(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック繊維から形成された内部強化材を有する金属部品を製造する方法であって、
挿入物用の少なくとも１つのハウジング（１０Ａ）が上面（１０Ｂ）を有する金属体（１０）に機械加工され、
金属が被覆されたセラミック繊維から形成された少なくとも１つの挿入物（１１）がハウジング内に置かれ、
挿入物がカバー（１２）で被覆され、
ハウジング内の挿入物のまわりの間隙空間に真空が生成されて、該間隙空間が密閉され、
アセンブリ、すなわちカバーを備えた金属体が熱間等方圧加圧によって処理され、
前記処理されたアセンブリの外形が前記部品を得るために機械加工され、
挿入物（１１）が直線状であり、金属体中の挿入物用のハウジングが、対応する直線状のスロットを形成し、カバーがハウジングに置かれる前に冷却され、カバー（１２）は、該カバーが冷却されて収縮した後、ハウジング内に隙間を有して、挿入物（１１）上にはめ込まれるとともに、前記間隙空間を閉鎖するようにカバーがスロット内で膨張して密接な嵌合をもたらすことを可能にするように設計されている、方法。
【請求項２】
カバー（１２）が液化ガスによって冷却される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ハウジング（１０Ａ）が、挿入物用の第１のハウジング部分（１０Ａ１）と、第１の部分を延長する少なくとも１つの第２の部分（１０Ａ２、１０Ａ３）とを含み、カバー（１２）が、ブロック状であり、挿入物を被覆する中心ブランチ（１２Ａ１）と、ハウジング（１０Ａ）の第２の部分（１０Ａ２、１０Ａ３）に対応する形状の延長部（１２Ａ２、１２Ａ３）とを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
ブロック状のカバーが、中心ブランチと延長部との間に変形域（１２Ａ２’、１２Ａ３’）を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
挿入物（１１）が、多角形断面あるいは楕円形または円形断面を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
挿入物（１１）が、束に集められた、金属が被覆された繊維から形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記間隙空間が、溶接ビード（１３）によって密閉される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
シート（１４）が、ブロック状のカバー上に置かれ、本体（１０）に溶接されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも第２の挿入物が金属体内に置かれる、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック繊維から形成された内部強化材を有し、金属マトリックスに繊維状の挿入物を組み込むことによって得られた金属部品の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に、引張および／または圧縮では、金属部品により大きな強度を付与しながら金属部品の重量を低減する目的で、セラミック繊維を金属部品に組み込まれることが知られている。これらは、例えば、チタンなどの金属よりも実質的に大きい引張強度および圧縮強度を有する炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維である。
【０００３】
これらの部品の製造は、金属が被覆されたセラミック単繊維から挿入物を事前に形成することが必要である。セラミック単繊維は、ＣＭＭ繊維または被覆単繊維とも称せられる。金属は、特に、単繊維を扱うために必要な弾性および柔軟性を付与する。
【０００４】
そのような強化された部品を製造するための知られている方法は、マンドレルのまわりに被覆された単繊維を巻回する製造を含む。巻回物は、次いで、挿入物用のハウジングを形成するスロットが予め機械加工された金属本体または容器に導入される。スロットの深さは、巻回物の高さより大きい。カバーは容器上に置かれ、その周囲に溶接される。カバーは、スロットの形状に相補的な形状を有するほぞを有し、その高さは、スロットを満たすようにスロット内に置かれた巻回物の高さに適合される。次に、熱間等方圧プレスステップが行なわれ、その間にカバーが変形され、巻回物はほぞによって圧縮される。スロットの端に沿った容器の表面は、プレス段階の間にカバーの漸進的な変形を確実にするための角面を形成するように傾斜されている。
【０００５】
熱間等方圧プレス技術は、約１０００ｂａｒの高圧、さらには約１０００℃の高温に数時間の間さらされたエンクロージャー内に部品を置くことにある。
【０００６】
この処理中に、被覆された単繊維の金属シースは、拡散溶接によってスロットの壁に一緒に溶接されて、セラミック繊維が延在する金属合金から構成される緻密なアセンブリを形成する。得られた部品は、次いで所望の形状に機械加工される。
【０００７】
方法は、ローターディスクやブリスク（一体的にブレードの付いたディスク）などの線対称航空部品だけでなく、連接棒、シャフト、アクチュエーター体、ケーシングなどの非線対称部品の製造に役立つ。
【０００８】
特に、底面とサイドウォールとの間のスロットの底における小さな接合半径のために、本体にスロットを機械加工することは困難である。そのような小さな接合半径は、長方形の断面を有し、小さな半径の単繊維から形成された挿入物をできるだけ小さな隙間で収容するために必要である。カバーにおける対応するほぞの機械加工は、非開放端角のため、かつ完全にスロットと一致する形状を有することが必要であるので容易ではない。
【０００９】
出願人は、一方向の引張力および／または圧縮力の伝達に寄与するストレート部を備えた挿入物を組み込む細長い形状の部品を製造する方法を開発した。この方法は２００７年７月２６日の仏国特許出願第０７／０５４５３号明細書に記載されている。出願人は、また、直線状挿入物を製造する方法を開発した。この方法は、熱間等方圧プレスによって容器中の前記ブランクを圧縮し、次いで圧縮容器中で直線状挿入物を機械加工する場合に、巻回形態で挿入物のブランクを製造することにある。そのような方法は、２００７年７月２６日の仏国特許出願第０７／０５４５４号明細書に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】仏国特許第２８８６２９０号明細書
【００１１】
しかしながら、製造される部品が線対称ではないが、長円形状を備えた横長形状またはストレート部を備えた形状である場合に、長い全長にわたる正確な調節を達成することは困難である。これは、挿入物が完全に適合するハウジングの形成を必要とするセラミック繊維のためであるため、非常に硬い被覆された単繊維から形成された挿入物にとって、なおさら困難である。カバーは、繊維を逃がさないようにスロット中で完全に集められなければならない。
【００１２】
挿入物を別に製造し、次いで本体のスロットに挿入物を移動する代わりに、ＳＮＥＣＭＡ名義の仏国特許第２８８６２９０号明細書は、一実施形態によれば、本体上に巻回物を直接製造することを提案している。スロットの代わりに、２つの段部が本体に設けられる。第１の段部は、被覆された単繊維の直接巻回用の座面を有する。この表面は巻回方向に平行である。巻回物が完成された場合、スロットは、第１の段部に関して段差を形成する第２の段部の形状に相補的な形状を有する本体上に部品を置くことによって再構成される。次いで、ほぞを備えたカバーが、ちょうど巻回された挿入物上に置かれ、アセンブリは圧縮操作を受ける。製造の問題は、アセンブリ操作が複雑なままであるので、この解決法によって部分的にだけ解決される。
【００１３】
出願人名義の仏国特許出願第０７／０９１７１号明細書は、金属体中の挿入物用のハウジングがＬ形状の切り込みの断面の形態を有し、カバーは、Ｌ形状の断面であるとともに前記挿入物を備えた金属体の形状に相補的な形状の内部切り込みを有することを明示している。さらに、カバーは、圧縮力が切り込みの面に垂直に及ぼされるように、外側に形成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
現在の製造技術は、被覆された繊維の巻回物および容器（本体およびカバー）から、金属マトリックス複合材料からなる１つまたは複数の強化材を含む金属部品を開発することを可能にする。これらの構造は非常に有効であるが、高い製造コストを有する。特に、そのカバーを備えた容器本体の機械加工は、部品の全コストの大部分を意味する。
【００１５】
出願人は、製造操作およびコストを低減するステップを単純化する目的で、細長い形状の部品を製造する方法を改善する目的を設定した。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的は、セラミック繊維で強化された金属部品を製造する方法により本発明によって達成され：
挿入物用の少なくとも１つのハウジングが上面を有する金属体に機械加工され、
金属が被覆されたセラミック繊維から形成された少なくとも１つの挿入物がハウジング内に置かれ、
挿入物はカバーで被覆され、
挿入物のまわりの間隙空間で真空が生成され、前記空間は真空下で密閉されており、
アセンブリ、すなわちカバーを備えた金属体は熱間等方圧加圧によって処理され、
前記処理されたアセンブリは前記部品を得るために機械加工される。
【００１７】
方法は、挿入物は直線状であり、金属体中の挿入物用のハウジングは、対応する形状の直線スロットを有し、カバーは、冷却されることによって収縮された後のハウジング中に隙間を備えて、挿入物上にカバーが適合されることを可能とするとともに、前記空間を密閉して閉鎖するようにスロット内で膨張によって密接な適合を及ぼすことを可能とするように設計されていることを特徴とする。
【００１８】
例えば、カバーは液体窒素などの液化ガスによって冷却されて、その寸法を低減する。
【００１９】
密閉は、カバーとスロットの壁との間に密接な接触があることを確実にすることによって達成され、それによって、スロットの形状を単純化する。
【００２０】
一実施形態によれば、スロットは、挿入物用の第１のハウジング部分と、第１の部分を延長する少なくとも１つの第２の部分とを含み、カバーは、ブロック状であり、挿入物を被覆する中央ブランチと、スロットの第２の部分に対応する形状の延長部とを含む。このように、カバーは、簡単な形状の容易に製造可能な金属ブロックを形成する。
【００２１】
好ましくは、カバーは、中央ブランチと延長部との間に漸進的変形域を含む。この漸進的な変形域は、プレスステップの間にカバーが破損することを防ぐ。
【００２２】
挿入物は、多角形、特に長方形、楕円形または円形断面を有する。
【００２３】
好ましくは、挿入物は、束に集められた、金属が被覆された繊維から形成され、それによって、準備操作を低減する。
【００２４】
本発明の解決策は、２つの平行または非平行直線ブランチに沿って置かれた、細長い形状の２つの挿入物を適合する場合に特有の利点を有する。先行技術によれば、２つの長手内部強化材を得るために、２つの円弧状部によってともに接続された２つの直線ブランチを備えた環状形状の挿入物が、予め製造される。ハウジングは、次いで、挿入物の正確な形状にしたがって機械加工される。挿入物の形状にハウジングの形状を調整することは、非常に巧妙で高価な操作であると分かった。したがって、隅肉を除去することは、繊維が部品の中央部分において繊維の長手方向に沿って実質的に機能するので、最終部品の強度を犠牲にすることなく、機械加工と取り付けの両方を単純化する。
【００２５】
本発明の１つの限定しない実施形態は、以下に、添付図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本出願人の知られている先行技術による細長い部品の製造における様々なステップ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを示す。
【図２】挿入物を組み込む容器を機械加工した後に得られる部品の一例を示す。
【図３】本発明による機械加工されたスロットを備えた金属体、および挿入物とブロック状のカバーとの取り付けを斜視で示す。
【図４】挿入物および金属ブロック中の所定位置のブロック状のカバーを透明であるように斜視で示し、アセンブリは、非等方圧プレス処理の準備はできている。
【図５】本発明の実施形態の変形を断面で示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
仏国特許出願第０７／０５４５３号明細書から得られた図１は、細長い形状の本体４を備えた容器１を示し、例えば、着陸装置用の連接棒を形成することを目的としている。本体４の２つの各面にスロット４１が機械加工されている。このスロットは、挿入物３を収容する役目をし、挿入物３は２つのストレート部を含み、互いに平行であってもよく、平行でなくてもよく、円弧状部によって端部で接合されている。挿入物は、チタンなどの金属で被覆されたセラミック繊維を有するタイプである。スロットおよび挿入物は、挿入物が隙間なしでまたは最小の隙間でスロットに適合されるように相補的な形状を有する。２つのカバー５は突出部を備えており、突出部はほぞ５１を形成し、２つのカバー５は本体４の両面を被覆する。ほぞはスロットに収容された挿入物を押圧し、スロットを満たす。カバー５は、例えば、電子ビーム溶接によって本体４に溶接され、容器内部で真空が生成される。このアセンブリは、約０．２５ｍｍの非常に小さな直径を有する繊維が熱間等方圧プレスの間に移動または逃げる可能性を防ぐ機能を有する。容器は、図１ｂに示され、挿入物を示すために部分的に取り除かれている。容器は、次いで、熱間等方圧プレス処理を受けるためにエンクロージャー内に置かれる。図１ｃの容器の断面は、スロット４１の端４２がほぞ５１に隣接するカバー５の部分と隙間を残すように面取りされていることを示している。
【００２８】
熱間等方圧プレス操作中に、カバーの表面に垂直な方向に圧力がかけられ、カバーをつぶす。約１０００℃の熱および１０００ｂａｒの圧力は、マトリックス金属が挿入物を構成する被覆された単繊維間のギャップを占めることを可能にする。挿入物の体積は約２３％減少する。このようにして、ほぞは下方へ移動され、ほぞの一方側の隙間が吸収される。手順の終わりに、金属は溶解し、容器は圧縮された。このようにして、部品は、金属の塊に埋め込まれた単繊維によって強化される。図１ｄは、部品が透明であるかのように２つの挿入物を備えた部品ブランクを示す。
【００２９】
次いで、ブランクは、図２に示される部品８を得るように機械加工される。この部品８はブランチ８２間に穴８１を有する。セラミック繊維はブランチ８２に組み込まれており、引張力および圧縮力が伝達されることを確実にする。使用された挿入物は、環状形状であるが、仏国特許出願第０７／０５４５４号明細書に記載されているように、直線要素から棒形態で形成されていてもよい。仏国特許出願第０７／０５４５４号明細書の場合には、直線要素は、予め圧縮された後、容器に組み込まれる。
【００３０】
本発明の解決策は、そのような部品がより経済的に得られることを可能にする。
【００３１】
図３は、この図に関して、上面１０Ｂを備えた細長い形状の金属体１０を示す。直線スロット１０Ａは、機械加工されて、その底は平らであり、その壁は底に対して垂直である。底と壁との間の接合表面は、できるだけ小さな隙間で挿入物が適合されることを可能とするように小さな曲率半径を有する。スロットは、その長手延長に中央部１０Ａ１および２つの端部１０Ａ２、１０Ａ３を有する。端部は丸くされている。スロットは、被覆されたセラミック繊維のアセンブリから形成された直線状挿入物１１用のハウジングとしての機能を果たし、挿入物は、スロットの中央部１０Ａ１の長さ以下の長さ１を有する。挿入物はスロットの中央部１０Ａ１に適合する繊維束を形成する。
【００３２】
カバー１２は、そのハウジング内に置かれた挿入物１１を被覆する。カバー１２は、スロット１０Ａと同じ形状および同じ寸法を有し、カバー１２が上から見られる場合、隙間まで、スロットに適合されることを可能にする。カバー１２は、挿入物を被覆する中央部１２Ａ１と、中央部の長手延長におけるその両側に２つの端部１２Ａ２、１２Ａ３とを含むブロックを形成する。２つの端部の厚さは、スロット内に置かれた挿入物の厚さと中央部の厚さに相当し、スロットの深さよりわずかに大きい。カバー１２は２つの端部１２Ａ２、１２Ａ３を介してスロットの底に当たる。各端部は、角面１２Ａ２’、１２Ａ３’を有し、挿入物側でスロットの底との空間を残すことがわかる。
【００３３】
このようにして、挿入物を備えた本発明による部品の一例の製造は、次のステップを含む：
例えば、チタン合金からなる金属体１０が、少なくとも１つの上平面を備えて準備される、
少なくとも１つの開口したスロット１０Ａが、上または下面１０Ｂ上で機械加工される。この操作は、スロットの深さおよび幅のみを考慮する必要があるので比較的簡単である、
被覆された直線状繊維の集められた束から形成された挿入物１１は、スロット内に置かれる、
ブロック状のカバー１２は、それが収縮するように、その温度を十分に低下した後に適所に入れられる。簡単な１つの手段は、カバー１２を液体窒素と接触させることである。ブロック状のカバーおよびスロットの寸法は、カバーが冷却後にスロット内に容易に置かれることができるように決定される。膨張の際、カバーは、そのとき、いかなる隙間も除去して、側面の壁に当接する。
【００３４】
ブロック状のカバーが適所に入れられた後、アセンブリは真空にさらされる。真空は生成され、カバーの温度は上昇し、その結果、挿入物を囲む空間が真空下にある場合、カバーは膨張しカバーの周囲のまわりの密閉を形成する。
【００３５】
カバー１２の上端が金属体の表面から突出している。
【００３６】
このように準備された容器は、熱間等方圧プレスを行うためのエンクロージャーに導入される。
【００３７】
容器を圧縮するために熱および圧縮が加えられる。挿入物が、被覆された繊維の束から形成される場合、処理は挿入物の体積低減および緻密化をもたらす。カバーの中央部はピストンとしてスロット中に下降する。角面１２Ａ２’、１２Ａ３’によって形成された移行域は、せん断力がカバーを破損させることなくカバーが変形することを可能にする。
【００３８】
得られたブランクは、機械加工される準備ができている。
【００３９】
対応する数の挿入物の位置決めを含む機械加工後、例えば、図２に示された部品が得られる。
【００４０】
変形例によれば（図５参照）、さらに、シート１４は、ブロック状のカバー１２上に置かれ、これは、密閉を改善するようにビード１５で金属体の周囲に溶接されている。シートは、図に見られるように、シートがカバー上に適合されるハウジング１４’を含み、そこから部品は、圧縮操作中に挿入物の体積の期待される低減に実質的に対応するように突出している。
【００４１】
挿入物を収容するためのスロットを機械加工する本発明の実施形態が示され、長手方向に閉じられている。しかしながら、１つまたは複数の長手方向に開いたスロットを製造することは、本発明の範囲外ではない。
【００４２】
さらに、挿入物は、金属部品を内部強化する用途に適切な、いずれかの形状を有してもよい。形状は、丸い部分によって接合された２つのストレート部を備えたリングの形態で横長であってもよい。スロット中の挿入物を被覆する要素は、挿入物を覆って適合し、スロットをふさがなければならない場合、挿入物と同じ形状を有する。
【００４３】
このように、本発明の方法は、特に、１つまたは複数の直線状挿入物を組み込む細長い形状のいずれかの部品を製造することを可能とする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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