(57)【要約】急速焼入れ中に、急速焼入れの前の断面の温度を合金のソルバス温度の直ぐ上において安定化することが許されるならば、内部クラッキングに抵抗しなおかつ完全な硬化可能な大断面の溶液焼きなましされた析出硬化可能合金を作ることができる。好ましくは、断面の温度は、断面が環境温度に冷却される前に、顕著な相変化の生じない高さの高温度における第２回の安定化が許される。
2004513226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金が溶液焼きなまし温度から最終焼入れ温度に冷却される析出硬化可能合金を焼入れする方法であって、合金が急速焼入れされるより前に、溶液焼きなまし温度より低くかつソルバス温度の直ぐ上の第１の安定化温度における合金の温度の安定化を許すことを含む方法。
【請求項２】
最終焼入れ温度より高いが合金内で何らかの大きな相変化が生ずるほどは高くない第２の安定化温度における合金の温度の安定化を許す請求項１の方法。
【請求項３】
急速焼入れが、合金と水との接触により生ずる請求項２の方法。
【請求項４】
合金を析出硬化温度に維持することにより合金が続いて析出硬化され、第２の安定化温度が析出硬化温度の８３．３℃（１５０ ゜Ｆ）以内である請求項３の方法。
【請求項５】
合金が、０．１から５重量％のＢｅを含んだＢｅＣｕ合金、或いは約８から１６重量％のＮｉ及び５から８重量％のＳｎを含み残部がＣｕと付随不純物とであるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎスピノダル合金である請求項１の方法。
【請求項６】
合金の大きい断面が焼入れされる請求項１の方法。
【請求項７】
完全な析出硬化可能合金より作られた成型物品であって、物品は、熔融合金からインゴットを鋳造し、次いで合金が実質的な析出硬化を受けるであろうように合金粒子構造を十分に微細かつ均一に達成するようにインゴットに１段階又はそれ以上の処理段階を加えることにより作られ、合金がこれら処理段階の少なくも一つの間に急速焼入れされる物品であって、
急速焼入れ中の合金の温度が、合金のソルバス温度の直ぐ上の第１の安定化温度において安定化することを許し、このため得られた成型された物品が完全に硬化可能でありしかも内部クラッキングを減らす傾向を示す物品。
【請求項８】
合金の大きい断面が焼入れされる請求項７の物品。
【請求項９】
請求項８の物品を析出硬化することにより作られた析出硬化され形成された物品。
【請求項１０】
請求項７の物品を析出硬化することにより作られた析出硬化され形成された物品。
【請求項１１】
合金の固相線温度に近い溶液焼きなまし温度から析出硬化可能合金を焼入れする方法であって、
合金を、その溶液焼きなまし温度から合金のソルバス温度に近い第１の安定化温度に第１の冷却増分で冷却し、
合金の温度が第１の安定化温度において安定化することを許し、
合金の顕著な相変化が生じない低温に第２の冷却増分で急速冷却する
ことを含む方法。
【請求項１２】
合金の温度が、環境温度以上であるが合金にいかなる顕著な相変化も生じないような高くない第２の安定化温度において安定化することを許すことを更に含む請求項１１の方法。
【請求項１３】
合金を析出硬化温度に維持することにより合金を続いて析出硬化させ、第２の安定化温度が析出硬化温度の８３．３℃（１５０ ゜Ｆ）以内である請求項１２の方法。
【請求項１４】
第３の冷却増分で合金を更に冷却することを更に含む請求項１３の方法。
【請求項１５】
合金が第３の冷却増分で環境温度に冷却される請求項１４の方法。
【請求項１６】
合金が、０．１から５重量％のＢｅを含んだＢｅＣｕ合金、或いは約８から１６重量％のＮｉ及び５から８重量％のＳｎを含み残部がＣｕと付随不純物とであるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎスピノダル合金である請求項１１の方法。
【請求項１７】
合金が少なくも約２０３．２ｍｍ（８インチ）の最小厚さ寸法を有する請求項１１の方法。
【請求項１８】
所定の析出硬化温度において析出硬化し得る大断面の析出硬化可能合金を急速焼入れし、断面は固相線温度の近くの溶液焼きなまし温度から水の沸騰点以下の最終焼入れ温度に焼入れされる方法であって、
断面の内部温度が析出硬化温度の８３．３℃（１５０ ゜Ｆ）以内であるとき、この断面の急速焼入れを終了する
ことを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、大断面の析出硬化可能合金の新しい急速焼入れ方法に関する。
【０００２】
［背景］
析出硬化可能な（又は熟成硬化可能な）合金は、そのソルバス温度以下で加熱されたときに合金成分の析出物の核生成及び成長が生ずる合金である。析出硬化は、通常は、合金硬度のかなりの増加並びに例えば、強度、延性及び電気伝導度を含んだ合金のその他の特性の組合せの有益な強化を引き起こす。
【０００３】
産業的には、析出硬化は、ソルバス温度と室温との間のほぼ中央の明らかに狭い温度範囲において０．５から２０時間合金を加熱することにより達成される。ソルバス温度に近い析出硬化温度は、この高温において得られる結果を管理することが困難でありかつ析出物の性質が大きく変化するため、通常、避けられる。析出硬化が商業的に評価し得るには余りにも時間を要する実際の最低硬化温度以下における析出硬化もまた避けられる。
【０００４】
析出硬化は、合金の成分が合金内に明らかに一様に分布されなければ通常は生じないであろう。従って、析出硬化可能合金は、熔融金属の固化の際に本来生ずる成分の粗い及び／又は微細な偏析を減らすため及び微細構造を精製するために、通常は、析出硬化の前に１回又は複数回の熱処理及び／又は精錬段階を受ける。かかる処理段階の例は、均質化焼きなまし、溶液焼きなまし、高温加工、室温加工を含む。
【０００５】
均質化焼きなましにおいては、合金は、例えば、４から１２時間のような比較的長い時間、その合金の固相線温度より低いが比較的これに近い温度で加熱される。均質化焼きなましは、通常は、合金が鋳造された後の最初の処理段階として処理過程の早期に行われる。均質化焼きなましの結果として、合金の溶質成分は合金の素地内に溶解し易く、これにより成分のより均一に近い分布を達成する。均質化焼きなまし後の焼入れは迅速に又はゆっくりと行うことができ、最も典型的には空気冷却によりなされる。
【０００６】
溶液焼きなましは均質化焼きなましと同様であり、この場合も、インゴットは、その固相線温度に近いがこれより低い温度に加熱される。しかし、溶液焼きなましは、通常は、合金が既にかなり一様な成分分布を有して出発し、加熱は前の高温加工又は熱処理段階からの冷却中に短時間の偏析を受けた可能性のある成分を単に溶解することを想定する。更に、加熱時間は、普通の均質化焼きなましにおけるよりもかなり短く、数分から数時間である。加熱される金属の塊体又は断面の寸法である断面寸法は、熱伝導による制限のため加熱時間にある影響を与える。
【０００７】
溶液焼きなましは、合金を、その最低硬度状態への環境温度又はこれに近い温度に急速に焼入れすることはできない。「急速焼入れ」は、合金の塊体全体の温度を、商業的に実施可能な条件でできるだけ急速に低下させることを意味する。急速焼入れは、油、冷却用ガス又はその他の材料との接触のような別の技術を使うことができるが、通常は水中への浸漬により行われる。急速焼入れは、溶解している成分を定位置に固定し、これにより、冷却が緩慢である場合に発生し得る別の相の形成を防止する。
【０００８】
高温又は低温の加工においては、合金は、大きい結晶粒子を小さい寸法に機械的に破砕するように、大きくて均一な機械的変形を受ける。高温加工は、通常、合金のソルバス温度と固相線温度との間で行われ、これにより冷却の際に合金成分のより小さい粒子への再結晶を許す。低温加工は、通常、環境温度で行われる。いずれの場合も析出硬化温度以下である。低温加工に続いて溶液焼きなましをすることができ、これも、金属成分のより小さい粒子への再結晶を許す。
【０００９】
断面の大きい形の溶液焼きなましされた析出硬化可能合金は、信頼性ありかつ堅実に作ることは困難である。本文においては、「断面」は、寸法又は形状を変えるために前に加工されたか否かにかかわらず合金の塊体を意味する。或る場合は、合金は、析出硬化されたときに不十分な強度及び／又は硬度により反映されるように完全な硬化可能ではない。別の場合は、合金の塊体は、熱処理中に内部クラックを生じ、又は続く機械加工中及び／又は使用中に歪みを生ずる。含まれる特定の合金に応じて、最小厚さ（最小の厚さ寸法）が７６．２ｍｍ（３インチ）の小さい断面で、これらの問題が観察される。別の合金においては、これらの問題は、断面の最小厚さが２０３．２ｍｍ（８インチ）又はこれ以上まで観察されない。従って、この事例の文脈における「大きい」断面は、その最小厚さが十分に大きく、このため、水浸漬焼入れを使用する通常の溶液焼きなまし後に、上の問題の一つ以上が観察される断面を意味する。
【００１０】
［発明の概要］
本発明により、断面が急速焼入れされるより前に、合金の焼入れ中に、断面の温度をソルバス温度の直ぐ上で安定化し得るならば、内部クラッキング及び歪に抵抗しかつ完全に硬化し得る大断面の溶液焼きなましされた析出硬化可能合金を作り得ることが発見された。急速焼入れの終わりに、断面が環境温度に冷却されるより前に、断面の温度が第２回の安定化を許されることが好ましい。
【００１１】
そこで、本発明は、合金が溶液焼きなまし温度から最終焼入れ温度に冷却される析出硬化可能合金の新しい焼入れ方法であって、合金が急速焼入れされるより前に、ソルバス温度の直ぐ上の第１の安定化温度において合金の温度の安定化を許すことを含む方法が提供される。最終焼入れ温度よりは高いが合金内で何かの大きい相変化又は硬度の変化が生ずるほどは高くない第２の安定化温度において合金の温度の第２回の安定化を許すことが好ましい。
【００１２】
更に、本発明は、完全に硬化可能であるがなお内部クラッキングと歪とを減らす傾向を有する大断面の析出硬化可能合金の新しい製品を更に提供する。この合金断面は、断面の温度が合金のソルバス温度の直ぐ上で安定化し得る熱処理過程により作られる。
【００１３】
［詳細な記述］
本発明は、図面を参照することによりなお容易に理解することができる。
【００１４】
本発明は、大断面の析出硬化可能合金の急速焼入れのための新規な方法及びこれにより作られた合金に関する。
【００１５】
［急速焼入れ］
上に示されたように、析出硬化可能合金の急速焼入れは、通常は、溶質成分を定位置に固定するために溶液焼きなましの後で行われる。急速焼入れは、均質化（通常は溶液焼きなましは含まれない）の後で行うこともできる。急速焼入れは、析出硬化の後でもうまく行うことができる。
【００１６】
全ての場合において、急速焼入れは、合金がその最終焼入れ温度に急速に落ちるより前に、合金の温度をそのソルバス温度の直ぐ上で安定化し又は平衡に達することができるような変更された方法で本発明に従って実行される。好ましい実施例においては、合金の温度は２回目の安定化をすることができ、このとき、第２の安定化温度は、最終焼入れ温度より高いが実際問題として相変化の生じない不動（ｉｍｍｏｂｉｌｉｔｙ）温度か又はこれより低い。本発明により、この方法は溶液焼きなまし（又は均質化）製品の内部のクラック及び歪みの形成を最小にし、これにより、通常の焼入れ技術で可能であったよりも、クラック及び歪のない、より大きい析出硬化可能合金断面を作り得ることが見いだされた。
【００１７】
いかなる理論によっても限定されないことを望むが、合金断面が急速焼入れ中に受ける温度低下が通常の方法より小さいため、内部のクラック及び歪が本発明により減らされると考える。特に、合金の大断面の内部クラックは、急速焼入れ中における断面の内部と表面との間の温度差により誘導されると考えられる。大多数の析出硬化可能合金の中等程度の熱伝導率のため、急速焼入れ中、断面の内部はその表面より高温のままである。結果として、その断面の表面部分は内部より速やかに収縮する。これは、一方では、断面の内部応力を、断面の表面部分は張力下に置かれ、内部部分は圧縮下に置かれるようにする。正味の効果は、これらの応力を緩和する手段としてクラック及び／又は歪が発生し易い。
【００１８】
本発明により、合金の温度は、急速焼入れの前に、そのソルバス温度又はその付近で安定化させるため、これら内部応力を減らすことができる。これは、急速焼入れ中にその断面が受ける温度低下がそうでない場合より小さいためである。例えば、合金Ｃ７２７００（Ｃｕ−９Ｎｉ−６Ｓｎ）を、通常の方法に従った８１５℃（１５００ ゜Ｆ）又はそれ以上ではなく、そのソルバス温度（７４０℃／１３６４ ゜Ｆ）の僅か上から急速焼入れを開始し、通常の急速焼入れ中のこの断面が受ける温度差を７８℃（１４０ ゜Ｆ）小さくし、従って、この焼入れ作業により生ずる内部応力の約７から８％を減らす。正味の効果は、この断面のクラック又はその他の歪の傾向が減少することである。
【００１９】
本発明の好ましい実施例においては、合金断面の温度は２回目の安定化又は平衡化することができ、このとき、第２の安定化温度は、最終焼入れ温度より高いが実際問題として相又は硬度の変化の生じない「不動温度」より低い。通常、第２の安定温度は、商業的方法で生ずる合金の析出硬化の発生温度より約１１１℃（２００ ゜Ｆ）、より典型的には約８３．３℃（１５０ ゜Ｆ）、更に５５．５℃（１００ ゜Ｆ）以内低いであろう。合金成分の拡散速度は、温度の低下とともに著しく低下する。事実、冶金学の経験則では、拡散速度は、温度１０℃低下ごとに約１／２に低下する。従って、何かの反応を達成するに要する実効時間は温度１０℃低下毎に２倍になる。このことは、商業的な析出硬化温度より僅か５５．５℃（１００゜Ｆ）低い温度で行われたにしても、このとき、この安定化に要する時間は比較的短時間であるため、第２の安定化段階中に逆の相変化は生じないであろうことを意味する。第２の安定化段階は、例えば１７６．７℃（３５０ ゜Ｆ）、１４８．９℃（３００ ゜Ｆ）又は１２１．１℃（２５０ ゜Ｆ）のような低い温度で行うことができることは勿論である。ただし、この方法に従って特別な利点は得られないであろう。
【００２０】
合金の温度を第２の安定化温度に安定させた結果として、急速焼入れ中に合金断面が受ける温度低下の更なる減少が達成される。例えば、合金Ｃ７２７００の、通常の方法による約３８℃（１００ ゜Ｆ）の最終焼入れ温度ではなくて不動温度３５７℃（６７５ ゜Ｆ）における急速焼入れ終了が、温度差を、通常の急速焼入れ中の合金断面が受ける温度差より約３２０℃（５７５ ゜Ｆ）少なくする。これは、一方では、焼入れにより発生し得る内部応力を更に３０％減らす。正味の効果は、焼入れのための発生し得る内部応力のほとんど４０％の総減少であり、これは、一方では、製造中及び使用中における合金断面のクラック及び／又は歪の大きな減少を導く。
【００２１】
完全に硬化可能な合金については、急速焼入れは、望ましくない相を形成し得る温度範囲（温度感受帯）の全てではないが大部分にわたり、本発明により実施することができる。従って、急速焼入れの長所の全部−望ましくない相の形成を許すことなく全ての成分を定位置に固定すること−が、完全に又は少なくも実質的に完全に生ずる。
【００２２】
そこで、本発明は、析出硬化可能合金の大きい断面が溶液焼きなましされたときに生ずる内部クラック及び歪が、通常の急速焼入れ中にこの断面に生じた熱応力から誘導されることの現実化に基づく。更に、本発明は、この熱応力が三つの要素から誘導されたことに関する認識に基づく。即ち、第１の要素は溶液焼きなまし温度からソルバス温度までの冷却のためであり、第２の要素はソルバス温度から実際問題として相変化の生じない不動温度までの冷却のためであり、そして第３の要素は不動温度から最終焼入れ温度までの冷却のためである。望ましくない合金相の形成を防ぐために、合金は、望ましくない相変化が生じ得る温度感受帯である（ソルバス温度から不動温度の）第２の冷却段階を通して急速に焼入れしなければならない。しかし、この範囲外では、望ましくない相変化は実際問題として生じない。従って、急速焼入れは、本発明により、インゴットの温度をこの温度範囲のすぐ上、及び好ましくは直ぐ下に安定させることができるようにして、この温度感受帯に限定することが好ましい。結果として、通常の方法に組み合わせられた熱応力の第１及び第３の要素は本発明により効率的に無くされる。結果は、完全に析出硬化可能合金の大きい断面を、従来医術の内部クラック及び歪特性なしに作ることができる。
【００２３】
本発明は、図１を参照して更に容易に理解することができる。この図は、本発明により急速焼入れされる大断面の析出硬化可能合金の表面及び内部の温度の時間の関数としての図式的表現である。この図の実線は表面温度を示し、一方破線は内部温度を表す。
【００２４】
この図に示されるように、その他の全ての析出硬化可能合金と同様に処理される合金は、これ以上では合金が完全に熔融する特有の液相線温度ＴＬＩＱ、及びこれ以下では合金が完全に固体である特有の固相線温度ＴＳＯＬＩＤＵＳを持つ。これらの温度は、一緒になって図１の熔融範囲ＭＲを定め、この範囲内では、液体及び固体が共存する。合金は、ソルバス温度ＴＳＯＬＶＵＳも有し、これ以上では合金内の成分は互いに一様に溶解する傾向があるが、これ以下では成分は異なった相に分離する傾向がある。合金は、商業的に合理的な条件下で析出硬化し得る明らかに狭い温度範囲も定め、この温度範囲は図１にＰＨＲとして示される。更に、合金は不動温度ＴＩＭＭＯＢＩＬＩＴＹも定め、これは、合金が例えば１０時間のような長時間この温度に保持された場合には望ましくない相変化が生ずるに十分に高いが、望ましくない相変化は、例えば、本発明による温度安定化のために取る時間、典型的に１／２から１時間程度の時間では重要なほど大きくない。
【００２５】
通常の溶液焼きなまし技術においては、合金が周囲温度から、合金の固相線温度の直ぐ下の溶液焼きなまし温度に加熱される。次いで、合金は、１／２から１時間程度の適切な時間だけこの温度に保持され、これにより適宜の成分が前の処理段階中に再熔融するように偏析することができる。次いで、合金は、水又は同等内への浸漬によるなどで急速に焼入れされる。これは、線分１２に沿って溶液焼きなまし温度範囲に加熱されたいる合金を示す図１に示される。これは適切な時間（線１４）だけ保持され、次いで線１６／１８に沿って環境温度に急速焼入れされる。
【００２６】
しかし、本発明により、合金は、焼入れ中、合金の温度を、合金のソルバス温度の少し上の第１の安定化温度に、次いで最終焼入れ温度より高いが実際問題として大きな相変化が生じない不動温度又はこれ以下である第２の安定化温度で安定させることができる変更された方法で冷却される。
【００２７】
図１に示された好ましい実施例においては、合金断面は焼きなまし炉から引き出され、直ちに、合金のソルバス温度ＴＳＯＬＶＵＳの少し上の第１の安定化温度ＴＳＴＡＢ−１に維持された保持炉内に置かれる。その結果、断面の表面温度は、本質的に、直ちに線分１６に沿って第１の安定化温度に低下する。しかし、断面の内部は、これが第１の安定化温度に達するまで、線分２２に沿って、よりゆっくりと温度が低下する。
【００２８】
次いで、断面は、合金の不動温度ＴＩＭＭＯＢＩＬＩＴＹに維持された熔融塩槽内に浸漬される。この温度は、図１に示されるように実用的な最低析出硬化温度、即ちＰＤＲの下限より幾分か低い。結果として、断面の表面は直ちに線分２４に沿って、この事例では不動温度と同じである第２の安定化温度に低下する。一方、断面の内部は、これが第２の安定化温度に達するまで、線分２６に沿って、よりゆっくりと温度が低下する。このとき、断面は、焼入れ完了まで置くことができる水のような別の冷却用媒体内に浸漬される。図１に示されるように、この期間中、断面の表面は線分２８に沿って周囲温度に低下し、一方、内部は線分３０に沿って周囲温度に下がる。
【００２９】
本発明により、製造中における、大断面合金の内部クラック及び組成変形、並びに使用中のかかる断面における歪は、この方法で処理することにより大きく減らし又は無くすことができる。冷却されている断面に生ずる内部応力は、断面の内部温度と外部温度との間の温度差に比例すると考えられる。この温度差は、図１において、断面の内部温度と外部温度との間の垂直方向距離により表される。例えば、温度差は、本発明の第１の冷却段階中の線分２２と線分３２との間の垂直方向距離により、本発明の第２の冷却段階中の線分２６と３６との間の垂直方向距離により、及び本発明の第３の冷却段階中の線分３０と３９との間の垂直方向距離により表される。しかし、通常の焼入れにおいては、この温度差は、線分２２と環境温度との間の垂直方向距離、より大きい距離により表される。従って、上述されたような段階での急速焼入れの実施により、全体として、より小さい内部応力が断面に加えられ、これにより最終製品におけるクラック、組成流れ及び変形の同時減少が得られる。
【００３０】
図２は本発明の別の実施例を示し、これにおいては、断面は水中浸漬により急速に焼入れされる。この実施例においては、図１と同じ方法で第１の安定化温度で安定化され、次いで水の焼入れ槽に浸漬され、そしてその内部温度が点４０の不動温度に達するまで保持される。この時点で、断面は水槽から取り出され、そして環境温度で空気中に置くことができ、比較的ゆっくりした冷却処理が応力最小化に導く。結果的に、この断面の内部温度及び表面温度は、これ以下では合金が完全に固化する第２の安定化温度ＴＳＴＡＢ−２において合流する。この温度は不動温度ＴＩＭＭＯＢＩＬＩＴＹよりかなり低い。次いで環境温度に低下する。
【００３１】
図３は本発明の更に別の実施例を示し、これにおいても、断面は水中浸漬により急速に焼入れされる。しかし、この実施例においては、断面の内部温度と表面温度とが、不動温度ＴＩＭＭＯＢＩＬＩＴＹよりごく僅かに低い第２の安定化温度ＴＳＴＡＢ−２において一緒になるように十分に早く断面をその焼入れ槽から引き出す。この事例においては、断面内部の冷却は、これがなお析出硬化範囲ＰＨＲ内にある間に遅くされる。この方法の作業により断面内部に望ましくない相が生ずるかもしれないが、これは実際問題として重要ではない。
【００３２】
いずれの場合も、図２及び３の両図において、断面の表面温度は周囲温度よりかなり高く、本発明の冷却過程の第３段階中に不動温度に向かう。これにより、焼入れ作業の第３の部分中に断面に生ずる応力のかなりの部分が減らされる。この応力の減少は、第１の温度安定化により達成された応力低下と組み合って、得られる最終製品中のクラック、組成流れ及び変形を効率的に減らす。
【００３３】
［温度安定化］
本発明により、析出硬化可能合金の急速焼入れは、合金の温度が、全体として、合金のソルバス温度に近い第１の安定化温度において、なお好ましくは最終焼入れ温度より高い第２の安定化温度において、更に合金の不動温度又はそれ以下において、安定し又は平衡するように実行される。この文脈において、「安定し」又は「平衡し」は、断面の内部温度と表面温度との間の差が十分に減らされることを意味し、これにより、冷却機構として水中浸漬を使用する焼入れに関する合金の塊体に加えられる内部応力の大きさの大きな減少が生ずる。通常、これは、合金断面の内部と表面との間の温度差が、約５６℃（１００ ゜Ｆ）以下、好ましくは約２８℃（５０ ゜Ｆ）以下、或いは更に約１４℃（２５ ゜Ｆ）以下に減らされるであろうことを意味する。断面の温度（内部、表面又は平均）が、いかなる最終時期に対しても静止することが必要であることは重要ではない。同様に、この文脈においてソルバス温度に「近い」安定化温度は、ソルバス温度より５６℃（１００ ゜Ｆ）以内、より典型的には４２℃（７５ ゜Ｆ）以内、更に２８℃（５０ ゜Ｆ）以内、或いは更に約１４℃（２５ ゜Ｆ）以内の温度を意味する。作業のこのモードより形成する可能性のある望ましくない相が許容し得る場合には、勿論、第１の安定化温度はソルバス温度以上にすることができるが、ソルバス温度以下にすることもできる。更に、安定化は内部温度と表面温度とが等しくなるまで続けることができる。ただし、これは、ある用途においては商業的に非現実的であることがある。
【００３４】
本発明により（ソルバス温度より僅かに高い）第１の安定化温度において達成する温度安定は、焼きなまし／均質化炉の温度をこの温度に下げ次いで合金の断面の内部温度と表面温度との間の温度差がゼロに近づくまでこの温度に留めることにより最も容易に行うことができる。或いは、合金断面を、図１から３に関連して説明されたように、第１の安定化温度に維持された保持炉内に動かしここに保持することができる。いずれの場合も、合金断面の内部温度は、熱電対又はその他の温度測定装置により測定することができる。この場合、冷却中、断面はその最高温度を有するであろう。その測定された温度と炉の温度との比較が、合金断面の内部温度と表面温度との間の温度差の良好な指標を与える。
【００３５】
第１の安定化温度における安定化が完了すると、合金断面は最終焼入れ温度に、或いは、本発明の好ましい実施例に従って実際問題として望ましくない相変化が起きない第２の高い安定化温度に急速に冷却される。急速焼入れは、本発明の一態様に従って、公知の技術により行うことができる。例えば、合金断面を、水又はガス、熔融塩又は同等のようなその他の冷却用媒体内への浸漬（又は接触）を使用することができる。しかし、採用された方法とは無関係に、急速焼入れは、断面内部の温度が不動温度に又はそれ以下に落ちるまで継続すべきであり、これがこの領域における望ましくない相の形成を防ぐであろう。しかし、図３に示されるように、急速焼入れは、断面内部に発生する可能性のある望ましくない相が許容できる場合は、より早期に停止することができる。
【００３６】
合金の温度が、本発明に好ましい方法により第２の安定化温度に安定できることは、第１の安定化温度における安定化と同じ方法で−即ち、断面の内部と表面との間の温度差がゼロに近づくまで、合金の断面を第２の安定化温度で炉の中又はその他の媒体（例えば熔融塩の槽）内に保持することにより行うことができる。第１の温度安定化の場合と同様に、特定の第２の安定化温度の使用に加えて、更なる冷却行う前に、この温度差がゼロに接近する量を判定するための通常の検査が必要である。
【００３７】
［析出硬化可能合金］
本発明は、全ての析出硬化可能合金に適用できる。析出硬化可能性を示すように設計し得る１次金属系は、アルミニウム、ニッケル、鉄、銅、銀、金、マグネシウム及びチタンベースの合金を含む。
【００３８】
本発明に関連して特に有用な合金は、銅又はニッケルを含んだ卑金属が少なくも約９０重量％に加えてベリリウムが約１０重量％まで、好ましくは約５重量％までのＢｅ、より好ましくは約３重量％までのＢｅから構成される。主要成分金属への僅か０．０５重量％のＢｅの添加が、強度、耐酸化性、鋳造性、機械加工性、電気伝導度、及び熱伝導度を含む多くの特性を劇的に強化し、本発明の穿孔用（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）モーター金属成分の幾つか又は全部を作るに理想的に適している。典型的に、少なくも０．１重量％台、より典型的には０．２重量％台のＢｅの添加がより有用である。少なくも０．４重量％、更に少なくも０．５重量％のＢｅ添加が特に有用である。
【００３９】
これらのＣｕ−Ｂｅ及びＮｉ−Ｂｅ合金はＣｏ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｗ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｍｇ及びその他を、１成分当たり２重量％を越えない量、好ましくは１重量％を越えない量であってかつかかる添加物の総量が典型的には２重量％を越えない量、好ましくは１重量％を越えない量を含むことができる。更に、これら卑金属合金の各は、追加成分としてその他の卑金属を含むことができる。例えば、Ｃｕ−Ｂｅ合金は、追加成分としてＮｉを０．１重量％以上３０重量％以下、より典型的には０．２から１５重量％を含むことができる。通常、かかる合金は、この追加成分を２重量％以下、より典型的には１重量％以下を持つであろう。
【００４０】
これらの合金は、一般に、Ｈａｒｋｎｅｓｓ他のＢｅｒｙｌｌｉｕｍ−Ｃｏｐｐｅｒ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｂｅｒｙｌｌｉｕｍ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ａｌｌｏｙｓ，Ｍｗｔａｌ Ｈａｎｄｂｏｏｋ，Ｖｏｌ．２，１０ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ，（Ｃ）１９９３ ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌにおいて説明され、その開示内容は参考文献としてここに取り入れられる。
【００４１】
この形式の合金の好ましい種類は、ニューヨークのｔｈｅ Ｃｏｐｐｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．ｏｆ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋにより設計されたようなＣ８１０００シリーズ及びＣ８２０００シリーズの銅の多い合金である。これら合金の別の好ましい種類は、米国特許６，００１，０９６号に説明された低品位（ｌｅａｎ）、高伝導度、耐応力緩和性のＢｅＮｉＣｕ合金であり、この特許の開示は参考文献としてここに組み入れられる。これら後者の合金は、０．１５から０．５重量％のＢｅ、０．４から１．２５重量％のＮｉ及び／又はＣｏ、０から０．２５重量％のＳｎ、及び０．０６から１．０重量％のＺｒ及び／又はＴｉを含む。
【００４２】
本発明の実施に特に有用な別の種類の合金は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎスピノーダル（ｓｐｉｎｏｄａｌ）合金である。約８から１６重量％のＮｉ、５から８重量％のＳｎ、及び残部のＣｕと付随不純物を含み、経時硬化したとき、尖点状に分解し、良好な電気伝導性、塩化物環境における耐食性、及び耐キャビテーション腐食性を示すと同時に強度及び延性の両者のある合金を提供する。更に、これらは、機械加工、研磨、メッキが可能であり、かつ良好なノンスパーク特性及び反かじり特性を示す。これらの合金は、１９９５年１１月３日付け米国特願ＳＮ０８／５５２，５８２号（ニュージーランド特許３０９２９０号に相当）に説明され、その開示内容は参考文献としてここに組み入れられる。この形式の特に好ましい合金は、公称組成として１５Ｎｉ−８Ｓｎ−Ｃｕ（１５重量％Ｎｉ、８重量％Ｓｎ、残部Ｃｕ）及び９Ｎｉ−６Ｓｎ−Ｃｕを含み、これらはｔｈｅ Ｃｏｐｐｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎのｔｈｅ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｎｕｍｂｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍの下でＵＮＳ　Ｃ７２７００，Ｃ７２９００及びＣ９６９００合金として公知である。これらの合金は、Ｎｉ及びＳｎに加えて、公知の技術による種々の特性強化のための追加の成分及び付随不純物を含むことができる。追加成分の例はＢ，Ｚｒ，Ｎｂ及びＦｅである。
【００４３】
［大きい断面］
上に示されたように、本発明は、合金断面を、大きい合金断面−即ち、最小標準厚さ寸法が大きくて、断面がその溶液焼きなまし温度から、水中への浸漬による通常の方法で環境温度まで急速焼入れされると断面に内部クラック及び／又は歪が生ずるに十分である断面−に作るに特に適している。「最小標準厚さ寸法」は、品物の最小寸法を意味し、これは、その品物により通常示されるその塊体の実質的な部分にわたる厚さ、直径、壁厚及び同等である。従って、「最小標準厚さ寸法」は、品物のボデーの非実質的な部分のみにわたる厚さ寸法とは区別される。例えば、７６．２ｍｍ（３インチ）の凹所を有する２５４ｍｍ（１０インチ）厚の長方体ブロックは、１７７．８ｍｍ（７インチ）ではなくて２５４ｍｍ（１０インチ）の最小標準厚さ寸法を持つ。これは、この凹所における品物の厚さ１７７．８ｍｍ（７インチ）は、そのボデーの実質的な部分上の品物により通常は示されないためである。
【００４４】
内部クラック及び／又は歪は、通常の焼入れ析出硬化可能合金において、使用された特定の合金に依存して７６．２から２０３．２ｍｍ（３から８インチ）の最小標準厚さ寸法を持った断面において観察される。本発明は、７６．２ｍｍ（３インチ）の小さい最小標準厚さ寸法を有する析出硬化可能合金の大断面をクラック及び歪なしにすることを意図する。しかし本発明は、最小標準厚さ寸法が２０３．２ｍｍ（８インチ）以上、２５４ｍｍ（１０インチ）以上、３８１ｍｍ（１５インチ）以上、５０８ｍｍ（２０インチ）以上、更に７１１．２ｍｍ（２８インチ）以上のような大きい合金断面を作ることも意図する。
【００４５】
本発明は、精錬された合金及び未精錬の合金の両者を作るためにも応用できる。即ち、本発明により作られた製品は１回又はそれ以上高温又は室温加工段階を受けた精錬製品であるか又は未精錬製品であるかのいずれかである。
【００４６】
本発明は、特に、米国特願ＳＮ０８／５５２，５８２号（ニュージーランド特許３０９，２９０号）の技術により作られた連続鋳造Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎの大きい断面の溶液焼きなましに使用される。この特許の開示は参考文献として組み入れられる。この技術においては、熔融合金が、液体／固体の界面に渦巻きが作られるような方法で連続鋳造用の型の中に導かれる。この「渦流鋳造」方法のため、鋳造作業において従来可能であったよりも微細かつより均一に近い粒子構造が達成される。結果として、こうして得られた断面は、第１に、所要の粒子構造を達成するために精錬処理が必要な先在の技術と対比して、精錬処理なしに直接に析出硬化させることができる。精錬処理がなくなるため、析出硬化可能な断面は、これまで可能であったよりも大きい寸法及び／又はより複雑な形状に作ることができる。従って、析出硬化可能合金の渦流鋳造断面をその応用に望ましいように溶液焼きなましすることが望ましい場合は、通常の溶液焼きなまし方法に由来する応力が本質的にない例外的に大きい鋳物を作り得るため、本発明の焼入れ方法を使った溶液焼きなましを、特に有利に使用することができる。
【００４７】
［完全な硬化可能］
本発明は、完全に硬化可能な大断面の析出硬化可能合金を作ることができる。「完全に硬化可能」は、析出硬化後の合金の硬度及び０．２％降伏強度が、厚さ２５．４ｍｍ（１インチ）に作られた同様な合金が同じ条件下で析出硬化されたときの硬度の少なくも９０％及び０．２％及び降伏強度であることを意味する。換言すれば、完全硬化可能な断面は、組成及び製造方法は同じであるが厚さ２５．４ｍｍ（１インチ）に作られた基準合金が同じ条件下で析出硬化されたときに得られる値の少なくも９０％の強度及び硬度に析出硬化できる合金の断面である。
【００４８】
本発明により得られる合金の硬度と強度とは、好ましくは基準合金の値の少なくも９５％、より好ましくは少なくも９８％である。基準合金の値の少なくも１００％の硬度及び強度もまた意図される。
【００４９】
本発明の僅かな実施例が説明されたが、本発明の精神及び範囲から離れることなく多くの変更をなし得ることを認めるべきである。かかる変更の全ては、特許請求の範囲によってのみ定められる本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の冷却計画に従って急速焼入れされた大断面の析出硬化可能合金の表面温度及び内部温度を示している図式表現である。
【図２及び３】
本発明の別の冷却計画に従って急速焼入れされた大断面の析出硬化可能合金の表面温度及び内部温度を示している図１と同様な図式表現である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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