JP2000516997A - 燃料環境で使用可能な部品を製造する方法 - Google Patents

燃料環境で使用可能な部品を製造する方法

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Abstract

(57)【要約】 軸方向のピストンポンプモータのピストンシュー(１０)は環形のピストンヘッド(４２)とクリンプ結合され、カムプレート(２２)と接触する摩耗面(１２)を有している。ピストンシュー(１０)のバックフランジ(１４)もまた補助カムプレート(２４)に対し摩耗する。ピストンシュー(１０)は燃料環境内で動作するため、ピストンシュー(１０)は耐腐食性にされ、燃料に対し適合し所望の耐摩耗性を有する要がある。ピストンシュー(１０)は燃料と適合し耐腐食性を有し冷間加工可能であるコバルトを基材とする合金から作られる。カムプレート(２２)と接触する摩耗面(１２)および補助カムプレート(２４)と接触するバックフランジ(１４)は熱拡散硼化処理が施されて所望の耐摩耗性が与えられる。冷間加工されるピストンシュー(１０)のバックフランジ(１６)に対し十分な延性を回復させるため、非酸化環境内で２０５０〜２２５０°F（１１２１〜１２３３℃）の温度範囲で溶液処理が行われる。被覆された面の被覆が取れないように、摩耗面(１２)およびバックフランジ（１４）はピストンシュー(１０)を銅部材と係合可能に低温に維持される。次いでピストンシュー(１０)のフランジ領域(１６)はピストンヘッド(４２)を丸い形状に加工するためクリンピングにより冷間加工される。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料環境で使用可能な部品を製造する方法 （技術分野） 本発明は燃料環境において好適に使用可能な部品を製造する方法、特にジェッ ト燃料に使用可能なポンプないしはモータ部品に関する。 （背景技術） 航空エンジンは油圧環境で使用可能な多くの部品を有している。これら部品は 通常銅を基材とする合金で作られる、若しくは銅合金で被覆されたスチールで作 られる。一方これらの部品がジェット燃料環境で使用される場合、材料がジェッ ト燃料と適合していなかった。即ちジェット燃料内の汚染物はスチールを腐敗さ せ燃料自体は銅を基材とする合金に溶解し、一方ステンレススチールはジェット 燃料で腐敗しないが、十分な摩耗抵抗性を有していなかった。しかして航空燃料 環境で動作可能であり、所望の耐腐食性を有し、航空燃料と適合し、所望の耐摩 耗性を有し、冷間（常温とも言い得る）加工性を維持可能な装置部品を提供する ことが希求されていた。 （発明の開示） 本発明によれば上記の問題は、被覆により耐摩耗性が向上された領域と冷間加 工されて耐摩耗性を向上させた領域とを有する部品を提供することにより解決さ れる。この部品は冷間加工可能なコバルトを基材とする合金材料で作られ、熱拡 散硼化処理により被覆される硼素物である第１の領域と、堅 さを付与するため冷間加工に好適な第２の領域とを有し、部品の第２の領域は選 択的に加熱されて第２の領域の溶液処理が行われ、第１の領域は低温に維持して その上に硼化物被覆が維持される。 本発明を実行する方法の一が実施態様を示す図面に沿って以下に詳述される。 （図面の簡単な説明） 図１はピストンシュー、カムプレートおよび補助カムプレートを示す部分断面 図、図２は本発明に使用される取付具の簡略説明図、図３はピストンの環形ヘッ ド部にクリンプ結合されたポンプの断面図である。 （発明を実施するための最良の形態） 従来各種の油圧駆動装置が航空機に使用されている。例えば、軸方向ピストン ポンプおよびモータが通常の作用流体としてオイルを使用する構成が採用されて いる。ポンプまたはモータには環形のピストンヘッド部にクリンプ結合されるピ ストンシューが含まれる。ピストンシューはスチール、銅を基材とする合金ある いは銅合金で被覆されたスチールで作られる。また航空機内の別の動力源は圧縮 された航空燃料によって得られる。航空燃料が動力源として使用される場合、圧 縮航空燃料を入力する部品が燃料と適合させる要がある。上述したように銅を基 材とする合金または銅合金で被覆されたスチールは航空燃料と適合する。このと きステンレススチールは燃料環境内で腐食しないが、部品の機能に対し十分な耐 摩耗性が付与されない場合が多い。従って部品製造に利用可 能であり且つ燃料環境と適合する材料を提供することが極めて望ましい。軸方向 ピストンポンプおよびモータにおいては、ピストンシューがカムプレートおよび 補助カムプレートと係合可能にすべく、十分な耐摩耗性を持たせる必要がある。 図１を参照するに、ピストンシュー１０はセラミック材料（焼結されたシリコン 窒化物）で作られたカムプレート２２と係合する摩耗面１２と、金属製の補助カ ムプレート２４と係合するバックフランジ１４と、ピストンの環形ヘッド部上に クリンプ結合されるフランジ領域１６とを有している。ピストンシュー１０には 、流体をカムプレート２２および摩耗面１２間に送り潤滑流層を形成する流路１ ８が形成される。燃料環境においてピストンシュー１０は耐腐食性を有し、航空 燃料と適合し、且つ耐摩耗性を持たせて、ピストンポンプの一部を冷間加工可能 にする必要がある。ピストンシュー１０はともにハイネスインターナショナル社 から入手可能な２個の、冷間加工可能なコバルトを基材とする合金の一方で作る ことができる。ハイネス25あるいはL−605は公称Co−10Ni−20Cr−15W−3Fe0.1C −1Si−1.5Mg−0.03P−0.02Sからなり、Ultimet（登録商標）は公称Co−26Cr−9 Ni−5Mo−3F3−2W−0.8Mn−0.3Si−0.08N−0.06Cからなり、これらの合金はそれ ぞれUNS R30605およびUNS R31233として知られている。これら合金は燃料に対し 適合するが、燃料内の塩分に対し耐腐食性を有する。これらの代表的なコバルト を基材とする合金は耐摩耗性を示す。このとき炭素化状態に左右される耐摩耗性 を有する大半の合金と異なり、これらの合金は冷間加工によ り耐摩耗性が向上される。冷間加工性はピストンフランジ１６環形のピストンヘ ッド部上にクリンプ結合され、クリンピング加工や硬化加工によりピストンヘッ ド４２（図３参照）とフランジ１６の内面１７との間に存在する摩耗面はクリン プ処理されたフランジ領域１６の耐摩耗性が向上されないため、ピストンシュー の構成において重要になる。従ってフランジ１６をクリンピング処理する際所定 の冷間加工性を持たせるには、シュー１０の内而１７に硬質被覆を使用すること ができない。 ピストンシュー１０はそれぞれカムプレート２２および補助カムプレート２４ と係合する摩耗面１２およびバックフランジ１４を有している。摩耗面１２およ びバックフランジ１４は共に硬化処理して耐摩耗性を与えることができない。従 ってこの耐摩耗性は熱拡散硼化処理により与えられる。熱拡散硼化処理はマセチ ュセッツ州のメドフォードにあるマテリアルズ・デベロップメン社から販売され ているブロヒューズ（登録商標）被覆により付与される。この処理によりピスト ン１０の摩耗面およびバックフランジに冶金的に結合された被覆が形成される。 カムプレート２２と摩耗面１２との間の摩耗が激しいので、カムプレートはシリ コン窒化物で作られ、ブロヒューズ（登録商標）被覆により優れた対向面が形成 される。 ピストンシュー１０はハイネス２５あるいはハイネスウルティメット（登録商 標）材料から加工される。摩耗面１２およびバックフランジ１４には熱拡散硼化 処理によりブロヒュ ーズ（登録商標）被覆が形成される。このとき他の全ての面が被覆されないよう に、銅でマスキング処理される。熱拡散硼化処理により金属に脆化相が起きるこ とに伴い、バックフランジ１６が延性を回復しピストンのヘッド部に対しクリン ピング処理可能にする必要がある。このため溶液処理を用いたブロヒューズ工程 を行うことにより、生じる金属脆化相が再び溶解される。更に詳述するに、溶液 処理により摩耗面１２およびバックフランジ１４のブロヒューズ被覆中沈殿する ラビス相が再び溶解される。ハイネスウルティメットの溶液処理はほぼ１０分の 間２０５０〜２１５０°F（１１２１〜１１７６℃）の温度範囲内で実施される ことが望まれる。ハイネス２５の溶液処理は約１０分の間２１５０〜２２５０° F（１１７６〜１２３３℃）の温度範囲内で実施される。厚さのより大きな部品 の場合、処理時間が長くされ、厚さのより小さな部品に対しては処理時間が短く される。ガス冷却時に、この処理は不活性の非酸化雰囲気実施される。ブロヒュ ーズ被覆された摩耗面１２の温度はNi−BおよびCo−Bの共融混合物の熔融を避け るため低い温度に維持される要がある。このためピストンシュー１０は図２の取 付具５０内に配設される。取付具５０は銅ヒートシンク５４を位置決めするアル ミニウムのベース部材５２を有する。銅ヒートシンク５４はピストンシュー１０ の摩耗面１２およびバックフランジ１４を受容するくぼみ領域５６を有している 。誘導炉の単一のコイル６０は所望温度を得るためフランジ１６の周囲に巻装さ れる。銅ディスク５４はヒートシンクとして機能し、高い熱伝導 度を与えるためディスクが実質的に純粋な銅である場合、より高い硬化性を持た せるように動作する。加熱または溶液処理が完了した後、ピストンシュー１０の フランジ１６は図３に示されるようにピストン４０のヘッド４２上にクリンプ結 合される。好適な型あるいはツールを用いて、ピストンヘッド４２の丸い形状と 適合する形状のフランジ１６が形成される。この冷間加工中ハイネス２５やハイ ネスウルティメットの材料の耐摩耗性および耐腐食性が増大される。 本発明によれば熱拡散硼化処理による被覆のため、部品の第１の領域の耐摩耗 性が増加され、第１の領域上の被覆を劣化することなく溶液処理によって第２の 領域の耐摩耗性および冷間加工性が高められることになる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｋ ６４０ ６４０Ａ ６５１ ６５１Ｂ ６８５ ６８５ ６９１ ６９１Ｂ 【要約の続き】 いでピストンシュー(１０)のフランジ領域(１６)はピス トンヘッド(４２)を丸い形状に加工するためクリンピン グにより冷間加工される。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．コバルトを基材とする合金材料で作られた部品(１０)を供給する工程と、部 品(１０)の少なくとも第１の領域(１２、１４)を選択的に熱拡散硼化処理する工 程と、第１の領域(１２、１４)を低温に維持し且つ硼化物被覆を十分に維持する 間に部品(１０)の第１の領域(１６)を溶液処理する工程とを包有し、第１の領域 (１６)が所望に冷間加工されてその硬度を高めるように構成される、被覆により 部品(１０)の領域（１２、１４）の耐摩耗性を増加させ部品(１０)の他の領域を 冷間加工して耐摩耗性を高める方法。 ２．低温で第１の領域(１２、１４)を維持する工程は熱を吸収する銅部品(５０) と接触することにより達成されるように構成された請求項１の方法。 ３．銅部品(５０)が実質的に純粋な銅で作られる請求項２の方法。 ４．更に第２の領域(１６)を冷間加工して変形し硬化する工程を包有する請求項 １の方法。 ５．部品(１０)が燃料で動作するポンプおよびモータの一である請求項１の方法 。 ６．部品(１０)がピストン(４０)のヘッド(４２)上にクリンプ結合されるピスト ンシュー(１０)である請求項１の方法。 ７．選択的な加熱を２０５０〜２２５０°F（１１２１〜１２３３℃）の温度範 囲内で行われる請求項１の方法。 ８．材料がＵＮＳ Ｒ３０６０５およびＵＮＳ Ｒ３１２３３の一方を満足する 請求項１の方法。 ９．請求項１の方法により製造される部品(１０)。
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