JPS61195717A - 変形困難な材料より成る少なくとも１枚の薄板を熱間成形するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、少なくとも１つの型を使用して、変形困難な
材料より成る少なくとも１枚の薄板を熱間成形するため
の方法に関する、 従来の技術 金属体の成形技術は、最近では製造技術学分野の１つの
工業・経済的に重要な部門に発展してし・る（例えばに
、Ｌａｎｇｅ　、　Ｔｈ、Ｎｅ１ｔｚｅｒｔ　、　Ｈ，
Ｗ−ｅｓｔｈｅｉｄｌ共著による。最新成形技術の可能
性。

工業仕上げ技術のための雑誌７３．スプリンガー書店１
９８３．ページ３４９〜へ友〜ページ３５８参照）。変
形困難な材料、特に薄板を成形する場合、特別な成形条
件を満たさなければならない。この際、特別な条件下で
超プラスチツク特性を示す所定の材料の性質を利用する
（Ｐ、　Ｊ　、Ｗｉｎｋｌｅｒ　、Ｗ、Ｋｅｉｎａｔｈ
共著による、超プラスチツク成形、航空用及び宇宙飛行
用の材料の節約された安価な仕上げ方法、金属、第６号
。

３４、年度１９８４年、ページ５１９ｆｆ参照）。

変形しにくい材料、特に高温材料においては、高い成形
温度を必要とし゛、しかも酸化、破壊の危険性があるた
めに特に大きな困難が存在する。

これは何よりも超合金、特に酸化分散硬化した超合金、
モリブデン、セラミックプレートその他に当てはまる。

技術学的にさらに高温均圧プレスが公知である。これは
一般に粉体冶金学において、特に耐熱性の合金において
多く使用されている（　　Ｇ。

Ｈ，Ｇｅｓｓｉｎｇｅｒ　、超合金の粉体冶金学、パタ
ーウオーク１９８４年、ユニヴアーシティプレス、特別
号３．２．２．８ＩＰ　、ページ７０ｆｆ参照）。また
、熱間均圧プレス法は、コンパクトな本体を製造する際
の粉末圧縮を行なうため以外に、さらに連続する仕上げ
プロセスのために使用すれば良好な結果が得られる。さ
らに何よりも、熱間均圧プレスは構造部を拡散結合させ
るためにも使用される（　Ｃｈ、Ｎ１５ｓｅｌ　、　Ｈ
Ｉ　Ｐ拡散結合、粉末冶金学インターナショナル第１６
巻、随３゜１９８４年、ヘー、）　１１３　ｆｆ　；　
Ｗ、Ｗｅｒｄｅｃｋｅｒ　、Ｆ。

Ａｌｄｉｎｇｅｒ　、　ＨＩ　Ｐ技術学による耐熱性金
属の結合、Ｒ＆ＨＭ１９８２年３月、耐熱性全３月傾向
。

硬金属と特殊金属及びそれらの技術学、第２巻、第１０
回プランシーゼミナール、　Ｒｅｕｔｔｅ　、　　オー
ストリア、１．−５．１９８１年６月、ページ１６１〜
１９３参照）。均圧プレス法に関しては多（のものが開
示されている（例えば、Ｄ　−Ｅｒ　ｍｅ　Ｉ　、均圧
プレス及びその適用可能性、シュプレツヒザール、第１
１６巻、随３．１９８３年、ページ１６１〜１９３参照
）。

発明が解決しようとする問題点 プレス、打ち型及び型を用いる従来の薄板成形技術は、
変形が非常に困難である材料にお（・ては大抵の場合後
に立だな〜・か、又は多くの作業段階を相次いで連続し
て行なわなければならない。これは成形温度が高ければ
高い程及び工作物の形状が複雑であればある程不経済で
ある。

従って、変形困難な材料の薄板成形を改良し合理化する
必要がある。

そこで本発明の課題は、変形困難な材料、特に酸化分散
硬化した超合金から成る薄板を熱間成形するための方法
で、比較的高い温度を用い、複雑な形状を有する工作物
でも産業的に大量生産するのに経済的に適している方法
を提供することである。

問題点を解決するだめの手段 前記問題点を解決した本発明によれば、まず耐熱材料よ
り成る少なくとも１つの型を製造し、次いでこの型上に
少なくとも１枚の成形しようとする薄板を載せてこの薄
板と型とを容器内に挿入し、次いで真空によって気密に
溶接し、次いでこのようにして製造された本体に高温下
で外側から全面的に圧力を加えて熱間均圧プレス過程を
行ない、この時に少なくとも１枚の前記薄板を容器の少
なくとも１つの壁によって型の輪郭に押しつけ、次いで
前記熱間均圧プレス過程終了後に全体を冷却し、このよ
うにして変形された容器差びに型を化学的及び／又は機
械的な方法で取り除くようにした。

実施例 次に図面に示した実施例について本発明の方法を具体的
に説明する。

第１図では、工作物を熱間成形するだめの方法の流れ作
業手順のブロック図が示されている。

第２図では、成形前の工具並びに工作物の１部斜視図及
び１部断面図が示されている。符号１は、下部が角柱状
で上部が凹面状の母型として形成された、成形しようと
する工作物のための型を示している。符号２は、成形温
度で溶融しないように十分高い融点を有する伸延性のあ
る金属より成る容器の出発状態（成形前の状態）を示し
ている。この実施例では容器２は有利には柔軟な炭素鋼
より成って（・る。蓋３は溶接継ぎ自生を介して容器２
を気密にかつ真空に閉じている。第２図では容器２、蓋
３、溶接継ぎ目生は正面側が断面（横断面）して示され
ている。

符号５は、型１の凹面側に配置された成形しようとする
薄板（成形前の工作物）、図示の実施例では扁平な薄板
を示している。容器２は蓋３を溶接した後で真空にされ
最終的に溶接される。

真空は符号６で示されている。

第３図には、第１図に示した工具及び工作物の成形後の
状態の、１部斜視図及び１部断面図が示されている。符
号１は型の変化していない形状、符号７は、熱間均圧プ
レス後の隆起部８（圧縮作用にｊる材料の盛り上り）を
有する成形された容器をそれぞれ示している。

第４図では、別の実施例による成形前の工具及び工作物
の断面図（横断面図）が示されている。符号１は、上部
で工作物のための凸面状の父型を備えた型を示している
。容器２はこの実施例では、方形横断面形状の管より主
になっている。この管は端面側（図示せず）が押しつぶ
されて溶接されるか又は溶接された蓋によって真空に閉
じられる。その他の符号は第２図のものと同じである。

第５図では、第４図による工具及び工作物の成形後の形
状の断面図（横断面図）が示されている。符号は第３図
の符号に相当する。

第６図では、工具及び接続しようとする工作物の成形前
の形状の断面図（横断面図）が示さねている。型１はこ
の実施例では完全に翼状の横断面形状を有していて、い
わゆる心材として働く。容器２は、平らに圧縮され端面
側が押しつぶされ溶接された管より成っている。工作物
としては、次の段階で均一加熱で拡散結合によって接続
しようとする２つの薄板５が挿入されている。真空は符
号６によって示されている。

第７図では、工具の側面図と縦断面図及び接続しようと
する工作物の成形前の状態が示されている。左右対称の
本体の中心線から左側半部だけが示されている。図面で
下側の半部は薄板体の側面図、上側の半部は本体の断面
図が示されている。扁平な管として構成された容器２は
端面側が扁平に押しつぶされ、溶接継ぎ目によって閉じ
られている。すべての符号は第６図の符号に相当する。

第８図では、第６図による工具及び接続しようとする工
作物の成形後の断面図（横断面図）が示されている。成
形前の薄板９ば熱間均圧プレスによって、心材として働
く型１の輪郭形状に合わせて成形され、この型１を完全
に取り囲む。薄板９の端部は、均一加熱で拡散接続によ
って互いに固く接続されている。完成後にもはや結晶学
的に確認できない仮想の継ぎ合わせ面１０は破線で示さ
れている。容器７の盛り上った材料は熱間均圧プレスに
よって隆起部８を形成している。本体の縦断面は成形後
でもほぼ変わらず、第７図の縦断面とほぼ同じなので、
示されていない。

実施例■（第２図及び第３図参照） 酸化分散硬化したニッケル基超合金より成る耐熱性の粒
子のちらい薄板５がら、凸面の羽根側に相当する羽根半
部型シェルを熱間成形によって製造する。ＭＡ　６００
０（国際ニッケルＣｏ、）の商号を有する材料は次のよ
うな組織より成っている。

Ｎｉ　　≒６９重量−％ Ｃｒ＝１５重量−％ Ｗ＝４．○重量−％ Ｍｏ　　＝　　２．０重量−％ Ａｌ　　＝　　４．５重量−％ Ｔｉ　　＝　　２．５重量−％ Ｔａ　　＝　　２．０重量−％ Ｃ−０，０５重量−％ Ｂ　　＝　○、○１重量−％ Ｚｒ　　＝　　０．１５重量−％ Ｙ２Ｏ３＝　　１．１重量−％ 長手方向に延びる棒状結晶を有する薄板５０寸法は次の
ような寸法である。

長さ＝２８０− 幅＝１１０咽 厚さ＝２．５団 片面状の羽根プロフィルの、凹面としての母型を有する
型１は、耐熱性のセラミック材料より製造されて℃・る
。０．１％以下のＣ含有量を有する低炭素軟鋼から、壁
厚２Ｉ＋ｌｌ１１の容器２を製造する。成形しようとす
る薄板５、型１及び容器２の内側を防湿剤／離型剤の層
によっておおう。

この実施例ではプラズマ溶射によってＡ１２ｏ３を表面
に施す。次いで型１を容器２内に入れ、成形しようとす
る薄板５を型１上に載せ、容器２全体を、この容器２と
同じ炭素鋼より成る蓋３によっておおう。次いで蓋３を
容器２の周囲に真空密な溶接継ぎ自生によって接続し、
排気し、空気を吸い取るための開口を電子ビーム溶接に
よって最終的に閉じる。

次いで全体を、超合金の再結晶温度を越えるプレス温度
（この実施例では１２７５℃）で加熱し、プレス内に導
入し、熱間均圧プレスによって１５０　ＭＰａで２時間
成形する（第３図の符号９）。成形後に薄板９は以下の
寸法を有する羽根半部形シェルの形状を有している。

幅＝７５＋ｍｎ 深さ＝１５馴 成形後に容器７を機械的に取り除く、つまり溶接継ぎ目
を分離し、湾曲し、容器壁部をはずし、残余物を研削除
去することによって容器７を取り除く。この時に型１は
一般にはさらに使用される。

実施例■（第６図、第７図、第８図参照）酸化分散硬化
したニッケル基超合金より成る耐熱性の粒子のあらい薄
板５から、熱間成形及び加熱による拡散結合によって中
空の羽根を製造する。ＭＡ７５４（国際ニッケルＣ０９
）の商号を有する材料は次のような組織より成っている
。

Ｎｉ　　≒７８重量−％ Ｃｒ＝２０重量−％ Ｃ＝　　０３０５重量−％ Ａｌ　　＝　　０．３重量−％ Ｔｉ　　＝　　Ｑ、５重量−％ Ｆｅ　　＝　　１．○重量−％ Ｙ２Ｏ２＝　　１．０重ｉ　　％ 長手方向で棒状結晶を有する薄板５の寸法は次のような
寸法である。

長さ＝３００震 幅＝１５０門 厚さ＝２，８醜 内側の凹面状を形成する型１は羽根プロフィール（幅＝
　８０　ｍｍ　：深さ＝　２０　ｗｎ　）を有する心材
として形成されていて、耐熱性の高温合金より成ってい
る。容器２は、外径１２９ｍｍ１壁厚２謳の耐腐食性の
クロムニッケル鋼より成る円環状の管より成っている。

円環状の管を、丸味のつけられた狭い側（幅−１８６ｗ
ｎ；厚さ＝＝３０ｗｎ）を有する扁平な管に圧縮する。

薄板５、型１及び容器２の内側を、水に溶かしたコロイ
ド状のグラファイトを含有する離型剤層によっておおう
。次いで薄板５及び型１を軸方向で容器２内に挿入し、
容器２の端面側を扁平に押しつぶし、溶接し、排気し、
最終的に閉じる（真空６）。

容器２を内容物と共に約１３４０℃の温度で１回プレス
し、この温度で２００ＭＰａの圧力で３時間熱間均圧プ
レスによって変形する。この時に、薄板９０両端部を互
いに重ね合わせて、この熱間均圧プレスの最後の段階で
拡散及び局部変形によって継ぎ目面に固く溶接する。完
全に変形及び拡散結合してから、工作物の内面は型１の
形状及び寸法と同じになる（内のり寸法）幅＝８０調 深さ＝２０問 次いで隆起部８を有する狭幅側の縁部を切り離し、容器
壁部を曲げて分離し、残余物を除去することによって容
器７を取り除く。さらに型１を１部機械的な方法で、１
部化学的な方法で中空体から取り除く。

本発明は以上の実施例のみに限定されるものではない。

前記実施例で使用された材料以外の材料を本発明の方法
に従って変形及び／又は結合することもできる。これは
基本的には、Ｎｉ基、　Ｃｏ基又はＦｅ基の凝離及び／
又は分散硬化した合金に関する。さらに有利には、Ｍｏ
又はＷあるいはこれらの合金で分散質を有しているか又
は有していない薄板又はプレートを加工することもでき
る。本発明の方法は何よりもセラミック材料（５ｉａｌ
ｏｎｅ　）より成るプレートを変形するのに適している
。

熱間均圧プレス時の変形及び／又は結合温度は、再結晶
温度よりも５℃上の温度と凝固温度よりも５℃下の温度
との間の範囲にする。つまり例えば実施例工による材料
のための前記温度は１２６５℃と１２９０℃との間であ
って、実施例■による材料のための温度は１３２０℃と
１３９５℃との間である。この時の圧力は１０ＱＭＰａ
と２００　ＭＰａとの間の範囲にする。変形若しくは結
合のトータル時間は有利には１時間から３時間までであ
る。

容器材料としては、どのような場合でも全熱間均圧プレ
ス過程中に密に維持されるように、変形温度時に伸延性
を有しているが熱によって破壊しやすくない十分固い材
料で、その融点が変形温度よりも十分高いものが適して
いる。従って有利には、柔軟で低炭化された合金されて
いないか又は合金された（例えばステンレスの）鋼が使
用される。防湿／離型／潤滑剤は有利には、多くの場合
ＭｇＯ基による水に溶かしたコロイド状のグラファイト
、Ａ１２ｏ６又は市販の材料である。

型材料としては、高温合金、特にニッケル基合金又はコ
・２ルト基合金及び特にアルカリで洗浄されるセラミッ
ク材料が使用される。

効果 本発明による方法の利点は、特に材料の個数が限定され
た事による費用の減少、１回の作業段階で複雑な材料を
成形できること、高温運転のために最適な組織構造（棒
状結晶）を有する粒子のちらい再結晶した出発材料を使
用することができ、ひ−・ては面倒なあら粒子焼きなま
し作業を省くことができる点にある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に方法の流れ作業手順を示したブロック
図、第２図は成形前の工具及び工作物の断面した斜視図
、第３図は成形後の工具及び工作物の断面した斜視図、
第４図は別の形状の工具及び工作物の成形前の横断面図
、第５図は第４図による工具及び工作物の成形後の横断
面図、第６図はさらに別の形状の工具及び工作物の成形
前の横断面図、第７図は第６図による成形前の工具及び
工作物の側面図及び長手方向断面図、第８図は第６図に
よる工具及び工作物の成形後の横断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つの型（１）を使用して、変形困難な
   材料より成る少なくとも１枚の薄板を熱間成形するため
   の方法において、まず耐熱材料より成る少なくとも１つ
   の型（１）を製造し、次いでこの型（１）上に少なくと
   も１枚の成形しようとする薄板（５）を載せてこの薄板
   （５）と型（１）とを容器（２）内に挿入し、次いで真
   空（６）によつて気密に溶接し、次いでこのようにして
   製造された本体に高温下で外側から全面的に圧力を加え
   て熱間均圧プレス過程を行ない、この時に少なくとも１
   枚の前記薄板（５）を容器（２）の少なくとも１つの壁
   によつて型（１）の輪郭に押しつけ、次いで前記熱間均
   圧プレス過程終了後に全体を冷却し、このようにして変
   形された容器（７）並びに型（１）を化学的及び／又は
   機械的な方法で取り除くことを特徴とする、変形困難な
   材料より成る少なくとも１枚の薄板を熱間成形するため
   の方法。 ２、型（１）を、心材を形成する本体として構成し、２
   枚又はそれ以上の薄板（５）を同時に型（１）のそれぞ
   れ別の側に配置してこの型（１）と一緒に容器（２）内
   に挿入し、これと同時に熱間均圧プレスによつて構成部
   に成形する、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、多数の薄板（５）を同時に又は時間的にややずらし
   て加熱装置内で熱間均圧プレスによつて成形し、これら
   の薄板（５）を少なくとも部分的に拡散結合によつて互
   いに結合し、これによつて一つの材料に仕上げる、特許
   請求の範囲第２項記載の方法。 ４、熱間均圧プレス及び／又は拡散結合時の温度を少な
   くとも、再結晶温度よりも５℃上の温度と成形しようと
   する材料の凝固温度よりも５℃下の温度との間に調節し
   、圧力を１００ＭＰａと２００ＭＰａとの間に維持し、
   全成形時間及び／又は結合時間を１時間と３時間との間
   にする、特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれ
   か１項記載の方法。 ５、成形しようとする材料として、以下の合成物より成
   る分散硬化したニッケル基超合金を使用し、 Ｎｉ≒６９重量−％ Ｃｒ＝１５重量−％ Ｗ＝４．０重量−％ Ｍｏ＝２．０重量−％ Ａｌ＝４．５重量−％ Ｔｉ＝２．５重量−％ Ｔａ＝２．０重量−％ Ｃ＝０．０５重量−％ Ｂ＝０．０１重量−％ Ｚｒ＝０．１５重量−％ Ｙ＿２Ｏ＿３＝１．１重量−％ 熱間均圧プレスを１２６５℃と１２９０℃との間の温度
   範囲で行なう、特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６、成形しようとする材料として、以下の合成物より成
   る分散硬化したニッケル基超合金を使用し、 Ｎｉ≒７８重量−％ Ｃｒ＝２０重量−％ Ｃ＝０．０５重量−％ Ａｌ＝０．３重量−％ Ｔｉ＝０．５重量−％ Ｆｅ＝１．０重量−％ Ｙ＿２Ｏ＿３＝１．０重量−％ 熱間均圧プレスを１３２０℃と１３９５℃との間の温度
   範囲で行なう、特許請求の範囲第４項記載の方法。 ７、成形しようとする材料として、それぞれ分散質を有
   するか又は有していない、モリブデン又はモリブデン合
   金、ヴオルフラム又はヴオルフラム合金を用いる、特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ８、成形しようとする材料としてセラミック材料を用い
   る、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。