JP2003129204A - 超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の成形加工法 - Google Patents
超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の成形加工法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 室温で超塑性を示すＺｎ−Ａｌ合金を使用
し、建築構造物の耐震性デバイスの如き大型制振部材に
効率よく成形することのできる技術を開発すること。 【解決手段】 室温で超塑性を発現するＺｎ−Ａｌ合金
を使用し、４０℃以上、２５０℃以下の温度域において
変形速度１０-3以上（真歪で表示）で温間成形する。
し、建築構造物の耐震性デバイスの如き大型制振部材に
効率よく成形することのできる技術を開発すること。 【解決手段】 室温で超塑性を発現するＺｎ−Ａｌ合金
を使用し、４０℃以上、２５０℃以下の温度域において
変形速度１０-3以上（真歪で表示）で温間成形する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、室温で超塑性を示
すＺｎ−Ａｌ合金を用いた成形加工法に関し、特に該合
金の超塑性を活かしつつ優れた制震特性を備えた超塑性
加工品を効率よく製造することのできる成形加工法に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】風荷重や地震荷重の歪みを吸収し、或い
は歪みや揺れに追随できる所謂免震・制震デバイスとし
ては、Ｐｂ製ダンパー、防振ゴム、オイルダンパー、Ｌ
ＹＰ（極低降伏点鋼）等の制振鋼板を用いたものなどが
ある。 【０００３】しかし、防振ゴムには経時劣化の問題があ
るため、長期間の耐用が求められる建築物用の免震・制
震デバイスには適していない。オイルダンパーは、定期
的メインテナンスを要するため、防振ゴムと同様に、建
築物の免震・制震デバイス用としては面倒である。ま
た、ＬＹＰ等の制振鋼板は、永久変形によって加工硬化
を起こし、或いは繰り返し荷重によって材質劣化する
と、エネルギー吸収性が低下するばかりか、硬くなり過
ぎると構造物にまで振動を伝播させることになるため、
制震・免震デバイス用金属としては用途が制限される。 【０００４】一方、Ｐｂは軟らかく、地震や風の如く振
動数０．１〜１０Ｈｚの揺れに追随することができ、ま
た変形による材質劣化という問題も少ないため、建築物
に取付けられる免震・制震デバイスとして一部で実用化
されている。 【０００５】しかし、建築用などの大型デバイス等に使
用すると、重量が重いため施工が大変であるという問題
がある。またＰｂの降伏点は５ＭＰａ程度と軟らかいの
で、構造物または構造物に接合された部材との接合に特
殊な技術が必要となり、適用範囲に限界がある。更に、
Ｐｂは毒性があるので、近年、建築物その他各種産業分
野で使用が制限される傾向にある。 【０００６】このような事情から、毒性のない軽量のデ
バイスを提供できる制震用の金属が求められており、Ｐ
ｂやＬＹＰ鋼に代替できる制震用金属として、超塑性を
示すＺｎ−Ａｌ合金が注目されてきている。 【０００７】本発明者らの１人も、かねてよりこうした
超塑性を示すＺｎ−Ａｌ合金について研究を進めてお
り、その一環として、例えば特開2000-352219号や同200
1-234974号に開示の超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金製のデバイ
ス、更にはこれら合金デバイスの製造に適した特性を有
する超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金として特開2000-96166号や特
開平11-222643号に開示の発明を提供した。しかし、そ
れら超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金デバイスに指摘される最大の
難点は溶接施工が困難であることである。 【０００８】その理由は、超塑性特性を支配するナノ結
晶構造は昇温によって粗大化し易く加熱に極めて敏感で
あるため、溶接熱が加わると超塑性特性が著しく劣化す
るからである。そのため建築物用デバイス等の大型構造
体に加工するには、多数の切削加工が必要になるため製
品歩留りが非常に低く製品コストが高騰するばかりでな
く、ボルト等を用いた構造物への組付けにも多大な労力
が必要となる。 【０００９】従って、上記の様な超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金
製デバイスなどを工業製品として実用可能にするには、
ボルト締結などの工数を可及的に軽減できるよう該合金
を最終製品にまで効率よく安価に加工することのできる
技術を確立する必要がある。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
事情に着目してなされたものであって、その目的は、室
温で超塑性を示すＺｎ−Ａｌ合金を、耐震性デバイスの
如き大型制振部材に効率よく成形することのできる技術
を開発することにある。 【００１１】 【課題を達成するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の成形加工法とは、室温で超塑性を発現
するＺｎ−Ａｌ合金を使用し、４０℃以上、２５０℃以
下の温度域において変形速度１０-3以上(真歪で表示：
以下同じ)で温間成形するところに要旨が存在する。 【００１２】 【発明の実施の形態】本出願人の１人が先に提案した前
掲の公開発明のうち超塑性デバイスは、超塑性Ｚｎ−Ａ
ｌ合金が有する大変形特性を活かし、該特性を建築構造
物のダンピング（歪吸収特性）に利用するものであり、
前掲の超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金はこうした用途に適した歪
吸収特性を示すものとして極めて有用な技術である。し
かし、上記合金を如何にして大型の耐震性デバイス等に
加工するか、という成形加工条件からの研究はなされて
いない。 【００１３】一方、従来の超塑性成形は、成形加工時の
特性向上を目的とする研究が殆どであり、成形加工後の
物性、例えば、延性やダンピング性などをも踏まえて加
工条件を制御するといった観点からの研究もあまりなさ
れていない。 【００１４】こうした従来技術に対し本発明では、先に
提示した様な室温超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の大変形特性を
成形加工に活かし、加工製品としての要求特性を維持し
つつ、超塑性加工によりニアネット成形を行うことで、
加工工数を低減すると共に部品点数や機械加工点数の削
減を可能とし、生産性の向上とコスト低減を可能にする
ものである。 【００１５】前述の如く本発明で使用する室温超塑性Ｚ
ｎ−Ａｌ合金において、超塑性特性を支配しているのは
ナノ結晶構造であり、該ナノ結晶構造は昇温によって粗
大化し易い。しかし反面で、超塑性は温度によって活性
化させるという側面も有しており、超塑性を利用して加
工する際には適度に加温することも有効となる。しかし
加工時の温度を高め過ぎると、成形加工時にナノ結晶構
造の粗大化が進行し、成形体としての超塑性特性が維持
できなくなる。他方、超塑性特性を活用して、実用可能
な生産性を維持しつつ複雑形状に加工可能にするには、
真歪速度で１０ -3以上、好ましくは１０-2以上での延性
で最低でも７０％以上を確保することができ、しかも金
型寿命を考慮すると、成形荷重で２００ＭＰａ程度以下
に抑えることが望ましい。 【００１６】そのためには、超塑性の発現に必須となる
ナノ結晶構造を破壊することなく適正な成形速度で加工
する必要があると考え、適切な温間成形温度を追求する
と共に、加工発熱を最小限に抑えつつ適切な成形速度と
加工歪のバランスを見出すべく研究を進めた。 【００１７】その結果、温間加工温度を４０℃以上、２
５０℃以下、より好ましくは５０℃以上、８０℃以下の
範囲に設定し、１０-3以上、好ましくは１０-2以上の変
形速度で温間成形を行えば、優れた加工性の下で金型寿
命にも余り悪影響を及ぼすことなく、高レベルのダンピ
ング性能を有する加工製品が効率よく得られることを知
り、上記本発明に想到した。 【００１８】以下、本発明において変形速度や温間成形
温度などを定めた理由を詳細に説明する。 【００１９】まず、温間成形時の変形速度は真歪で表さ
れる変形速度として１０-3以上、より好ましくは１０-2
以上を確保しなければならない。しかして変形速度が１
０-3未満では、加工速度が遅すぎるため生産性が低くて
工業的規模での実用化が困難になるからである。加工速
度を高めて工業的に実用可能なレベルの生産性を確保す
る上では、１０-2以上の変形速度を採用することが望ま
しい。変形速度の上限は特に制限されず、速ければ速い
ほど生産性は高められるが、変形速度が過度に高くなる
と加工発熱が顕著となって加工時に適正な温間成形温度
域を超えたり、或いは成形金型に過度の負荷が生じて金
型寿命が著しく短縮されるので、通常は１０-1程度以下
で実施される。 【００２０】次に温間成形温度は、加工時のナノ結晶構
造の粗大化を防止しつつ、超塑性加工時の変形抵抗を低
減して加工性(即ち、生産性)を高めると共に、金型の劣
化を抑えて寿命延長を図る上で重要な要件であり、４０
℃以上、２５０℃以下、より好ましくは５０℃以上、８
０℃以下が採用される。温間成形温度が４０℃未満の低
温では、被加工素材、即ち超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金が延性
不足になると共に加工時の変形荷重も過大となり、本発
明で意図するレベルの生産性(加工速度)が得られ難くな
る。一方、温間成形温度が２５０℃を超えて過度に高く
なると、超塑性を発現するナノ結晶粒が粗大化し、成形
品としての耐震用デバイス等に有効な超塑性特性が劣化
する。 【００２１】図１，２は後記実施例で用いた超塑性Ｚｎ
−Ａｌ合金について、変形速度を１０-2一定とした時の
変形温度と延性の関係、および変形温度と変形荷重の関
係を夫々示したグラフである。尚この図には、変形速度
を静的変形にほぼ匹敵する１０-4としたときの関係を併
記している。 【００２２】これらの図からも明かな様に、変形速度を
１０-2に設定した場合、変形温度即ち加工温度で３０℃
以上を採用すれば７０％レベル以上の延性を確保するこ
とができ（図１）、また変形温度で４０℃以上を採用す
れば、変形荷重を２００ＭＰａレベル以下に抑えること
ができる。 【００２３】実用規模での実施可能な延性の下限は７０
％程度、金型寿命を考慮して加工時の実施可能な変形荷
重の下限は２００ＭＰａ程度と考えられる。よって、こ
うした延性と変形荷重の下限値を同時に満足させるに
は、温間加工時の温度を４０℃以上に高めるべきである
ことが分かる。尚、温度を５０℃以上に高めれば、延性
で８０％レベル以上を確保できると共に変形荷重は１８
０ＭＰａレベル以下に下がり、更に温度を６０℃以上に
高めると、延性は１４０％レベル以上に向上すると共に
変形荷重は１７０ＭＰａレベル以下に下がるので、加工
性は一段と向上する。 【００２４】他方図３は、成形加工後の製品としての超
塑性特性を評価するために行った実験データであり、温
間成形温度を想定して常温〜３００℃で５分間加熱した
後の伸び率の変化を示している。このグラフからも明か
な様に、変形速度を１０-2とした時は、加熱温度が高く
なるほど伸び率は低下してくる。これは、加熱温度を高
くするほど超塑性特性に影響を及ぼすナノ結晶粒の粗大
化が起こり易くなり、製品としての使用時の伸びが低下
し、制震用デバイスとしての本来の特性が低下してくる
ことを表している。そして本発明では、建築構造物の制
振用デバイス等として適用可能な制震特性を有するもの
として最低限４０％以上、好ましくは５０％以上、更に
好ましくは６０％以上の伸び率を有するものを目的とし
ており、加工製品として該伸び率を確保するには、成形
加工時の温度を高くとも２５０℃以下、好ましくは２０
０℃以下、更に好ましくは８０℃以下に抑えるべきであ
ることが分かる。 【００２５】ところで、前述した条件での加工に付され
る超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の種類は特に制限されないが、
好ましいものとしては、例えば本出願人らの１人が特開
平11-222643号公報として開示したような超塑性Ｚｎ−
Ａｌ合金が挙げられる。 【００２６】具体的には、Ｚｎ含量が３０質量％以上、
８０質量％以下、より好ましくは５０質量％以上、８０
質量％以下で、残部が実質的にＡｌからなるＺｎ−Ａｌ
合金であって、平均結晶粒径が５μｍ以下のα相又は
α'相中に、平均結晶粒径が０．０５μｍ以下のβ相が
微細分散した組織を有する超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金、やＺ
ｎ含量が７５質量％以上、９９質量％以下、より好まし
くは７５質量％以上、８１質量％以下で、残部が実質的
にＡｌからなるＺｎ−Ａｌ合金であって、平均結晶粒径
が５μｍ以下のα相又はα'相、及びβ相を主要組織と
し、前記α相又はα'相中に平均結晶粒径が０．０５μ
ｍ以下のβ相が微細分散した組織を有している超塑性Ｚ
ｎ−Ａｌ合金であり、この様な合金は、例えば前掲の公
開公報にも記載されている如く、上記成分組成を満たす
Ｚｎ−Ａｌ合金を２５０℃以上の温度で均熱した後急冷
し、次いで２７５℃以下の温度で温間加工してから急冷
する方法、或いは、上記成分塑性を満たすＺｎ−Ａｌ合
金を２５０℃以上の温度で均熱した後急冷し、次いで冷
間加工することによって得ることができる。 【００２７】ただし本発明の成形加工法は、前述の如く
特定の変形速度と成形温度域で温間加工することで、最
終成形品としてのダンピング特性を維持しつつ、最終製
品にほぼ近い形状構造にまで効率よくニアネット成形す
るところに特徴を有するものであるから、要は常温で超
塑性を有するものであれば、化学成分や金属組織、結晶
粒径、結晶構造などが若干異なるものであっても同様に
適用できる。 【００２８】 【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲
で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それ
らは何れも本発明の技術的範囲に包含される。 【００２９】実施例 １５０ｋｇの２２％Ａｌ−７８％Ｚｎ合金を溶製し、厚
さ２００ｍｍ×幅３００ｍｍのインゴットを鋳造する。
このインゴットを３５０℃で均熱した後、２００℃で厚
さ１６ｍｍにまで圧延し、水冷することによって超塑性
Ｚｎ−Ａｌ合金板を得る。この合金の組織を電子顕微鏡
で観察したところ、平均粒径が４．３μｍのα相中に
０．０３２μｍのβ相が分散しており、室温伸びは２９
３．８％であった。なお室温伸びは、ゲージ部の直径１
０ｍｍ、ゲージ長さ４２ｍｍの円筒形引張試験片を使用
し、クロスヘッド速度０．５ｍｍ／分で室温（２５℃）
で引張試験を行い、破断するときの伸びを測定すること
によって求めた。 【００３０】得られた超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金板から、Ｊ
ＩＳ Ｚ ２２０１で規定される厚さ１０ｍｍの５号板
状試験片を切出し、インストロン型引張試験機を用い
て、変形速度１０-2および１０-4で試験温度を０℃から
６０℃の範囲で変化させた時の延性と変形荷重を求め
た。結果を図１，２に示す。 【００３１】また、上記と同様にして作成した試験片を
使用し、温間加工条件を想定して室温（２５℃）から３
００℃の各温度で５分間再加熱した後、上記と同じ引張
試験機を用いて室温（２５℃）での伸び率を測定し、図
３に示す結果を得た。 【００３２】図１，２の結果から、超塑性を利用した製
品形状への加工を、変形速度１０-2で金型への過度の負
荷を与えることなく効率よく遂行するには、４０℃以
上、より好ましくは５０℃以上、更に好ましくは６０℃
以上で温間成形を行えばよいことが分かる。また図３か
らは、製品形状に温間加工した後の状態で耐震性デバイ
ス等としての伸び率を保障するには、温間加工時の温度
を高くとも２５０℃以下、より好ましくは２００℃以
下、更に好ましくは８０℃以下に抑えればよいことが分
かる。 【００３３】 【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、室
温で超塑性を示すＺｎ−Ａｌ合金を使用し、所定の変形
速度と温度で温間成形することにより、制震用デバイス
等としてのダンピング特性を維持しつつ、超塑性を活か
してほぼ製品形状までのニアネット成形を行うことが可
能となる。その結果、最終仕上げ加工を除けば、従来例
の如く切削加工を実質的に省略することができ、加工に
要する費用を大幅に削減し得ると共に製品歩留りを飛躍
的に高めることができ、更には部品点数の減少により組
付け作業性も著しく高めることができ、生産性や組付け
費用などを総合して製品コストを大幅に削減できる。
すＺｎ−Ａｌ合金を用いた成形加工法に関し、特に該合
金の超塑性を活かしつつ優れた制震特性を備えた超塑性
加工品を効率よく製造することのできる成形加工法に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】風荷重や地震荷重の歪みを吸収し、或い
は歪みや揺れに追随できる所謂免震・制震デバイスとし
ては、Ｐｂ製ダンパー、防振ゴム、オイルダンパー、Ｌ
ＹＰ（極低降伏点鋼）等の制振鋼板を用いたものなどが
ある。 【０００３】しかし、防振ゴムには経時劣化の問題があ
るため、長期間の耐用が求められる建築物用の免震・制
震デバイスには適していない。オイルダンパーは、定期
的メインテナンスを要するため、防振ゴムと同様に、建
築物の免震・制震デバイス用としては面倒である。ま
た、ＬＹＰ等の制振鋼板は、永久変形によって加工硬化
を起こし、或いは繰り返し荷重によって材質劣化する
と、エネルギー吸収性が低下するばかりか、硬くなり過
ぎると構造物にまで振動を伝播させることになるため、
制震・免震デバイス用金属としては用途が制限される。 【０００４】一方、Ｐｂは軟らかく、地震や風の如く振
動数０．１〜１０Ｈｚの揺れに追随することができ、ま
た変形による材質劣化という問題も少ないため、建築物
に取付けられる免震・制震デバイスとして一部で実用化
されている。 【０００５】しかし、建築用などの大型デバイス等に使
用すると、重量が重いため施工が大変であるという問題
がある。またＰｂの降伏点は５ＭＰａ程度と軟らかいの
で、構造物または構造物に接合された部材との接合に特
殊な技術が必要となり、適用範囲に限界がある。更に、
Ｐｂは毒性があるので、近年、建築物その他各種産業分
野で使用が制限される傾向にある。 【０００６】このような事情から、毒性のない軽量のデ
バイスを提供できる制震用の金属が求められており、Ｐ
ｂやＬＹＰ鋼に代替できる制震用金属として、超塑性を
示すＺｎ−Ａｌ合金が注目されてきている。 【０００７】本発明者らの１人も、かねてよりこうした
超塑性を示すＺｎ−Ａｌ合金について研究を進めてお
り、その一環として、例えば特開2000-352219号や同200
1-234974号に開示の超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金製のデバイ
ス、更にはこれら合金デバイスの製造に適した特性を有
する超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金として特開2000-96166号や特
開平11-222643号に開示の発明を提供した。しかし、そ
れら超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金デバイスに指摘される最大の
難点は溶接施工が困難であることである。 【０００８】その理由は、超塑性特性を支配するナノ結
晶構造は昇温によって粗大化し易く加熱に極めて敏感で
あるため、溶接熱が加わると超塑性特性が著しく劣化す
るからである。そのため建築物用デバイス等の大型構造
体に加工するには、多数の切削加工が必要になるため製
品歩留りが非常に低く製品コストが高騰するばかりでな
く、ボルト等を用いた構造物への組付けにも多大な労力
が必要となる。 【０００９】従って、上記の様な超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金
製デバイスなどを工業製品として実用可能にするには、
ボルト締結などの工数を可及的に軽減できるよう該合金
を最終製品にまで効率よく安価に加工することのできる
技術を確立する必要がある。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
事情に着目してなされたものであって、その目的は、室
温で超塑性を示すＺｎ−Ａｌ合金を、耐震性デバイスの
如き大型制振部材に効率よく成形することのできる技術
を開発することにある。 【００１１】 【課題を達成するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の成形加工法とは、室温で超塑性を発現
するＺｎ−Ａｌ合金を使用し、４０℃以上、２５０℃以
下の温度域において変形速度１０-3以上(真歪で表示：
以下同じ)で温間成形するところに要旨が存在する。 【００１２】 【発明の実施の形態】本出願人の１人が先に提案した前
掲の公開発明のうち超塑性デバイスは、超塑性Ｚｎ−Ａ
ｌ合金が有する大変形特性を活かし、該特性を建築構造
物のダンピング（歪吸収特性）に利用するものであり、
前掲の超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金はこうした用途に適した歪
吸収特性を示すものとして極めて有用な技術である。し
かし、上記合金を如何にして大型の耐震性デバイス等に
加工するか、という成形加工条件からの研究はなされて
いない。 【００１３】一方、従来の超塑性成形は、成形加工時の
特性向上を目的とする研究が殆どであり、成形加工後の
物性、例えば、延性やダンピング性などをも踏まえて加
工条件を制御するといった観点からの研究もあまりなさ
れていない。 【００１４】こうした従来技術に対し本発明では、先に
提示した様な室温超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の大変形特性を
成形加工に活かし、加工製品としての要求特性を維持し
つつ、超塑性加工によりニアネット成形を行うことで、
加工工数を低減すると共に部品点数や機械加工点数の削
減を可能とし、生産性の向上とコスト低減を可能にする
ものである。 【００１５】前述の如く本発明で使用する室温超塑性Ｚ
ｎ−Ａｌ合金において、超塑性特性を支配しているのは
ナノ結晶構造であり、該ナノ結晶構造は昇温によって粗
大化し易い。しかし反面で、超塑性は温度によって活性
化させるという側面も有しており、超塑性を利用して加
工する際には適度に加温することも有効となる。しかし
加工時の温度を高め過ぎると、成形加工時にナノ結晶構
造の粗大化が進行し、成形体としての超塑性特性が維持
できなくなる。他方、超塑性特性を活用して、実用可能
な生産性を維持しつつ複雑形状に加工可能にするには、
真歪速度で１０ -3以上、好ましくは１０-2以上での延性
で最低でも７０％以上を確保することができ、しかも金
型寿命を考慮すると、成形荷重で２００ＭＰａ程度以下
に抑えることが望ましい。 【００１６】そのためには、超塑性の発現に必須となる
ナノ結晶構造を破壊することなく適正な成形速度で加工
する必要があると考え、適切な温間成形温度を追求する
と共に、加工発熱を最小限に抑えつつ適切な成形速度と
加工歪のバランスを見出すべく研究を進めた。 【００１７】その結果、温間加工温度を４０℃以上、２
５０℃以下、より好ましくは５０℃以上、８０℃以下の
範囲に設定し、１０-3以上、好ましくは１０-2以上の変
形速度で温間成形を行えば、優れた加工性の下で金型寿
命にも余り悪影響を及ぼすことなく、高レベルのダンピ
ング性能を有する加工製品が効率よく得られることを知
り、上記本発明に想到した。 【００１８】以下、本発明において変形速度や温間成形
温度などを定めた理由を詳細に説明する。 【００１９】まず、温間成形時の変形速度は真歪で表さ
れる変形速度として１０-3以上、より好ましくは１０-2
以上を確保しなければならない。しかして変形速度が１
０-3未満では、加工速度が遅すぎるため生産性が低くて
工業的規模での実用化が困難になるからである。加工速
度を高めて工業的に実用可能なレベルの生産性を確保す
る上では、１０-2以上の変形速度を採用することが望ま
しい。変形速度の上限は特に制限されず、速ければ速い
ほど生産性は高められるが、変形速度が過度に高くなる
と加工発熱が顕著となって加工時に適正な温間成形温度
域を超えたり、或いは成形金型に過度の負荷が生じて金
型寿命が著しく短縮されるので、通常は１０-1程度以下
で実施される。 【００２０】次に温間成形温度は、加工時のナノ結晶構
造の粗大化を防止しつつ、超塑性加工時の変形抵抗を低
減して加工性(即ち、生産性)を高めると共に、金型の劣
化を抑えて寿命延長を図る上で重要な要件であり、４０
℃以上、２５０℃以下、より好ましくは５０℃以上、８
０℃以下が採用される。温間成形温度が４０℃未満の低
温では、被加工素材、即ち超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金が延性
不足になると共に加工時の変形荷重も過大となり、本発
明で意図するレベルの生産性(加工速度)が得られ難くな
る。一方、温間成形温度が２５０℃を超えて過度に高く
なると、超塑性を発現するナノ結晶粒が粗大化し、成形
品としての耐震用デバイス等に有効な超塑性特性が劣化
する。 【００２１】図１，２は後記実施例で用いた超塑性Ｚｎ
−Ａｌ合金について、変形速度を１０-2一定とした時の
変形温度と延性の関係、および変形温度と変形荷重の関
係を夫々示したグラフである。尚この図には、変形速度
を静的変形にほぼ匹敵する１０-4としたときの関係を併
記している。 【００２２】これらの図からも明かな様に、変形速度を
１０-2に設定した場合、変形温度即ち加工温度で３０℃
以上を採用すれば７０％レベル以上の延性を確保するこ
とができ（図１）、また変形温度で４０℃以上を採用す
れば、変形荷重を２００ＭＰａレベル以下に抑えること
ができる。 【００２３】実用規模での実施可能な延性の下限は７０
％程度、金型寿命を考慮して加工時の実施可能な変形荷
重の下限は２００ＭＰａ程度と考えられる。よって、こ
うした延性と変形荷重の下限値を同時に満足させるに
は、温間加工時の温度を４０℃以上に高めるべきである
ことが分かる。尚、温度を５０℃以上に高めれば、延性
で８０％レベル以上を確保できると共に変形荷重は１８
０ＭＰａレベル以下に下がり、更に温度を６０℃以上に
高めると、延性は１４０％レベル以上に向上すると共に
変形荷重は１７０ＭＰａレベル以下に下がるので、加工
性は一段と向上する。 【００２４】他方図３は、成形加工後の製品としての超
塑性特性を評価するために行った実験データであり、温
間成形温度を想定して常温〜３００℃で５分間加熱した
後の伸び率の変化を示している。このグラフからも明か
な様に、変形速度を１０-2とした時は、加熱温度が高く
なるほど伸び率は低下してくる。これは、加熱温度を高
くするほど超塑性特性に影響を及ぼすナノ結晶粒の粗大
化が起こり易くなり、製品としての使用時の伸びが低下
し、制震用デバイスとしての本来の特性が低下してくる
ことを表している。そして本発明では、建築構造物の制
振用デバイス等として適用可能な制震特性を有するもの
として最低限４０％以上、好ましくは５０％以上、更に
好ましくは６０％以上の伸び率を有するものを目的とし
ており、加工製品として該伸び率を確保するには、成形
加工時の温度を高くとも２５０℃以下、好ましくは２０
０℃以下、更に好ましくは８０℃以下に抑えるべきであ
ることが分かる。 【００２５】ところで、前述した条件での加工に付され
る超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の種類は特に制限されないが、
好ましいものとしては、例えば本出願人らの１人が特開
平11-222643号公報として開示したような超塑性Ｚｎ−
Ａｌ合金が挙げられる。 【００２６】具体的には、Ｚｎ含量が３０質量％以上、
８０質量％以下、より好ましくは５０質量％以上、８０
質量％以下で、残部が実質的にＡｌからなるＺｎ−Ａｌ
合金であって、平均結晶粒径が５μｍ以下のα相又は
α'相中に、平均結晶粒径が０．０５μｍ以下のβ相が
微細分散した組織を有する超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金、やＺ
ｎ含量が７５質量％以上、９９質量％以下、より好まし
くは７５質量％以上、８１質量％以下で、残部が実質的
にＡｌからなるＺｎ−Ａｌ合金であって、平均結晶粒径
が５μｍ以下のα相又はα'相、及びβ相を主要組織と
し、前記α相又はα'相中に平均結晶粒径が０．０５μ
ｍ以下のβ相が微細分散した組織を有している超塑性Ｚ
ｎ−Ａｌ合金であり、この様な合金は、例えば前掲の公
開公報にも記載されている如く、上記成分組成を満たす
Ｚｎ−Ａｌ合金を２５０℃以上の温度で均熱した後急冷
し、次いで２７５℃以下の温度で温間加工してから急冷
する方法、或いは、上記成分塑性を満たすＺｎ−Ａｌ合
金を２５０℃以上の温度で均熱した後急冷し、次いで冷
間加工することによって得ることができる。 【００２７】ただし本発明の成形加工法は、前述の如く
特定の変形速度と成形温度域で温間加工することで、最
終成形品としてのダンピング特性を維持しつつ、最終製
品にほぼ近い形状構造にまで効率よくニアネット成形す
るところに特徴を有するものであるから、要は常温で超
塑性を有するものであれば、化学成分や金属組織、結晶
粒径、結晶構造などが若干異なるものであっても同様に
適用できる。 【００２８】 【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲
で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それ
らは何れも本発明の技術的範囲に包含される。 【００２９】実施例 １５０ｋｇの２２％Ａｌ−７８％Ｚｎ合金を溶製し、厚
さ２００ｍｍ×幅３００ｍｍのインゴットを鋳造する。
このインゴットを３５０℃で均熱した後、２００℃で厚
さ１６ｍｍにまで圧延し、水冷することによって超塑性
Ｚｎ−Ａｌ合金板を得る。この合金の組織を電子顕微鏡
で観察したところ、平均粒径が４．３μｍのα相中に
０．０３２μｍのβ相が分散しており、室温伸びは２９
３．８％であった。なお室温伸びは、ゲージ部の直径１
０ｍｍ、ゲージ長さ４２ｍｍの円筒形引張試験片を使用
し、クロスヘッド速度０．５ｍｍ／分で室温（２５℃）
で引張試験を行い、破断するときの伸びを測定すること
によって求めた。 【００３０】得られた超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金板から、Ｊ
ＩＳ Ｚ ２２０１で規定される厚さ１０ｍｍの５号板
状試験片を切出し、インストロン型引張試験機を用い
て、変形速度１０-2および１０-4で試験温度を０℃から
６０℃の範囲で変化させた時の延性と変形荷重を求め
た。結果を図１，２に示す。 【００３１】また、上記と同様にして作成した試験片を
使用し、温間加工条件を想定して室温（２５℃）から３
００℃の各温度で５分間再加熱した後、上記と同じ引張
試験機を用いて室温（２５℃）での伸び率を測定し、図
３に示す結果を得た。 【００３２】図１，２の結果から、超塑性を利用した製
品形状への加工を、変形速度１０-2で金型への過度の負
荷を与えることなく効率よく遂行するには、４０℃以
上、より好ましくは５０℃以上、更に好ましくは６０℃
以上で温間成形を行えばよいことが分かる。また図３か
らは、製品形状に温間加工した後の状態で耐震性デバイ
ス等としての伸び率を保障するには、温間加工時の温度
を高くとも２５０℃以下、より好ましくは２００℃以
下、更に好ましくは８０℃以下に抑えればよいことが分
かる。 【００３３】 【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、室
温で超塑性を示すＺｎ−Ａｌ合金を使用し、所定の変形
速度と温度で温間成形することにより、制震用デバイス
等としてのダンピング特性を維持しつつ、超塑性を活か
してほぼ製品形状までのニアネット成形を行うことが可
能となる。その結果、最終仕上げ加工を除けば、従来例
の如く切削加工を実質的に省略することができ、加工に
要する費用を大幅に削減し得ると共に製品歩留りを飛躍
的に高めることができ、更には部品点数の減少により組
付け作業性も著しく高めることができ、生産性や組付け
費用などを総合して製品コストを大幅に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で用いた超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の変形温
度と延性の関係を示すグラフである。 【図２】実施例で用いた超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の変形温
度と変形荷重の関係を示すグラフである。 【図３】実施例で用いた超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の再加熱
温度を種々変更した時の室温における伸び率に与える影
響を示したグラフである。
度と延性の関係を示すグラフである。 【図２】実施例で用いた超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の変形温
度と変形荷重の関係を示すグラフである。 【図３】実施例で用いた超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の再加熱
温度を種々変更した時の室温における伸び率に与える影
響を示したグラフである。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｃ２２Ｆ 1/00 ６７２ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６７２
６８５ ６８５Ａ
６９４ ６９４Ｂ
６９４Ｚ
(72)発明者 東 健司
大阪府富田林市寺池台３−４−９
(72)発明者 櫛部 淳道
千葉県印西市大塚一丁目５番地１ 株式会
社竹中工務店技術研究所内
(72)発明者 槙井 浩一
神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会
社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 室温で超塑性を発現するＺｎ−Ａｌ合金
を使用し、４０℃以上、２５０℃以下の温度域において
変形速度１０-3以上（真歪で表示）で温間成形すること
を特徴とする超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の成形加工法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001323175A JP2003129204A (ja) | 2001-10-22 | 2001-10-22 | 超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の成形加工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001323175A JP2003129204A (ja) | 2001-10-22 | 2001-10-22 | 超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の成形加工法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003129204A true JP2003129204A (ja) | 2003-05-08 |
Family
ID=19140107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001323175A Pending JP2003129204A (ja) | 2001-10-22 | 2001-10-22 | 超塑性Ｚｎ−Ａｌ合金の成形加工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003129204A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004332079A (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-25 | Japan Science & Technology Agency | Ｚｎ−Ａｌ合金の温間鍛造方法及び鍛造品 |
| JP2008010964A (ja) * | 2006-06-27 | 2008-01-17 | Kobe Steel Ltd | 弾性変形速度抑制構造体および折畳み型携帯電話機 |
-
2001
- 2001-10-22 JP JP2001323175A patent/JP2003129204A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004332079A (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-25 | Japan Science & Technology Agency | Ｚｎ−Ａｌ合金の温間鍛造方法及び鍛造品 |
| JP4516283B2 (ja) * | 2003-05-09 | 2010-08-04 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Ｚｎ−Ａｌ合金製制振デバイスの製造方法 |
| JP2008010964A (ja) * | 2006-06-27 | 2008-01-17 | Kobe Steel Ltd | 弾性変形速度抑制構造体および折畳み型携帯電話機 |
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