γチタン−アルミニウム−母合金から鍛造片を製造する方法
【課題】γチタン−アルミニウム−母合金から鍛造片を製造する方法において、チタン−アルミナイド材料の困難で費用のかかる処理を改善する。
【解決手段】円柱状又は棒状原材料が、１つ又は複数の段階で、形成すべき鍛造片が体積集中を示す個所において、通電又は誘導により、断面にわたって１１５０°より高い温度に加熱され、力の作用により変形特に据込み鍛造変形されこうして長さ範囲にわたって異なる断面積を持つ鍛造素材が製造され、この素材が１つ又は複数の後続段階で、変形温度への加熱後特に鍛造型において最終変形される。
【解決手段】円柱状又は棒状原材料が、１つ又は複数の段階で、形成すべき鍛造片が体積集中を示す個所において、通電又は誘導により、断面にわたって１１５０°より高い温度に加熱され、力の作用により変形特に据込み鍛造変形されこうして長さ範囲にわたって異なる断面積を持つ鍛造素材が製造され、この素材が１つ又は複数の後続段階で、変形温度への加熱後特に鍛造型において最終変形される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、γチタン−アルミニウム−母合金から鍛造片を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン−アルミニウム−母合金は実質的に金属間チタン−アルミナイドから形成されて、高い融点、小さい密度、高い比弾性率、良好な酸化反応、及び６００℃〜８００℃の温度範囲で高い引張り強さ及び６００℃〜８００℃のクリープ強さを持ち、従って例えば次世代の航空機駆動機構及び内燃機関の部品に対して常に増大する要求を満たす。
【０００３】
チタン−アルミナイド材料は、その合金組成及びその製造と加工に関してまだ最適化されていない。
【０００４】
良好な加工性及び適当な熱処理により得られる円満な機械的特性を持つ合金は、元素としてチタン、アルミニウム、ニオブ、モリブデン及び硼素を含み、従って専門分野ではＴＮＭ合金と称される。
【０００５】
チタン−アルミナイド合金、場合によってはＴＮＭ材料の金属間特性のため、換言すれば不適当な変形条件におけるそのもろい特性のため、特にタービン羽根のような鍛造品の製造は危険であり、大抵は高い廃物割合を伴う。
【０００６】
等温条件下で鍛造変形を行うことは公知であるが、それは保護ガス雰囲気中での特別な高温鍛造型を必要とし、従って費用がかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はチタン−アルミナイド材料の困難で費用のかかる加工を改善することを目的とし、経済的な製造のため最初にあげた種類の方法を提供するという課題を持っている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、円柱状又は棒状原材料が、１つ又は複数の段階で、形成すべき鍛造片が体積集中を示す個所において、通電又は誘導により、断面にわたって１１５０°より高い温度に加熱され、力の作用による変形特に据込み鍛造変形されこうして長さ範囲にわたって異なる断面積を持つ鍛造素材が製造され、この素材が１つ又は複数の後続段階で、変形温度への加熱後最終変形されることによって達せられる。
【０００９】
本発明によって得られる利点は、大体において、長さ範囲にわたって異なる断面積を持つ原材料の経済的な製造と、それにより鍛造片の最終変形の際有利な材料流れ条件とにおいて見られる。γチタン−アルミニウム−母合金は、高い比剛性を持っていても、円柱状又は棒状原材料を使用し、特に棒の締付け範囲又は接続範囲の間の誘導又は直接通電により１１５０℃より高い温度に加熱すると、有利なことがわかった。この加熱により、表面からの放射にもかかわらず、断面にわたる温度の分布は均一に行われる。なぜならば、明らかに表皮効果により電流密度従って熱発生が表面において増大しているからである。
【００１０】
室温では、合金は主としてγチタン−アルミニウム及びα２チタン−アルミニウムから成り、場合によっては僅かな割合のβ相のみを持ち、温度に応じてこの相が延性を持っている。１１５０℃以上、有利には１２５０℃以上への加熱の際、材料中のβ相の割合が増大し、これが材料の変形可能性の改善を根拠づける。
【００１１】
上述したように据込み鍛造により、高い温度への棒断面にわたる適切で均等加熱の際、均一で適切な容積濃度及びその所望の細粒組織構造が得られる。
【００１２】
棒の増大された断面を持つ１つより多い範囲が望まれる場合、続いて複数の個所で据込み鍛造変形を行うことができる。
【００１３】
上述した段階後本発明により製造された鍛造素材は、例えば鍛造炉で加熱後１つ又は複数の後続段階で、特に鍛造型において最終変形され、容積濃度のため僅かな材料流れ及び／又は材料装入で、鍛造型充填を有利に行うことができる。
【００１４】
さて加熱炉から工具又は鍛造型を持つ変形装置へ鍛造素材又は中間製品の搬送は、特に時間のかかる搬送行程の場合、変形すべき部分の表面範囲の危険な冷却を行うことがあるので、本発明の構成では、鍛造素材又は中間製品を最終変形するための後続段階が、放熱及びそれにより表面の温度低下を少なくする媒体による表面の少なくとも部分的な被覆、鍛造素材又は中間製品の変形温度への加熱、その十分な加熱、搬送及び変形から、特に鍛造型において形成される、という方法が、有利に行われる。
【００１５】
放熱を少なくする手段による鍛造素材又は中間製品の被覆が、０．１ｍｍより大きい厚さでも、単位時間に表面区域の温度損失を著しく少なくでき、こうして変形の際亀裂の形成を回避しながら表面範囲における工作物の必要な高い変形温度が維持されることがわかった。
【００１６】
本発明によれば、酸化物相が耐熱性絶縁成分として作用し、僅かな割合の１種類又は複数種類の添加物又は接着剤が酸化物粒子を結合し、基質上に保持する。液状成分は、相の均質化と、工作物又は部材の表面への均質な塗布のための所望の粘度の設定とに役立つ。
【００１７】
主成分又は酸化物相が７０重量％なるべく８０〜９８重量％特に９０〜９７重量％以上の割合を持つ酸化ジルコンから成る手段は、放熱の著しい減少に関して特に有利なことがわかった。
【００１８】
更に本発明の変形実施例では、欠陥なく実施可能な方法が有利であり、この方法では、鍛造素材又は中間製品より少なくとも３００℃だけ低い温度を持つ鍛造型において最終変形が行われる。それにより改善された経済性で設備技術的な簡単化が行われる。
【００１９】
鍛造素材又は中間製品より９００℃まで、なるべく８００℃まで低い温度を持つ鍛造型において最終変形が行われる本発明の方法は、上記の利点を強める。なぜならば、このように低い工具温度は、使用中に鍛造型の硬度低下の危険を恐れる必要なしに、熱処理される鍛造型のために普通の熱間加工工具鋼の使用を可能にするからである。
【００２０】
０．３ｍｍ／ｓｅｃ特に０．５〜５ｍｍ／ｓｅｃ以上の変形速度を持つ高速変形として最終変形を行う方法は、鍛造技術上の利点も鍛造片の著しく改善されるミクロ組織も生じる。
【００２１】
例えばＴＮＭ合金からタービン羽根を製造する方法が有利に使用可能である。
【００２２】
それぞれのやり方のみを示す実施例により、本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】 棒端部の自由据込み鍛造を側面図で示す。
【図２】 棒端部の自由据込み鍛造を軸線に沿う断面図で示す。
【図３】 型内における棒端部の据込み鍛造を側面図で示す。
【図４】 型内における棒端部の据込み鍛造を軸線に沿う断面図で示す。
【図５】 型内で据込み鍛造されたＴｉ−Ａｌ母合金又は型鍛造用原材料の棒の端部範囲を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１及び２は、自由拡大の際における棒１の据込み鍛造を示す。
【００２５】
電源（図示せず）は端子２と少し凹に形成された扁平支台３に接続されている。変形のため、棒１がプレスにおいて扁平支台３へ押付けられ、扁平支台３と端子２との間に電流が流れて、この範囲でオーム抵抗により棒を加熱する。
【００２６】
棒又は棒部分の加熱は、誘導コイルと交流によって行うこともできる。
【００２７】
据込み力により、棒部分の加熱後棒端部の据込み鍛造がこの場合自由拡大で行われる。
【００２８】
チタン−アルミニウム−母合金が特に良好な据込み鍛造特性を持ち、座屈することがない。更に通電又は誘導による加熱により、棒範囲の適切な十分な加熱が可能であり、合金のいわゆる変形可能性窓における変形温度の正確な設定が行われる。
【００２９】
図３及び４は、所望の形状の端部範囲１１を形成しながら型３内で行われる棒１の端部の据込み鍛造を示す。
【００３０】
こうして最終成形のため鍛造素材の正確な寸法設定を行うことができる。
【００３１】
図３及び図４に概略的に示すように、素材が、タービン羽根鍛造のため、合金Ｔｉ−４３．５Ａｌ−（Ｎｂ−Ｍｏ−Ｂ）５Ａｔｏｍ％から成りかつ３０ｍｍの直径及び２２５ｍｍの長さを持つ棒から製造された。完成長さは、４５ｍｍの頭部直径及び６３ｍｍの頭部長さで１９２ｍｍであった。
【００３２】
加熱及び据込み鍛造の時間は６０秒で、７７４０Ａの加熱電流及び１２５０℃の変形温度が設定された。
【００３３】
図５は型内で据込み鍛造された素材を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、γチタン−アルミニウム−母合金から鍛造片を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン−アルミニウム−母合金は実質的に金属間チタン−アルミナイドから形成されて、高い融点、小さい密度、高い比弾性率、良好な酸化反応、及び６００℃〜８００℃の温度範囲で高い引張り強さ及び６００℃〜８００℃のクリープ強さを持ち、従って例えば次世代の航空機駆動機構及び内燃機関の部品に対して常に増大する要求を満たす。
【０００３】
チタン−アルミナイド材料は、その合金組成及びその製造と加工に関してまだ最適化されていない。
【０００４】
良好な加工性及び適当な熱処理により得られる円満な機械的特性を持つ合金は、元素としてチタン、アルミニウム、ニオブ、モリブデン及び硼素を含み、従って専門分野ではＴＮＭ合金と称される。
【０００５】
チタン−アルミナイド合金、場合によってはＴＮＭ材料の金属間特性のため、換言すれば不適当な変形条件におけるそのもろい特性のため、特にタービン羽根のような鍛造品の製造は危険であり、大抵は高い廃物割合を伴う。
【０００６】
等温条件下で鍛造変形を行うことは公知であるが、それは保護ガス雰囲気中での特別な高温鍛造型を必要とし、従って費用がかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はチタン−アルミナイド材料の困難で費用のかかる加工を改善することを目的とし、経済的な製造のため最初にあげた種類の方法を提供するという課題を持っている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、円柱状又は棒状原材料が、１つ又は複数の段階で、形成すべき鍛造片が体積集中を示す個所において、通電又は誘導により、断面にわたって１１５０°より高い温度に加熱され、力の作用による変形特に据込み鍛造変形されこうして長さ範囲にわたって異なる断面積を持つ鍛造素材が製造され、この素材が１つ又は複数の後続段階で、変形温度への加熱後最終変形されることによって達せられる。
【０００９】
本発明によって得られる利点は、大体において、長さ範囲にわたって異なる断面積を持つ原材料の経済的な製造と、それにより鍛造片の最終変形の際有利な材料流れ条件とにおいて見られる。γチタン−アルミニウム−母合金は、高い比剛性を持っていても、円柱状又は棒状原材料を使用し、特に棒の締付け範囲又は接続範囲の間の誘導又は直接通電により１１５０℃より高い温度に加熱すると、有利なことがわかった。この加熱により、表面からの放射にもかかわらず、断面にわたる温度の分布は均一に行われる。なぜならば、明らかに表皮効果により電流密度従って熱発生が表面において増大しているからである。
【００１０】
室温では、合金は主としてγチタン−アルミニウム及びα２チタン−アルミニウムから成り、場合によっては僅かな割合のβ相のみを持ち、温度に応じてこの相が延性を持っている。１１５０℃以上、有利には１２５０℃以上への加熱の際、材料中のβ相の割合が増大し、これが材料の変形可能性の改善を根拠づける。
【００１１】
上述したように据込み鍛造により、高い温度への棒断面にわたる適切で均等加熱の際、均一で適切な容積濃度及びその所望の細粒組織構造が得られる。
【００１２】
棒の増大された断面を持つ１つより多い範囲が望まれる場合、続いて複数の個所で据込み鍛造変形を行うことができる。
【００１３】
上述した段階後本発明により製造された鍛造素材は、例えば鍛造炉で加熱後１つ又は複数の後続段階で、特に鍛造型において最終変形され、容積濃度のため僅かな材料流れ及び／又は材料装入で、鍛造型充填を有利に行うことができる。
【００１４】
さて加熱炉から工具又は鍛造型を持つ変形装置へ鍛造素材又は中間製品の搬送は、特に時間のかかる搬送行程の場合、変形すべき部分の表面範囲の危険な冷却を行うことがあるので、本発明の構成では、鍛造素材又は中間製品を最終変形するための後続段階が、放熱及びそれにより表面の温度低下を少なくする媒体による表面の少なくとも部分的な被覆、鍛造素材又は中間製品の変形温度への加熱、その十分な加熱、搬送及び変形から、特に鍛造型において形成される、という方法が、有利に行われる。
【００１５】
放熱を少なくする手段による鍛造素材又は中間製品の被覆が、０．１ｍｍより大きい厚さでも、単位時間に表面区域の温度損失を著しく少なくでき、こうして変形の際亀裂の形成を回避しながら表面範囲における工作物の必要な高い変形温度が維持されることがわかった。
【００１６】
本発明によれば、酸化物相が耐熱性絶縁成分として作用し、僅かな割合の１種類又は複数種類の添加物又は接着剤が酸化物粒子を結合し、基質上に保持する。液状成分は、相の均質化と、工作物又は部材の表面への均質な塗布のための所望の粘度の設定とに役立つ。
【００１７】
主成分又は酸化物相が７０重量％なるべく８０〜９８重量％特に９０〜９７重量％以上の割合を持つ酸化ジルコンから成る手段は、放熱の著しい減少に関して特に有利なことがわかった。
【００１８】
更に本発明の変形実施例では、欠陥なく実施可能な方法が有利であり、この方法では、鍛造素材又は中間製品より少なくとも３００℃だけ低い温度を持つ鍛造型において最終変形が行われる。それにより改善された経済性で設備技術的な簡単化が行われる。
【００１９】
鍛造素材又は中間製品より９００℃まで、なるべく８００℃まで低い温度を持つ鍛造型において最終変形が行われる本発明の方法は、上記の利点を強める。なぜならば、このように低い工具温度は、使用中に鍛造型の硬度低下の危険を恐れる必要なしに、熱処理される鍛造型のために普通の熱間加工工具鋼の使用を可能にするからである。
【００２０】
０．３ｍｍ／ｓｅｃ特に０．５〜５ｍｍ／ｓｅｃ以上の変形速度を持つ高速変形として最終変形を行う方法は、鍛造技術上の利点も鍛造片の著しく改善されるミクロ組織も生じる。
【００２１】
例えばＴＮＭ合金からタービン羽根を製造する方法が有利に使用可能である。
【００２２】
それぞれのやり方のみを示す実施例により、本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】 棒端部の自由据込み鍛造を側面図で示す。
【図２】 棒端部の自由据込み鍛造を軸線に沿う断面図で示す。
【図３】 型内における棒端部の据込み鍛造を側面図で示す。
【図４】 型内における棒端部の据込み鍛造を軸線に沿う断面図で示す。
【図５】 型内で据込み鍛造されたＴｉ−Ａｌ母合金又は型鍛造用原材料の棒の端部範囲を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１及び２は、自由拡大の際における棒１の据込み鍛造を示す。
【００２５】
電源（図示せず）は端子２と少し凹に形成された扁平支台３に接続されている。変形のため、棒１がプレスにおいて扁平支台３へ押付けられ、扁平支台３と端子２との間に電流が流れて、この範囲でオーム抵抗により棒を加熱する。
【００２６】
棒又は棒部分の加熱は、誘導コイルと交流によって行うこともできる。
【００２７】
据込み力により、棒部分の加熱後棒端部の据込み鍛造がこの場合自由拡大で行われる。
【００２８】
チタン−アルミニウム−母合金が特に良好な据込み鍛造特性を持ち、座屈することがない。更に通電又は誘導による加熱により、棒範囲の適切な十分な加熱が可能であり、合金のいわゆる変形可能性窓における変形温度の正確な設定が行われる。
【００２９】
図３及び４は、所望の形状の端部範囲１１を形成しながら型３内で行われる棒１の端部の据込み鍛造を示す。
【００３０】
こうして最終成形のため鍛造素材の正確な寸法設定を行うことができる。
【００３１】
図３及び図４に概略的に示すように、素材が、タービン羽根鍛造のため、合金Ｔｉ−４３．５Ａｌ−（Ｎｂ−Ｍｏ−Ｂ）５Ａｔｏｍ％から成りかつ３０ｍｍの直径及び２２５ｍｍの長さを持つ棒から製造された。完成長さは、４５ｍｍの頭部直径及び６３ｍｍの頭部長さで１９２ｍｍであった。
【００３２】
加熱及び据込み鍛造の時間は６０秒で、７７４０Ａの加熱電流及び１２５０℃の変形温度が設定された。
【００３３】
図５は型内で据込み鍛造された素材を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
γチタン−アルミニウム−母合金から鍛造片を製造する方法において、円柱状又は棒状原材料が、１つ又は複数の段階で、形成すべき鍛造片が体積集中を示す個所において、通電又は誘導により、断面にわたって１１５０℃より高い温度に加熱され、力の作用により変形特に据込み鍛造変形され、こうして長さ範囲にわたって異なる断面積を持つ鍛造素材が製造され、この素材が１つ又は複数の後続段階で、変形温度への加熱後最終変形される、方法。
【請求項２】
鍛造型において最終変形が行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
鍛造素材又は中間製品を最終変形するための後続段階が、放熱及びそれにより表面の温度低下を少なくする手段による表面の少なくとも部分的な被覆、鍛造素材又は中間製品の変形温度への加熱、その十分な加熱及び変形から形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
変形が鍛造型において行われる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
表面の温度低下を少なくする手段が、主成分の酸化物相、添加物として１種類又は複数種類の接着剤及び液状成分から形成されている、請求項１〜４の１つに記載の方法。
【請求項６】
被服手段が７０以上の重量％の割合を持つ酸化ジルコンから形成されている、請求項１〜５の１つに記載の方法。
【請求項７】
酸化ジルコンの割合が８０〜９８％である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
酸化ジルコンの割合が９０〜９７％である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
最終変形が、鍛造素材又は中間製品より少なくとも３００℃だけ低い温度を持つ鍛造型で行われる、請求項１〜８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
最終変形が、鍛造素材又は中間製品より９００℃までだけ低い温度を持つ鍛造型で行われる、請求項１又は９に記載の方法。
【請求項１１】
最終変形が、鍛造素材又は中間製品より８００℃までだけ低い温度を持つ鍛造型で行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
最終変形が０．３ｍｍ／ｓｅｃ以上の変形速度を持つ高速変形として行われる、請求項１〜１１の１つに記載の方法。
【請求項１３】
最終変形が０．５ｍｍ／ｓｅｃ以上の変形速度を持つ高速変形として行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
タービン羽根を製造するために使用される、請求項１〜１３の１つに記載の方法。
【請求項１】
γチタン−アルミニウム−母合金から鍛造片を製造する方法において、円柱状又は棒状原材料が、１つ又は複数の段階で、形成すべき鍛造片が体積集中を示す個所において、通電又は誘導により、断面にわたって１１５０℃より高い温度に加熱され、力の作用により変形特に据込み鍛造変形され、こうして長さ範囲にわたって異なる断面積を持つ鍛造素材が製造され、この素材が１つ又は複数の後続段階で、変形温度への加熱後最終変形される、方法。
【請求項２】
鍛造型において最終変形が行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
鍛造素材又は中間製品を最終変形するための後続段階が、放熱及びそれにより表面の温度低下を少なくする手段による表面の少なくとも部分的な被覆、鍛造素材又は中間製品の変形温度への加熱、その十分な加熱及び変形から形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
変形が鍛造型において行われる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
表面の温度低下を少なくする手段が、主成分の酸化物相、添加物として１種類又は複数種類の接着剤及び液状成分から形成されている、請求項１〜４の１つに記載の方法。
【請求項６】
被服手段が７０以上の重量％の割合を持つ酸化ジルコンから形成されている、請求項１〜５の１つに記載の方法。
【請求項７】
酸化ジルコンの割合が８０〜９８％である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
酸化ジルコンの割合が９０〜９７％である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
最終変形が、鍛造素材又は中間製品より少なくとも３００℃だけ低い温度を持つ鍛造型で行われる、請求項１〜８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
最終変形が、鍛造素材又は中間製品より９００℃までだけ低い温度を持つ鍛造型で行われる、請求項１又は９に記載の方法。
【請求項１１】
最終変形が、鍛造素材又は中間製品より８００℃までだけ低い温度を持つ鍛造型で行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
最終変形が０．３ｍｍ／ｓｅｃ以上の変形速度を持つ高速変形として行われる、請求項１〜１１の１つに記載の方法。
【請求項１３】
最終変形が０．５ｍｍ／ｓｅｃ以上の変形速度を持つ高速変形として行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
タービン羽根を製造するために使用される、請求項１〜１３の１つに記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２８０００２（Ｐ２０１０−２８０００２Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３８７０９（Ｐ２０１０−１３８７０９）
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【出願人】（５１０１７０２９１）ベーレル・シユミーデテヒニク・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・コマンデイトゲゼルシヤフト (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【出願人】（５１０１７０２９１）ベーレル・シユミーデテヒニク・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・コマンデイトゲゼルシヤフト (3)
【Ｆターム（参考）】
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