WO1986002669A1 - Process for producing super-heat-resistant alloy material - Google Patents

Description

明 钿 輋

発明の 称

お耐熱合金素材の軀遣方法 本発明は、 粉末冶金法によって趙辭雛会金索材、 待にタービンデイス ク， ブレ ド びそれらの一体物等の超塑性加工に遠した艇耐熟合金索 材も製遗する方法に閼すもものである。 '

¾ .技 fff

' 高 aで用いられる Sft熱合金の射用 a¾の向上は省エネルギー面での 必要性上、 急務とされているが、 この要求^翁たす めに必要な合金添 加元案量の増大は加工性の抵下を招く いう雜点を有している。 これを 克服する方法として超塑性加工法がある。 超2性加工は、 素材が超塑铨 も有する条件下で塑性加工し、 極めて爽形率の大きな、 しかも複維な形 抉の加工品も得る方法である。 超 38性加工は、 次のような特激杏有して いる。 ①小さい力で加工できる。 そのため真空成形やガス圧成形が可铯 である。 （2)¾¾雎が大きいので複嫩な形状ができ、 加工费が節約できる _Λ - —

③冷 H加工のよう 线 SIS力を内蔵していないので耐食性や寸法精度が 安定している。 Φ加工の表面状旗がよい。 このため、 超塑性加工法は、

¾常の加工法では加工囷緻な合金の成形に aしているという利点を有し ている。

れらの特性を有する超塑性加工法は， 徼粞檢聶粒超塑性奁利用する ものと変 »超塑性を利用するものとに分けられる。 本発明で利用する超 塑性加工法は 镜晶粒趣塑性も利用するものであり、 その加工.上の必 要条件として数 ίί ίϊ 以下の桔晶粒も有する超塑性敏造用素材の作製が必 要とされる。 近年のアトマイズ技術等も ¾用した粉末冶金法は、 この籙 塑性敏遣用素材 作製を可能にしたもので り、 本発明は、 超酎熟合金 索材、 特に超篛性 «逢用素材の粉末冶金法による作製に係るものである。 従来、 超蓽性蟓遣用索材の作製は、 合金粉末の苒桔晶通度底下近铮 温度において熱閱における粉末押出加工 ¾することにより、 その加工熟 も利用して粉末に苒輪惠も起こさせ、 1 0 /i n 以下の ¾細結晶拉扭蛾^ 有する素材も作製する方法か、 又は、 カブせル中に合金粉末も封入し高 瀵高庄のガスで静水圧的に全体を均一に加圧しながら焼結を行う熟闓静 - 8 - 水圧成形法（H I P )により索材奁作製する方法によっていた。 しかしな がら、 粉末押出による方法では、 大きな製品 *作るには、 大きな押出し 擴が必要となり、 ¾儻«が其大となるという欠点がある。 又、 H I Pに よる方法では、 合佥粉末がカプセル中に密封されるため粉末の吸着ガス が素材中に閉じ込められ、 これが後の超塑性蛾逸時の変形特性に惠彩響 も Sぼし変形性能を劣化させるという欠点や、 カブセル中への扮末充填 時の密封工程の困雜さを伴うという欠点がある。 カブセルのすぺその « 封 所、 とくに溶接茚分にはわずかの親れもあってはならない。 たとえ 小さな漏れでも、 -高圧のガスがカブせル内に入った後、 粉末が完全に燒 結して徽密化した時に、 目に見えない空隙の *にガス *閉じ込めてしま い、 これらのガスは高 ¾熱処理時に素材中に がゥて製品の機械的特性 に弊害も与えるからである _ρ

発明の開示

本発明の目的は、 粉末冶金法による 耐熱合金素材の製逸方法 おい て、 カプセル ¾用いない熱 S3静水圧成形法も用いた製造方法も提供する ^ る a 本発明の他の目的は、 特に每崈性縿造用 *材の製遣 逸した超射熟合 佥 *材の製造方法も提供することである。

本発明は、 徽細桔晶組纖を有する索材の作製方法として上纪 2法以外 の新規な方法も示したものであり、 さらに上記 2法の欠点を克服しおも のである。

図面に示すように、 *発明に係る 熱合金素材の »瀵方法において は、 鳳当形状に仕上げお内郎に空閭を持つゴムモールド中に N i基超射 鵷合金粉末を充填し街封した後（図面 0， (d)), これを冷閱における諍 水圧力下で加圧成形し（図面 （β)〉、 これによりできた成形体を 1 0 0 0 °c以上の港度で燧接を行うことにより（図面（f)〕成形体の敏密化^十り、 苒繪曩も起こさせることにより徼細な捨晶粒構造も有する素材の作製も 行う。 さらに成形体の敏密化も行うため、 以上の処理に加えて、 成形体 の熟闊静水圧成形（H〖 P )を行う C図面 ( ）。

ここでいう N i 基超耐熟合金とは、 6 0重 ¾ までのタロム、 3 0童 量 までの; aパルト、 I 0童 までのアルミニウム、 8 ¾S%までの チタン、 3 0重量 までの *リブデン、 2 5重量 までのタングステン, 1 0重量 までのニオブ、 1 0意量 までのタンタル、 7重量 までの ジルコ=ゥ厶、 0 . 5耋 ¾までのホウ素、 5童羞 までのハフニウム、 2 ¾S%までのバ士ジゥ厶、 8重 S¾までの網、 5童逢 までのマンガ ン、 7 0重量《までの鉄、 4重量％までのケィ素、 4重量％までの力 ボン、 1 0容量 までの分散貧および残部ニ ケルよりなる合金を怠味 する。 まお、 N i 基超»熟合金粉末は、 回転 ¾g法、 プラズマ回転電極 法、 ¾子ビーム回転 R 法等の逮心カアトマイズ法や A r ガスァ マイ ズ法、 真空アトマイズ法、 他に双ロール法等の粉末製造法によ'つて得ら れる（図面 (a)：)。

分飮煑としては、 アルミナ、 イッ トリアなどの酸化物、 通化物、 弗化 物があげられる。

冷閬靜水圧成形（C I P )の圧力は， 特に 4 0 0 0 }{ / 》以上の高圧 が望ましい。 4 0 0 O kgf/cn*未滅の圧力では、 本轤の如き超耐熱合金 の成形は不可能である。 0 0 O kgf/ciB*以上の圧力も用いることによつ て、 粉末への加工歪の付加を効果的に行い、 これにより、 烧桔通程にお いて、 再桔晶により桔籙粒の »<B化を促進し、 緻密で »細な結晶構造を もつ趣塱性 β遗用素材も傳る とができる。

冷閱静水圧成形（C I Ρ )により得られお成形体は、 成形体の敏密化を り真密度比で 9 5 %以上の素材を得るために， 真空中又は雰 ffi気ガス 中において 1 0 0 0で以上の ¾度において癀枯も行う。

得られた^绪体の密度は真密度比で 9 5 ¾以上が必要であも _β 9 5 ¾ 以下でほ、 j^ft体中の空孔が逋統しお気 ¾を構成し、 熱闊静水圧成形時 に大量の気孔が熗祛体中に残ったり、 また、 カブセルも用いない 熟 BB 静水圧成形する時に、 1£力がかからない等の問 ¾点がある。

また姝鎗は、 真空中または不活性または還元性棼囲気等の非戮化性の 雰囲気が Sましく、 温度は、 真密度比で 9 5 %以上の密度を有する癀桔 体を得るには 1 0 0 0で以上である必要がある。 9 5 ¾以上の密度を有 する «I祛体は、 熟闞静水圧成形が力プセルに入れることなく可能であり、 容裊に成形する;：とができるのである。

また、 この索材は， 煉锗時の再繪晶により平均辏晶粒搔が 5 a 以下 の素材に作製できる。

さらに H I P時においては、 処理 として 1 I 0 O ^：〜 1 2 0 0で かつ処理圧力として 1 0 0 (Uei/cffl*以上の比铰的高通高圧の範囲で最 低 3 0分簡以上の S度及び圧力の負荷を素材に行うことが、 より良好な aas性繳 ¾用索材の製造方法として適している。 これにより粉末どうし の固着カを增し、 かつ空隙の分布状想を制镅することにより、 より顕著 な敏塑性举動も示す最遑趙塑性鑲造用素材を作製することができる。

この圧力 aぴ溫度範囲以下の圧力及び においては H I pによって 撙られ 素材の趙塑性 ¾形举動の発現に必要な、 粉末どうしの固'着力 a び敏密化が十分ではなく、 この範囲以上の虽度においては、 袪晶粒の粗 大化 起こずことになる。 即ち本発明は、 -桔晶粒の粗大化を起こさず粉 末どうしの固着力 ¾ぴ敏密化が十分に得られる H I P処璉条件を示すこ とにより、 アトマイズ法等によって得られた粉末を用い、 H I Pしおま まの吠旗で高い変彩能力杏しめす趦塑性敏造用素材の作製方法も示した もめである。 なお、 一 Ift 趙塑性加 Ϊは、 9 5 0〜1 i 0 0 ^eC程度の温 ¾で、 大気中や不活性雰囲気中で行なわれる。

この橡にして得られた索材 (図面 （10)は、 锥桔 ¾び H I Pの:!:程で棼 囲気を真空又は雰囲気ガスに保つことにより、 粉末吸着ガスの除去が行 えるおめ、 後の超蟹性纖遣時に殲影響^及ぼす含有蒙索量も O ppai 以 下に低下させることが可維となる。

このようにして、 本発明により、 含有酸索 «¾が 5 O ppm 以下でかつ 平均核 ¾敉搔が 5 # 81 以下の嬝钴体 (S耐熱合金素材)を傅ることができ る ₀

本発明の方法の利点として、 冷閏静水圧成形（C I P )を行う時のモー ルドは、 ゴム製であるので、 裸り返し使用が可能であり、 比铰 価で あること、 大型の超 »熱合金索材作製が押出法に铰ぺ ifc校的容 Sに行え ， るこ _とがあげられる。

X、 本発明の方法の利点は、 熱閽静水圧成形（H I P )を隶材をカブせ ルに入れないで衧えることである。

さらに、 又、 本発明め方法によれぱ、 後工蘀である超塑性缀遣に通し ぉ褸雑形状を有する素材の作製がゴムモールド©彩状を加工品の形状に 近似させることにより容裊にでき、 趦塑性蟻造条件の簡单化、 効率化が 行えるという効果がある。 すなわち、 本発明により得られた平均桔晶粒 瘙が 以下で、 かつ低藪素量を有するほぼ真密度に逢した超^熬合 金索材を用い、 超塑性発現条件において、 1 0 ⁴36(} ^_1 以下の低速度で 超塑性鑠遗 *行うことにより斩要の形状 有する成形体を得ることがで きる。 勿論、 得られた成形体は、 溶体化熱処理や安定化熟処理や圻出熱 処理を含む従来の熟処理により高強度 Sび ¾®度の特性を持つ最終製品 に仕上げることができる。

また、 S耐熱合金粉末にゴムモ^"ルドに充 ¾する前に冷間で加工を与 えることにより（図面 00)、 粉末^状も球状以外の異形に変化 せ、 c

I Ρ時の粉末どうしのからみ合いを增し、 その成形性も改善することに より、 4 0 0 O kgf/cm¹以下の低庄においても成形が可锥となる。 又、 冷簡で加工することほ、 予歪奁粉末に与えることになる。 これによつて 癣桔時における再辖晶粒の核発生場斩を多く し、 得られる素材の結晶粒 の教細化を ϋ·ることにより、 より藏著な超塑性挙動杏示す索材の作製が 可能となる。

冷間加工は、 アトライター、 ボ ルミル、 捩 ¾ミル等の一般に使用さ れている装氣を用いて行うことができる。

これらの中でも特にアトライターは、 網、 ニッケル、 炭化タングステ ン、 ステンレス等で作ゥぉポールと粉末とも槽中に投入し、 :れも回転 する羽根車の力によりかくはんし、 粉末に銜撃カ ¾与える方法であり、 粉末への冷閼加工付加効果を短時簡で得ることができるので有利である。

さらには、 乾式を用い、 雰囲気^不活性ガスとすることによ て、 酸 化の少ない良好な粉末も得ることができる。

乾式アトライター処理を施すことにより得られお粉末を尿料として ¾ 遣した素材は、 乾式ァトライタ ·~による処理^行わなか た場合 皎ぺ 超塑性変形時により低い変形 ¾力で変形し、 索材の示す最大伸び Sも大 きくなる。 又乾式アトライタ一処理を行わなかった場合に铰ぺ、 より大 きい歪速 «慷域または/かつ低い籙¾颌¾においても、 高い変形锥カを 有することが可能である。

図面の tt単な鋭明

図面は、 超射熟合金索材の製造工程を示す図である。

翁明も 施するための j¾食の

<実施例 i >

真空アトマイズ法によって得られた、 粉末粒径が 1 4 5 以下の 0 . 一 1 卜

IS童％C、 1 0.0意量％Gr、 3 5重量％\!0、 】 ， 0重量％Fe、 1

4.0童: g%Co、 4.5重量％ 、 ら重量 ！^、 0.0 1重量％B、

I .0重量％V、 0.052量 Zr 及び残郎 Ni からなる Ni 基超砑熟 会金粉末も、 内径 2 のゴムチューブ中に充壤し、 真空脫気後、 圧力 β 0 0 Okgi/em*で冷間静水圧成形し、 成形体を作製した。 この成形体

* 1 0 "³ torrの真空中において 1 1 50での¾度で 钴も行い、 きら に 1 1 6 0 、 1 9 0 0 kgf om' 1時閽の条件で熱閭静水庄成形も行つ お。 得られお超塑性加工用素材の平均結籙拉搔は.約 1 0 nであり又崈 度は 96%であゥた _β 得られた素材からゲージ長さ直箨 8«mの試驗片を 切り出し、 1 04 0でにおいて歪速度が 1 0 ^-38ec^_1 以下の条件で饉塑 性引張試驗を行った。 伸びは約 300 ^示し、 超塑性蟻造が可能であ ることを確かめた。

<実施例 2：

プラズマ回転 ¾«法によって得られた、 粉末粒 ¾が 14 以下の 0.1童量％(、 1 0童量％Cr、 3.5童量％Mo、 1 .0童逢％Fe、 1 4.0重量％Co、 4 , 5重量％A 、 5.5SS¾Ti> 0.0 1重量％B、 1 ,0童量％ 、 0.05意量％Zf 及び残都 Ni からなる Ni 基想合金 扮末に、 25分 ¾20 Orpm アジチータ回転条件で乾式アトライターに より冷蘭加工を加え、 得られた粉末を用い、 実施伊! 1と同様の条件で c

Ι Ρ、 及び H I Ρ処理を行った。 得られお 塑性加工用索材の苹均 解！ ¾粒泽は約 5 tfmであり又密度は & 5 %であった。 得られた素材から ゲージ Sさ 1 0 ί«ιη直搔 6 maの弒 ¾片 切り出し、 1 040でにおいて 歪速度が i 0 "^eo"¹ 以下の条件で超塑性引 ¾試験を行つお。 伸びは約 340%も示し、 超塑性鲮造が可锥であることも確かめた。

<実施例 3 >

Ar ガスアトマイズ法によって得た粉末拉径が 149 la以下の 0.0 5重盘％C、 1 5.0意量％0で、 5.0童量 Mo、 1 8.0重萤％00、 4重 * Αβ、 3.5輦量％Ti、 0.03童量％B び残筘 Ni よりなる Ni 基超合金粉末にアジテータ回転钕 25 Orpin の条件で 1時闇乾式ァ トライタ一により冷藺加工 ¾加え、 搏られた粉末をゴムチューブ中に充 填し、 真空脱気後、 圧力 550 Okgf/e で冷簡静水圧成彩し、 成形体 も作製した。 さらにこの成形体もし 0^_Btorrの真空中において 1 170 での 31度で 3時閭¾¾桔を行い、 さらにこれを（1) 1 1 1 0 °C X 1 300 kgf/cm' (2) 1 1 30*CX t 500 kgf/cn*, C3) 1 1 60t i 9 0 Okgf/coi，、 (4) 1 18 O x 1 00

90 Otx 130 Okgfノ cfl»の各条件で 1時闞の H I P処理も行い、 粉末の固化成 形を行った。 得られた成形体よりゲ ジささ 10 直¾6 を有する試： 麟片も切り出し、 1 040で において歪; 1度が 8.33 x 1 0 "sec ^-1 以下の条件で引 ¾試教を行つお。 私度が I 1 00 ^下の条件 (S)で H I P処理も行うことにより得られた試片では 1 00¾以下の伸びしか示 さなか にもかかわらず、 ¾度が 1 1 00〜1 200 ¾でかつ圧力が 1 00 O kgf/cro* 以上の（1：)〜（ の条件では、 それぞれ（1)300 %, (2) 500 ¾ (3) 500%、 （4) 200 %以上の伸びが得られ、 超蹇 性加工に遣した素材が得られたことを確認し†

<実施例 4>

真空アトマイズ法で得た 1 00#ιπ以下の 0 , 1重童％C、 1 4,0重 量 Cr、 3.5重量％Mo、 8.0重量％Co、 3.5童量％八 、 2, 5重 量％Ti、 0,01童 S%B、 3,5重量％1^|]、 3.6S ¾W 0.05 童量％Zr、 S T¾¾!Ni からなる合金粉末を翔い、 ゴムチューブ中に 充填し、 真空胶気後、 庄カ 500 Okgf/cm* で冷 水圧成形後、 t 雰囲気中において i 1 80でで 2時閭癀铕を行った。 さらに 1 1 8 O ,

I 900 Πί ^ 1時間の条件で熱間静水圧成形 *行 た。 得られた 素材からゲージ良さ 1 0鼸 直 ¾6議 の試驗片も切り出し、 1 040で において歪速度が 1 0 βο'¹ 以下の条件で超塑性引張弑換を行った。 伸びほ約 200 %も示し、 超塑性蟻遣が可能であることも確かめ 。

Claims

鱭求の IS囲

ί , N i 基趙耐鵃合金粉末をゴム乇一ルドに充填、 密封した後， 冷閱 静水圧成形も行い、 これも 1 0 0 (TC以上の ¾度において真空中または 雰囲気ガス中において真崈度の 9 5 »以上の密度に換繪し、 しかる後に 熱間 水庄成形も行うこと杏恃徼とする超 »熱合金素材の製造方法。

2 . 冷颺静水圧成形も、 4 0 0 O ksf/cm^s以上の圧力で行うこと^特 歡とする箫求の範囲第 1瑱記載の超耐熱合金素材の製造方法。 ·

3 . N i 基超 »熱合金粉末を冷藺加 Xし、 ゴム乇 ルド中に充填した 後冷閱静水圧成形することも特傲とする請求の範囲第 1項記載の超耐熟 合金素材の製造方法。

4 . N i 基超 »熱合金粉末に冷問加工も加える方法として乾式アトラ イタ一も用いることを特歡とする請求の範囲第 3項記戦の超 K熟合金衆 材の製造方法。

5 . が 1 1 0 0〜 1 2 0 0ででかつ圧力が 1 0 0 0 kgf/cffl "以上 の条件で 3' 0分以上の熟問静水圧成形も行う：：とも特徽とする讚求の艇 囲第 1項 £載の超射熟合金索材の製逭方法。