特許 7502727 テーパーリング素材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-11

(45)【発行日】2024-06-19

(54)【発明の名称】テーパーリング素材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21D 41/04 20060101AFI20240612BHJP

   B21J 5/00 20060101ALI20240612BHJP

   B21K 21/12 20060101ALI20240612BHJP

   C22F 1/10 20060101ALI20240612BHJP

   C22C 19/05 20060101ALI20240612BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20240612BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20240612BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20240612BHJP

【ＦＩ】

B21D41/04 C

B21J5/00 B

B21K21/12

C22F1/10 A

C22C19/05 L

F02C7/00 C

F02C7/00 E

F01D25/00 L

F02C7/00 F

C22F1/00 626

C22F1/00 631A

C22F1/00 691B

C22F1/00 694A

C22F1/00 650A

C22F1/00 651B

C22F1/00 694B

C22F1/00 630K

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2023556859

(86)(22)【出願日】2023-02-21

(86)【国際出願番号】 JP2023006262

(87)【国際公開番号】W WO2023176333

(87)【国際公開日】2023-09-21

【審査請求日】2023-09-14

(31)【優先権主張番号】P 2022041544

(32)【優先日】2022-03-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】株式会社プロテリアル

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(72)【発明者】

【氏名】塩田 諒介

(72)【発明者】

【氏名】武者 和也

(72)【発明者】

【氏名】大曽根 淳

(72)【発明者】

【氏名】池田 武史

【審査官】藤井 浩介

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－３１７２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０５６１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１９９５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－４７３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２６９０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第１６８１１１２（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｄ ４１／０４

Ｂ２１Ｊ ５／００

Ｂ２１Ｋ ２１／１２

Ｃ２２Ｆ １／１０

Ｃ２２Ｃ １９／０５

Ｆ０２Ｃ ７／００

Ｆ０１Ｄ ２５／００

Ｃ２２Ｆ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内面にテーパーを有する口絞り加工用ダイの前記内面を、リング素材の端部の全周を覆うように押し当てることで、前記リング素材の周面の一部を前記ダイの前記内面に沿ったテーパー状に口絞り加工するテーパーリング素材の製造方法において、
前記口絞り加工を行う前に、前記リング素材の軸方向にわたる全周面を加熱するステップを含み、
前記リング素材がＮｉ基超合金でなり、
前記口絞り加工を開始するときの前記リング素材の口絞り加工が行われない周面の温度Ｔｎ（℃）が、前記Ｎｉ基超合金の析出相の固溶温度Ｔｓ（℃）に対して、以下の式１：
Ｔｓ－３００≦Ｔｎ≦Ｔｓ－５０ ・・・（式１）
の関係を満たすことを特徴とするテーパーリング素材の製造方法。

【請求項2】

前記口絞り加工を行う前に、前記リング素材の軸方向にわたる全周面を、以下の式２：
Ｔ_０≦Ｔｓ＋３０ ・・・（式２）
の関係を満たす加熱温度Ｔ_０（℃）に加熱することを特徴とする請求項１に記載のテーパーリング素材の製造方法。

【請求項3】

前記Ｎｉ基超合金の析出相の固溶温度Ｔｓ（℃）が９５０℃～１１００℃の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のテーパーリング素材の製造方法。

【請求項4】

前記口絞り加工を開始するときの前記リング素材の口絞り加工が行われる周面の温度が、前記リング素材の口絞り加工が行われない周面の温度Ｔｎ以上であることを特徴とする請求項１に記載のテーパーリング素材の製造方法。

【請求項5】

前記リング素材は、外径Ｄａが５０ｍｍ～３０００ｍｍ、高さＨ_０が３０ｍｍ～１０００ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のテーパーリング素材の製造方法。

【請求項6】

前記テーパーリング素材は、小径側の外径Ｄｂが２５ｍｍ～２８５０ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載のテーパーリング素材の製造方法。

【請求項7】

前記リング素材は、肉厚ｔ_０が０．１ｍｍ～３００ｍｍ、肉厚外径比ｔ_０／Ｄａが０．００１～０．１であることを特徴とする請求項５に記載のテーパーリング素材の製造方法。

【請求項8】

前記口絞り加工は、縮径率が０％超から５０％までの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のテーパーリング素材の製造方法。

【請求項9】

前記テーパーリング素材は、テーパー角θが５°～４０°であることを特徴とする請求項１に記載のテーパーリング素材の製造方法。

【請求項10】

前記内面にテーパーを有する口絞り加工用ダイの前記内面が、さらに、前記リング素材の口絞り加工が行われない周面を覆う拘束部を有することを特徴とする請求項１に記載のテーパーリング素材の製造方法。

【請求項11】

前記Ｎｉ基超合金の合金組成は、質量％で、Ｃ：０．０２～０．１０％、Ｍｎ：０．１％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｓｉ：０．１５％以下、Ｃｒ：１８～２１％、Ｆｅ：２％以下、Ｍｏ：３．５～５．０％、Ｔｉ：２．７５～３．２５％、Ａｌ：１．２～１．６％、Ｃｏ：１２～１５％、Ｂ：０．００３～０．０１％、Ｃｕ：０．１％以下、Ｚｒ：０．０２～０．０８％、Ｍｇ：０～０．０１％、残部がＮｉ及び不可避的不純物であることを特徴とする請求項１に記載のテーパーリング素材の製造方法。

【請求項12】

前記Ｎｉ基超合金の合金組成は、質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｍｎ：０．３５％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｃｒ：１７～２１％、Ｎｉ：５０～５５％、Ｍｏ：２．８～３．３％、ＮｂおよびＴａ：４．７５～５．５％、Ｔｉ：０．６５～１．１５％、Ａｌ：０．２～０．８％、Ｃｏ：１％以下、Ｂ：０．００６％以下、Ｃｕ：０．３％以下、残部がＦｅ及び不可避的不純物であることを特徴とする請求項１に記載のテーパーリング素材の製造方法。

【請求項13】

前記Ｎｉ基超合金の合金組成は、質量％で、Ｃｏ：４．０～１１．０％、Ｃｒ：１２．０～１７．０％、Ａｌ：２．０～４．０％、Ｔｉ：２．０～４．０％、Ａｌ＋Ｔｉ：４．６～６．７％、Ｍｏ：５．５超～１０．０％、Ｗ：０超～４．０％、Ｂ：０．００１～０．０４０％、Ｃ：０．０２～０．０６％、Ｚｒ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下、Ｐ：０．０１％以下、Ｎｂ：１．０％以下、Ｔａ：１．０％以下、Ｆｅ：２．０％以下、残部がＮｉと不可避的不純物であることを特徴とする請求項１に記載のテーパーリング素材の製造方法。

【請求項14】

前記テーパーリング素材は、航空機用エンジンケース用素材であることを特徴とする請求項１に記載のテーパーリング素材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、テーパーリング素材の製造方法に関し、より詳しくは、Ｎｉ基超合金製のリング素材に口絞り加工を行うテーパーリング素材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

円筒形状のリング素材に、その軸方向の一部範囲において一方の端部に向かって径が小さくなるテーパー形状を付与して、テーパーリング素材とする加工法として、テーパーリング鍛造や、口広げ加工等が知られている。

【0003】

テーパーリング鍛造は、リング素材に芯金を挿通し、リング素材の上方に配置した上金敷によりリング素材の外表面をその軸方向全体にわたって圧下しつつ、リング素材を回転させて圧下領域の移動を繰り返して、テーパー形状を付与する加工法である。口広げ加工は、リング素材の一方の端部からパンチを押し込んで、この端部側の径を拡大することで、テーパー形状を付与する加工法である。

【0004】

また、リング素材にテーパー形状を付与する加工法として、口絞り加工が知られている。口絞り加工は、内面にテーパーを有するダイを、リング素材の一方の端部に押し当てることで、この端部側の径を縮小してテーパー形状を付与する加工法である。

【0005】

特許文献１には、従来技術として、テーパーリング鍛造と口絞り加工が記載されており、テーパーリング鍛造では、所望の形状を得るのが難しい点や、鍛造時間が長いなどの問題が指摘されている。また、口絞り加工では、加工しない円筒部が外側に膨れ、テーパー部に折れ込みが発生するという問題が指摘されている。そこで、特許文献１では、複数のブロック片から構成された円筒形状の中金型を、リング素材に挿入した後、中金型のテーパー形状の内面にダイロッドを圧入することで、中金型が放射方向に広がって、リング素材の径を拡大させ、テーパー形状を付与することが記載されている。

【0006】

特許文献２には、口絞り加工は、作業時間の点で有利であるものの、変形が緩やかであり、テーパー形状の位置のずれや、曲率半径を小さくできないという問題が指摘されている。特許文献２では、リング素材の端部領域に薄肉化処理を施すか、又はその領域の周方向に対してノッチ加工を施して、口絞り加工を行うことで、テーパー形状の位置のずれを小さくでき、また、曲率半径を小さくできることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開昭６３－０５８４３号公報

【文献】特開昭６３－３１７２３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

テーパーリング素材の用途としては、例えば、図１に示すように、航空機ジェットエンジン１の低圧タービンケース２がある。低圧タービンケース２は、図２に示すように、例えば、大径側の直径Ｄが５００～２５００ｍｍ、高さＨが約２００～８００ｍｍと非常に大型で、テーパー形状１１の部分のテーパー角も比較的に大きいテーパーリング素材１０が用いられる。また、低圧タービンケース２は、エンジンの燃焼によって高温のガスに暴露されることから耐熱合金製とする必要がある。テーパーリング素材をジェットエンジン以外のタービンケースなどに用いる場合も、大型で耐熱合金製のテーパーリング素材を作製する必要がある。耐熱合金としては、Ｎｉ基超合金が優れた耐熱性を有するものの、高温強度が高く塑性加工が困難であり、また合金に含有する金属は貴重で高価であるという課題がある。

【0009】

このように高価な合金で大型のテーパーリング素材を製造するためには、作業面およびコスト面からニアネットシェイプで製造することが求められる。そこで、Ｎｉ基超合金でテーパーリング素材を製造するためには、本願発明者らは、Ｎｉ基超合金製のリング素材を口絞り加工によって、テーパー形状を付与する方法を考えた。口絞り加工は、リング素材の全周を均等に成形することから、形状のバラツキを抑制することができるとともに、圧縮変形であることから、塑性加工が困難なＮｉ基超合金の素材割れを抑制することができる。しかしながら、Ｎｉ基超合金製のリング素材を口絞り加工すると、口絞り加工により形成されたテーパー形状部分に隣接する本来、円筒形状が維持されるべき部分が、外周側に撓んで変形するという、成形不良が生じるという問題に直面した。

【0010】

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、Ｎｉ基超合金製のリング素材に口絞り加工を施しても、成形不良が生じずにテーパー形状を付与することができるテーパーリング素材の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の目的を達成するために、本発明に係るテーパーリング素材の製造方法は、内面にテーパーを有する口絞り加工用ダイの前記内面を、リング素材の端部の全周を覆うように押し当てることで、前記リング素材の周面の一部を前記ダイの前記内面に沿ったテーパー状に口絞り加工することを含み、前記リング素材はＮｉ基超合金でなり、前記口絞り加工を開始するときの前記リング素材の口絞り加工が行われない周面の温度Ｔｎ（℃）は、前記Ｎｉ基超合金の析出相の固溶温度Ｔｓ（℃）に対して、以下の式１：
Ｔｓ－３００≦Ｔｎ≦Ｔｓ－５０ ・・・（式１）
の関係を満たすことを特徴とする。

【0012】

前記口絞り加工を行う前に、前記リング素材を、以下の式２：
Ｔ_０≦Ｔｓ＋３０ ・・・（式２）
の関係を満たす加熱温度Ｔ_０（℃）に加熱することを含んでもよい。

【0013】

前記Ｎｉ基超合金の析出相の固溶温度Ｔｓ（℃）は９５０℃～１１００℃の範囲内であってもよい。

【0014】

前記口絞り加工を開始するときの前記リング素材の口絞り加工が行われる周面の温度は、前記リング素材の口絞り加工が行われない周面の温度Ｔｎ以上であってもよい。

【0015】

前記リング素材は、外径Ｄａが５０ｍｍ～３０００ｍｍ、高さＨ_０が３０ｍｍ～１０００ｍｍであってもよい。このとき、前記テーパーリング素材は、小径側の外径Ｄｂが２５ｍｍ～２８５０ｍｍであってもよい。また、前記リング素材は、肉厚ｔ_０が０．１ｍｍ～３００ｍｍ、肉厚外径比ｔ_０／Ｄａが０．００１～０．１であってもよい。

【0016】

前記口絞り加工は、縮径率が０％超から５０％までの範囲であってもよい。

【0017】

前記テーパーリング素材は、テーパー角θが５°～４０°であってもよい。

【0018】

前記内面にテーパーを有する口絞り加工用ダイの前記内面は、さらに、前記リング素材の口絞り加工が行われない周面を覆う拘束部を有していてもよい。

【0019】

前記Ｎｉ基超合金の合金組成は、例えば、質量％で、以下のものとすることができる。
（１） Ｃ：０．０２～０．１０％、Ｍｎ：０．１％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｓｉ：０．１５％以下、Ｃｒ：１８～２１％、Ｆｅ：２％以下、Ｍｏ：３．５～５．０％、Ｔｉ：２．７５～３．２５％、Ａｌ：１．２～１．６％、Ｃｏ：１２～１５％、Ｂ：０．００３～０．０１％、Ｃｕ：０．１％以下、Ｚｒ：０．０２～０．０８％、Ｍｇ：０～０．０１％、残部がＮｉ及び不可避的不純物、
（２） Ｃ：０．０８％以下、Ｍｎ：０．３５％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｃｒ：１７～２１％、Ｎｉ：５０～５５％、Ｍｏ：２．８～３．３％、ＮｂおよびＴａ：４．７５～５．５％、Ｔｉ：０．６５～１．１５％、Ａｌ：０．２～０．８％、Ｃｏ：１％以下、Ｂ：０．００６％以下、Ｃｕ：０．３％以下、残部がＦｅ及び不可避的不純物、または
（３） Ｃｏ：４．０～１１．０％、Ｃｒ：１２．０～１７．０％、Ａｌ：２．０～４．０％、Ｔｉ：２．０～４．０％、Ａｌ＋Ｔｉ：４．６～６．７％、Ｍｏ：５．５超～１０．０％、Ｗ：０超～４．０％、Ｂ：０．００１～０．０４０％、Ｃ：０．０２～０．０６％、Ｚｒ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下、Ｐ：０．０１％以下、Ｎｂ：１．０％以下、Ｔａ：１．０％以下、Ｆｅ：２．０％以下、残部がＮｉと不可避的不純物。

【0020】

前記テーパーリング素材は、航空機用エンジンケース用素材であってもよい。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、口絞り加工を開始するときのリング素材の口絞り加工が行われない周面の温度Ｔｎを、Ｎｉ基超合金の析出相の固溶温度Ｔｓに対して、上記式１の関係を満たす温度にすることで、成形不良が生じずにテーパー形状を付与することができるテーパーリング素材の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】テーパーリング素材の用途の一例を模式的に示す斜視図である。

【図2】テーパーリング素材の一例を模式的に示す斜視図である。

【図3】本発明に係るテーパーリング素材の製造方法の口絞り加工の一例を説明する模式的な断面図である。

【図4】口絞り加工で生じ得る成形不良の一例を示す模式的な断面図である。

【図5】テーパーリング素材の寸法および加工条件を説明するための模式的な断面図である。

【図6】本発明に係るテーパーリング素材の製造方法に用いる口絞り加工用ダイの別の例を模式的に示す断面図である。

【図7】本発明に係るテーパーリング素材の製造方法の一実施の形態を説明する模式的なフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付図面を参照して、本発明に係るテーパーリング素材の製造方法の一実施の形態について説明する。なお、図面は、本実施形態を明確に図示することに重点がおかれており、必ずしも縮尺通りに描かれたものではない。

【0024】

本実施の形態のテーパーリング素材の製造方法は、口絞り加工を行うステップを少なくとも含む。口絞り加工は、例えば、図３に示す口絞り加工装置を用いる。この口絞り加工装置は、図３（ａ）に示すように、加工対象である円筒形状を有するリング素材１０Ｒの両端部を挟む位置に、下金敷２０と口絞り加工用ダイ３０を備えた上金敷（図示省略）とが設けられている。口絞り加工用ダイ３０は、円筒形状のガイド部３１を有しており、ガイド部３１の内面は、リング素材１０Ｒ側の先端から基端へ向かって徐々に内径が小さくなるテーパー形状の内面部３２を有している。この内面部３２のテーパー形状は、所望するテーパーリング素材のテーパー形状に対応するように形成されている。

【0025】

そして、下金敷２０上にリング素材１０Ｒを載置した後、図３（ａ）の矢印の方向に、口絞り加工用ダイ３０をリング素材１０Ｒに均一に圧下する。これにより、リング素材１０Ｒの口絞り加工用ダイ３０側の端部の全周は、図３（ｂ）に示すように、口絞り加工用ダイ３０のテーパー形状の内面部３２によって覆うように押し当てられ、全周が均等に内周側に圧縮される。そして、口絞り加工用ダイ３０を所定の位置まで圧下することで、リング素材１０Ｒの端部は、加工用ダイ３０の内面部３２に沿った所望のテーパー形状１１に形成され、よって、テーパーリング素材１０を得ることができる。

【0026】

このようにして得られたテーパーリング素材１０は、図４の点線に示すように、口絞り加工により形成されたテーパー形状１１の部分と、口絞り加工を受けていない円筒形状の部分とを有することが、理想の形状である。しかしながら、リング素材１０としてＮｉ基超合金製のものを用いると、Ｎｉ基超合金は塑性加工が難しいことから、図４の実線に示すように、テーパーリング素材１０Ｂは、口絞り加工により形成されたテーパー形状１１部分に隣接する本来、円筒形状であるべき部分が、外周側に撓んで変形するという、成形不良１２が生じるという問題がある。

【0027】

本実施の形態では、この成形不良１２の発生を抑制し、所望の形状のテーパーリング素材１０を製造するために、口絞り加工を開始するときのリング素材１０Ｒの口絞り加工が行われない周面１３の温度Ｔｎ（℃）を、Ｎｉ基超合金の析出相の固溶温度Ｔｓ（℃）、例えば、γ’相の固溶温度およびδ相の固溶温度のうちの高い方の温度に対して、以下の式１：
Ｔｓ－３００≦Ｔｎ≦Ｔｓ－５０ ・・・（式１）
の関係を満たす温度にする。

【0028】

γ’相またはδ相の固溶温度とは、Ｎｉ基超合金においてγ’相またはδ相がマトリックス中に固溶する温度である。詳しくは後述するが、Ｎｉ基超合金の組成によるもののγ’相またはδ相が、結晶粒の粗大化を抑制することに寄与していると考えられている。このようにリング素材１０Ｒの口絞り加工が行われない周面１３の温度Ｔｎを、上記固溶温度Ｔｓよりも５０℃低い温度以下で口絞り加工を開始することで、Ｎｉ基超合金製のリング素材１０Ｒの変形抵抗を大きくすることができ、よって、リング素材１０Ｒの一部の周面が、口絞り加工用ダイ３０により内周側に圧縮されても、口絞り加工用ダイ３０による押圧を受けていない部分の周面１３に成形不良が発生することを抑制することができる。一方、リング素材１０Ｒの口絞り加工が行われない周面１３の温度Ｔｎを、上記固溶温度Ｔｓよりも３００℃低い温度未満で口絞り加工を開始すると、素材の変形抵抗が高いため、成形荷重が大きくなり、リング素材１０Ｒに所望するテーパー形状１１を付与することが難しくなる。また成形荷重が大きくなることで、金型が損耗する懸念も大きくなる。

【0029】

本発明の加工対象であるリング素材１０Ｒは、Ｎｉ基超合金製である。Ｎｉ基超合金は、Ｎｉ基耐熱合金とも呼ばれており、例えば、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）（ＵＮＳ Ｎ０７００１）、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）７１８（ＵＮＳ Ｎ０７７１８）等があるが、これら具体的な製品に限定されず、Ｎｉ基超合金であれば、本発明に広く適用することができる。なお、ＵＮＳは、ＡＳＴＭ Ｅ５２７及びＳＡＥ Ｊ１０８６の規格において「統一ナンバリングシステム」に登録されている合金の番号である。

【0030】

Ｗａｓｐａｌｏｙの合金組成は、典型的に、質量％で、Ｃ：０．０２～０．１０％、Ｍｎ：０．１％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｓｉ：０．１５％以下、Ｃｒ：１８～２１％、Ｆｅ：２％以下、Ｍｏ：３．５～５．０％、Ｔｉ：２．７５～３．２５％、Ａｌ：１．２～１．６％、Ｃｏ：１２～１５％、Ｂ：０．００３～０．０１％、Ｃｕ：０．１％以下、Ｚｒ：０．０２～０．０８％、残部がＮｉ及び不可避的不純物とされている。また、このような合金組成に、さらに、０．０１％以下のＭｇを含有することもできる。

【0031】

Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８の合金組成は、典型的に、質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｍｎ：０．３５％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｃｒ：１７～２１％、Ｎｉ：５０～５５％、Ｍｏ：２．８～３．３％、ＮｂおよびＴａ：４．７５～５．５％、Ｔｉ：０．６５～１．１５％、Ａｌ：０．２～０．８％、Ｃｏ：１％以下、Ｂ：０．００６％以下、Ｃｕ：０．３％以下、残部がＦｅ及び不可避的不純物とされている。

【0032】

その他、本願特許出願人による特開２０２０－０５６１０３号公報に開示されているＮｉ基超合金も本発明に用いることができ、その合金組成は、質量％で、Ｃｏ：４．０～１１．０％、Ｃｒ：１２．０～１７．０％、Ａｌ：２．０～４．０％、Ｔｉ：２．０～４．０％、Ａｌ＋Ｔｉ：４．６～６．７％、Ｍｏ：５．５超～１０．０％、Ｗ：０超～４．０％、Ｂ：０．００１～０．０４０％、Ｃ：０．０２～０．０６％、Ｚｒ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．００５％以下、Ｐ：０．０１％以下、Ｎｂ：１．０％以下、Ｔａ：１．０％以下、Ｆｅ：２．０％以下、残部がＮｉと不可避的不純物である。

【0033】

Ｎｉ基超合金のγ’相またはδ相の固溶温度は、合金組成などによって異なり、学術文献や材料メーカーによって各合金組成のγ’相またはδ相の固溶温度が公表されている。また、γ’相またはδ相の固溶温度は、熱力学平衡ソフトによって算出することもできる。Ｎｉ基超合金のγ’相またはδ相の固溶温度は、このような公表されている値や計算値を用いることができる。Ｎｉ基超合金の合金組成によって上述した結晶粒の粗大化を抑制する析出相は異なるが、典型的には、γ’相またはδ相のうちの固溶温度の高い方の析出相が、その効果を有する。Ｗａｓｐａｌｏｙでは、γ’相が結晶粒の粗大化を抑制し、γ’相の固溶温度は、おおむね１０２０～１０４０℃である。また、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８では、δ相が結晶粒の粗大化を抑制し、δ相の固溶温度は、おおむね１０００～１０３０℃である。但し、合金組成によっては、特に新たに開発された合金組成では、析出相の呼称が確定されておらず、文献などによってはη相とも呼ばれていたりするが、本発明は析出相の呼称に過度に限定されるものではなく、結晶粒の粗大化を抑制する効果を有する析出相の固溶温度を温度Ｔｓとする。結晶粒の粗大化を抑制する効果を有する析出相（γ’相またはδ相）の固溶温度Ｔｓは、合金組成などによって異なるものの、典型的には、おおむね８００℃～１２００℃の範囲内の温度であり、この固溶温度Ｔｓが９５０℃～１１００℃の範囲内のＮｉ基超合金を用いることが好ましい。

【0034】

口絞り加工を開始するときのリング素材１０Ｒの口絞り加工が行われない周面１３の温度Ｔｎのより好ましい温度は、以下の式１ａ：
Ｔｓ－３００≦Ｔｎ≦Ｔｓ－８０ ・・・（式１ａ）
の関係を満たす温度である。このように上記固溶温度Ｔｓよりも８０℃低い温度以下で口絞り加工を開始することで、Ｎｉ基超合金製のリング素材１０Ｒの変形抵抗をより大きくすることができ、成形不良の発生をより抑制することができる。

【0035】

なお、リング素材１０Ｒの口絞り加工が行われる周面１４においては、口絞り加工が行われない周面１３のように温度を低くする必要はないことから、例えば、リング素材１０Ｒの軸方向にわたる全周面を上記固溶温度Ｔｓまで加熱した後、口絞り加工が行われない周面１３の温度ＴｎがＴｓ－５０℃以下にまで冷却される間、口絞り加工が行われる周面１４を保温材等で覆っておいてもよい。また、口絞り加工が行われる周面１４の温度が、口絞り加工が行われない周面１３の温度Ｔｎでも口絞り加工が可能な温度である場合、上記の保温をすることなく、リング素材１０Ｒの全周面が同一の温度で、口絞り加工を開始することでき、リング素材１０Ｒの温度管理は容易となる。してみると、口絞り加工を開始するときのリング素材１０Ｒの口絞り加工が行われる周面の温度は、リング素材１０Ｒの口絞り加工が行われない周面の温度Ｔｎと同じであるか、または、それ以上とすることができる。

【0036】

口絞り加工の条件として、縮径率は、特に限定されないが、例えば、０％超から５０％までの範囲であってもよく、０％超から３５％までの範囲であってもよい。縮径率は、図５に示すように、口絞り加工前のリング素材１０Ｒの外径Ｄａと、口絞り加工後のテーパーリング素材１０の小径側の外径Ｄｂから、以下の式で表す。

【数1】

【0037】

リング素材１０Ｒの外径Ｄａは、特に限定されないが、例えば、５０ｍｍ～３０００ｍｍであってもよく、圧力容器や航空機用エンジンケース（タービンケース）に用いる場合には、５００ｍｍ～２５００ｍｍであってもよい。リング素材１０Ｒの外径Ｄａは、口絞り加工後のテーパーリング素材１０の大径側の外径に相当し得る（図５）。そして、この大径側の外径の位置が更に加工される等して、例えば、タービンケース等の製品では、その大径側の直径Ｄの位置に相当する（図２）。テーパーリング素材１０の小径側の外径Ｄｂは、特に限定されないが、例えば、２５ｍｍ～２８５０ｍｍであってもよく、圧力容器や航空機用エンジンケースに用いる場合には、２５０ｍｍ～２３７５ｍｍであってもよい。

【0038】

リング素材１０Ｒの高さＨ_０は、特に限定されないが、例えば、３０ｍｍ～１０００ｍｍであってもよく、圧力容器や航空機用エンジンケースに用いる場合には、２００ｍｍ～８００ｍｍであってもよい。リング素材１０Ｒの肉厚ｔ_０は、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ～３００ｍｍであってもよく、圧力容器や航空機用エンジンケースに用いる場合には、２ｍｍ～１２５ｍｍであってもよい。リング素材１０Ｒの肉厚外径比ｔ_０／Ｄａは、特に限定されないが、例えば、０．００１～０．１であってもよく、圧力容器や航空機用エンジンケースに用いる場合には、０．０１～０．０５であってもよい。リング素材１０Ｒの高さＨ_０は、口絞り加工後のテーパーリング素材１０では、その後述するテーパー角θ等に応じて、小さく変化し得る（図５）。そして、このテーパーリング素材が更に加工される等して、例えば、航空機用エンジンケース等の製品では、それに求められる高さＨに調整される（図２）。

【0039】

また、テーパーリング素材１０のテーパー角θは、特に限定されないが、例えば、５°～４０°であってもよく、１０°～３０°であってもよい。テーパー角θは、図５に示すように、口絞り加工前のリング素材１０Ｒの外周面に対する口絞り加工後のテーパーリング素材１０のテーパー形状１１部分の外周面の角度で表す。

【0040】

口絞り加工では、リング素材１０Ｒの外周面に潤滑剤を塗布しておくことが好ましい。また、口絞り加工用ダイ３０の内面にも潤滑剤を塗布しておくことが好ましい。このように、リング素材１０Ｒ、口絞り加工用ダイ３０、又はその両方に潤滑剤を塗布しておくことで、リング素材１０Ｒの外周面と口絞り加工用ダイ３０のテーパー形状の内面部３２との摩擦を低減し、成形荷重が低減することで、リング素材１０Ｒ、口絞り加工用ダイ３０の損傷を防ぎ、口絞り加工の成形不良の発生を防ぐことができる。

【0041】

なお、図３に示す構成の口絞り加工装置を用いて、口絞り加工を行うステップを説明してきたが、本発明は、このような構成の口絞り加工装置に限定されるものではなく、口絞り加工を開始するときのリング素材１０Ｒの口絞り加工が行われない周面１３の温度Ｔｎを、Ｎｉ基超合金の上記固溶温度Ｔｓに対して、上記式１の関係を満たす温度にするのであれば、その他の口絞り加工装置を用いてもよい。例えば、口絞り加工用ダイ３０Ａの内面が、さらに、リング素材１０Ｒの口絞り加工が行われない周面１３を覆う拘束部３３を有する構成である。つまり、図６に示すように、口絞り加工用ダイ３０Ａは、ガイド部３１Ａが、加工後のテーパーリング素材に成形不良が生じる位置を覆うように、内面が下金敷２０へ垂直に延びる拘束部３３を有するものを用いてもよい。このような構成にすることで、口絞り加工用ダイ３０Ａの拘束部３３によってリング素材１０Ｒ全体が拘束されるので、口絞り加工によりリング素材１０Ｒが外周側に膨らむのを物理的に抑えることができ、成形不良が生じるのをより確実に防ぐことができる。拘束部３３の垂直方向の長さは、例えば、テーパーリング素材の口絞り加工が行われない周面の軸方向の長さにしてもよい。

【0042】

本実施の形態のテーパーリング素材の製造方法は、上述した口絞り加工の前に、リング素材１０Ｒを加熱するステップを含んでもよい。この加熱ステップは、リング素材１０Ｒを、以下の式２：
Ｔ_０≦Ｔｓ＋３０ ・・・（式２）
の関係を満たす加熱温度Ｔ_０（℃）に加熱することが好ましい。

【0043】

リング素材１０Ｒの加熱には、通常、加熱炉（図示省略）を用いることから、加熱炉から口絞り加工装置の下金敷２０までリング素材１０Ｒを搬送することとなる。リング素材１０Ｒの加熱温度Ｔ_０は、口絞り加工を開始するときのリング素材１０Ｒの口絞り加工が行われない周面１３の温度Ｔｎよりも、例えば５０℃以上、高くすることで、搬送の間にリング素材１０Ｒの温度が放冷（空冷）によって低下し、リング素材１０Ｒの口絞り加工が行われない周面１３の温度を、口絞り加工を開始するときの温度Ｔｎとすることができる。一方、加熱温度Ｔ_０を上記固溶温度Ｔｓ＋３０よりも高くしてしまうと、搬送時間が長くなり、リング素材１０Ｒの表面と肉厚中心とで温度差が大きくなり、異なる金属組織が生じて所望する特性を発揮できないおそれがある。なお、リング素材１０Ｒを急冷すると表面割れが生じるおそれがあることから、搬送における放冷によって徐々に温度を降下させることが好ましく、急冷による表面割れを抑制することができるとともに、これに起因する口絞り加工時の成形不良の発生も抑制することができる。

【0044】

本実施の形態のテーパーリング素材の製造方法は、上述した口絞り加工ステップおよび加熱ステップの他に、その他のステップを含んでもよい。図７に示すように、本実施の形態のテーパーリング素材の製造方法は、例えば、所定の合金組成の円柱状素材を鍛造や穿孔工程などをしてリング素材を得るリング素材形成ステップ５１と、図に示す矢印Ａのように、このリング素材を口絞り加工によってテーパーリング素材を得る口絞り加工ステップ５４とを含んでもよいし、または図に示す矢印Ｂのように、リング素材形成ステップ５１と、リング素材にリング圧延を施すリング圧延ステップ５２と、このように圧延したリング素材の楕円を矯正する楕円矯正ステップ５３と、このように楕円を矯正したリング素材を口絞り加工によってテーパーリング素材を得る口絞り加工ステップ５４とを含んでもよい。また、上記以外のステップを更に含んでもよく、例えば、上述した加熱ステップ（図示省略）を、楕円矯正ステップ５３と口絞り加工ステップ５４との間で行ってもよい。また、リング圧延ステップ５２と楕円矯正ステップ５３はどちらか一方でもよい。

【0045】

リング素材形成ステップ５１は、リング素材を得るために通常採用されているステップであるので、ここでの詳細な説明は省略するが、例えば、所定の合金組成を有するＮｉ基超合金のインゴットから円柱形状のビレットを得て、これを鍛造工程や穿孔工程などによって円筒形状のリング素材を得ることができる。なお、穿孔工程の後にリング鍛造工程などで拡径し、所定の寸法のリング素材を得ても良い。

【0046】

リング圧延ステップ５２は必須のステップではないが、リング素材の肉厚に周方向のばらつきがあると、口絞り加工ステップ５４にて、皺、偏芯が発生しやすいとともに、偏荷重に起因して成形不良も発生しやすくなる。よって、口絞り加工ステップ５４の前に、リング圧延ステップ５２にて、リング圧延装置にてリング素材をリング圧延して、リング素材の肉厚を均一にしておくことで、口絞り加工ステップ５４での成形不良、皺、偏芯の発生を抑制することができる。

【0047】

楕円矯正ステップ５３も必須のステップではないが、リング素材が楕円状であると、口絞り加工ステップ５４にて成形不良、皺、偏芯が発生しやすい。よって、口絞り加工ステップ５４の前に、楕円矯正ステップ５３にて、エキスパンダー等によりリング素材の楕円を矯正しておくことで、口絞り加工ステップ５４での成形不良、皺、偏芯の発生を抑制することができる。

【0048】

楕円矯正ステップ５３では、拡管コーンと拡管ダイスとから構成されるリングエキスパンダーを用いてリング素材の楕円矯正および寸法矯正を行う他、その他の機械加工によって、又はエキスパンダーとその他の機械加工とを組み合わせて、リング素材の楕円矯正を行ってもよい。

【0049】

このように図７に示す一連のステップを含むテーパーリング素材の製造方法を行うことで、Ｎｉ基超合金のリング素材から、航空機用エンジンケース等の用途に用いることができるテーパーリング素材を製造することができる。

【実施例】

【0050】

以下、本発明の実施例および比較例について説明するが、本発明はこれらの実施例および比較例によって何ら限定されるものではない。

【0051】

先ず、Ｎｉ基超合金であるＷａｓｐａｌｏｙで、外径Ｄａが６００ｍｍ、高さＨ_０が３５０ｍｍ、肉厚ｔ_０が２７ｍｍ（肉厚外径比ｔ_０／Ｄａ＝０．０４５）の円筒形状を有するリング素材を作製した。次に、テーパーリング素材のテーパー角θが３０°となるように、これに対応するテーパー形状を有する口絞り加工用ダイを作製した。

【0052】

そして、上記リング素材を加熱炉にて１０３０℃の加熱温度Ｔ_０に加熱した後、加熱炉から搬送して口絞り加工装置の下金敷に置き、リング素材の周面温度が９４０℃に降下したことを確認して、リング素材に上記口絞り加工用ダイを押し当てて口絞り加工を開始した。そして、縮径率が３０％（つまり、縮径された外径Ｄｂが４２０ｍｍ）になるまで口絞り加工用ダイを圧下して口絞り加工を終えた（実施例１）。なお、口絞り加工用ダイは室温で口絞り加工を開始した。

【0053】

これにより得られたテーパーリング素材の周面に、外周側に撓んで変形する成形不良が発生しているかどうかを検査した。成形不良の検査は、テーパーリング素材の口絞り加工を受けていない周面の外径を測定し、元のリング素材の外径より１．５％以上増加している場合、成形不良が発生していると判定した。その結果、実施例１のテーパーリング素材には成形不良の発生は確認されなかった。

【0054】

また、リング素材の肉厚ｔ_０を１８ｍｍ（肉厚外径比ｔ_０／Ｄａ＝０．０３）、１２ｍｍ（肉厚外径比ｔ_０／Ｄａ＝０．０２）とした点と、リング素材の周面温度が９００℃に降下した時に口絞り加工を開始した点を除いて、実施例１と同様の条件で、リング素材を口絞り加工してテーパーリング素材を得た（実施例２、３）。この実施例２、３のテーパーリング素材について成形不良の発生の有無を検査したところ、成形不良の発生は確認されなかった。

【0055】

一方、リング素材の周面温度が９８０℃に降下した時に口絞り加工を開始した点を除いて、実施例１と同様の条件で、リング素材を口絞り加工してテーパーリング素材を得た（比較例）。この比較例のテーパーリング素材について成形不良の発生の有無を検査したところ、成形不良の発生が確認された。

【0056】

この実施例１～３および比較例の結果に基づき、口絞り加工の開始の際のリング素材の周面温度と成形不良の発生の関係について有限要素解析を行ったところ、使用したＷａｓｐａｌｏｙのγ’相固溶温度Ｔｓ（約１０２５℃）に対して、成形不良の発生を抑制するためには、口絞り加工の開始の際のリング素材の周面温度ＴｎをＴｓ－５０℃以下（すなわち９７５℃以下）に少なくともする必要があることがわかった。また、より確実に成形不良の発生を防ぐためには、リング素材の周面温度ＴｎをＴｓ－８０℃以下（すなわち９４５℃以下）にすることがよいことがわかった。

【符号の説明】

【0057】

１ 航空機ジェットエンジン
２ 低圧タービンケース
１０Ｒ リング素材
１０ テーパーリング素材
１１ テーパー形状
１２ 成形不良
１３ 口絞り加工が行われない周面
２０ 下金敷
３０ 口絞り加工用ダイ
３１ ガイド部
３２ テーパー形状の内面部
３３ 拘束部
５１ リング素材形成ステップ
５２ リング圧延ステップ
５３ 楕円矯正ステップ
５４ 口絞り加工ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】