 있으며, 또는 약 8°일 수 있다. 코너(220)는 보디부(302)의 원형의 제1 단부와 결합하도록 형성된 외주 립(224)을 구비하고 있다. 코너(220)는 주 영역(218)과 외주 립(224) 사이에서 부드럽게 천이되도록 만곡된 내부 표면(226)을 구비하고 있다. 비제한적 실시형태에 있어서, 만곡형 부분은 약 0.5 인치 내지 약 3.0 인치의, 또는 약 2.0 인치의 원호 반경을 가진다.

본 발명에 따른 하나의 비제한적 실시형태에 있어서, 엔드플레이트(210, 304)의 외주 립(224)은 챔퍼(228)를 구비하고 있다. 챔퍼(228)는 엔드플레이트(210, 304)를 열간 등방 가압 캐니스터(300)의 보디부(302)에 용접시키는 용접 비드(308)를 수용하도록 구성되어 있다. 하나의 비제한적 실시형태에 있어서, 챔퍼(228)는 약 0.125 인치 내지 약 0.25 인치의 범위 내의 챔퍼 길이를 구비하고, 약 30°내지 약 60°의 범위 내의, 또는 약 45°의 챔퍼 각을 구비할 수 있다.

비제한적 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 엔드플레이트, 충전 스템 및 캐니스터 보디부는 저탄소강, 연강 또는 스테인리스강으로 이루어지거나 저탄소강, 연강 또는 스테인리스강을 포함한다. 하나의 특정 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 엔드플레이트, 충전 스템 및 캐니스터 보디부는 AISI T-304 스테인리스강(UNS S30400)으로 제작된다. 다른 비제한적 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 엔드플레이트, 충전 스템 및 캐니스터 보디부는 합금 600(UNS N06600), 합금 625(UNS N06625) 및 합금 718(UNS N07718)로부터 선택된 합금(이에 한정되지 않음)과 같은 니켈계 초합금으로 이루어지거나 그것을 포함한다. 하지만, 본 발명에 따른 엔드플레이트, 충전 스템 및 캐니스터 보디부는 HIP 캐니스터 내에 수용될 야금 분말과 공존할 수 있고 HIP 공정에 사용하기에 적합한 특성을 가지는 임의의 금속 또는 금속 합금으로 제작될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 7의 플로우 다이어그램을 참조하면, 본 발명의 또 다른 양태는 야금 분말을 열간 등방 가압하기 위한 방법(400)에 관한 것이다. 이 방법은 본 발명에 따른 디자인을 가진 HIP 캐니스터를 제공하는 단계(402)를 포함하고 있다. 예컨대, HIP 캐니스터는 상술한 도 6에 도시된 디자인을 가질 수 있다. 하나의 비제한적 실시형태에 있어서, HIP 캐니스터는 원형의 제1 단부 및 원형의 제2 단부를 구비한 원통형 보디부를 포함할 수 있다. 제1 엔드플레이트는 원통형 보디부의 원형의 제1 단부에 용접되어 있다. 제1 엔드플레이트는 중심 영역, 및 중심 영역으로부터 반경방향으로 연장되어 엔드플레이트의 외주부 주변의 코너에서 끝나는 주 영역을 포함하고 있고, 코너는 캐니스터의 보디부와 결합하도록 구성된 외주 립을 구비하고 있다. 엔드플레이트의 두께는 중심 영역으로부터 코너까지 증가하여 경사각을 형성하고, 코너의 내부 표면은 주 영역이 외주 립으로 부드럽게 천이되게 해주는 만곡형 부분을 구비한다. 충전 스템이 제1 엔드플레이트에 부착되어, 캐니스터의 내부 공간과의 유체 연통을 가능하게 해주도록 형성되어 있다. 제2 엔드플레이트가 원통형 보디부의 원형의 제2 단부에 용접된다. 다시 도 7을 참조하면, 방법(400)은 또한 충전 스템을 통해 캐니스터 내에 예컨대 니켈계 초합금 분말과 같은 적어도 한 가지 야금 분말을 배치시키는 단계(404)를 포함하고 있다. 충전 스템을 통해 캐니스터로부터 공기가 진공배기된다(406). 캐니스터에서 충분한 공기가 배기된 후에, 캐니스터를 밀봉시키기 위해 충전 스템이 크림핑 가공되거나 다른 방식으로 밀봉된다(408). 공기가 진공배기된 캐니스터 내의 야금 분말이 열간 등방 가압된 빌렛을 제공하도록 종래의 방식으로 열간 등방 가압된다(410).

이제 도 8에 도시된 비제한적인 개략적 실시예를 참조하면, 본 발명에 따른 또 다른 양태는 본 발명에 따른 방법의 비제한적 실시형태에 따라 제조되는 열간 등방 가압된 분말 금속 부품 또는 빌렛(500)에 관한 것이다. 도 8은 본 발명에 따른 변형된 캐니스터(502) 내에 여전히 수용되어 있는 빌렛(500)의 단면을 도시하고 있다. 빌렛(500)은 적어도 하나의 대체로 평면형 단부면(504)을 구비하고 있다. 비제한적 실시형태에 있어서, 열간 등방 가압된 분말 금속 빌렛(500)은 니켈계 초합금을 포함한다. 예컨대 기계가공 및/또는 산세척 등에 의해 캐니스터(502)로부터 제거된 후에, 빌렛(500)은 해당 빌렛의 업셋 단조 또는 다른 공정 이전에 평면형 단부면(504)을 제공하기 위한 추가적인 가공을 거의 또는 전혀 필요로 하지 않는다. 또 다른 비제한적 실시형태에 있어서, 열간 등방 가압된 분말 금속 빌렛(500)은 Rolls Royce RR1000 합금, Alloy 10 합금 및 저탄소 ASTROLOY 합금 중의 한 가지를 포함하며, 그 조성은 야금 분야의 당업자에게 알려져 있다. 당업계에 알려진 바와 같이, RR1000 합금은 중량%로 다음의 공칭 조성: 55 Ni, 14.5 Cr, 16.5 Co, 4.5 Mo 및 잔분 Ni을 가진다. Alloy 10은 전체 개시내용이 여기에 참조되는 미국 특허 제6,890,370호에 개시되어 있다. Alloy 10 합금은 중량%로 다음의 조성 범위: 14.0-18.0 Co, 10.0-11.5 Cr, 3.45-4.15 Al, 3.60-4.20 Ti, 0.45-1.5 Ta, 1.4-2.0 Nb, 0.03-0.04 C, 0.01-0.025 B, 0.05-0.15 Zr, 2.0-3.0 Mo, 4.5 W+Re 및 잔분 Ni을 가진다. 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, Alloy 10에 대한 Mo/(W+Re)의 비는 0.25 내지 0.5의 범위 내에 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, Alloy 10이 레늄을 함유하고 있지 않을 때에는, Mo/W의 비가 약 0.25 내지 약 0.5의 범위 내에 있다. 당업계에 알려진 바와 같이, 저탄소 ASTROLOY 합금은 중량%로 다음의 조성: 3.85-4.14 Al, 0.015-0.0235 B, 0.020-0.040 C, 14.0-16.0 Cr, 16.0-18.0 Co, 4.50-5.50 Mo, 52.6-58.3 Ni 및 3.35-3.65 Ti을 가진다.

이어지는 실시예들은 본 발명의 범위를 제한함이 없이 특정의 비제한적 실시형태를 추가로 설명하기 위한 것이다. 당업자는 다음의 실시예들의 변형예들이 청구범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위 내에 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다.

실시예 1

2개의 HIP 캐니스터 엔드플레이트가 도 9A 및 9B의 도면에 따라 구성되었다. 엔드플레이트는 AISI T-304 스테인리스강으로 이루어진 3.5 인치 플레이트로부터 가공되었다. 엔드플레이트는 실질적으로 표면 결함이 없었으며, 125 RMS의 표면 거칠기를 가졌다. 엔드플레이트들 중의 하나는 1.002 인치 직경을 가진 중심 보어를 구비하도록 가공되었다. 각각의 엔드플레이트는 중량이 약 161 파운드였다.

실시예 2

본 발명의 하나의 실시형태에 따른 HIP 캐니스터가 다음과 같이 제작되었다. 0.5 인치 두께의 AISI T-304 스테인리스강으로 이루어진 62.75 인치 폭의 시트가 24.28 인치 외경을 가진 원통형 캐니스터 보디부를 형성하도록 서브머지드 아크 용접되었다. 모든 용접은 미국 기계공학자협회 보일러 및 압력 용기 코드에 따라 이루어졌다. 용접된 측부 심은 무결성을 보장하기 위해 X-레이 검사되었다. 실시예 1로부터 제공된 엔드플레이트가 HIP 캐니스터를 형성하도록 스테인리스강 실린더의 각각의 단부에 TIG 용접되었다. 엔드플레이트들 중의 하나의 중심에 1 인치 직경의 보어가 제공되는 한편, 제2 엔드플레이트는 중실형으로 보어가 없었다. 1.5 인치 외경과 1.0 인치 내경을 가지는 13 인치 길이의 T-304 스테인리스강 튜브는, HIP 캐니스터의 내부 공간으로 분말이 도입되고 그 내부 공간으로부터 공기가 제거되는 것을 가능하게 해주는 충전 스템을 제공하도록, 보어의 외주부에 TIG 용접되었다.

실시예 3

실시예 2의 HIP 캐니스터의 내부 공간이 연마포(플랩 휠)로 완전히 청소되고, 탈이온수로 세정되고, 충전 스템을 통해 배수되었다. 그런 다음, 캐니스터의 내벽이 전기화학 공정을 사용하여 전해연마되고, 탈이온수로 세정되고, 건조되었다. 건조 후에, HIP 캐니스터는 5471.5 파운드의 RR1000 합금 분말로 충전되었다. 분말 충전된 HIP 캐니스터가 가스 배출로 내로 배치되어 1 토르(Torr) 미만의 압력까지 진공배기되었고, 충전 스템이 캐니스터를 밀봉시키기 위해 크림핑 가공되었다. 그런 다음, 캐니스터는 HIP 노 내에 배치되었다. HIP 노가 도 10A의 온도-시간 선도 및 도 10B의 압력-시간 선도에 따라 아르곤 가스로 가압되고 가열되었다. HIP 캐니스터가 압괴되었고, 캐니스터 내의 분말이 중실 빌렛으로 압밀되었다. HIP 공정 후에, HIP 캐니스터와 그 내부의 압밀된 빌렛이 HIP 노로부터 이동제거되어 실온까지 냉각될 수 있었다. 도 11은 HIP 공정의 완료 후에 내부에 압밀된 RR1000 합금 빌렛을 포함하고 있는 HIP 캐니스터의 포토그래프이다.

실시예 4

HIP 공정 후, 실시예 3에서 형성된 내부에 압밀된 빌렛을 포함하고 있는 HIP 캐니스터가 실온까지 냉각된다. 캐니스터는 당해 캐니스터를 용해시켜 RR1000 합금 빌렛을 노출시키는 염산 또는 황산 내에서 산체척될 수 있다. 합금 빌렛의 단부는 동일한 방식이지만 종래의 HIP 캐니스터를 사용하는 HIP 공정에 의해 제작된 유사한 빌렛의 단부보다 더 편평하다.

이상의 설명은 본 발명의 명확한 이해를 위한 발명의 양태를 예시하고 있다는 것을 이해할 것이다. 본 설명을 간략화하기 위해, 당업자에게 명백하고 발명의 더 나은 이해를 용이하게 해줄지도 모를 특정의 양태들은 제공하지 않았다. 본 발명의 제한된 수의 실시형태만을 불가피하게 설명하였지만, 당업자는 이상의 설명을 참작함으로써 발명의 많은 수정예 및 변경예가 채용될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 모든 그와 같은 발명의 수정예 및 변경예는 이상의 설명과 다음의 청구범위에 의해 보호되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

1. 열간 등방 가압 캐니스터(hot isostatic pressing canister)의 엔드플레이트(endplate)에 있어서, 상기 엔드플레이트는:
   중심 영역; 및
   상기 중심 영역으로부터 반경방향으로 연장되어, 상기 엔드플레이트의 외주부 주변의 코너에서 끝나는 주 영역을 포함하되,
   상기 코너가 상기 캐니스터의 보디부와 결합하도록 형성된 외주 립(peripheral lip)을 구비하도록 되어 있으며,
   상기 엔드플레이트의 두께는 상기 중심 영역으로부터 상기 코너까지 증가하여 경사각을 형성하고,
   상기 코너의 내부 표면은 상기 주 영역이 상기 외주 립으로 부드럽게 천이되게 해주는 만곡형 부분을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 엔드플레이트.
2. 제1항에 있어서,
   대체로 평면형 외면; 및
   내면을 더 포함하되,
   상기 주 영역에서 상기 중심 영역으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 상기 외면과 상기 내면 사이의 거리에 의해 상기 경사각이 형성되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 엔드플레이트.
3. 제2항에 있어서, 상기 외주 립은 상기 엔드플레이트를 상기 열간 등방 가압 캐니스터의 보디부에 용접시키는 용접 비드를 수용하도록 구성된 챔퍼를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 엔드플레이트.
4. 제2항에 있어서, 상기 엔드플레이트가 상기 열간 등방 가압 캐니스터의 상기 보디부에 고정되었을 때, 상기 열간 등방압 캐니스터의 내부 공간과의 유체 연통을 가능하게 해주도록 구성된 적어도 하나의 충전 스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔드플레이트.
5. 제4항에 있어서, 상기 엔드플레이트는 단일의 충전 스템만을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 엔드플레이트.
6. 제2항에 있어서, 상기 엔드플레이트는 저탄소강, 연강 및 스테인리스강 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔드플레이트.
7. 제2항에 있어서, 상기 엔드플레이트의 적어도 일부분은 전해연마된 다듬질면을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 엔드플레이트.
8. 제2항에 있어서, 상기 엔드플레이트는 상기 열간 등방 가압 캐니스터의 원통형 보디부에 고정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔드플레이트.
9. 분말형 재료를 열간 등방 가압하기 위한 캐니스터에 있어서, 상기 캐니스터는,
   원형의 제1 단부 및 원형의 제2 단부를 구비한 원통형 보디부;
   상기 원통형 보디부의 상기 원형의 제1 단부에 용접되는 제1 엔드플레이트; 및
   상기 원통형 보디부의 상기 원형의 제2 단부에 용접되는 제2 엔드플레이트를 포함하되,
   상기 제1 엔드플레이트는,
   중심 영역, 및
   상기 중심 영역으로부터 반경방향으로 연장되어, 상기 엔드플레이트의 외주부 주변의 코너에서 끝나는 주 영역을 포함하고, 상기 코너는 상기 원통형 보디부와 결합하도록 형성된 외주 립을 구비하도록 되어 있으며,
   상기 엔드플레이트의 두께는 상기 중심 영역으로부터 상기 코너까지 증가하여 경사각을 형성하고,
   상기 코너의 내부 표면은 상기 주 영역이 상기 외주 립으로 부드럽게 천이되게 해주는 만곡형 부분을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 분말형 재료를 열간 등방 가압하기 위한 캐니스터.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1 엔드플레이트는,
    대체로 평면형 외면; 및
    내면을 더 포함하되,
    상기 주 영역에서 상기 중심 영역으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 상기 외면과 상기 내면 사이의 거리에 의해 상기 경사각이 형성되는 것을 특징으로 하는 분말형 재료를 열간 등방 가압하기 위한 캐니스터.
11. 제9항에 있어서, 상기 제1 엔드플레이트의 상기 외주 립은 상기 제1 엔드플레이트를 상기 캐니스터의 상기 원통형 보디부의 상기 원형의 제1 단부에 용접시키는 용접 비드를 수용하도록 구성된 챔퍼를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 분말형 재료를 열간 등방 가압하기 위한 캐니스터.
12. 제9항에 있어서, 상기 제1 엔드플레이트는 적어도 하나의 충전 스템을 더 포함하되, 상기 적어도 하나의 충전 스템은, 당해 제1 엔드플레이트가 상기 캐니스터의 상기 원통형 보디부의 상기 원형의 제1 단부에 용접되었을 때, 상기 캐니스터의 내부 공간과의 유체 연통을 가능하게 해주도록 구성된 것을 특징으로 하는 분말형 재료를 열간 등방 가압하기 위한 캐니스터.
13. 제12항에 있어서, 상기 제1 엔드플레이트는 단일의 충전 스템만을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 분말형 재료를 열간 등방 가압하기 위한 캐니스터.
14. 제9항에 있어서, 상기 제1 엔드플레이트는 저탄소강, 연강 및 스테인리스강 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말형 재료를 열간 등방 가압하기 위한 캐니스터.
15. 제9항에 있어서, 상기 제1 엔드플레이트의 적어도 일부분은 전해연마된 다듬질면을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 분말형 재료를 열간 등방 가압하기 위한 캐니스터.
16. 제9항에 있어서, 상기 제2 엔드플레이트는,
    중심 영역; 및
    상기 중심 영역으로부터 반경방향으로 연장되어, 상기 엔드플레이트의 외주부 주변의 코너에서 끝나는 주 영역을 포함하되, 상기 코너는 상기 캐니스터의 보디부와 결합하도록 형성된 외주 립을 구비하고 있으며,
    상기 엔드플레이트의 두께는 상기 중심 영역으로부터 상기 코너까지 증가하여 경사각을 형성하고,
    상기 코너의 내부 표면은 상기 주 영역이 상기 외주 립으로 부드럽게 천이되게 해주는 만곡형 부분을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 분말형 재료를 열간 등방 가압하기 위한 캐니스터.
17. 분말형 재료를 열간 등방 가압하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    열간 등방 가압용 캐니스터를 제공하는 단계로서,
    상기 캐니스터가
    원형의 제1 단부 및 원형의 제2 단부를 구비한 원통형 보디부,
    상기 원통형 보디부의 상기 원형의 제1 단부에 용접되는 제1 엔드플레이트,
    상기 제1 엔드플레이트에 부착되어, 상기 캐니스터의 내부 공간과의 유체 연통을 제공하는 충전 스템, 및
    상기 원통형 보디부의 상기 원형의 제2 단부에 용접되는 제2 엔드플레이트를 포함하고 있고,
    상기 제1 엔드플레이트가
    중심 영역, 및
    상기 중심 영역으로부터 반경방향으로 연장되어, 상기 엔드플레이트의 외주부 주변의 코너에서 끝나는 주 영역을 포함하되, 상기 코너가 상기 캐니스터의 상기 원통형 보디부와 결합하도록 형성된 외주 립을 구비하고 있으며,
    상기 제1 엔드플레이트의 두께는 상기 중심 영역으로부터 상기 코너까지 증가하여 경사각을 형성하고,
    상기 코너의 내부 표면은 상기 주 영역이 상기 외주 립으로 부드럽게 천이되게 해주는 만곡형 부분을 구비하고 있도록 구성되어 있는 것인, 상기 열간 등방 가압용 캐니스터를 제공하는 단계;
    상기 충전 스템을 통해 상기 캐니스터 내에 적어도 한 가지 야금 분말을 배치시키는 단계;
    상기 충전 스템을 통해 캐니스터로부터 공기를 진공배기시키는 단계;
    상기 캐니스터를 밀봉시키기 위해 상기 충전 스템을 크림핑 가공하는 단계; 및
    열간 등방 가압된 빌렛을 제공하도록 상기 캐니스터를 열간 등방 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말형 재료를 열간 등방 가압하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 캐니스터의 제1 엔드플레이트는,
    대체로 평면형 외면; 및
    내면을 더 포함하되,
    상기 주 영역에서 상기 중심 영역으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 상기 외면과 상기 내면 사이의 거리에 의해 상기 경사각이 형성되는 것을 특징으로 하는 분말형 재료를 열간 등방 가압하는 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 야금 분말은 니켈계 초합금 분말인 것을 특징으로 하는 분말형 재료를 열간 등방 가압하는 방법.
20. 제17항에 있어서, 상기 야금 분말은 Rolls Royce RR1000 합금 분말, Alloy 10 합금 분말 및 저탄소 ASTROLOY 합금 분말 중의 하나인 것을 특징으로 하는 분말형 재료를 열간 등방 가압하는 방법.

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