JPH05279705A - 粉末超合金材の製造方法 - Google Patents
粉末超合金材の製造方法Info
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- JPH05279705A JPH05279705A JP10887292A JP10887292A JPH05279705A JP H05279705 A JPH05279705 A JP H05279705A JP 10887292 A JP10887292 A JP 10887292A JP 10887292 A JP10887292 A JP 10887292A JP H05279705 A JPH05279705 A JP H05279705A
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- Japan
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- powder
- powder particles
- treatment
- production
- superalloy
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 結晶粒が粗大化しない温度で溶体化処理して
も、粉末製造時の凝固組織を有する残留粉末粒子が消滅
した粉末超合金材の経済的な製造方法を提供する。 【構成】 超合金のアトマイズ粉末を熱間等方圧加圧
し、得られた焼結体を結晶粒の粗大化が生じない温度で
溶体化処理する粉末超合金材の製造方法において、焼結
体中に粉末製造時の凝固組織を有する粉末粒子が残留す
るのを防止するために粉末粒子に予め塑性加工を施して
おく。
も、粉末製造時の凝固組織を有する残留粉末粒子が消滅
した粉末超合金材の経済的な製造方法を提供する。 【構成】 超合金のアトマイズ粉末を熱間等方圧加圧
し、得られた焼結体を結晶粒の粗大化が生じない温度で
溶体化処理する粉末超合金材の製造方法において、焼結
体中に粉末製造時の凝固組織を有する粉末粒子が残留す
るのを防止するために粉末粒子に予め塑性加工を施して
おく。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超合金 (超耐熱合金) 粉
末の焼結体からなる粉末超合金材の製造方法に関する。
末の焼結体からなる粉末超合金材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンやジェットエンジンのター
ビンディスクは、高温で熱疲労を受け易いため、超合金
により形成されている。超合金は機械加工性や均質性の
点から製品に近似した形状の粉末超合金材を素材として
機械仕上加工が施される場合が多い。
ビンディスクは、高温で熱疲労を受け易いため、超合金
により形成されている。超合金は機械加工性や均質性の
点から製品に近似した形状の粉末超合金材を素材として
機械仕上加工が施される場合が多い。
【０００３】粉末超合金材は、超合金のアトマイズ粉末
を分級して、通常150 メッシュ以下(粒径100 μm 以下)
の粉末をディスク用カプセルに封入し、熱間等方圧加
圧 (ＨＩＰ) 処理し、得られた焼結体に溶体化処理、時
効処理が施されて製造される。また、ＨＩＰ処理後の焼
結体に超塑性鍛造が施される場合もある。
を分級して、通常150 メッシュ以下(粒径100 μm 以下)
の粉末をディスク用カプセルに封入し、熱間等方圧加
圧 (ＨＩＰ) 処理し、得られた焼結体に溶体化処理、時
効処理が施されて製造される。また、ＨＩＰ処理後の焼
結体に超塑性鍛造が施される場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】アトマイズ法により製
造した超合金粉末は、粉末粒子に凝固組織が形成されて
いる。この組織は、粉末のうち50μm 未満の微粒子につ
いては、ＨＩＰ処理や溶体化処理の際に、晶出物や折出
物が基地中に固溶されるため、大部分消滅するが、50μ
m 以上の粒子については消滅し難い。焼結体中に粉末製
造時の凝固組織をもつ粉末粒子 (残留粉末粒子) が残存
すると、低サイクル疲労特性 (ＬＣＦ特性) のばらつき
が大きくなるなど均一な機械的特性が得難く、信頼性が
低下する。
造した超合金粉末は、粉末粒子に凝固組織が形成されて
いる。この組織は、粉末のうち50μm 未満の微粒子につ
いては、ＨＩＰ処理や溶体化処理の際に、晶出物や折出
物が基地中に固溶されるため、大部分消滅するが、50μ
m 以上の粒子については消滅し難い。焼結体中に粉末製
造時の凝固組織をもつ粉末粒子 (残留粉末粒子) が残存
すると、低サイクル疲労特性 (ＬＣＦ特性) のばらつき
が大きくなるなど均一な機械的特性が得難く、信頼性が
低下する。
【０００５】焼結体中の残留粉末粒子を消滅させるに
は、ＨＩＰ処理後の焼結体に高温の溶体化処理を施せば
よいが、結晶粒の粗大化が生じ、機械的特性が劣化す
る。このため、残留粉末粒子の存在は止むを得ないもの
として、結晶粒の粗大化が生じない低い温度で溶体化処
理が行われているのが実情である。因みに、150 メッシ
ュアンダーのＡＦ115 超合金粉末を1000atm 、1130℃×
3Hr のＨＩＰ処理を行った後、1170℃×3Hr で溶体化処
理したものと、1190℃×3Hr で処理したものとの金属組
織顕微鏡写真 (倍率400 倍) を図３および図４に示す。
尚、両試料とも溶体化処理後に760 ℃×16Hrの時効処理
が施されたが、時効処理により生成した折出物は微細な
ため、同倍率では判別できない。図３では、結晶粒は細
かいが残留粉末粒子の存在が認められる。一方、図４で
は残留粉末粒子は消滅しているが、結晶粒が著しく粗大
化していることが分かる。
は、ＨＩＰ処理後の焼結体に高温の溶体化処理を施せば
よいが、結晶粒の粗大化が生じ、機械的特性が劣化す
る。このため、残留粉末粒子の存在は止むを得ないもの
として、結晶粒の粗大化が生じない低い温度で溶体化処
理が行われているのが実情である。因みに、150 メッシ
ュアンダーのＡＦ115 超合金粉末を1000atm 、1130℃×
3Hr のＨＩＰ処理を行った後、1170℃×3Hr で溶体化処
理したものと、1190℃×3Hr で処理したものとの金属組
織顕微鏡写真 (倍率400 倍) を図３および図４に示す。
尚、両試料とも溶体化処理後に760 ℃×16Hrの時効処理
が施されたが、時効処理により生成した折出物は微細な
ため、同倍率では判別できない。図３では、結晶粒は細
かいが残留粉末粒子の存在が認められる。一方、図４で
は残留粉末粒子は消滅しているが、結晶粒が著しく粗大
化していることが分かる。
【０００６】尚、結晶粒を粗大化させることなく、残留
粉末粒子を消滅させるには、超合金粉末又はＨＩＰ処理
後の焼結体を押出加工し、押出材に超塑性鍛造を施した
後、低温で溶体化処理を施せばよいが、押出には日本国
内にない３万〜５万トン級のプレスが必要であり、また
特殊耐熱材で形成された高価な金型を備えた超塑性鍛造
装置も必要であり、汎用性、経済性に欠ける。
粉末粒子を消滅させるには、超合金粉末又はＨＩＰ処理
後の焼結体を押出加工し、押出材に超塑性鍛造を施した
後、低温で溶体化処理を施せばよいが、押出には日本国
内にない３万〜５万トン級のプレスが必要であり、また
特殊耐熱材で形成された高価な金型を備えた超塑性鍛造
装置も必要であり、汎用性、経済性に欠ける。
【０００７】本発明はかかる問題に鑑みなされたもの
で、結晶粒が粗大化しない温度で溶体化処理しても、残
留粉末粒子が消滅する粉末超合金材の経済的な製造方法
を提供することを目的とする。
で、結晶粒が粗大化しない温度で溶体化処理しても、残
留粉末粒子が消滅する粉末超合金材の経済的な製造方法
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の粉末超合金材の
製造方法は、超合金のアトマイズ粉末を熱間等方圧加圧
し、得られた焼結体を結晶粒の粗大化が生じない温度で
溶体化処理する粉末超合金材の製造方法において、焼結
体中に粉末製造時の凝固組織を有する粉末粒子が残留す
るのを防止するために粉末粒子に予め塑性加工を施して
おく。
製造方法は、超合金のアトマイズ粉末を熱間等方圧加圧
し、得られた焼結体を結晶粒の粗大化が生じない温度で
溶体化処理する粉末超合金材の製造方法において、焼結
体中に粉末製造時の凝固組織を有する粉末粒子が残留す
るのを防止するために粉末粒子に予め塑性加工を施して
おく。
【０００９】
【作用】粉末粒子の凝固組織を消滅させるには、基地中
の晶出物、折出物を基地に固溶して、再結晶化を図る必
要がある。そのためには、粉末粒子に原子移動のための
エネルギーを付与する必要がある。 本発明では、ＨＩ
Ｐおよび溶体化処理の際の加熱による熱エネルギーのみ
ならず、予め塑性加工により粉末粒子に付与された歪エ
ネルギーによっても原子の移動に必要なエネルギーが供
給されるので、溶体化処理の際の加熱温度を結晶が粗大
化しないような温度に止めても凝固組織を消滅させるこ
とができる。
の晶出物、折出物を基地に固溶して、再結晶化を図る必
要がある。そのためには、粉末粒子に原子移動のための
エネルギーを付与する必要がある。 本発明では、ＨＩ
Ｐおよび溶体化処理の際の加熱による熱エネルギーのみ
ならず、予め塑性加工により粉末粒子に付与された歪エ
ネルギーによっても原子の移動に必要なエネルギーが供
給されるので、溶体化処理の際の加熱温度を結晶が粗大
化しないような温度に止めても凝固組織を消滅させるこ
とができる。
【００１０】
【実施例】本発明に使用することができる超合金として
は、ＡＦ115 、ＭＡ6000、ＩＮ100 、Ｒｅｎｅ95、ＭＡ
ＲＬ76等の各種のＮｉ基、Ｃｏ基超合金を例示すること
ができる。これらの超合金はアトマイズ法により、容易
に粉末化される。超合金アトマイズ粉末は、ＨＩＰ処理
により焼結一体化されるが、本発明ではＨＩＰ用カプセ
ルに封入する前に予め粉末粒子に塑性加工が施される。
加工の程度は、焼結体中に残留粉末粒子が存在しないよ
うに、粉末粒度、ＨＩＰ処理温度、溶体化処理温度を勘
案して決定されるが、粒径50μm 以上の粒子を含む通常
の焼結用粉末を使用する場合は、粉末粒子に25％以上の
粒径変化を生じさせるような偏平加工を施すのがよい。
は、ＡＦ115 、ＭＡ6000、ＩＮ100 、Ｒｅｎｅ95、ＭＡ
ＲＬ76等の各種のＮｉ基、Ｃｏ基超合金を例示すること
ができる。これらの超合金はアトマイズ法により、容易
に粉末化される。超合金アトマイズ粉末は、ＨＩＰ処理
により焼結一体化されるが、本発明ではＨＩＰ用カプセ
ルに封入する前に予め粉末粒子に塑性加工が施される。
加工の程度は、焼結体中に残留粉末粒子が存在しないよ
うに、粉末粒度、ＨＩＰ処理温度、溶体化処理温度を勘
案して決定されるが、粒径50μm 以上の粒子を含む通常
の焼結用粉末を使用する場合は、粉末粒子に25％以上の
粒径変化を生じさせるような偏平加工を施すのがよい。
【００１１】図１は、ＡＦ115 Ｎｉ基超合金粉末のふる
いによる分級後の最大粒径 (すなわちメッシューの開口
径に相当) と、残留粉末粒子の消滅に至る偏平加工量と
の関係を示す図であり、同図より、50μm 以上の粒子を
含む粉末を使用する場合は、最大粒径に応じて少なくと
も25％以上の加工量を付与する必要があることがわか
る。尚、焼結体試料は、ＡＦ115 粉末を1000atm 、1130
℃×3Hr のＨＩＰ処理後、1170℃で溶体化処理を施した
ものである。
いによる分級後の最大粒径 (すなわちメッシューの開口
径に相当) と、残留粉末粒子の消滅に至る偏平加工量と
の関係を示す図であり、同図より、50μm 以上の粒子を
含む粉末を使用する場合は、最大粒径に応じて少なくと
も25％以上の加工量を付与する必要があることがわか
る。尚、焼結体試料は、ＡＦ115 粉末を1000atm 、1130
℃×3Hr のＨＩＰ処理後、1170℃で溶体化処理を施した
ものである。
【００１２】ＨＩＰ処理後の超合金粉末の焼結体は、結
晶粒の粗大化が生じない温度で溶体化処理され、その
後、時効処理が施される。溶体化処理温度としては、Ａ
Ｆ115の場合、1130〜1170℃程度である。尚、ＨＩＰ処
理温度は、溶体化処理温度と同等又は30〜80℃程度低い
目に設定されるが、同等に設定する場合、ＨＩＰ処理炉
が急冷可能なものであれば、ＨＩＰ処理後に急冷するこ
とにより、溶体化処理を兼用することができる。
晶粒の粗大化が生じない温度で溶体化処理され、その
後、時効処理が施される。溶体化処理温度としては、Ａ
Ｆ115の場合、1130〜1170℃程度である。尚、ＨＩＰ処
理温度は、溶体化処理温度と同等又は30〜80℃程度低い
目に設定されるが、同等に設定する場合、ＨＩＰ処理炉
が急冷可能なものであれば、ＨＩＰ処理後に急冷するこ
とにより、溶体化処理を兼用することができる。
【００１３】次に具体的実施例を掲げる。 実施例１ (1) ＡＦ115 超合金をアトマイズした後、150 メッシュ
アンダーで分級した。 (2) 分級後の粉末を、粉末偏平装置に入れ、酸化防止の
ため真空下で、冷間で50％の偏平加工を与えた。そし
て、偏平加工した粉末をディスク用カプセルに真空下で
充填し、封入した。 (3) 1000atm 、1100℃×3Hr でＨＩＰ処理した後、焼結
体を1170℃×3Hr で溶体化処理し、760 ℃×16Hrで時効
処理を行った。得られた粉末超合金材の金属組織を顕微
鏡観察した。その結果を図２ (倍率400 倍) に示す。同
図より、残留粉末粒子は皆無であり、結晶粒は微細であ
ることが分かる。 実施例２ (1) Ｒｅｎｅ95をアトマイズした後、実施例１と同様に
して分級、偏平加工した粉末を断面凸形段付筒状のカプ
セルに真空下で封入してＨＩＰ処理した。ＨＩＰ処理条
件は1000atm 、1100℃×3Hr である。 (2) ＨＩＰ処理後の焼結体の大径部外周面に断面コの字
形のリング状形枠を付設してディスク用カプセルを製作
し、枠内のリング状空間に、実施例１と同様に偏平加工
したＡＦ115 粉末を真空下で充填し、封入した。 (3) このディスク用カプセルを1000atm 、1100℃×3Hr
でＨＩＰ処理した後、1100℃×3Hr で溶体化処理した。
複合した粉末超合金材の各部から試料を採取し、金属組
織を顕微鏡観察した結果、各部とも残留粉末粒子は皆無
であり、結晶粒も微細であった。
アンダーで分級した。 (2) 分級後の粉末を、粉末偏平装置に入れ、酸化防止の
ため真空下で、冷間で50％の偏平加工を与えた。そし
て、偏平加工した粉末をディスク用カプセルに真空下で
充填し、封入した。 (3) 1000atm 、1100℃×3Hr でＨＩＰ処理した後、焼結
体を1170℃×3Hr で溶体化処理し、760 ℃×16Hrで時効
処理を行った。得られた粉末超合金材の金属組織を顕微
鏡観察した。その結果を図２ (倍率400 倍) に示す。同
図より、残留粉末粒子は皆無であり、結晶粒は微細であ
ることが分かる。 実施例２ (1) Ｒｅｎｅ95をアトマイズした後、実施例１と同様に
して分級、偏平加工した粉末を断面凸形段付筒状のカプ
セルに真空下で封入してＨＩＰ処理した。ＨＩＰ処理条
件は1000atm 、1100℃×3Hr である。 (2) ＨＩＰ処理後の焼結体の大径部外周面に断面コの字
形のリング状形枠を付設してディスク用カプセルを製作
し、枠内のリング状空間に、実施例１と同様に偏平加工
したＡＦ115 粉末を真空下で充填し、封入した。 (3) このディスク用カプセルを1000atm 、1100℃×3Hr
でＨＩＰ処理した後、1100℃×3Hr で溶体化処理した。
複合した粉末超合金材の各部から試料を採取し、金属組
織を顕微鏡観察した結果、各部とも残留粉末粒子は皆無
であり、結晶粒も微細であった。
【００１４】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の粉末超合金
材の製造方法は、焼結体中に粉末製造時の凝固組織を有
する粉末粒子が残留するのを防止するために粉末粒子に
予め塑性加工を施すので、焼結体中の粉末は歪エネルギ
ーを有し、溶体化処理時の温度が結晶粒の粗大化を生じ
ない低い温度であっても、溶体化処理時の加熱による熱
エネルギーと前記歪エネルギーとが相まって原子の移動
を促進し、凝固組織の晶出物や折出物を基地中に固溶
し、再結晶により微細結晶粒が得られ、ひいては、均一
組織の粉末超合金材が得られる。また、本発明では押出
装置や超塑性鍛造装置が不要で、また鍛造工程がないた
め材料の歩留りが高く、経済性に優れる。
材の製造方法は、焼結体中に粉末製造時の凝固組織を有
する粉末粒子が残留するのを防止するために粉末粒子に
予め塑性加工を施すので、焼結体中の粉末は歪エネルギ
ーを有し、溶体化処理時の温度が結晶粒の粗大化を生じ
ない低い温度であっても、溶体化処理時の加熱による熱
エネルギーと前記歪エネルギーとが相まって原子の移動
を促進し、凝固組織の晶出物や折出物を基地中に固溶
し、再結晶により微細結晶粒が得られ、ひいては、均一
組織の粉末超合金材が得られる。また、本発明では押出
装置や超塑性鍛造装置が不要で、また鍛造工程がないた
め材料の歩留りが高く、経済性に優れる。
【図１】超合金粉末の最大粒径と、残留粉末粒子を消滅
させるのに要する偏平加工量との関係を示すグラフ図で
ある。
させるのに要する偏平加工量との関係を示すグラフ図で
ある。
【図２】実施例に係る粉末超合金材の金属組織写真 (40
0 倍) である。
0 倍) である。
【図３】従来例に係る粉末超合金材の金属組織写真 (40
0 倍) である。
0 倍) である。
【図４】高温で溶体化処理した比較例に係る金属組織写
真 (400 倍) である。
真 (400 倍) である。
Claims (2)
- 【請求項１】 超合金のアトマイズ粉末を熱間等方圧加
圧し、得られた焼結体を結晶粒の粗大化が生じない温度
で溶体化処理する粉末超合金材の製造方法において、 焼結体中に粉末製造時の凝固組織を有する粉末粒子が残
留するのを防止するために粉末粒子に予め塑性加工を施
しておくことを特徴とする粉末超合金材の製造方法。 - 【請求項２】 粉末粒子に25％以上の粒径変化を与える
偏平加工を施す請求項１に記載した粉末超合金材の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10887292A JPH05279705A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 粉末超合金材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10887292A JPH05279705A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 粉末超合金材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05279705A true JPH05279705A (ja) | 1993-10-26 |
Family
ID=14495734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10887292A Pending JPH05279705A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 粉末超合金材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05279705A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013018714A1 (ja) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | 国立大学法人東北大学 | 遷移金属炭化物入り合金の製造方法、遷移金属炭化物入りタングステン合金及び前記製造方法により製造された合金 |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP10887292A patent/JPH05279705A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013018714A1 (ja) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | 国立大学法人東北大学 | 遷移金属炭化物入り合金の製造方法、遷移金属炭化物入りタングステン合金及び前記製造方法により製造された合金 |
| JPWO2013018714A1 (ja) * | 2011-07-29 | 2015-03-05 | 国立大学法人東北大学 | 遷移金属炭化物入り合金の製造方法、遷移金属炭化物入りタングステン合金及び前記製造方法により製造された合金 |
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