(57)【要約】本発明は，金属材料製のコア部と，コア部の外周面上に被着させた耐摩耗層とを有し，高負荷で摩耗リスクのある環境下での使用に好適な部品の簡単な製造方法を提供する。本発明では：ａ〕金属材料よりなり，第１空間方向における寸法が，対応する空間方向におけるコア部の所望完成寸法よりも大きく，第２空間方向における寸法が，対応する空間方向におけるコア部の所望完成寸法よりも小さいコア部ブランク材を準備し；ｂ〕耐摩耗層を形成する材料を外周面上に被着させて該材料及びコア部ブランク材で安定な複合体を形成し；ｃ〕該複合体を成形し，その間に複合体を，前記空間方向における寸法が該空間方向における部品の所望完成寸法に少なくとも対応すると共に耐摩耗層が部品の外周面上に配置されるまで，第２空間方向で延伸させると共に第１空間方向で圧縮させて部品を形成する。その後，任意的に部品の仕上げ処理を行うことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料，特に鋼よりなるコア部（６，２２）と，該コア部（６，２２）により支持され，前記コア部（６，２２）の外周面上に配置された耐摩耗層（７，２４）とを有する部品（１，２１）を製造するための方法であって：
ａ〕前記金属材料よりなり，第１空間方向（Ｙ）における寸法（Ｌ８，Ｌ２８）が，対応する空間方向における前記部品（１，２２）のコア部（６，２２）の所望完成寸法（Ｄ１，Ｄ２２）よりも大きく，第２空間方向（Ｘ）における寸法（Ｌ１，Ｌ２２）が，対応する空間方向における前記部品（１，２２）のコア部（６，２２）の所望完成寸法（Ｄ１，Ｄ２２）よりも小さいコア部ブランク材（８，２８）を準備するステップと；
ｂ〕完成部品（１，２１）における耐摩耗層（７，２４）を形成する材料（Ｍ，Ｐ）を，前記コア部ブランク材（８，２８）における外周面（１０，２９）上に被着させて，該材料（Ｍ，Ｐ）及び前記コア部ブランク材（８，２８）で安定な複合体（１３，３４）を形成するステップと；
ｃ〕前記複合体（１３，３４）を成形し，その成形の間に前記複合体（１３，３４）を，前記空間方向（Ｘ，Ｙ）におけるその寸法が該空間方向における前記部品（１，２１）の所望の完成寸法に少なくとも対応すると共に，該部品（１，２１）の外周面上に前記耐摩耗層が配置されるまで，前記第２空間方向（Ｘ）で延伸させると共に前記第１の空間方向（Ｙ）で圧縮させて前記部品（１，２１）を形成するステップとを備え；
ｄ〕任意的に，前記部品（１，２１）の仕上げ処理を行うステップを備える，製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって，前記部品（１，２１）は，回転対称形状を有することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって，前記コア部ブランク材（８．２８）は，円筒形状を有することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の方法であって，前記ステップｂ〕において，前記耐摩耗材料（Ｍ）を，前記コア部ブランク材（８）の外周面（１０）に対して粉末形態で被着させ，かつ，熱間等方過圧（ＨＩＰ）法により前記コア部材ブランク材（８）に固着させて前記複合体（１３）を形成することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか一項に記載の方法であって，前記ステップｂ〕において，前記耐摩耗材料（Ｍ）を，前記コア部ブランク材（８）の外周面（１０）に対して堆積溶接法により被着させ，かつ，前記コア部材ブランク材（８）に固着させて前記複合体（１３）を形成することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の方法であって，前記部品（１，２１）を形成するための前記複合体（８，２８）の成形を，鍛造で行うことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の方法であって，前記部品が，金属ストリップの熱間又は冷間圧延用の圧延ロールであること，並びに，そのコア部（２２）の各端部において，前記コア部に対して同軸的に配列される軸受部（２６，２７）が形成されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって，前記耐摩耗層（３０）を形成する材料（Ｐ）を前記ステップｂ〕において被着させる場合に，前記コア部ブランク材（２８）の各端面（３２，３３）から，形成すべき軸受部の長手方向軸線に対して軸線平行に測られる所定の長さに亘って凹部を形成し，前記所定の長さを，前記外周面（２９）において前記凹部の形成される長さに亘る前記前記コア部ブランク材（２８）の体積が，完成品ロール（２１）の各端面（３２，３３）に形成すべき前記軸受部（２６，２７）の体積に少なくとも対応するように決定することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の方法であって，前記軸受部（２６，２７）を，前記ステップｄ〕において鍛造法で形成することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１〜６の何れか一項に記載の方法であって，前記部品は，シャフト，ロール又はバレルエクストルーダであることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法であって，前記コア部ブランク材（８，２８）の鋼材は，建設鋼材であることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法であって，前記ステップｃ〕における前記複合体（１３，３４）の成形を，前記ステップｃ〕の後の部品が，少なくとも１つの空間方向（Ｘ，Ｙ）において，該空間方向（Ｘ，Ｙ）における前記部品の所望完成寸法に対して過寸法となるように行うこと，並びに，前記ステップｄ〕において，前記部品（１，２１）を，関連する空間方向（Ｘ，Ｙ）におけるその寸法が所望完成寸法と対応するように，仕上げ機械加工を行うことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，金属材料，特に鋼よりなるコア部と，該コア部により支持され，前記コア部の外周面上に固定された耐摩耗層とを有する部品を製造するための方法に関する。
【０００２】
特に，本発明は，回転対称形状に形成され，その外周面に耐摩耗層が形成された部品を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
そのような部品の典型例は，鋼製又は非鉄金属製の平坦な金属製品，典型的にはストリップ，シート又はブランクを熱間圧延又は冷間圧延するための圧延ロールである。用途に応じて，圧延ロールは，ベール直径１ｍ，長さ１０ｍまでの寸法に達する。
【０００４】
本発明の適用対象である部品の他の応用分野は，製紙産業分野，ガラス産業分野及び木材産業分野や，特に繊維強化プラスチック材料の加工の間に，使用されるツールの摩耗負荷が生じ得るプラスチック加工産業である。
【０００５】
本発明を適用して製造すべきこの種の部品は，典型的には，使用される間，処理すべき他の部品又は製品と外周面領域において接触して高い圧力負荷又は摩擦負荷に曝され，場合によっては腐食も生じる。このような場合に生じ得る過度の摩耗を防止するため，関連する接触面は，耐摩耗層の外側領域に形成される。
【０００６】
鋼材のホットストリップを熱間圧延する際に使用される圧延ロールの寿命を延ばすため，特許文献１（独国特許出願公開第１０２００９０３７２７８号明細書）は，ホットストリップの仕上げ熱間圧延用ラックに使用される加工ロールを開示している。この加工ロールは，粉末冶金材料から，技術用語として“ＨＩＰ法”とも称される熱間等方加圧法で製造される耐摩耗層を有する鋼材から構成される。
【０００７】
これと比肩する提案として，特許文献２（欧州特許第１３６５８６９号明細書）は，熱間圧延に使用される加工ロールに，ＨＩＰ法により耐摩耗層を形成して，その耐摩耗性を向上することが開示されている。
【０００８】
このような加工ロールの製造の間，始めに，鋳鉄又は適当な鋼材よりなり，使用時にローラ製品に接触するベール領域と，その上に形成された，ロールをそれぞれのロールラック内において支持するための軸受部とを備える基体を，鋳造又は鍛造により形成する。この場合，基体材料は，使用の間に生じ得る負荷力に最適な機械的特性を有する。
【０００９】
かくして予め製造した基体を，次にシートメタル製のカプセルで包囲する。このカプセルは，その内周面とベールの外周面との間で，基体の周方向に延在するキャビティを形成する形態とされている。このキャビティを，合金粉末で満たす。次に，シートメタル製のカプセルを気密に閉封する。引き続いて，全方向的に作用する高圧及び高温条件下で緻密化を行う。この場合，圧力及び温度を，粉末が緻密化されて焼結するように調整する。これにより，個々の粉末粒子が，相互にのみならず，基体とも焼結した完全に緻密な層を基体上に形成して，均一な複合体を製造する。熱間等方加圧の完了後，シートメタル製のカプセルを取り除く。最後に，得られた複合ロールに事後の熱処理を行って所要の機械的特性を付与することができる。一般的に，機械的な仕上げ加工も行って所要の寸法安定性を確保する。
【００１０】
特許文献３（米国特許第６２０６８１４号明細書）には，鋼板の冷間圧延用ロールの鋼製コア上に耐摩耗層を形成するための別の方法が開示されている。ここに開示されている方法では，複合鋳造の結果として，高度の耐摩耗性を有する材料からなるケーシングが，ＳＣＭ４４０鋼（英国規格における材料番号１．７２２３）から円筒状のコア部周りに形成される。
【００１１】
特許文献４（米国特許第４４８４９５９号明細書）には，上述した製造方法の代替案として，コア部が，これを包囲する層とは異なる特性を有する部品を製造する方法が提案されている。この場合，Ｃｒ及びＷを含有する高速度鋼よりなる被覆層を，弱合金化された構造鋼上に堆積溶接法により被着させている。このようにして，特に冷間圧延用の圧延ロールは，その耐用寿命に課された要件に高い信頼性をもって適合するようにレトロフィット可能とすることが企図されている。
【００１２】
近時の圧延ラインにおいて，処理される圧延材料の幅については，益々高度の要求が課されている。従って，作動的に信頼性の高い態様で，より幅広の圧延を可能とするためには，更に長尺化したロールを使用可能とする必要がある。この場合，そのような長尺ロールをＨＩＰ法で被着させることに関連して相当の労苦が必要とされる等の問題が生じることが判明した。即ち，熱間等方加圧に必要とされる設備関連の労苦は，ロール長さの増加につれて不適切なまでに増加する。従って，現在利用可能なＨＩＰ装置は，長さに関して制約されており，圧延ライン現場における現行の要求に適合する寸法のロールを処理し得るものではない。
【００１３】
特許文献５（国際公開第２０１４／００１０２４号明細書）には，この問題に対する解決策が提案されている。この場合，平坦な金属製品の冷間圧延又は熱間圧延用ロールを製造するために，始めに，製造すべきロールのベール領域のみに亘って延在する基体を製造し，この基体を熱間等方加圧により耐摩耗性材料で被覆した後に，ロールラック内のローラを回転支持するために必要とされる軸受部を基体に溶接する。この提案においては，熱間等方加圧後に軸受部を基体に溶接するので，調達可能なＨＩＰ装置を，ベール領域の全長に亘るＨＩＰ被覆のために使用することが可能である。これは，従来方法において，基体のベール領域のみならず，ベール領域に既に形成されている軸受部もＨＩＰ装置内に収める必要があったこととは対照的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９０３７２７８号明細書
【特許文献２】欧州特許第１３６５８６９号明細書
【特許文献３】米国特許第６２０６８１４号明細書
【特許文献４】米国特許第４４８４９５９号明細書
【特許文献５】国際公開第２０１４／００１０２４号明細書
【発明の概要】
【００１５】
従来技術における上述した問題点に照らして，その特性プロファイルに基づき，高い負荷及び高い摩耗リスクの環境下での使用に特に好適な部品を，より簡単に製造可能とする方法が要求されるに至っている。特に，本発明は，相当に長尺の部品，例えば平坦な金属製品の冷間圧延又は熱間圧延用ロールや，プラスチック処理分野において使用される部品を製造可能とするものである。
【００１６】
本発明は，この課題を請求項１に記載した方法によって解決する。
【００１７】
本発明の有利な実施形態は，従属請求項に記載したとおりであり，本発明の一般的発明概念と併せて以下に詳述する。
【００１８】
本発明に係る方法は，金属材料，特に鋼よりなるコア部と，該コア部により支持され，前記コア部の外周面上に配置された耐摩耗層とを有する部品を製造するものであり：
ａ〕前記金属材料よりなり，第１空間方向における寸法が，対応する空間方向における前記部品のコア部の所望完成寸法よりも大きく，第２空間方向における寸法が，対応する空間方向における前記部品のコア部の所望完成寸法よりも小さいコア部ブランク材を準備するステップと；
ｂ〕完成部品における耐摩耗層を形成する材料を，前記コア部ブランク材における外周面上に被着させて該材料及び前記コア部ブランク材で安定な複合体を形成するステップと；
ｃ〕前記複合体を成形し，その成形の間に前記複合体を，前記空間方向におけるその寸法が該空間方向における前記部品の所望の完成寸法に少なくとも対応すると共に，該部品の外周面上に前記耐摩耗層が配置されるまで，前記第２空間方向で延伸させると共に前記第１空間方向で圧縮させて前記部品を形成するステップとを備え；
ｄ〕任意的に，前記部品の仕上げ処理を行うステップを備える。
【００１９】
即ち，本発明の基礎をなす着想は，先ず，製造すべき完成部品よりもコンパクトで取り扱いが容易であり，異なる空間方向における寸法が，所定限度内においてのみ，最適の態様で互いに相違するコア部ブランク材を準備し，そのコア部ブランク材に，完成部品における耐摩耗層を形成する材料を被着させ，その後に成形を行うことによって完成部品を形成する点にある。（本明細書において，「空間方向」とは，デカルト座標系において互いに垂直に交わる三つの軸線方向を指す。）
【００２０】
従って，本発明に係る方法においては，耐摩耗層の材料と基体とを一緒に成形して，少なくとも基礎的な形状を有する完成部品を形成し，更に必要であれば，最終形状まで加工可能とする。
【００２１】
そのために，ステップａ〕において，後続する成形工程の間に製造すべき部品におけるコア部に対応するコア部ブランク材を形成する。
【００２２】
製造すべき部品がロールであれば，コア部ブランク材は，例えば鋳鋼又は鋳鉄から，実際にロール製造において慣用的な態様で製造することができる。この目的に適した鋼材は，典型的には，靭性に優れた軟鋼である。
【００２３】
従って，一般的に，コア部ブランク材のためには構造鋼，特に靭性に優れた構造鋼が適している。
【００２４】
しかしながら，耐摩耗層としては，耐摩耗性が十分に高い全ての鋼材，特に，粉末形態で処理可能な鋼材が適当である。これには，市場において入手可能であって，対応する特性プロファイルを有する冷間加工鋼及び高速度鋼が含まれる。
【００２５】
実際問題として特に重要な適用例は，回転対称形状を有する部品の製造である。この場合，最適な態様で円筒形状に形成したコア部ブランク材の材料体積は，少なくとも，製造すべき部品におけるコア部の材料体積に対応する。
【００２６】
本明細書において，「少なくとも」とは，事実上，コア部ブランク材の材料体積が，製造すべき部品におけるコア部の材料体積よりも特定の加寸法分だけ常に大きいことを意味する。これは，一般的に機械加工で行われる部品の仕上げ加工（ステップｄ〕）の間の材料損失を補填するためである。
【００２７】
本発明に従って製造すべき部品が，両端部に軸受部を形成したロールであって，その軸受部をコア部ブランク材の材料から形成する場合には，コア部ブランク材の材料体積には軸受部に関連する体積も含まれる。当然のことながら，コア部ブランク材の材料からの工業的成形プロセスの代替案として，コア部に対して軸受部を，既知の態様で事後的に設けることも想定される。そのために，適当な材料よりなる軸受部をコア部の両端部に対して例えば溶接により，又は機械的な結合手段により結合することができる，
【００２８】
本発明において肝要な点は，コア部ブランク材の１つの空間方向における寸法を，完成部品のコア部の当該空間方向における寸法よりも短くし，かつ，コア部ブランク材の他の空間方向における寸法を，完成部品のコア部の当該他の空間方向における寸法よりも長くすることである。
【００２９】
製造すべき部品が回転対象形状であって，その長手方向中央軸線に沿う長さが大きな部品である場合，コア部ブランク材の長さは，それに応じて完成部品の長さよりも実質的に短い。これと同時に，この場合に必要な体積不変性を担保するために，コア部ブランク材の直径は，対応して完成部品の直径よりも大きい。
【００３０】
本発明に係るコア部ブランク材が何れの空間方向においても極端な態様で拡張されるものでないため，この目的のために通常は準備される慣用的な装置を本発明のプロセスに適用して，耐摩耗層を形成する材料を被着させることができる（ステップｂ〕）。
【００３１】
例えば，ＨＩＰ法を適用し，耐摩耗層の材料をコア部ブランク材に被着させてこれに確実に固着させるべき場合，特に，実際に入手可能であって効率的に操作可能ではあっても，近時において要求される極めて長尺の部品を熱間等方加圧法により製造するには短すぎるＨＩＰ装置を使用することができる。この場合，本発明に係るプロセスは，ＨＩＰ法において不可欠のカプセルを製造する労苦は大幅に軽減される。これは，複雑であり得る完成部品自体の形態ではなく，よりコンパクトなコア部ブランク材の単純形態を再現すれば足りるからである。
【００３２】
耐摩耗層を形成する材料をコア部ブランク材の各外周面に対して堆積溶接法によって被着させる場合，近時では一般的な長手方向寸法を有する通常の装置を使用することができる。
【００３３】
ステップｃ〕では，ステップｂ〕を経て得られる複合体，即ち，コア部ブランク材と，コア部ブランク材に被着させてこれと確実に固着した耐摩耗層とを含む複合体について成形を行って部品を製造する。この場合の成形は，複合体を，完成部品よりも短い空間方向で拡張し，完成部品よりも長い空間方向では圧縮するように行うものである。成形には，鍛造が特に好適である。
【００３４】
成形プロセスの間，複合体が，製造すべき部品の形状に成形されるのみならず，それ自体の変形，場合によっては必要とされる加熱，並びに，複合体の延伸及び関連して作用する力の結果として，細粒化及び延伸が生じる。これにより，特に，完成部品におけるコア部の使用時の特性が最適化され，コア部ブランク材における非金属の含有に基づく不所望の影響が軽減される。耐摩耗性材料を基体に被着させるためにＨＩＰ法を適用する場合，成形プロセスは，長時間に亙る加熱を必要とするＨＩＰ法に由来するブランク材の構造変化が排除されるように行う。
【００３５】
部品が外周面上に耐摩耗性材料を被着させない領域，例えば，工業的な成形方法により製造される軸受部を有する場合には，耐摩耗性材料を被着させるステップｂ〕において，当該領域を対象外とするか，或いは，部品についての任意的な仕上げ処理の間に外周面における当該領域から耐摩耗性材料を除去することができる。ＨＩＰプロセスの間，コア部ブランク材の外周面における特定の領域に凹部を形成し，コア部ブランク材を包囲するカプセルを，当該領域に密接に当接させる構成とすることができる。しかしながら，耐摩耗性材料を堆積溶接法によりコア部ブランク材の外周面に被着させる場合，プロセスは関連する領域において中断させることができる。製造すべき部品が金属ストリップの冷間圧延用又は熱間圧延用の圧延ロールであり，コア部と同軸の軸受部がコア部の各端部に形成される場合，耐摩耗層を形成する材料を被着させる（ステップｂ〕）間に，コア部に凹部を形成するのが有利であり得る。この凹部は，コア部ブランク材の端部に形成すべき軸受部の長手方向軸線と平行に測った軸線方向長さを有し，外周面における凹部長さの延在する基体端部の体積が，圧延ロール完成品の端部に形成すべき軸受部の体積と少なくとも対応するように設定した寸法とされる。
【００３６】
原則的に，複合体についての成形（ステップｃ〕）を適切に実行して，その後に得られる部品の寸法が所要の完成寸法に適合させることが考えられる。しかしながら，実際には，最適化された製造精度を達成可能とするために，ステップｃ〕における複合体の成形を，その後における複合体の一空間方向における寸法が，当該一方向における所望の部品完成寸法に対して過寸法となるように行い，部品の仕上げをステップｄ〕において機械加工により行って，関連する空間方向におけるその寸法を所望の完成寸法と対応させる。
【００３７】
当然のことながら，製造すべき部品の特性を最適化する上で有利であれば，ステップａ〕〜ｄ〕の間，又はステップｄ〕の後に別のステップを実行することができる。これには，例えば，部品全体又はその個別部分の機械的特性を向上するための熱処理が含まれる。即ち，部品が圧延ロールであれば，軸受部や，軸受部間に存在する中央ベール領域に対してオーステナイト化や焼鈍を含む熱処理を行い，機械加工法により機械的に加工して，表面品質や寸法安定性に課される要件に適合させることができる。これは，言うまでもなく，組織について同様な要件が課される他の構成部分にも当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
以下，図示の実施形態について本発明を更に詳述する。
【図１】熱間等方加圧用のカプセル内で形成されるコア部ブランク材を示す側面断面図である。
【図２】耐摩耗層を形成する粉末材料を被着させた後のコア部ブランク材を示す，図１と同様な断面図である。
【図３】コア部ブランク材及び耐摩耗性材料から形成される複合体を示す，図１及び図２と同様な断面図である。
【図４】複合体で形成されるシャフトを示す側面断面図である。
【図５】耐摩耗性材料を堆積溶接法により被着する間のコア部ブランク材を示す側面断面図である。
【図６】耐摩耗性材料を図５に示す態様でコア部ブランク材に被着して得られた複合体を示す，図５と同様な断面図である。
【図７】平坦な鋼製品を圧延するための圧延ロールを示す，図５及び図６と同様な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
《実施例１》
実施例１は，図４に示すシャフト１を製造することを目的とする。シャフト１は，４つのシャフト部２，３，４，５を有し，これらシャフト部の直径Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５は，一方の外側肩部２から他方の外側肩部５に向けて，段階的に減少する。これと同時に，シャフト部２〜５は，シャフト１の回転軸線Ａ方向に測ったときに，異なる部分長さＬ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５を有する。
【００４０】
全長がＬ１のシャフト１は，構造鋼Ｃ２０から製造されたコア部６を備える。この構造鋼は，材料番号１．０４０２として標準化されており，表１に記載した組成を有する。コア部６の部分２〜５は，その外周面上に層７が形成される。この層は，それ自体が既知の，耐摩耗性を有する冷間加工鋼ＦｅＣｒＶ１０の供試材１：ＦｅＣｒＶ１０’で構成した。ＦｅＣｒＶ１０’材料の成分組成も，表１に記載したとおりである。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
シャフト１を製造するため，Ｃ２０鋼よりなる円筒状のコア部ブランク材８を準備した。コア部ブランク材８は，軸線方向Ａと平行な空間方向Ｘで測った長さＬ８が前記長さＬ１未満であり，熱間等方加圧（ＨＩＰ）を行うための通常の装置内に，基体を，これを包囲するカプセルと共に容易に配置できる寸法とされている。これと同時に，上記の空間方向Ｘに対して垂直な空間方向Ｙで測ったコア部ブランク材８の直径Ｄ８は，コア部ブランク材８の材料体積が，シャフト部分２〜６に亘って分布するシャフト１のコア部６の全材料体積に対応するように設定される寸法を有する。
【００４３】
ＨＩＰのためにコア部ブランク材８を包囲する管状のカプセル９は，慣用的な鋼シートで構成した。この場合，カプセルの直径は，コア部ブランク材８及びカプセル９を同軸的に配置したときに，コア部ブランク材８の外周面とカプセル９の内周面との間に周方向の自由スペース１１が形成される寸法とされる。コア部ブランク材８を配置した後にカプセル９の端部を，コア部ブランク材８の端部に密接するシートメタルカバーにより密封した。
【００４４】
次に，その目的に適した粒径のＦｅＣｒＶ１０材料よりなる合金粉末Ｍを，通常の態様でカプセル９に設けられる供給源（図示せず）から自由スペース１１内に注入して，コア部ブランク材８の外周面を合金粉末Ｍで完全に被覆した。
【００４５】
次に，カプセル９をＨＩＰ用装置（図示せず）内に配置し，同装置内において約１００ＭＰａの圧力及び９００〜１２００℃の温度下で通常の態様をもって緻密化し，かつ焼結させて，緻密層１２を形成した。この場合に生じる固相拡散プロセスの結果，コア部ブランク材８に対して安定的に固着した材料結合層１２が同時に形成された。
【００４６】
熱間等方加圧の完了後，カプセル９を，コア部ブランク材８と，これにＨＩＰ法で被着された耐摩耗性の冷間加工鋼ＦｅＣｒＶ１０よりなる層１２とで構成された複合体１３から分離した。
【００４７】
次に，複合体１３を，複数工程がそれ自体既知の態様で実行される鍛造により成形して，シャフト１を形成した。
【００４８】
そして，この複合体１３から，長さＬ１が，シャフト１を製造するための出発材料としてのコア部ブランク材８及び複合体１３の長さＬ８よりも相当に大きく，直径Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５が，コア部ブランク材８の直径Ｄ１よりも実質的に小さい部品を成形し得ることが判明した。更に，シャフト１上に，直径Ｄ５がシャフト１における最大径のシャフト部分２の直径Ｄ２よりも実質的に小さい軸受状シャフト部分５を容易に形成し得ることも判明した。
【００４９】
必要であれば，シャフト１に確定的な態様で鍛造後の機械的な仕上げ処理を行い，その機械的特性を調整するための熱処理を行うことができる。
【００５０】
完成後のシャフト１において，複合体１３におけるコア部ブランク材８の材料はコア部６を構成し，複合体１３における層１２の材料は耐摩耗層７を構成する。
【００５１】
上述した製造方法は，他の長尺部品の製造に容易に転用可能である。そのような部品としては，プラスチック材料を処理するためのバレルエクストルーダや，金属ストリップ又はシートを圧延するためのローラが含まれ，その何れにおいても個々の構成部分の間に同様な幾何学的関係が存在する。
【００５２】
《実施例２》
実施例２は，鋼材ストリップを圧延するためのロールラックにおける作動ロールとして，図７に示すロール２１を製造することを目的とする。全長Ｌ２１が１０ｍまでのロール２１は，前述したＣ２０鋼よりなるコア部２２と，外周面に耐摩耗層２４を被着したベール部２３とを有する。同時に，ロール２１の端部２５，２５’には，使用時にロール２１を支持するための軸受部２６，２７がそれぞれ形成される。
【００５３】
ロール２１を製造するため，Ｃ２０鋼よりなる円筒状のコア部ブランク材２８を準備した。コア部ブランク材２８は，コア部ブランク材８と同様に，長さＬ２８が製造しようとするルール２１の長さＬ２１未満である。同時に，コア部ブランク材２８の直径Ｄ２８は，コア部ブランク材２８の材料体積が所定の過寸法分だけコア部２２及び軸受部２６，２７の占める材料体積を上回るよう，ロール２１におけるコア部２２の直径D２２よりも大きい。この場合，コア部ブランク材２８の材料体積の過寸法は，コア部ブランク材２８の材料から形成される軸受部２６，２７の領域における後述のステップの後でも，仕上げ機械加工のための十分な材料体積が残される大きさとされる。
【００５４】
耐摩耗性材料から形成される層３０を，コア部ブランク材２８の外周面２９に「プラズマ粉末堆積溶接法」により被着させた。プラズマ粉末堆積溶接法は，技術用語として，「プラズマ移行アーク溶接法」，略して「ＰＴＡ溶接法」とも称される。
【００５５】
実施例２の試料１として，層３０は，冷間加工鋼ＦｅＣｒＶ１０の供試材２として，６３〜１６０μｍの粒子を含有し，表２に示す成分組成を有するＦｅＣｒＶ１０”よりなる粉末Ｐで形成した。
【００５６】
試料２に関しては，粉末Ｐとして，高速度鋼ＨＳＳ３０よりなり，６３〜１８０μｍの粒子を含有する粉末を使用した。高速度鋼ＨＳＳ３０は，材料番号１．３２９４として標準化されており，これも表２に示す。
【００５７】
【表２】
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【００５８】
ＦｅＣｒＶ１０材料及びＨＳＳ３０材料は，何れも，実際の使用に際して高圧負荷又はアブレシブ摩耗リスクに曝される部品，例えばロール及びバレルエクストルーダ等を粉末冶金法で製造する場合に慣用される典型的な材料例である。ここに記載した実施例２は，耐摩耗層２４のために使用されるＦｅＣｒＶ１０材料及びＨＳＳ３０材料の何れも，本発明の目的のために等しく好適であることを示すものである。
【００５９】
堆積溶接を行うため，コア部ブランク材２８を回転ベンチ（図示せず）上にクランプして回転させる。この場合，溶接トーチＳを回転軸線Ａと平行に軸線方向移動させて，コア部ブランク材２８の外周面２９上で周方向に延在する溶接ビード３１よりなる複数層を生成する。
【００６０】
この場合に溶接ビードは，コア部ブランク材２８の一回転後に溶接トーチＳをその都度前進させて，隣接する環状の溶接ビードを形成する不連続法により，或いは，コア部ブランク材２８を溶接トーチＳの連続的な前進と同期移動させて，コア部ブランク材２８周りでつる巻き状に延在する連続的な溶接ビードを形成する連続法により，位置決めすることが可能である。
【００６１】
しかしながら，代替的に，コア部ブランク材２８を，溶接トーチＳがコア部ブランク材２８の全長をカバーするまで停止させておいて，軸線方向に延在する溶接ビードを外周面上に形成することもできる。
【００６２】
堆積溶接法を反復すれば，その結果として生じる多層構造により，後続する成形プロセスのために必要とされる層厚を確保することができる。更に，異種材料を順次に溶接してなる勾配層を形成することも可能である。即ち，鋼製コア部の特性に，外側層のエッジ部に至るまで，所望の勾配を生じさせることができる。必要であれば，形成された溶接ビード３１の外面上に存在するスケール残渣又は溶接残渣を，個鉄的ステップの間に除去することができる。回転ベンチを使用してコア部ブランク材を回転させる場合には，堆積溶接時に使用したものと同一のクランプ機構を使用することができる。
【００６３】
溶接ビード３１が形成されると，コア部ブランク材２８の端面３２，３３に隣接する端部領域に，それぞれ，耐摩耗性材料Ｐが堆積されない凹部を形成する。
【００６４】
堆積溶接の後，コア部ブランク材２８と，これに堆積溶接法で被着させた層３０からなる複合体３４を，鍛造により既知の態様で複数ステップに亘って熱間成形して，ロール２１を形成する。この場合，ロール２１のコア部２２は複合体におけるコア部ブランク材から形成され，ロール２１の耐摩耗層２４は複合体における層３０から形成される。
【００６５】
耐摩耗性材料Ｐを含まないコア部ブランク材２８の材料体積は，軸受部２６，２７を形成するための成形に際して使用された体積である。代替的に，コア部ブランク材２８の外周面２９全体を層３０で被覆し，複合体３４の成形後に軸受部領域に存在する耐摩耗層２４を除去することもできる。
【００６６】
このようにして得られたロール２１につき，その機械的特性を確保すると共に所要の寸法安定性を達成するために，熱処理を施してから機械加工を行った。
【００６７】
鍛造による工業的成形及び熱処理の間，結晶粒の粗大化や，コア部２１における堆積溶接の熱的影響ゾーンにおける不確定な熱処理状態の発生は回避された。「鍛造」及び「熱処理」の各ステップの結果，複合体３４全体において結手細粒化が生じ，確定的な熱処理状態が達成された。この場合，ＨＩＰプロセスに関して簡略化された製造方法は，堆積溶接に基づく第２の製造方法について顕著に有利であることが確認された。
【符号の説明】
【００６８】
１           シャフト
２〜５       シャフト１のシャフト部
６           シャフト１のコア部
７           耐摩耗材料Ｍの層
８           コア部ブランク材
９           カプセル
１０     コア部ブランク材の外周面
１１     カプセル９内のスペース
１２     外周面に形成された層
１３     複合体
２１     ロール
２２     ロール２１のコア部
２３     ロール２１のベール部
２４     ロール２１の耐摩耗層
２５，２５’ ロール２１の端部
２６，２７   ロールの軸受部
２８     コア部ブランク材
２９     コア部ブランク材２８の外周面
３０ 外周面２８上の耐摩耗材料層
３１ 溶接ビード
３２，３３   コア部ブランク材２８の端部
３４     複合体
Ａ           部品１，２１の回転軸線
Ｄ１     シャフト部のコア部の直径
Ｄ２〜Ｄ５   シャフト部２〜５の直径
Ｄ８     コア部ブランク材８の直径
Ｄ２８       コア部ブランク材２８の直径
Ｄ２２       ロール２１のコア部２２の直径
Ｌ１     シャフト１の全長
Ｌ２〜Ｌ５   シャフト１の部分長さ
Ｌ８     コア部ブランク材８の長さ
Ｌ２１       ロール２１の全長
Ｌ２８       コア部ブランク材２８の長さ
Ｍ           合金粉末
Ｐ           粉末
Ｓ       溶接トーチ
Ｘ，Ｙ       空間方向
【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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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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