(57)【要約】  本発明は、構造用部品の流動応力に適合した流動応力を提供するための所定の多孔率の特殊合金製の完全密度構造用部品および部分密度部品を有する中空２部品複合材ビレットの押出しによる、クラッドパイプおよびチューブを含むがこれらには限定されない、クラッド製品製造用の熱間加工塑性変形プロセスのためのクラッドビレットを提供する。部品は、ビレット部品を熱間等方圧加圧するステップを含む、経時的な熱および圧力の印加によって、特殊部品中で所定の多孔率まで拡散接合される。コンピュータモデル化技法を使用して、流動応力適合性を得るための処理条件を決定することができる。
2011518952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属間結合された少なくとも第１の部品と、第２の部品とを有する多部品クラッドビレットであって、前記第１の部品と第２の部品とが塑性変形に応答して、それぞれ第１の流動応力と第２の流動応力とを示し、前記第１の部品と、第２の部品との少なくとも一方がゼロを超える細孔容積を有し、前記細孔容積が他方の部品の流動応力と適合した、対応する流動応力を与えるように規定されている、多部品クラッドビレット。
【請求項２】
前記ビレットが中空２部品ビレットであり、前記第１の部品が完全密度炭素鋼であり、前記第２の部品が完全密度の９２％以下の密度まで部分的に固化されたニッケルベース合金粉末である、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項３】
前記密度が完全密度の約８３〜９２％である、請求項２に記載のクラッドビレット。
【請求項４】
前記細孔容積が球状粉末の理論完全密度の約６２〜７２％以上である、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項５】
前記ビレットが熱間等方圧加圧されたビレットであり、前記細孔容積が時間、温度、および圧力の熱間等方圧加圧条件によって決定される、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項６】
前記部品内の前記細孔容積、濃度、および分布によって前記第１の部品と第２の部品との間に適合性の流動応力が提供される、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項７】
前記第１の部品と第２の部品との前記流動応力の比が約２．０を超えない、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項８】
塑性変形が熱間加工である、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項９】
塑性変形が、延伸、直接押出し、間接押出し、ピルガーミリング、マンネスマン圧延から成る群より選択されるチューブ製造プロセスである、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項１０】
前記ビレットがクラッドパイプまたはチューブ用のプリフォームである、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項１１】
前記ビレットが外部クラッド、内部クラッド、またはブランクの両側のクラッドであり、前記細孔容積がゼロを超える前記部品が、前記クラッドを提供し、前記部品の他方が前記ブランクを提供する、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項１２】
前記細孔容積がゼロを超える前記部品が、耐食性、耐摩耗性、強度、電気特性、熱特性、およびその組合せを示す部品から成る群より選択される、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項１３】
前記細孔容積がゼロを超える前記部品がニッケルベース合金であり、前記他方の部品が合金鋼である、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項１４】
前記クラッドビレットがバイメタルである、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項１５】
耐摩耗性もしくは耐食性粉末冶金合金部品に接合された構造用部品を有するクラッドビレットであって、前記粉末冶金合金部品が、塑性変形後に前記接合を維持するための前記構造用部品の流動応力に、十分に類似した流動応力を塑性変形に応答して提供することに相関する、ゼロを超える所定の細孔体積を有する、クラッドビレット。
【請求項１６】
塑性変形用のクラッドビレットを製造する方法であって、
ａ）第１のビレット部品を提供するステップと、
ｂ）第１のビレット部品に隣接して第２のビレット部品を提供するステップと、
ｃ）前記ビレット部品の一方の多孔率を、相関する所定の値に調整して、他方の部品の流動応力に適合する流動応力を塑性変形に応答して製造するステップと、
ｄ）前記第１の部品と前記第２の部品との間の結合を生成するステップと、
を含む、方法。
【請求項１７】
第１のビレット部品を提供するステップが、所定の寸法および塑性変形に応答した流動応力の鍛造炭素鋼ブランクを提供するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のビレット部品に隣接して第２のビレット部品を提供するステップが、
ａ）前記第１のビレットにカプセルを溶接して、環状空洞を生成するステップと、
ｂ）前記環状空洞に、耐食性もしくは耐摩耗性合金粉末を充填するステップと、
ｃ）前記空洞を充填する間に前記合金粉末を振動させるステップと、
ｄ）前記カプセルを、排気し、焼成し、および密閉するステップと
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ビレット部品の一方の多孔率を調整して、前記ビレット部品間に接合を生成するステップが、前記接合を生成するための、および所定の多孔率を産生するための温度および圧力の所定の条件にて、所定の時間にわたって、前記カプセルを熱間等方圧加圧するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ビレット部品の界面に形成された金属間要素を溶解させるステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記金属間要素を溶解させるステップが、前記クラッドビレットを押出し温度まで加熱して、前記ビレットを均熱化することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ビレットを潤滑して、所定の押出し比で押出すステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記結合の完全性を超音波検査するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
ａ）鍛造鋼ブランクを提供するステップと、
ｂ）前記ブランクに、カプセルを溶接して環状空洞を生成するステップと、
ｃ）前記環状空洞に、耐食性もしくは耐摩耗性合金粉末を充填するステップと、
ｄ）前記空洞を充填する間に、前記合金粉末を振動させるステップと、
ｅ）前記カプセルを、排気し、焼成し、および密閉するステップと、
ｆ）所定の流動応力と相関した合金の多孔率を与えるために、ならびに前記合金粉末を前記鋼ブランクに接合するために、所定の温度および圧力にて、所定の時間にわたって、鋼ブランクおよび合金粉末のカプセル化されたアセンブリを熱間等方圧加圧（「ＨＩＰ処理」）するステップと、
ｇ）前記カプセル化されたアセンブリを室温まで冷却して、前記アセンブリを前記カプセルから除去するステップと、
ｈ）金属間要素をＨＩＰ処理部品の界面から除去するステップと、
ｉ）ＨＩＰ処理部品を所定の押出し比で押出すステップと
を含む、クラッドパイプまたはチューブを製造する方法。
【請求項２５】
前記ＨＩＰ処理部品を押出すステップが、前記部品を加熱するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、その内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする、「Ｍｕｌｔｉ−ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｐｒｅ−ｆｏｒｍ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｐｏｒｏｓｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｌａｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  Ｐｒｅ−ｆｏｒｍ  ａｎｄ  Ｃｌａｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ」について、２００８年４月２４日に出願された仮出願第６１／０４７，４９４号の優先権を主張する。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、クラッドパイプおよびチューブならびに他のクラッド製品を製造するための投入材料として使用される、一般に「ビレット」と呼ばれる複合材プリフォーム、ならびにこれらの複合材プリフォームを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
パイプまたはチューブを製造するために一般に使用される合金は、一般的な用途に必要なバルク構造特性を有することが多いが、液体、ガス、およびスラリを含む高腐食性流体または別の攻撃性流体と関連する拡張された用途には不適であり得る。他のあまり一般に使用されない合金は、腐食もしくは摩耗に対してより耐性であり得るか、または別の所望の特性を有し得るが、複雑でコストのかかる合金成分を含有し得るか、またはより一般的な合金の実際的な代替物を提供するには十分な構造上のもしくは他の特性が不足していることがある。必要な構造特性および特定の特殊な特性の両方を得るための１つの方法は、１つの合金で他の合金を被覆して、異なる合金の接合層を有し、従って各合金成分の品質および利点を共有して、同時にそれぞれの欠点を軽減する複合材製品を製造することであった。構造用部品は時には耐摩耗性および耐食性部品と接合されて、耐摩耗性および耐食性部品が攻撃性流体に直面し、構造用部品が耐摩耗性および耐食性部品を支持する。
【０００４】
例えば、クラッド鋼は、さらに長い寿命や他の特殊な特性を必要とする過酷な環境で使用されることが多い。合金鋼は強力であるが、ある過酷な条件で長期間耐えることはできない可能性がある。軟鋼クラッドと、例えばスペシャル・メタルズ・コーポレーションによるインコネル（登録商標）６２５を含むニッケルベース超合金から作製したシームレスチューブは、インコネル６２５側である液体およびスラリに対して耐食性の向上を与えることができ、同時に鋼は要求される強度を提供する。インコネルクラッド鋼などのクラッド製品は典型的には、インコネル単独よりもコストがかからず、鋼のみから作製した製品と比較して向上した性能を有する。しかしインコネルおよび鋼は通常、熱間加工塑性変形技法によるクラッドパイプの効率的な製造に適合する特性を示さない。複合材料の熱間加工に経験のある研究者や工業実務者には、複数層の流動応力が約２．３倍を超えて異なり得ないことが知られている。流動応力は、特定の熱間加工温度で材料を塑性変形させるのに必要な応力である。
【０００５】
熱間加工プロセスに投入される複合材ビレットは、複数層から構成される。各層は、最初に別々に製造され得る。複合材ビレットの個別の層を構成するこれらの部品は、次に組み立てられて複合材ビレットを製造する。隣接する層は、一方の層を他方の層の中へ、入れ子状にすることができるか、またはそれらを溶接、ろう付け、拡散接合、もしくはカプセル化を含む様々な技術によって機械的もしくは冶金的に相互に接合することができる。
【０００６】
複合材多部品ビレットの塑性変形は、低い収量を与えることが多い。押出し、ピルガーミリング、または他の塑性変形技術によるように、構造の寸法を永久に変化させるのに十分な剪断力は、複数の種類の構造破壊のいずれかを引き起こす可能性がある。いくつか例を挙げると、成分の流れが均一でないことがあり、一方の部品の直径が他方に比例して変化しないこと、または全く変化しないことがあり、一方または他方の部品が破損することがある。
【０００７】
複合材多部品ビレットを熱間加工するときに各部品層の流動応力の差によって与えられる制限を克服するために、各種の試みがなされてきた。押出しまたはピルガーミリングなどのこれらのプロセスが魅力的であるのは、これらによって長いクラッドパイプおよびチューブを効率的な方式で製造できるためである。ビレットの層を構成する部品は、破損および断絶または他の問題を避けるために、同様の押出しまたは他の加工特性を有する傾向がある部品の群から選択することができる。
【０００８】
温度を含む処理条件は、各部品で修正され得る。「従来技術」と標示された図１６の斜線部分で示すように、炭素鋼に印加された、耐食性または耐摩耗性合金の許容される流動応力の範囲は、部品温度を修正しても多くの候補を除外する。温度の修正にビレットの迅速な処理が必要なのは、部品がいったん相互に接触すると、部品の温度が迅速に平衡となる傾向があるためである。いくつかの場合では、比較的高い処理温度での多層ビレットの変形によって良好な製品が製造される可能性を上昇させることができるが、高温処理は含まれる材料に有害なことがあり、粒成長、析出物粗大化、および他の望ましくない現象が生じ、許容されるパラメータの範囲はいくらか制限的である。
【０００９】
塑性変形処理によって多部品プリフォームからクラッドパイプおよびチューブならびに他の製品を製造するために、代替的な問題が少ない解決策を開発することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、少なくとも１つの部品または層が粉末冶金（「ＰＭ」）技法を使用して作製されるビレットまたはプリフォーム、および少なくとも１個のＰＭ部品中の孔の量および特徴を制御することを含み、他方の部品の流動応力と適合する塑性変形下での流動応力を与えるためにビレットの少なくとも１個の粉末部品の細孔容積を調整することを含む、ビレットを作製する方法を提供する。制御可能であるＰＭ部品内の孔の特徴は、細孔容積、孔径、および孔径分布を含む。流動応力の適合性によって、接合されたビレット部品は、低い破損確率で塑性変形を受け、これにより得られた製品については、部品間の接合の完全性を維持することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
詳細な実施形態において、クラッドパイプもしくはチューブは、少なくとも１個のＰＭ部品の多孔率が、ビレットを構成する他方の部品または層の流動応力と適合する流動応力を与えるように制御されるビレットから、本発明の実施によって製造することができる。部品の孔の特徴、および従って流動応力は、圧力、温度、および時間の所定条件での熱間等方圧加圧ならびに圧力および時間の所定条件での冷間等方圧加圧、これに続く、塑性変形時に引き起こされた対応する流動応力を少なくとも１つの他の部品の流動応力に近づけるための焼結を含む、いくつかの方法のいずれかによって制御することができる。
【００１２】
例えば、炭素鋼および高耐食性ニッケルベース超合金であるインコネル６２５は、典型的にはあまりに異なるため、トラブルのない塑性変形処理のためには不適である流動応力を有する。本発明の実施により、炭素鋼を含むビレット中のインコネル６２５の多孔率は、インコネル６２５の流動応力を低下させて、インコネル６２５の炭素鋼に対する流動応力の比を２．３未満にするために、所定のレベルまで調整することができる。処理中のインコネル６２５の流動は同心状であり、これらの条件における処理中の破損の可能性を低下させるはずである。
【００１３】
本発明の方法の実施の詳細な実施形態において、例えば鍛造炭素鋼、鋳造物、または粉末冶金鋼から中空ブランクが製造される。カプセルは板金から製造され、ブランクに溶接されて、炭素鋼がクラッドチューブの内面および／または外面のどちらを形成するかに応じて、内部および／または外部環状空洞のどちらかを生成する。炭素鋼ブランクおよびカプセルのアセンブリは、例えば耐食性合金または耐摩耗性合金を含む、所望の特性を有する合金の球状粒子の合金粉末によって環状空洞が充填される間に振動する。粉末を振動させることにより、その充填密度を最大化し、最大充填密度は典型的には、理論完全密度の約６２〜７２％である。完全密度は、球状粉末粒子間に孔が存在しない場合の材料の密度である。その後、カプセルから空気、水蒸気、および他のガスを排気して、さらに加熱してガス状不純物を除去し、密閉する。密閉されたカプセルに、次に熱間等方圧加圧（「ＨＩＰ」）を受けさせて、温度、圧力、およびサイクル時間の条件下で粉末を固化させる。使用される特定の温度、圧力およびサイクル時間は、その部品で事前に選択した孔密度を生じるように選択される。その孔密度値は、複合材ビレットの層を構成する他の部品の流動応力に適合する流動応力を有する部品を製造するために選択される。
【００１４】
ＨＩＰ処理、または冷間等方圧加圧（「ＣＩＰ処理」）を含む制御された圧力、温度、および時間を適用する他の技法と、それに続く焼結による熱の適用によって、粉末粒子間に冶金結合が生成されて、得られたＰＭ部品内の細孔容積が制御され、従ってその部品の流動応力が制御される。ビレットを構成する特定の層または部品内の多孔率を制御することによって、部品の流動応力はそれらが十分に近くなるように制御することができる。そして２部品ビレットは塑性変形を受けて、所望の製品を生じる。
【００１５】
代替的な実施形態において、これらの部品の粉末冶金は、粉末によって環状スペースを充填するのではなく、別個に作製できることが認識されるはずである。この場合、粉末部品を処理して事前に選択した多孔率を達成させて、次に多孔性部品を他の部品に隣接させて配置する。例えば、インコネル６２５合金の多孔性ブランクを機械加工して、鍛造または鋳造スリーブ内で入れ子状にして、次に、必要に応じて、処理してこれらの層を接合することができる。ＨＩＰ、ＣＩＰおよび焼結、または他の同様の結合方法は、事前に選択した密度が既に達成されている場合は、粉末層のさらなる高密度化を回避しながら部品が接合される条件で実施され得る。あるいは、目的密度に達するためにさらなる高密度化が所望である場合、ここで接合条件を変化させて所望の目的密度を達成することができる。さらなる代替的な実施形態において、２個を超える部品を使用することが可能であり、その少なくとも１個は多孔率が調整できる粉末である。部品のそれぞれは、必要に応じて、ＰＭ技法を使用して作製できる。
【００１６】
二つの側面が異なる粉末部品で被覆された鍛造または鋳造ブランクが、本発明の実施で使用され得る。部品は、金属、合金、プラスチック、およびセラミックならびに複合材料を含み得る。別個に形成された少なくとも１つの粉末部品で目的密度がすでに達成されている場合、接合ステップは、そしてさらにカプセル化ステップも、プロセスのこの段階において省略可能であり、部品は塑性変形によって接合される。カプセル化は、この段階で接合が起こらなくても、入れ子状になった部品間の界面からガス状不純物を除去するのに有用であり得る。
【００１７】
従って本発明は、特に、多少特殊化された特性、多くは耐摩耗性および耐食性を有する材料を用いた一般的な構造材料クラッドの、複合材多部品ビレット、典型的には、２部品中空ビレットを提供する。１つ以上の層をＨＩＰ処理するか、またはそうでなければＰＭ技法を用いて製造して相関する所定の多孔性特徴を達成させて、押出しなどの形成プロセスで発生する塑性変形を失敗せずに受けられるはずである、複合材ビレットを製造するのに十分に小さい、事前に選択した流動応力比を与えることができる。
【００１８】
本発明の上述および他の利点および特徴ならびにそれが実施される方式は、好ましい、かつ例示的な実施形態を説明している添付の図面と併せて解釈される、本発明の以下の詳細な説明を検討したときにただちに明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に従って作製された中空２部品複合材プリフォームまたはビレットを表現した斜視図である。
【図２】多孔率が制御された中空プリフォームの内部固体層またはコアを示す、図１のプリフォームの縦軸断面図である。
【図３】図１のプリフォームの平面図である。
【図４】図１のプリフォームの底面図である。
【図５】完全密度部品を挟んでいる、多孔率が制御された部品の内層および外層を有する、本発明の中空複合材プリフォームまたはビレットを示す縦軸断面図である。
【図６】ベークアウト、排気、および密閉前に粉末によって最大充填密度まで充填した後のカプセル化された２部品ビレットを示す縦軸断面図である。
【図７】ベークアウト、排気、および密閉前に粉末によって最大充填密度まで充填した後のカプセル化された３部品ビレットを示す縦軸断面図である。
【図８】１１７５℃の鍛造条件および１秒当り４の歪速度での、各種密度のＨＩＰ固化インコネル合金６２５およびＡＩＳＩ  ８６２０鋼の圧縮試験（真応力対真歪）の結果を示すグラフである。
【図９】３つの異なる歪速度に対する各種の相対密度における平均流動応力を示す、インコネル合金６２５のプロットであり、インコネル６２５をより低い密度までＨＩＰ処理することによって塑性変形に必要な応力を低下させることが確認される。
【図１０】インコネル合金６２５の各種の密度におけるＡＩＳＩ鋼８６２０に関するインコネル合金６２５の相対密度に対する、平均流動応力の比のプロットである。
【図１１】部品の所望の多孔率を決定して、２部品プリフォームを製造するための、本発明の方法のステップの流れ図である。
【図１２Ａ】複合材多部品ビレットを生成し、ビレットを押出してクラッドパイプを製造するための、本発明の１つの方法のステップの流れ図である。
【図１２Ｂ】複合材多部品ビレットを生成し、ビレットを押出してクラッドパイプを製造するための、図１２Ａの代替的な方法のステップの流れ図である。
【図１３】本発明の２部品ビレットの組立ておよび処理のステップの、極めて概略的な表現である。
【図１４】別の部品との接触前に粉末部品を一部圧縮する図１３のステップの代替的な、極めて概略的な表現である。
【図１５】圧力、温度、および時間と相対密度（多孔率）との間の関係を示す、インコネル合金６２５についての従来技術のＨＩＰマップである。
【図１６】炭素鋼およびインコネル合金６２５を含む各種の合金の処理温度に対する流動応力の、従来技術から得たプロットであり、ビレットの１つの層が完全密度炭素鋼である場合の同時押出の流動応力適合性の範囲を示すために斜線が付けられている。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
同一の参照符号は、図面の複数の図を通じて同一の部分を示している。
【００２１】
本発明は、図面および以下に説明する変形例により説明される、具体的な実施形態を参照して最も良く理解することができる。本発明はこのように説明されるが、本発明が例示され、及び説明された実施形態に限定されることを意図しないことを認識するべきである。それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の精神および範囲内に含まれ得る、すべての代替物、修正、および等価物を含む。
【００２２】
図１は、斜視図に２０として、本発明の中空円筒状２部品複合材ビレットの表示を一般的に示す。ビレット２０は、完全密度の鍛造状態で米国鉄鋼協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｒｏｎ  ａｎｄ  Ｓｔｅｅｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、「ＡＩＳＩ」）８６２０鋼の外面またはスリーブ２２を有する。スリーブは一端で先細にされて、塑性変形のための押出機（本図には図示せず）へ挿入される円錐部２４を形成する。円錐部は面取りされて上平面２５を与える。高ニッケル含有率の超合金であるインコネル合金６２５の内部コア層２６は、スリーブ２２内に破線で示され、熱間等方圧加圧（「ＨＩＰ処理」）または他の接合技法によってスリーブの内面に冶金接合されている。ＨＩＰ条件は、インコネルの固体コア層で所定の多孔率を生成または維持するように制御されているため、スリーブ２２およびコア２６の流動応力は処理に適合している。
【００２３】
図２は、２０’で図１のビレットを縦断面で一般的に示し、これには鍛造鋼の完全密度外部スリーブ２２’および部分密度合金６２５の内部コア２６’が含まれている。外部スリーブ２２’に引かれた斜線は、スリーブが完全密度部品であることを示している。内部コア部２６’に引かれた斜線は粉末が固化されていることを示し、点は固化が部分密度までである、すなわち多孔率が維持されていることを示す。多孔率は、（１）ＨＩＰサイクルの温度、圧力、および時間、（２）図２の合金６２５である、その所定の多孔率で塑性変形を受ける粉末部品によって示された流動応力、および図２では鍛造ＡＩＳＩ８６２０鋼の外部スリーブ２２である、ビレットアセンブリの１個以上の他の部品によって示された流動応力に基づく、コンピュータモデル化技法によって予め決定することができる。
【００２４】
図３および図４は、図１のビレットの平面図および底面図をそれぞれ表す。図３は、円錐スリーブ面２４と合金コアの上平面との中間の鋼スリーブ２２（図１）の上平面２５を示す。
【００２５】
塑性変形のための同時押出し、同時引抜き、同時圧延、または他の熱間加工処理による多層管状製品の製造中に、材料は、長さは短いが直径は完成品の寸法より大きい多層円筒状ビレットの形で、塑性変形プロセスに進む。個々の層または部品は異なる理由で選択される。１つの層は、完成品に構造強度を提供するために選択され、別の層は、優れた耐摩耗性または耐食性を提供するために選択され得る。別の層は、優れた電気または熱伝導性を有するために選択され得る。ビレット内の層を構成する材料のコストが常に要因となる。本発明の例示のためにインコネル６２５および軟鋼を選択することは、本発明ならびに多様な部品、塑性変形プロセス、および製品構造へのその幅広い用途に関連して検討されるべきである。
【００２６】
図５は、２８で一般的に示され、完全密度部品層３６を挟む、多孔率が制御された粉末部品の内層３２および外層３０をそれぞれ有する、中空複合材ビレットの縦軸断面である、本発明の代替的な実施形態を表す。サンドイッチ層３６は、完全密度固体構造層として示され、例えば鍛造または鋳造ＡＩＳＩ  ８６２０鋼を含むことができる。構造層３６は、構造層３６の外面および内面の粉末層３２および３０によって挟まれ、粉末層は、部分的に固化され、所定の多孔率を有するように示され、多孔率は、熱間加工および塑性変形による処理のために構造層の多孔率と適合する流動応力比が与えられるように予め決定されている。内層および外層の一方または両方は、同じまたは異なる材料による粉末冶金材料を含むことができる。例えば各層は、耐食性のためにインコネル６２５を含むことができる。部品は異なっていてもよく、例えば、再度必要な特性に応じて、一方の層に耐摩耗性合金を、他方の層の耐食性合金または他の合金を含む。
【００２７】
部品が、熱、温度、および圧力によって粉末部品の所定の多孔率まで処理され、熱間加工塑性変形プロセスのために他のビレット部品と適合する流動応力が与えられる限り、必要に応じて、そして最終製品の用途に応じて、構造層および粉末層をビレット構造に配置できることが認識されるべきである。図１に示すプリフォーム２０は、中空ビレットの内面に配置された耐食性合金を有する。必要に応じて、耐食性合金をビレットの外部に、鍛造炭素鋼をビレットの内部に配置できることが認識されるべきである。例えば、腐食性流体が内部で冷却媒体または加熱媒体として使用されるクラッド鋼熱交換機チューブは、外面として外側を被覆する耐食性合金を必要とする可能性がある。プリフォームは、再度、図５の環境上の使用目的に応じて、その構造特性のために選択された合金の内面および外面の両方に耐食性合金または他の特殊合金を用いて形成することができる。
【００２８】
粉末層がビレットアセンブリ内の本来の位置で、またはビレットアセンブリへ配置する前に固体として調製できることも認識されるべきである。目的密度は、所望の流動応力および各種の密度にて部品によって示される流動応力に応じて、部分密度から完全密度まで変化し得る。事前に目的密度で調製された場合、次に拡散接合は、別個のステップとして実施された場合にさらに高密度化されるのを避けるために、典型的には実施される。目的密度未満で調製された場合、次に目的密度に達するための条件が選択されるべきである。代替的に、目的密度に達している場合、次に塑性変形によって接合を実施することが可能であり、その場合にはすべての部品が、押出しを含む塑性変形の生成物で完全密度となる。
【００２９】
図６は、ＨＩＰ処理前の図１および図２の２部品ビレットの実施形態を３８で、縦断面図に一般的に表す。ビレット３８はカプセル４０によってカプセル化され、カプセル４０は、固体鋼部品４３に隣接して粉末部品４２を含有するために、ならびに蒸気および汚染ガス状不純物を排気することができるスペースを提供するために使用される、金属の完全密度薄層である。しかしカプセル４０は、ビレットの容器のための複数の考えられる構造の１つである。図１は、押出し前にビレットから除去されたカプセル４０を示すが、カプセルが従来の処理では時にはビレットに残存して、押出しまたは他の処理技法を補助するのに有用であり得ることを認識すべきである。液圧押出しを含むいくつかの押出し技法では、典型的には、カプセルが存在する必要がある。カプセルは、典型的には、押出しまたは他の塑性変形技法の前または後にかかわらず、機械加工または酸洗いによって除去される。
【００３０】
カプセル４０は、粉末４２を含有する環状スペースを与える内壁４４を有する。粉末４２は、金属ポートまたはチューブ４６を通じて環状スペースに進入する。典型的には、ビレットカプセルに粉末を充填するために、カプセルを振動テーブルに置いて、ホッパーにより粉末をポート４６に供給する。振動により、典型的には、球状粉末の理論完全密度の約６２〜７２％である最大密度での粉末充填が可能となり、完全密度とは孔が存在しないことである。充填されたカプセルを例えば５５０〜７５０°Ｆに加熱されたオープントップオーブンおよび排気系を含むベークアウトステーションに移す。ベークアウトの間に、ポート４６にて真空に引いて粉末およびカプセル内に存在する空気、水蒸気、および他のガスを除去する。排気されたビレットは次に真空下で圧着チューブ４６によって密閉され、チューブ４６は除去および溶接閉めされ、確実に気密シーリングされる。
【００３１】
図７は、層を拡散結合するＨＩＰ処理の前の図５の多部品複合材ビレットの実施形態を、４６で、縦断面図に一般的に示し、この点で図６に類似している。ビレット４６は、カプセル４７と同様の方式でカプセル化され、内側粉末層５２および外側粉末層５４それぞれのために独立した装填および真空ポート４８および５０を備えている。内側および外側粉末層４８および５０は、図５に関連して述べたように、緻密金属層５６を挟んでいる。金属層５６は、カプセル化の前に粉末冶金によって部分密度固体または完全密度固体部品として作製可能であり、次に、拡散接合および目的密度まで処理可能であることも認識されるべきである。
【００３２】
図８は、１１７５℃および１秒当り４の歪速度にて完全密度ＡＩＳＩ  ８６２０鍛造鋼と比較した、各種の密度レベルまでＨＩＰ固化されたインコネル６２５超合金の４種類の試料での圧縮試験の結果を示すグラフである。４種類のインコネル６２５試料は、無孔密度の８３％、９２％、９８％、および９９．９％という４つの密度であった。真応力を真歪に対してプロットする。機械試験用の試料を製造するために、合金６２５金属粉末を円筒状ステンレス鋼（ＡＩＳＩ  ３０４）カプセル（外径１．５インチ×長さ６インチ、壁厚０．０６２５インチ）に充填する。充填中にカプセルを振動させて、約０．６５の最大充填密度が達成されるようにする。これらのカプセルを次に排気、ベークアウトおよび密閉する。
【００３３】
４つの密度レベル（８３％、９２％および９８％、ならびに９９．９％）が、多孔率および流動応力の関係をキャラクタリゼーションするのに適切であることを確認した。このキャラクタリゼーションによって、合金６２５およびＡＩＳＩ  ８６２０鋼の同時処理に理想的な目的密度レベルを確認することができた。「Ｓｏｆｔｗａｒｅ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ  Ｍａｐｓ  ｆｏｒ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ」（１９９０）という名称の「ＨＩＰ  ６．０」処理ソフトウェアがケンブリッジ大学のＭ．Ｆ．Ａｓｈｂｙ教授によって開発され、Ｐｕｂｌｉｃ  ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅから入手可能であり、これを使用してこれらの多様な密度レベルを達成するためのＨＩＰ条件を決定した。これらのＨＩＰ処理パラメータは、下の表Ｉで規定され、図１５に示すものと類似したＨＩＰマップから決定される。ＨＩＰ処理の後、ステンレス鋼カプセルは、固化した超合金粉末から機械加工によって除去される。
【００３４】
【表１】
2011518952.tif 000003
【００３５】
圧縮試験は、変形膨脹計を使用して３つのレベルの歪速度で実施されて、鍛造条件のＡＩＳＩ  ８６２０鋼および４つの密度レベルでの合金６２５の流動応力が決定された。圧縮試験用の試料は、鍛造ＡＩＳＩ  ８６２０ロッドおよびＨＩＰ固化合金６２５バーから機械加工される。圧縮試験用試験マトリクスは下の表ＩＩに規定する。
【００３６】
【表２】
2011518952.tif 000004
【００３７】
表ＩＩに示した各試験条件では、試料を１０℃／分の表面速度（nominal rate）で１１７５℃、±５℃まで加熱した。試験試料をこの温度で５分間保持して、次に少なくとも０．５の総歪まで圧縮した。試験装置を歪制御モードで運転して試験中に一定の真歪速度を維持することと、データを高速で収集して試験中の応力／歪曲線の変化すべてを取り込むこととに注意することが重要である。結果の一貫性を確保するために、表ＩＩに規定した各試験条件を３回反復した。
【００３８】
図４は、１１７５℃および１秒当り４の歪速度で行った１セットの試験から収集したデータを示す。このグラフから、合金６２５の塑性変形に必要な流動応力が試料での密度の低下と共に、そして多孔率の上昇と反比例して低下することが明らかである。ＡＩＳＩ  ８６２０鋼の流動応力は、８３％の理論密度にて合金６２５よりもなお低い。これらの観察結果は、表ＩＩで規定した他のすべての歪速度に一致することが判明している。
【００３９】
表ＩＩの各試験条件での真応力−歪曲線および反復から流動応力と合金６２５の密度との関係を定量するために、下の式１を使用して平均流動応力を概算した。
【数１】
2011518952.tif 000005
【００４０】
式中、εａおよびεｂはそれぞれ、塑性変形の上限および下限である。式１を使用する平均流動応力の計算を、下のグラフに概略的に示す。下のグラフで影を付けた領域である応力および歪曲線下面積は、式１の積分項を表し、数値積分技法によって概算される。
【数２】
2011518952.tif 000006
式１を使用する流動応力の概略図
【００４１】
図面に戻ると、図９は、３つの異なる歪速度に対する各種の相対密度における平均流動応力を示すインコネル６２５のプロットであり、インコネル６２５のより低い密度へのＨＩＰ処理によって塑性変形に必要な応力が低下することを確認している。合金６２５の平均流動応力は、３つのレベルの歪速度で密度と共に変化する。図９の各データ点は、試験の３回の反復の平均である。図９のグラフによって、合金６２５を永久変形させるのに必要な平均流動応力がより低い密度へのＨＩＰ処理によって、すべての歪速度にて大幅に低下可能であることが確認される。
【００４２】
以前の調査研究によって、耐食性合金／炭素鋼プリフォームの成功した熱間加工では、流動応力の比が２．３未満であるべきことが報告されている。図１０は、各歪速度のレベルにおける、合金６２５の平均流動応力の合金６２５の密度を持つＡＩＳＩ  ８６２０鋼の平均流動応力に対する比の、１秒当り４、１秒当り８、および１秒当り１２の３つの異なる歪速度における変化を示す。成功した押出しの制限比２．３も、比較のために水平な黒線として図７にプロットする。バイメタルプリフォームがこの線より上でうまく熱間加工できる見込みはない。このグラフは、ＨＩＰ処理中に合金６２５の最終密度を調整することによって、流動応力の比を２．３よりもかなり低下させることができることを明らかに示している。流動応力の比に対する歪速度の影響が最小限であることも注目に値する。１秒当り４〜１２の歪速度にて、完全密度の９２％またはそれ以下の密度を有する合金６２５層は、本発明による処理に好適であるべきである。
【００４３】
図１１は、プリフォームの部品の所望の多孔率を決定するための、本発明の方法のステップの流れ図を示す。最初に、ビレット部品はステップ６０に従って選択され、所望の流動応力値は部品に基づいて決定される。例えばスリーブ（ケース）およびコアならびに存在する場合にはさらなる層の材料は、典型的には、構造特性、耐食性および耐摩耗性、ならびにコストを含む因子に応じて選択される。他の因子は、製品の最終使用に応じて重要であり得る。その後、ステップ６２に従って、流動応力値は、鋳造もしくは鍛造されたままの状態である、その完全密度状態の提案された部品について、または鍛造軟鋼などの鋳造もしくは鍛造状態で本発明の実施での使用に提案される部品を含む、完全密度まで固化されたＰＭ材料について決定される。多部品ビレットのすべてまたは大部分の部品が、所望であれば、粉末から作製され得ることを認識すべきである。これらの流動応力の比が、わずか約２．０から、おそらく高くても２．３までである場合、次にステップ６４に従って、従来の同時押出しもしくは他の従来の塑性変形技法が使用できるか、または本発明の方法が所望通りに実施できる。完全密度固体部品の流動応力比の比が２．０を超えて約２．３までである場合、次にステップ６６に従って、各種の流動応力値は粉末冶金から作製される部品の多孔率と相関する。多孔率は、ステップ６８に従って相関から確認された好適な流動応力に基づいて決定され、事前に選択した多孔率に達するためにステップ７０に従って温度、圧力、および時間の条件が選択される。これらの条件は、熱間等方圧加圧、冷間等方圧加圧と続いての焼結、または他の技法によって満足させることができる。その後、複合材ビレットをステップ７２に従って、そして図１２Ａおよび１２Ｂならびに他の箇所で記載するように、この情報に基づいて組み立ておよび作製することができる。
【００４４】
図１２Ａは、粉末による少なくとも１個の部品および固体金属による１個の部品を有する複合材多部品中空プリフォームを作製および押出するための本発明の方法のステップの流れ図を示し、粉末部品はプリフォームとして組み立てられるまで固化されない。図１２Ａが対象とする図１の２部品中空ビレットの表現は、排他的でないことを意図し、それどころか、本発明の実施に有用な広範囲の潜在的な構成および材料を示すことが認識されるべきである。図１１に従って決定された情報を使用して、上で記載したように、および図１２Ｂに関連して示すように、粉末部品を事前に固化して、次に所望ならばビレット中で組み立てて、所望の多孔率および流動応力比にて層を融合接合するように処理することができる。
【００４５】
図１２Ａは、押出し用のビレットに好適な所定の寸法の、例えば鍛造鋼を含む固体部品をカプセル化する最初のステップを７６に示す。カプセルは、充填される粉末部品のための環状スペースを備えている（ステップ７８）。カプセルを充填中に振動させて（ステップ８０）、粉末充填密度を最大化して、次に図６に関連して記載されるように、排気、ベークアウト、および密閉する。カプセルは、ＨＩＰ処理するか、またはそうでなければ部品を拡散接合させるための温度、圧力、および時間の条件を受けさせて、部品を同時押出しまたは他の処理に適合する密度にする（ステップ８４）。典型的には、粉末部品は、完全密度よりも低いものに固化される。組み立ておよびＨＩＰ処理が行われたビレットを次に周囲温度まで冷却して（ステップ８６）、その後、押出し温度まで再加熱し（ステップ８８）、押出す（ステップ９０）。
【００４６】
従来の電気、油もしくはガス炉または誘導加熱を使用して、ビレットを再加熱することができる。拡散接合表面の界面の金属間化合物を溶解させるために、ビレットを「均熱化する」と呼ばれることがある、再加熱されたビレットを高温で一定期間維持することなどの、さらなるステップを典型的には含むことができる。インコネル６２５合金および鍛造鋼では、均熱温度は約９００〜１２００℃であり、ビレットの直径に適切な時間にわたって、典型的には１時間半から４時間にわたって行う。
【００４７】
図１２Ｂは、ビレット部品を作製するステップと、次にこれらの部品を組み立てるステップを示す流れ図であり、少なくとも１つの部品が部分的に高密度化される。ステップ７７により、第１の部品は鍛造、鋳造、または粉末から作製される。第２の部品は粉末から作製され、目的多孔率まで熱、圧力および温度を受ける（ステップ７９）。第２の部品は、所望ならば目的多孔率未満まで処理することができる。カプセルを第２の部品から除去する。次に、第１および第２の部品、または２層を超える多部品ビレットアセンブリが意図される場合にはさらなる部品を入れ子状にして取り付ける（ステップ８１）。この段階では、ビレットアセンブリを任意選択的にカプセル化して、必要であれば部品間のスペースを排気することができる（ステップ８３）。ビレットアセンブリも所望であれば、目的密度に達するまで処理して、部品を拡散接合するか、または先に得た目的密度を維持して、部品を拡散接合することができ（ステップ８５）、続いて室温まで冷却する。その後、ビレットアセンブリを押出し温度まで加熱して押出すか、またはそうでなければ塑性変形を受けさせる。
【００４８】
図１２Ａに関連して記載されるような、粉末からのビレットの組み立て、固化、および押出しを、図１３に関連して、極めて概略的な方法で示す。組み立ては、計画したビレットに好適な所定の寸法の、鍛造もしくは鋳造鋼ブランク９２または他の固体完全密度金属形のどちらかによって開始することができる。あるいは、組み立ては、粉末鋼または他の金属およびカプセルアセンブリ９４によって開始することが可能であり、カプセル９３は粉末金属９５を最大充填密度で含有する。粉末鋼アセンブリはＨＩＰ処理するか、またはそうでなければ、完全密度固体を含む、所定の多孔率を有する固体９６になる圧力、温度、および時間の条件で処理されて、このような場合には固体ブランク９２が得られる。ブランク９６によるカプセルは典型的には、本発明のビレットの組み立てに進む前に、機械加工または酸洗いのどちらかによって除去される。
【００４９】
９８で一般的に示すアセンブリにはカプセル９７が装備され、この場合には耐食性合金（「ＣＲＡ」）粉末９９である粉末のための環状スペースが形成され、ビレット９８は図６に関連して上に記載した方式で組み立てられる。組み立てたビレットはＨＩＰ処理するか（１００）、またはそうでなければ粉末を鍛造層もしくは先に固化した層に拡散接合して、ＣＲＡ粉末中に必要な多孔率を与える圧力、温度、および時間の条件下で処理する。ＨＩＰ処理したビレットは、次に再加熱および均熱され１０２、典型的には、潤滑油の注入を行って押出される１０４。押出しまたは他の熱間加工塑性変形プロセスは、層が変形されるときに層中に完全密度を生じさせて、図１３は、部分密度層１０３が押出しオリフィスを通過するときに完全密度となる１０５ことを示す。図１３の図解では、押出しは、支持マンドレル１０８上の中空２部品ビレット１０２のラム１０６による押出しオリフィス１１０を通じた直接押出しであり、クラッドパイプ１０４が形成される。
【００５０】
しかし直接押出しは、多様な形状を製造するために本発明に関連して使用され得る塑性変形の、多種多様の技法の一例である。本発明の実施で有用な塑性変形のプロセスのいくつかは、ピルガーミリングおよび間接押出しを含む。引抜き、マンネスマン圧延、および複数のその他も、必ずしも同等の結果を伴わないが、好適であろう。
【００５１】
塑性変形は、張力、圧縮力、剪断、曲げまたはねじりを含む印加された力または歪による、物体の形状またはサイズの非可逆的変化として定義され得る。材料が歪破壊を受ける場合、ここで塑性変形の限度を超過している。クラッド・シームレス・パイプを作製する際の、スリーブもしくはコアの破壊または不均一もしくは不均衡流動による問題の１つは、印加された歪に対してあまりに根本的に異なる応答を有する部品の観点から理解することもできる。典型的には、一方の部品の塑性変形は、他方の前に、限度を超過している。本発明は、塑性変形を正しく受けることができ、壊れない製品を与えるビレットを提供する。
【００５２】
図１４は、図１２Ｂの流れ図に対応する図１３のステップの代替的な形態の、極めて簡略的な表現であり、ここで粉末部品は別の部品との接触前に部分的に高密度化される。図１３の場合と同様に、アセンブリは、鍛造もしくは鋳造鋼ブランク９２または他の高密度金属、もしくは粉末の少なくとも部分的に高密度化されたブランク９５のどちらかによって開始され得る。しかし、図１４では、耐食性合金または他の合金粉末１１２はカプセル化され、アセンブリとは別に高密度化されてブランク１１４を形成する。このブランク１１４は、ビレット１１６内に入れ子状にして組み立てる前に、内面および外面を機械加工する必要があり得る。ビレット１１４は、次に、任意選択的にＨＩＰ処理するか、またはそうでなければ層に拡散接合して、粉末層の目的密度を達成する圧力、温度、および時間の条件下で処理する。粉末層は、ＨＩＰまたは他の処理を最初に受けたときに、すでに目的密度に到達していた可能性があることが認識されるべきである。この場合、ビレットをカプセル化して部品間の界面を排気し、次に加熱および均熱ならびに部品を接合する押出しに進むべきであり得る。所望であれば、接合を１１６で行うことが可能であり、１１６で条件を管理して、多孔率を維持しながら拡散接合が行われる。再加熱、均熱、および押出しは、図１３と同じである。
【００５３】
必ずしも同等の結果を伴うわけではないが、最終製品の所望の特性に応じて、本発明の原理が多様なセラミック、および熱可塑性部品に利用できることが認識されるべきである。本発明の実施に関連して、クラッドパイプまたはチューブの製造するために構築されたプリフォームは通常、複合材多部品中空ブロックまたは複合材多部品中実円筒状ブロックとして説明することができ、典型的には、異なる金属合金の２つの同心状層から作製された２部品ブロックである。多部品構造において、冶金接合または特定の機械的特徴を増強するために、異なる合金または他の材料のさらなる同心状層が含まれ得る。これらのさらなる層は、「中間層」と呼ぶことができ、典型的には、スリーブとコアとの間に配置される。複数の層が図５と関連して記載されるように選択される、多部品構造も含まれることを意図する。
【００５４】
本発明は、クラッドパイプを製造するのに現在好適である材料の組合せまで大幅に拡張される。本明細書に記載するような本発明は、複合材ビレットの少なくとも１個のＰＭ部品の多孔率を調整することによって、部品の範囲を拡大させる。本発明は、好ましい実施形態に特に関連して説明されてきた。しかし、添付の特許請求の範囲に定義されるように、上述の明細書に記載したような本発明の範囲および精神の範囲内で変形を行うことができる。
【図１】
2011518952.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年2月4日(2011.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属間結合された少なくとも第１の部品と、第２の部品とを有する、完全密度クラッド製品を製造するための多部品クラッドビレットであって、前記第１の部品と第２の部品とが熱間加工温度における塑性変形に応答して、それぞれ第１の流動応力と第２の流動応力とを示し、前記第１の部品と、第２の部品との少なくとも一方がゼロを超える細孔容積に部分的に固化されており、熱間加工温度における部品の、熱間加工温度における少なくとも一つの他の部品の流動応力に対する、流動応力を調節し、調節された流動応力が、塑性変形の完全密度クラッド製品における、歪破壊を受けない塑性変形のための熱間加工温度における流動応力の比を提供する、クラッドビレット。
【請求項２】
前記ビレットが中空２部品ビレットであり、前記第１の部品が完全密度炭素鋼であり、前記第２の部品が完全密度の９２％以下の密度まで部分的に固化されたニッケルベース合金粉末である、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項３】
前記密度が完全密度の８３〜９２％である、請求項２に記載のクラッドビレット。
【請求項４】
前記部分的に固化された部品が、球状粉末の理論完全密度の６２〜７２％以上の最大充填密度から部分的に固化される、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項５】
前記部分的に固化された部品内の前記細孔容積、濃度、および分布によって、熱間加工温度における、２．３以下の流動応力の比を提供する調節された流動応力が生ずる、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項６】
熱間加工温度における前記第１の部品と第２の部品との前記流動応力の比が２．０を超えない、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項７】
塑性変形が、延伸、直接押出し、間接押出し、ピルガーミリング、マンネスマン圧延から成る群より選択されるチューブ製造プロセスである、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項８】
前記ビレットが外部クラッド、内部クラッド、またはブランクの両側のクラッドであり、前記細孔容積がゼロを超える前記部品が、前記クラッドを提供し、前記部品の他方が前記ブランクを提供する、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項９】
前記細孔容積がゼロを超える前記部品が、耐食性、耐摩耗性、強度、電気特性、熱特性、およびその組合せを示す部品から成る群より選択される、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項１０】
前記細孔容積がゼロを超える前記部品がニッケルベース合金であり、前記他方の部品が合金鋼である、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項１１】
前記クラッドビレットがバイメタルである、請求項１に記載のクラッドビレット。
【請求項１２】
塑性変形用のクラッドビレットを製造する方法であって、
ａ）第１のビレット部品を提供するステップと、
ｂ）第１のビレット部品に隣接して第２のビレット部品を提供するステップと、
ｃ）前記ビレット部品の一方の多孔率を調整するステップと、特定の熱間加工温度における塑性変形に応答した流動応力を製造するステップであって、該流動応力は、他方の部品の特定の熱間加工温度における流動応力に基づいて決定される、ステップと、
ｄ）前記第１の部品と前記第２の部品との間の結合を生成するステップと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記第１のビレット部品を提供するステップが、鍛造炭素鋼ブランクを提供するステップを含み、前記第２のビレット部品を提供するステップと前記第２のビレット部品の多孔率を調整するステップが、
ａ）前記鍛造炭素鋼ブランクにカプセルを溶接して、環状空洞を生成するステップと、
ｂ）前記環状空洞に、耐食性もしくは耐摩耗性合金粉末を充填するステップと、
ｃ）前記空洞を充填する間に前記合金粉末を振動させるステップと、
ｄ）前記カプセルを、排気し、焼成し、および密閉するステップと
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ビレット部品の一方の多孔率を調整するステップと、前記ビレット部品間に接合を生成するステップとが、前記接合を生成するための、および所定の多孔率を産生するための温度および圧力の所定の条件にて、所定の時間にわたって、前記カプセルを熱間等方圧加圧するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
ａ）前記カプセル化されたアセンブリを室温まで冷却して、前記アセンブリを前記カプセルから除去するステップと、
ｂ）金属間要素を熱間等方圧加圧処理された部品の界面から除去するステップと、
ｃ）熱間等方圧加圧処理部品を所定の押出し比で押出すステップと
を含む、請求項１３に記載の方法であって、
前記完全密度状態の部品が、２．３より大きい流動応力の比を有し、前記合金部品がゼロより大きい細孔容積を有し、特定の熱間加工温度において、塑性変形についての、２．３未満の流動応力の比を提供するように調節されている、方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
温度を含む処理条件は、各部品で修正され得る。「従来技術」と標示された図１６の斜線部分で示すように、炭素鋼に印加された、耐食性または耐摩耗性合金の許容される流動応力の範囲は、部品温度を修正しても多くの候補を除外する。温度の修正にビレットの迅速な処理が必要なのは、部品がいったん相互に接触すると、部品の温度が迅速に平衡となる傾向があるためである。いくつかの場合では、比較的高い処理温度での多層ビレットの変形によって良好な製品が製造される可能性を上昇させることができるが、高温処理は含まれる材料に有害なことがあり、粒成長、析出物粗大化、および他の望ましくない現象が生じ、許容されるパラメータの範囲はいくらか制限的である。従来技術の例としては、Ｏｓｈａｓｈｉらの米国特許第５，０５６，２０９号が、異なる変形抵抗を有する、二つの異なる種類の金属からクラッドメタル管を製造する方法を開示するものが含まれる。より高い変形抵抗を有する金属は、より高い温度に加熱される。Ｍａｎｉｌｌａらの米国特許第３，７５３，７０４は、クラッドストックの製造方法を開示している。実施例１では、５０重量％のカルボニルニッケル粉と、５０重量％のクロム粉とがシリンダーに圧縮され、ニッケルクロムと鉄合金とのビレットとともに組み立てられ、約８０％の密度のシェルに焼結され、缶に詰められ、加熱され、共押出されたシェル部品が開示されている。欧州特許公開第１  ６３２  ９５５号は、一実施形態として、ホウ素またはカーボン化合物の粉末を振動させて相対密度を５０〜８０％に調節し、アルミニウム合金の薄い外層とともに共押出することが開示されています。Ｃｈｉｇａｓａｋｉらの米国特許公開公報２００４／０２４７４７７号は、分散された粒子を含む合金層を有する金属部品の製造方法に関します。実施例１においては、炭素鋼の容器に充填されたニッケル合金粉末が、圧縮成形され、密閉され、熱間等方圧加圧され、押し出されます。実施例２においては、ニッケルベースの合金が、低合金鋼シリンダーに充填され、加圧され、押し出される。
【国際調査報告】
2011518952.tif 000024
2011518952.tif 000025
2011518952.tif 000026