JP2659833B2 - Ｎｉ基超耐熱合金の熱間鍛造方法 - Google Patents
Ｎｉ基超耐熱合金の熱間鍛造方法Info
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
- B21K29/00—Arrangements for heating or cooling during processing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
- B21J1/06—Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Forging (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はNi基超耐熱合金の熱間鍛造方法に関する。か
かる熱間鍛造により形成されるものの例としては、ジェ
ットエンジンや発電機の高温ガスタービンに用いられる
ディスクやブレードがある。
かる熱間鍛造により形成されるものの例としては、ジェ
ットエンジンや発電機の高温ガスタービンに用いられる
ディスクやブレードがある。
（従来の技術） Ni基超耐熱合金は、変形抵抗が高く、また、変形能も
一般的に低いため、複雑形状の鍛造加工は難しいとされ
てきた。
一般的に低いため、複雑形状の鍛造加工は難しいとされ
てきた。
しかし、近年、Ni基超耐熱合金の微粉末焼結体を用い
て押出した微細結晶粒超塑性合金（例えばIN−100）を
超塑性発現温度に加熱して熱間鍛造することによって、
所期の製品形状に成形加工する方法（Gatorizing法）が
実用化された。
て押出した微細結晶粒超塑性合金（例えばIN−100）を
超塑性発現温度に加熱して熱間鍛造することによって、
所期の製品形状に成形加工する方法（Gatorizing法）が
実用化された。
この方法を実施するための鍛造装置については、Ni基
超耐熱、超塑性合金の超塑性発現温度が1000〜1150℃と
著しく高温であり、かかる温度で熱間鍛造するために、
型材として1000℃以上でも高強度を有するMo合金やＷ合
金（例えば、AISIのH20番系、H40番系の合金）が使用さ
れている。これらの合金は1000℃以上でも高温強度には
優れるものの大気中で激しく酸化するため、鍛造装置全
体が不活性や真空雰囲気のチャンバー内に収容されてい
る。更に、素材の搬入や製品の取出しにも専用のマニュ
ピレーター装置が設けられるのが通例である。
超耐熱、超塑性合金の超塑性発現温度が1000〜1150℃と
著しく高温であり、かかる温度で熱間鍛造するために、
型材として1000℃以上でも高強度を有するMo合金やＷ合
金（例えば、AISIのH20番系、H40番系の合金）が使用さ
れている。これらの合金は1000℃以上でも高温強度には
優れるものの大気中で激しく酸化するため、鍛造装置全
体が不活性や真空雰囲気のチャンバー内に収容されてい
る。更に、素材の搬入や製品の取出しにも専用のマニュ
ピレーター装置が設けられるのが通例である。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、かかる設備は高価であり、又操作も煩
雑になるためコスト上昇や生産性低下を余儀なくされ
る。
雑になるためコスト上昇や生産性低下を余儀なくされ
る。
一方、雰囲気チャンバーや特殊マニュピレーターを用
いることなく、大気中で熱間鍛造するには、Mo合金等が
酸化しないような400℃程度の温度に鍛造型を加熱し、
素材を超塑性発現温度に加熱し、大気中でも型材が酸化
しないようにして熱間鍛造すればよい。
いることなく、大気中で熱間鍛造するには、Mo合金等が
酸化しないような400℃程度の温度に鍛造型を加熱し、
素材を超塑性発現温度に加熱し、大気中でも型材が酸化
しないようにして熱間鍛造すればよい。
しかしながら、Ni基超塑性合金の変形速度は、10-4〜
10-3set-1と遅いため、大型の製品では成形に時間を要
し、このため素材に1000℃以下の温度硬化が生じ、クラ
ックなどの欠陥を発生するという問題があり、成形時間
の短い小型部品しか大気中で熱間鍛造を行うことができ
ない。
10-3set-1と遅いため、大型の製品では成形に時間を要
し、このため素材に1000℃以下の温度硬化が生じ、クラ
ックなどの欠陥を発生するという問題があり、成形時間
の短い小型部品しか大気中で熱間鍛造を行うことができ
ない。
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、Ni基超
耐熱、超塑性合金を大気中で熱間鍛造するに際し、成形
時間を長く取ることができる方法を提供することを目的
とする。
耐熱、超塑性合金を大気中で熱間鍛造するに際し、成形
時間を長く取ることができる方法を提供することを目的
とする。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためになされた本発明のNi基超耐
熱合金の熱間鍛造方法は、超塑性発現温度が1000℃以上
のNi基超耐熱合金素材を超塑性発現温度域において熱間
鍛造する方法において、 素材を鍛造温度以上の融点を有する金属材で被覆し、
かつ鍛造用金型を耐酸化性高温高強度材で形成し、被覆
した素材を超塑性発現温度に加熱し、高温に加熱した鍛
造用金型によって大気中で熱間鍛造することを発明の構
成とするものである。
熱合金の熱間鍛造方法は、超塑性発現温度が1000℃以上
のNi基超耐熱合金素材を超塑性発現温度域において熱間
鍛造する方法において、 素材を鍛造温度以上の融点を有する金属材で被覆し、
かつ鍛造用金型を耐酸化性高温高強度材で形成し、被覆
した素材を超塑性発現温度に加熱し、高温に加熱した鍛
造用金型によって大気中で熱間鍛造することを発明の構
成とするものである。
この際、耐酸化性高温高強度材として1000℃において
25kgf/mm2以上の強度を有するNi基高温高強度材を用い
るとよい。
25kgf/mm2以上の強度を有するNi基高温高強度材を用い
るとよい。
（作用） Ni基超耐熱合金素材を所定の金属材で被覆するので、
該素材を超塑性発現温度に加熱後、素材の熱放散が防止
され、被覆層の内部の素材は温度降下が生じにくい。
該素材を超塑性発現温度に加熱後、素材の熱放散が防止
され、被覆層の内部の素材は温度降下が生じにくい。
また、鍛造用金型を耐酸化性高温高強度材で形成する
ことにより、型として必要とされる強度（通常25kgf/mm
2とされる。）を損わない温度範囲で、大気中で可及的
に高温まで加熱することができ、前記素材の被覆と相ま
って鍛造中に素材に生じる温度降下を可及的に防止する
ことができ、成形時間を長く取ることができ、より複雑
な大型部品の成形が可能になる。
ことにより、型として必要とされる強度（通常25kgf/mm
2とされる。）を損わない温度範囲で、大気中で可及的
に高温まで加熱することができ、前記素材の被覆と相ま
って鍛造中に素材に生じる温度降下を可及的に防止する
ことができ、成形時間を長く取ることができ、より複雑
な大型部品の成形が可能になる。
Ni基高温高強度材には、1000℃においても25kgf/mm2
以上の強度を有するものが種々有り、これらを用いると
鍛造用金型を1000℃まで加熱可能となり、鍛造時におけ
る素材の熱放散、温度低下を可及的に防止することがで
き好適である。
以上の強度を有するものが種々有り、これらを用いると
鍛造用金型を1000℃まで加熱可能となり、鍛造時におけ
る素材の熱放散、温度低下を可及的に防止することがで
き好適である。
（実施例） 本発明の適用対象となるNi基超耐熱合金は、例えばIN
−100、Mod.IN−100、TMP−３、TMP−７、Rene95等の微
細結晶超塑性合金ならいずれのものでも適用可能であ
り、これらの合金は超塑性発現温度が1000〜1150℃の間
にある。尚、超塑性発現のための歪速度は10-2〜10-4se
c-1程度である。これらの合金は、現在のところ、数〜
数μｍ程度の微粒粉末を、熱間等方圧加圧（HIP）によ
り加圧焼結した後、必要に応じて再結晶熱処理が施され
て製造される。
−100、Mod.IN−100、TMP−３、TMP−７、Rene95等の微
細結晶超塑性合金ならいずれのものでも適用可能であ
り、これらの合金は超塑性発現温度が1000〜1150℃の間
にある。尚、超塑性発現のための歪速度は10-2〜10-4se
c-1程度である。これらの合金は、現在のところ、数〜
数μｍ程度の微粒粉末を、熱間等方圧加圧（HIP）によ
り加圧焼結した後、必要に応じて再結晶熱処理が施され
て製造される。
前記Ni基超耐熱合金の素材を被覆する金属としては、
超塑性発現温度範囲（熱間鍛造時の素材温度でもあ
る。）において溶融しない金属、例えばステンレス鋼や
炭素鋼が使用される。該金属材による被覆は、HIP時の
カプセルをそのまま利用してもよい。被覆層の厚さは厚
い程、保温効果は良好であるが、鍛造後の除去（通常、
機械加工により除去される。）に時間を要し、生産性の
低下を招来する。このため、３〜8mm程度に止めておく
のがよい。
超塑性発現温度範囲（熱間鍛造時の素材温度でもあ
る。）において溶融しない金属、例えばステンレス鋼や
炭素鋼が使用される。該金属材による被覆は、HIP時の
カプセルをそのまま利用してもよい。被覆層の厚さは厚
い程、保温効果は良好であるが、鍛造後の除去（通常、
機械加工により除去される。）に時間を要し、生産性の
低下を招来する。このため、３〜8mm程度に止めておく
のがよい。
鍛造用金型としては、高温における耐酸化性、高強度
を有するものならいずれのものでも適用可能であるが、
IN−100相当組成の鍛造材、MARM200、Nimowal等のNi基
耐熱合金が好適である。これらは大気中で高温加熱して
も酸化せず、かつ1000℃においても、型材として要求さ
れる強度25kgf/mm2以上の強度を有しており、850〜1000
℃での熱間鍛造においても十分適用可能である。因み
に、IN−100鋳造材の温度と強度（0.2％耐力）との関係
を第２図に示す。本材では1000℃においても30kgf/mm2
の強度を有していることが解る。尚、鍛造装置はインダ
クションヒータ内に納められ、金型は誘導加熱によって
鍛造中においても加熱されるのが通例である。
を有するものならいずれのものでも適用可能であるが、
IN−100相当組成の鍛造材、MARM200、Nimowal等のNi基
耐熱合金が好適である。これらは大気中で高温加熱して
も酸化せず、かつ1000℃においても、型材として要求さ
れる強度25kgf/mm2以上の強度を有しており、850〜1000
℃での熱間鍛造においても十分適用可能である。因み
に、IN−100鋳造材の温度と強度（0.2％耐力）との関係
を第２図に示す。本材では1000℃においても30kgf/mm2
の強度を有していることが解る。尚、鍛造装置はインダ
クションヒータ内に納められ、金型は誘導加熱によって
鍛造中においても加熱されるのが通例である。
次に具体的実施例を掲げて説明する。
（１）下記組成（wt％）のMod.IN−100超塑性Ni基合金
を素材として用いた。
を素材として用いた。
C :0.07％、 Cr:12.4％、 Co:18.5％ Mo:3.2 ％、 Al: 4.3％、 Ti:5.0 ％ V :0.8 ％ B :0.02％、 Zr:0.06％ 残部実質的にNi （２）第１図のように、φ80×50mmの素材１をSUS304
製、厚さ5mmの容器２に入れ、容器開口の同材質の蓋体
３を装着し、TIG溶接によって密封し、素材１を被覆し
た。
製、厚さ5mmの容器２に入れ、容器開口の同材質の蓋体
３を装着し、TIG溶接によって密封し、素材１を被覆し
た。
（３）第３図は、本実施例で使用した400Ton超塑性鍛造
装置の要部を示しており、11は鍛造用平金型で、IN−10
0の鋳造材で形成されており、同金型は同材の中間支持
金型12、セラミックス製の断熱盤13を介して、加圧用ラ
ム14および基盤15に取付けられている。そして、これら
の金型11,12回りにはインダクションヒータ16が付設さ
れている。
装置の要部を示しており、11は鍛造用平金型で、IN−10
0の鋳造材で形成されており、同金型は同材の中間支持
金型12、セラミックス製の断熱盤13を介して、加圧用ラ
ム14および基盤15に取付けられている。そして、これら
の金型11,12回りにはインダクションヒータ16が付設さ
れている。
前記被覆された素材１を加熱炉で1150℃に保持後、速
やかに予め約950℃に加熱保持された金型間にセットし
た。この間10〜20秒を要した。17は同素材である。尚、
18はノックアウトピンであるが、本実施例では使用して
いない。
やかに予め約950℃に加熱保持された金型間にセットし
た。この間10〜20秒を要した。17は同素材である。尚、
18はノックアウトピンであるが、本実施例では使用して
いない。
（４）直ちに歪速度５×10-3S-1付近のラム速度で目標
圧率50％まで大気中で鍛造した。鍛造に要した時間や約
100秒であり、鍛造終了後の素材温度は1130℃であっ
た。尚、鍛造に際してはガラス系潤滑剤を用いた。
圧率50％まで大気中で鍛造した。鍛造に要した時間や約
100秒であり、鍛造終了後の素材温度は1130℃であっ
た。尚、鍛造に際してはガラス系潤滑剤を用いた。
（５）鍛造後の素材断面を第４図に示す。断面マクロ組
織を観察した結果、クラック、ボイド、酸化物生成など
の欠陥は皆無であった。また、鍛造用金型にも酸化や損
傷の発生は認められなかった。
織を観察した結果、クラック、ボイド、酸化物生成など
の欠陥は皆無であった。また、鍛造用金型にも酸化や損
傷の発生は認められなかった。
（発明の効果） 以上説明した通り、本発明のNi基超耐熱合金の熱間鍛
造方法によれば、素材を金属材で被覆し、かつ鍛造用金
型を耐酸化性の高温高強度材で形成したので、金型の可
及的に高温まで予熱することができ、また素材の被覆と
相まって素材の温度降下を可及的に防止することがで
き、超塑性発現温度域での成形時間の延長化を図ること
ができ、これによってより大形、複雑形状部品の大気中
での熱間鍛造成形が可能である。
造方法によれば、素材を金属材で被覆し、かつ鍛造用金
型を耐酸化性の高温高強度材で形成したので、金型の可
及的に高温まで予熱することができ、また素材の被覆と
相まって素材の温度降下を可及的に防止することがで
き、超塑性発現温度域での成形時間の延長化を図ること
ができ、これによってより大形、複雑形状部品の大気中
での熱間鍛造成形が可能である。
第１図は被覆されたNi基超耐熱合金素材の断面図、第２
図は鍛造用金型材（IN−100鋳造材）の温度と強度との
関係を示すグラフ図、第３図は本発明を実施するための
大気中熱間鍛造装置の要部断面図、第４図は実施例に係
る熱間鍛造成形品の断面の金属組織写真である。
図は鍛造用金型材（IN−100鋳造材）の温度と強度との
関係を示すグラフ図、第３図は本発明を実施するための
大気中熱間鍛造装置の要部断面図、第４図は実施例に係
る熱間鍛造成形品の断面の金属組織写真である。
Claims (2)
- 【請求項１】超塑性発現温度が1000℃以上のNi基超耐熱
合金素材を超塑性発現温度域において熱間鍛造する方法
において、 素材を鍛造温度以上の融点を有する金属材で被覆し、か
つ鍛造用金型を耐酸化性高温高強度材で形成し、被覆し
た素材を超塑性発現温度に加熱し、高温に加熱した鍛造
用金型によって大気中で熱間鍛造することを特徴とする
Ni基超耐熱合金の熱間鍛造方法。 - 【請求項２】耐酸化性高温高強度材が1000℃において25
kgf/mm2以上の強度を有するNi基高温高強度材である請
求項（１）のNi基超耐熱合金の熱間鍛造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1313804A JP2659833B2 (ja) | 1989-12-02 | 1989-12-02 | Ｎｉ基超耐熱合金の熱間鍛造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1313804A JP2659833B2 (ja) | 1989-12-02 | 1989-12-02 | Ｎｉ基超耐熱合金の熱間鍛造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03174938A JPH03174938A (ja) | 1991-07-30 |
| JP2659833B2 true JP2659833B2 (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=18045720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1313804A Expired - Lifetime JP2659833B2 (ja) | 1989-12-02 | 1989-12-02 | Ｎｉ基超耐熱合金の熱間鍛造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2659833B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110337335A (zh) * | 2016-12-21 | 2019-10-15 | 日立金属株式会社 | 热锻材的制造方法 |
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| US8230899B2 (en) * | 2010-02-05 | 2012-07-31 | Ati Properties, Inc. | Systems and methods for forming and processing alloy ingots |
| US9267184B2 (en) | 2010-02-05 | 2016-02-23 | Ati Properties, Inc. | Systems and methods for processing alloy ingots |
| US10207312B2 (en) | 2010-06-14 | 2019-02-19 | Ati Properties Llc | Lubrication processes for enhanced forgeability |
| US8789254B2 (en) | 2011-01-17 | 2014-07-29 | Ati Properties, Inc. | Modifying hot workability of metal alloys via surface coating |
| US9539636B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-01-10 | Ati Properties Llc | Articles, systems, and methods for forging alloys |
| WO2016152982A1 (ja) * | 2015-03-25 | 2016-09-29 | 日立金属株式会社 | Ｎｉ基超耐熱合金の製造方法 |
| EP3278901B1 (en) * | 2015-03-30 | 2020-07-22 | Hitachi Metals, Ltd. | Method for manufacturing ni-based heat-resistant superalloy |
| CN105057524A (zh) * | 2015-07-20 | 2015-11-18 | 安徽蓝博旺机械集团精密液压件有限责任公司 | 一种叉车供油泵泵轴锻造方法 |
| CN111163876B (zh) | 2017-09-29 | 2022-04-01 | 日立金属株式会社 | 热锻材的制造方法 |
| EP3689493B1 (en) | 2017-09-29 | 2022-11-16 | Hitachi Metals, Ltd. | Method for producing hot-forged material |
| CN110434275B (zh) * | 2019-08-30 | 2021-06-08 | 中国航发动力股份有限公司 | 一种gh4586高温合金锻造方法 |
| CN114737072B (zh) * | 2022-04-21 | 2022-09-23 | 无锡凯斯特铸业有限公司 | 一种k417g镍基高温合金精炼制备以及成型方法 |
-
1989
- 1989-12-02 JP JP1313804A patent/JP2659833B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| CN110337335A (zh) * | 2016-12-21 | 2019-10-15 | 日立金属株式会社 | 热锻材的制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03174938A (ja) | 1991-07-30 |
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