JP6931112B2 - ニッケル基合金金型および該金型の補修方法 - Google Patents
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Description
加熱した被成形材を、該被成形材の加熱温度と略同温度に加熱した金型を用い、液圧プレスにより、金型のインプレッション面に負荷される応力が該金型材料の変形抵抗値を超えない範囲内の一定の加圧力を、加圧開始時点より加圧終了までの間、継続して加えながら鍛造することを特徴とする熱間精密型鍛造方法が、開示されている。
下型と前記下型に対向して配置された上型とを、前記下型および上型の周囲に配置された加熱装置により加熱する第1の工程と、加熱された前記下型に鍛造素材を載置する第2の工程と、前記鍛造素材を熱間鍛造する第3の工程とを有し、前記加熱装置は、前記下型と上型の対向方向に分割された下側加熱部と上側加熱部を有し、前記第1の工程は前記下側加熱部と上側加熱部が前記対向方向に当接した状態で行い、前記第2の工程は前記下側加熱部と上側加熱部が前記対向方向に離間した状態で行うことを特徴とする鍛造製品の製造方法が、開示されている。
前記金型は、母相となるγ(ガンマ)相に対してγ’(ガンマ プライム)相が1050℃において10体積%以上析出する組成を有し、前記γ’相の固溶温度が1050℃超1250℃未満であり、前記γ’相は前記γ相の結晶粒内に析出する粒内γ’相結晶粒と該γ相の結晶粒間に析出する粒間γ’相結晶粒との二種類の析出形態を有する強析出強化Ni基超合金からなる金型であり、
損傷が生じた前記金型に対して、1000℃以上かつ前記γ’相の固溶温度未満の温度まで加熱して前記粒内γ’相結晶粒を減少させた後、500℃まで100℃/h以下の冷却速度で徐冷して前記粒間γ’相結晶粒を成長させる軟化熱処理を施す工程と、
前記軟化熱処理を施した金型に対して、形状補正するための成形加工を行う工程と、
前記形状補正した金型に対して、前記粒間γ’相結晶粒を10体積%以上残しながら前記粒内γ’相結晶粒を析出させる部分溶体化・時効処理を施す工程と、
前記部分溶体化・時効処理を施した金型に対して、仕上げ加工を行う工程とを有する、
ことを特徴とするNi基合金金型の補修方法を提供するものである。
なお、本発明において、Ni基合金やNi基超合金のγ’相の析出割合や固溶温度は、該合金の組成から熱力学計算によって求められる値を利用できるものとする。
(i)前記強析出強化Ni基超合金の組成は、10質量%以上25質量%以下のCr(クロム)、0質量%超30質量%以下のCo(コバルト)、1質量%以上6質量%以下のAl(アルミニウム)、2.5質量%以上7質量%以下のTi、TiとNb(ニオブ)とTa(タンタル)との総和が3質量%以上9質量%以下、4質量%以下のMo(モリブデン)、4質量%以下のW、0.08質量%以下のZr(ジルコニウム)、10質量%以下のFe、0.03質量%以下のB(ホウ素)、0.1質量%以下のC(炭素)、2質量%以下のHf(ハフニウム)および5質量%以下のRe(レニウム)を含有し、残部がNiおよび不可避不純物からなる。
(ii)前記軟化熱処理を施した金型は、ビッカース硬さが350 Hv以下である。
(iii)前記部分溶体化・時効処理を施した金型は、900℃における引張強さが450 MPa以上である。
前記金型は、γ’相が30体積%以上析出可能な強析出強化Ni基超合金からなり、母相となるγ相に対してγ’相が1050℃において10体積%以上析出する組成を有し、
前記γ’相の固溶温度が1050℃超1250℃未満であり、
前記γ’相は前記γ相の結晶粒内に析出する粒内γ’相結晶粒と該γ相の結晶粒間に析出する粒間γ’相結晶粒との二種類の析出形態を有し、
前記粒間γ’相結晶粒が10体積%以上析出していることを特徴とするNi基合金金型を提供するものである。
特許文献1〜2に記載されているように、従来の熱間型鍛造方法では、通常、金型の温度が被鍛造材の温度よりも低く設定される。これは、鍛造中の金型の変形抵抗が被鍛造材のそれよりも大きい状態を確保するためと考えられる。言い換えると、従来技術においては、被鍛造材の熱間鍛造温度で該被鍛造材の変形抵抗よりも大きい変形抵抗を有する金型を、工業的に許容できるコストの範囲内(いわゆる低コスト)で用意することが困難であったと考えられる。
図1は、本発明に係るNi基合金高温部材の製造方法の工程例を示すフロー図である。図1に示したように、まず、Ni基合金の素材を溶解・鋳造して被加工材を形成する溶解・鋳造工程(S1)を行う。溶解方法および鋳造方法に特段の限定はなく、Ni基合金材に対する従前の方法を利用できる。
前述したように、本発明は、強析出強化Ni基超合金からなる金型を低コストで用意できることに、大きな特徴がある。以下、本発明で用いる金型の製造方法について説明する。
本発明に係る高温部材の製造方法によって、熱間型鍛造用の金型に変形などの損傷が生じた場合、以下のような方法で補修を実施できる。言い換えると、本発明で用いる金型は、容易に補修が可能という優れた特徴を有する。
(熱間型鍛造用金型の作製および試験・評価)
図2に示したフローに沿って熱間型鍛造用の金型を作製した。まず、表1に示す組成を有する合金素材(合金1〜6)を用意し、溶解・鋳造工程S1’を行った。各合金素材100 kgずつを真空誘導加熱溶解法により溶解し鋳造して、鋳塊を作製した。
(Ni基合金高温部材の作製)
実験1で用意した熱間型鍛造用金型を用い、図1に示したフローに沿ってNi基合金からなる高温部材を作製した。まず、表2に示す組成を有する合金素材を用意し、溶解・鋳造工程S1を行った。合金素材100 kgを真空誘導加熱溶解法により溶解し鋳造して、被加工材を作製した。
(熱間型鍛造用金型の補修性の評価)
実験2において良好な熱間型鍛造が可能であった合金3〜6の金型に対し、補修性(補修が可能であるか否か)を評価した。まず、実験2で用いた合金3〜6の金型に対して、実験1における軟化予備成型体形成素工程S2b’の軟化熱処理を施した。
Claims (6)
- Ni基合金からなる金型の補修方法であって、
前記金型は、母相となるγ相に対してγ’相が1050℃において10体積%以上析出する組成を有し、前記γ’相の固溶温度が1050℃超1250℃未満であり、前記γ’相は前記γ相の結晶粒内に析出する粒内γ’相結晶粒と該γ相の結晶粒間に析出する粒間γ’相結晶粒との二種類の析出形態を有し、前記粒間γ’相結晶粒が10体積%以上析出している強析出強化Ni基超合金からなる金型であり、
損傷が生じた前記金型に対して、1000℃以上かつ前記γ’相の固溶温度未満の温度まで加熱して前記粒内γ’相結晶粒を減少させた後、500℃まで100℃/h以下の冷却速度で徐冷して前記粒間γ’相結晶粒を成長させる軟化熱処理を施す工程と、
前記軟化熱処理を施した金型に対して、形状補正するための成形加工を行う工程と、
前記形状補正した金型に対して、前記粒間γ’相結晶粒を10体積%以上残しながら前記粒内γ’相結晶粒を析出させる部分溶体化・時効処理を施す工程と、
前記部分溶体化・時効処理を施した金型に対して、仕上げ加工を行う工程とを有する、
ことを特徴とするNi基合金金型の補修方法。 - 請求項1に記載のNi基合金金型の補修方法において、
前記強析出強化Ni基超合金の組成は、質量%で、10〜25%のCr、0%超30%以下のCo、1〜6%のAl、2.5〜7%のTi、TiとNbとTaとの総和が3〜9%、4%以下のMo、4%以下のW、0.08%以下のZr、10%以下のFe、0.03%以下のB、0.1%以下のC、2%以下のHfおよび5%以下のReを含有し、残部がNiおよび不可避不純物からなることを特徴とするNi基合金金型の補修方法。 - 請求項1又は請求項2に記載のNi基合金金型の補修方法において、
前記軟化熱処理を施した金型は、ビッカース硬さが350 Hv以下であることを特徴とするNi基合金金型の補修方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のNi基合金金型の補修方法において、
前記部分溶体化・時効処理を施した金型は、900℃における引張強さが450 MPa以上であることを特徴とするNi基合金金型の補修方法。 - Ni基合金からなる金型であって、
前記金型は、γ’相が30体積%以上析出可能な強析出強化Ni基超合金からなり、母相となるγ相に対してγ’相が1050℃において10体積%以上析出する組成を有し、
前記γ’相の固溶温度が1050℃超1250℃未満であり、
前記γ’相は前記γ相の結晶粒内に析出する粒内γ’相結晶粒と該γ相の結晶粒間に析出する粒間γ’相結晶粒との二種類の析出形態を有し、
前記粒間γ’相結晶粒が10体積%以上析出していることを特徴とするNi基合金金型。 - 請求項5に記載のNi基合金金型において、
前記強析出強化Ni基超合金の組成は、質量%で、10〜25%のCr、0%超30%以下のCo、1〜6%のAl、2.5〜7%のTi、TiとNbとTaとの総和が3〜9%、4%以下のMo、4%以下のW、0.08%以下のZr、10%以下のFe、0.03%以下のB、0.1%以下のC、2%以下のHfおよび5%以下のReを含有し、残部がNiおよび不可避不純物からなることを特徴とするNi基合金金型。
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