合金インゴットを処理するためのシステムおよび方法
合金インゴットの処理および熱間加工に関連する工程および方法を開示する。合金インゴットを熱間加工する前に、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に金属材料層を堆積させる。本工程および方法は、熱間加工中の合金インゴットの表面クラックの発生の低減を特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、合金インゴットを処理するためのシステムおよび方法を対象とする。本開示はまた、合金インゴットを熱間加工するための工程を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
金属合金製品は、インゴット冶金作業または粉末冶金作業を用いて調製され得る。インゴット冶金作業は、合金原料の融解と、融解した材料のインゴットへの鋳造とを伴い得る。インゴット冶金作業の限定的でない例は、「トリプルメルト」技術であり、次の３つの融解作業を含む。（１）原料から所望の合金組成を調製するための、真空誘導溶解（ＶＩＭ）、（２）例えば酸素含有異物のレベルを低減し得る、エレクトロスラグ精錬（ＥＳＲ）、および（３）ＥＳＲ後の凝固中に起こり得る組成偏析を低減し得る、真空アーク再融解（ＶＡＲ）。インゴットは、ＶＡＲ作業後の凝固中に形成され得る。
【０００３】
粉末冶金作業は、融解した合金の噴霧化と、凝固させた冶金粉末の収集およびインゴットへの圧密化とを含み得る。粉末冶金作業の限定的でない例は、以下のステップを含む。（１）原料から所望の合金組成を調製するための、ＶＩＭ、（２）合金粉末に凝固する融解した合金液滴への融解した合金の噴霧化、（３）随意に、異物を低減するための、篩分け、（４）キャンニングおよび脱ガス、ならびに（５）合金粉末を合金インゴットに圧密化するための、プレス。
【０００４】
インゴット冶金作業および粉末冶金作業から形成される合金インゴットは、他の合金製品を作製するために、熱間加工されてもよい。例えば、合金インゴットを形成するための凝固または圧密化の後に、インゴットは、インゴットから鋼片または他の合金物品を形成するために、鍛造および／または押し出しを受けてもよい。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書で開示される実施形態は、インゴット処理方法を対象とする。インゴット処理方法は、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に金属材料層を堆積させることを含んでもよい。インゴット処理方法は、金属材料層が、熱間加工中の合金インゴットの表面クラックの発生を低減することを特徴としてもよい。
【０００６】
本明細書で開示される他の実施形態は、熱間加工工程を対象とする。熱間加工工程は、合金インゴットを変形させるために、合金インゴットに力を印加することを含んでもよい。合金インゴットは、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積される金属材料層を含んでもよい。熱間加工工程は、金属材料層上に力が印加されることを特徴としてもよい。
【０００７】
本明細書で開示される他の実施形態は、インゴット処理システムを対象とする。インゴット処理システムは、インゴット位置決め装置を備えてもよい。インゴット位置決め装置は、インゴットの長軸の周りでインゴットを回転させるように構成されてもよい。インゴット処理システムはまた、溶接装置を備えてもよい。溶接装置は、インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料層を堆積させるように構成されてもよい。
【０００８】
本明細書で開示され、説明される本発明は、この発明の概要で開示される実施形態に限定されないものと理解される。
【０００９】
本明細書で開示され、説明される限定的でない実施形態の種々の特性は、添付図面を参照することによってより良好に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】インゴットの端面上に堆積された金属材料層を有するインゴットの側面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示されるインゴットの斜視図である。
【図２】インゴットの円周面上に堆積された金属材料層を有するインゴットの斜視図である。
【図３Ａ】インゴットの端面および円周面上に堆積された金属材料層を有するインゴットの側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示されるインゴットの斜視図である。
【図４Ａ】インゴットの円周表面上に溶着物として金属材料を堆積させる１つの方法を例証する斜視図である。
【図４Ｂ】インゴットの円周表面上に溶着物として金属材料を堆積させる１つの方法を例証する斜視図である。
【図４Ｃ】インゴットの円周表面上に溶着物として金属材料を堆積させる１つの方法を例証する斜視図である。
【図４Ｄ】インゴットの円周表面上に溶着物として金属材料を堆積させる１つの方法を例証する斜視図である。
【図５Ａ】インゴットの円周面上に溶着物として金属材料を堆積させる別の方法を例証する斜視図である。
【図５Ｂ】インゴットの円周面上に溶着物として金属材料を堆積させる別の方法を例証する斜視図である。
【図５Ｃ】インゴットの円周面上に溶着物として金属材料を堆積させる別の方法を例証する斜視図である。
【図５Ｄ】インゴットの円周面上に溶着物として金属材料を堆積させる別の方法を例証する斜視図である。
【図６Ａ】インゴットの円周面上に溶着物として金属材料を堆積させる方法の別の実施形態を例証する斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示される、インゴットの円周面上全体に溶着物として堆積された金属材料層を有するインゴットの斜視図である。
【図７Ａ】据え込み鍛造作業におけるインゴットの側部断面図である。
【図７Ｂ】据え込み鍛造後の図７Ａに示されるインゴットの拡大部分側部断面図である。
【図７Ｃ】据え込み鍛造作業中で、インゴットの端面上に堆積された金属材料層を有するインゴットの側部断面図である。
【図７Ｄ】据え込み鍛造後の図７Ｃに示されるインゴットの拡大部分側部断面図である。
【図８Ａ】引き抜き鍛造作業中のインゴットの側部断面図である。
【図８Ｂ】引き抜き鍛造後の図８Ａに示されるインゴットの拡大部分側部断面図である。
【図８Ｃ】引き抜き鍛造作業中で、インゴットの円周面上に堆積された金属材料層を有するインゴットの側部断面図である。
【図８Ｄ】引き抜き鍛造後の図８Ｃに示されるインゴットの拡大部分側部断面図である。
【図９】それぞれが立方体の頂面上に溶接作業によって堆積された金属材料層を有する（写真のように配向された時）、２つの３インチ（約７６．２ｍｍ）の合金立方体の写真である。
【図１０Ａ】合金立方体の１つのダイ接触面上に溶接作業によって堆積された金属材料層を有する３インチ（約７６．２ｍｍ）の合金立方体からプレス鍛造された１インチ（約２５．４ｍｍ）パンケーキの２つのダイ接触面の写真である。
【図１０Ｂ】合金立方体の１つのダイ接触面上に溶接作業によって堆積された金属材料層を有する３インチ（約７６．２ｍｍ）の合金立方体からプレス鍛造された１インチ（約２５．４ｍｍ）パンケーキの２つのダイ接触面の写真である。
【図１１】合金立方体の１つのダイ接触面上に溶接作業によって堆積された金属材料層を有する３インチ（約７６．２ｍｍ）の合金立方体からプレス鍛造された、断面の１インチ（約２５．４ｍｍ）パンケーキの写真である（写真のように配向された時の頂面）。
【図１１Ａ】図１１に示される溶接面の断面に沿った顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
読み手は、本開示による種々の限定的でない実施形態の以下の発明を実施するための形態を検討した時に、前述の詳細、ならびにその他を理解するであろう。読み取りはまた、本明細書で説明される実施形態を実行または使用した時に、さらなる詳細を理解することができる。
【００１２】
開示される実施形態の種々の説明は、開示される実施形態の明確な理解に関連するそれらの機構、態様、特性等だけを例証するために簡略化される一方で、明確にするために、他の機構、態様、特性等を排除していることを理解されたい。当業者は、開示される実施形態の本説明を検討した時に、他の機構、態様、特性等が、開示される実施形態の特定の実装または適用に望ましくなり得ることを認識するであろう。しかしながら、そのような他の機構、態様、特性等は、開示される実施形態の本説明を検討した時に当業者によって容易に確認および実装されてもよく、したがって、開示される実施形態の完全な理解には必要ではないので、そのような機構、態様、特性等の説明は本明細書には提供されない。よって、本明細書に記載される説明は、開示される実施形態を例示および例証するものに過ぎず、特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲を限定することを意図していないことを理解されたい。
【００１３】
本開示では、特に指示されていない限り、数量または特性を表す全ての数は、「約」という用語が前置され、それによって修飾されるものとして理解されたい。故に、そうでないことが指示されていない限り、以下の説明に記載されるいかなる数値パラメータも、本開示による実施形態で得ようとする所望の特性に応じて変動し得る。最低でも、かつ均等の原則を特許請求の範囲に適用することを限定しようとするものとしてではなく、本説明で説明される各数値パラメータは、少なくとも、報告される有効数字の数に照らして、かつ通常の丸め技法を適用することによって解釈すべきである。
【００１４】
また、本明細書で列挙されるいかなる数値的範囲も、その中に包含される全てのサブ範囲を含むことを意図している。例えば、「１から１０」の範囲は、列挙される最小値１と列挙される最大値１０との間（かつそれらを含む）の、すなわち、１以上の最小値および１０以下の最大値を有する、全てのサブ範囲を含むことを意図している。本明細書で列挙されるいかなる最大数値限定も、その中に包含される全てのより小さい数値限定を含むことを意図しており、本明細書で列挙されるいかなる最小数値限定も、その中に包含される全てのより大きい数値限定を含むことを意図している。故に、出願人は、本明細書で明示的に列挙される範囲内に包含される任意のサブ範囲を明示的に列挙するために、特許請求の範囲を含む、本開示を修正する権利を留保する。全てのそのような範囲は、任意のそのようなサブ範囲を明示的に列挙するように修正することが、合衆国法典第３５巻第１１２条第１項および合衆国法典第３５巻第１３２条（ａ）項の要件を満たすように、本明細書で本質的に開示されることを意図している。
【００１５】
本明細書で使用される場合、文法的な冠詞「１つの（ｏｎｅ）」、（１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、特に指示されていない限り、「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」または「１つ以上の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を含むことを意図している。したがって、冠詞は、その冠詞の文法的な対象のうちの１つまたは１つを超えること（すなわち、少なくとも１つ）を意味するように本明細書で使用される。一例として、「１つの構成要素（ａ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）」は、１つ以上の構成要素を意味し、したがって、場合によっては１つを超える構成要素が企図され、説明される実施形態の実装で利用または使用されてもよい。
【００１６】
参照により本明細書に組み込まれると言われている、いかなる特許、刊行物、または他の開示資料も、特に指示されていない限り、組み込まれる資料が、本開示に明示的に記載されている既存の定義、記述、または他の開示資料と矛盾しない範囲で、その全体が本明細書に組み込まれる。そのようなものとして、かつ必要な範囲で、本明細書に記載されている明示的な開示は、参照により本明細書に組み込まれるいかなる矛盾する資料にも優先する。参照により本明細書に組み込まれると言われているが、本明細書に記載されている既存の定義、記述、または他の開示資料と矛盾するいかなる資料またはその一部分も、その組み込まれる資料と既存の開示資料との間でいかなる矛盾も起こらない範囲で組み込まれる。出願人は、参照によって本明細書に組み込まれる任意の主題またはその一部分を明示的に列挙するように、本開示を修正する権利を覆す。
【００１７】
本開示は、種々の実施形態の説明を含む。本明細書で説明される全ての実施形態は、例示的、例証的なものであり、かつ限定的でないことを理解されたい。したがって、本発明は、種々の例示的、例証的なものであり、かつ限定的でない実施形態の説明によって限定されない。むしろ、本発明は、本開示に明示的または本質的に記載される、または別様に本開示によって明示的または本質的に支持される任意の特徴を列挙するように修正することができる、特許請求の範囲によってのみ定義される。したがって、そのようないかなる修正も、合衆国法典第３５巻第１１２条第１項および合衆国法典第３５巻第１３２条（ａ）項の要件を満たすであろう。
【００１８】
本明細書で開示され、説明される種々の実施形態は、本明細書で様々に説明されるように、機構、態様、特性等を備える、それらから成る、またはそれらから本質的に成ることができる。本明細書で開示され、説明される種々の実施形態はまた、当技術分野において知られている、または別様に、実際に実装された時に種々の実施形態に含まれ得る、付加的または随意的な機構、態様、特性等を備えることができる。
【００１９】
種々の合金は、クラック感受性を特徴とする。クラック感受性合金は、加工作業中にクラックを形成する傾向がある。クラック感受性合金インゴットは、例えば、クラック感受性合金インゴットから合金物品を作製するために用いられる熱間加工作業中に、クラックを形成する場合がある。例えば、合金鋼片は、鍛造変換を用いて、合金インゴットから形成されてもよい。他の合金物品は、押し出しまたは他の加工作業を使用して、合金鋼片または合金インゴットから形成されてもよい。熱間加工中（例えば、鍛造または押し出し中）の合金インゴットの表面クラックの発生のため、熱間加工作業を用いてクラック感受性合金インゴットから形成される合金物品（例えば、合金鋼片）の生産収率は低くなり得る。
【００２０】
本明細書で使用される場合、「熱間加工」という用語は、周囲温度よりも高い温度で加工物に力を印加することを指し、印加される力は、加工物を変形させる。
【００２１】
例えば鍛造または押し出し等の熱間加工作業中に、加工作業を受けている合金インゴットの温度は、インゴットの表面に力を機械的に印加するために使用されるダイの温度よりも高くなり得る。インゴットの表面と接触ダイとの間で結果として生じる温度勾配のずれは、特に、例えばニッケル基、鉄基、ニッケル−鉄基、ならびにコバルト基の合金および超合金等の、クラック感受性合金から形成されるインゴットについて、熱間加工中のインゴットの表面クラックの一因になり得る。
【００２２】
本明細書で開示される実施形態は、熱間加工中の合金インゴットの表面クラックの発生の低減を特徴とする、インゴット処理方法および熱間加工工程を対象とする。種々の実施形態では、説明される方法および／または工程は、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に金属材料層を堆積させることを含んでもよい。合金インゴットは、堆積された金属材料層を有する表面の領域で力を合金インゴットに印加することによって熱間加工されてもよい。印加した力は、合金インゴットを変形させ得る。
【００２３】
種々の実施形態では、合金インゴットは、クラック感受性合金を含んでもよい。例えば、種々のニッケル基、鉄基、ニッケル−鉄基、ならびにコバルト基の合金および超合金は、特に熱間加工作業中にクラック感受性であり得る。合金インゴットは、そのようなクラック感受性合金および超合金から形成されてもよい。クラック感受性合金インゴットは、Ａｌｌｏｙ７１８、Ａｌｌｏｙ７２０、Ｒｅｎｅ４１（商標）合金、Ｒｅｎｅ８８（商標）合金、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）合金、およびＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）１００が挙げられるが、これらに限定されない、合金または超合金から形成されてもよい。本明細書で説明される方法、工程、およびシステムは、概して、熱間加工温度での比較的に低い延性を特徴とする、任意の合金に適用することができる。本明細書で使用される場合、「合金」という用語は、従来の合金および超合金を含み、超合金は、比較的に良好な表面安定性、耐腐食性および耐酸化性、高強度、ならびに高温での高クリープ耐性を呈する。
【００２４】
合金インゴットは、インゴット冶金作業または粉末冶金作業を用いて形成されてもよい。例えば、種々の実施形態では、合金インゴットは、ＶＩＭとその後のＶＡＲ（ＶＩＭ−ＶＡＲ作業）によって形成されてもよい。種々の実施形態では、合金インゴットは、ＥＳＲ作業がＶＩＭ作業とＶＡＲ作業との中間に行われる（ＶＩＭ−ＥＳＲ−ＶＡＲ作業）、トリプルメルトによって形成されてもよい。他の実施形態では、合金インゴットは、融解した合金の噴霧化と、結果として生じる冶金粉末の収集およびインゴットへの圧密化とを含む、粉末冶金作業を用いて形成されてもよい。
【００２５】
種々の実施形態では、合金インゴットは、スプレー形成作業を用いて形成されてもよい。例えば、原料から基合金組成を調製するために、ＶＩＭを用いてもよい。ＥＳＲ作業は、随意に、ＶＩＭの後に用いられてもよい。融解した合金は、融解した液滴を形成するために、ＶＩＭまたはＥＳＲ融解プールから抽出されて、噴霧化されてもよい。融解した合金は、例えば、低温壁誘導ガイド（ＣＩＧ）を使用して融解プールから抽出されてもよい。融解した合金液滴は、凝固したインゴットを形成するために、スプレー形成作業を用いて堆積されてもよい。
【００２６】
最初のインゴット形成後であるが、インゴット上への金属材料層の堆積および以降のインゴットの熱間加工前に、合金インゴットは、熱処理および／または表面調整されてもよい。例えば、種々の実施形態では、合金インゴットは、インゴットの合金組成および微細組織を均質化するために、高温に露出されてもよい。高温度は、合金の再結晶温度を上回るが、合金の融点温度より低くてもよい。
【００２７】
合金インゴットは、例えば、インゴットの面を研削または剥離することによって、表面調整されてもよい。合金インゴットはまた、研磨および／またはバフ磨きされてもよい。表面調整作業は、例えば高温での均質化等の、任意の随意的な熱処理ステップの前および／または後に行われてもよい。
【００２８】
種々の実施形態では、金属材料層が、合金インゴットの表面の少なくともある領域に堆積されて、冶金的に結合されてもよい。例えば、金属材料層が、インゴットの表面上に溶着物として堆積されてもよい。溶着物は、金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、プラズマ溶接、サブマージアーク溶接、および電子ビーム溶接が挙げられるが、これらに限定されない、溶接作業を用いて、合金インゴットの表面の少なくともある領域に冶金的に結合されてもよい。
【００２９】
金属材料層は、使用される特定の加工温度において下側にあるインゴットの合金よりも延性および／または可鍛性がある、金属材料を含んでもよい。金属材料層は、使用される特定の加工温度において下側にあるインゴットの合金よりも高い耐久性および／またはより小さい硬度を呈する、金属材料を含んでもよい。種々の実施形態では、金属材料層は、接触ダイの表面から下側にあるインゴットの表面を隔離し、それによって、下側にあるインゴットの表面が、熱間加工中により容易にクラックが生じ得る脆化温度まで冷却されるのを防止する。
【００３０】
金属材料層は、耐酸化性である金属材料を含んでもよい。種々の実施形態では、金属材料層は、熱間加工中またはそれ以外の間に酸化しない。金属材料層は、比較的に高剛性（例えば、比較的に低い弾性係数）を呈する、金属材料を含んでもよい。種々の実施形態では、熱間加工中に（例えば、１つ以上のダイによる力の印加が、比較的に低い剛性の金属材料が、その下側にあるインゴットの表面上で薄層化を引き起こすであろう場合）金属材料層は、実質的に薄層化しない。
【００３１】
種々の実施形態では、金属材料および下側にあるインゴットを形成する合金は、同じ母材を含んでもよい。例えば、合金インゴットが、ニッケル基合金または超合金（例えば、Ａｌｌｏｙ７２０、Ｒｅｎｅ８８（商標）合金、またはＷａｓｐａｌｏｙ（登録商標）合金）を含む場合、堆積される層の金属材料も、例えばニッケル基溶接合金（例えば、Ｔｅｃｈａｌｌｏｙ６０６（商標）合金（Ｔｅｃｈａｌｌｏｙ Ｃｏｍｐａｎｙ／Ｃｅｎｔｒａｌ Ｗｉｒｅから入手可能））等の、ニッケル基合金を含んでもよい。
【００３２】
金属材料層は、接触ダイの表面から下側にあるインゴットの表面を隔離し、それによって、下側にあるインゴットの表面が、熱間加工中により容易にクラックが生じ得る温度まで冷却されるのを防止するのに十分な厚さまで堆積させてもよい。このようにして、より高い熱間加工温度は、概して、より大きい金属材料層の厚さと相関し得る。種々の実施形態では、金属材料層は、０．２５インチから０．５インチ（約６．３５ｍｍから約１２．７ｍｍ）の厚さで、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積されてもよい。
【００３３】
合金を効果的に熱間加工することができる温度範囲は、合金の中にクラックを起こす温度に基づく。熱間加工作業のための所与の初期温度において、いくつかの合金は、合金の中にクラックを起こす温度差のため、他の合金よりも大きい温度範囲で効果的に熱間加工することができる。比較的に小さい熱間加工の温度範囲（すなわち、初期温度とクラックを起こす温度との差）を有する合金の場合、下側にあるインゴットが、クラックを起こす脆化温度範囲まで冷却されるのを防止するために、金属材料層の厚さを比較的により大きくする必要があり得る。同様に、比較的に大きい熱間加工の温度範囲を有する合金の場合、金属材料層の厚さを比較的により小さくして、それでも、下側にあるインゴットが、クラックを起こす脆化温度範囲まで冷却されるのを防止するようにしてもよい。
【００３４】
種々の実施形態では、金属材料層は、合金インゴットの少なくとも１つの端部上に堆積されてもよい。図１Ａおよび１Ｂは、対向する端部１３ａおよび１３ｂを有する細長い合金インゴット１０を例証する。金属材料層１５ａおよび１５ｂは、合金インゴット１０の端部１３ａおよび１３ｂ上に堆積される。図１Ａおよび１Ｂは、インゴット１０の両端部１３ａおよび１３ｂ上の金属材料層を示しているが、種々の実施形態では、金属材料層は、細長い合金インゴットの一方の端部上にだけ堆積されて、他方の対向端部には堆積された金属材料層がなくてもよい。図１Ａおよび１Ｂは、インゴット１０の端部を完全に覆う金属材料層を示しているが、種々の実施形態では、金属材料層は、細長い合金インゴットの対向端面の一方または両方のある部分または領域上にだけ堆積されてもよい。種々の実施形態では、金属材料は、インゴットの合金よりも延性があってもよい。
【００３５】
金属材料層は、円筒合金インゴットの円周面の少なくともある領域上に堆積されてもよい。図２は、対向端部２３ａおよび２３ｂと、円周面２７（破線で示される）とを有する、合金インゴット２０を例証する。金属材料層２５は、合金インゴット２０の円周面２７上に堆積される。図２は、円周面２７を完全に覆う金属材料層を示しているが、種々の実施形態では、金属材料層は、円筒合金インゴットの円周面のある部分または領域上にだけ堆積されてもよい。
【００３６】
図３Ａおよび３Ｂは、対向端部３３ａおよび３３ｂと、円周面３７（破線で示される）とを有する、合金インゴット３０を例証する。金属材料層３５は、合金インゴット３０の円周面３７ならびに端部３３ａおよび３３ｂ上に堆積される。このようにして、合金インゴット３０は、堆積された金属材料層３５で完全に覆われる。下側にあるインゴットの表面は、図３Ａおよび３Ｂでは破線で示される。図３Ａおよび３Ｂは、インゴット３０の端部および円周面を完全に覆う金属材料層を示しているが、種々の実施形態では、金属材料層はまた、細長い円筒合金インゴットの対向端面および／または円周面の一方または両方のある部分または領域上にだけ堆積されてもよい。
【００３７】
種々の実施形態では、インゴットの長軸の周りでインゴットを回転させて、回転するインゴットの円周面の第１の領域上に溶着物として金属材料を堆積させることによって、金属材料層が、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として堆積されてもよい。金属材料層は、少なくとも１つの静止溶接トーチを使用して堆積されてもよい。溶接トーチは、インゴットが回転して、表面がトーチの下を通過する時に、金属材料をインゴットの表面上に堆積させてもよい。このようにして、インゴットが少なくとも１回転進んだ時に、金属材料の環状層が、円筒インゴットの円周面の第１の領域上に堆積されてもよい。
【００３８】
回転するインゴットが少なくとも１回転進み、インゴットの円周面のある領域上に金属材料の環状層を堆積させた後に、金属材料の堆積させた環状層に隣接する場所に、少なくとも１つの溶接トーチが再配置されてもよい。再配置は、少なくとも１つの溶接トーチをインゴットに対して移動させることによって、および／またはインゴットを少なくとも１つの溶接トーチに対して移動させることによって行ってもよい。再配置された溶接トーチは、次いで、回転するインゴットの円周面の第２の、またはそれ以降の領域上に溶着物としてさらなる金属材料を堆積させてもよい。このようにして、第２の、またはそれ以降の環状の金属材料層が、以前に堆積させた環状の金属材料層に隣接して形成されてもよい。種々の実施形態では、金属材料の環状層は、金属材料層が、円筒インゴットの円周面の少なくともある領域を覆う連続する層を集合的に形成するように、互いに隣接して、かつ互いに接触して連続的に形成されてもよい。
【００３９】
少なくとも１つの溶接トーチの再配置および金属材料の環状層の堆積は、合金インゴットの円周面が連続する金属材料層で実質的に覆われるまで、連続的に繰り返されてもよい。種々の実施形態では、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に均一な金属材料層を形成するために、溶接作業のパラメータ、溶接トーチの配置、およびインゴットの配置は、予め定められていてもよく、および／または能動的に制御されてもよい。
【００４０】
図４Ａ−４Ｄは、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料を堆積させる実施形態を集合的に例証する。合金インゴット１００は、矢印１０２によって示されるように、長軸１０１の周りを回転する。インゴット１００が長軸１０１の周りを回転した時に、溶接トーチ１１０は静止したままであり、インゴット１００の円周面１７０上に金属材料１５０を堆積させる。金属材料１５０は、インゴットが、インゴット１００が加工される温度である時に、合金インゴット１００の合金よりも延性および／または可鍛性があってもよい。溶接トーチ１１０は、円周面１７０が溶接トーチ１１０の下を通過する時に、インゴット１００の円周面１７０の第１の領域１７１上に金属材料１５０を堆積させる。溶接トーチ１１０は、インゴット１００が少なくとも１回転進み、金属材料１５０の環状層がインゴット１００の円周面１７０の第１の領域１７１上に堆積されるまで、静止したままである（図４Ｃ）。
【００４１】
図４Ｃに示されるように、インゴット１００を少なくとも１回転させることによって、金属材料１５０の環状層がインゴット１００の円周面１７０の第１の領域１７１上に堆積された後に、溶接トーチ１１０は、図４Ｃの矢印１１２によって示されるように、インゴット１００の長軸１０１に平行な方向にトーチをある距離移動させることによって再配置される。溶接トーチ１１０は、溶接トーチ１１０が、第１の領域１７１に隣接して、したがって、既に堆積された金属材料１５０の環状層に隣接して位置するように再配置される（図４Ｄ）。図４Ｃは、長軸１０１に平行に溶接トーチ１１０を移動させることによって溶接トーチ１１０を再配置することを例証しているが、インゴット１００に対する溶接トーチ１１０の位置はまた、インゴット１００を長軸１０１に平行に移動させることによって変えてもよい。
【００４２】
図４Ｄに示されるように、再配置された溶接トーチ１１０は、インゴット１００が長軸１０１の周りを回転した時に、インゴット１００の円周面１７０の第２の領域１７２上に溶着物としてさらなる金属材料１５０’を堆積させる。このようにして、金属材料１５０’の第２の環状層が、金属材料１５０の第１の環状層に隣接して堆積される。溶接トーチ１１０およびインゴット１００の相対的位置の変更、ならびに金属材料の環状層の堆積は、合金インゴット１００の円周面１７０が、例えば図２に示されるように、金属材料で実質的に覆われるまで、連続的に繰り返されてもよい。
【００４３】
種々の実施形態では、インゴットの長軸の方向に、円筒インゴットの円周面の第１の領域に沿って少なくとも１つの溶接トーチを移動させることによって、金属材料層が、インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として堆積されてもよい。少なくとも１つの溶接トーチを、インゴットの長軸の方向に、円筒インゴットの円周面の第１の領域に沿って移動させる一方で、円筒インゴットを静止保持してもよい。代替として、少なくとも１つの溶接トーチを静止保持する一方で、円筒インゴットをインゴットの長軸の方向に移動させて、少なくとも１つの溶接トーチの下を円筒インゴットの円周面の第１の領域に通過させてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、インゴットの長軸に平行に、インゴットの円周面の第１の領域上に金属材料を堆積させてもよい。このようにして、金属材料の層は、インゴットの長軸に概して平行に、インゴットの円周面上に堆積されてもよい。
【００４４】
インゴットの長軸に平行に、インゴットの円周面上に金属材料の層を堆積させた後に、円筒インゴットは、堆積させた金属材料層（および円周面の対応する領域）を、少なくとも１つの溶接トーチから離れて移動させ、かつ少なくとも１つの溶接トーチに向かって円周面の第２の、または以降の領域を移動させるように再配置されてもよい。このようにして円筒インゴットが再配置された後に、少なくとも１つの溶接トーチをインゴットの円周面の第２の、または以降の領域に沿って、インゴットの長軸に平行な方向に、少なくとも１つの溶接トーチを移動させることによって、さらなる金属材料が、インゴットの円周面上に溶着物として堆積されてもよい。
【００４５】
少なくとも１つの溶接トーチを、インゴットの長軸に平行な方向に、円筒インゴットの円周面の第２の、または以降の領域に沿って移動させる一方で、円筒インゴットを静止保持してもよい。代替として、少なくとも１つの溶接トーチを静止保持する一方で、円筒インゴットをインゴットの長軸に平行に移動させて、少なくとも１つの溶接トーチの下を円筒インゴットの円周面の第２の、または以降の領域に通過させてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、インゴットの円周面の第２の、または以降の領域上に金属材料を堆積させてもよい。このようにして、金属材料のさらなる軸方向の層は、インゴットの長軸に概して平行にインゴットの円周面上に堆積されて、同様にインゴットの長軸に概して平行に堆積された金属材料の以前に堆積させた層に隣接し、かつそれと接触してもよい。種々の実施形態では、インゴットの円周面に対する少なくとも１つの溶接トーチの位置が変わるように、少なくとも１つの溶接トーチおよびインゴットの両方の位置が移動されてもよい。
【００４６】
円筒インゴットおよび少なくとも１つの溶接トーチの相対的再配置、ならびにインゴットの長軸に平行な方向でのインゴットの円周面上への金属材料の層の堆積は、合金インゴットの円周面が金属材料で実質的に覆われるまで、連続的に繰り返されてもよい。種々の実施形態では、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に均一な金属材料層を形成するために、溶接作業のパラメータ、溶接トーチの配置、およびインゴットの配置は、予め定められていてもよく、および／または能動的に制御されてもよい。
【００４７】
図５Ａ−５Ｄは、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料を堆積させる実施形態を集合的に例証する。図５Ａを参照すると、長軸２０１と、円周面２７０とを有する、合金インゴット２００が示される。金属材料２５０の層は、長軸２０１に平行な方向に配置された、インゴット２００の円周面２５０の領域２７１上に堆積されるように示される。溶接トーチ２１０が、矢印２１２によって示されるように、長軸２０１に平行な方向に、領域２７２に沿って移動する時に、溶接トーチ２１０は、円周面２７０の領域２７２上に溶着物２５０’としてさらなる金属材料を堆積させる。溶接トーチ２１０は、金属材料の層２５０が、インゴット２００の概して全長に沿って、円周面２７０の領域２７２の中に堆積されるまで、矢印２１２によって示されるように移動する（図５Ｃ）。
【００４８】
図５Ｃおよび５Ｄに示されるように、金属材料２５０の層が領域２７２の中に堆積された後に、インゴット２００は、金属材料層２５０（および領域２７２）を、溶接トーチ２１０から離れて移動させ、かつ円周面２７０の領域２７３を溶接トーチ２１０に向かって移動させるように再配置される。インゴット２００は、図５Ａ−５Ｄでギリシア文字のシータ（θ）によって示される所定のインデックス角度だけ、インゴット２００を回転させることによって再配置される。
【００４９】
図５Ｄに示されるように、インゴット２００が再配置された後に、矢印２１２によって示される、長軸２０１に平行な方向に、円筒インゴット２００の円周面２７０の領域２７３に沿って、溶接トーチ２１０を移動させることによって、別の金属材料の層が、インゴット２００の円筒面２７０の領域２７３上に溶着物２５０’’として堆積される。このようにして、金属材料２５０のさらなる層は、インゴット２００の円周面２７０周辺で互いに隣接し、かつ接触して形成される。金属材料の第１の層を、円周面２７０の領域２７１上に堆積させた。次いで、合金インゴット２００を、所定のインデックス角度θ１だけ回転させた。金属材料の第２の層を、円周面２７０の領域２７２上に堆積させた。次いで、合金インゴットを、所定のインデックス角度θ２だけ回転させた。第３の層は、長軸２０１に平行な方向に図４Ｄの円周面２７０の領域２７３上に堆積されているように示される。例えば、図２に示されるように、インゴット２００の再配置、溶接トーチ２１０の移動、および金属材料の層の堆積は、合金インゴット２００の円周面２７０が金属材料で実質的に覆われるまで、連続的に繰り返されてもよい。
【００５０】
図５Ａ−５Ｄは、溶接トーチ２１０が、矢印２１２によって示される、長軸２０１に平行な方向に、インゴット２００の円周面２７０の領域（２７１、２７２、２７３）に沿って移動する一方で、インゴット２００が静止保持されるように示される。代替として、溶接トーチ２１０を静止保持し、インゴット２００の円周面２７０の領域（２７１、２７２、２７３）が静止溶接トーチ２１０の下を通過するように、インゴット２００を長軸２０１の方向に移動させてもよい。溶接トーチ２１０は、インゴット２００の円周面２７０の領域（２７１、２７２、２７３）上に金属材料２５０の層を堆積させてもよい。このようにして、例えば、図２に示されるように、金属材料のさらなる層は、インゴット２００が金属材料で実質的に覆われるまで、インゴット２００の長軸２０１に概して平行に、かつ互いに隣接して、インゴット２００の円周面２７０上に堆積されてもよい。
【００５１】
種々の実施形態では、インゴットの長軸の周りでインゴットを回転させて、回転するインゴットの円周面上に溶着物として金属材料を堆積させることによって、金属材料層が、インゴットの表面上に溶着物として堆積されてもよい。金属材料層は、少なくとも１つの移動する溶接トーチを使用して堆積されてもよい。インゴットが回転する時に、少なくとも１つの溶接トーチがインゴットの長軸に平行に移動して、インゴットの表面上に金属材料を堆積させてもよい。このようにして、金属材料の堆積物は、インゴットが回転し、かつ少なくとも１つの溶接トーチが移動する時に、円筒インゴットの円周面上に螺旋状に堆積されてもよい。
【００５２】
図６Ａは、合金インゴットの表面の少なくともある領域上への溶着物としての金属材料の堆積を例証する。合金インゴット３００は、長軸３０１と、円周面３７０とを有して示される。金属材料３５０の堆積物は、インゴット３００の円周面３７０上に螺旋状に堆積されて示される。溶接トーチ３１０は、溶接トーチ３１０が、矢印３１２によって示されるように、長軸３０１に平行に移動する一方で、同時に、インゴット３００が、矢印３０２によって示されるように、長軸３０１の周りを回転する時に、円周面３７０上に金属材料層３５０を堆積させる。金属材料の層３５０が概して円周面３７０全体に沿って堆積されるまで、溶接トーチ３１０は、矢印３１２によって示されるように移動し、インゴット３００は、矢印３０２によって示されるように回転する（図６Ｂ）。
【００５３】
合金インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積された金属材料層を含む合金インゴットは、合金インゴットに力を印加することによって熱間加工されてもよい。力は、少なくとも１つの領域上に堆積された金属材料層を有する合金インゴットの少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域の中の合金インゴットに印加されてもよい。このようにして、力は、インゴット上に堆積させた金属材料層に力を印加することによって、インゴットに印加されてもよい。種々の実施形態では、熱間加工作業は、鍛造作業および／または押し出し作業を含んでもよい。例えば、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積された金属材料層を有する合金インゴットは、据え込み鍛造および／または引き抜き鍛造されてもよい。
【００５４】
据え込みおよび引き抜き鍛造作業は、据え込み鍛造作業の１つ以上のシーケンスおよび引き抜き鍛造作業の１つ以上のシーケンスを備えてもよい。据え込み作業中に、インゴットの端面は、インゴットの長さを圧縮してインゴットの断面を増加させる力をインゴットに印加する、鍛造ダイと接触してもよい。引き抜き作業中に、側面（例えば、円筒インゴットの円周面）は、インゴットの断面を圧縮して、インゴットの長さを増加させる力をインゴットに印加する、鍛造ダイと接触してもよい。
【００５５】
図７Ａおよび７Ｃは、据え込み鍛造作業を例証する。鍛造ダイ４８０／４８０’は、インゴット４００／４００’の対向端部に力を印加する。力は、矢印４８５／４８５’によって示されるように、インゴット４００／４００’の長軸４０１／４０１’に概して平行に印加される。図７Ａは、インゴット４００の対向端部上に堆積させた金属材料層を伴わないインゴット４００を示す。図７Ｃは、インゴット４００’の対向端部上に堆積された金属材料層４５０を含むインゴット４００’を示す。インゴット４００の端部は、鍛造ダイ４８０と接触している（図７Ａ）。金属材料層４５０は、鍛造ダイ４８０’と接触している（図７Ｃ）。
【００５６】
図７Ｂおよび７Ｄは、それぞれ、図７Ａおよび７Ｃに示されるような据え込み鍛造後のインゴット４００および４００’それぞれのダイ接触面を例証する。図７Ｂに示されるように、インゴット４００のダイ接触面４９０は、表面クラックを呈する。図７Ｄに示されるように、金属材料層４５０を含むインゴット４００’のダイ接触面４９０’は、表面クラックを呈しない。堆積させた金属材料層４５０は、そのような金属材料層がないこと以外は同一である鍛造された合金インゴットに対して、鍛造された合金インゴットの表面クラックの発生を低減する。
【００５７】
図８Ａおよび８Ｃは、引き抜き鍛造作業を例証する。鍛造ダイ５８０／５８０’は、インゴット５００／５００’に力を印加する。力は、矢印５８５／５８５’によって示されるように、インゴット５００／５００’の長軸５０１／５０１’に概して垂直に印加される。鍛造ダイ５８０／５８０’は、矢印５８７／５８７’によって示されるように、インゴット５００／５００’の長軸５０１／５０１’に概して平行に移動させることによって、インゴット５００／５００’の概して全長に沿って、インゴット５００／５００’に力を印加する。図８Ａは、金属材料層を伴わないインゴット５００を示す。図８Ｃは、インゴット５００’の円周面上に堆積された金属材料層５５０を有するインゴット５００’を示す。インゴット５００の円周面は、鍛造ダイ５８０と接触している（図８Ａ）。金属材料層５５０は、鍛造ダイ５８０’と接触している（図８Ｃ）。
【００５８】
図８Ｂおよび８Ｄは、それぞれ、図８Ａおよび８Ｃに示されるように、引き抜き鍛造後のインゴット５００および５００’のダイ接触面を例証する。図８Ｂに示されるように、インゴット５００のダイ接触面５９０は、表面クラックを呈する。図８Ｄに示されるように、金属材料層５５０を含むインゴット５００’のダイ接触面５９０’は、表面クラックを呈しない。堆積させた金属材料層５５０は、そのような金属材料層がないこと以外は同一である鍛造された合金インゴットに対して、鍛造された合金インゴットの表面クラックの発生を低減する。
【００５９】
種々の実施形態では、インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積された金属材料層を有するインゴットは、１回以上の据え込みおよび引き抜き鍛造作業を受けてもよい。例えば、トリプル据え込みおよび引き抜き鍛造作業では、インゴットは、最初に据え込み鍛造され、次いで、引き抜き鍛造され得る。据え込みおよび引き抜きシーケンスは、合計３回の連続的な据え込みおよび引き抜き鍛造作業について、２度以上繰り返されてもよい。インゴットのダイ接触面のうちの１つ以上は、インゴットが鍛造される前に、インゴットのダイ接触面上に堆積された金属材料層を有してもよい。
【００６０】
種々の実施形態では、インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積された金属材料層を有するインゴットは、１回以上の押し出し作業を受けてもよい。例えば、押し出し作業では、円筒インゴットは、円形のダイを強制的に通過させてもよく、それによって、直径を減少させて、インゴットの長さを増加させる。インゴットのダイ接触面のうちの１つ以上は、インゴットが押し出される前に、インゴットのダイ接触面上に堆積された金属材料層を有してもよい。
【００６１】
種々の実施形態では、鋳造、強化、またはスプレー形成したインゴットから、加工された鋼片を作製するために、本明細書で説明される方法および工程が使用されてもよい。鋼片または他の加工された物品へのインゴットの鍛造変換または押し出し変換は、元のインゴットと比較して、より微細な粒状組織を物品の中に作製し得る。金属材料層が、鍛造および／または押し出し作業中のインゴットの表面クラックの発生を低減し得るので、本明細書で説明される方法および工程は、合金インゴットから鍛造または押し出しされた製品（例えば、鋼片等）の収率を改善し得る。例えば、比較的により延性の少ない合金インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積された比較的により延性のある金属材料層は、加工用ダイによって誘発される歪みにより容易に耐え得ることが観察された。また、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積された金属材料層が、熱間加工中の加工用ダイとインゴットとの間の温度差により容易に耐え得ることも観察された。このようにして、堆積させた金属材料層は、ゼロまたは軽微な表面クラックを呈し得るが、加工中に、下側にあるインゴットでの表面クラックの発生が防止または低減されることが観察された。
【００６２】
種々の実施形態では、熱間加工後に、堆積させた金属材料層の少なくとも一部分は、熱間加工中に、インゴットから形成される製品から除去されてもよい。例えば、金属材料層の少なくとも一部分を除去するために、研磨、剥離、および／または旋盤作業が用いられてもよい。種々の実施形態では、堆積させた金属材料層の少なくとも一部分は、形成された鋼片から、鋼片を剥離（旋削）および／または研削することによりインゴットを加工することによって除去されてもよい。
【００６３】
種々の実施形態では、堆積させた金属材料層を有するインゴットは、種々の物品を製造するために使用されてもよい製品を形成するために、熱間加工されてもよい。例えば、本明細書で説明される工程は、ニッケル基、鉄基、ニッケル−鉄基、またはコバルト基の合金もしくは超合金鋼片を形成するために使用されてもよい。熱間加工されたインゴットから形成される鋼片または他の製品は、例えばタービンエンジンおよび種々の陸用タービンのための円盤および環等のタービン構成要素が挙げられるが、これらに限定されない、物品を製造するために使用されてもよい。本明細書で説明される種々の実施形態に従って処理されるインゴットから製造される他の物品には、弁、エンジン構成要素、軸、および締結具が挙げられるが、これらに限定されない。
【００６４】
本明細書で開示される実施形態はまた、インゴット処理システムおよびインゴット処理装置を対象とする。インゴット処理システムおよび装置は、インゴット位置決め装置および溶接装置を備えてもよい。インゴット位置決め装置は、インゴットの長軸の周りでインゴットを回転させるように構成される、インゴット回転装置を備えてもよい。溶接装置は、インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料層を堆積させるように構成されてもよい。
【００６５】
種々の実施形態では、インゴット回転装置は、インゴットの長軸の周りでインゴットを回転させるように構成される、旋盤を備えてもよい。インゴット回転装置は、１回転以上の完全な回転を通して、インゴットを連続的に回転させてもよく、またはインゴット回転デバイスは、例えば溶接装置の構成に応じて、所定のインデックス角度でインゴットを順次不連続的に回転させてもよい。
【００６６】
溶接装置は、例えばワイヤ送給ＭＩＧ溶接トーチ等の、少なくとも１つの溶接トーチを備えてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料の層を堆積させるように構成されてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、インゴットの端面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料層を堆積させるように構成されてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、円筒インゴットの円周面の少なくとも領域上に溶着物として金属材料層を堆積させるように構成されてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、円筒インゴットの円周面の頂部上に金属材料を堆積させるように構成されてもよい。このようにして、堆積させた溶接ビードに対する重力効果は、減少または排除され得る。
【００６７】
種々の実施形態では、少なくとも１つの溶接トーチは、ＭＩＧ溶接トーチであってもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、ワイヤ送給を有してもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、インゴットの表面から所定の距離で位置決めされてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、所定のワイヤ送給速度、所定のワイヤ電圧、および／または所定の不活性ガスパージ流速で構成されてもよい。トーチ−インゴット間表面距離、ワイヤ送給速度、電圧、不活性ガスパージ流速、および／または種々の他の溶接作業パラメータは、金属材料層がインゴット上に均一に溶接堆積されるように、予め定められてもよい。種々の他の溶接作業パラメータの同一性は、利用される特定の種類の溶接作業（例えば、ＭＩＧ、ＴＩＧ等）に依存してもよい。種々の実施形態では、特定の溶接作業で用いられる入熱（例えば、単位長さあたりのエネルギー）は、金属材料が溶接堆積されるインゴットの表面上で、実質的に均一に維持されてもよい。このようにして、下側にあるインゴットの表面の溶接関連のクラックが低減または排除され得、下側にあるインゴットと溶着物との間の冶金結合の品質が高められ得る。種々の実施形態では、溶接作業中のインゴットへの入熱は、最小限に抑えられてもよい。
【００６８】
溶接装置は、１つの溶接トーチ、直線に配列した２つ以上の溶接トーチ、または２次元もしくは３次元に配列した３つ以上の溶接トーチを備えてもよい。例えば、図４Ａ−４Ｄ、５Ａ−５Ｄは、直線に配列した３つの溶接トーチを示す。図６Ａは、１つの溶接トーチを示す。溶接装置を構成する溶接トーチの数および構成は、説明されるインゴット処理方法、システム、および装置の特定の実装によって変動してもよい。
【００６９】
種々の実施形態では、インゴット処理システムは、制御システムを備えてもよい。制御システムは、インゴットの表面の少なくともある領域上に金属材料層を均一に堆積させるために、インゴット位置決め装置と連動して溶接装置を移動させて位置決めするように構成されてもよい。制御システムは、インゴットの表面に対する少なくとも１つの溶接トーチのトーチ−表面間距離、溶接作業パラメータ、運動、および位置、ならびに／またはインゴットの運動および位置決めを制御してもよい。例えば、制御システムは、インゴットの長軸に平行に、かつ長軸に平行なインゴットの円周面の領域に沿って、概して直線様式で、少なくとも１つの溶接トーチを移動させるように構成されてもよい。制御システムはまた、インゴットの対向端面上に溶着物として金属材料を堆積させるために、少なくとも１つの溶接トーチを位置決めするように構成されてもよい。
【００７０】
種々の実施形態では、制御システムは、インゴットの粗い表面上に金属材料を均一に堆積させるために、少なくとも１つの溶接トーチを制御するように構成されてもよい。例えば、種々の実施形態では、ＭＩＧ溶接トーチの消耗電極のワイヤ送給速度、ワイヤ電極の電圧、トーチ−インゴット表面間距離、およびトーチの運動／位置決めは、回転または静止しているインゴット上で安定した円弧を与えるように能動的に制御されてもよい。このようにして、金属材料の実質的に均一な層がインゴット上に堆積されてもよい。
【００７１】
制御システムは、合金インゴットの少なくとも１つの端部上への溶着物としての金属材料層の堆積を自動化するように構成されてもよい。制御システムは、円筒合金インゴットの円周面上への溶着物としての金属材料層の堆積を自動化するように構成されてもよい。
【００７２】
インゴット処理システムは、少なくとも１つの静止溶接トーチを使用して、回転する円筒インゴットの円周面の第１の領域上に溶着物として金属材料を堆積させるように構成されてもよい。このようにして、インゴット処理システムは、円筒インゴットの円周面の周囲に金属材料の環状層を堆積させてもよい。インゴット処理システムは、回転する円筒インゴットが少なくとも１回転進んだ後に、堆積させた金属材料の環状層に隣接して、少なくとも１つの溶接トーチを再配置するように構成されてもよい。インゴット処理システムは、少なくとも１つの再配置静止溶接トーチを使用して、回転するインゴットの円周面の第２の、または以降の領域上に溶着物として金属材料を堆積させるように構成されてもよい。このようにして、インゴット処理システムは、円筒インゴットの円周面上に金属材料の別の環状層を堆積させてもよい。インゴット処理システムは、円筒インゴットの円周面が金属材料層で実質的に覆われるまで、自動化された様式で、少なくとも１つの溶接トーチの再配置および環状の金属材料層の堆積を繰り返すように構成されてもよい。
【００７３】
インゴット処理システムは、インゴットの長軸に平行に、かつ第１の領域に沿って移動させるように構成される少なくとも１つの溶接トーチを使用して、インゴットの長軸に平行な方向に沿って、静止インゴットの円周面の第１の領域上に溶着物として金属材料を堆積させるように構成されてもよい。このようにして、インゴット処理システムは、円筒インゴットの円周面の第１の領域上に金属材料の層を堆積させてもよい。インゴット処理システムは、少なくとも１つの溶接トーチから離れて円周面の第１の領域を移動させ、かつ少なくとも１つの溶接トーチに向かって円周面の第２の領域を移動させるように構成されてもよい。例えば、インゴットは、インゴット回転デバイスによって所定のインデックス角度だけを回転させてもよい。
【００７４】
インゴット処理システムは、インゴットの長軸に平行に、かつ第２の領域に沿って移動させるように構成される少なくとも１つの溶接トーチを使用して、インゴットの長軸に平行な方向に沿って、静止インゴットの円周面の第２の、または以降の領域上に溶着物として金属材料を堆積させるように構成されてもよい。このようにして、インゴット処理システムは、円筒インゴットの円周面の第２の領域上に金属材料の層を堆積させてもよい。インゴット処理システムは、円筒インゴットの円周面が金属材料層で実質的に覆われるまで、自動化された様式で、インゴットの長軸に平行な方向に沿った、インゴットの再配置および金属材料層の堆積を繰り返すように構成されてもよい。
【００７５】
インゴット処理システムは、インゴットの長軸の周りでインゴットを回転させ、同時に、インゴットの長軸に平行に溶接トーチを移動させることによって、インゴットの表面上に溶着物として金属材料を堆積させるように構成されてもよい。金属材料層は、制御システムの制御下で、少なくとも１つの移動する溶接トーチを使用して堆積されてもよい。このようにして、金属材料の堆積物は、インゴットが長軸の周りを回転し、かつ少なくとも１つの溶接トーチが長軸に平行に移動する時に、円筒インゴットの円周面上に螺旋状に堆積されてもよい。
【００７６】
以下の例証的であり、限定的でない実施例は、実施形態の範囲を限定することなく、種々の限定的でない実施形態をさらに説明することを意図している。当業者は、特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲内で、実施例の変更が可能であることを理解するであろう。全ての部およびパーセントは、特に明記しない限り重量基準である。
【実施例】
【００７７】
実施例１
Ｒｅｎｅ８８（商標）合金の３インチ（約７６．２ｍｍ）の立方体を、熱間加工作業で使用した。立方体は、Ｒｅｎｅ８８（商標）鋼片の廃棄部分からランダムに切り取った。立方体は、合金立方体の粒度を増加させて、Ｒｅｎｅ８８（商標）インゴットの加工特性に一致させるように、２１００°Ｆ（約１１４９℃）で４時間熱処理した。各立方体の表面の１つの面を、円板研削盤上で研削し、その後にベルトサンダーで研磨することによって調整した。ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層は、ＭＩＧ溶接（直径０．０４５インチ（約１．１４３ｍｍ）のＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６ワイヤ、毎分２２０インチ（約５５８８ｍｍ）、１８Ｖのワイヤ電圧、毎分５０立方フィート（約１．４ｍ３）のアルゴンパージ）を用いて、各立体の調整した面の表面上に溶着物として堆積させた。溶接堆積させたＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層は、完全に凝固させて、室温まで冷却した。図９は、写真のように配向された時に、それぞれが頂面上に溶接堆積されたＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層を有する、Ｒｅｎｅ８８（商標）の２つの３インチ（約７６．２ｍｍ）の合金立方体の写真である。
【００７８】
ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層を有するＲｅｎｅ８８（商標）合金立方体は、１時間にわたって２０００°Ｆ（約１０９３℃）に加熱して、その温度でプレス鍛造した。ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６合金層を有する表面の面は、底部ダイと接触した状態で配置し、ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６合金層のない反対側の表面の面は、上部ダイと接触した状態で配置した。３インチ（約７６．２ｍｍ）の立方体は、毎秒約１インチ（約２５．４ｍｍ）の歪み速度を用いて、１インチ（約２５．４ｍｍ）のパンケーキにプレス鍛造した。
【００７９】
図１０Ａおよび１０Ｂは、３インチ（約７６．２ｍｍ）の立方体からプレス鍛造された１インチ（約２５．４ｍｍ）パンケーキの対向側部の写真である。図１０Ａは、パンケーキの非層状化側面を示し、図１０Ｂは、ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層を有する側面を示す。図１０Ａに示される鍛造された非層状化面上には、Ｒｅｎｅ８８（商標）合金のクラック感受性が視認できる。図１０Ａに示されるように、ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層のない表面には、表面クラックが明確に視認できる。図１０Ｂに示されるように、ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層は、鍛造中の合金の表面クラックの発生を実質的に低減した。
【００８０】
図１１は、前述のように、３インチ（約７６．２ｍｍ）の合金立方体からプレス鍛造された、断面の１インチ（約２５．４ｍｍ）パンケーキの写真である。ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層と、下側にある鍛造されたＲｅｎｅ８８（商標）との間の界面は、パンケーキの溶接した表面の断面（写真のように配向した時の頂面）に対応する、中間半径部位（図１１に「１１Ａ」で表記される）において、光学顕微鏡を使用して撮像した。図１１Ａは、図１１に示される中間半径部位で撮影した顕微鏡写真である。
【００８１】
図１１Ａに示されるように、強く均一な冶金結合が、ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層と、下側にあるＲｅｎｅ８８（商標）との間に形成された。冶金結合はプレス鍛造に耐え、いかなる層間剥離または脱結合も観察されなかった。ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層の露出表面、およびＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層と下側にある鍛造Ｒｅｎｅ８８（商標）との間の界面のどちらにも、実質的にクラックを含まない。ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層を（例えば、研削によって）除去すると、実質的に表面クラックを含まない下側にある鍛造Ｒｅｎｅ８８（商標）が現れる。
【００８２】
本開示を、種々の例示的、例証的なものであり、かつ限定的でない実施形態に関して記述してきた。しかしながら、特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲から逸脱することなく、開示される実施形態（またはその一部分）のうちのいずれかの種々の置換、修正、または組み合わせを行ってもよいことが、当業者によって認識されるであろう。したがって、本開示が、本明細書に明示的に記載されていない付加的な実施形態を包含することが、企図され、理解される。そのような実施形態は、例えば、本明細書に開示される実施形態の開示されるステップ、成分、構成成分、構成要素、要素、機構、態様、特性、制限のうちのいずれかを組み合わせる、修正する、または再編成することによって得られてもよい。したがって、本開示は、種々の例示的で、例証的であり、かつ限定的でない実施形態の説明によって限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。このようにして、出願人は、様々に本明細書で説明される機構を加えるために、出願手続き中に特許請求の範囲を修正する権利を留保する。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、合金インゴットを処理するためのシステムおよび方法を対象とする。本開示はまた、合金インゴットを熱間加工するための工程を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
金属合金製品は、インゴット冶金作業または粉末冶金作業を用いて調製され得る。インゴット冶金作業は、合金原料の融解と、融解した材料のインゴットへの鋳造とを伴い得る。インゴット冶金作業の限定的でない例は、「トリプルメルト」技術であり、次の３つの融解作業を含む。（１）原料から所望の合金組成を調製するための、真空誘導溶解（ＶＩＭ）、（２）例えば酸素含有異物のレベルを低減し得る、エレクトロスラグ精錬（ＥＳＲ）、および（３）ＥＳＲ後の凝固中に起こり得る組成偏析を低減し得る、真空アーク再融解（ＶＡＲ）。インゴットは、ＶＡＲ作業後の凝固中に形成され得る。
【０００３】
粉末冶金作業は、融解した合金の噴霧化と、凝固させた冶金粉末の収集およびインゴットへの圧密化とを含み得る。粉末冶金作業の限定的でない例は、以下のステップを含む。（１）原料から所望の合金組成を調製するための、ＶＩＭ、（２）合金粉末に凝固する融解した合金液滴への融解した合金の噴霧化、（３）随意に、異物を低減するための、篩分け、（４）キャンニングおよび脱ガス、ならびに（５）合金粉末を合金インゴットに圧密化するための、プレス。
【０００４】
インゴット冶金作業および粉末冶金作業から形成される合金インゴットは、他の合金製品を作製するために、熱間加工されてもよい。例えば、合金インゴットを形成するための凝固または圧密化の後に、インゴットは、インゴットから鋼片または他の合金物品を形成するために、鍛造および／または押し出しを受けてもよい。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書で開示される実施形態は、インゴット処理方法を対象とする。インゴット処理方法は、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に金属材料層を堆積させることを含んでもよい。インゴット処理方法は、金属材料層が、熱間加工中の合金インゴットの表面クラックの発生を低減することを特徴としてもよい。
【０００６】
本明細書で開示される他の実施形態は、熱間加工工程を対象とする。熱間加工工程は、合金インゴットを変形させるために、合金インゴットに力を印加することを含んでもよい。合金インゴットは、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積される金属材料層を含んでもよい。熱間加工工程は、金属材料層上に力が印加されることを特徴としてもよい。
【０００７】
本明細書で開示される他の実施形態は、インゴット処理システムを対象とする。インゴット処理システムは、インゴット位置決め装置を備えてもよい。インゴット位置決め装置は、インゴットの長軸の周りでインゴットを回転させるように構成されてもよい。インゴット処理システムはまた、溶接装置を備えてもよい。溶接装置は、インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料層を堆積させるように構成されてもよい。
【０００８】
本明細書で開示され、説明される本発明は、この発明の概要で開示される実施形態に限定されないものと理解される。
【０００９】
本明細書で開示され、説明される限定的でない実施形態の種々の特性は、添付図面を参照することによってより良好に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】インゴットの端面上に堆積された金属材料層を有するインゴットの側面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示されるインゴットの斜視図である。
【図２】インゴットの円周面上に堆積された金属材料層を有するインゴットの斜視図である。
【図３Ａ】インゴットの端面および円周面上に堆積された金属材料層を有するインゴットの側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示されるインゴットの斜視図である。
【図４Ａ】インゴットの円周表面上に溶着物として金属材料を堆積させる１つの方法を例証する斜視図である。
【図４Ｂ】インゴットの円周表面上に溶着物として金属材料を堆積させる１つの方法を例証する斜視図である。
【図４Ｃ】インゴットの円周表面上に溶着物として金属材料を堆積させる１つの方法を例証する斜視図である。
【図４Ｄ】インゴットの円周表面上に溶着物として金属材料を堆積させる１つの方法を例証する斜視図である。
【図５Ａ】インゴットの円周面上に溶着物として金属材料を堆積させる別の方法を例証する斜視図である。
【図５Ｂ】インゴットの円周面上に溶着物として金属材料を堆積させる別の方法を例証する斜視図である。
【図５Ｃ】インゴットの円周面上に溶着物として金属材料を堆積させる別の方法を例証する斜視図である。
【図５Ｄ】インゴットの円周面上に溶着物として金属材料を堆積させる別の方法を例証する斜視図である。
【図６Ａ】インゴットの円周面上に溶着物として金属材料を堆積させる方法の別の実施形態を例証する斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示される、インゴットの円周面上全体に溶着物として堆積された金属材料層を有するインゴットの斜視図である。
【図７Ａ】据え込み鍛造作業におけるインゴットの側部断面図である。
【図７Ｂ】据え込み鍛造後の図７Ａに示されるインゴットの拡大部分側部断面図である。
【図７Ｃ】据え込み鍛造作業中で、インゴットの端面上に堆積された金属材料層を有するインゴットの側部断面図である。
【図７Ｄ】据え込み鍛造後の図７Ｃに示されるインゴットの拡大部分側部断面図である。
【図８Ａ】引き抜き鍛造作業中のインゴットの側部断面図である。
【図８Ｂ】引き抜き鍛造後の図８Ａに示されるインゴットの拡大部分側部断面図である。
【図８Ｃ】引き抜き鍛造作業中で、インゴットの円周面上に堆積された金属材料層を有するインゴットの側部断面図である。
【図８Ｄ】引き抜き鍛造後の図８Ｃに示されるインゴットの拡大部分側部断面図である。
【図９】それぞれが立方体の頂面上に溶接作業によって堆積された金属材料層を有する（写真のように配向された時）、２つの３インチ（約７６．２ｍｍ）の合金立方体の写真である。
【図１０Ａ】合金立方体の１つのダイ接触面上に溶接作業によって堆積された金属材料層を有する３インチ（約７６．２ｍｍ）の合金立方体からプレス鍛造された１インチ（約２５．４ｍｍ）パンケーキの２つのダイ接触面の写真である。
【図１０Ｂ】合金立方体の１つのダイ接触面上に溶接作業によって堆積された金属材料層を有する３インチ（約７６．２ｍｍ）の合金立方体からプレス鍛造された１インチ（約２５．４ｍｍ）パンケーキの２つのダイ接触面の写真である。
【図１１】合金立方体の１つのダイ接触面上に溶接作業によって堆積された金属材料層を有する３インチ（約７６．２ｍｍ）の合金立方体からプレス鍛造された、断面の１インチ（約２５．４ｍｍ）パンケーキの写真である（写真のように配向された時の頂面）。
【図１１Ａ】図１１に示される溶接面の断面に沿った顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
読み手は、本開示による種々の限定的でない実施形態の以下の発明を実施するための形態を検討した時に、前述の詳細、ならびにその他を理解するであろう。読み取りはまた、本明細書で説明される実施形態を実行または使用した時に、さらなる詳細を理解することができる。
【００１２】
開示される実施形態の種々の説明は、開示される実施形態の明確な理解に関連するそれらの機構、態様、特性等だけを例証するために簡略化される一方で、明確にするために、他の機構、態様、特性等を排除していることを理解されたい。当業者は、開示される実施形態の本説明を検討した時に、他の機構、態様、特性等が、開示される実施形態の特定の実装または適用に望ましくなり得ることを認識するであろう。しかしながら、そのような他の機構、態様、特性等は、開示される実施形態の本説明を検討した時に当業者によって容易に確認および実装されてもよく、したがって、開示される実施形態の完全な理解には必要ではないので、そのような機構、態様、特性等の説明は本明細書には提供されない。よって、本明細書に記載される説明は、開示される実施形態を例示および例証するものに過ぎず、特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲を限定することを意図していないことを理解されたい。
【００１３】
本開示では、特に指示されていない限り、数量または特性を表す全ての数は、「約」という用語が前置され、それによって修飾されるものとして理解されたい。故に、そうでないことが指示されていない限り、以下の説明に記載されるいかなる数値パラメータも、本開示による実施形態で得ようとする所望の特性に応じて変動し得る。最低でも、かつ均等の原則を特許請求の範囲に適用することを限定しようとするものとしてではなく、本説明で説明される各数値パラメータは、少なくとも、報告される有効数字の数に照らして、かつ通常の丸め技法を適用することによって解釈すべきである。
【００１４】
また、本明細書で列挙されるいかなる数値的範囲も、その中に包含される全てのサブ範囲を含むことを意図している。例えば、「１から１０」の範囲は、列挙される最小値１と列挙される最大値１０との間（かつそれらを含む）の、すなわち、１以上の最小値および１０以下の最大値を有する、全てのサブ範囲を含むことを意図している。本明細書で列挙されるいかなる最大数値限定も、その中に包含される全てのより小さい数値限定を含むことを意図しており、本明細書で列挙されるいかなる最小数値限定も、その中に包含される全てのより大きい数値限定を含むことを意図している。故に、出願人は、本明細書で明示的に列挙される範囲内に包含される任意のサブ範囲を明示的に列挙するために、特許請求の範囲を含む、本開示を修正する権利を留保する。全てのそのような範囲は、任意のそのようなサブ範囲を明示的に列挙するように修正することが、合衆国法典第３５巻第１１２条第１項および合衆国法典第３５巻第１３２条（ａ）項の要件を満たすように、本明細書で本質的に開示されることを意図している。
【００１５】
本明細書で使用される場合、文法的な冠詞「１つの（ｏｎｅ）」、（１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、特に指示されていない限り、「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」または「１つ以上の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を含むことを意図している。したがって、冠詞は、その冠詞の文法的な対象のうちの１つまたは１つを超えること（すなわち、少なくとも１つ）を意味するように本明細書で使用される。一例として、「１つの構成要素（ａ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）」は、１つ以上の構成要素を意味し、したがって、場合によっては１つを超える構成要素が企図され、説明される実施形態の実装で利用または使用されてもよい。
【００１６】
参照により本明細書に組み込まれると言われている、いかなる特許、刊行物、または他の開示資料も、特に指示されていない限り、組み込まれる資料が、本開示に明示的に記載されている既存の定義、記述、または他の開示資料と矛盾しない範囲で、その全体が本明細書に組み込まれる。そのようなものとして、かつ必要な範囲で、本明細書に記載されている明示的な開示は、参照により本明細書に組み込まれるいかなる矛盾する資料にも優先する。参照により本明細書に組み込まれると言われているが、本明細書に記載されている既存の定義、記述、または他の開示資料と矛盾するいかなる資料またはその一部分も、その組み込まれる資料と既存の開示資料との間でいかなる矛盾も起こらない範囲で組み込まれる。出願人は、参照によって本明細書に組み込まれる任意の主題またはその一部分を明示的に列挙するように、本開示を修正する権利を覆す。
【００１７】
本開示は、種々の実施形態の説明を含む。本明細書で説明される全ての実施形態は、例示的、例証的なものであり、かつ限定的でないことを理解されたい。したがって、本発明は、種々の例示的、例証的なものであり、かつ限定的でない実施形態の説明によって限定されない。むしろ、本発明は、本開示に明示的または本質的に記載される、または別様に本開示によって明示的または本質的に支持される任意の特徴を列挙するように修正することができる、特許請求の範囲によってのみ定義される。したがって、そのようないかなる修正も、合衆国法典第３５巻第１１２条第１項および合衆国法典第３５巻第１３２条（ａ）項の要件を満たすであろう。
【００１８】
本明細書で開示され、説明される種々の実施形態は、本明細書で様々に説明されるように、機構、態様、特性等を備える、それらから成る、またはそれらから本質的に成ることができる。本明細書で開示され、説明される種々の実施形態はまた、当技術分野において知られている、または別様に、実際に実装された時に種々の実施形態に含まれ得る、付加的または随意的な機構、態様、特性等を備えることができる。
【００１９】
種々の合金は、クラック感受性を特徴とする。クラック感受性合金は、加工作業中にクラックを形成する傾向がある。クラック感受性合金インゴットは、例えば、クラック感受性合金インゴットから合金物品を作製するために用いられる熱間加工作業中に、クラックを形成する場合がある。例えば、合金鋼片は、鍛造変換を用いて、合金インゴットから形成されてもよい。他の合金物品は、押し出しまたは他の加工作業を使用して、合金鋼片または合金インゴットから形成されてもよい。熱間加工中（例えば、鍛造または押し出し中）の合金インゴットの表面クラックの発生のため、熱間加工作業を用いてクラック感受性合金インゴットから形成される合金物品（例えば、合金鋼片）の生産収率は低くなり得る。
【００２０】
本明細書で使用される場合、「熱間加工」という用語は、周囲温度よりも高い温度で加工物に力を印加することを指し、印加される力は、加工物を変形させる。
【００２１】
例えば鍛造または押し出し等の熱間加工作業中に、加工作業を受けている合金インゴットの温度は、インゴットの表面に力を機械的に印加するために使用されるダイの温度よりも高くなり得る。インゴットの表面と接触ダイとの間で結果として生じる温度勾配のずれは、特に、例えばニッケル基、鉄基、ニッケル−鉄基、ならびにコバルト基の合金および超合金等の、クラック感受性合金から形成されるインゴットについて、熱間加工中のインゴットの表面クラックの一因になり得る。
【００２２】
本明細書で開示される実施形態は、熱間加工中の合金インゴットの表面クラックの発生の低減を特徴とする、インゴット処理方法および熱間加工工程を対象とする。種々の実施形態では、説明される方法および／または工程は、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に金属材料層を堆積させることを含んでもよい。合金インゴットは、堆積された金属材料層を有する表面の領域で力を合金インゴットに印加することによって熱間加工されてもよい。印加した力は、合金インゴットを変形させ得る。
【００２３】
種々の実施形態では、合金インゴットは、クラック感受性合金を含んでもよい。例えば、種々のニッケル基、鉄基、ニッケル−鉄基、ならびにコバルト基の合金および超合金は、特に熱間加工作業中にクラック感受性であり得る。合金インゴットは、そのようなクラック感受性合金および超合金から形成されてもよい。クラック感受性合金インゴットは、Ａｌｌｏｙ７１８、Ａｌｌｏｙ７２０、Ｒｅｎｅ４１（商標）合金、Ｒｅｎｅ８８（商標）合金、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）合金、およびＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）１００が挙げられるが、これらに限定されない、合金または超合金から形成されてもよい。本明細書で説明される方法、工程、およびシステムは、概して、熱間加工温度での比較的に低い延性を特徴とする、任意の合金に適用することができる。本明細書で使用される場合、「合金」という用語は、従来の合金および超合金を含み、超合金は、比較的に良好な表面安定性、耐腐食性および耐酸化性、高強度、ならびに高温での高クリープ耐性を呈する。
【００２４】
合金インゴットは、インゴット冶金作業または粉末冶金作業を用いて形成されてもよい。例えば、種々の実施形態では、合金インゴットは、ＶＩＭとその後のＶＡＲ（ＶＩＭ−ＶＡＲ作業）によって形成されてもよい。種々の実施形態では、合金インゴットは、ＥＳＲ作業がＶＩＭ作業とＶＡＲ作業との中間に行われる（ＶＩＭ−ＥＳＲ−ＶＡＲ作業）、トリプルメルトによって形成されてもよい。他の実施形態では、合金インゴットは、融解した合金の噴霧化と、結果として生じる冶金粉末の収集およびインゴットへの圧密化とを含む、粉末冶金作業を用いて形成されてもよい。
【００２５】
種々の実施形態では、合金インゴットは、スプレー形成作業を用いて形成されてもよい。例えば、原料から基合金組成を調製するために、ＶＩＭを用いてもよい。ＥＳＲ作業は、随意に、ＶＩＭの後に用いられてもよい。融解した合金は、融解した液滴を形成するために、ＶＩＭまたはＥＳＲ融解プールから抽出されて、噴霧化されてもよい。融解した合金は、例えば、低温壁誘導ガイド（ＣＩＧ）を使用して融解プールから抽出されてもよい。融解した合金液滴は、凝固したインゴットを形成するために、スプレー形成作業を用いて堆積されてもよい。
【００２６】
最初のインゴット形成後であるが、インゴット上への金属材料層の堆積および以降のインゴットの熱間加工前に、合金インゴットは、熱処理および／または表面調整されてもよい。例えば、種々の実施形態では、合金インゴットは、インゴットの合金組成および微細組織を均質化するために、高温に露出されてもよい。高温度は、合金の再結晶温度を上回るが、合金の融点温度より低くてもよい。
【００２７】
合金インゴットは、例えば、インゴットの面を研削または剥離することによって、表面調整されてもよい。合金インゴットはまた、研磨および／またはバフ磨きされてもよい。表面調整作業は、例えば高温での均質化等の、任意の随意的な熱処理ステップの前および／または後に行われてもよい。
【００２８】
種々の実施形態では、金属材料層が、合金インゴットの表面の少なくともある領域に堆積されて、冶金的に結合されてもよい。例えば、金属材料層が、インゴットの表面上に溶着物として堆積されてもよい。溶着物は、金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、プラズマ溶接、サブマージアーク溶接、および電子ビーム溶接が挙げられるが、これらに限定されない、溶接作業を用いて、合金インゴットの表面の少なくともある領域に冶金的に結合されてもよい。
【００２９】
金属材料層は、使用される特定の加工温度において下側にあるインゴットの合金よりも延性および／または可鍛性がある、金属材料を含んでもよい。金属材料層は、使用される特定の加工温度において下側にあるインゴットの合金よりも高い耐久性および／またはより小さい硬度を呈する、金属材料を含んでもよい。種々の実施形態では、金属材料層は、接触ダイの表面から下側にあるインゴットの表面を隔離し、それによって、下側にあるインゴットの表面が、熱間加工中により容易にクラックが生じ得る脆化温度まで冷却されるのを防止する。
【００３０】
金属材料層は、耐酸化性である金属材料を含んでもよい。種々の実施形態では、金属材料層は、熱間加工中またはそれ以外の間に酸化しない。金属材料層は、比較的に高剛性（例えば、比較的に低い弾性係数）を呈する、金属材料を含んでもよい。種々の実施形態では、熱間加工中に（例えば、１つ以上のダイによる力の印加が、比較的に低い剛性の金属材料が、その下側にあるインゴットの表面上で薄層化を引き起こすであろう場合）金属材料層は、実質的に薄層化しない。
【００３１】
種々の実施形態では、金属材料および下側にあるインゴットを形成する合金は、同じ母材を含んでもよい。例えば、合金インゴットが、ニッケル基合金または超合金（例えば、Ａｌｌｏｙ７２０、Ｒｅｎｅ８８（商標）合金、またはＷａｓｐａｌｏｙ（登録商標）合金）を含む場合、堆積される層の金属材料も、例えばニッケル基溶接合金（例えば、Ｔｅｃｈａｌｌｏｙ６０６（商標）合金（Ｔｅｃｈａｌｌｏｙ Ｃｏｍｐａｎｙ／Ｃｅｎｔｒａｌ Ｗｉｒｅから入手可能））等の、ニッケル基合金を含んでもよい。
【００３２】
金属材料層は、接触ダイの表面から下側にあるインゴットの表面を隔離し、それによって、下側にあるインゴットの表面が、熱間加工中により容易にクラックが生じ得る温度まで冷却されるのを防止するのに十分な厚さまで堆積させてもよい。このようにして、より高い熱間加工温度は、概して、より大きい金属材料層の厚さと相関し得る。種々の実施形態では、金属材料層は、０．２５インチから０．５インチ（約６．３５ｍｍから約１２．７ｍｍ）の厚さで、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積されてもよい。
【００３３】
合金を効果的に熱間加工することができる温度範囲は、合金の中にクラックを起こす温度に基づく。熱間加工作業のための所与の初期温度において、いくつかの合金は、合金の中にクラックを起こす温度差のため、他の合金よりも大きい温度範囲で効果的に熱間加工することができる。比較的に小さい熱間加工の温度範囲（すなわち、初期温度とクラックを起こす温度との差）を有する合金の場合、下側にあるインゴットが、クラックを起こす脆化温度範囲まで冷却されるのを防止するために、金属材料層の厚さを比較的により大きくする必要があり得る。同様に、比較的に大きい熱間加工の温度範囲を有する合金の場合、金属材料層の厚さを比較的により小さくして、それでも、下側にあるインゴットが、クラックを起こす脆化温度範囲まで冷却されるのを防止するようにしてもよい。
【００３４】
種々の実施形態では、金属材料層は、合金インゴットの少なくとも１つの端部上に堆積されてもよい。図１Ａおよび１Ｂは、対向する端部１３ａおよび１３ｂを有する細長い合金インゴット１０を例証する。金属材料層１５ａおよび１５ｂは、合金インゴット１０の端部１３ａおよび１３ｂ上に堆積される。図１Ａおよび１Ｂは、インゴット１０の両端部１３ａおよび１３ｂ上の金属材料層を示しているが、種々の実施形態では、金属材料層は、細長い合金インゴットの一方の端部上にだけ堆積されて、他方の対向端部には堆積された金属材料層がなくてもよい。図１Ａおよび１Ｂは、インゴット１０の端部を完全に覆う金属材料層を示しているが、種々の実施形態では、金属材料層は、細長い合金インゴットの対向端面の一方または両方のある部分または領域上にだけ堆積されてもよい。種々の実施形態では、金属材料は、インゴットの合金よりも延性があってもよい。
【００３５】
金属材料層は、円筒合金インゴットの円周面の少なくともある領域上に堆積されてもよい。図２は、対向端部２３ａおよび２３ｂと、円周面２７（破線で示される）とを有する、合金インゴット２０を例証する。金属材料層２５は、合金インゴット２０の円周面２７上に堆積される。図２は、円周面２７を完全に覆う金属材料層を示しているが、種々の実施形態では、金属材料層は、円筒合金インゴットの円周面のある部分または領域上にだけ堆積されてもよい。
【００３６】
図３Ａおよび３Ｂは、対向端部３３ａおよび３３ｂと、円周面３７（破線で示される）とを有する、合金インゴット３０を例証する。金属材料層３５は、合金インゴット３０の円周面３７ならびに端部３３ａおよび３３ｂ上に堆積される。このようにして、合金インゴット３０は、堆積された金属材料層３５で完全に覆われる。下側にあるインゴットの表面は、図３Ａおよび３Ｂでは破線で示される。図３Ａおよび３Ｂは、インゴット３０の端部および円周面を完全に覆う金属材料層を示しているが、種々の実施形態では、金属材料層はまた、細長い円筒合金インゴットの対向端面および／または円周面の一方または両方のある部分または領域上にだけ堆積されてもよい。
【００３７】
種々の実施形態では、インゴットの長軸の周りでインゴットを回転させて、回転するインゴットの円周面の第１の領域上に溶着物として金属材料を堆積させることによって、金属材料層が、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として堆積されてもよい。金属材料層は、少なくとも１つの静止溶接トーチを使用して堆積されてもよい。溶接トーチは、インゴットが回転して、表面がトーチの下を通過する時に、金属材料をインゴットの表面上に堆積させてもよい。このようにして、インゴットが少なくとも１回転進んだ時に、金属材料の環状層が、円筒インゴットの円周面の第１の領域上に堆積されてもよい。
【００３８】
回転するインゴットが少なくとも１回転進み、インゴットの円周面のある領域上に金属材料の環状層を堆積させた後に、金属材料の堆積させた環状層に隣接する場所に、少なくとも１つの溶接トーチが再配置されてもよい。再配置は、少なくとも１つの溶接トーチをインゴットに対して移動させることによって、および／またはインゴットを少なくとも１つの溶接トーチに対して移動させることによって行ってもよい。再配置された溶接トーチは、次いで、回転するインゴットの円周面の第２の、またはそれ以降の領域上に溶着物としてさらなる金属材料を堆積させてもよい。このようにして、第２の、またはそれ以降の環状の金属材料層が、以前に堆積させた環状の金属材料層に隣接して形成されてもよい。種々の実施形態では、金属材料の環状層は、金属材料層が、円筒インゴットの円周面の少なくともある領域を覆う連続する層を集合的に形成するように、互いに隣接して、かつ互いに接触して連続的に形成されてもよい。
【００３９】
少なくとも１つの溶接トーチの再配置および金属材料の環状層の堆積は、合金インゴットの円周面が連続する金属材料層で実質的に覆われるまで、連続的に繰り返されてもよい。種々の実施形態では、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に均一な金属材料層を形成するために、溶接作業のパラメータ、溶接トーチの配置、およびインゴットの配置は、予め定められていてもよく、および／または能動的に制御されてもよい。
【００４０】
図４Ａ−４Ｄは、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料を堆積させる実施形態を集合的に例証する。合金インゴット１００は、矢印１０２によって示されるように、長軸１０１の周りを回転する。インゴット１００が長軸１０１の周りを回転した時に、溶接トーチ１１０は静止したままであり、インゴット１００の円周面１７０上に金属材料１５０を堆積させる。金属材料１５０は、インゴットが、インゴット１００が加工される温度である時に、合金インゴット１００の合金よりも延性および／または可鍛性があってもよい。溶接トーチ１１０は、円周面１７０が溶接トーチ１１０の下を通過する時に、インゴット１００の円周面１７０の第１の領域１７１上に金属材料１５０を堆積させる。溶接トーチ１１０は、インゴット１００が少なくとも１回転進み、金属材料１５０の環状層がインゴット１００の円周面１７０の第１の領域１７１上に堆積されるまで、静止したままである（図４Ｃ）。
【００４１】
図４Ｃに示されるように、インゴット１００を少なくとも１回転させることによって、金属材料１５０の環状層がインゴット１００の円周面１７０の第１の領域１７１上に堆積された後に、溶接トーチ１１０は、図４Ｃの矢印１１２によって示されるように、インゴット１００の長軸１０１に平行な方向にトーチをある距離移動させることによって再配置される。溶接トーチ１１０は、溶接トーチ１１０が、第１の領域１７１に隣接して、したがって、既に堆積された金属材料１５０の環状層に隣接して位置するように再配置される（図４Ｄ）。図４Ｃは、長軸１０１に平行に溶接トーチ１１０を移動させることによって溶接トーチ１１０を再配置することを例証しているが、インゴット１００に対する溶接トーチ１１０の位置はまた、インゴット１００を長軸１０１に平行に移動させることによって変えてもよい。
【００４２】
図４Ｄに示されるように、再配置された溶接トーチ１１０は、インゴット１００が長軸１０１の周りを回転した時に、インゴット１００の円周面１７０の第２の領域１７２上に溶着物としてさらなる金属材料１５０’を堆積させる。このようにして、金属材料１５０’の第２の環状層が、金属材料１５０の第１の環状層に隣接して堆積される。溶接トーチ１１０およびインゴット１００の相対的位置の変更、ならびに金属材料の環状層の堆積は、合金インゴット１００の円周面１７０が、例えば図２に示されるように、金属材料で実質的に覆われるまで、連続的に繰り返されてもよい。
【００４３】
種々の実施形態では、インゴットの長軸の方向に、円筒インゴットの円周面の第１の領域に沿って少なくとも１つの溶接トーチを移動させることによって、金属材料層が、インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として堆積されてもよい。少なくとも１つの溶接トーチを、インゴットの長軸の方向に、円筒インゴットの円周面の第１の領域に沿って移動させる一方で、円筒インゴットを静止保持してもよい。代替として、少なくとも１つの溶接トーチを静止保持する一方で、円筒インゴットをインゴットの長軸の方向に移動させて、少なくとも１つの溶接トーチの下を円筒インゴットの円周面の第１の領域に通過させてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、インゴットの長軸に平行に、インゴットの円周面の第１の領域上に金属材料を堆積させてもよい。このようにして、金属材料の層は、インゴットの長軸に概して平行に、インゴットの円周面上に堆積されてもよい。
【００４４】
インゴットの長軸に平行に、インゴットの円周面上に金属材料の層を堆積させた後に、円筒インゴットは、堆積させた金属材料層（および円周面の対応する領域）を、少なくとも１つの溶接トーチから離れて移動させ、かつ少なくとも１つの溶接トーチに向かって円周面の第２の、または以降の領域を移動させるように再配置されてもよい。このようにして円筒インゴットが再配置された後に、少なくとも１つの溶接トーチをインゴットの円周面の第２の、または以降の領域に沿って、インゴットの長軸に平行な方向に、少なくとも１つの溶接トーチを移動させることによって、さらなる金属材料が、インゴットの円周面上に溶着物として堆積されてもよい。
【００４５】
少なくとも１つの溶接トーチを、インゴットの長軸に平行な方向に、円筒インゴットの円周面の第２の、または以降の領域に沿って移動させる一方で、円筒インゴットを静止保持してもよい。代替として、少なくとも１つの溶接トーチを静止保持する一方で、円筒インゴットをインゴットの長軸に平行に移動させて、少なくとも１つの溶接トーチの下を円筒インゴットの円周面の第２の、または以降の領域に通過させてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、インゴットの円周面の第２の、または以降の領域上に金属材料を堆積させてもよい。このようにして、金属材料のさらなる軸方向の層は、インゴットの長軸に概して平行にインゴットの円周面上に堆積されて、同様にインゴットの長軸に概して平行に堆積された金属材料の以前に堆積させた層に隣接し、かつそれと接触してもよい。種々の実施形態では、インゴットの円周面に対する少なくとも１つの溶接トーチの位置が変わるように、少なくとも１つの溶接トーチおよびインゴットの両方の位置が移動されてもよい。
【００４６】
円筒インゴットおよび少なくとも１つの溶接トーチの相対的再配置、ならびにインゴットの長軸に平行な方向でのインゴットの円周面上への金属材料の層の堆積は、合金インゴットの円周面が金属材料で実質的に覆われるまで、連続的に繰り返されてもよい。種々の実施形態では、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に均一な金属材料層を形成するために、溶接作業のパラメータ、溶接トーチの配置、およびインゴットの配置は、予め定められていてもよく、および／または能動的に制御されてもよい。
【００４７】
図５Ａ−５Ｄは、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料を堆積させる実施形態を集合的に例証する。図５Ａを参照すると、長軸２０１と、円周面２７０とを有する、合金インゴット２００が示される。金属材料２５０の層は、長軸２０１に平行な方向に配置された、インゴット２００の円周面２５０の領域２７１上に堆積されるように示される。溶接トーチ２１０が、矢印２１２によって示されるように、長軸２０１に平行な方向に、領域２７２に沿って移動する時に、溶接トーチ２１０は、円周面２７０の領域２７２上に溶着物２５０’としてさらなる金属材料を堆積させる。溶接トーチ２１０は、金属材料の層２５０が、インゴット２００の概して全長に沿って、円周面２７０の領域２７２の中に堆積されるまで、矢印２１２によって示されるように移動する（図５Ｃ）。
【００４８】
図５Ｃおよび５Ｄに示されるように、金属材料２５０の層が領域２７２の中に堆積された後に、インゴット２００は、金属材料層２５０（および領域２７２）を、溶接トーチ２１０から離れて移動させ、かつ円周面２７０の領域２７３を溶接トーチ２１０に向かって移動させるように再配置される。インゴット２００は、図５Ａ−５Ｄでギリシア文字のシータ（θ）によって示される所定のインデックス角度だけ、インゴット２００を回転させることによって再配置される。
【００４９】
図５Ｄに示されるように、インゴット２００が再配置された後に、矢印２１２によって示される、長軸２０１に平行な方向に、円筒インゴット２００の円周面２７０の領域２７３に沿って、溶接トーチ２１０を移動させることによって、別の金属材料の層が、インゴット２００の円筒面２７０の領域２７３上に溶着物２５０’’として堆積される。このようにして、金属材料２５０のさらなる層は、インゴット２００の円周面２７０周辺で互いに隣接し、かつ接触して形成される。金属材料の第１の層を、円周面２７０の領域２７１上に堆積させた。次いで、合金インゴット２００を、所定のインデックス角度θ１だけ回転させた。金属材料の第２の層を、円周面２７０の領域２７２上に堆積させた。次いで、合金インゴットを、所定のインデックス角度θ２だけ回転させた。第３の層は、長軸２０１に平行な方向に図４Ｄの円周面２７０の領域２７３上に堆積されているように示される。例えば、図２に示されるように、インゴット２００の再配置、溶接トーチ２１０の移動、および金属材料の層の堆積は、合金インゴット２００の円周面２７０が金属材料で実質的に覆われるまで、連続的に繰り返されてもよい。
【００５０】
図５Ａ−５Ｄは、溶接トーチ２１０が、矢印２１２によって示される、長軸２０１に平行な方向に、インゴット２００の円周面２７０の領域（２７１、２７２、２７３）に沿って移動する一方で、インゴット２００が静止保持されるように示される。代替として、溶接トーチ２１０を静止保持し、インゴット２００の円周面２７０の領域（２７１、２７２、２７３）が静止溶接トーチ２１０の下を通過するように、インゴット２００を長軸２０１の方向に移動させてもよい。溶接トーチ２１０は、インゴット２００の円周面２７０の領域（２７１、２７２、２７３）上に金属材料２５０の層を堆積させてもよい。このようにして、例えば、図２に示されるように、金属材料のさらなる層は、インゴット２００が金属材料で実質的に覆われるまで、インゴット２００の長軸２０１に概して平行に、かつ互いに隣接して、インゴット２００の円周面２７０上に堆積されてもよい。
【００５１】
種々の実施形態では、インゴットの長軸の周りでインゴットを回転させて、回転するインゴットの円周面上に溶着物として金属材料を堆積させることによって、金属材料層が、インゴットの表面上に溶着物として堆積されてもよい。金属材料層は、少なくとも１つの移動する溶接トーチを使用して堆積されてもよい。インゴットが回転する時に、少なくとも１つの溶接トーチがインゴットの長軸に平行に移動して、インゴットの表面上に金属材料を堆積させてもよい。このようにして、金属材料の堆積物は、インゴットが回転し、かつ少なくとも１つの溶接トーチが移動する時に、円筒インゴットの円周面上に螺旋状に堆積されてもよい。
【００５２】
図６Ａは、合金インゴットの表面の少なくともある領域上への溶着物としての金属材料の堆積を例証する。合金インゴット３００は、長軸３０１と、円周面３７０とを有して示される。金属材料３５０の堆積物は、インゴット３００の円周面３７０上に螺旋状に堆積されて示される。溶接トーチ３１０は、溶接トーチ３１０が、矢印３１２によって示されるように、長軸３０１に平行に移動する一方で、同時に、インゴット３００が、矢印３０２によって示されるように、長軸３０１の周りを回転する時に、円周面３７０上に金属材料層３５０を堆積させる。金属材料の層３５０が概して円周面３７０全体に沿って堆積されるまで、溶接トーチ３１０は、矢印３１２によって示されるように移動し、インゴット３００は、矢印３０２によって示されるように回転する（図６Ｂ）。
【００５３】
合金インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積された金属材料層を含む合金インゴットは、合金インゴットに力を印加することによって熱間加工されてもよい。力は、少なくとも１つの領域上に堆積された金属材料層を有する合金インゴットの少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域の中の合金インゴットに印加されてもよい。このようにして、力は、インゴット上に堆積させた金属材料層に力を印加することによって、インゴットに印加されてもよい。種々の実施形態では、熱間加工作業は、鍛造作業および／または押し出し作業を含んでもよい。例えば、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積された金属材料層を有する合金インゴットは、据え込み鍛造および／または引き抜き鍛造されてもよい。
【００５４】
据え込みおよび引き抜き鍛造作業は、据え込み鍛造作業の１つ以上のシーケンスおよび引き抜き鍛造作業の１つ以上のシーケンスを備えてもよい。据え込み作業中に、インゴットの端面は、インゴットの長さを圧縮してインゴットの断面を増加させる力をインゴットに印加する、鍛造ダイと接触してもよい。引き抜き作業中に、側面（例えば、円筒インゴットの円周面）は、インゴットの断面を圧縮して、インゴットの長さを増加させる力をインゴットに印加する、鍛造ダイと接触してもよい。
【００５５】
図７Ａおよび７Ｃは、据え込み鍛造作業を例証する。鍛造ダイ４８０／４８０’は、インゴット４００／４００’の対向端部に力を印加する。力は、矢印４８５／４８５’によって示されるように、インゴット４００／４００’の長軸４０１／４０１’に概して平行に印加される。図７Ａは、インゴット４００の対向端部上に堆積させた金属材料層を伴わないインゴット４００を示す。図７Ｃは、インゴット４００’の対向端部上に堆積された金属材料層４５０を含むインゴット４００’を示す。インゴット４００の端部は、鍛造ダイ４８０と接触している（図７Ａ）。金属材料層４５０は、鍛造ダイ４８０’と接触している（図７Ｃ）。
【００５６】
図７Ｂおよび７Ｄは、それぞれ、図７Ａおよび７Ｃに示されるような据え込み鍛造後のインゴット４００および４００’それぞれのダイ接触面を例証する。図７Ｂに示されるように、インゴット４００のダイ接触面４９０は、表面クラックを呈する。図７Ｄに示されるように、金属材料層４５０を含むインゴット４００’のダイ接触面４９０’は、表面クラックを呈しない。堆積させた金属材料層４５０は、そのような金属材料層がないこと以外は同一である鍛造された合金インゴットに対して、鍛造された合金インゴットの表面クラックの発生を低減する。
【００５７】
図８Ａおよび８Ｃは、引き抜き鍛造作業を例証する。鍛造ダイ５８０／５８０’は、インゴット５００／５００’に力を印加する。力は、矢印５８５／５８５’によって示されるように、インゴット５００／５００’の長軸５０１／５０１’に概して垂直に印加される。鍛造ダイ５８０／５８０’は、矢印５８７／５８７’によって示されるように、インゴット５００／５００’の長軸５０１／５０１’に概して平行に移動させることによって、インゴット５００／５００’の概して全長に沿って、インゴット５００／５００’に力を印加する。図８Ａは、金属材料層を伴わないインゴット５００を示す。図８Ｃは、インゴット５００’の円周面上に堆積された金属材料層５５０を有するインゴット５００’を示す。インゴット５００の円周面は、鍛造ダイ５８０と接触している（図８Ａ）。金属材料層５５０は、鍛造ダイ５８０’と接触している（図８Ｃ）。
【００５８】
図８Ｂおよび８Ｄは、それぞれ、図８Ａおよび８Ｃに示されるように、引き抜き鍛造後のインゴット５００および５００’のダイ接触面を例証する。図８Ｂに示されるように、インゴット５００のダイ接触面５９０は、表面クラックを呈する。図８Ｄに示されるように、金属材料層５５０を含むインゴット５００’のダイ接触面５９０’は、表面クラックを呈しない。堆積させた金属材料層５５０は、そのような金属材料層がないこと以外は同一である鍛造された合金インゴットに対して、鍛造された合金インゴットの表面クラックの発生を低減する。
【００５９】
種々の実施形態では、インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積された金属材料層を有するインゴットは、１回以上の据え込みおよび引き抜き鍛造作業を受けてもよい。例えば、トリプル据え込みおよび引き抜き鍛造作業では、インゴットは、最初に据え込み鍛造され、次いで、引き抜き鍛造され得る。据え込みおよび引き抜きシーケンスは、合計３回の連続的な据え込みおよび引き抜き鍛造作業について、２度以上繰り返されてもよい。インゴットのダイ接触面のうちの１つ以上は、インゴットが鍛造される前に、インゴットのダイ接触面上に堆積された金属材料層を有してもよい。
【００６０】
種々の実施形態では、インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積された金属材料層を有するインゴットは、１回以上の押し出し作業を受けてもよい。例えば、押し出し作業では、円筒インゴットは、円形のダイを強制的に通過させてもよく、それによって、直径を減少させて、インゴットの長さを増加させる。インゴットのダイ接触面のうちの１つ以上は、インゴットが押し出される前に、インゴットのダイ接触面上に堆積された金属材料層を有してもよい。
【００６１】
種々の実施形態では、鋳造、強化、またはスプレー形成したインゴットから、加工された鋼片を作製するために、本明細書で説明される方法および工程が使用されてもよい。鋼片または他の加工された物品へのインゴットの鍛造変換または押し出し変換は、元のインゴットと比較して、より微細な粒状組織を物品の中に作製し得る。金属材料層が、鍛造および／または押し出し作業中のインゴットの表面クラックの発生を低減し得るので、本明細書で説明される方法および工程は、合金インゴットから鍛造または押し出しされた製品（例えば、鋼片等）の収率を改善し得る。例えば、比較的により延性の少ない合金インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積された比較的により延性のある金属材料層は、加工用ダイによって誘発される歪みにより容易に耐え得ることが観察された。また、合金インゴットの表面の少なくともある領域上に堆積された金属材料層が、熱間加工中の加工用ダイとインゴットとの間の温度差により容易に耐え得ることも観察された。このようにして、堆積させた金属材料層は、ゼロまたは軽微な表面クラックを呈し得るが、加工中に、下側にあるインゴットでの表面クラックの発生が防止または低減されることが観察された。
【００６２】
種々の実施形態では、熱間加工後に、堆積させた金属材料層の少なくとも一部分は、熱間加工中に、インゴットから形成される製品から除去されてもよい。例えば、金属材料層の少なくとも一部分を除去するために、研磨、剥離、および／または旋盤作業が用いられてもよい。種々の実施形態では、堆積させた金属材料層の少なくとも一部分は、形成された鋼片から、鋼片を剥離（旋削）および／または研削することによりインゴットを加工することによって除去されてもよい。
【００６３】
種々の実施形態では、堆積させた金属材料層を有するインゴットは、種々の物品を製造するために使用されてもよい製品を形成するために、熱間加工されてもよい。例えば、本明細書で説明される工程は、ニッケル基、鉄基、ニッケル−鉄基、またはコバルト基の合金もしくは超合金鋼片を形成するために使用されてもよい。熱間加工されたインゴットから形成される鋼片または他の製品は、例えばタービンエンジンおよび種々の陸用タービンのための円盤および環等のタービン構成要素が挙げられるが、これらに限定されない、物品を製造するために使用されてもよい。本明細書で説明される種々の実施形態に従って処理されるインゴットから製造される他の物品には、弁、エンジン構成要素、軸、および締結具が挙げられるが、これらに限定されない。
【００６４】
本明細書で開示される実施形態はまた、インゴット処理システムおよびインゴット処理装置を対象とする。インゴット処理システムおよび装置は、インゴット位置決め装置および溶接装置を備えてもよい。インゴット位置決め装置は、インゴットの長軸の周りでインゴットを回転させるように構成される、インゴット回転装置を備えてもよい。溶接装置は、インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料層を堆積させるように構成されてもよい。
【００６５】
種々の実施形態では、インゴット回転装置は、インゴットの長軸の周りでインゴットを回転させるように構成される、旋盤を備えてもよい。インゴット回転装置は、１回転以上の完全な回転を通して、インゴットを連続的に回転させてもよく、またはインゴット回転デバイスは、例えば溶接装置の構成に応じて、所定のインデックス角度でインゴットを順次不連続的に回転させてもよい。
【００６６】
溶接装置は、例えばワイヤ送給ＭＩＧ溶接トーチ等の、少なくとも１つの溶接トーチを備えてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料の層を堆積させるように構成されてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、インゴットの端面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料層を堆積させるように構成されてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、円筒インゴットの円周面の少なくとも領域上に溶着物として金属材料層を堆積させるように構成されてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、円筒インゴットの円周面の頂部上に金属材料を堆積させるように構成されてもよい。このようにして、堆積させた溶接ビードに対する重力効果は、減少または排除され得る。
【００６７】
種々の実施形態では、少なくとも１つの溶接トーチは、ＭＩＧ溶接トーチであってもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、ワイヤ送給を有してもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、インゴットの表面から所定の距離で位置決めされてもよい。少なくとも１つの溶接トーチは、所定のワイヤ送給速度、所定のワイヤ電圧、および／または所定の不活性ガスパージ流速で構成されてもよい。トーチ−インゴット間表面距離、ワイヤ送給速度、電圧、不活性ガスパージ流速、および／または種々の他の溶接作業パラメータは、金属材料層がインゴット上に均一に溶接堆積されるように、予め定められてもよい。種々の他の溶接作業パラメータの同一性は、利用される特定の種類の溶接作業（例えば、ＭＩＧ、ＴＩＧ等）に依存してもよい。種々の実施形態では、特定の溶接作業で用いられる入熱（例えば、単位長さあたりのエネルギー）は、金属材料が溶接堆積されるインゴットの表面上で、実質的に均一に維持されてもよい。このようにして、下側にあるインゴットの表面の溶接関連のクラックが低減または排除され得、下側にあるインゴットと溶着物との間の冶金結合の品質が高められ得る。種々の実施形態では、溶接作業中のインゴットへの入熱は、最小限に抑えられてもよい。
【００６８】
溶接装置は、１つの溶接トーチ、直線に配列した２つ以上の溶接トーチ、または２次元もしくは３次元に配列した３つ以上の溶接トーチを備えてもよい。例えば、図４Ａ−４Ｄ、５Ａ−５Ｄは、直線に配列した３つの溶接トーチを示す。図６Ａは、１つの溶接トーチを示す。溶接装置を構成する溶接トーチの数および構成は、説明されるインゴット処理方法、システム、および装置の特定の実装によって変動してもよい。
【００６９】
種々の実施形態では、インゴット処理システムは、制御システムを備えてもよい。制御システムは、インゴットの表面の少なくともある領域上に金属材料層を均一に堆積させるために、インゴット位置決め装置と連動して溶接装置を移動させて位置決めするように構成されてもよい。制御システムは、インゴットの表面に対する少なくとも１つの溶接トーチのトーチ−表面間距離、溶接作業パラメータ、運動、および位置、ならびに／またはインゴットの運動および位置決めを制御してもよい。例えば、制御システムは、インゴットの長軸に平行に、かつ長軸に平行なインゴットの円周面の領域に沿って、概して直線様式で、少なくとも１つの溶接トーチを移動させるように構成されてもよい。制御システムはまた、インゴットの対向端面上に溶着物として金属材料を堆積させるために、少なくとも１つの溶接トーチを位置決めするように構成されてもよい。
【００７０】
種々の実施形態では、制御システムは、インゴットの粗い表面上に金属材料を均一に堆積させるために、少なくとも１つの溶接トーチを制御するように構成されてもよい。例えば、種々の実施形態では、ＭＩＧ溶接トーチの消耗電極のワイヤ送給速度、ワイヤ電極の電圧、トーチ−インゴット表面間距離、およびトーチの運動／位置決めは、回転または静止しているインゴット上で安定した円弧を与えるように能動的に制御されてもよい。このようにして、金属材料の実質的に均一な層がインゴット上に堆積されてもよい。
【００７１】
制御システムは、合金インゴットの少なくとも１つの端部上への溶着物としての金属材料層の堆積を自動化するように構成されてもよい。制御システムは、円筒合金インゴットの円周面上への溶着物としての金属材料層の堆積を自動化するように構成されてもよい。
【００７２】
インゴット処理システムは、少なくとも１つの静止溶接トーチを使用して、回転する円筒インゴットの円周面の第１の領域上に溶着物として金属材料を堆積させるように構成されてもよい。このようにして、インゴット処理システムは、円筒インゴットの円周面の周囲に金属材料の環状層を堆積させてもよい。インゴット処理システムは、回転する円筒インゴットが少なくとも１回転進んだ後に、堆積させた金属材料の環状層に隣接して、少なくとも１つの溶接トーチを再配置するように構成されてもよい。インゴット処理システムは、少なくとも１つの再配置静止溶接トーチを使用して、回転するインゴットの円周面の第２の、または以降の領域上に溶着物として金属材料を堆積させるように構成されてもよい。このようにして、インゴット処理システムは、円筒インゴットの円周面上に金属材料の別の環状層を堆積させてもよい。インゴット処理システムは、円筒インゴットの円周面が金属材料層で実質的に覆われるまで、自動化された様式で、少なくとも１つの溶接トーチの再配置および環状の金属材料層の堆積を繰り返すように構成されてもよい。
【００７３】
インゴット処理システムは、インゴットの長軸に平行に、かつ第１の領域に沿って移動させるように構成される少なくとも１つの溶接トーチを使用して、インゴットの長軸に平行な方向に沿って、静止インゴットの円周面の第１の領域上に溶着物として金属材料を堆積させるように構成されてもよい。このようにして、インゴット処理システムは、円筒インゴットの円周面の第１の領域上に金属材料の層を堆積させてもよい。インゴット処理システムは、少なくとも１つの溶接トーチから離れて円周面の第１の領域を移動させ、かつ少なくとも１つの溶接トーチに向かって円周面の第２の領域を移動させるように構成されてもよい。例えば、インゴットは、インゴット回転デバイスによって所定のインデックス角度だけを回転させてもよい。
【００７４】
インゴット処理システムは、インゴットの長軸に平行に、かつ第２の領域に沿って移動させるように構成される少なくとも１つの溶接トーチを使用して、インゴットの長軸に平行な方向に沿って、静止インゴットの円周面の第２の、または以降の領域上に溶着物として金属材料を堆積させるように構成されてもよい。このようにして、インゴット処理システムは、円筒インゴットの円周面の第２の領域上に金属材料の層を堆積させてもよい。インゴット処理システムは、円筒インゴットの円周面が金属材料層で実質的に覆われるまで、自動化された様式で、インゴットの長軸に平行な方向に沿った、インゴットの再配置および金属材料層の堆積を繰り返すように構成されてもよい。
【００７５】
インゴット処理システムは、インゴットの長軸の周りでインゴットを回転させ、同時に、インゴットの長軸に平行に溶接トーチを移動させることによって、インゴットの表面上に溶着物として金属材料を堆積させるように構成されてもよい。金属材料層は、制御システムの制御下で、少なくとも１つの移動する溶接トーチを使用して堆積されてもよい。このようにして、金属材料の堆積物は、インゴットが長軸の周りを回転し、かつ少なくとも１つの溶接トーチが長軸に平行に移動する時に、円筒インゴットの円周面上に螺旋状に堆積されてもよい。
【００７６】
以下の例証的であり、限定的でない実施例は、実施形態の範囲を限定することなく、種々の限定的でない実施形態をさらに説明することを意図している。当業者は、特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲内で、実施例の変更が可能であることを理解するであろう。全ての部およびパーセントは、特に明記しない限り重量基準である。
【実施例】
【００７７】
実施例１
Ｒｅｎｅ８８（商標）合金の３インチ（約７６．２ｍｍ）の立方体を、熱間加工作業で使用した。立方体は、Ｒｅｎｅ８８（商標）鋼片の廃棄部分からランダムに切り取った。立方体は、合金立方体の粒度を増加させて、Ｒｅｎｅ８８（商標）インゴットの加工特性に一致させるように、２１００°Ｆ（約１１４９℃）で４時間熱処理した。各立方体の表面の１つの面を、円板研削盤上で研削し、その後にベルトサンダーで研磨することによって調整した。ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層は、ＭＩＧ溶接（直径０．０４５インチ（約１．１４３ｍｍ）のＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６ワイヤ、毎分２２０インチ（約５５８８ｍｍ）、１８Ｖのワイヤ電圧、毎分５０立方フィート（約１．４ｍ３）のアルゴンパージ）を用いて、各立体の調整した面の表面上に溶着物として堆積させた。溶接堆積させたＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層は、完全に凝固させて、室温まで冷却した。図９は、写真のように配向された時に、それぞれが頂面上に溶接堆積されたＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層を有する、Ｒｅｎｅ８８（商標）の２つの３インチ（約７６．２ｍｍ）の合金立方体の写真である。
【００７８】
ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層を有するＲｅｎｅ８８（商標）合金立方体は、１時間にわたって２０００°Ｆ（約１０９３℃）に加熱して、その温度でプレス鍛造した。ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６合金層を有する表面の面は、底部ダイと接触した状態で配置し、ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６合金層のない反対側の表面の面は、上部ダイと接触した状態で配置した。３インチ（約７６．２ｍｍ）の立方体は、毎秒約１インチ（約２５．４ｍｍ）の歪み速度を用いて、１インチ（約２５．４ｍｍ）のパンケーキにプレス鍛造した。
【００７９】
図１０Ａおよび１０Ｂは、３インチ（約７６．２ｍｍ）の立方体からプレス鍛造された１インチ（約２５．４ｍｍ）パンケーキの対向側部の写真である。図１０Ａは、パンケーキの非層状化側面を示し、図１０Ｂは、ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層を有する側面を示す。図１０Ａに示される鍛造された非層状化面上には、Ｒｅｎｅ８８（商標）合金のクラック感受性が視認できる。図１０Ａに示されるように、ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層のない表面には、表面クラックが明確に視認できる。図１０Ｂに示されるように、ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層は、鍛造中の合金の表面クラックの発生を実質的に低減した。
【００８０】
図１１は、前述のように、３インチ（約７６．２ｍｍ）の合金立方体からプレス鍛造された、断面の１インチ（約２５．４ｍｍ）パンケーキの写真である。ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層と、下側にある鍛造されたＲｅｎｅ８８（商標）との間の界面は、パンケーキの溶接した表面の断面（写真のように配向した時の頂面）に対応する、中間半径部位（図１１に「１１Ａ」で表記される）において、光学顕微鏡を使用して撮像した。図１１Ａは、図１１に示される中間半径部位で撮影した顕微鏡写真である。
【００８１】
図１１Ａに示されるように、強く均一な冶金結合が、ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層と、下側にあるＲｅｎｅ８８（商標）との間に形成された。冶金結合はプレス鍛造に耐え、いかなる層間剥離または脱結合も観察されなかった。ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層の露出表面、およびＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層と下側にある鍛造Ｒｅｎｅ８８（商標）との間の界面のどちらにも、実質的にクラックを含まない。ＴｅｃｈＡｌｌｏｙ６０６（商標）合金層を（例えば、研削によって）除去すると、実質的に表面クラックを含まない下側にある鍛造Ｒｅｎｅ８８（商標）が現れる。
【００８２】
本開示を、種々の例示的、例証的なものであり、かつ限定的でない実施形態に関して記述してきた。しかしながら、特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲から逸脱することなく、開示される実施形態（またはその一部分）のうちのいずれかの種々の置換、修正、または組み合わせを行ってもよいことが、当業者によって認識されるであろう。したがって、本開示が、本明細書に明示的に記載されていない付加的な実施形態を包含することが、企図され、理解される。そのような実施形態は、例えば、本明細書に開示される実施形態の開示されるステップ、成分、構成成分、構成要素、要素、機構、態様、特性、制限のうちのいずれかを組み合わせる、修正する、または再編成することによって得られてもよい。したがって、本開示は、種々の例示的で、例証的であり、かつ限定的でない実施形態の説明によって限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。このようにして、出願人は、様々に本明細書で説明される機構を加えるために、出願手続き中に特許請求の範囲を修正する権利を留保する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金インゴットの表面の少なくともある領域上に金属材料層を堆積させることを含み、前記金属材料は、前記合金よりも延性があり、前記金属材料層は、熱間加工中の前記合金インゴットの表面クラックの発生を低減する、インゴット処理方法。
【請求項２】
前記金属層を堆積させる前に、前記合金インゴットの前記表面を研削すること、または剥離することをさらに含む、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項３】
前記合金インゴットを熱間加工することをさらに含み、前記熱間加工は、前記金属材料層上に力を印加することを含み、前記力は、前記合金インゴットを変形させる、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項４】
前記合金インゴットを熱間加工した後に、前記合金インゴットから前記金属材料層の少なくとも一部分を除去することをさらに含む、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項５】
前記合金インゴットは、ニッケル基合金、鉄基合金、ニッケル−鉄基合金、およびコバルト基合金からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項６】
前記合金インゴットは、Ａｌｌｏｙ７２０、Ｒｅｎｅ８８（商標）、およびＷａｓｐａｌｏｙ（登録商標）からなる群から選択される合金を含む、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項７】
前記合金インゴットおよび前記金属材料層は、同じ母材を含み、前記母材は、ニッケル、鉄、およびコバルトからなる群から選択される、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項８】
前記合金インゴットは、ニッケル基超合金を含み、前記金属材料層は、Ｔｅｃｈａｌｌｏｙ６０６（商標）を含む、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項９】
前記金属材料層を堆積させることは、前記合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として前記金属材料層を堆積させることを含む、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項１０】
溶着物として前記金属材料層を堆積させることは、金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、およびプラズマ溶接からなる群から選択される溶接作業を含む、請求項９に記載のインゴット処理方法。
【請求項１１】
前記合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として前記金属材料層を堆積させることは、前記合金インゴットの少なくとも１つの端部上に溶着物として前記金属材料を堆積させることを含む、請求項９に記載のインゴット処理方法。
【請求項１２】
前記合金インゴットは、円筒インゴットであり、
前記合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として前記金属材料層を堆積させることは、
前記円筒インゴットを回転させることと、
少なくとも１つの静止溶接トーチを使用して、前記回転する円筒インゴットの円周面の第１の領域上に溶着物として前記金属材料を堆積させ、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面上に前記金属材料の環状層を堆積させることと、
を含む、請求項９に記載のインゴット処理方法。
【請求項１３】
前記回転する円筒インゴットが少なくとも１回転進んだ後に、前記金属材料の堆積させた環状層に隣接して、少なくとも１つの溶接トーチを再配置することと、
少なくとも１つの再配置した静止溶接トーチを使用して、前記回転する円筒インゴットの前記円周面の第２の領域上に溶着物として金属材料を堆積させることと、
をさらに含む、請求項１２に記載のインゴット処理方法。
【請求項１４】
前記円筒インゴットの前記円周面が前記金属材料で実質的に覆われるまで、前記再配置ステップおよび前記堆積ステップを繰り返すことをさらに含む、請求項１３に記載のインゴット処理方法。
【請求項１５】
前記合金インゴットは、円筒インゴットであり、
前記合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として前記金属材料層を堆積させることは、
前記円筒インゴットの円周面の第１の領域に沿って、前記インゴットの長軸に平行に少なくとも１つの溶接トーチを移動させる一方で、前記円筒インゴットを静止保持し、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面の前記第１の領域上に溶着物として前記金属材料の層を堆積させることと、
少なくとも１つの溶接トーチから離れて前記円周面の前記第１の領域を移動させ、かつ少なくとも１つの溶接トーチに向かって前記円周面の第２の領域を移動させるように、前記円筒インゴットを再配置することと、
前記円筒インゴットの前記円周面の前記第２の領域に沿って、前記インゴットの前記長軸に平行に少なくとも１つの溶接トーチを移動させる一方で、前記円筒インゴットを静止保持し、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面の前記第２の領域上に溶着物として前記金属材料の層を堆積させることと、
を含む、請求項９に記載のインゴット処理方法。
【請求項１６】
前記インゴットの前記円周面が前記金属材料で実質的に覆われるまで、前記再配置ステップおよび前記移動ステップを繰り返すことをさらに含む、請求項１５に記載のインゴット処理方法。
【請求項１７】
前記合金インゴットを熱間加工することは、鍛造作業および押し出し作業のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項１８】
前記合金インゴットを熱間加工することは、据え込みおよび引き抜き鍛造作業を含む、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項１９】
前記工程は、ニッケル基超合金インゴットから形成される鍛造ニッケル基超合金製品の収率を改善する、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項２０】
前記工程は、鋳造したニッケル基超合金インゴットから、加工されたニッケル基超合金鋼片を作製する、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項２１】
ＶＩＭ−ＶＡＲ作業またはＶＩＭ−ＥＳＲ−ＶＡＲ作業を使用してニッケル基超合金インゴットを提供することをさらに含む、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項２２】
前記熱間加工されたインゴットから物品を製造することをさらに含み、前記物品は、ジェットエンジン構成要素および陸用タービン構成要素からなる群から選択される、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項２３】
請求項１に記載のインゴット処理方法によって処理されるインゴット。
【請求項２４】
合金インゴットを変形させるために、力を前記合金インゴットに印加することを含む、合金インゴットを熱間加工するための工程であって、前記インゴットは、前記合金インゴットの表面の少なくとも１つの領域上に堆積される金属材料層を含み、前記金属材料は、前記合金よりも延性があり、前記力は、前記金属材料層上に印加される、工程。
【請求項２５】
前記合金インゴットを変形させた後に、前記合金インゴットから前記金属材料層の少なくとも一部分を除去することをさらに含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項２６】
前記合金インゴットは、ニッケル基合金、鉄基合金、ニッケル−鉄基合金、コバルト基合金からなる群から選択される材料を含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項２７】
前記合金インゴットは、Ａｌｌｏｙ７２０、Ｒｅｎｅ８８（商標）、およびＷａｓｐａｌｏｙ（登録商標）からなる群から選択される合金を含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項２８】
前記合金インゴットおよび前記金属材料層は、同じ母材を含み、前記母材は、ニッケル、鉄、およびコバルトからなる群から選択される、請求項２４に記載の工程。
【請求項２９】
前記金属材料層は、円筒インゴットの円周面の少なくともある領域上に溶着物を含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項３０】
前記金属材料層は、インゴットの端面の少なくともある領域上に溶着物を含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項３１】
前記合金インゴットは、ニッケル基超合金を含み、前記金属材料層は、Ｔｅｃｈａｌｌｏｙ６０６（商標）を含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項３２】
力を前記合金インゴットに印加することは、鍛造作業および押し出し作業のうちの少なくとも１つを含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項３３】
前記力を前記合金インゴットに印加することは、据え込みおよび引き抜き鍛造作業を含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項３４】
前記工程は、ニッケル基超合金インゴットから形成される鍛造ニッケル基超合金製品の収率を改善する、請求項２４に記載の工程。
【請求項３５】
前記工程は、加工されたニッケル基超合金インゴットから、鍛造したニッケル基超合金鋼片を作製する、請求項２４に記載の工程。
【請求項３６】
前記熱間加工されたインゴットから物品を製造することをさらに含み、前記物品は、ジェットエンジン構成要素および陸用タービン構成要素からなる群から選択される、請求項２４に記載の工程。
【請求項３７】
請求項２４に記載の工程によって合金インゴットから形成される熱間加工された物品。
【請求項３８】
インゴットの長軸の周りで円筒インゴットを回転させるように構成される、インゴット回転装置と、
円筒インゴットの円周面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料層を堆積させるように構成される、溶接装置と、
を備える、インゴット処理システム。
【請求項３９】
前記インゴット回転装置は、前記インゴットの前記長軸の周りで前記インゴットを回転させるように構成される、旋盤を備える、請求項３８に記載のインゴット処理システム。
【請求項４０】
前記溶接装置は、前記インゴットの前記円周面の少なくともある領域上に溶着物として前記金属材料層を堆積させるように構成される、少なくとも１つのＭＩＧ溶接トーチを備える、請求項３８に記載のインゴット処理システム。
【請求項４１】
前記システムは、前記インゴットの前記長軸に平行な方向に、かつ前記インゴットの前記円周面のある領域に沿って、少なくとも１つの溶接トーチを移動させるように構成される、請求項４０に記載のインゴット処理システム。
【請求項４２】
前記システムは、前記合金インゴットの少なくとも１つの端部上に溶着物として前記金属材料を堆積させるために、少なくとも１つの溶接トーチを制御するように構成される、請求項４０に記載のインゴット処理システム。
【請求項４３】
前記システムは、
少なくとも１つの静止溶接トーチを使用して、回転する円筒インゴットの前記円周面の第１の領域上に溶着物として前記金属材料を堆積させ、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面上に前記金属材料の環状層を堆積させ、
前記回転する円筒インゴットが少なくとも１回転進んだ後に、前記金属材料の堆積させた環状層に隣接して、少なくとも１つの溶接トーチを再配置し、
少なくとも１つの再配置した静止溶接トーチを使用して、前記回転する円筒インゴットの前記円周面の第２の領域上に溶着物として前記金属材料を堆積させ、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面上に前記金属材料の環状層を堆積させ、かつ
前記円筒インゴットの前記円周面が前記金属材料で実質的に覆われるまで、前記再配置および前記堆積を繰り返すように構成される、
請求項４０に記載のインゴット処理システム。
【請求項４４】
前記システムは、
前記インゴットの前記長軸に平行に、かつ前記第１の領域に沿って移動するように構成される少なくとも１つの溶接トーチを使用して、静止インゴットの円周面の第１の領域上に溶着物として前記金属材料を堆積させ、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面の前記第１の領域上に前記金属材料の層を堆積させ、
少なくとも１つの溶接トーチから離れて前記円周面の前記第１の領域を移動させ、かつ少なくとも１つの溶接トーチに向かって前記円周面の第２の領域を移動させるように、前記円筒インゴットを再配置し、
前記インゴットの前記長軸に平行に、かつ前記第２の領域に沿って移動するように構成される少なくとも１つの溶接トーチを使用して、前記静止インゴットの前記円周面の前記第２の領域上に溶着物として前記金属材料を堆積させ、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面の前記第２の領域上に前記金属材料の層を堆積させ、かつ
前記インゴットの前記円周面が前記金属材料で実質的に覆われるまで、前記再配置および堆積を繰り返すように構成される、
請求項４０に記載のインゴット処理システム。
【請求項１】
合金インゴットの表面の少なくともある領域上に金属材料層を堆積させることを含み、前記金属材料は、前記合金よりも延性があり、前記金属材料層は、熱間加工中の前記合金インゴットの表面クラックの発生を低減する、インゴット処理方法。
【請求項２】
前記金属層を堆積させる前に、前記合金インゴットの前記表面を研削すること、または剥離することをさらに含む、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項３】
前記合金インゴットを熱間加工することをさらに含み、前記熱間加工は、前記金属材料層上に力を印加することを含み、前記力は、前記合金インゴットを変形させる、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項４】
前記合金インゴットを熱間加工した後に、前記合金インゴットから前記金属材料層の少なくとも一部分を除去することをさらに含む、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項５】
前記合金インゴットは、ニッケル基合金、鉄基合金、ニッケル−鉄基合金、およびコバルト基合金からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項６】
前記合金インゴットは、Ａｌｌｏｙ７２０、Ｒｅｎｅ８８（商標）、およびＷａｓｐａｌｏｙ（登録商標）からなる群から選択される合金を含む、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項７】
前記合金インゴットおよび前記金属材料層は、同じ母材を含み、前記母材は、ニッケル、鉄、およびコバルトからなる群から選択される、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項８】
前記合金インゴットは、ニッケル基超合金を含み、前記金属材料層は、Ｔｅｃｈａｌｌｏｙ６０６（商標）を含む、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項９】
前記金属材料層を堆積させることは、前記合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として前記金属材料層を堆積させることを含む、請求項１に記載のインゴット処理方法。
【請求項１０】
溶着物として前記金属材料層を堆積させることは、金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、およびプラズマ溶接からなる群から選択される溶接作業を含む、請求項９に記載のインゴット処理方法。
【請求項１１】
前記合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として前記金属材料層を堆積させることは、前記合金インゴットの少なくとも１つの端部上に溶着物として前記金属材料を堆積させることを含む、請求項９に記載のインゴット処理方法。
【請求項１２】
前記合金インゴットは、円筒インゴットであり、
前記合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として前記金属材料層を堆積させることは、
前記円筒インゴットを回転させることと、
少なくとも１つの静止溶接トーチを使用して、前記回転する円筒インゴットの円周面の第１の領域上に溶着物として前記金属材料を堆積させ、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面上に前記金属材料の環状層を堆積させることと、
を含む、請求項９に記載のインゴット処理方法。
【請求項１３】
前記回転する円筒インゴットが少なくとも１回転進んだ後に、前記金属材料の堆積させた環状層に隣接して、少なくとも１つの溶接トーチを再配置することと、
少なくとも１つの再配置した静止溶接トーチを使用して、前記回転する円筒インゴットの前記円周面の第２の領域上に溶着物として金属材料を堆積させることと、
をさらに含む、請求項１２に記載のインゴット処理方法。
【請求項１４】
前記円筒インゴットの前記円周面が前記金属材料で実質的に覆われるまで、前記再配置ステップおよび前記堆積ステップを繰り返すことをさらに含む、請求項１３に記載のインゴット処理方法。
【請求項１５】
前記合金インゴットは、円筒インゴットであり、
前記合金インゴットの表面の少なくともある領域上に溶着物として前記金属材料層を堆積させることは、
前記円筒インゴットの円周面の第１の領域に沿って、前記インゴットの長軸に平行に少なくとも１つの溶接トーチを移動させる一方で、前記円筒インゴットを静止保持し、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面の前記第１の領域上に溶着物として前記金属材料の層を堆積させることと、
少なくとも１つの溶接トーチから離れて前記円周面の前記第１の領域を移動させ、かつ少なくとも１つの溶接トーチに向かって前記円周面の第２の領域を移動させるように、前記円筒インゴットを再配置することと、
前記円筒インゴットの前記円周面の前記第２の領域に沿って、前記インゴットの前記長軸に平行に少なくとも１つの溶接トーチを移動させる一方で、前記円筒インゴットを静止保持し、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面の前記第２の領域上に溶着物として前記金属材料の層を堆積させることと、
を含む、請求項９に記載のインゴット処理方法。
【請求項１６】
前記インゴットの前記円周面が前記金属材料で実質的に覆われるまで、前記再配置ステップおよび前記移動ステップを繰り返すことをさらに含む、請求項１５に記載のインゴット処理方法。
【請求項１７】
前記合金インゴットを熱間加工することは、鍛造作業および押し出し作業のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項１８】
前記合金インゴットを熱間加工することは、据え込みおよび引き抜き鍛造作業を含む、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項１９】
前記工程は、ニッケル基超合金インゴットから形成される鍛造ニッケル基超合金製品の収率を改善する、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項２０】
前記工程は、鋳造したニッケル基超合金インゴットから、加工されたニッケル基超合金鋼片を作製する、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項２１】
ＶＩＭ−ＶＡＲ作業またはＶＩＭ−ＥＳＲ−ＶＡＲ作業を使用してニッケル基超合金インゴットを提供することをさらに含む、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項２２】
前記熱間加工されたインゴットから物品を製造することをさらに含み、前記物品は、ジェットエンジン構成要素および陸用タービン構成要素からなる群から選択される、請求項３に記載のインゴット処理方法。
【請求項２３】
請求項１に記載のインゴット処理方法によって処理されるインゴット。
【請求項２４】
合金インゴットを変形させるために、力を前記合金インゴットに印加することを含む、合金インゴットを熱間加工するための工程であって、前記インゴットは、前記合金インゴットの表面の少なくとも１つの領域上に堆積される金属材料層を含み、前記金属材料は、前記合金よりも延性があり、前記力は、前記金属材料層上に印加される、工程。
【請求項２５】
前記合金インゴットを変形させた後に、前記合金インゴットから前記金属材料層の少なくとも一部分を除去することをさらに含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項２６】
前記合金インゴットは、ニッケル基合金、鉄基合金、ニッケル−鉄基合金、コバルト基合金からなる群から選択される材料を含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項２７】
前記合金インゴットは、Ａｌｌｏｙ７２０、Ｒｅｎｅ８８（商標）、およびＷａｓｐａｌｏｙ（登録商標）からなる群から選択される合金を含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項２８】
前記合金インゴットおよび前記金属材料層は、同じ母材を含み、前記母材は、ニッケル、鉄、およびコバルトからなる群から選択される、請求項２４に記載の工程。
【請求項２９】
前記金属材料層は、円筒インゴットの円周面の少なくともある領域上に溶着物を含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項３０】
前記金属材料層は、インゴットの端面の少なくともある領域上に溶着物を含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項３１】
前記合金インゴットは、ニッケル基超合金を含み、前記金属材料層は、Ｔｅｃｈａｌｌｏｙ６０６（商標）を含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項３２】
力を前記合金インゴットに印加することは、鍛造作業および押し出し作業のうちの少なくとも１つを含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項３３】
前記力を前記合金インゴットに印加することは、据え込みおよび引き抜き鍛造作業を含む、請求項２４に記載の工程。
【請求項３４】
前記工程は、ニッケル基超合金インゴットから形成される鍛造ニッケル基超合金製品の収率を改善する、請求項２４に記載の工程。
【請求項３５】
前記工程は、加工されたニッケル基超合金インゴットから、鍛造したニッケル基超合金鋼片を作製する、請求項２４に記載の工程。
【請求項３６】
前記熱間加工されたインゴットから物品を製造することをさらに含み、前記物品は、ジェットエンジン構成要素および陸用タービン構成要素からなる群から選択される、請求項２４に記載の工程。
【請求項３７】
請求項２４に記載の工程によって合金インゴットから形成される熱間加工された物品。
【請求項３８】
インゴットの長軸の周りで円筒インゴットを回転させるように構成される、インゴット回転装置と、
円筒インゴットの円周面の少なくともある領域上に溶着物として金属材料層を堆積させるように構成される、溶接装置と、
を備える、インゴット処理システム。
【請求項３９】
前記インゴット回転装置は、前記インゴットの前記長軸の周りで前記インゴットを回転させるように構成される、旋盤を備える、請求項３８に記載のインゴット処理システム。
【請求項４０】
前記溶接装置は、前記インゴットの前記円周面の少なくともある領域上に溶着物として前記金属材料層を堆積させるように構成される、少なくとも１つのＭＩＧ溶接トーチを備える、請求項３８に記載のインゴット処理システム。
【請求項４１】
前記システムは、前記インゴットの前記長軸に平行な方向に、かつ前記インゴットの前記円周面のある領域に沿って、少なくとも１つの溶接トーチを移動させるように構成される、請求項４０に記載のインゴット処理システム。
【請求項４２】
前記システムは、前記合金インゴットの少なくとも１つの端部上に溶着物として前記金属材料を堆積させるために、少なくとも１つの溶接トーチを制御するように構成される、請求項４０に記載のインゴット処理システム。
【請求項４３】
前記システムは、
少なくとも１つの静止溶接トーチを使用して、回転する円筒インゴットの前記円周面の第１の領域上に溶着物として前記金属材料を堆積させ、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面上に前記金属材料の環状層を堆積させ、
前記回転する円筒インゴットが少なくとも１回転進んだ後に、前記金属材料の堆積させた環状層に隣接して、少なくとも１つの溶接トーチを再配置し、
少なくとも１つの再配置した静止溶接トーチを使用して、前記回転する円筒インゴットの前記円周面の第２の領域上に溶着物として前記金属材料を堆積させ、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面上に前記金属材料の環状層を堆積させ、かつ
前記円筒インゴットの前記円周面が前記金属材料で実質的に覆われるまで、前記再配置および前記堆積を繰り返すように構成される、
請求項４０に記載のインゴット処理システム。
【請求項４４】
前記システムは、
前記インゴットの前記長軸に平行に、かつ前記第１の領域に沿って移動するように構成される少なくとも１つの溶接トーチを使用して、静止インゴットの円周面の第１の領域上に溶着物として前記金属材料を堆積させ、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面の前記第１の領域上に前記金属材料の層を堆積させ、
少なくとも１つの溶接トーチから離れて前記円周面の前記第１の領域を移動させ、かつ少なくとも１つの溶接トーチに向かって前記円周面の第２の領域を移動させるように、前記円筒インゴットを再配置し、
前記インゴットの前記長軸に平行に、かつ前記第２の領域に沿って移動するように構成される少なくとも１つの溶接トーチを使用して、前記静止インゴットの前記円周面の前記第２の領域上に溶着物として前記金属材料を堆積させ、それによって、前記円筒インゴットの前記円周面の前記第２の領域上に前記金属材料の層を堆積させ、かつ
前記インゴットの前記円周面が前記金属材料で実質的に覆われるまで、前記再配置および堆積を繰り返すように構成される、
請求項４０に記載のインゴット処理システム。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１１Ａ】
【公表番号】特表２０１３−５１８７２７（Ｐ２０１３−５１８７２７Ａ）
【公表日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５１９９６（Ｐ２０１２−５５１９９６）
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２２２１３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９７０８５
【国際公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【出願人】（５０１１８７０３３）エイティーアイ・プロパティーズ・インコーポレーテッド (39)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２２２１３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９７０８５
【国際公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【出願人】（５０１１８７０３３）エイティーアイ・プロパティーズ・インコーポレーテッド (39)
【Ｆターム（参考）】
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