(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
室温（２０℃）で少なくとも１００ksi（０．６８ＧＰａ）の０．２％降伏強度と、
１２００°Ｆ（６４９℃）で少なくとも８５ksi（０．５８ＧＰａ）の０．２％降伏強度と、
室温（２０℃）で少なくとも１５０ksi（１．０２ＧＰａ）の最大引張強度と、
１２００°Ｆ（６４９℃）で少なくとも１３０ksi（０．８９ＧＰａ）の最大引張強度と、
を有するニッケルベースの超合金の金属部品の製造方法であって、
金属飛沫を堆積して金属物品を成形し、上記金属飛沫は、重量パーセントで、
１８〜２１のＣｒ，３．５〜５のＭｏ，１２〜１５のＣｏ，２．７５〜３．２５のＴｉ，１．２〜１．６のＡｌ，０．０４〜０．０７５のＣ，０．０１〜０．０８のＺｒ，及び０．００３〜０．０１０のＢと、
０．１５以下のＭｎ，０．１７５以下のＳｉ，０．０１以下のＳ，０．０２以下のＰ，２．２５以下の鉄，０．１５以下のＣｕ，０．０００７５以下のＰｂ，０．００００３５以下のＢｉ，及び０．０００５以下のＡｇの少なくとも一つと、
残部のＮｉと、
不可避的な不純物と、からなり、
上記金属物品を高密度化し、
かつ、上記金属物品を熱処理し、この熱処理は、
上記金属物品に対して１９２５〜２０２５°Ｆ（１０５２〜１１０７℃）の温度で２時間の熱処理が行われた後に油冷又は水冷される溶体化熱処理と、
１５００〜１６００°Ｆ（８１６〜８７１℃）の温度で４時間の熱処理が行われた後に空冷と同等もしくは速い割合で冷却される安定化熱処理と、
１３５０〜１４５０°Ｆ（７３２〜７８８℃）の温度で少なくとも１６時間の析出熱処理と、を有することを特徴とする金属部品の製造方法。
【請求項２】
上記金属飛沫の直径が１０〜１００００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記熱処理により金属物品に対し、ＡＳＴＭ_Ｅ１２９に基づく測定でＡＳＴＭ３又はそれ以上に精密な粒径によって特徴づけられるミクロ構造が与えられることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
上記熱処理により金属物品に対し、ＡＳＴＭ_Ｅ１２９に基づく測定でＡＳＴＭ５よりも小さい粒径で特徴づけられるミクロ構造が与えられることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記金属物品が、１８００〜２０００°Ｆ（９８２〜１０９３℃）及び１５０００〜２５０００ｐｓｉ（１０３〜１７２ＧＰａ）で４時間のＨＩＰ処理により高密度化されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
上記金属物品がアルゴン雰囲気下でＨＩＰ処理されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
上記金属飛沫は環状の形状を有する金属物品を成形するために堆積されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
上記熱処理により金属物品に対して等方性のミクロ構造が与えられることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
要求形状を得るために金属物品を後から熱加工処理するステップを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
上記金属部品がガスタービンエンジンの構成品であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
上記金属部品が、エンジンケース，エンジンフランジ及びエンジンシール部材から構成されるグループから選ばれることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記金属物品がリングロールされていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基本的には溶射成形された金属物品に関し、特に、鍛造されたものと同等の特性を有する金属物品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高い強度に加えて低い亀裂成長率や高い耐応力破損性等の他の望ましい特性を必要とする部材のように、要求される用途に応じた様々な部材を製造する際に、鍛造が利用されてきた。航空宇宙分野では、回転部材や固定部材を製造する際に鍛造が利用され、各部材には、典型的に、高い強度と、低い亀裂成長率と、高い耐応力破損性とが全て要求される。このような部材には、ブレード及びベーンのように複雑な形状のものの他、エンジンケース，フランジ及びシール部材のような環状部材も含まれ得る。
【０００３】
特に環状部材を鍛造する際には、材料の鋼片として、最終的な製造品に含まれる所望の成分に応じた成分を含むものが要求される。このような鋼片として、一般的には、鋳物材料が好適に用いられる。この鋼片を最初の材料とし、その後、この鋼片材料を適宜な部材の形状へ変化させるために、複数回のリングローリング等による加工熱処理が行われる。また好ましくは、この部材に対し、所定レベルの耐亀裂成長率等の所望の特性を得るために熱処理が行われた後、正確な寸法や形状の製品が得られるように研磨や機械加工等の仕上げ行程が行われる。
【０００４】
鍛造による製品の製造は高価で時間がかかるため、一般的には、高いレベルの種々の特性、例えば高い強度の他に高い耐応力破損性及び低い亀裂成長率が要求される製品に対してのみ行われる。鍛造に適した鋼片を得る際、確かな材料を調達するには月単位の期間を必要とする。また、部品の製造中には、元の鋼片材料の多くが廃棄物等として除去され、最終的な製品の一部を形成することはない。製造される製品の形状が複雑化されると、これに応じて、製品の製造に要求される労力及び費用も増加する。最終的な製品を得るために、高価な機械加工や他の仕上げ処理が必要なこともある。更に、効率や出力又は双方を増加させるために、高温下でガスタービンエンジンを運転させるためには、製品の製造に更に高性能な合金を多く用いる必要がある。このような高性能な合金の多くは、鍛造が非常に困難か又は不可能であり、この結果、製品コストが更に増加するか、あるいは非常に高価なので上記の合金をエンジン分野に用いることはできず、またある種の部品に対してこのような特定の金属を適用することは経済的に難しい。
【０００５】
溶射成形は、鋳物材料等のバルク材料から直接的に製品を製造するものとしては用いられていないが、高い強度だけでなく、低い亀裂成長率及び高い耐応力破損性性を示すものである。ニッケルを主成分とする超合金であって、主成分のニッケル及び他の成分の公称重量に対する公称重量パーセントで、約１９．５（ｗ／ｏ）のクロム（Ｃｒ），４．３ｗ／ｏのモリブデン（Ｍｏ），１３．５ｗ／ｏのＣｏ，３．０ｗ／ｏのチタン（Ｔｉ），１．４ｗ／ｏのＡｌ，０．０５ｗ／ｏのジルコニウム（Ｚｒ），０．００６ｗ／ｏのＢ、を含み、要求に応じた高い強度，低い亀裂成長率及び高い耐応力破損性を有するもの（”ワスパロイ（Ｗａｓｐａｌｏｙ）”と称す）が、国際ワーレンデール（Ｉｎｔ’ｌ  ｏｆ  Ｗａｒｒｅｎｄａｌｅ，ＰＡ）のＳＡＥ発行の、米国航空宇宙材料仕様書のＡＭＳ５７０７（Ｒｅｖ．Ｈ，１９９４年８月発行）に示されている。これらの特性は、本発明により得ることができる。
【０００６】
図１には典型的な溶射成形装置が示されている。金属は、鋳型内で製造されるもので、るつぼ１２内、より好ましくは低圧及び／又は非活性環境下の真空溶融室１４内で溶融される。この溶融金属１６は、油だまり１８へ移された後、噴霧器２０を通過する際に、この噴霧器でアルゴン等の不活性キャリアガスを用いて金属飛沫として噴霧される。噴霧された材料２２は、スプレー室２６内に配置された基材２４としての冷却器の軸の表面に衝突して堆積される。環状の部品を形成する場合、好ましくは軸を円筒状にするとともに回転させ、かつ、噴霧された金属と軸との流れが互いに逆方向となるようにする。上記のように金属は基材に衝突して堆積され、急速に凝固される。このように凝固された金属の層を積み重ねることにより、所望の成形品が形成される。米国特許第４，８３０，０８４号等を参照されたい。この後、上記成形品には、材料を高密度化及び高強度化するリングローリングのような、加工熱処理及び／又はホットアイソスタティック成形（ＨＩＰ’ｉｎｇ）等の処理が行われる。このような手法により、金属物品を形成するために、超合金が溶融及び溶射成形されてきた。しかしながら、このようにして成形された金属物品は、高い強度，低い亀裂成長率又は高い耐応力破損性等の特性が得られず、この結果、ガスタービンエンジンや他の高温高圧下というような所望の用途で使用されるものを形成する際には適用できない。
【０００７】
上述したワスパロイ材料は、所望の用途に用いられる鍛造品を製造する際に幅広く利用されている。上述したように、ガスタービンエンジンに利用される具体的な部品として、ガスタービンエンジンのケース，フランジ及びシール部材が、ブレード及びベーンと同様に含まれる。これらの部品では、一般的に、一旦成形してから、所望の特性を得るように機械加工及び熱処理を行う必要がある。上記のＡＭＳ５７０７には、このような材料から鍛造される部品に対する一般的な熱処理が記載されている。
【０００８】
ＡＭＳ５７０７においては、鍛造品に対して３つのステップで熱処理が行われる。第１のステップでは、溶体化処理が１８２５〜１９００°Ｆ（約９９６〜１０３８℃）の温度で約４時間行われた後、冷却処理が空気冷却以上の速度で行われる。第２のステップでは、安定化熱処理が約１５５０°Ｆ（約８４３℃）の温度で約４時間行われた後、空気冷却が行われる。第３のステップでは、析出熱処理が約１４００°Ｆ（約７６０℃）の温度で約１６時間行われる。処理後の部品では、室温で少なくとも約１１０ksiの降伏強度が得られ、かつ、相対的に低い切欠もろさと、高い耐応力破損性とが示される。従って、ワスパロイを鍛造することにより製造されるとともに、ＡＭＳ５７０７に基づく熱処理が行われた部品は、ガスタービンエンジンのケース，フランジ，シール部材，ブレード及びベーンの他、同じ様な他の所望の用途に好適に用いられる。しかしながら、鍛造物品には、かなりの量の粗いカーバイドや他の含有物が含まれることがあり、その量は製品間で相違するという問題がある。また鍛造物品は、機械加工や検査が困難な傾向にある。更に言えば、鍛造では部品間の寸法が同一の製品が常に製造されるわけではないため、正確な複製能力が要求される。検査の後では、多くの部品に再加工が要求される。一般的に、鍛造品では、約２０％の時間が廃棄分や再加工に費やされると思われる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、より再現性良く部品を製造するとともに製造コストの抑制化を図るために、我々は、ワスパロイを用いてテストサンプルを溶射成形した。溶射成形及びＨＩＰ処理を行った部品では、所定の強度が得られるものの、高い亀裂成長率及び低い耐応力破損性が示され、このような部品で所期の特性を得るためには、例えば鍛造やリングロール等の熱機械加工処理が必要と思われる。このような処理工程の追加は製造コストが増加するために好ましくない。
【００１０】
上述したように、ワスパロイの鍛造品に対する標準的，一般的な熱処理は、ＡＭＳ５７０７に基づいて行われる。そして、我々は、溶射成形されたワスパロイにＨＩＰ処理を行うとともに、ＡＭＳ５７０７に基づく熱処理又は他の一般的な熱処理を行って製造された製品では、鍛造と同等の降伏強度及び引張強度が得られる一方、亀裂成長率，耐応力破損性の他、その特性の存在により所望の用途で部品を用いることができないというような他の好ましくない特性が相対的に抑制されることを見出し、本発明を想到するに至った。
【００１１】
本発明の基本的な目的は、鍛造品と同等の特性を有する溶射成形された金属物品（溶射成形品）を提供することである。
【００１２】
本発明の更なる目的は、鍛造品と同等の耐応力破損性，亀裂成長率及び強度をバランス良く有する溶射成形品を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、亀裂成長率が低く、かつ、耐応力破損性が高い溶射成形品を提供することである。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、溶射成形されるワスパロイを含む成形品を製造するための熱処理であって、対応するワスパロイ鍛造品と同等の特性を与える熱処理を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、溶射成形品に処理が施されて、高い強度と耐応力破損性及び耐亀裂成長率とが与えられる。
【００１６】
本発明の一つの態様として、金属物品は、ニッケルベースの超合金が含まれるものとして表され、積層される金属飛沫（ｍｅｔａｌ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ）によって形成され、一例として溶射成形される。この後、この溶射成形品を熱処理することにより、ＡＭＳ５７０７に基づいて熱処理された鍛造品と同等の耐応力破損性及び亀裂成長率を有する金属物品が得られる。この金属物品は、基本的には等方性のミクロ構造を有することで特徴付けられるが、溶射成形品がプレフォームとして用いられる程度のフローライン（ｆｌｏｗｌｉｎｅｓ）を有すること、すなわち溶射成形及び加工熱処理できることで特徴付けられる。
【００１７】
本発明の他の態様として、ニッケルベースの超合金を含む溶射成形品に対し、その耐応力破損性及び耐亀裂成長率を増加させる方法が示されている。この方法は、成形品を溶射成形するステップを有し、溶射成形された成形品は、容積で約３パーセントまでの間隙率によって特徴付けられており、かつ、上記溶射成形品を熱処理するステップを有し、これにより、間隙率が十分に低減され、ＡＭＳ５７０７に基づいて熱処理された鍛造品に比して同等の耐応力破損性及び亀裂成長率を有する金属物品が得られる。
【００１８】
本発明を要約すると、熱処理された金属物品では、対応する鍛造品と同等の耐応力破損性及び亀裂成長率を示すことを見いだした。金属物品は、先ず第１に、超合金等の溶融された金属飛沫を成形前の基材上に積層して成形され、この超合金には、主成分としてのニッケルに対する配合として、重量パーセントで、約１８〜２０（ｗ／ｏ）のＣｒ，３．５〜５ｗ／ｏのＭｏ，１２〜１５ｗ／ｏのＣｏ，２．７５〜３．２５ｗ／ｏのＴｉ，１．２〜１．６ｗ／ｏのＡｌ，０．０１〜０．０８ｗ／ｏのＺｒ，０．００３〜０．０１０ｗ／ｏのＢ、が含まれる。この成形品には、ＨＩＰ処理の後に熱処理が行われ、この熱処理には溶体化処理，安定化処理及び析出熱処理が含まれる。最終的な金属物品では、鍛造及び一般的な熱処理が行われた材料と同等の良好な平均粒径が得られ、かつ、鍛造材料と同等の降伏強度及び引張強度が得られる。また、重要な点として、この金属物品では、例えば鍛造物と同等の耐応力破損性及び低亀裂成長率が示されるとともに、等方性のミクロ構造が得られる。この金属物品は鍛造品の代わりに用いることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
再び図１を参照して、本発明に係る溶射成形，ＨＩＰ成形及び熱処理された金属物品においては、先ず第１に、従来公知の手法で溶射成形される。シンガー（Ｓｉｎｇｅｒ）へ付与された米国特許第４，５１５，８６４号の”飛沫粒子を積層した金属物品”，及びブルックス（Ｂｒｏｏｋｓ）へ付与された第３１，７６７号（第３，９０９，９２１号の再発行）の”飛沫金属又は金属合金から金属物品を形成する方法及び装置”を参照されたい。本発明で用いられるのに適した材料としては、基本となるＮｉに対し、その概略の組成（重量パーセント）で、約１８〜２１のＣｒ，３．５〜５のＭｏ，１２〜１５のＣｏ，２．７５〜３．２５のＴｉ，１．２〜１．６のＡｌ，０．０１〜０．０８のＺｒ，０．００３〜０．０１０のＢが含まれ、更に好ましくは、基本となるニッケル及び他の成分の公称量に対し、約１９．５のＣｒ，４．３のＭｏ，１３．５のＣｏ，３．０のＴｉ，１．４のＡｌ，０．０５のＺｒ，０．００６のＢが含まれる（この材料は”ワスパロイ”と称されることもあり、本明細書でもこの名称を用いる）。また、この材料には、好ましくは、約０．０４〜０．０７５のＣ，約０．１５までのＭｎ，約０．１７５までのＳｉ，約０．０１までのＳ，約０．０２までのＰ，約２．２５までの鉄，約０．１５までのＣｕ，約０．０００７５までのＰｂ，約０．００００３５までのＢｉ，約０．０００５までのＡｇ，約０．０１までのＯ，約０．０１までのＮ、が含まれる。要するに、本発明に基づく金属物品は、後述するように、溶射成形され、ＨＩＰ処理され、熱処理される。最終的な金属物品では、鍛造品と同等の特性、つまり室温及び高温（例えば少なくとも約１３００°Ｆ（約７０４℃））での降伏強度及び引張強度と、低い亀裂成長率及び高い耐応力破損性とが得られ、かつ、これらの特性を、鍛造に比して十分に低いコスト，無駄，労力，及び十分に少ない期間で得ることができる。
【００２０】
上述したように、溶射成形に用いられる金属は、例えば、鋳型内で混合材料を溶融することにより得られ、あるいは廃材を再度溶融することにより得られ、又は他の手法により得られる。材料はるつぼ１２内で溶融され、このるつぼ１２は、好ましくは低圧及び／又は非活性環境下の真空溶融室１４内に配置される。溶融金属１６は、油だまり１８へ移送された後、噴霧器２０を通過する。この噴霧器２０では、アルゴン等の不活性キャリアガスを用いて金属飛沫が噴霧される。噴霧された材料２２は、スプレー室２６内に配置された基材２４としての冷却器の軸の表面へ向けて噴射され、このとき、好ましくは、低圧及び／又は非活性状態に維持されている。環状の部品を形成する場合、好ましくは、軸を円筒状にするとともに回転させ、かつ、飛沫金属と軸との流れが互いに逆方向となるようにする。上記の金属は、基材に衝突して堆積され、急速に凝固される。このようにして、鍛造に比して精密な粒径が得られる。そして、上記のように凝固された金属の層が積み重ねられて、所望の形状の成形品を形成する。なお、ワスプロイから製造される金属物品について説明したが、他の材料から製造される金属物品でも、本発明に係る手法で同じように溶射成形，熱加工処理，ＨＩＰ処理及び熱処理され得ることは、当業者であれば容易に理解できるであろう。加えて、金属物品を形成するために適用される低圧又は真空環境下でのプラズマ溶射のように、他の方法で基材上に溶融又は半溶融の飛沫材料を堆積させた場合でも、同等の効果が得られることは、当業者であれば容易に理解できるであろう。
【００２１】
後述する溶射成形に関する値（パラメータ）は本発明の臨界を示すものではないが、飛沫は大きいものより小さいものが好ましく、更に好ましくは、直径で約１０〜１０，０００ミクロンのオーダーである。また、飛沫に適用される温度は高いより低い方が好ましい。すなわち、この温度は、衝突する際には既に堆積された材料や基材上に半溶融状態で残存することのないように熱くない方が好ましいが、衝突前に実質的に凝固することのない程度には熱くする必要がある。飛沫の速度は、溶融状態で飛沫を噴射させ得る程度に速く設定される一方、飛沫が既に堆積された飛沫や基材に付着可能な程度に遅く設定される。溶射ノズルと基材との距離は、材料が堆積される割合に応じて適宜に調整される。
【００２２】
溶射成形された成形品では、成形直後の状態では、一般的に、容積百分率（ｖ／ｏ；ｖｏｌ ％）で約１〜３パーセントの空隙率が存在するという特性がある。これに対し、鍛造成形品では実質的に空隙がない。空隙率が大きくなると、成形品の強度が低下する傾向にある。そこで、溶射成形品に対し、材料を高密度化するための処理をが行われる。図２を参照して、溶射成形により形成された粗い成形品は、好ましくは、先ず第１に、ＨＩＰ処理によって高密度化される。ＨＩＰ処理における適切なパラメータ値（温度，圧力，時間等）は、ＨＩＰ処理される材料や空隙率の低減量に応じて変化するが、溶射成形ワスプロイの場合、好ましくは約１，８００〜２，０００°Ｆ（約９８２〜１０９３℃）及び１５，０００〜２５，０００ｐｓｉで約４時間のＨＩＰ処理が行われ、更に好ましくはアルゴン等の不活性環境下でＨＩＰ処理が行われる。良好なＨＩＰ処理を維持するために、例えば少なくとも５分毎にその圧力及び温度が監視される。なお、図２では熱処理後に所定の後処理や機械加工が行われるように図示されているが、成形品の最終的な機械加工はＨＩＰ処理後の任意の時期に行うことができる。
【００２３】
溶射成形品では、耐応力破損性及び亀裂成長率が鍛造品に比してかなり低い。このような溶射成形品にＨＩＰ処理することで、これらの特性が完全に改善されるわけではない。この溶射成形品に対し、例えばワスパロイに対するＡＭＳ５７０７のような、鍛造分野で一般的に用いられている熱処理を更に行うことにより、これらの特性が鍛造レベルと同等のものとなる。つまり、溶射成形及びＨＩＰ処理されただけの中間成形品は、ガスタービンエンジンのような要求用途には適用することができない。
【００２４】
そこで本発明では、低い亀裂成長率，高い耐応力破損性及び強度をバランス良く得るために、溶射成形及びＨＩＰ処理された中間成形品に対して熱処理が行われる。これにより、少なくとも上記の要求用途に対して好適な金属物品が得られる。後述するように、熱処理には、好ましくは溶体化熱処理３２，安定化熱処理３４，及び析出熱処理３６が含まれる。後述するような温度，期間及び冷却率等のパラメータ値は、処理される材料に応じて変化する。好適な熱処理により、溶射成形された中間成形品に対し、従来の鍛造材料のものに比して著しく精密かつ均一性に優れたミクロ構造が与えられる。図３及び４のミクロ構造を参照されたい。上記の成形品に対し、必要に応じて機械加工等の仕上処理３８（図２）が行われる。ＨＩＰ処理後に行なわれる仕上げ処理は必ずしも必要ではない。
【００２５】
溶体化熱処理３２は、熱処理の第１段階を構成するもので、その温度や期間等は処理される材料に応じて変化する。図３は、本発明に係る熱処理が行われた後の金属物品のミクロ構造を示す顕微鏡写真である。ＡＭＳ５７０７に記載されるような一般的な組成のワスパロイ材料の場合、好ましくは約１９２５〜２０２５°Ｆ（約１０５２〜１１０７℃）の温度、特に好ましくは１９７５°Ｆ（約１０７９℃）の温度で約２時間、熱処理が行われた後、油冷又は水冷される。溶体化熱処理３２における期間及び温度は、所望の特性が得られない大きな粒径とならないように、材料の粒径が急に大きくなる温度及び期間よりも短く設定される。我々は、溶射成形材料では、鍛造材料に比して高温な熱処理温度下での粒径の成長が抑制されることを見出した。従って、溶体化熱処理は、好ましくは、鍛造品に対するＡＭＳ５７０７の溶体化熱処理に比してより高い温度で行われる。
【００２６】
溶体化熱処理の後、その成形体に対して安定化熱処理３４が行われ、その温度や期間等は処理される材料によって変化する。ワスプロイから製造される成形品の場合、約１５００〜１６００°Ｆ（約８１６〜８７１℃）の温度、好ましくは約１５５０°Ｆ（約８４３℃）の温度に維持された状態で約４時間、安定化熱処理が行われた後、空冷と同等もしくは速い割合で冷却される。
【００２７】
上記安定化熱処理及び冷却処理の後、その成形体に析出熱処理３６が行われ、その温度や期間等は処理される材料によって変化する。ワスプロイの場合、約１３５０〜１４５０°Ｆ（約７３２〜７８８℃）、好ましくは約１４００°Ｆ（約７６０℃）の温度で少なくとも約１６時間、析出熱処理が行われた後、空冷と同等もしくは速い割合で冷却処理される。
【００２８】
上述した本発明に係る図示実施例によれば、溶射成形品から得られる最終的な金属物品では、十分な強度が得られるだけでなく、鍛造物に比して同等もしくは優れた他の特性，例えば低い亀裂成長率及び高い耐応力破損性が得られる。ワスパロイに対して溶射成形，ＨＩＰ処理及び熱処理を行った本発明に係るサンプルに対し、延性と同じ様に、降伏強度及び最大引張強度を測定する試験を行った。引張特性に関しては、サンプルが室温（約６８°Ｆつまり約２０℃）で保持された状態及び試験前に所定期間高温（約１２００°Ｆつまり約６４９℃）に保持された状態の双方で試験を行った。また、サンプルには、０．００５ in./in./minute の間の歪み速度となる降伏強度（室温で約１１０ksi及び１２００°Ｆで９３．５ksi）が与えられた。得られた特性を次表に示す。
【００２９】
【表１】
0003905674.tif 000002
上記の特性の最小値（min）は、製品の適用用途に応じて適宜に高く又は低くされる。上記の値は、上述したガスタービンエンジンのケース，フランジ及びシール部材等に応じたものである。上記の特性は、エンジンケース及びリング等の特定の部分に対して設定されている。
【００３０】
上述した特性は、ＡＭＳ５７０７の熱処理が行われた鍛造材料の特性と同等であり、その特性を次表に示す。
【００３１】
【表２】
0003905674.tif 000003
ＡＭＳ５７０５に記載されているように、鍛造された材料の特性は、上記のサンプルの試験内容と縦方向又は横方向にかかわらず同等である。
【００３２】
加えて、標準的な平滑部及び切欠部の応力破損性を試験する試験片（本発明に係る手法で製造された材料を含む）に対し、例えばＡＳＴＭ_Ｅ２９２に基づいて試験を行った。上記試験片は、１３５０°Ｆ（約７３２℃）に維持され、約７５ksiの初期軸圧を作用させた後、常に負荷がかけられる。上記試験片は少なくとも２３時間後には破損した。本発明に基づいて処理が行われたワスプロイに対する上記の値は、ＡＭＳ５７０７に基づいて熱処理された鍛造材料と同等である。
【００３３】
上述した後処理の一例として、リングローリングが挙げられる。簡単に説明すると、リングローリングは、典型的には、エンジンケース及びシール部材のような環状部材に対して行われるもので、成形品を加熱するとともに、一連のロール間に反復して通過させることにより、要求形状となるように成形品が引き延ばされる。図５及び６（それぞれ約１００倍の拡大率で、図６の粒粗さがＡＳＴＭ８）には、本発明に係る溶射成形された金属物品の顕微鏡写真が示されており、それぞれ中程度の変形及び大きな変形を得るようにリングロールされている。
【００３４】
我々は、本発明に基づいて溶射成形（及びリングロール）されたワスプロイ物品では、一般的に、鍛造されたワスプロイ物品と同等のミクロ構造が得られる一方、鍛造されたワスプロイ物品に比して仕上加工での研磨量が著しく低減されることを見出した。更に、溶射成形され、リングロールされたワスプロイ物品では、室温及び高温状態で優れた強度が示される。室温では、本発明に基づいて溶射成形及びリングロールされたワスプロイ物品では、少なくとも約１４０ksi、好ましくは約１５５ksi以上の０．２％降伏強度が得られるとともに、少なくとも約１８０、より好ましくは少なくとも約２００ksiの最大引張応力が得られる。高温下（約１２００Ｆ）においても、上記物品では少なくとも約９０ksi、特に好ましくは約９３ksi以上の０．２％降伏強度が得られるとともに、少なくとも約１３５、特に好ましくは少なくとも約１４０ksiの最大引張応力が得られる。
【００３５】
図７及び８に示すように、ＡＭＳ５７０７に基づいて処理された鍛造ワスプロイに対し、種々の温度及び圧力に対する０．５％クリープ（図７の破線）、及び様々な温度及び圧力に対する降伏強度（図８の破線）を測定する試験を行った。また、本発明に基づくワスプロイのサンプルに対しても試験を行い、このようなサンプルでは、基本的に、同じ温度及び圧力等の条件下で試験された鍛造ワスプロイよりも著しく良好な結果が得られた。
【００３６】
加えて、本発明に基づいて溶射成形されたワスプロイにＨＩＰ処理及び熱処理を行ったサンプルでは、相対的に小さな粒径となることが見い出された。ＡＳＴＭ_Ｅ１１２の仕様書に基づく測定で、粒径が約ＡＳＴＭ３、特に好ましくは約ＡＳＴＭ５又はそれ以上となり、ＡＭＳ５７０７に基づく熱処理が行われた対応する鍛造材料と同等となる。また、仕上処理された材料のミクロ構造は、鍛造されたものに比して、概してより均一かつ一様な特性が得られる。また、そのミクロ構造は、材料がこの後に塑性的に変形されない限り、（鍛造の場合に比して）成分の分離が少ないという特徴を有し、従って、一般的に、材料の断面において、材料の塑性流動の方向を示すようなフローラインが抑制されるという特徴を有する。更に言えば、仕上処理された材料では、空隙率が抑制されることに加え、亀裂成長率の低下と耐応力破損性の向上とが得られる。
【００３７】
本発明に係る熱処理は、一般的に、ＡＭＳ５７０７のような標準的な熱処理で置き換えることはできない。上述したように、ＡＭＳ５７０７のようなワスプロイに対する標準的な熱処理を溶射成形品に適用した場合、所期の結果を得ることはできない。例えば、ＡＭＳ５７０７に基づく溶体化熱処理では、本発明の場合に比してかなり低い温度で行われ、かつ、冷却が急冷ではなく空冷により行われる。ＡＭＳ５７０７に基づいて溶射成形品を熱処理した場合、その耐クリープ性がＡＭＳ５７０７に基づいて処理された対応する鍛造品と同程度まで低減されてしまう。
【００３８】
要するに、本発明では、鍛造品を上回る他の重要な特性を得ることができる。一般的に、本発明は、鍛造物と同等の特性を有する溶射成形された金属物品を直接的に製造する際に利用される。本発明に基づいて製造された金属物品は、そのミクロ構造がより均一化され、その適用用途が非常に広い。個々の金属物品では、後からリングローリング等によって熱処理される場合を除き、等方性のミクロ構造が得られる。また、特に、この金属物品では、鍛造物と同じ程度にミクロ構造における分離が抑制されるという特性が得られる。また、本発明に基づいて製造された金属物品では、その機械加工や検査が更に容易となるという特性が得られる。
【００３９】
更に言えば、本発明では、特に好適な材料の鋼片を得る必要性が抑制されるとともに、鋼片を得るために必要な調達時間が抑制され、この結果、その調達時間が最小限に抑制されるか、あるいは不必要となる。本発明によれば、バルク材料が容易に加工可能となり、変形することによりコンポーネントとして直接用いることもできる。このように、鍛造に比して実質的な作業時間，費用及び無駄が十分に低減又は解消される。
【００４０】
本発明に係る溶射成形品（金属物品）では、一般的な鍛造物と同等の強度が得られるだけでなく、少なくとも鍛造物と同等の亀裂成長率及び耐応力破損性が得られる。更に、本発明に係る金属物品では、製造時の時間及びコストが大幅に低減される。ミクロ構造の観点では、溶射成形品は、鍛造品に比して、より均一化され、概して精密な粒子が得られれるとともに、特に重要なこととして、対応する鍛造品に比して製品間の特性がより狭い範囲で得られ、製品間のばらつきが著しく抑制される。
【００４１】
以上のように本発明の具体的な例を詳細に説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、様々な変形，変更が可能である。つまり、ここでは図示実施例により本発明を説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】成形品を溶射成形する装置を示す一部破断概略図。
【図２】本発明に係る成形品の熱処理を示す流れ図。
【図３】本発明に係る熱処理が行われた溶射成形品の顕微鏡写真。
【図４】従来例に係る熱処理後の鍛造品のミクロ構造を示す顕微鏡写真。
【図５】溶射成形及び熱処理後に熱加工処理された溶射成形品（金属物品）のミクロ構造を示す顕微鏡写真。
【図６】図５と同じく溶射成形及び熱処理後に熱加工処理された溶射成形品のミクロ構造を示す顕微鏡写真。
【図７】本発明に係る金属物品における適用応力及び温度に対する０．５％クリープ線を示すグラフ。
【図８】本発明に係る金属物品における様々な温度での応力破損性を示すグラフ。
【符号の説明】
３２…溶体化熱処理
３４…安定化熱処理
３６…析出熱処理
３８…仕上処理
【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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【図８】
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