JP2006124779A - 析出強化型合金の成形方法及び析出強化型合金製品 - Google Patents
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Abstract
【課題】 加工の再現性が良く、かつ高強度の析出強化型合金製品を量産することができる析出強化型合金の成形方法及び析出強化型合金製品を提供することを目的とする。
【解決手段】 析出強化型合金製の板材から略円形のブランク2を切り出し、このブランク2に成形を施して、ブランク2の形状と最終成形品8の形状との中間の形状をなす予備成形品3を得る。予備成形品3は、その軸線Oに対して各部の接線のなす角度αが最終成形品8に比べて5°から30°浅い形状とする。この予備成形品3に溶体化処理を施したのち、予備成形品3に、冷間しごきスピニング加工を施して、ドーム状の最終成形品8を得る。
【選択図】 図2
【解決手段】 析出強化型合金製の板材から略円形のブランク2を切り出し、このブランク2に成形を施して、ブランク2の形状と最終成形品8の形状との中間の形状をなす予備成形品3を得る。予備成形品3は、その軸線Oに対して各部の接線のなす角度αが最終成形品8に比べて5°から30°浅い形状とする。この予備成形品3に溶体化処理を施したのち、予備成形品3に、冷間しごきスピニング加工を施して、ドーム状の最終成形品8を得る。
【選択図】 図2
Description
本発明は、析出強化型合金の成形方法及び析出強化型合金製品に関するものである。
析出強化型合金を用いて作製される製品としては、例えばロケットの燃料タンク等がある。この燃料タンクは、円筒部の両端にドーム状の鏡板を接合した構成とされており、この鏡板は、例えば後記の特許文献1記載のアルミ合金製圧力容器に使用するドームの製造方法を用いて製造される。
特許文献1に記載のドームの製造方法は、アルミ合金板材にスピニング加工を施してドーム材を得て、このドーム材にさらに溶体化処理、矯正成形加工、時効処理、仕上加工をこの順番で施すことによって所望のドーム形状の鏡板を製造するものである。
このドームの製造方法では、スピニング加工の段階で、板材を最終製品形状にほぼ等しいドーム材に成形している。すなわち、スピニング加工後に行われる矯正成形加工は、あくまでも溶体化処理によってドーム材に生じた歪み等を矯正するための加工であって、矯正成形加工でのドーム材の加工量(ドーム材を変形させる量)はごく小さい。
しかし、本発明者らは、研究の結果、この矯正成形加工のようにワークを変形させる量が少ない場合には、ワークに十分な塑性変形を生じさせることができないため、ワークの成形が不十分になってしまうとの知見を得た。
このため、特許文献1に記載のドームの製造方法では、矯正成形によって成形精度を確保することは困難であり、十分な成形精度を確保するには、加工条件を厳密に管理する必要がある。このような加工上の制限は、ドームの製造コストを増大させる要因となる。
このため、特許文献1に記載のドームの製造方法では、矯正成形によって成形精度を確保することは困難であり、十分な成形精度を確保するには、加工条件を厳密に管理する必要がある。このような加工上の制限は、ドームの製造コストを増大させる要因となる。
また、特許文献1記載のドームの製造方法では、スピニング成形によって得たドーム材に対して溶体化処理を行っている。溶体化処理では、ドーム材は固溶温度まで加熱されたのちに急速冷却されるのであるが、このとき、ドーム材の内外面近傍部分とこれらの中間層(板厚方向の中央部)との冷却速度の違いから、内外面近傍部分と中間層との間に寸法差が生じるため、内外面近傍部分と中間層との間に残留内部応力が生じてしまう。
このように残留内部応力が生じているドーム材の表面に仕上加工を施して内面近傍または外面近傍を除去すると、その部分における内外面近傍部分と中間層との間の応力バランスが崩れるために、ドーム材に変形が生じてしまう。このため、形状精度を確保することが困難であった。
このように残留内部応力が生じているドーム材の表面に仕上加工を施して内面近傍または外面近傍を除去すると、その部分における内外面近傍部分と中間層との間の応力バランスが崩れるために、ドーム材に変形が生じてしまう。このため、形状精度を確保することが困難であった。
また、特許文献1に記載のドームの製造方法では、ドーム材には、溶体化処理後に矯正成形及び時効処理が施される。溶体化処理時には単一のドーム材でも場所により冷却速度が異なること(冷却中に場所により大きく温度差が発生すること)に起因するドーム材の面内の伸び縮みが生じ、溶体化処理後に有害な変形(局所的な凹凸の発生)が残る場合がある。しかし、矯正成形では、前記のようにドーム材に加えられる塑性変形はわずかなものであるため、これらの有害な変形を十分に取り除くことができなかった。
また、特許文献1に記載のドームの製造方法では、ドーム材には、溶体化処理後に矯正成形及び時効処理が施される。矯正成形では、前記のようにドーム材に加えられる塑性変形はわずかなものであるため、時効処理後に得られるドームの強度はT6処理品相当であり、より高強度なT8処理品に比べて強度が低い。このため、十分な安全率を確保するためには、ドームの製造工程を厳密に管理する必要があり、製造に手間がかかっていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、加工の再現性が良く、かつ高強度の析出強化型合金製品を量産することができる析出強化型合金の成形方法及び析出強化型合金製品を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の析出強化型合金の成形方法及び析出強化型合金製品は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる析出強化型合金の成形方法は、析出強化型合金からなる板状のブランクに予備成形を施して前記ブランクの形状と最終成形品の形状との中間の形状をなす予備成形品を得る予備成形工程と、前記予備成形品に溶体化処理を施す溶体化処理工程と、該溶体化処理工程を経た前記予備成形品にしごきスピニング加工を施して前記最終成形品を得る最終成形工程と、前記最終成形品に時効硬化処理を施す時効硬化処理工程とを有していることを特徴とする。
すなわち、本発明にかかる析出強化型合金の成形方法は、析出強化型合金からなる板状のブランクに予備成形を施して前記ブランクの形状と最終成形品の形状との中間の形状をなす予備成形品を得る予備成形工程と、前記予備成形品に溶体化処理を施す溶体化処理工程と、該溶体化処理工程を経た前記予備成形品にしごきスピニング加工を施して前記最終成形品を得る最終成形工程と、前記最終成形品に時効硬化処理を施す時効硬化処理工程とを有していることを特徴とする。
この析出強化型合金の成形方法では、析出強化型合金製の予備成形品に溶体化処理を施したのちに最終成形工程を施す。
この予備成形品は、ブランクの形状と最終成形品の形状との中間の形状に成形されているので、最終成形工程でのしごきスピニング加工による予備成形品の成形量(塑性変形量)が十分確保されている。
すなわち、最終成形工程では、予備成形品に、溶体化処理によって生じる歪みよりも十分に大きな塑性変形が付与されるので、この歪みが除去される。
この予備成形品は、ブランクの形状と最終成形品の形状との中間の形状に成形されているので、最終成形工程でのしごきスピニング加工による予備成形品の成形量(塑性変形量)が十分確保されている。
すなわち、最終成形工程では、予備成形品に、溶体化処理によって生じる歪みよりも十分に大きな塑性変形が付与されるので、この歪みが除去される。
また、このように予備成形品に十分に大きな塑性変形(せん断変形)が付与されることで、予備成形品の表面及び内部が、それぞれ予備成形品の表面に沿って引き伸ばされる。
このときに予備成形品の表面及び内部が引き伸ばされる量は、溶体化処理によって表面と内部との間に生じた寸法差よりも十分に大きいので、表面と内部との間に生じていた寸法差(肉厚方向に生じていた寸法差)が打ち消されて、残留応力が除去される。すなわち、最終成形工程では、アルミニウム合金の51処理(板材などで溶体化処理後に板材を引張り成形し、永久ひずみを1.5%から3%程度導入する処理)に相当する処理が行われる。
このように、この析出強化型合金の成形方法では、残留内部応力が除去された最終成形品が得られるので、最終成形品に機械加工やケミカルミーリング等によって仕上加工を施しても、残留内部応力に由来する変形が生じにくい。
このときに予備成形品の表面及び内部が引き伸ばされる量は、溶体化処理によって表面と内部との間に生じた寸法差よりも十分に大きいので、表面と内部との間に生じていた寸法差(肉厚方向に生じていた寸法差)が打ち消されて、残留応力が除去される。すなわち、最終成形工程では、アルミニウム合金の51処理(板材などで溶体化処理後に板材を引張り成形し、永久ひずみを1.5%から3%程度導入する処理)に相当する処理が行われる。
このように、この析出強化型合金の成形方法では、残留内部応力が除去された最終成形品が得られるので、最終成形品に機械加工やケミカルミーリング等によって仕上加工を施しても、残留内部応力に由来する変形が生じにくい。
ここで、最終成形工程では、しごきスピニング加工を冷間で行うことで(すなわち積極的な加熱を行なわずにしごきスピニング加工を行うことで)、しごきスピニング加工を温間または熱間で行う場合に比べて製造装置が小型かつ簡略となり、また予備成形品の加熱や温度管理等が不要であって加工工程自体も簡略であるので、製造コストが低減される。
さらに、この析出強化型合金の成形方法では、予備成形品には、溶体化処理ののちにさらに上記のせん断加工(しごきスピニング加工)と時効硬化処理とが施される。すなわち、この析出強化型合金の成形方法は、アルミニウム合金のT8処理に相当するので、得られる最終成形品の強度、特に降伏応力が、従来の成形方法によって製造した最終成形品(アルミニウム合金のT6処理品に相当)よりも25%から40%も向上する。
これにより、最終成形品の安全率が高くなり、溶体化処理時の予備成形品の焼入れ条件(冷却速度等の制限)が緩和されるので、製造工程のロバスト性を高めることができる。
これにより、最終成形品の安全率が高くなり、溶体化処理時の予備成形品の焼入れ条件(冷却速度等の制限)が緩和されるので、製造工程のロバスト性を高めることができる。
この析出強化型合金の成形方法の適用対象となる析出強化型合金としては、例えば2000系(好ましくはA2219合金やA2195合金)、6000系、7000系、8000系のアルミニウム合金がある。ここで、2219合金の公称組成はAl−6.3wt%Cu−0.3wt%Mn−0.06wt%Ti−0.1wt%V−0.18wt%Zrであり、2195合金の公称組成はAl−4wt%Cu−1wt%Li−0.5wt%Mg−0.4wt%Ag−0.12wt%Zrである。
ここで、本発明にかかる析出強化型合金の成形方法において、予備成形品を、その軸線に対して各部の接線のなす角度が、最終成形品に比べて5°よりも浅い形状とすると、最終成形工程での成形量(塑性変形量)が不十分になって精度阻害因子を十分に除去できない可能性がある。
一方、予備成形品を、その軸線に対して各部の接線のなす角度が、最終成形品に比べて30°よりも深い形状とすると、最終成形工程のスピニング成形でのしごき角が大きいためにスピニング成形による肉厚の減少量が大きくなり、適正な厚みの最終成形品を得るためにはブランクの厚みを十分に確保しなくてはならない。すると、スピニング成形に要する加工力が大きくなってしまい、成形が困難になってしまう可能性がある。そして、さらに角度を深くすると、必要な加工力が大きくなり過ぎて予備成形品にかかる負担が過大になり、予備成形品の損傷を招く可能性がある。
一方、予備成形品を、その軸線に対して各部の接線のなす角度が、最終成形品に比べて30°よりも深い形状とすると、最終成形工程のスピニング成形でのしごき角が大きいためにスピニング成形による肉厚の減少量が大きくなり、適正な厚みの最終成形品を得るためにはブランクの厚みを十分に確保しなくてはならない。すると、スピニング成形に要する加工力が大きくなってしまい、成形が困難になってしまう可能性がある。そして、さらに角度を深くすると、必要な加工力が大きくなり過ぎて予備成形品にかかる負担が過大になり、予備成形品の損傷を招く可能性がある。
そこで、予備成形品を、その軸線に対して各部の接線のなす角度が最終成形品に比べて5°から30°浅い形状とすることで、最終成形工程での予備成形品の成形量を十分確保して、最終成形工程での精度阻害因子の除去を確実にするとともに、ブランクの肉厚を最小限にして加工性を向上させることができる。
また、本発明にかかる析出強化型合金の成形方法において、前記溶体化処理工程では、前記予備成形品を固溶温度に加熱したのち、複数のノズルから前記予備成形品の各部に冷却液を吹付けて急速冷却してもよい。
このように、溶体化処理工程で、予備成形品の各部にそれぞれノズルから冷却液を吹付けて急速冷却を行うことで、予備成形品に接触して温度が上昇した冷却液やその蒸気は、ノズルより吐出される後続の冷却液によって予備成形品の表面から速やかに除去されるので、予備成形品の表面には常に低温の冷却液が接触する。
このため、この析出強化型合金の成形方法では、水槽に予備成形品を浸して冷却する場合に比べて、予備成形品から単位時間内に奪う熱量が大きく、予備成形品をより急速に冷却することができるので、速い焼入れ速度(臨界冷却速度)を必要とする析出強化型合金や肉厚の厚い予備成形品についても良好な溶体化処理を行うことができる。
また、この析出強化型合金の成形方法では、大型の水槽が不要であるため、加工設備を小型化することができ、設備コストが少なくて済む。
このため、この析出強化型合金の成形方法では、水槽に予備成形品を浸して冷却する場合に比べて、予備成形品から単位時間内に奪う熱量が大きく、予備成形品をより急速に冷却することができるので、速い焼入れ速度(臨界冷却速度)を必要とする析出強化型合金や肉厚の厚い予備成形品についても良好な溶体化処理を行うことができる。
また、この析出強化型合金の成形方法では、大型の水槽が不要であるため、加工設備を小型化することができ、設備コストが少なくて済む。
さらに、予備成形品の形状や各部の肉厚に応じてノズルの設置数、配置、及び各ノズルからの冷却液の吹付量(水量密度)を調整することで、予備成形品の各部について単位時間内に奪う熱量(熱伝達率)を独立して調整することができるので、予備成形品全体の冷却速度を均一にして、予備成形品に生じる歪みや残留内部応力を低減することができる。
ここで、冷却液を吹付けるノズルとして、充円錐ノズル等、吹付け範囲が広くかつ吹付け範囲全体に均等に冷却液を吹付けることができるものを用いることで、冷却効率を維持しつつノズルの設置数を少なくし、予備成形品とノズルの距離を大きくすることができ、設備コストが少なくて済む。
ここで、冷却液を吹付けるノズルとして、充円錐ノズル等、吹付け範囲が広くかつ吹付け範囲全体に均等に冷却液を吹付けることができるものを用いることで、冷却効率を維持しつつノズルの設置数を少なくし、予備成形品とノズルの距離を大きくすることができ、設備コストが少なくて済む。
また、本発明にかかる析出強化型合金の成形方法において、前記ノズルとして拡散ノズルを用い、前記各ノズルのうち隣接配置された前記ノズル同士の前記冷却液の吹付け範囲を一部重複させて、前記予備成形品の各部にそれぞれ前記冷却液を多重に吹き付けるようにしてもよい。
このように予備成形品の各部にそれぞれ冷却液を多重に吹付けることで、予備成形品の各部への冷却液の吹付量が多くなるので、さらに冷却速度を速めることができ、より焼入れ速度の速い析出強化型合金や肉厚の厚い予備成形品についても良好な溶体化処理を行うことができる。
また、このように予備成形品の各部にそれぞれ冷却液を多重に吹付けることで、予備成形品の各部への冷却液の吹付量が均一となり、各部の冷却速度を均一にして、有害な変形(局所的な凹凸)を防止して、より良好な焼入れ処理を行うことができる。
また、このように予備成形品の各部にそれぞれ冷却液を多重に吹付けることで、予備成形品の各部への冷却液の吹付量が均一となり、各部の冷却速度を均一にして、有害な変形(局所的な凹凸)を防止して、より良好な焼入れ処理を行うことができる。
本発明にかかる析出強化型合金製品は、請求項1から4のいずれかに記載の析出強化型合金の成形方法を用いて成形されたことを特徴とする。
このように構成される析出強化型合金製品によれば、溶体化処理によって生じる歪み及び残留内部応力が打ち消されるために形状精度が高く、また、アルミニウム合金のT8処理に相当する処理が行われているので、従来の析出強化型合金製品よりも3割から4割程度高い。
本発明にかかる析出強化型合金の成形方法によれば、予備成形品に生じた歪みや残留内部応力等の精度阻害因子が最終成形工程で除去されるので、最終成形時及び仕上げ加工時の加工の再現性が良く(製造工程のロバスト性が高く)、形状精度の高い析出強化型合金製品を量産することができる。
本発明にかかる析出強化型合金製品は、形状精度が高く、かつ従来の析出強化型合金製品よりも25%から40%程度高い。
以下に、本発明の一実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
本実施形態では、本発明にかかる析出強化型合金の成形方法を用いてロケットの燃料タンクのドーム状の鏡板を製造する例を示す。ここで、図1は、以下に述べる鏡板の製造工程を示す図である。
本実施形態では、本発明にかかる析出強化型合金の成形方法を用いてロケットの燃料タンクのドーム状の鏡板を製造する例を示す。ここで、図1は、以下に述べる鏡板の製造工程を示す図である。
[ブランク作製工程]
まず、図1(a)に示す縦横5.3m、板厚30mmの析出強化型合金製の板材1を用意し、この板材1から、図1(b)に示すように直径5.3mの略円形のブランク2を切り出す。
ここで、板材1としては、例えば2000系(好ましくはA2219合金やA2195合金)、6000系、7000系、8000系のアルミニウム合金板が用いられる。本実施形態では、板材1として、A2219合金を用いている。また、板材1としては、一枚板を用いてもよく、摩擦攪拌接合等によって複数の板材を接合したものを用いてもよい。
まず、図1(a)に示す縦横5.3m、板厚30mmの析出強化型合金製の板材1を用意し、この板材1から、図1(b)に示すように直径5.3mの略円形のブランク2を切り出す。
ここで、板材1としては、例えば2000系(好ましくはA2219合金やA2195合金)、6000系、7000系、8000系のアルミニウム合金板が用いられる。本実施形態では、板材1として、A2219合金を用いている。また、板材1としては、一枚板を用いてもよく、摩擦攪拌接合等によって複数の板材を接合したものを用いてもよい。
[予備成形工程]
次に、このブランク2に成形を施して、ブランク2の形状と後述する最終成形品8の形状(図1(e)参照)との中間の形状をなす予備成形品3を得る。
このブランク2の成形は、例えば冷間スピニング加工によって行う。具体的には、図1(c)に示すように、表面形状が予備成形品3の形状にほぼ等しい第一マンドレル4に対してブランク2を同軸にして取り付け、このブランク2を第一マンドレル4とともに軸線O回りに回転させながら、ローラ5によって第一マンドレル4の表面に押し付けることで、ブランク2を第一マンドレル4の表面形状に沿った形状に成形して、予備成形品3を得る。
本実施形態では、図2に示すように、ブランク2を、その軸線Oに対して各部の接線のなす角度αが最終成形品8に比べて5°から30°浅い形状の予備成形品3に成形する。
次に、このブランク2に成形を施して、ブランク2の形状と後述する最終成形品8の形状(図1(e)参照)との中間の形状をなす予備成形品3を得る。
このブランク2の成形は、例えば冷間スピニング加工によって行う。具体的には、図1(c)に示すように、表面形状が予備成形品3の形状にほぼ等しい第一マンドレル4に対してブランク2を同軸にして取り付け、このブランク2を第一マンドレル4とともに軸線O回りに回転させながら、ローラ5によって第一マンドレル4の表面に押し付けることで、ブランク2を第一マンドレル4の表面形状に沿った形状に成形して、予備成形品3を得る。
本実施形態では、図2に示すように、ブランク2を、その軸線Oに対して各部の接線のなす角度αが最終成形品8に比べて5°から30°浅い形状の予備成形品3に成形する。
[溶体化処理工程]
このようにして得られた予備成形品3に、溶体化処理を施して、所定の強度を付与する。具体的には、予備成形品3を固溶温度に加熱して、予備成形品3中の析出物を母材中に再度固溶させたのち(溶体化させたのち)、この溶体化状態が常温下でも保持されるよう、予備成形品3を急速冷却する。
このようにして得られた予備成形品3に、溶体化処理を施して、所定の強度を付与する。具体的には、予備成形品3を固溶温度に加熱して、予備成形品3中の析出物を母材中に再度固溶させたのち(溶体化させたのち)、この溶体化状態が常温下でも保持されるよう、予備成形品3を急速冷却する。
本実施形態では、予備成形品3がA2219合金によって構成されているので、予備成形品3を、電気炉等によって535±5.5°C以上に加熱して、120分間から130分間保持したのち、18°C/s以上の冷却速度、好ましくは30°C/s以上の冷却速度で冷却する。
また、予備成形品3の冷却は、図1(d)に示すように、予備成形品3に冷却液Wを吹付ける冷却装置6を用いて行う。冷却装置6は、予備成形品3を保持する保持台座(図示せず)と、保持台座によって保持された予備成形品3に対してそれぞれ水等の冷却液Wを吹付ける複数のノズル7とを有している。
また、予備成形品3の冷却は、図1(d)に示すように、予備成形品3に冷却液Wを吹付ける冷却装置6を用いて行う。冷却装置6は、予備成形品3を保持する保持台座(図示せず)と、保持台座によって保持された予備成形品3に対してそれぞれ水等の冷却液Wを吹付ける複数のノズル7とを有している。
この冷却装置6を用いて予備成形品3の冷却を行うと、予備成形品3に接触して温度が上昇した冷却液Wやその蒸気は、ノズル7より吐出される後続の冷却液Wによって予備成形品3の表面から速やかに除去されるので、予備成形品3の表面には常に低温の冷却液Wが接触する。
すなわち、この冷却装置6を用いた場合には、水槽に予備成形品3を浸して冷却する場合に比べて、予備成形品3から単位時間内に奪う熱量が大きく、予備成形品3をより急速に冷却することができるので、速い焼入れ速度(臨界冷却速度)を必要とする析出強化型合金や肉厚の厚い予備成形品3についても良好な溶体化処理を行うことができる。
さらに、この冷却装置6を用いた場合には、大型の水槽が不要であるため、加工設備を小型化することができ、設備コストが少なくて済む。
すなわち、この冷却装置6を用いた場合には、水槽に予備成形品3を浸して冷却する場合に比べて、予備成形品3から単位時間内に奪う熱量が大きく、予備成形品3をより急速に冷却することができるので、速い焼入れ速度(臨界冷却速度)を必要とする析出強化型合金や肉厚の厚い予備成形品3についても良好な溶体化処理を行うことができる。
さらに、この冷却装置6を用いた場合には、大型の水槽が不要であるため、加工設備を小型化することができ、設備コストが少なくて済む。
さらに、予備成形品3の形状や各部の肉厚に応じてノズル7の設置数、配置、及び各ノズル7からの冷却液Wの吹付量(水量密度)を調整することで、予備成形品3の各部について単位時間内に奪う熱量(熱伝達率)を独立して調整することができるので、予備成形品3全体の冷却速度を均一にして、予備成形品3に生じる歪みや残留内部応力を低減することができる。
本実施形態では、冷却液Wを吹付けるノズル7として、充円錐ノズル(拡散ノズル)を用いている。充円錐ノズルは、吹付け範囲が広くかつ吹付け範囲全体に均等に冷却液を吹付けることができるので、冷却効率を維持しつつノズル7の設置数を少なくすることができ、設備コストが少なくて済む。
また、これらノズル7は、隣接配置されたノズル7同士の冷却液Wの吹付け範囲を一部重複させて、予備成形品3の各部にそれぞれ冷却液Wを二重に吹き付けるようになっている。
このように予備成形品3の各部にそれぞれ冷却液Wを二重に吹付けることで、予備成形品3の各部への冷却液Wの吹付量が多くなるので、さらに冷却速度を速めることができ、より焼入れ速度の速い析出強化型合金や肉厚の厚い予備成形品についても良好な溶体化処理を行うことができる。
また、このように予備成形品3の各部にそれぞれ冷却液Wを二重に吹付けることで、予備成形品3の各部への冷却液Wの吹付量が均一となり、各部の冷却速度を均一にして、有害な変形(局所的な凹凸の発生)を防止して、より良好な焼入れ処理を行うことができる。
このように予備成形品3の各部にそれぞれ冷却液Wを二重に吹付けることで、予備成形品3の各部への冷却液Wの吹付量が多くなるので、さらに冷却速度を速めることができ、より焼入れ速度の速い析出強化型合金や肉厚の厚い予備成形品についても良好な溶体化処理を行うことができる。
また、このように予備成形品3の各部にそれぞれ冷却液Wを二重に吹付けることで、予備成形品3の各部への冷却液Wの吹付量が均一となり、各部の冷却速度を均一にして、有害な変形(局所的な凹凸の発生)を防止して、より良好な焼入れ処理を行うことができる。
なお、ノズル7の噴射パターンの関係上、予備成形品3の表面全体に冷却液Wを二重に吹付けようとすると、予備成形品3のうちのごく一部の領域で三重、四重に冷却液Wが吹付けられることになる場合があるが、この場合にも、冷却液Wが二重に吹付けられる領域が最大となるように設定して、冷却液Wが三重、四重に吹付けられる領域を最低限に抑えることで、予備成形品3の冷却速度をほぼ均一にすることができる。
[最終成形工程]
溶体化処理工程を経た予備成形品3に、図1(e)に示すようにしごきスピニング加工を施して、図1(f)に示す直径5mのドーム状の最終成形品8を得る。
本実施形態では、予備成形品3に冷間しごきスピニング加工を施すことによって最終成形品8を得る。
具体的には、予備成形品3を第二マンドレル9に対して同軸にして取り付け、第二マンドレル9とともに軸線O回りに回転させながら、ローラ5によって第二マンドレル9の表面に押し付けることで、予備成形品3を第二マンドレル9の表面形状に沿った形状に成形して、最終成形品8を得る。
溶体化処理工程を経た予備成形品3に、図1(e)に示すようにしごきスピニング加工を施して、図1(f)に示す直径5mのドーム状の最終成形品8を得る。
本実施形態では、予備成形品3に冷間しごきスピニング加工を施すことによって最終成形品8を得る。
具体的には、予備成形品3を第二マンドレル9に対して同軸にして取り付け、第二マンドレル9とともに軸線O回りに回転させながら、ローラ5によって第二マンドレル9の表面に押し付けることで、予備成形品3を第二マンドレル9の表面形状に沿った形状に成形して、最終成形品8を得る。
[時効硬化処理工程]
このようにして得られた最終成形品8に、時効硬化処理を行う。具体的には、最終成形品8を、T62処理の場合、電気炉等によって191±5.5°Cに加熱して、36時間保持したのちに常温まで冷却する。
このようにして得られた最終成形品8に、時効硬化処理を行う。具体的には、最終成形品8を、T62処理の場合、電気炉等によって191±5.5°Cに加熱して、36時間保持したのちに常温まで冷却する。
[仕上処理工程]
時効硬化処理を終えた最終成形品8に機械加工やケミカルミーリングを施し、周縁部に、タンクの円筒部との接続部をなすT型フランジ(図示せず)を溶接したのち、表面に耐食処理を施して、鏡板(析出強化型合金製品)を得る。
時効硬化処理を終えた最終成形品8に機械加工やケミカルミーリングを施し、周縁部に、タンクの円筒部との接続部をなすT型フランジ(図示せず)を溶接したのち、表面に耐食処理を施して、鏡板(析出強化型合金製品)を得る。
この析出強化型合金の成形方法では、析出強化型合金製の予備成形品3に溶体化処理を施したのちに最終成形工程が施される。
この予備成形品3は、ブランク2の形状と最終成形品8の形状との中間の形状に成形されているので、最終成形工程でのしごきスピニング加工による予備成形品3の成形量(塑性変形量)が十分確保されている。
すなわち、最終成形工程では、予備成形品3に、溶体化処理によって生じる歪みよりも十分に大きな塑性変形が付与されるので、この歪みが除去される。
この予備成形品3は、ブランク2の形状と最終成形品8の形状との中間の形状に成形されているので、最終成形工程でのしごきスピニング加工による予備成形品3の成形量(塑性変形量)が十分確保されている。
すなわち、最終成形工程では、予備成形品3に、溶体化処理によって生じる歪みよりも十分に大きな塑性変形が付与されるので、この歪みが除去される。
また、このように予備成形品3に十分に大きな塑性変形(せん断変形)が付与されることで、予備成形品3の表面及び内部が、それぞれ予備成形品の表面に沿って引き伸ばされる。
このときに予備成形品3の表面及び内部が引き伸ばされる量は、溶体化処理によって表面と内部との間に生じた寸法差よりも十分に大きいので、表面と内部との間に生じていた寸法差(肉厚方向に生じていた寸法差)が打ち消されて、残留内部応力が除去される。すなわち、最終成形工程では、アルミニウム合金の51処理に相当する処理が行われる。
このように、この析出強化型合金の成形方法では、残留内部応力が除去された最終成形品8が得られるので、仕上処理工程で最終成形品8に機械加工やケミカルミーリング等が施されても、残留内部応力に由来する変形が生じにくい。
このときに予備成形品3の表面及び内部が引き伸ばされる量は、溶体化処理によって表面と内部との間に生じた寸法差よりも十分に大きいので、表面と内部との間に生じていた寸法差(肉厚方向に生じていた寸法差)が打ち消されて、残留内部応力が除去される。すなわち、最終成形工程では、アルミニウム合金の51処理に相当する処理が行われる。
このように、この析出強化型合金の成形方法では、残留内部応力が除去された最終成形品8が得られるので、仕上処理工程で最終成形品8に機械加工やケミカルミーリング等が施されても、残留内部応力に由来する変形が生じにくい。
本実施形態では、最終成形工程で、予備成形品3を主にせん断変形によって変形させるしごきスピニング加工を行っている。このため、予備成形品3の表面及び内部が引き伸ばされる量が大きく、残留内部応力をより効果的に除去することができる。また、しごきスピニング加工は冷間で行っているので、しごきスピニング加工を温間または熱間で行う場合に比べて製造装置が小型かつ簡略となり、また予備成形品の加熱や温度管理等が不要であって加工工程自体も簡略であるので、製造コストが低減される。
このように、本実施形態にかかる析出強化型合金の成形方法によれば、予備成形品3に生じた歪みや残留内部応力等の精度阻害因子が最終成形工程で除去されるので、最終成形時及び仕上げ加工時の加工の再現性が良く(製造工程のロバスト性が高く)、形状精度の高い鏡板を量産することができる。
ここで、予備成形品3を、その軸線Oに対して各部の接線のなす角度が、最終成形品8に比べて5°よりも浅い形状とすると、最終成形工程での成形量(塑性変形量)が不十分になって精度阻害因子を十分に除去できない可能性がある。
一方、予備成形品3を、その軸線Oに対して各部の接線のなす角度が、最終成形品8に比べて30°よりも深い形状とすると、最終成形工程のスピニング成形でのしごき角が大きいためにスピニング成形による肉厚の減少量が大きくなり、適正な厚みの最終成形品8を得るためにはブランク2の厚みを十分に確保しなくてはならない。すると、スピニング成形に要する加工力が大きくなってしまい、成形が困難になってしまう可能性がある。そして、さらに角度を深くすると、必要な加工力が大きくなり過ぎて予備成形品3にかかる負担が過大になり、予備成形品3の損傷を招く可能性がある。
一方、予備成形品3を、その軸線Oに対して各部の接線のなす角度が、最終成形品8に比べて30°よりも深い形状とすると、最終成形工程のスピニング成形でのしごき角が大きいためにスピニング成形による肉厚の減少量が大きくなり、適正な厚みの最終成形品8を得るためにはブランク2の厚みを十分に確保しなくてはならない。すると、スピニング成形に要する加工力が大きくなってしまい、成形が困難になってしまう可能性がある。そして、さらに角度を深くすると、必要な加工力が大きくなり過ぎて予備成形品3にかかる負担が過大になり、予備成形品3の損傷を招く可能性がある。
このため、最終成形工程での予備成形品3の成形量を十分確保して、最終成形工程での精度阻害因子の除去を確実にするとともに、ブランク2の肉厚を最小限にして加工性を向上させるために、最終成形工程では、予備成形品3を、その軸線に対して各部の接線のなす角度が最終成形品に比べて5°から30°浅い形状とすることが好ましい。
さらに、この析出強化型合金の成形方法では、予備成形品3には、溶体化処理ののちにさらに上記のせん断加工と時効硬化処理とが施される。すなわち、この析出強化型合金の成形方法は、アルミニウム合金のT8処理に相当するので、得られる最終成形品8の強度、特に降伏応力が、従来の成形方法によって製造した最終成形品(アルミニウム合金のT6処理品に相当)よりも25%から40%も向上する。
これにより、最終成形品8の安全率が高くなり、溶体化処理時の予備成形品3の焼入れ条件(冷却速度等の制限)が緩和されるので、製造工程のロバスト性を高めることができる。
これにより、最終成形品8の安全率が高くなり、溶体化処理時の予備成形品3の焼入れ条件(冷却速度等の制限)が緩和されるので、製造工程のロバスト性を高めることができる。
2 ブランク
3 予備成形品
7 ノズル
8 最終成形品(析出強化型合金製品)
3 予備成形品
7 ノズル
8 最終成形品(析出強化型合金製品)
Claims (5)
- 析出強化型合金からなる板状のブランクに予備成形を施して前記ブランクの形状と最終成形品の形状との中間の形状をなす予備成形品を得る予備成形工程と、
前記予備成形品に溶体化処理を施す溶体化処理工程と、
該溶体化処理工程を経た前記予備成形品にしごきスピニング加工を施して前記最終成形品を得る最終成形工程と、
前記最終成形品に時効硬化処理を施す時効硬化処理工程とを有していることを特徴とする析出強化型合金の成形方法。 - 前記予備成形工程では、前記ブランクを、その軸線に対して各部の接線のなす角度が前記最終成形品に比べて5°から30°浅い形状の前記予備成形品に成形することを特徴とする請求項1記載の析出強化型合金の成形方法。
- 前記溶体化処理工程では、前記予備成形品を固溶温度に加熱したのち、複数のノズルから前記予備成形品の各部に冷却液を吹付けて急速冷却することを特徴とする請求項1または2に記載の析出強化型合金の成形方法。
- 前記ノズルとして拡散ノズルを用い、
前記各ノズルのうち隣接配置された前記ノズル同士の前記冷却液の吹付け範囲を一部重複させて、前記予備成形品の各部にそれぞれ前記冷却液を多重に吹き付けることを特徴とする請求項3記載の析出強化型合金の成形方法。 - 請求項1から4のいずれかに記載の析出強化型合金の成形方法を用いて成形されたことを特徴とする析出強化型合金製品。
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JP2004314849A JP2006124779A (ja) | 2004-10-28 | 2004-10-28 | 析出強化型合金の成形方法及び析出強化型合金製品 |
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2004
- 2004-10-28 JP JP2004314849A patent/JP2006124779A/ja active Pending
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