JP2007308806A - Method of working metal, metal body obtained by the method and metal-containing ceramic body obtained by the method - Google Patents

Method of working metal, metal body obtained by the method and metal-containing ceramic body obtained by the method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of working metal in which a microstructure of various kinds of metal bodies is rendered fine to thereby enhance the strength, ductility; a metal body obtained by the metal working method; and a metal-containing ceramic body obtained by the metal working method. <P>SOLUTION: In this metal working method, a first cooling means and a second cooling means for cooling the metal bodies along the grain-orientation direction of the unidirectionally grain-oriented metal bodies are provided, and a heating means for heating the metallic bodies is provided between the first and second cooling means. By heating the metallic body by the heating means, the deformation resistance of the metal body is lowered locally to thereby form low deformation resistance regions in the metal body, and one non-low deformation resistance region of the metal body, sandwiching the low deformation resistance regions is caused to have a relative position change to the other non-low deformation resistance region. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属組織を有する物体の金属組織を微細化することにより高強度化あるいは高延性化、あるいは均質化を図る金属加工方法、及び同金属加工方法を用いた金属体、並びに同金属加工方法を用いた金属含有セラミックス体に関するものである。   The present invention relates to a metal working method for increasing strength, ductility, or homogenization by refining a metal structure of an object having a metal structure, a metal body using the metal working method, and the metal working The present invention relates to a metal-containing ceramic body using the method.

従来、金属体あるいは金属含有セラミックス体等の金属組織を有している材料では、ECAP(Equal-Channel Angular Pressing)法によって金属組織を微細化することにより、その材料の強度の向上あるいは延性の向上が可能であることが知られている。   Conventionally, in a material having a metal structure such as a metal body or a metal-containing ceramic body, the strength or ductility of the material is improved by refining the metal structure by the ECAP (Equal-Channel Angular Pressing) method. Is known to be possible.

ECAP法では、図19に示すように、ダイ100に中途部で所要の角度に屈曲させた挿通路200を設けておき、この挿通路200に所要の金属体300を押圧しながら挿通させることによって金属体300を挿通路200に沿って屈曲させ、屈曲にともなって金属体300に剪断応力を生起し、この剪断応力によって金属組織を微細化しているものである。図19中、400は金属体を押圧するプランジャである。   In the ECAP method, as shown in FIG. 19, an insertion path 200 bent at a required angle is provided in the middle of the die 100, and a required metal body 300 is inserted through the insertion path 200 while being pressed. The metal body 300 is bent along the insertion path 200, a shear stress is generated in the metal body 300 along with the bending, and the metal structure is refined by the shear stress. In FIG. 19, reference numeral 400 denotes a plunger for pressing the metal body.

このようなECAP法では、挿通路200に沿って金属体300を屈曲させやすくするために、ダイ100を所定温度に加熱することにより金属体300全体を加熱して変形抵抗を低下させているが、金属体300の変形抵抗を大きく低下させた場合には、プランジャ400による押圧の際に金属体300に座屈等の余計な変形を生じさせるおそれがあるので、金属体300の加熱は必要最小限に抑制する必要があった。   In such an ECAP method, in order to easily bend the metal body 300 along the insertion path 200, the entire metal body 300 is heated to reduce the deformation resistance by heating the die 100 to a predetermined temperature. If the deformation resistance of the metal body 300 is greatly reduced, the metal body 300 may be subject to excessive deformation such as buckling when pressed by the plunger 400. It was necessary to limit to the limit.

このように金属体300の加熱を抑制すると、金属体300はプランジャ400によって比較的大きな力で押圧しなければならないために加工性が悪いという問題があったため、金属体に剪断応力が作用する挿通路の剪断変形領域を局部的に加熱して、この加熱によって金属体の剪断変形部分の変形抵抗を低減させることによりプランジャで金属体を押圧する力を小さくし、加工性を向上させることが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   In this way, if the heating of the metal body 300 is suppressed, the metal body 300 has to be pressed with a relatively large force by the plunger 400 and thus has a problem of poor workability. Proposed to improve the workability by locally heating the shear deformation area of the passage and reducing the deformation resistance of the shear deformation portion of the metal body by this heating, thereby reducing the force pressing the metal body with the plunger. (For example, refer to Patent Document 1).

しかしながら、剪断変形領域を加熱した場合には、剪断変形領域を通過した金属体は所定温度に加熱されたままとなっているので、挿通路から押出された金属体は全体的に変形抵抗が低下しており、金属体を連続して挿通路に挿通させて剪断応力を繰り返し作用させるためには、金属体が所定温度以下となって変形抵抗が大きくなるまで冷却するための冷却時間が必要であった。   However, when the shear deformation region is heated, the metal body that has passed through the shear deformation region remains heated to a predetermined temperature, so that the deformation of the metal body extruded from the insertion passage decreases as a whole. In order to allow the metal body to continuously pass through the insertion path and to repeatedly apply the shear stress, a cooling time is required for cooling until the metal body becomes a predetermined temperature or lower and the deformation resistance increases. there were.

そのため、金属体に対して冷却時間よりも短い時間で連続的にECAP法による処理を行うことができず、生産性が極めて低いという問題があった。   Therefore, there is a problem that the metal body cannot be continuously processed by the ECAP method in a time shorter than the cooling time, and the productivity is extremely low.

しかも、ECAP法では金属体を屈曲した挿通路に挿通させなければならないため、金属体の一部分の金属組織のみを微細化するような部分処理が困難であるという問題もあった。   In addition, the ECAP method has a problem in that it is difficult to perform a partial process for refining only the metal structure of a part of the metal body because the metal body must be inserted through a bent insertion path.

なお、金属体の一部分の金属組織のみを微細化する方法としては、回転子の端部軸線上に設けたプローブを金属体の所要の位置に当接させて押圧し、回転子を回転させることによって金属体のプローブとの当接部分を摩擦攪拌することによって行う方法が知られている(例えば、特許文献2参照。)。   As a method for refining only the metal structure of a part of the metal body, the probe provided on the end axis of the rotor is brought into contact with the required position of the metal body and pressed to rotate the rotor. There is known a method in which a contact portion of a metal body with a probe is frictionally stirred (see, for example, Patent Document 2).

しかしながら、このようにプローブとの摩擦を利用した方法は、処理の高速化が極めて困難であるために、ECAP法の場合と同様に量産性に乏しいという問題があった。   However, the method using friction with the probe as described above has a problem in that it is very difficult to mass-produce as in the case of the ECAP method because it is extremely difficult to increase the processing speed.

一方、金属組織が微細化された金属体を大量に製造する方法としては、所定組成の低炭素鋼または低炭素合金鋼において、所要の高温状態から冷却する過程において断面積減少率を60%以上とする加工を行う方法が知られている(例えば、特許文献3参照。)。   On the other hand, as a method for producing a large amount of a metal body with a refined metal structure, a low-carbon steel or low-carbon alloy steel having a predetermined composition has a cross-sectional area reduction rate of 60% or more in the process of cooling from a required high temperature state. There is known a method for performing the processing (for example, see Patent Document 3).

しかしながら、この方法の適用可能な金属体は、特殊組成の低炭素鋼または低炭素合金鋼であって、それ以外の組成の金属体にはこの方法を適用できないという問題があった。
特開2001−321825号公報 特開平11−51103号公報 特開平11−323481号公報
However, the metal body to which this method can be applied is a low-carbon steel or low-carbon alloy steel having a special composition, and there is a problem that this method cannot be applied to metal bodies having other compositions.
JP 2001-321825 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-51103 JP 11-334881 A

以上のように、金属組織を微細化することにより高強度化あるいは高延性化等を図った金属体の形成には一長一短があって、現状においては、製造コストが問題とはならない高級自動車や戦闘機等の特殊用途においてこのような金属が利用されていた。   As described above, there are advantages and disadvantages in the formation of a metal body that is made to have a high strength or high ductility by miniaturizing the metal structure. Such metals have been used in special applications such as machines.

このような状況において、昨今では、特に自動車業界において燃費の向上あるいは走行性能の向上を目的として車体等の軽量化が望まれており、高級自動車だけでなく一般車でも金属組織を微細化することにより高強度化を図った金属体を利用して軽量化することに対する大きな要求があり、低価格の高強度化あるいは高延性化された金属体に対する大きな潜在的需要が存在していた。   Under these circumstances, in recent years, particularly in the automobile industry, it is desired to reduce the weight of the vehicle body for the purpose of improving fuel efficiency or driving performance, and it is necessary to refine the metal structure not only in luxury cars but also in general cars. Therefore, there has been a great demand for weight reduction by using a metal body with higher strength, and there has been a great potential demand for a metal body with low strength and high ductility.

本発明者らは、このような現状に鑑み、金属組織を微細化することにより高強度化あるいは高延性化を図った各種の金属体あるいは金属含有セラミックス体を連続的に形成可能として量産性を向上させ、低コスト化を図った金属体あるいは金属含有セラミックス体を提供すべく研究開発を行って、本発明を成すに至ったものである。   In view of the current situation, the present inventors have made it possible to continuously form various metal bodies or metal-containing ceramic bodies that have been made to have high strength or high ductility by miniaturizing the metal structure. Research and development have been conducted to provide a metal body or a metal-containing ceramic body that has been improved and reduced in cost, and the present invention has been achieved.

請求項1記載の金属加工方法では、一方向に伸延した金属体の伸延方向に沿って前記金属体を冷却する第1の冷却手段と第2の冷却手段とを設けるとともに、前記第1の冷却手段と前記第2の冷却手段との間に前記金属体を加熱する加熱手段を設けて、この加熱手段で前記金属体を加熱することにより前記金属体の変形抵抗を局部的に低下させて前記金属体を横断する低変形抵抗領域を形成し、この低変形抵抗領域を挟む前記金属体の一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して振動または回転させて相対的に位置を変動させることにより前記低変形抵抗領域を剪断変形させて前記金属体の金属組織を微細化することとした。   The metal processing method according to claim 1, wherein a first cooling means and a second cooling means for cooling the metal body are provided along the extending direction of the metal body extended in one direction, and the first cooling is performed. A heating means for heating the metal body is provided between the first cooling means and the second cooling means, and the metal body is heated by the heating means to locally reduce the deformation resistance of the metal body. A low deformation resistance region is formed across the metal body, and one non-low deformation resistance region of the metal body sandwiching the low deformation resistance region is oscillated or rotated relative to the other non-low deformation resistance region. By changing the position, the low deformation resistance region is shear-deformed to refine the metal structure of the metal body.

請求項2記載の金属加工方法では、請求項1記載の金属加工方法において、一方の非低変形抵抗領域に対する他方の非低変形抵抗領域の相対的な位置の変動を、前記金属体の伸延方向と略直交する方向に加えた振動運動とした。   The metal working method according to claim 2, wherein in the metal working method according to claim 1, the relative position change of the other non-low deformation resistance region with respect to the one non-low deformation resistance region is determined by the extending direction of the metal body. The vibration motion was applied in a direction substantially perpendicular to the direction.

請求項3記載の金属加工方法では、請求項1記載の金属加工方法において、一方の非低変形抵抗領域に対する他方の非低変形抵抗領域の相対的な位置の変動を、前記金属体の伸延方向と略直交する第1の方向に加えた第1の振動運動と、前記金属体の伸延方向と略直交するとともに前記第1の方向とも略直交する第2の方向に加えた第2の振動運動との複合運動とした。   The metal working method according to claim 3, wherein in the metal working method according to claim 1, a relative position variation of the other non-low deformation resistance region with respect to the one non-low deformation resistance region is determined by the extending direction of the metal body. First vibration motion applied in a first direction substantially orthogonal to the second direction, and second vibration motion applied in a second direction substantially orthogonal to the extending direction of the metal body and substantially orthogonal to the first direction. And combined exercise.

請求項4記載の金属加工方法では、請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属加工方法において、前記低変形抵抗領域を、前記金属体の伸延方向に沿って移動させることとした。   In the metal processing method of Claim 4, in the metal processing method of any one of Claims 1-3, the said low deformation resistance area | region was moved along the extension direction of the said metal body.

請求項5記載の金属加工方法では、請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属加工方法において、前記金属体を板状体とした。   In the metal processing method of Claim 5, in the metal processing method of any one of Claims 1-4, the said metal body was made into the plate-shaped body.

請求項6記載の金属加工方法では、請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属加工方法において、前記金属体を、異なる組成の金属層を重合して形成した板状体とした。   A metal processing method according to a sixth aspect is the metal processing method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the metal body is a plate-like body formed by polymerizing metal layers having different compositions.

請求項7記載の金属加工方法では、請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属加工方法において、前記金属体を、第1の金属に第2の金属を混合させた混合材からなる板状体とした。   The metal processing method according to claim 7, wherein the metal body is made of a mixed material obtained by mixing a first metal with a second metal in the metal processing method according to any one of claims 1 to 4. A plate-like body was obtained.

請求項8記載の金属体では、一方向に伸延した金属体であって、伸延方向に沿って配置した前記金属体を冷却する第1の冷却手段と第2の冷却手段と、前記第1の冷却手段と前記第2の冷却手段との間に設けて前記金属体を加熱する加熱手段とで局部的に加熱して一時的に形成した低変形抵抗領域を、この低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して振動または回転させて剪断変形させることにより微細化した金属組織を有することとした。   The metal body according to claim 8, wherein the metal body is extended in one direction, and the first cooling means and the second cooling means for cooling the metal body arranged along the extension direction, and the first cooling means. A low deformation resistance region that is temporarily formed by locally heating with a heating unit that is provided between the cooling unit and the second cooling unit and heats the metal body is sandwiched between the low deformation resistance region. The non-low deformation resistance region was made to have a refined metal structure by vibrating or rotating with respect to the other non-low deformation resistance region to cause shear deformation.

請求項9記載の金属体では、請求項8記載の金属体において、前記剪断変形を、前記低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して、前記金属体の伸延方向と略直交する方向に振動運動させて加えた変形とした。   In the metal body according to claim 9, in the metal body according to claim 8, the shear deformation is performed by changing one non-low deformation resistance region sandwiching the low deformation resistance region with respect to the other non-low deformation resistance region. The deformation was applied by oscillating motion in a direction substantially perpendicular to the extending direction of the metal body.

請求項10記載の金属体では、請求項8記載の金属体において、前記剪断変形を、前記低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して、前記金属体の伸延方向と略直交する第1の方向に振動運動させて加えた変形と、前記金属体の伸延方向と略直交するとともに前記第1の方向とも略直交する第2の方向に振動運動させて加えた変形とした。   In the metal body according to claim 10, in the metal body according to claim 8, the shear deformation is performed with respect to one non-low deformation resistance region sandwiching the low deformation resistance region with respect to the other non-low deformation resistance region. Deformation caused by oscillating movement in a first direction substantially orthogonal to the extending direction of the metal body, and vibration in a second direction approximately orthogonal to the extending direction of the metal body and substantially orthogonal to the first direction The deformation was made by exercising.

請求項11記載の金属体では、請求項8〜10のいずれか1項に記載の金属体において、前記低変形抵抗領域を、金属体の伸延方向に沿って移動させた。   In the metal body according to claim 11, in the metal body according to any one of claims 8 to 10, the low deformation resistance region is moved along the extending direction of the metal body.

請求項12記載の金属体では、請求項8〜11のいずれか1項に記載の金属体において、金属組織の微細化前の金属体を板状体とした。   In the metal body according to claim 12, in the metal body according to any one of claims 8 to 11, the metal body before refinement of the metal structure is a plate-like body.

請求項13記載の金属体では、請求項8〜11のいずれか1項に記載の金属体において、金属組織の微細化前の金属体を、異なる組成の金属層を重合して形成した板状体とした。   A metal body according to claim 13, wherein the metal body according to any one of claims 8 to 11 is formed by polymerizing a metal body having a different composition from a metal body before refinement of the metal structure. The body.

請求項14記載の金属体では、請求項8〜11のいずれか1項に記載の金属体において、金属組織の微細化前の金属体を、第1の金属に第2の金属を混合させた混合材からなる板状体とした。   In the metal body according to claim 14, in the metal body according to any one of claims 8 to 11, the metal body before refinement of the metal structure is mixed with the second metal in the first metal. A plate-like body made of a mixed material was used.

請求項15記載の金属含有セラミックス体では、一方向に伸延した金属含有セラミックス体であって、伸延方向に沿って配置した前記金属体を冷却する第1の冷却手段と第2の冷却手段と、前記第1の冷却手段と前記第2の冷却手段との間に設けて前記金属含有セラミックス体を加熱する加熱手段とで局部的に加熱して一時的に形成した低変形抵抗領域を、この低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して振動または回転させて剪断変形させることにより微細化した金属組織を有することとした。   The metal-containing ceramic body according to claim 15, wherein the metal-containing ceramic body is elongated in one direction, the first cooling means and the second cooling means for cooling the metal body arranged along the extending direction, A low deformation resistance region formed temporarily by locally heating with a heating means for heating the metal-containing ceramic body provided between the first cooling means and the second cooling means, One non-low deformation resistance region sandwiching the deformation resistance region has a metal structure refined by vibrating or rotating with respect to the other non-low deformation resistance region to cause shear deformation.

請求項16記載の金属含有セラミックス体では、請求項15記載の金属含有セラミックス体において、前記剪断変形を、前記低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して、前記金属含有セラミックス体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに捻回して加えた変形とした。   The metal-containing ceramic body according to claim 16, wherein in the metal-containing ceramic body according to claim 15, one of the non-low deformation resistance regions sandwiching the low deformation resistance region is replaced with the other non-low deformation resistance region. On the other hand, it was set as the deformation | transformation twisted around the rotating shaft made substantially parallel to the extending direction of the said metal containing ceramic body.

請求項1記載の発明によれば、一方向に伸延した金属体の伸延方向に沿って前記金属体を冷却する第1の冷却手段と第2の冷却手段とを設けるとともに、前記第1の冷却手段と前記第2の冷却手段との間に前記金属体を加熱する加熱手段を設けて、この加熱手段で前記金属体を加熱することにより前記金属体の変形抵抗を局部的に低下させて前記金属体を横断する低変形抵抗領域を形成し、この低変形抵抗領域を挟む前記金属体の一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して振動または回転させて相対的に位置を変動させることにより前記低変形抵抗領域を剪断変形させて前記金属体の金属組織を微細化することによって、局部的に形成した低変形抵抗領域部分の金属組織を微細化することができ、高強度化あるいは高延性化した金属体を容易に形成することができる。   According to invention of Claim 1, while providing the 1st cooling means and the 2nd cooling means which cool the said metal body along the extension direction of the metal body extended to one direction, said 1st cooling A heating means for heating the metal body is provided between the first cooling means and the second cooling means, and the metal body is heated by the heating means to locally reduce the deformation resistance of the metal body. A low deformation resistance region is formed across the metal body, and one non-low deformation resistance region of the metal body sandwiching the low deformation resistance region is oscillated or rotated relative to the other non-low deformation resistance region. The metal structure of the low deformation resistance region portion formed locally can be refined by shearing and deforming the low deformation resistance region by changing the position in order to refine the metal structure of the metal body. Higher strength or higher ductility The metal body can be easily formed.

請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の金属加工方法において、一方の非低変形抵抗領域に対する他方の非低変形抵抗領域の相対的な位置の変動を、前記金属体の伸延方向と略直交する方向に加えた振動運動としたことによって、低変形抵抗領域に極めて容易に剪断変形を生起することができる。   According to a second aspect of the present invention, in the metal processing method according to the first aspect, the relative position variation of the other non-low deformation resistance region with respect to the one non-low deformation resistance region is determined by the extending direction of the metal body. By virtue of the vibration motion applied in a direction substantially orthogonal to the shear deformation, shear deformation can be caused very easily in the low deformation resistance region.

請求項3記載の発明によれば、請求項1記載の金属加工方法において、一方の非低変形抵抗領域に対する他方の非低変形抵抗領域の相対的な位置の変動を、前記金属体の伸延方向と略直交する第1の方向に加えた第1の振動運動と、前記金属体の伸延方向と略直交するとともに前記第1の方向とも略直交する第2の方向に加えた第2の振動運動との複合運動としたことによって、低変形抵抗領域には極めて容易に剪断変形を生起することができるとともに、大きな剪断応力を作用させることができる。   According to a third aspect of the present invention, in the metal processing method according to the first aspect, a change in the relative position of the other non-low deformation resistance region with respect to the one non-low deformation resistance region is determined by the extending direction of the metal body. First vibration motion applied in a first direction substantially orthogonal to the second direction, and second vibration motion applied in a second direction substantially orthogonal to the extending direction of the metal body and substantially orthogonal to the first direction. With this combined motion, shear deformation can be caused very easily in the low deformation resistance region, and a large shear stress can be applied.

請求項4記載の発明によれば、請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属加工方法において、前記低変形抵抗領域を、前記金属体の伸延方向に沿って移動させることによって、一方向に伸延した金属体の全体の金属組織を極めて容易に微細化することができるとともに、連続的に金属組織の微細化を行うことができる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the metal processing method according to any one of the first to third aspects, the low deformation resistance region is moved along the extending direction of the metal body. The entire metal structure of the metal body elongated in the direction can be extremely easily refined, and the metal structure can be continuously refined.

請求項5記載の発明によれば、請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属加工方法において、前記金属体を板状体としたことによって、従来のECAP法では得られなかった金属結晶が微細化された板状金属体を容易に製造することができる。   According to invention of Claim 5, in the metal processing method of any one of Claims 1-4, by making the said metal body into a plate-shaped body, the metal which was not obtained by the conventional ECAP method A plate-like metal body with fine crystals can be easily produced.

請求項6記載の発明によれば、請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属加工方法において、前記金属体を、異なる組成の金属層を重合して形成した板状体としたことによって、従来のECAP法では得られなかった金属結晶が微細化された板状金属体を容易に製造することができるとともに、重合方向に組成が異なった合金を形成することができる。   According to invention of Claim 6, in the metal processing method of any one of Claims 1-4, the said metal body was made into the plate-shaped object formed by superposing | polymerizing the metal layer of a different composition. As a result, it is possible to easily produce a plate-like metal body with a refined metal crystal that could not be obtained by the conventional ECAP method, and to form alloys having different compositions in the polymerization direction.

請求項7記載の発明によれば、請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属加工方法において、前記金属体を、第1の金属に第2の金属を混合させた混合材からなる板状体としたことによって、第1の金属と第2の金属とが強固に接合した合金を形成することができ、従来の異種金属の溶融による合金の製造方法では製造が困難であった合金を容易に生成することができる。   According to invention of Claim 7, in the metal processing method of any one of Claims 1-4, the said metal body consists of a mixed material which mixed the 2nd metal with the 1st metal. By forming a plate-like body, an alloy in which the first metal and the second metal are firmly bonded can be formed, and the alloy that has been difficult to manufacture by the conventional method for manufacturing an alloy by melting different kinds of metals. Can be easily generated.

請求項8記載の発明によれば、一方向に伸延した金属体であって、伸延方向に沿って配置した前記金属体を冷却する第1の冷却手段と第2の冷却手段と、前記第1の冷却手段と前記第2の冷却手段との間に設けて前記金属体を加熱する加熱手段とで局部的に加熱して一時的に形成した低変形抵抗領域を、この低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して振動または回転させて剪断変形させることにより微細化した金属組織を有することによって、局部的に形成した低変形抵抗領域部分の金属組織を微細化することができ、高強度化あるいは高延性化した金属体を安価で提供できる。   According to the eighth aspect of the present invention, the first cooling means and the second cooling means for cooling the metal body that is extended in one direction and that is disposed along the extension direction, and the first cooling means. A low deformation resistance region that is temporarily formed by locally heating with a heating unit that is provided between the cooling unit and the second cooling unit to heat the metal body is sandwiched between the low deformation resistance region. One of the non-low deformation resistance regions has a metal structure refined by oscillating or rotating with respect to the other non-low deformation resistance region to cause shear deformation. The metal structure can be refined, and a metal body with high strength or high ductility can be provided at low cost.

請求項9記載の発明によれば、請求項8記載の金属体において、前記剪断変形を、前記低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して、前記金属体の伸延方向と略直交する方向に振動運動させて加えた変形としたことによって、低変形抵抗領域には極めて容易に剪断変形を生起して金属組織を微細化した金属体を提供できる。   According to the ninth aspect of the present invention, in the metal body according to the eighth aspect, the shear deformation is caused by changing one non-low deformation resistance region sandwiching the low deformation resistance region to the other non-low deformation resistance region. By providing a deformation that is applied by oscillating motion in a direction substantially perpendicular to the extending direction of the metal body, a metal body having a refined metal structure by causing shear deformation in the low deformation resistance region very easily is provided. it can.

請求項10記載の発明によれば、請求項8記載の金属体において、前記剪断変形を、前記低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して、前記金属体の伸延方向と略直交する第1の方向に振動運動させて加えた変形と、前記金属体の伸延方向と略直交するとともに前記第1の方向とも略直交する第2の方向に振動運動させて加えた変形としたことによって、形抵抗領域には極めて容易に剪断変形を生起することができるとともに、大きな剪断応力を作用させて金属組織を微細化した金属体を提供できる。   According to a tenth aspect of the present invention, in the metal body according to the eighth aspect, the shear deformation is caused by changing one non-low deformation resistance region sandwiching the low deformation resistance region with respect to the other non-low deformation resistance region. And a deformation applied by oscillating and moving in a first direction substantially orthogonal to the extending direction of the metal body, and a second direction substantially orthogonal to the extending direction of the metal body and substantially orthogonal to the first direction. By adopting the deformation applied by oscillating motion, shear deformation can be caused very easily in the shape resistance region, and a metal body in which the metal structure is refined by applying a large shear stress can be provided.

請求項11記載の発明によれば、請求項8〜10のいずれか1項に記載の金属体において、前記低変形抵抗領域を、金属体の伸延方向に沿って移動させたことによって、一方向に伸延した金属体の全体の金属組織を極めて容易に微細化することができるとともに、連続的に金属組織を微細化した金属体を提供できる。   According to the eleventh aspect of the present invention, in the metal body according to any one of the eighth to tenth aspects, the low deformation resistance region is moved along the extending direction of the metal body, thereby unidirectionally. In addition to being able to make the entire metal structure of the extended metal body very easy, it is possible to provide a metal body having a continuously refined metal structure.

請求項12記載の発明によれば、請求項8〜11のいずれか1項に記載の金属体において、金属組織の微細化前の金属体を板状体としたことによって、従来のECAP法では得られなかった金属結晶が微細化された板状金属体を提供できる。   According to the twelfth aspect of the present invention, in the metal body according to any one of the eighth to eleventh aspects, the metal body before refinement of the metal structure is formed into a plate-like body. It is possible to provide a plate-like metal body in which metal crystals that have not been obtained are refined.

請求項13記載の発明によれば、請求項8〜11のいずれか1項に記載の金属体において、金属組織の微細化前の金属体を、異なる組成の金属層を重合して形成した板状体としたことによって、従来のECAP法では得られなかった金属結晶が微細化された板状金属体を提供できるとともに、重合方向に組成が異なった合金を提供できる。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the metal body according to any one of the eighth to eleventh aspects, the metal body before the refinement of the metal structure is formed by polymerizing metal layers having different compositions. By adopting the shape, it is possible to provide a plate-like metal body in which metal crystals that have not been obtained by the conventional ECAP method are refined, and to provide alloys having different compositions in the polymerization direction.

請求項14記載の発明によれば、請求項8〜11のいずれか1項に記載の金属体において、金属組織の微細化前の金属体を、第1の金属に第2の金属を混合させた混合材からなる板状体としたことによって、第1の金属と第2の金属とが強固に接合した合金を形成することができ、従来の異種金属の溶融による合金の製造方法では製造が困難であった合金を提供できる。   According to the invention of claim 14, in the metal body according to any one of claims 8 to 11, the metal body before the refinement of the metal structure is mixed with the second metal in the first metal. By forming a plate-like body made of a mixed material, an alloy in which the first metal and the second metal are firmly bonded can be formed. It is possible to provide a difficult alloy.

請求項15記載の発明によれば、一方向に伸延した金属含有セラミックス体であって、伸延方向に沿って配置した前記金属体を冷却する第1の冷却手段と第2の冷却手段と、前記第1の冷却手段と前記第2の冷却手段との間に設けて前記金属含有セラミックス体を加熱する加熱手段とで局部的に加熱して一時的に形成した低変形抵抗領域を、この低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して振動または回転させて剪断変形させることにより微細化した金属組織を有することによって、含有している金属成分と非金属成分とを強固にかつ均質に結合させた金属含有セラミックス体を提供できる。   According to invention of Claim 15, it is the metal containing ceramic body extended in one direction, Comprising: The 1st cooling means and 2nd cooling means which cool the said metal body arrange | positioned along the extending direction, A low deformation resistance region which is temporarily formed by locally heating with a heating unit which is provided between the first cooling unit and the second cooling unit and heats the metal-containing ceramic body. One non-low deformation resistance region sandwiching the resistance region is vibrated or rotated with respect to the other non-low deformation resistance region to have a metal structure refined by shear deformation, thereby containing a metal component contained therein A metal-containing ceramic body in which a nonmetallic component is firmly and uniformly bonded can be provided.

請求項16記載の発明によれば、請求項15記載の金属含有セラミックス体において、前記剪断変形を、前記低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して、前記金属含有セラミックス体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに捻回して加えた変形としたことによって、回転軸の領域の金属組織にも剪断応力を作用させることができるので、含有している金属成分と非金属成分とを強固にかつさらに均質に結合させた金属含有セラミックス体を提供できる。   According to the invention of claim 16, in the metal-containing ceramic body according to claim 15, the shear deformation is caused by changing one non-low deformation resistance region sandwiching the low deformation resistance region into the other non-low deformation resistance region. On the other hand, since it is a deformation added by twisting around the rotation axis approximately parallel to the extending direction of the metal-containing ceramic body, it is possible to apply a shear stress to the metal structure in the region of the rotation axis. It is possible to provide a metal-containing ceramic body in which the contained metal component and non-metal component are firmly and evenly bonded.

本発明の金属加工方法及び同金属加工方法を用いた金属体、並びに同金属加工方法を用いた金属含有セラミックス体、並びに同金属加工方法を用いたスパッタリング用ターゲットでは、含有している金属組織を微細化することによって金属体の高強度化あるいは高延性化を図っているものであり、特に、金属含有セラミックス体の場合にはさらに均質化を図っているものである。   In the metal processing method of the present invention, the metal body using the metal processing method, the metal-containing ceramic body using the metal processing method, and the sputtering target using the metal processing method, By refinement, the strength of the metal body is increased or the ductility is increased. In particular, in the case of a metal-containing ceramic body, further homogenization is achieved.

金属体及び金属含有セラミックス体には、変形抵抗を低下させて形成する低変形抵抗領域を局部的に形成し、この低変形抵抗領域部分を剪断変形させることにより強ひずみを加えて金属組織を微細化しているものである。   In the metal body and the metal-containing ceramic body, a low deformation resistance region formed by lowering the deformation resistance is locally formed, and the low deformation resistance region portion is subjected to shear deformation to apply a strong strain to refine the metal structure. It has become.

特に、低変形抵抗領域を局部的に形成していることによって、金属組織を微細化するために加えた剪断変形による剪断応力が低変形抵抗領域に集中して作用するので、効率よく金属組織を微細化することができる。   In particular, since the low deformation resistance region is locally formed, the shear stress due to the shear deformation applied to make the metal structure finer is concentrated and acts on the low deformation resistance region. It can be miniaturized.

ここで、低変形抵抗領域とは、金属体及び金属含有セラミックス体を加熱することによって変形抵抗が低下した領域であり、低変形抵抗領域以外の領域と比較して外力の作用にともなって変形を生じやすくなっている領域のことである。説明の便宜上、低変形抵抗領域以外の領域を非低変形抵抗領域と呼ぶ。   Here, the low deformation resistance region is a region in which the deformation resistance is reduced by heating the metal body and the metal-containing ceramic body, and the deformation is caused by the action of an external force as compared with a region other than the low deformation resistance region. It is an area that tends to occur. For convenience of explanation, a region other than the low deformation resistance region is referred to as a non-low deformation resistance region.

低変形抵抗領域は加熱によって形成するだけでなく、たとえば、所要の温度に加熱した金属体の周囲に金属体を拘束する拘束体を装着することにより非低変形抵抗領域を形成し、拘束体を装着していない領域を低変形抵抗領域とすることもできる。   The low deformation resistance region is not only formed by heating, but, for example, a non-low deformation resistance region is formed by mounting a restraint body that restrains the metal body around the metal body heated to a required temperature. The region that is not mounted can be a low deformation resistance region.

また、金属体は一種類の金属元素からなる単一金属で構成する場合だけでなく、二種類以上の金属元素からなる合金で構成してもよいし、金属元素と非金属元素とからなる金属間化合物で構成してもよい。ここで、金属体が金属間化合物である場合には、そのことを明確にするために金属含有セラミックス体と呼んでいる。以下において「金属体」の語は、特に言及しない場合を除いて、「金属含有セラミックス体」を含んでいるものとして用いる。   In addition, the metal body may be composed not only of a single metal composed of one kind of metal element but also of an alloy composed of two or more kinds of metal elements, or a metal composed of a metal element and a nonmetallic element. It may be composed of an intercalation compound. Here, when the metal body is an intermetallic compound, it is called a metal-containing ceramic body in order to clarify that fact. In the following, the term “metal body” is used as including a “metal-containing ceramic body” unless otherwise specified.

金属体は一様の組成となっている必要はなく、図1に金属体の断面模式図として示すように、第1金属層11に第2金属層12さらには第3金属層13を積層した積層体10であってもよい。このとき、第1金属層11、第2金属層12、第3金属層13はそれぞれ所要の金属あるいは合金であればよい。第1金属層11と、第2金属層12と、第3金属層13とは単に重合することにより積層体10としてもよいし、めっき処理、蒸着処理あるいは圧着処理等によって積層してもよい。ここで、積層体10は3層に限定するものではなく、適宜の数だけ重合して積層体10を構成してよい。   The metal body does not need to have a uniform composition. As shown in the schematic cross-sectional view of the metal body in FIG. 1, the second metal layer 12 and the third metal layer 13 are laminated on the first metal layer 11. The laminate 10 may be used. At this time, the first metal layer 11, the second metal layer 12, and the third metal layer 13 may be required metals or alloys, respectively. The first metal layer 11, the second metal layer 12, and the third metal layer 13 may be simply polymerized to form a laminate 10, or may be laminated by plating, vapor deposition, pressure bonding, or the like. Here, the laminate 10 is not limited to three layers, and the laminate 10 may be formed by polymerizing an appropriate number.

あるいは、金属体は、図2に金属体の断面模式図として示すように、第1金属粉体14と第2金属粉体15とを混合した混合体を所定形状に仮焼成形した仮焼体16であってもよい。このとき、第1金属粉体14と第2金属粉体15の2種類の粉体で仮焼体16を構成するだけでなく、さらに多種の粉体を混合して仮焼体16を形成してもよく、金属の粉体だけでなく非金属の粉体を混合して仮焼体16を形成してもよい。   Alternatively, the metal body is a calcined body obtained by calcining a mixture of the first metal powder 14 and the second metal powder 15 into a predetermined shape as shown in FIG. It may be 16. At this time, not only the calcined body 16 is composed of two kinds of powders of the first metal powder 14 and the second metal powder 15, but also various kinds of powders are mixed to form the calcined body 16. Alternatively, the calcined body 16 may be formed by mixing not only metal powder but also non-metal powder.

あるいは、金属体は、図3に金属体の断面模式図として示すように、所定形状とした多孔質体17の孔部に金属粉体18を充填して形成した充填体19であってもよい。なお、多孔質体17には、金属粉体18を充填する場合だけでなく非金属粉体を充填してもよい。   Alternatively, as shown in FIG. 3 as a schematic cross-sectional view of the metal body, the metal body may be a filling body 19 formed by filling the metal powder 18 into the pores of the porous body 17 having a predetermined shape. . The porous body 17 may be filled not only with the metal powder 18 but also with a non-metal powder.

あるいは、金属体は、図4に金属体の断面模式図として示すように、複数本の第1金属線材21と複数本の第2金属線材22とを束ねて形成した金属線束23であってもよい。このとき、第1金属線材21と第2金属線材22の2種類の金属線材で金属線束23を構成するだけでなく、さらに多種の金属線材を束ねて金属線束23を形成してもよい。   Alternatively, the metal body may be a metal wire bundle 23 formed by bundling a plurality of first metal wire materials 21 and a plurality of second metal wire materials 22 as shown in a schematic cross-sectional view of the metal body in FIG. Good. At this time, the metal wire bundle 23 may be formed not only by forming the metal wire bundle 23 with two kinds of metal wire rods of the first metal wire rod 21 and the second metal wire rod 22 but also by bundling various metal wire rods.

このように、金属体は様々な形態が可能であって、後述するように剪断変形によって金属組織が微細化するのであれば、金属体はどのような形態であってもよい。   Thus, various forms of the metal body are possible, and the metal body may have any form as long as the metal structure is refined by shear deformation as described later.

図1〜3では、金属体は断面を矩形状とし、図4では金属体の断面は円形状としているが、金属体は断面が矩形状となった矩形体や、断面が円形状となった丸棒体に限定するものではなく、平板体や中空部を有する筒状体となっていてもよいし、これら以外でもたとえばH形鋼体、山形鋼体、溝形鋼体、T形鋼体、リップル溝鋼体等であってもよい。   1-3, the metal body has a rectangular cross section, and in FIG. 4, the metal body has a circular cross section, but the metal body has a rectangular cross section and a circular cross section. It is not limited to a round bar, but may be a flat body or a cylindrical body having a hollow portion. Other than these, for example, an H-shaped steel body, an angle steel body, a channel steel body, a T-shaped steel body It may be a ripple groove steel body or the like.

金属体は一方向に伸延した形態とし、図5に示すように、金属体を横断するように低変形抵抗領域30を形成することによって、金属体には低変形抵抗領域30によって区切られた第1非低変形抵抗領域31と第2非低変形抵抗領域32とを形成している。   The metal body is extended in one direction, and as shown in FIG. 5, a low deformation resistance region 30 is formed so as to cross the metal body. A first non-low deformation resistance region 31 and a second non-low deformation resistance region 32 are formed.

このように一方向に伸延した金属体を横断させて低変形抵抗領域30を形成していることによって、金属体の伸延方向に沿って低変形抵抗領域30を移動させながら低変形抵抗領域30を剪断変形させることにより、金属組織の微細化処理を連続的に行うことができる。   By forming the low deformation resistance region 30 by traversing the metal body extending in one direction in this way, the low deformation resistance region 30 is moved while moving the low deformation resistance region 30 along the extending direction of the metal body. By making the shear deformation, the metal structure can be continuously refined.

しかも、必要に応じて低変形抵抗領域30に生起する剪断変形の変形形態を調整することによって、金属体には金属組織の微細化の程度が異なる領域を形成することができ、金属体の多機能化を図ることができる。   In addition, by adjusting the deformation form of the shear deformation that occurs in the low deformation resistance region 30 as necessary, the metal body can be formed with regions having different degrees of refinement of the metal structure. Functionalization can be achieved.

低変形抵抗領域30の剪断変形は、図5(a)に示すように、第2非低変形抵抗領域32を第1非低変形抵抗領域31に対して金属体の厚み方向に振動させることによって行っている。あるいは、金属体の厚み方向ではなく、図5(b)に示すように、金属体の厚み方向と直交する金属体の幅方向に振動させることによって行ってもよく、さらには、図5(c)に示すように金属体の厚み方向の振動と、幅方向の振動との両方を複合した複合振動としてもよい。このように複合振動とした場合には、低変形抵抗領域に大きな剪断応力を作用させることができる。   As shown in FIG. 5A, the shear deformation of the low deformation resistance region 30 is caused by vibrating the second non-low deformation resistance region 32 with respect to the first non-low deformation resistance region 31 in the thickness direction of the metal body. Is going. Alternatively, it may be performed by vibrating in the width direction of the metal body orthogonal to the thickness direction of the metal body as shown in FIG. 5B instead of in the thickness direction of the metal body. ), It may be a composite vibration in which both the vibration in the thickness direction of the metal body and the vibration in the width direction are combined. Thus, when it is set as a composite vibration, a big shear stress can be made to act on a low deformation resistance area | region.

なお、金属体が広幅の平板体である場合には、必ずしも金属体を横断するように低変形抵抗領域を形成することはなく、金属体の所要の領域にだけ低変形抵抗領域を形成し、この低変形抵抗領域を剪断変形させて金属体の一部分のみに金属組織を微細化することにより高強度化あるいは高延性化を図った領域を形成することもできる。   In the case where the metal body is a wide flat plate body, the low deformation resistance region is not necessarily formed so as to cross the metal body, and the low deformation resistance region is formed only in a required region of the metal body, The low deformation resistance region can be shear-deformed to refine the metal structure only in a part of the metal body, thereby forming a region with high strength or high ductility.

また、金属体が丸棒体や中空部を有する円筒体である場合には、図6に示すように、第2非低変形抵抗領域32'を第1非低変形抵抗領域31'に対して、金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに捻回することによって低変形抵抗領域30'を剪断変形させることもできる。このとき、第2非低変形抵抗領域32'は、第1非低変形抵抗領域31'に対して常に一定の角速度で回転させてもよいし、正回転と逆回転とを交互に繰り返してもよい。   When the metal body is a round bar or a cylindrical body having a hollow portion, as shown in FIG. 6, the second non-low deformation resistance region 32 ′ is set to the first non-low deformation resistance region 31 ′. Further, the low deformation resistance region 30 ′ can be shear-deformed by twisting around a rotation axis substantially parallel to the extending direction of the metal body. At this time, the second non-low deformation resistance region 32 ′ may always be rotated at a constant angular velocity relative to the first non-low deformation resistance region 31 ′, or forward rotation and reverse rotation may be alternately repeated. Good.

第1非低変形抵抗領域31,31'に対する第2非低変形抵抗領域32,32'の相対的な振動運動あるいは捻回運動の運動量は、低変形抵抗領域30,30'に剪断変形を生じさせて金属組織の微細化が可能な程度の運動量であればよい。   The relative vibrational motion or twisting momentum of the second non-low deformation resistance region 32, 32 'relative to the first non-low deformation resistance region 31, 31' causes shear deformation in the low deformation resistance region 30, 30 '. It is sufficient that the momentum is such that the metal structure can be refined.

低変形抵抗領域30,30'を剪断変形させる場合には、低変形抵抗領域30,30'に金属体の伸延方向に沿って圧縮応力を作用させることにより、低変形抵抗領域30,30'に大きな形状変形が生起されたり、低変形抵抗領域30,30'部分において破断が生じたりすることを抑制できる。   When the low deformation resistance regions 30, 30 ′ are subjected to shear deformation, the low deformation resistance regions 30, 30 ′ are applied to the low deformation resistance regions 30, 30 ′ by applying a compressive stress along the extending direction of the metal body. It is possible to suppress the occurrence of large shape deformation and the occurrence of breakage in the low deformation resistance regions 30, 30 ′.

このように低変形抵抗領域を剪断変形させることによって、低変形抵抗領域における金属組織を微細化することができるだけでなく、図1〜4に示した金属体では互いの金属組織が結合することにより新たな合金あるいはセラミックスを生成することも可能であり、特に従来の溶融法では生成できなかった組成の合金を機械的に生成することができる。   By shearing the low deformation resistance region in this way, not only can the metal structure in the low deformation resistance region be refined, but the metal structures shown in FIGS. New alloys or ceramics can be produced, and in particular, alloys having a composition that could not be produced by the conventional melting method can be produced mechanically.

上記したように低変形抵抗領域を剪断変形させる場合には、図7に示すように、一方向に伸延した金属体に、この金属体を横断する第1低変形抵抗領域30aと第2低変形抵抗領域30bとを所定間隔だけ離隔して形成するとともに、第1低変形抵抗領域30aと第2低変形抵抗領域30bとに挟まれた領域を中間非低変形抵抗領域33として、中間非低変形抵抗領域33を振動運動させることにより、第1低変形抵抗領域30a及び第2低変形抵抗領域30bを容易に剪断変形させることができる。   When the low deformation resistance region is shear-deformed as described above, as shown in FIG. 7, a first low deformation resistance region 30a crossing the metal body and a second low deformation are formed on a metal body extending in one direction. The resistance region 30b is formed at a predetermined interval, and a region sandwiched between the first low deformation resistance region 30a and the second low deformation resistance region 30b is defined as an intermediate non-low deformation resistance region 33. By oscillating the resistance region 33, the first low deformation resistance region 30a and the second low deformation resistance region 30b can be easily sheared and deformed.

ここで、図7では、金属体は平板体としており、図7(a)では、中間非低変形抵抗領域33を金属体の厚み方向に振動させているものであり、図7(b)では、中間非低変形抵抗領域33を金属体の厚み方向と直交する金属体の幅方向に振動させているものであり、図7(c)では、中間非低変形抵抗領域33を、金属体の厚み方向の振動と、幅方向の振動との両方を複合した複合振動によって振動させているものである。   Here, in FIG. 7, the metal body is a flat body, and in FIG. 7A, the intermediate non-low deformation resistance region 33 is vibrated in the thickness direction of the metal body, and in FIG. The intermediate non-low deformation resistance region 33 is vibrated in the width direction of the metal body perpendicular to the thickness direction of the metal body. In FIG. It is made to vibrate by a composite vibration in which both the vibration in the thickness direction and the vibration in the width direction are combined.

金属体が丸棒体や中空部を有する円筒体である場合には、図8に示すように、所定間隔だけ離隔して設けた第1低変形抵抗領域30a'と第2低変形抵抗領域30b'との間の中間非低変形抵抗領域33'を、金属体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに回転させることによって第1低変形抵抗領域30a及び第2低変形抵抗領域30bを容易に剪断変形させることができる。図8中、34は中間非低変形抵抗領域33'を回転させている回転ローラである。   In the case where the metal body is a round bar or a cylindrical body having a hollow portion, as shown in FIG. 8, a first low deformation resistance region 30a 'and a second low deformation resistance region 30b provided at a predetermined interval. The first low deformation resistance region 30a and the second low deformation resistance region 30b can be easily obtained by rotating the intermediate non-low deformation resistance region 33 'between and around the rotation axis substantially parallel to the extending direction of the metal body. Can be shear-deformed. In FIG. 8, reference numeral 34 denotes a rotating roller that rotates the intermediate non-low deformation resistance region 33 '.

さらに、図7及び図8において、金属体を伸延方向に沿って移動させることにより、金属体における第1低変形抵抗領域30a'及び第2低変形抵抗領域30b'の位置を移動させることができる。   Further, in FIGS. 7 and 8, the position of the first low deformation resistance region 30a ′ and the second low deformation resistance region 30b ′ in the metal body can be moved by moving the metal body along the extending direction. .

したがって、通常、連続的に製造されている金属体の製造工程中において、金属体に第1低変形抵抗領域30a,30a'と第2低変形抵抗領域30b,30b'とを形成して中間非低変形抵抗領域33,33'を振動あるいは回転させることにより、金属体を容易に剪断変形させることができるので、金属組織が微細化されることにより高強度化あるいは高延性化された金属体を低コストで製造することができる。   Therefore, normally, during the manufacturing process of a continuously manufactured metal body, the first low deformation resistance regions 30a and 30a ′ and the second low deformation resistance regions 30b and 30b ′ are formed in the metal body to prevent intermediate By vibrating or rotating the low deformation resistance regions 33 and 33 ′, the metal body can be easily sheared and deformed. Therefore, the metal structure having high strength or high ductility can be obtained by refining the metal structure. It can be manufactured at low cost.

特に、第1低変形抵抗領域30a,30a'及び第2低変形抵抗領域30b,30b'は、通常、それぞれ金属体を加熱することにより形成しているが、第1低変形抵抗領域30a,30a'と第2低変形抵抗領域30b,30b'の加熱温度をそれぞれ異ならせておくことにより、第1低変形抵抗領域30a,30a'及び第2低変形抵抗領域30b,30b'に作用する剪断応力をそれぞれ異ならせることができ、金属組織には二段階でそれぞれ異なる剪断応力を作用させることができるので、金属組織をより微細化することができる。   In particular, the first low deformation resistance regions 30a and 30a ′ and the second low deformation resistance regions 30b and 30b ′ are usually formed by heating a metal body, respectively. Shear stress acting on the first low deformation resistance regions 30a, 30a 'and the second low deformation resistance regions 30b, 30b' by differentiating the heating temperatures of 'and the second low deformation resistance regions 30b, 30b'. Since different shear stresses can be applied to the metal structure in two stages, the metal structure can be further refined.

しかも、一度剪断変形されて金属組織が微細化された部分をさらに剪断変形させる場合には、金属体の延性が向上していることによって金属体の加熱温度を低くすることができ、金属組織をより微細化することができる。   Moreover, when the portion where the metal structure has been refined by shear deformation once is further subjected to shear deformation, the heating temperature of the metal body can be lowered by improving the ductility of the metal body. It can be made finer.

なお、金属組織には剪断応力を二段階に分けて加えるだけでなく、金属体の伸延方向に沿って中間非低変形抵抗領域33,33'を複数設けることにより、さらに多段に分けて加えてもよい。特に、金属含有セラミックス体の場合には、剪断変形を行うたびに異なる条件の剪断変形とすることにより均質化を向上させることができる。   In addition to applying shear stress to the metal structure in two stages, it can be added in multiple stages by providing a plurality of intermediate non-low deformation resistance regions 33, 33 ′ along the extending direction of the metal body. Also good. In particular, in the case of a metal-containing ceramic body, homogenization can be improved by setting shear deformation under different conditions each time shear deformation is performed.

以下において、本発明の実施形態を説明する。   In the following, embodiments of the present invention will be described.

図9は、金属体に形成した低変形抵抗領域を振動によって剪断変形させる装置である。本発明者らは、このように低変形抵抗領域を振動によって剪断変形させて金属組織を微細化させることをSVSP(Severe Vibration Straining Process)法と称しており、図9はSVSP装置の一例の概略説明図である。ここでは、説明の便宜上、金属体M1は一方向に伸延させた角棒体としているが、他の形状であってもよい。   FIG. 9 shows an apparatus for shearing and deforming a low deformation resistance region formed on a metal body by vibration. The present inventors have called the SVSP (Severe Vibration Straining Process) method in which the low deformation resistance region is shear-deformed by vibration to refine the metal structure in this way, and FIG. 9 is an outline of an example of the SVSP apparatus. It is explanatory drawing. Here, for convenience of explanation, the metal body M1 is a rectangular bar that is extended in one direction, but may have other shapes.

SVSP装置には、金属体M1の伸延方向に沿って基台40上に固定部41と、剪断変形部42と、振動部43とを設けている。   The SVSP apparatus is provided with a fixing portion 41, a shear deformation portion 42, and a vibration portion 43 on the base 40 along the extending direction of the metal body M1.

固定部41には、金属体M1の伸延方向に沿って第1規制体44と、第2規制体45とを設けている。第1規制体44では、伸延方向に沿って送給される金属体M1の幅方向の動きを規制しており、第2規制体45では、伸延方向に沿って送給される金属体M1の厚み方向の動きを規制して、金属体M1を進退自在に固定している。   The fixed portion 41 is provided with a first restricting body 44 and a second restricting body 45 along the extending direction of the metal body M1. The first restricting body 44 restricts the movement in the width direction of the metal body M1 fed along the extending direction, and the second restricting body 45 restricts the movement of the metal body M1 fed along the extending direction. The movement in the thickness direction is restricted, and the metal body M1 is fixed so as to freely advance and retract.

すなわち、第1規制体44では、それぞれ支持体によって回転自在に支持された第1当接ローラ44aと第2当接ローラ44bで金属体M1を挟持固定している。   That is, in the first restricting body 44, the metal body M1 is sandwiched and fixed by the first contact roller 44a and the second contact roller 44b that are rotatably supported by the support bodies.

また、第2規制体45では、金属体M1を挟んで立設した第1支持体45aと第2支持体45bに、金属体M1の下方側に位置させる下側ローラ45cと、金属体M1の上方側に位置させる上側ローラ45dとを回転自在に架設して、下側ローラ45cと上側ローラ45dとで金属体M1を挟持固定している。   Further, in the second restricting body 45, the first support 45a and the second support 45b which are erected with the metal body M1 interposed therebetween, the lower roller 45c positioned below the metal body M1, and the metal body M1. An upper roller 45d positioned on the upper side is rotatably mounted, and the metal body M1 is sandwiched and fixed by the lower roller 45c and the upper roller 45d.

なお、下側ローラ45cと上側ローラ45d、さらには、第1規制体44の第1当接ローラ44aと第2当接ローラ44bをそれぞれ適宜の駆動装置を用いて回転させて、金属体M1を送給する送給機構としてもよい。図9中、46は金属体M1の送給を補助するガイドローラである。   The lower roller 45c and the upper roller 45d, and further, the first contact roller 44a and the second contact roller 44b of the first restricting body 44 are rotated using appropriate driving devices, respectively, so that the metal body M1 is rotated. A feeding mechanism for feeding may be used. In FIG. 9, 46 is a guide roller for assisting the feeding of the metal body M1.

振動部43には、金属体M1の伸延方向に沿って振動印加体47と、振動伝搬抑制体48とを設けている。振動印加体47では金属体M1に所定の振動を印加し、振動伝搬抑制体48では振動印加体47において金属体M1に印加した振動が金属体M1に沿って伝搬することを抑制している。   The vibration unit 43 is provided with a vibration applying body 47 and a vibration propagation suppressing body 48 along the extending direction of the metal body M1. The vibration applying body 47 applies a predetermined vibration to the metal body M1, and the vibration propagation suppressing body 48 suppresses the vibration applied to the metal body M1 in the vibration applying body 47 from propagating along the metal body M1.

振動印加体47は、金属体M1の下方に位置させた超音波振動体49と、この超音波振動体49の出力軸49aに装着した伝播体50とで構成している。伝播体50は、金属体M1の下方側に位置させた下側ローラ50aと、金属体M1の上方側に位置させた上側ローラ50bとを、U字状とした支持フレーム50cに回転自在に架設して構成しており、下側ローラ50aと上側ローラ50bとで金属体M1を挟持している。   The vibration applying body 47 includes an ultrasonic vibrating body 49 positioned below the metal body M1 and a propagating body 50 attached to the output shaft 49a of the ultrasonic vibrating body 49. The propagating body 50 includes a lower roller 50a positioned on the lower side of the metal body M1 and an upper roller 50b positioned on the upper side of the metal body M1 rotatably mounted on a U-shaped support frame 50c. The metal body M1 is sandwiched between the lower roller 50a and the upper roller 50b.

そして、伝播体50は、超音波振動体49を作動させることによって、所定の振幅で、勝所定の周波数で上下方向に振動し、金属体M1を上下方向に振動させている。本実施形態では、超音波振動体49によって振動運動を生起しているが、超音波振動体49以外の装置、たとえばリニアモータあるいは圧電素子等によって振動運動を生起してもよい。   The propagating body 50 operates the ultrasonic vibrating body 49 to vibrate in a vertical direction with a predetermined amplitude and a predetermined frequency, thereby vibrating the metal body M1 in the vertical direction. In the present embodiment, the vibration motion is generated by the ultrasonic vibrator 49, but the vibration motion may be generated by a device other than the ultrasonic vibrator 49, such as a linear motor or a piezoelectric element.

超音波振動体49によって金属体M1に加えた振動の振幅は、後述するように金属体M1に形成した低変形抵抗領域30部分における金属組織を剪断変形によって微細化できる程度であればよく、基本的には、金属体M1を構成している金属の金属組織の粒径と、低変形抵抗領域30の金属体M1の伸延方向における幅寸法とから必要最小限の振幅が決定される。   The amplitude of the vibration applied to the metal body M1 by the ultrasonic vibrator 49 is not limited as long as the metal structure in the low deformation resistance region 30 formed on the metal body M1 can be refined by shear deformation as described later. Specifically, the minimum amplitude required is determined from the grain size of the metal structure of the metal constituting the metal body M1 and the width dimension of the low deformation resistance region 30 in the extending direction of the metal body M1.

超音波振動体49による振動の振幅は、大きければ大きいほど金属組織を微細化できるが、振動の振幅が大きい場合には低変形抵抗領域30において復元が困難となる変形が発生するおそれがあり、そのため、低変形抵抗領域30に復元が困難となる変形が生じない最大の振幅で金属体M1を振動させることが望ましい。   The larger the amplitude of vibration by the ultrasonic vibrator 49, the finer the metal structure can be. However, when the amplitude of vibration is large, there is a risk of deformation that is difficult to restore in the low deformation resistance region 30, Therefore, it is desirable to vibrate the metal body M1 with the maximum amplitude that does not cause deformation that makes it difficult to restore the low deformation resistance region 30.

ここで、復元が困難とならない変形とは、半周期による振動において、低変形抵抗領域30が振動前の形状に復元する変形であり、復元が困難となる変形とは、半周期による振動において、低変形抵抗領域30が振動前の形状に復元しない変形である。   Here, the deformation that does not become difficult to restore is a deformation in which the low deformation resistance region 30 is restored to the shape before vibration in vibration due to a half cycle, and the deformation that is difficult to restore is in vibration due to a half cycle, This is a deformation in which the low deformation resistance region 30 is not restored to the shape before vibration.

超音波振動体49によって金属体M1に加えた振動の周波数は、振動によって低変形抵抗領域30に生起した変位による歪みを、金属体M1の歪みの解消作用によって解消したり、金属組織の再結晶化作用によって解消したりするよりも前に、先に加えた変位と異なる変位、すなわち、逆方向あるいは異なる方向への変位による歪みを与えることができる周波数である必要があり、この周波数はできる限り大きく設定する方が望ましい。なお、金属体M1に加える振動は、必ずしも高周波の振動を印加する場合だけでなく、たとえば低変形抵抗領域30に半周期分の振動だけを印加するような、低周波の振動を短時間だけ印加するように構成してもよい。   The frequency of the vibration applied to the metal body M1 by the ultrasonic vibrator 49 can eliminate the distortion caused by the displacement caused in the low deformation resistance region 30 by the vibration, or the metal structure M1 can be relieved, or the metal structure can be recrystallized. Before it can be resolved by the oxidization action, it must be a frequency that can give a displacement different from the displacement applied earlier, that is, a distortion caused by a displacement in the opposite direction or in a different direction, and this frequency is as much as possible A larger setting is desirable. Note that the vibration applied to the metal body M1 is not limited to applying high-frequency vibrations. For example, low-frequency vibrations such as applying only half-cycle vibrations to the low deformation resistance region 30 are applied for a short time. You may comprise.

ここでいう低周波とは、低変形抵抗領域30に生起した変位による歪みに対して、上記した金属体M1の歪みの解消作用、あるいは金属組織の再結晶化作用が作用を開始するまでの間に、低周波の振動が次の変位による歪みを生起することができるもっとも長い時間を4分の1周期とした振動の周波数である。   The term “low frequency” as used herein refers to the time until the above-described action of eliminating the distortion of the metal body M1 or the recrystallization action of the metal structure starts to act on the distortion caused by the displacement generated in the low deformation resistance region 30. In addition, the frequency of vibration with the longest period during which low-frequency vibration can cause distortion due to the next displacement as a quarter period.

振動伝搬抑制体48は、上記した第2規制体45と同一構成であって、金属体M1を挟んで立設した第1支持体48aと第2支持体48bに、金属体M1の下方側に位置させる下側ローラ48cと、金属体M1の上方側に位置させる上側ローラ48dとを回転自在に架設して、下側ローラ48cと上側ローラ48dとで金属体M1を挟持固定し、振動印加体47で金属体M1に加えた振動が金属体M1に沿って伝搬することを抑制している。   The vibration propagation suppressing body 48 has the same configuration as that of the second restricting body 45 described above, and is provided on the lower side of the metal body M1 on the first support body 48a and the second support body 48b which are erected with the metal body M1 interposed therebetween. A lower roller 48c to be positioned and an upper roller 48d positioned to the upper side of the metal body M1 are rotatably mounted, and the metal body M1 is sandwiched and fixed by the lower roller 48c and the upper roller 48d, and a vibration application body 47 prevents the vibration applied to the metal body M1 from propagating along the metal body M1.

剪断変形部42は、金属体M1を所定温度に加熱する加熱装置51と、この加熱装置51による加熱によって金属体M1に形成した低変形抵抗領域30を所定の幅内に抑制するために金属体M1を冷却する冷却装置52とで構成している。   The shear deformation portion 42 is a metal body in order to suppress the heating device 51 that heats the metal body M1 to a predetermined temperature and the low deformation resistance region 30 formed in the metal body M1 by heating by the heating device 51 within a predetermined width. And a cooling device 52 for cooling M1.

本実施形態では、加熱装置51には高周波加熱コイルを用いており、この高周波加熱コイルを金属体M1に所定回数巻回し、金属体M1を所定温度に加熱することによって変形抵抗を低減させて低変形抵抗領域30を形成している。なお、加熱装置51としては高周波加熱コイルに限定するものではなく、電子ビーム、プラズマ、レーザー、電磁誘導等を用いた加熱や、ガスバーナーによる加熱、電気的短絡を利用した加熱であってもよい。特に、加熱装置51として電子ビームを用いた場合には、金属体M1の伸延方向における低変形抵抗領域30の幅を極めて小さくすることができ、低変形抵抗領域30により大きな剪断応力を作用させることができるので、金属組織のさらなる微細化を可能とすることができる。   In the present embodiment, the heating device 51 uses a high-frequency heating coil. The high-frequency heating coil is wound around the metal body M1 a predetermined number of times, and the metal body M1 is heated to a predetermined temperature to reduce the deformation resistance and thereby reduce the resistance. A deformation resistance region 30 is formed. The heating device 51 is not limited to a high-frequency heating coil, and may be heating using an electron beam, plasma, laser, electromagnetic induction, etc., heating by a gas burner, or heating using an electrical short circuit. . In particular, when an electron beam is used as the heating device 51, the width of the low deformation resistance region 30 in the extending direction of the metal body M1 can be extremely small, and a large shear stress acts on the low deformation resistance region 30. Therefore, the metal structure can be further miniaturized.

冷却装置52は、給水配管52aから供給された水を吐出する第1吐水口52bと第2吐水口52cで構成しており、第1吐水口52b及び第2吐水口52cから吐出した水によって金属体M1を冷却している。図9中、53は第1吐水口52b及び第2吐水口52cから吐出された水を受ける受水容器であり、54は同受水容器53に接続した排水管である。   The cooling device 52 includes a first water outlet 52b and a second water outlet 52c that discharge water supplied from the water supply pipe 52a, and is made of metal by water discharged from the first water outlet 52b and the second water outlet 52c. Body M1 is cooling. In FIG. 9, 53 is a water receiving container that receives water discharged from the first water outlet 52 b and the second water outlet 52 c, and 54 is a drain pipe connected to the water receiving container 53.

冷却装置52では、第1吐水口52bと第2吐水口52cとの間に設けた加熱装置51によって形成された低変形抵抗領域30の両側を、第1吐水口52b及び第2吐水口52cから吐出した水によって冷却しており、特に、第1吐水口52b及び第2吐水口52cの配設位置を調整することによって、低変形抵抗領域30を、金属体M1の伸延方向の長さと比較して極めて微少な領域としている。   In the cooling device 52, both sides of the low deformation resistance region 30 formed by the heating device 51 provided between the first water outlet 52b and the second water outlet 52c are connected to the first water outlet 52b and the second water outlet 52c. In particular, the low deformation resistance region 30 is compared with the length of the metal body M1 in the extending direction by adjusting the arrangement positions of the first water outlet 52b and the second water outlet 52c. This is a very small area.

このように、低変形抵抗領域30を、金属体M1の伸延方向に沿った微小幅とすることにより、低変形抵抗領域30の部分に極めて大きな剪断変形を生起しやすく、金属組織の微細化効率を向上させることができる。しかも、振動運動による剪断変形の残留歪み、あるいは残留変形を小さくすることができる。   In this way, by making the low deformation resistance region 30 a minute width along the extending direction of the metal body M1, it is easy to cause extremely large shear deformation in the portion of the low deformation resistance region 30, and the metal structure refinement efficiency Can be improved. In addition, the residual strain of the shear deformation due to the vibration motion or the residual deformation can be reduced.

また、加熱装置51で加熱した低変形抵抗領域30を冷却装置52によって急冷することによって焼き入れを行っていることとなり、金属組織が微細化された金属体M1の硬度の向上を図ることもできる。   In addition, the low deformation resistance region 30 heated by the heating device 51 is quenched by the cooling device 52, so that the hardness of the metal body M1 with a refined metal structure can be improved. .

金属体M1の冷却は水冷に限定するものではなく、空冷であってもよい、励磁冷却であってもよく、金属体M1の変形抵抗を向上させることができればどのような方法であってもよい。   The cooling of the metal body M1 is not limited to water cooling, and may be air cooling, excitation cooling, or any method that can improve the deformation resistance of the metal body M1. .

本実施形態では、第2規制体45と高周波加熱コイルからなる加熱装置51との間に冷却装置52を設け、また、加熱装置51と振動印加体47との間に冷却装置52を設けているが、第2規制体45及び振動印加体47は冷却装置52よりも加熱装置51に近接させて設け、第2規制体45と振動印加体47との間隔をできるだけ短くしてもよい。   In the present embodiment, a cooling device 52 is provided between the second regulating body 45 and the heating device 51 composed of a high-frequency heating coil, and a cooling device 52 is provided between the heating device 51 and the vibration applying body 47. However, the second regulating body 45 and the vibration applying body 47 may be provided closer to the heating device 51 than the cooling device 52, and the distance between the second regulating body 45 and the vibration applying body 47 may be as short as possible.

このように、第2規制体45と振動印加体47との間隔をできるだけ短くすることによって、振動印加体47によって金属体M1に印加した振動のエネルギーが低変形抵抗領域30以外の部分に散逸することを防止でき、振動のエネルギーによる低変形抵抗領域30の剪断変形を効率よく生起することができる。   In this way, by reducing the distance between the second restricting body 45 and the vibration applying body 47 as much as possible, the energy of vibration applied to the metal body M1 by the vibration applying body 47 is dissipated to a portion other than the low deformation resistance region 30. This can prevent the shear deformation of the low deformation resistance region 30 due to the energy of vibration and can efficiently occur.

さらに、金属体M1を挟持した第2規制体45の下側ローラ45cと上側ローラ45d、及び振動印加体47の伝播体50における下側ローラ50aと上側ローラ50bに冷却機能を付加し、これらのローラ45c,45d,50a,50bによって金属体M1を挟持するとともに冷却してもよい。   Further, a cooling function is added to the lower roller 45c and the upper roller 45d of the second regulating body 45 sandwiching the metal body M1, and the lower roller 50a and the upper roller 50b in the propagation body 50 of the vibration applying body 47, The metal body M1 may be sandwiched and cooled by the rollers 45c, 45d, 50a, and 50b.

上記のように構成したSVSP装置において、振動運動によって金属組織を微細化する場合には、金属体M1を固定部41、剪断変形部42、振動部43に順次送通し、剪断変形部42の冷却装置52によって低変形抵抗領域30の両側を冷却しながら加熱装置51によって金属体M1を加熱して、低変形抵抗領域30を形成する。   In the SVSP apparatus configured as described above, when the metal structure is refined by vibration motion, the metal body M1 is sequentially sent to the fixing portion 41, the shear deformation portion 42, and the vibration portion 43 to cool the shear deformation portion 42. While cooling both sides of the low deformation resistance region 30 by the device 52, the metal body M1 is heated by the heating device 51 to form the low deformation resistance region 30.

ここで、加熱装置51による加熱は、低変形抵抗領域30の温度が金属体M1に生じた歪みの回復軟化温度または金属組織の再結晶温度以上となるまで行い、回復・再結晶温度以上となったところで振動印加体47によって金属体M1の非低変形抵抗領域を振動させて、低変形抵抗領域30に剪断変形を生起する。なお、加熱装置51による金属体M1の加熱温度は、回復・再結晶温度以上ではあるが、金属結晶粒の粗大化の影響が生じ始める温度以下に制御することが望ましい。   Here, the heating by the heating device 51 is performed until the temperature of the low deformation resistance region 30 becomes equal to or higher than the recovery softening temperature of the strain generated in the metal body M1 or the recrystallization temperature of the metal structure, and becomes higher than the recovery / recrystallization temperature. The vibration applying body 47 vibrates the non-low deformation resistance region of the metal body M1 to cause shear deformation in the low deformation resistance region 30. It should be noted that the heating temperature of the metal body M1 by the heating device 51 is not less than the recovery / recrystallization temperature, but is preferably controlled to be not more than the temperature at which the influence of the coarsening of the metal crystal grains starts to occur.

このように、低変形抵抗領域30を剪断変形させることによって、金属体M1には外形形状の変化をほとんど生起することなく金属組織を微細化することができる。   As described above, by shearing and deforming the low deformation resistance region 30, the metal structure can be refined with almost no change in the outer shape of the metal body M1.

なお、本実施形態では、振動印加体47は金属体M1の非低変形抵抗領域を金属体M1の厚み方向である上下方向に振動させているが、上記したように図2に示すように、金属体M1の幅方向である左右方向に振動させてもよいし、上下方向の振動と左右方向の振動とを複合させた複合振動によって振動させてもよく、そのために振動印加体47を適宜の構成としてよい。   In this embodiment, the vibration applying body 47 vibrates the non-low deformation resistance region of the metal body M1 in the vertical direction that is the thickness direction of the metal body M1, but as described above, as shown in FIG. The metal body M1 may be vibrated in the left-right direction, which is the width direction of the metal body M1, or may be vibrated by a composite vibration in which the vertical vibration and the left-right vibration are combined. It is good as composition.

ここで、金属体M1に印加する振動は、金属体M1の伸延方向と略直交する上下方向あるいは左右方向の振動だけに限定しているものではなく、振動の成分中に少なくとも金属体M1の伸延方向と略直交する上下方向あるいは左右方向の振動が含まれていればよい。   Here, the vibration applied to the metal body M1 is not limited to the vibration in the vertical direction or the left-right direction substantially orthogonal to the extension direction of the metal body M1, but at least the extension of the metal body M1 in the vibration component. It is sufficient that vibrations in the vertical direction or the horizontal direction substantially perpendicular to the direction are included.

本実施形態のSVSP装置では、上記したように振動部43での振動運動の印加により低変形抵抗領域30において剪断変形を生起するとともに、同時に金属体M1を伸延方向に送給することによって、金属体M1における低変形抵抗領域30の位置を変位させることができ、金属体M1に対して振動運動による剪断処理を連続的に行って広範囲にわたって金属組織を微細化することができる。   In the SVSP apparatus of the present embodiment, as described above, the shear deformation is caused in the low deformation resistance region 30 by the application of the vibration motion in the vibration part 43, and at the same time, the metal body M1 is fed in the distraction direction, thereby The position of the low deformation resistance region 30 in the body M1 can be displaced, and the metal structure M1 can be subjected to a shearing process by vibration motion continuously to refine the metal structure over a wide range.

特に、低変形抵抗領域30が一方向に伸延した金属体M1を完全に横断していることによって、低変形抵抗領域30の移動にともなって金属体M1には一様に剪断処理を施すことができ、略均一に金属組織が微細化された金属体M1を形成することができる。   In particular, since the low deformation resistance region 30 completely traverses the metal body M1 extending in one direction, the metal body M1 can be uniformly subjected to shearing as the low deformation resistance region 30 moves. It is possible to form the metal body M1 in which the metal structure is refined substantially uniformly.

さらに、場合によっては、金属体M1の所要の位置で剪断変形によって生起する剪断応力の大きさを調整することにより金属組織の微細化の程度を調整して、金属体M1の強度あるいは延性を調整することができ、部分的に強度を向上させたり、延性を向上させたりした金属体M1を生成できる。   Further, in some cases, the strength or ductility of the metal body M1 is adjusted by adjusting the degree of refinement of the metal structure by adjusting the magnitude of the shear stress caused by the shear deformation at the required position of the metal body M1. Thus, it is possible to generate the metal body M1 that is partially improved in strength or improved in ductility.

また、SVSP装置を、金属体M1に対して熱間圧延や冷間圧延、あるいは押出成形等を行う所定の成形装置の後行程部分に設けた場合には、圧延処理あるいは押出処理等によって伸延方向に引き延ばされた金属体M1の金属組織を剪断変形させることができ、金属組織をさらに微細化させやすくすることができる。   In addition, when the SVSP apparatus is provided in the subsequent stroke portion of a predetermined forming apparatus that performs hot rolling, cold rolling, extrusion molding, or the like on the metal body M1, the extending direction is increased by rolling or extrusion processing. Thus, the metal structure of the metal body M1 stretched by the shearing can be shear-deformed, and the metal structure can be further refined.

図10は、金属体に形成した低変形抵抗領域を捻回することにより剪断変形させる装置である。本発明者らは、このように低変形抵抗領域を捻回することによって剪断変形させて金属組織を微細化させることをSTSP(Severe Torsion Straining Process)法と称しており、図10はSTSP装置の一例の概略説明図である。ここでは、説明の便宜上、金属体M2は一方向に伸延させた丸棒体としているが、中空部を有する円筒状体であってもよい。   FIG. 10 shows an apparatus for shear deformation by twisting a low deformation resistance region formed in a metal body. The present inventors have called the STSP (Severe Torsion Straining Process) method in which the metal structure is refined by shear deformation by twisting the low deformation resistance region, and FIG. It is a schematic explanatory drawing of an example. Here, for convenience of explanation, the metal body M2 is a round bar extending in one direction, but may be a cylindrical body having a hollow portion.

STSP装置は、金属体M2の伸延方向に沿って基台60上面に固定部61と、剪断変形部62と、回転部63とを設けて構成している。   The STSP apparatus is configured by providing a fixed portion 61, a shear deformation portion 62, and a rotating portion 63 on the upper surface of the base 60 along the extending direction of the metal body M2.

固定部61は、基台60上面に立設した第1固定壁61aと、第2固定壁61bとで構成している。第1固定壁61a及び第2固定壁61bは、それぞれ所定の厚みを有する板体で構成しており、第1固定壁61aと第2固定壁61bとは互いに略平行としている。   The fixing portion 61 is composed of a first fixing wall 61a standing on the upper surface of the base 60 and a second fixing wall 61b. The first fixed wall 61a and the second fixed wall 61b are each constituted by a plate having a predetermined thickness, and the first fixed wall 61a and the second fixed wall 61b are substantially parallel to each other.

また、第1固定壁61a及び第2固定壁61bにはそれぞれ金属体M2を挿通させる挿通孔を設け、同挿通孔にそれぞれ金属体M2を挿通させ、第1固定壁61a及び第2固定壁61bの上端に螺着した固定用ネジ61c,61dの先端部を挿通孔に挿通させた金属体M2周面に当接させて、金属体M2を固定している。   The first fixed wall 61a and the second fixed wall 61b are each provided with an insertion hole through which the metal body M2 is inserted. The metal body M2 is inserted through the insertion hole, and the first fixed wall 61a and the second fixed wall 61b. The metal body M2 is fixed by bringing the tip ends of the fixing screws 61c and 61d screwed into the upper end of the metal body M2 into contact with the circumferential surface of the metal body M2 inserted through the insertion hole.

なお、固定部61は、第1固定壁61aと第2固定壁61bとで構成するものに限定するものではなく、金属体M2を固定可能であればどのように構成してもよい。ここで、金属体M2を固定するとは、丸棒状となった金属体M2の中心軸を回転軸とする金属体M2の回転に対する固定である。   The fixing portion 61 is not limited to the one constituted by the first fixing wall 61a and the second fixing wall 61b, and may be configured in any way as long as the metal body M2 can be fixed. Here, to fix the metal body M2 is to fix the rotation of the metal body M2 with the central axis of the metal body M2 having a round bar shape as the rotation axis.

回転部63は、基台60上面に立設した第1規制壁63aと、第2規制壁63bと、第1規制壁63aと第2規制壁63bとの間に介装する進退規制体63cと、図示していない回転装置とによって構成している。   The rotating portion 63 includes a first restriction wall 63a erected on the upper surface of the base 60, a second restriction wall 63b, and an advance / retreat restriction body 63c interposed between the first restriction wall 63a and the second restriction wall 63b. And a rotating device (not shown).

第1規制壁63a及び第2規制壁63bは、それぞれ所定の厚みを有する板体で構成しており、第1規制壁63aと、第2規制壁63bとは互いに略平行としている。そして、第1規制壁63a及び第2規制壁63bにはそれぞれ金属体M2を挿通させる挿通孔を設け、同挿通孔にそれぞれ金属体M2を挿通させている。   The first restriction wall 63a and the second restriction wall 63b are each configured by a plate having a predetermined thickness, and the first restriction wall 63a and the second restriction wall 63b are substantially parallel to each other. The first restriction wall 63a and the second restriction wall 63b are each provided with an insertion hole through which the metal body M2 is inserted, and the metal body M2 is inserted through the insertion hole.

進退規制体63cは、第1規制壁63aと第2規制壁63bとの間隔寸法と略同一の長さを有し、かつ、金属体M2に環装可能とした円筒体で構成している。この進退規制体63cは、第1規制壁63aと第2規制壁63bとの間において金属体M2に環装し、さらに、進退規制体63cの周面に螺着した固定用ネジ63d,63dの先端部を、進退規制体63cを貫通した金属体M2周面に当接させて、金属体M2に対して進退規制体63cを固定している。   The advance / retreat restricting body 63c has a length that is substantially the same as the distance between the first restricting wall 63a and the second restricting wall 63b, and is formed of a cylindrical body that can be attached to the metal body M2. The advance / retreat restricting body 63c is mounted on the metal body M2 between the first restricting wall 63a and the second restricting wall 63b, and further includes fixing screws 63d, 63d screwed onto the peripheral surface of the advance / retreat restricting body 63c. The forward / backward restricting body 63c is fixed to the metal body M2 by bringing the tip portion into contact with the circumferential surface of the metal body M2 penetrating the advance / retreat restricting body 63c.

したがって、後述するように金属体M2の非低変形抵抗領域を回転させた場合には、進退規制体63cが第1規制壁63aと第2規制壁63bに規制されることにより、金属体M2に伸延方向のズレが生じることを防止できる。   Therefore, when the non-low deformation resistance region of the metal body M2 is rotated as will be described later, the advance / retreat restricting body 63c is restricted by the first restricting wall 63a and the second restricting wall 63b. It is possible to prevent the displacement in the extending direction.

金属体M2の非低変形抵抗領域を回転させる回転装置には様々な装置を用いることができ、回転部63側の金属体M2に所定のトルクを加えながら回転させることができればどのような装置であってもよい。本実施形態では、回転部63側の金属体M2の端部に回転用モータ(図示せず)を連動連結し、この回転用モータを回転装置としている。   Various devices can be used as the rotating device for rotating the non-low deformation resistance region of the metal body M2, and any device can be used as long as it can be rotated while applying a predetermined torque to the metal body M2 on the rotating portion 63 side. There may be. In the present embodiment, a rotating motor (not shown) is interlocked and connected to the end of the metal body M2 on the rotating portion 63 side, and this rotating motor is used as a rotating device.

剪断変形部62は、金属体M2を所定温度に加熱する加熱装置64と、この加熱装置64による加熱によって金属体M2に形成した低変形抵抗領域30'を所定の幅寸法とするために金属体M2を冷却する冷却装置65とで構成している。   The shear deformation part 62 is a metal device for heating the metal body M2 to a predetermined temperature and the low deformation resistance region 30 ′ formed in the metal body M2 by heating by the heating device 64 to have a predetermined width dimension. And a cooling device 65 for cooling M2.

本実施形態では、加熱装置64には高周波加熱コイルを用いており、この高周波加熱コイルを金属体M2に所定回数巻回し、金属体M1を所定温度に加熱することによって変形抵抗を低減させて低変形抵抗領域30'を形成している。なお、加熱装置64は高周波加熱コイルに限定するものではなく、電子ビーム、プラズマ、レーザー、電磁誘導等を用いた加熱や、ガスバーナーによる加熱、電気的短絡を利用した加熱であってもよい。特に、加熱装置64として電子ビームを用いた場合には、金属体M2の伸延方向における低変形抵抗領域30'の幅を極めて小さくすることができ、低変形抵抗領域30'により大きな剪断応力を作用させることができるので、金属組織のさらなる微細化を可能とすることができる。   In the present embodiment, the heating device 64 uses a high-frequency heating coil. The high-frequency heating coil is wound around the metal body M2 a predetermined number of times, and the metal body M1 is heated to a predetermined temperature to reduce the deformation resistance, thereby reducing the resistance. A deformation resistance region 30 ′ is formed. The heating device 64 is not limited to the high-frequency heating coil, and may be heating using an electron beam, plasma, laser, electromagnetic induction, etc., heating by a gas burner, or heating using an electrical short circuit. In particular, when an electron beam is used as the heating device 64, the width of the low deformation resistance region 30 ′ in the extending direction of the metal body M2 can be extremely small, and a large shear stress acts on the low deformation resistance region 30 ′. Therefore, the metal structure can be further miniaturized.

冷却装置65は、給水配管65aから供給された水を吐出する第1吐水口65bと第2吐水口65cで構成しており、第1吐水口65b及び第2吐水口65cから吐出した水によって金属体M2を冷却している。図10中、66は第1吐水口65b及び第2吐水口65cから吐出された水を受ける受水容器であり、67は同受水容器66に接続した排水管である。   The cooling device 65 is composed of a first water outlet 65b and a second water outlet 65c that discharge water supplied from the water supply pipe 65a, and is made of metal by water discharged from the first water outlet 65b and the second water outlet 65c. Body M2 is cooling. In FIG. 10, 66 is a water receiving container that receives water discharged from the first water outlet 65 b and the second water outlet 65 c, and 67 is a drain pipe connected to the water receiving container 66.

冷却装置65では、第1吐水口65bと第2吐水口65cとの間に設けた加熱装置64によって形成された低変形抵抗領域30'の両側を、第1吐水口65b及び第2吐水口65cから吐出した水によって冷却しており、特に、第1吐水口65b及び第2吐水口65cの配設位置を調整することによって、低変形抵抗領域30'を、金属体M2の伸延方向の長さと比較して極めて微少な領域としている。   In the cooling device 65, both sides of the low deformation resistance region 30 ′ formed by the heating device 64 provided between the first water outlet 65b and the second water outlet 65c are connected to the first water outlet 65b and the second water outlet 65c. In particular, the low deformation resistance region 30 ′ is adjusted to the length in the extending direction of the metal body M2 by adjusting the arrangement positions of the first water outlet 65b and the second water outlet 65c. Compared to this, the area is extremely small.

このように、低変形抵抗領域30'を、金属体M2の伸延方向に沿った微小幅とすることにより、低変形抵抗領域30'の部分に極めて大きな剪断変形を生起しやすく、金属組織の微細化効率を向上させることができる。しかも、回転装置によって低変形抵抗領域30'を捻回した場合に低変形抵抗領域30'において捻回のムラが生じることを防止できる。さらに、捻回によって低変形抵抗領域30'に生起した剪断変形の残留歪み、あるいは残留変形を小さくすることができる。   In this way, by setting the low deformation resistance region 30 ′ to a minute width along the extending direction of the metal body M2, it is easy to cause extremely large shear deformation in the portion of the low deformation resistance region 30 ′, and the microstructure of the metal structure is fine. Efficiency can be improved. Moreover, when the low deformation resistance region 30 ′ is twisted by the rotating device, it is possible to prevent the occurrence of uneven twisting in the low deformation resistance region 30 ′. Furthermore, the residual strain or residual deformation of the shear deformation caused in the low deformation resistance region 30 ′ by twisting can be reduced.

また、加熱装置64で加熱した低変形抵抗領域30'を冷却装置65によって急冷することによって焼き入れを行っていることとなり、金属組織が微細化された金属体M2の硬度の向上を図ることもできる。   In addition, the low deformation resistance region 30 ′ heated by the heating device 64 is quenched by the cooling device 65, so that the hardness of the metal body M2 having a refined metal structure can be improved. it can.

低変形抵抗領域30'の幅は、金属体M2の伸延方向と直交する面による断面での断面幅寸法の約3倍以内が望ましい。低変形抵抗領域30'をこのような条件とすることによって、捻回にともなう低変形抵抗領域30'の変形を必要最小限に抑制しながら大きな剪断変形を生起することができ、金属体M2の金属組織の微細化効率を向上させることができる。   The width of the low deformation resistance region 30 ′ is preferably within about three times the cross-sectional width dimension of a cross section by a plane orthogonal to the extending direction of the metal body M2. By setting the low deformation resistance region 30 ′ to such a condition, it is possible to cause a large shear deformation while suppressing the deformation of the low deformation resistance region 30 ′ accompanying twisting to the minimum necessary. The refinement efficiency of the metal structure can be improved.

上記の冷却装置65は水冷装置としているが、水冷装置に限定するものではなく、加熱装置64による加熱領域を局部的な領域とすることができるように冷却可能な装置であれば空冷であってもよく、あるいは励磁冷却であってもよく、適宜の冷却装置を用いてよい。特に、加熱装置64による加熱を電子ビーム加熱とした場合には、雰囲気を真空として、自己冷却によって冷却することもできる。   The cooling device 65 is a water cooling device, but is not limited to the water cooling device, and can be an air cooling if it can be cooled so that the heating region by the heating device 64 can be a local region. Alternatively, excitation cooling may be used, and an appropriate cooling device may be used. In particular, when the heating by the heating device 64 is electron beam heating, the atmosphere can be vacuumed and cooling can be performed by self-cooling.

本実施形態のSTSP装置及び上記したSVSP装置では、大気中で加熱装置64,51による金属体M2,M1の加熱を行っているが、不活性ガス雰囲気中で加熱するようにしてもよく、場合によっては、金属体M2,M1の加熱領域と反応する反応性ガス雰囲気中で加熱するようにしてもよい。しかも、大気圧状態で加熱するのではなく、減圧状態や加圧状態で加熱してもよい。   In the STSP apparatus of the present embodiment and the above-described SVSP apparatus, the metal bodies M2 and M1 are heated by the heating apparatuses 64 and 51 in the atmosphere, but may be heated in an inert gas atmosphere. Depending on the case, heating may be performed in a reactive gas atmosphere that reacts with the heating region of the metal bodies M2 and M1. Moreover, instead of heating in an atmospheric pressure state, heating may be performed in a reduced pressure state or a pressurized state.

特に、反応性ガス雰囲気中で金属体M2,M1を加熱した場合には、金属体M2,M1の加熱領域に反応性ガスとの反応にともなう強ひずみを生起することができる場合や、表面コーティングを行うことができる場合がある。   In particular, when the metal bodies M2 and M1 are heated in a reactive gas atmosphere, the metal M2 and M1 can be subjected to a strong strain caused by the reaction with the reactive gas in the heating region, or surface coating. May be able to do.

さらに、金属体M2が中空円筒体である場合には、STSP装置において中空部分に不活性ガスあるいは反応性ガスを高圧状態あるいは減圧状態で送気することにより、低変形抵抗領域30'に強ひずみを生起することもできる。   Further, when the metal body M2 is a hollow cylindrical body, a strong strain is applied to the low deformation resistance region 30 ′ by supplying an inert gas or a reactive gas to the hollow portion in a high pressure state or a reduced pressure state in the STSP device. Can also occur.

なお、不活性ガスあるいは反応性ガスではなく、不活性液体あるいは反応性液体であってもよい。   Note that an inert liquid or a reactive liquid may be used instead of the inert gas or the reactive gas.

STSP装置は上記のように構成しており、金属体M2に形成した低変形抵抗領域30'を捻回することによって金属組織を微細化する場合には、STSP装置に金属体M2を装着し、冷却装置65によって低変形抵抗領域30'の両側を冷却しながら加熱装置64によって低変形抵抗領域30'を加熱する。   The STSP apparatus is configured as described above, and when the metal structure is made fine by twisting the low deformation resistance region 30 ′ formed in the metal body M2, the metal body M2 is attached to the STSP apparatus, The low deformation resistance region 30 ′ is heated by the heating device 64 while cooling both sides of the low deformation resistance region 30 ′ by the cooling device 65.

ここで、加熱装置64による加熱は、低変形抵抗領域30'の温度が金属体M2に生じた歪みの回復軟化温度または再結晶温度以上となるまで行い、回復・再結晶温度以上となったところで回転装置によって非低変形抵抗領域を金属体M2の中心軸を回転軸として回転軸周りに回転させることにより、低変形抵抗領域30'を捻回する。   Here, the heating by the heating device 64 is performed until the temperature of the low deformation resistance region 30 ′ becomes equal to or higher than the recovery softening temperature or recrystallization temperature of the strain generated in the metal body M2, and when the temperature becomes higher than the recovery / recrystallization temperature. The low deformation resistance region 30 ′ is twisted by rotating the non-low deformation resistance region around the rotation axis with the central axis of the metal body M2 as the rotation axis by the rotating device.

回転装置による非低変形抵抗領域の回転は1〜20rpmとしている。回転回数は2分の1回転以上としており、回転回数が多いほど大きな剪断変形を生起することができ、金属組織の微細化効率を向上させることができる。   The rotation of the non-low deformation resistance region by the rotating device is 1 to 20 rpm. The number of rotations is set to 1/2 or more, and the larger the number of rotations, the larger shear deformation can be caused and the metal structure refinement efficiency can be improved.

なお、加熱装置64による金属体M2の加熱温度は、回復・再結晶温度以上ではあるが、金属結晶粒の粗大化の影響が生じ始める温度以下に制御することが望ましい。   Although the heating temperature of the metal body M2 by the heating device 64 is not less than the recovery / recrystallization temperature, it is desirable to control it to not more than the temperature at which the influence of the coarsening of metal crystal grains starts to occur.

このようにして低変形抵抗領域30'を捻回した後、低変形抵抗領域30'を冷却している。上記した実施形態では、金属体M2を伸延方向に沿って移動させることはできないが、金属体M2を伸延方向に沿って移動可能に構成することにより、金属体M2における低変形抵抗領域30'の位置を変位させることができ、金属体M2に対して捻回による剪断処理を連続的に行って、広範囲の領域にわたって金属組織を微細化した金属体M2とすることができる。   After the low deformation resistance region 30 ′ is twisted in this way, the low deformation resistance region 30 ′ is cooled. In the embodiment described above, the metal body M2 cannot be moved along the extending direction, but by configuring the metal body M2 to be movable along the extending direction, the low deformation resistance region 30 ′ in the metal body M2 is configured. The position of the metal body M2 can be displaced, and the metal body M2 can be continuously subjected to a shearing process by twisting to obtain a metal body M2 having a finer metal structure over a wide area.

さらに、場合によっては、金属体M2の所要の位置に形成した低変形抵抗領域30'ごとに、回転装置による金属体M2の回転速度を調整することにより金属組織の微細化の程度を調整して、金属体M2の強度あるいは延性を調整することができ、部分的に強度を向上させたり、延性を向上させたりした金属体M2を生成できる。   Further, in some cases, for each low deformation resistance region 30 ′ formed at a required position of the metal body M2, the degree of refinement of the metal structure is adjusted by adjusting the rotation speed of the metal body M2 by the rotating device. In addition, the strength or ductility of the metal body M2 can be adjusted, and the metal body M2 having partially improved strength or improved ductility can be generated.

図11は、上記したSTSP装置による処理前のアルミニウム合金であるA5056の電子顕微鏡写真であり、図12は、STSP装置で処理したA5056の電子顕微鏡写真である。金属体M2を剪断変形させることによって、60〜70μmであった金属組織の結晶粒を5μm以下にまで微細化できることがわかる。   FIG. 11 is an electron micrograph of A5056, which is an aluminum alloy before processing by the above-described STSP apparatus, and FIG. 12 is an electron micrograph of A5056 processed by the STSP apparatus. It can be seen that the metal structure M2 can be refined to 5 μm or less by making the metal body M2 shear deformation.

しかも、この結晶粒の微細化は、加熱、冷却の条件を工夫して設定することにより、たとえば、電子ビームできわめて狭い領域のみをしかも深淵部まで加熱し、その領域外では自己冷却により低温のままとすれば、低変形抵抗領域と非低変形抵抗領域の境界部を幅狭として低変形抵抗領域に強ひずみを集中できるので、結晶粒径を数十ナノから十ナノのレベルにまで、微細化することができる。   Moreover, this refinement of the crystal grains can be achieved by devising and setting the heating and cooling conditions, for example, by heating only a very narrow region to the deep part with an electron beam, and outside the region by self-cooling. If this is left, the boundary between the low deformation resistance region and the non-low deformation resistance region can be narrowed to concentrate strong strain in the low deformation resistance region, so that the crystal grain size can be reduced to a level of several tens of nanometers to ten nanometers. Can be

また、図13は鉄系材料であるS45Cを、上記したSTSP装置によって処理した金属体と、STSP装置における処理と同様の熱履歴による焼き鈍し処理を行った金属体との耐力、引張り強度、均一延びを比較した結果を示しており、STSP装置で処理することによって均一延びを増加させることなく耐力及び引張り強度を向上させることができることがわかる。   Further, FIG. 13 shows the proof stress, tensile strength, and uniform elongation of a metal body obtained by processing S45C, which is an iron-based material, by the above-described STSP apparatus and a metal body that has been annealed by the same thermal history as the process in the STSP apparatus. These results show that the yield strength and the tensile strength can be improved without increasing the uniform elongation by processing with the STSP apparatus.

さらに、図14はアルミニウム系材料であるAl5056を、上記したSTSP装置によって処理した金属体と、STSP装置における処理と同様の熱履歴による焼き鈍し処理を行った金属体との耐力、引張り強度、均一延びを比較した結果を示しており、STSP装置で処理することによって、S45Cの場合と同様に、均一延びを増加させることなく耐力及び引張り強度を向上させることができることがわかる。   Furthermore, FIG. 14 shows the yield strength, tensile strength, and uniform elongation of a metal body obtained by treating Al5056, which is an aluminum-based material, with the above-described STSP apparatus, and a metal body that has been annealed by the same thermal history as the process in the STSP apparatus. These results show that the yield strength and the tensile strength can be improved without increasing the uniform elongation, as in the case of S45C, by processing with the STSP apparatus.

このように、上記したSVSP装置及びSTSP装置によって金属体に局部的に低変形抵抗領域30,30'を形成するとともに、この低変形抵抗領域30,30'を剪断変形させることによって強ひずみを加えることにより金属組織を微細化することができ、金属体M1,M2の強度あるいは延性を向上させることができる。   As described above, the low deformation resistance regions 30 and 30 ′ are locally formed on the metal body by the above-described SVSP device and STSP device, and the low deformation resistance regions 30 and 30 ′ are subjected to shear deformation to apply strong strain. As a result, the metal structure can be refined and the strength or ductility of the metal bodies M1 and M2 can be improved.

しかも、図1に示したように、金属体を複数の金属層を重合させた積層体10としている場合には、各金属層を形成している金属が隣接した金属層の金属と互いに微細化しながら接合することにより、一体化した金属体を生成できるとともに、金属層の積層方向に金属組成が変化する金属体を提供することができる。   Moreover, as shown in FIG. 1, when the metal body is a laminate 10 obtained by polymerizing a plurality of metal layers, the metal forming each metal layer is made finer with the metal of the adjacent metal layer. In addition, by joining together, an integrated metal body can be generated, and a metal body whose metal composition changes in the stacking direction of the metal layers can be provided.

あるいは、図15に金属体の断面模式図として示すように、一部を切欠した切欠丸棒状の第1金属棒24の切欠部分に第2金属材25を挿入して一体化した複合金属棒26をSTSP装置で処理することによって、第1金属棒24の金属と第2金属材25の金属とを機械的に混合して、新規な合金を生成できる。   Alternatively, as shown in FIG. 15 as a schematic cross-sectional view of a metal body, a composite metal rod 26 in which a second metal member 25 is inserted and integrated into a notch portion of a notched round bar-shaped first metal rod 24 with a part cut away. Can be mechanically mixed with the metal of the first metal rod 24 and the metal of the second metal material 25 to produce a new alloy.

また、図2に示したように、金属体を複数種類の金属粉体を混合した混合体の仮焼体16としている場合には、各金属粉体の金属組織を互いに微細化しながら接合することにより緊密に一体化した金属体を生成できる。特に、溶融法では生成できない組み合わせの金属もSVSP装置及びSTSP装置によって機械的に接合することができ、新規な合金を生成できる。   In addition, as shown in FIG. 2, when the metal body is a calcined body 16 of a mixture obtained by mixing a plurality of types of metal powders, the metal structures of the metal powders are joined together while being refined. Thus, a tightly integrated metal body can be generated. In particular, a combination of metals that cannot be generated by the melting method can be mechanically joined by the SVSP apparatus and the STSP apparatus, and a new alloy can be generated.

また、図3に示したように、金属体を多孔質体17の孔部に金属粉体18を充填して形成した充填体19としている場合にも、各金属の金属組織を互いに微細化しながら接合することにより一体化した金属体を生成できる。特に、溶融法では生成できない組み合わせの金属もSVSP装置及びSTSP装置によって機械的に接合することができ、新規な合金を生成できる。   As shown in FIG. 3, when the metal body is a filling body 19 formed by filling the pores of the porous body 17 with the metal powder 18, the metal structure of each metal is made finer. An integrated metal body can be produced by bonding. In particular, a combination of metals that cannot be generated by the melting method can be mechanically joined by the SVSP apparatus and the STSP apparatus, and a new alloy can be generated.

また、図4に示したように、金属体を複数種類の金属線材を束ねて形成した金属線束23としている場合には、各金属線材の金属組織を互いに微細化しながら接合することにより一体化した金属体を生成できる。特に、溶融法では生成できない組み合わせの金属もSTSP装置によって機械的に接合することができ、新規な合金を生成できる。   Also, as shown in FIG. 4, when the metal body is a metal wire bundle 23 formed by bundling a plurality of types of metal wires, the metal structures of each metal wire are integrated by being refined and joined together. Metal bodies can be generated. In particular, combinations of metals that cannot be produced by the melting method can be mechanically joined by the STSP apparatus, and a novel alloy can be produced.

特に、金属体は、SVSP装置あるいはSTSP装置によって金属組織を微細化するまでは中空筒状としておき、SVSP装置あるいはSTSP装置によって金属組織を微細化した後に、筒状となっている金属体の周面を切開して板状体とすることにより、極めて容易に板状の金属材料であって、しかも金属組織が微細化されている金属材料を提供できる。   In particular, the metal body has a hollow cylindrical shape until the metal structure is refined by the SVSP apparatus or the STSP apparatus, and after the metal structure is refined by the SVSP apparatus or the STSP apparatus, the circumference of the cylindrical metal body is increased. By cutting the surface into a plate-like body, it is possible to easily provide a metal material that is a plate-like metal material and has a fine metal structure.

上記したSVSP装置及びSTSP装置では、加熱装置51,64によって形成した低変形抵抗領域30,30'の金属体M1,M2の伸延方向における長さと、低変形抵抗領域30,30'に加える剪断変形を調整することによって、低変形抵抗領域30,30'の全域において剪断変形を行うこともできるし、低変形抵抗領域30,30'の一部分、たとえば、低変形抵抗領域30,30'の中央領域や、低変形抵抗領域30,30'の両端部または一方の端部において剪断変形を行うこともできる。   In the above-mentioned SVSP device and STSP device, the length of the low deformation resistance regions 30, 30 ′ formed by the heating devices 51, 64 in the extending direction of the metal bodies M1, M2 and the shear deformation applied to the low deformation resistance regions 30, 30 ′. Can be adjusted so that shear deformation can be performed in the entire region of the low deformation resistance region 30, 30 ′, or a part of the low deformation resistance region 30, 30 ′, for example, the central region of the low deformation resistance region 30, 30 ′. Alternatively, shear deformation can be performed at both ends or one end of the low deformation resistance regions 30, 30 ′.

なお、STSP装置では、その構造から明らかなように、回転装置によって非低変形抵抗領域を回転させた場合の低変形抵抗領域30'の回転軸部分には十分な剪断変形が生じないことによって金属組織の微細化が不十分な領域があらわれるおそれがある。   In the STSP device, as is clear from the structure, the metal shaft is not sufficiently deformed in the rotating shaft portion of the low deformation resistance region 30 ′ when the non-low deformation resistance region is rotated by the rotating device. There is a possibility that an area where the structure is not sufficiently refined may appear.

そこで、本実施形態のSTSP装置では、加熱装置64によって金属体M2を加熱することにより低変形抵抗領域30'を形成する際には、加熱装置64は回転軸の領域を非中心とする加熱分布として加熱している。   Therefore, in the STSP device of the present embodiment, when the low deformation resistance region 30 ′ is formed by heating the metal body M2 by the heating device 64, the heating device 64 has a heating distribution with the rotation axis region as a non-center. As heating.

すなわち、本実施形態のように加熱装置64を高周波加熱コイルで構成した場合には、高周波加熱コイルの中心軸を回転部63による金属体M2の回転軸から偏倚させている。これによって低変形抵抗領域30'では回転軸の領域を非中心とする加熱分布とすることがで、回転軸の領域に微細化されない領域ができることを抑止して、STSP装置においても金属組織を均一に微細化することができる。   That is, when the heating device 64 is configured with a high-frequency heating coil as in the present embodiment, the central axis of the high-frequency heating coil is offset from the rotation axis of the metal body M2 by the rotating unit 63. As a result, in the low deformation resistance region 30 ′, a heating distribution having a non-centered region of the rotation axis can be obtained, and a non-miniaturized region can be prevented from forming in the rotation axis region. Can be made finer.

このように、加熱装置64の配置を調整することにより加熱分布を回転軸の領域を非中心とした状態とすることができ、回転軸の領域の金属組織も確実に微細化することができる。   In this way, by adjusting the arrangement of the heating device 64, the heating distribution can be brought into a state where the region of the rotating shaft is not centered, and the metal structure in the region of the rotating shaft can be surely refined.

STSP装置における金属組織の微細化の不均一を防止する方法としては、低変形抵抗領域30'を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して、金属体M1の伸延方向と略直交する方向に移動させて、この移動によって低変形抵抗領域30'の回転軸の領域に剪断変形を生じさせることにより、金属組織の微細化の不均一を防止してもよい。   As a method for preventing non-uniformization of the microstructure of the metal structure in the STSP apparatus, one non-low deformation resistance region sandwiching the low deformation resistance region 30 ′ is made to the other non-low deformation resistance region with respect to the metal body M1. By moving in a direction substantially perpendicular to the extending direction and causing the shear deformation in the region of the rotation axis of the low deformation resistance region 30 ′ by this movement, non-uniformity in the metal structure may be prevented.

すなわち、STSP装置にSVSP装置の振動印加体47を組み込んで、低変形抵抗領域30'を捻回するとともに振動させてもよい。   That is, the vibration applying body 47 of the SVSP device may be incorporated in the STSP device to twist and vibrate the low deformation resistance region 30 ′.

あるいは、回転軸自体を丸棒状となった金属体M2の幾何学的な中心から偏倚させることにより、低変形抵抗領域30'の回転軸の領域に剪断変形を生じさせて、金属組織の微細化の不均一を防止してもよい。   Alternatively, the rotational axis itself is offset from the geometric center of the metal body M2 in the form of a round bar, thereby causing shear deformation in the region of the rotational axis of the low deformation resistance region 30 ′, thereby miniaturizing the metal structure. May be prevented.

図16は、上記したSTSP装置の変容例の概略説明図である。このSTSP装置には、金属体M2'を供給する供給部70と、剪断変形された金属体M2'を収容する収容部71とを設けている。   FIG. 16 is a schematic explanatory diagram of a modification example of the above-described STSP apparatus. This STSP apparatus is provided with a supply unit 70 for supplying the metal body M2 ′ and a storage unit 71 for storing the sheared metal body M2 ′.

供給部70には所要のリールに巻回した金属体M2'を供給し、図示しない引延具によって金属体M2'を直線状に引き延ばしながら送給するようにしている。   The supply unit 70 is supplied with a metal body M2 ′ wound around a required reel, and is fed while the metal body M2 ′ is linearly extended by a drawing tool (not shown).

収容部71では、剪断変形された金属体M2'を、図示しない巻付具によってリールに巻回させて収容するようにしている。   In the accommodating portion 71, the sheared and deformed metal body M2 ′ is accommodated by being wound around a reel with a winding tool (not shown).

そして、STSP装置では、供給部70と収容部71との間に、金属体M2'の伸延方向に沿って複数の剪断変形部62'をそれぞれ所定間隔だけ離隔して設け、しかも、隣り合った剪断変形部62',62'の間に回転部63'を設けて、この回転部63'によって金属体M2'の伸延方向と略平行とした回転軸周りに金属体M2'を回転させて、剪断変形部62'部分の金属体M2'を剪断変形させている。   In the STSP apparatus, a plurality of shear deformation portions 62 ′ are provided apart from each other by a predetermined interval along the extending direction of the metal body M2 ′ between the supply portion 70 and the accommodating portion 71, and adjacent to each other. A rotating part 63 ′ is provided between the shear deforming parts 62 ′ and 62 ′, and the rotating part 63 ′ rotates the metal body M2 ′ around the rotation axis substantially parallel to the extending direction of the metal body M2 ′. The metal body M2 ′ in the shear deformation portion 62 ′ is subjected to shear deformation.

剪断変形部62'には、金属体M2'を加熱する高周波加熱コイル64'と、金属体M2'を冷却するための冷却水を吐出する第1吐水口65b'と第2吐水口65c'とを設け、しかも、第1吐水口65b'と第2吐水口65c'との間に高周波加熱コイル64'を位置させて、高周波加熱コイル64'による金属体M2'の加熱領域を微小範囲としている。   The shear deformation portion 62 ′ includes a high frequency heating coil 64 ′ for heating the metal body M2 ′, a first water outlet 65b ′ and a second water outlet 65c ′ for discharging cooling water for cooling the metal body M2 ′. In addition, the high frequency heating coil 64 'is positioned between the first water outlet 65b' and the second water outlet 65c ', and the heating region of the metal body M2' by the high frequency heating coil 64 'is set to a minute range. .

本実施形態では、回転部63'には金属体M2'に当接させた回転ローラを設け、この回転ローラによって金属体M2'を回転させている。しかも、隣り合った回転部63'では、それぞれ回転ローラの回転方向を逆方向としている。   In the present embodiment, the rotating part 63 ′ is provided with a rotating roller in contact with the metal body M2 ′, and the metal body M2 ′ is rotated by the rotating roller. In addition, the rotation direction of the rotating roller is opposite in each of the adjacent rotating parts 63 ′.

このように構成したSTSP装置において、供給部70と収容部71とを金属体M2'の搬送手段として金属体M2'を送給することによって、金属体M2'に複数回の剪断変形を施すことができる。   In the STSP apparatus configured as described above, the metal body M2 ′ is fed a plurality of times by the metal body M2 ′ by feeding the metal body M2 ′ using the supply unit 70 and the housing part 71 as the conveying means of the metal body M2 ′. Can do.

あるいは、たとえば、剪断変形部62'を金属体M2'の伸延方向に沿って所定間隔TでNカ所設けている場合に、供給部70と収容部71とを金属体M2'の搬送手段として金属体M2'を所定間隔Tと等距離だけ送給すると、T×Nの長さの領域において一度に剪断変形を行うことができるので、剪断変形を停止して金属体M2'をT×Nだけ送給し、その後、剪断変形を再開して金属体M2'を所定間隔Tと等距離だけ送給することを繰り返すようにすることもできる。これによって、製造効率を向上させることができる。   Alternatively, for example, when the shear deformation portion 62 ′ is provided at N locations at a predetermined interval T along the extending direction of the metal body M2 ′, the supply portion 70 and the storage portion 71 are used as a means for conveying the metal body M2 ′. When the body M2 ′ is fed at an equal distance with the predetermined interval T, the shear deformation can be performed at once in the region of the length of T × N, so the shear deformation is stopped and the metal body M2 ′ is moved by T × N. It is also possible to repeatedly feed the metal body M2 ′ by a distance equal to the predetermined interval T by restarting the shear deformation. Thereby, manufacturing efficiency can be improved.

なお、この場合には、Nは偶数であって、図16のように、剪断変形部62'と剪断変形部62'との間に全て回転部63'を設けるのではなく、一つおきに回転部63'を設けてもよい。   In this case, N is an even number, and as shown in FIG. 16, not all the rotating parts 63 ′ are provided between the shearing deformation part 62 ′ and the shearing deformation part 62 ′, but every other rotation part 63 ′. A rotating part 63 ′ may be provided.

上記のようにして金属組織を微細化した金属体は、高強度であるために自動車部品として用いた場合には軽量化を図ることができ、自動車を軽量化して燃費の向上を図ることができる。   Since the metal body having a finer metal structure as described above has high strength, it can be reduced in weight when used as an automobile part, and the automobile can be reduced in weight to improve fuel efficiency. .

このように自動車部品に用いる金属体は、次のようにして製造している。   Thus, the metal body used for a motor vehicle part is manufactured as follows.

まず、所望の組成とした板状の金属板に対して前処理を行う。この前処理では、金属板を一旦加熱して冷却することによって金属板の単一相化、及び金属板を構成している金属の粒子分散、さらには金属板の残留応力の調整等を行っている。   First, pretreatment is performed on a plate-shaped metal plate having a desired composition. In this pretreatment, the metal plate is once heated and cooled to make a single phase of the metal plate, to disperse the metal particles constituting the metal plate, and to adjust the residual stress of the metal plate, etc. Yes.

次いで、前処理が終了した金属板をSVSP装置で処理することによって、金属板の金属組織を一様に微細化して、高強度化及び高延性化した金属板を形成している。   Next, the metal plate that has been pretreated is processed with an SVSP apparatus, so that the metal structure of the metal plate is uniformly refined to form a metal plate with high strength and high ductility.

特に、金属板をアルミニウム合金とした場合には、高強度化及び高延性化された大判のアルミニウム合金板を形成することができ、複雑な形状のボンネットやカウル等を鍛造で形成可能とすることができ、製造コストを大きく低減することができる。   In particular, when the metal plate is made of an aluminum alloy, a large-sized aluminum alloy plate with high strength and high ductility can be formed, and a complex-shaped bonnet or cowl can be formed by forging. Manufacturing cost can be greatly reduced.

特に、このようなボンネットやカウル等を鍛造で形成する場合に、他部材との接続に用いるフランジや嵌合構造を一体成形することができるので、複数部品の一体成形を行うことによって低コスト化を図ることができるとともに、構造的な強度の向上を図ることができる。   In particular, when such bonnets, cowls, etc. are formed by forging, the flange and fitting structure used for connection with other members can be integrally formed, so the cost can be reduced by integrally forming multiple parts. In addition, the structural strength can be improved.

上記したように、金属板をSVSP装置によって所望の金属体を形成するだけでなく、所望の組成とした丸棒状の金属体に対して、上記した前処理を行った後にSTSP装置で処理することによって、金属板の金属組織を一様に微細化して、高強度化及び高延性化した金属体を形成することもできる。   As described above, the metal plate is not only formed with the SVSP apparatus, but also processed with the STSP apparatus after the above-described pretreatment is performed on the round bar-shaped metal body having a desired composition. Thus, the metal structure of the metal plate can be uniformly refined to form a metal body having high strength and high ductility.

このようにして形成した金属体は、高延性となっているので、所要の容積ごとに分離した後に複数のシリンダを有する鍛造金型で鍛造加工を行うことによって、たとえば、図17に示すように、複雑な形状を有するボディーフレームソケット80を形成することもできる。   Since the metal body formed in this way has high ductility, forging with a forging die having a plurality of cylinders after separation for each required volume, for example, as shown in FIG. Alternatively, the body frame socket 80 having a complicated shape can be formed.

本実施形態のボディーフレームソケット80は、図18に示すように自動車のボディーフレーム90における各フレームの接続部分に使用するものであり、通常は、各フレームを接続部で溶接することにより接続していたが、図17に示すボディーフレームソケット80を用いることによって、溶接作業を不要として製造コストを低減することができるとともに、溶接よりも構造的な強度を向上させることができ、信頼性を向上させることができる。   As shown in FIG. 18, the body frame socket 80 of this embodiment is used for a connecting portion of each frame in a body frame 90 of an automobile, and is usually connected by welding each frame at a connecting portion. However, by using the body frame socket 80 shown in FIG. 17, it is possible to reduce the manufacturing cost by eliminating the need for welding work, and it is possible to improve the structural strength and improve the reliability compared to welding. be able to.

図17のボディーフレームソケット80では、それぞれ異なる方向に伸延している第1フレーム81と、第2フレーム82と、第3フレーム83と、第4フレーム84の4本のフレーム81,82,83,84がそれぞれ挿入される第1嵌合部85と、第2嵌合部86と、第3嵌合部87と、第4嵌合部88とを所定方向に伸延させて突設している。   In the body frame socket 80 of FIG. 17, four frames 81, 82, 83, a first frame 81, a second frame 82, a third frame 83, and a fourth frame 84 extending in different directions, respectively. A first fitting portion 85, a second fitting portion 86, a third fitting portion 87, and a fourth fitting portion 88 into which 84 is inserted are extended in a predetermined direction and protruded.

そして、各嵌合部85,86,87,88には、鍛造加工の際にシリンダを挿入することによって形成した挿入孔85h,86h,87h,88hを設け、この挿入孔85h,86h,87h,88hに各フレーム81,82,83,84の先端部をそれぞれ挿入して接続するようにしている。   Each fitting portion 85, 86, 87, 88 is provided with insertion holes 85h, 86h, 87h, 88h formed by inserting a cylinder during forging, and the insertion holes 85h, 86h, 87h, The front ends of the frames 81, 82, 83, and 84 are inserted and connected to 88h.

他の使用形態として、たとえば、ステアリングシャフトのような棒状体の部材に対してSVSP法による金属組織の微細化を行うことにより、高強度の棒状体を提供可能とすることができる。しかも、棒状体の全金属組織を一様に微細化するのではなく、一部分だけを微細化したり、あるいは一部分だけを微細化しなかったりすることにより強度に意図的なバラツキをもたせることもできる。   As another form of use, for example, a high-strength rod-shaped body can be provided by refining the metal structure of the rod-shaped member such as a steering shaft by the SVSP method. In addition, the entire metal structure of the rod-shaped body is not uniformly miniaturized, but it is possible to have an intentional variation in strength by miniaturizing only a part or not minimizing only a part.

このように、強度に意図的なバラツキをもたせた棒状体からなるステアリングシャフトとした場合には、事故の発生時に衝撃でステアリングシャフトを意図的に破断させることによって衝撃吸収性を付与することができる。   Thus, in the case of a steering shaft made of a rod-like body with intentional variations in strength, it is possible to impart shock absorption by intentionally breaking the steering shaft with an impact when an accident occurs. .

あるいは、ネジを形成する場合には、棒状体の部材に対してSVSP法による金属組織の微細化を行った後に、STSP法による金属体の回転を利用してネジ転造を行うことにより、高強度化したネジを容易に形成することができる。   Alternatively, in the case of forming the screw, after the metal structure is refined by the SVSP method on the rod-shaped member, the screw rolling is performed by utilizing the rotation of the metal body by the STSP method. A strengthened screw can be easily formed.

同様に、ミッションギヤを形成する場合には、棒状体の部材に対してSVSP法による金属組織の微細化を行った後に、STSP法による金属体の回転を利用して、所要のダイスによりギヤ歯の成型を行うことにより、高強度化したミッションギヤを容易に形成することができる。   Similarly, when forming a transmission gear, after refining the metal structure by the SVSP method on the rod-shaped member, the gear teeth are rotated by a required die using the rotation of the metal body by the STSP method. By performing this molding, it is possible to easily form a high-strength mission gear.

上記のようにして金属組織を微細化した金属体は、自動車部品に対する利用だけでなく、半導体製造工程において使用するスパッタ装置のスパッタリング用ターゲット材として利用した場合にも極めて有用である。   The metal body having a finer metal structure as described above is extremely useful not only for automobile parts but also when used as a sputtering target material for a sputtering apparatus used in a semiconductor manufacturing process.

特に、所要の組成となった金属体を生成可能であり、しかも生成した金属体は均質な組成とすることができるとともに金属組織が微細であるので半導体基板上面に均質な金属膜を生成可能とすることができる。そして、このようなスパッタリング用ターゲット材をECAP法よりも安価に生成することができる。   In particular, a metal body having a required composition can be generated, and the generated metal body can have a homogeneous composition and a fine metal structure can generate a homogeneous metal film on the upper surface of the semiconductor substrate. can do. Such a sputtering target material can be produced at a lower cost than the ECAP method.

このスパッタリング用ターゲット材は、次のようにして製造している。   This sputtering target material is manufactured as follows.

まず、所望の組成とした金属板に対して、前処理を行う。この前処理では、金属板を一旦加熱して冷却することによって金属板の単一相化、及び金属板を構成している金属の粒子分散、さらには金属板の残留応力の調整等を行っている。   First, pretreatment is performed on a metal plate having a desired composition. In this pretreatment, the metal plate is once heated and cooled to make a single phase of the metal plate, to disperse the metal particles constituting the metal plate, and to adjust the residual stress of the metal plate, etc. Yes.

次いで、前処理が終了した金属板をSVSP装置で処理することによって、金属板の金属組織を一様に微細化している。   Next, the metal plate after the pretreatment is processed by the SVSP apparatus, so that the metal structure of the metal plate is uniformly refined.

SVSP装置による金属組織の微細化後、金属板を常温圧延、あるいは冷間鍛造または温間鍛造、あるいはスエージング等によって微細化した結晶組織の結晶方位を調整するとともに、ターゲット形状への成形を行っている。   After refinement of the metal structure by the SVSP device, the crystal orientation of the crystal structure refined by cold rolling, cold forging or warm forging, swaging, etc. of the metal plate is adjusted and the target shape is formed. ing.

このように、微細化した結晶組織の結晶方位を調整することによって、半導体基板上面に均質な金属膜を生成可能とするスパッタリング用ターゲットを提供できる。   Thus, by adjusting the crystal orientation of the refined crystal structure, it is possible to provide a sputtering target capable of generating a homogeneous metal film on the upper surface of the semiconductor substrate.

さらに、金属板をターゲット形状に成形する場合には、金属体を略円盤状に成形すると同時に裏面に冷却用凹状溝を形成している。このように冷却用凹状溝を同時成形することにより、スパッタリング用ターゲットの製造工程を短縮化することができ、安価なスパッタリング用ターゲットを提供できる。   Further, when the metal plate is formed into a target shape, a cooling concave groove is formed on the back surface simultaneously with forming the metal body into a substantially disk shape. Thus, by simultaneously forming the cooling concave groove, the manufacturing process of the sputtering target can be shortened, and an inexpensive sputtering target can be provided.

特に、SVSP装置によって金属組織が微細化されていることにより金属板の成形性が向上しているので、冷却用凹状溝を冷間鍛造または温間鍛造によって精度よく生成することができる。   In particular, because the metal structure is refined by the SVSP apparatus, the formability of the metal plate is improved, so that the cooling concave groove can be accurately generated by cold forging or warm forging.

なお、SVSP装置によって金属板の金属組織を一様に微細化した後に、微細化した金属検証の粗大化を抑制可能な温度に金属板を加熱して、金属板の残留応力の調整等を行ってもよい。   After the metal structure of the metal plate is uniformly refined by the SVSP apparatus, the metal plate is heated to a temperature at which coarsening of the refined metal verification can be suppressed, and the residual stress of the metal plate is adjusted. May be.

他の製造方法として次のようにすることもできる。この製造方法では、ターゲット材となる金属体は所望の組成とした丸棒状の金属棒としている。   Another manufacturing method may be as follows. In this manufacturing method, the metal body used as the target material is a round bar-shaped metal bar having a desired composition.

まず、金属棒に対して、上記した金属板の場合と同様に前処理を行って、金属棒の単一相化、及び金属棒を構成している金属の粒子分散、さらには金属棒の残留応力の調整等を行っている。   First, the metal rod is pretreated in the same manner as in the case of the metal plate described above, so that the metal rod becomes a single phase, the particles of the metal constituting the metal rod are dispersed, and the metal rod remains. The stress is adjusted.

次いで、前処理が終了した金属棒をSTSP装置で処理することによって、金属棒の金属組織を一様に微細化している。   Subsequently, the metal structure of the metal rod is uniformly refined by processing the metal rod after the pretreatment with the STSP apparatus.

STSP装置による金属組織の微細化後、金属棒を所定長さごとに切断し、冷間鍛造または温間鍛造によって金属板を形成している。   After the metal structure is refined by the STSP apparatus, the metal rod is cut into predetermined lengths, and a metal plate is formed by cold forging or warm forging.

このように成形した金属板を上記したようにSVSP装置で処理することによって、金属板の金属組織をさらに微細化している。その後、上記した金属板の場合と同様に、金属板を常温圧延、あるいは冷間鍛造または温間鍛造、あるいはスエージング等によって微細化した結晶組織の結晶方位を調整するとともに、ターゲット形状への成形を行っている。   By processing the metal plate thus formed with the SVSP apparatus as described above, the metal structure of the metal plate is further refined. After that, as in the case of the metal plate described above, the crystal orientation of the crystal structure refined by cold rolling, cold forging or warm forging, swaging or the like is adjusted and the target shape is formed. It is carried out.

STSP法とSVSP法とを組み合わせてスパッタリング用ターゲットとなる金属体を生成することによって、金属組織が極めて微細化された金属体とすることができ、半導体基板上面に均質な金属膜を生成可能とするスパッタリング用ターゲットを提供できる。   By combining the STSP method and the SVSP method to produce a metal body that becomes a sputtering target, a metal body with a very fine metal structure can be obtained, and a homogeneous metal film can be produced on the upper surface of the semiconductor substrate. A sputtering target can be provided.

特に、STSP法で金属棒を処理したことによって金属棒の組成の均質化を図ることができ、より均質化された金属体からスパッタリング用ターゲットを生成することによって、半導体基板上面に均質な金属膜を生成可能とするスパッタリング用ターゲットを提供できる。   In particular, the metal rod can be homogenized by treating the metal rod by the STSP method, and a homogeneous metal film can be formed on the upper surface of the semiconductor substrate by generating a sputtering target from a more homogenized metal body. It is possible to provide a sputtering target that makes it possible to generate

上記したSVSP法あるいはSTSP法は、自動車部品やスパッタリング用ターゲットの製造だけでなく、以下のような素材に対して用いることにより特性を向上させた材料あるいは部品の提供を可能とすることができる。   The above-mentioned SVSP method or STSP method can be used not only for the production of automobile parts and sputtering targets, but also for materials and parts with improved characteristics by being used for the following materials.

金属体が磁性体であった場合には、この金属体の金属組織をSVSP法あるいはSTSP法によって微細化することにより加工性を向上させて、細線化等の微細な加工を可能とすることができる。また、場合によっては、磁化率を向上が期待できる。   When the metal body is a magnetic body, it is possible to improve the workability by refining the metal structure of the metal body by the SVSP method or the STSP method, thereby enabling fine processing such as thinning. it can. In some cases, an improvement in magnetic susceptibility can be expected.

金属体が形状記憶合金であった場合には、この金属体の金属組織をSVSP法あるいはSTSP法によって微細化することにより加工性を向上させて、より微細な形状への加工を可能とすることができる。特に、この形状記憶合金を用いて電子機器の組み立てに用いるネジを形成した場合には、その電子機器の廃棄時に形状記憶によってネジのネジ山を消失させることにより、容易に分解することができる。   When the metal body is a shape memory alloy, the metal structure of the metal body is refined by the SVSP method or the STSP method, thereby improving workability and enabling processing into a finer shape. Can do. In particular, when a screw used for assembling an electronic device is formed using this shape memory alloy, it can be easily disassembled by eliminating the screw thread by shape memory when the electronic device is discarded.

金属体が水素吸蔵合金であった場合には、この金属体の金属組織をSVSP法あるいはSTSP法によって微細化することにより水素の吸蔵能力の向上が期待できる。さらには、加工性が向上することによって様々な形状とすることができ、水素吸蔵機能を有する構造物を形成することができる。   When the metal body is a hydrogen storage alloy, the metal storage structure can be refined by the SVSP method or the STSP method to improve the hydrogen storage capacity. Furthermore, various shapes can be obtained by improving workability, and a structure having a hydrogen storage function can be formed.

金属体が制振合金であった場合には、この金属体の金属組織をSVSP法あるいはSTSP法によって微細化することにより加工性を向上させて、より微細な形状への加工を可能とすることができる。特に、スピーカ等の音響機器の構成部材に対するこの制振合金の適用を広めることによって、音質の向上を図ることができる。   If the metal body is a vibration-damping alloy, the metal structure of this metal body should be refined by the SVSP method or STSP method to improve workability and enable processing into a finer shape. Can do. In particular, the sound quality can be improved by widening the application of the damping alloy to structural members of acoustic equipment such as speakers.

金属体が電熱材料であった場合には、この金属体の金属組織をSVSP法あるいはSTSP法によって微細化することにより加工性を向上させて、より微細な形状への加工を可能とすることができる。   When the metal body is an electrothermal material, it is possible to improve the workability by refining the metal structure of the metal body by the SVSP method or the STSP method, thereby enabling processing into a finer shape. it can.

金属体が生体材料であった場合には、この金属体の金属組織をSVSP法あるいはSTSP法によって微細化することにより加工性を向上させて、より微細な形状への加工を可能とすることができる。   When the metal body is a biomaterial, it is possible to improve the workability by refining the metal structure of the metal body by the SVSP method or the STSP method, thereby enabling processing into a finer shape. it can.

特に、従来、生体材料としてはチタンが使用されているものの、チタンは高硬度であるために加工性が非常に悪く、成形コストがかさむという問題があったが、SVSP法あるいはSTSP法によって金属組織を微細化することによりチタンを鍛造で成形可能とすることができ、低コストで所定形状としたチタン部品を形成することができる。   In particular, titanium has been conventionally used as a biomaterial. However, since titanium has high hardness, there is a problem that workability is very poor and molding cost is increased. However, a metal structure is formed by the SVSP method or STSP method. It is possible to form titanium by forging by miniaturizing the material, and it is possible to form a titanium part having a predetermined shape at low cost.

しかも、SVSP法あるいはSTSP法によって金属組織が微細化されたチタンは、低ヤング率で高強度の材料とすることができ、生体親和性を向上させることもできる。   Moreover, titanium whose metal structure has been refined by the SVSP method or the STSP method can be made into a material having a low Young's modulus and a high strength, and can also improve biocompatibility.

このように、SVSP法あるいはSTSP法によって処理された金属体は、延性が向上していることによって加工性が向上しているだけでなく、高強度化されているので同一強度の部材をより軽量に形成することができ、船舶や航空機、あるいは自動車等の輸送機器、または高層ビルや橋梁等の建築構造物の軽量化を図ることができる。   As described above, the metal body processed by the SVSP method or the STSP method has not only improved workability due to improved ductility, but also increased strength, so that a member having the same strength can be made lighter. It is possible to reduce the weight of a transport device such as a ship, an aircraft, or an automobile, or a building structure such as a high-rise building or a bridge.

以上のように、本発明の金属加工方法及び同金属加工方法を用いた金属体では、高強度及び高延性の金属を連続的に精製することができるので、鍛造加工性に優れた金属体を提供できる。しかも、従来の溶融法では製造できなかった組成の合金も生成することができるので新規な金属を提供できる。   As described above, in the metal processing method of the present invention and the metal body using the metal processing method, a high-strength and high-ductility metal can be continuously purified. Can be provided. In addition, an alloy having a composition that could not be produced by the conventional melting method can be produced, so that a novel metal can be provided.

特に、本発明の金属加工方法を用いた金属含有セラミックス体では、含有している金属成分と非金属成分とを強固にかつ均質に結合させた金属含有セラミックス体を提供できる。   In particular, the metal-containing ceramic body using the metal processing method of the present invention can provide a metal-containing ceramic body in which the contained metal component and non-metal component are firmly and uniformly bonded.

また、本発明の金属加工方法を用いたスパッタリング用ターゲットでは、安価であるだけでなく半導体基板に均質な金属膜を精製可能とするスパッタリング用ターゲットを提供できる。   In addition, the sputtering target using the metal processing method of the present invention can provide a sputtering target that is not only inexpensive, but also enables purification of a homogeneous metal film on a semiconductor substrate.

金属体の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a metal body. 金属体の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a metal body. 金属体の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a metal body. 金属体の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a metal body. 低抵抗領域に加える剪断変形の説明図である。It is explanatory drawing of the shear deformation | transformation added to a low resistance area | region. 低抵抗領域に加える剪断変形の説明図である。It is explanatory drawing of the shear deformation | transformation added to a low resistance area | region. 低抵抗領域に加える剪断変形の説明図である。It is explanatory drawing of the shear deformation | transformation added to a low resistance area | region. 低抵抗領域に加える剪断変形の説明図である。It is explanatory drawing of the shear deformation | transformation added to a low resistance area | region. SVSP装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of a SVSP apparatus. STSP装置の一例の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of an example of an STSP apparatus. STSP装置による処理前の金属組織の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the metal structure before the process by a STSP apparatus. STSP装置による処理後の金属組織の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the metal structure after the processing by the STSP apparatus. S45Cにおいて金属組織を微細化した場合の物性変化を示すグラフである。It is a graph which shows the physical property change at the time of refinement | miniaturizing a metal structure in S45C. Al5056において金属組織を微細化した場合の物性変化を示すグラフである。It is a graph which shows the physical-property change when metal structure is refined | miniaturized in Al5056. 金属体の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a metal body. STSP装置の変容例の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the example of a change of a STSP apparatus. ボディーフレームソケットの説明図である。It is explanatory drawing of a body frame socket. ボディーフレームソケットの説明図である。It is explanatory drawing of a body frame socket. ECAP法を説明するための参考図である。It is a reference figure for demonstrating ECAP method.

符号の説明Explanation of symbols

M1 金属体
30 低変形抵抗領域
40 基台
41 固定部
42 剪断変形部
43 振動部
44 第1規制体
44a 第1当接ローラ
44b 第2当接ローラ
45 第2規制体
45a 第1支持体
45b 第2支持体
45c 下側ローラ
45d 上側ローラ
46 ガイドローラ
47 振動印加体
48 振動伝搬抑制体
49 超音波振動体
49a 出力軸
50 伝播体
50a 下側ローラ
50b 上側ローラ
50c 支持フレーム
51 加熱装置
52 冷却装置
52a 給水配管
52b 第1吐水口
52c 第2吐水口
53 受水容器
54 排水管
M1 metal body
30 Low deformation resistance region
40 base
41 Fixed part
42 Shear deformation part
43 Vibration section
44 First Regulatory Body
44a First contact roller
44b Second contact roller
45 Second regulatory body
45a First support
45b Second support
45c Lower roller
45d upper roller
46 Guide roller
47 Vibration applying body
48 Vibration propagation suppressor
49 Ultrasonic vibrator
49a Output shaft
50 Propagator
50a Lower roller
50b Upper roller
50c support frame
51 Heating device
52 Cooling device
52a Water supply piping
52b First outlet
52c Second outlet
53 Water receiving container
54 Drainage pipe

Claims (16)

一方向に伸延した金属体の伸延方向に沿って前記金属体を冷却する第1の冷却手段と第2の冷却手段とを設けるとともに、前記第1の冷却手段と前記第2の冷却手段との間に前記金属体を加熱する加熱手段を設けて、この加熱手段で前記金属体を加熱することにより前記金属体の変形抵抗を局部的に低下させて前記金属体を横断する低変形抵抗領域を形成し、この低変形抵抗領域を挟む前記金属体の一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して振動または回転させて相対的に位置を変動させることにより前記低変形抵抗領域を剪断変形させて前記金属体の金属組織を微細化する金属加工方法。   A first cooling means and a second cooling means for cooling the metal body along the extending direction of the metal body extended in one direction are provided, and the first cooling means and the second cooling means A heating means for heating the metal body is provided in between, and the metal body is heated by the heating means to locally reduce the deformation resistance of the metal body, thereby forming a low deformation resistance region crossing the metal body. Forming and moving the one non-low deformation resistance region of the metal body sandwiching the low deformation resistance region relative to the other non-low deformation resistance region to change the position relative to each other. A metal processing method in which the resistance region is shear-deformed and the metal structure of the metal body is refined. 前記の位置の変動は、前記金属体の伸延方向と略直交する方向に加えた振動運動であることを特徴とする請求項1記載の金属加工方法。   The metal processing method according to claim 1, wherein the change in position is a vibration motion applied in a direction substantially orthogonal to the extending direction of the metal body. 前記の位置の変動は、前記金属体の伸延方向と略直交する第1の方向に加えた第1の振動運動と、前記金属体の伸延方向と略直交するとともに前記第1の方向とも略直交する第2の方向に加えた第2の振動運動との複合運動であることを特徴とする請求項1記載の金属加工方法。   The fluctuation of the position is substantially orthogonal to the first vibrational motion applied in the first direction substantially orthogonal to the extending direction of the metal body, and substantially orthogonal to the extending direction of the metal body. The metal processing method according to claim 1, wherein the metal processing method is a combined motion with a second vibration motion applied in the second direction. 前記低変形抵抗領域を、前記金属体の伸延方向に沿って移動させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属加工方法。   The metal processing method according to claim 1, wherein the low deformation resistance region is moved along an extending direction of the metal body. 前記金属体は、板状体であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属加工方法。   The metal processing method according to claim 1, wherein the metal body is a plate-like body. 前記金属体は、異なる組成の金属層を重合して形成した板状体であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属加工方法。   The metal processing method according to claim 1, wherein the metal body is a plate-like body formed by polymerizing metal layers having different compositions. 前記金属体は、第1の金属に第2の金属を混合させた混合材からなる板状体であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属加工方法。   The metal processing method according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal body is a plate-like body made of a mixed material in which a second metal is mixed with a first metal. 一方向に伸延した金属体であって、伸延方向に沿って配置した前記金属体を冷却する第1の冷却手段と第2の冷却手段と、前記第1の冷却手段と前記第2の冷却手段との間に設けて前記金属体を加熱する加熱手段とで局部的に加熱して一時的に形成した低変形抵抗領域を、この低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して振動または回転させて剪断変形させることにより微細化した金属組織を有する金属体。   A metal body extended in one direction, the first cooling means and the second cooling means for cooling the metal body arranged along the extension direction, the first cooling means and the second cooling means. A low deformation resistance region temporarily formed by heating locally with a heating means for heating the metal body, and one non-low deformation resistance region sandwiching the low deformation resistance region, the other A metal body having a metallographic structure refined by vibrating or rotating the non-low deformation resistance region of the material to cause shear deformation. 前記剪断変形は、前記低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して、前記金属体の伸延方向と略直交する方向に振動運動させて加えた変形であることを特徴とする請求項8記載の金属体。   The shear deformation was applied by causing one non-low deformation resistance region sandwiching the low deformation resistance region to vibrate in a direction substantially perpendicular to the extending direction of the metal body with respect to the other non-low deformation resistance region. The metal body according to claim 8, wherein the metal body is a deformation. 前記剪断変形は、前記低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して、前記金属体の伸延方向と略直交する第1の方向に振動運動させて加えた変形と、前記金属体の伸延方向と略直交するとともに前記第1の方向とも略直交する第2の方向に振動運動させて加えた変形であることを特徴とする請求項8記載の金属体。   The shear deformation causes one non-low deformation resistance region sandwiching the low deformation resistance region to oscillate in a first direction substantially perpendicular to the extending direction of the metal body with respect to the other non-low deformation resistance region. 9. The deformation applied in the above-described manner, and the deformation applied by oscillating and moving in a second direction substantially orthogonal to the extending direction of the metal body and substantially orthogonal to the first direction. Metal body. 前記低変形抵抗領域は、前記金属体の伸延方向に沿って移動させたことを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の金属体。   The metal body according to any one of claims 8 to 10, wherein the low deformation resistance region is moved along an extending direction of the metal body. 前記金属体は、板状体であることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載の金属体。   The metal body according to any one of claims 8 to 11, wherein the metal body is a plate-like body. 前記金属体は、異なる組成の金属層を重合して形成した板状体であることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載の金属体。   The metal body according to any one of claims 8 to 11, wherein the metal body is a plate-like body formed by polymerizing metal layers having different compositions. 前記金属体は、第1の金属に第2の金属を混合させた混合材からなる板状体であることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載の金属体。   The metal body according to any one of claims 8 to 11, wherein the metal body is a plate-like body made of a mixed material in which a first metal is mixed with a second metal. 一方向に伸延した金属含有セラミックス体であって、伸延方向に沿って配置した前記金属体を冷却する第1の冷却手段と第2の冷却手段と、前記第1の冷却手段と前記第2の冷却手段との間に設けて前記金属含有セラミックス体を加熱する加熱手段とで局部的に加熱して一時的に形成した低変形抵抗領域を、この低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して振動または回転させて剪断変形させることにより微細化した金属組織を有する金属含有セラミックス体。   A metal-containing ceramic body extended in one direction, the first cooling means and the second cooling means for cooling the metal body arranged along the extension direction, the first cooling means and the second cooling means. A non-low deformation resistance region sandwiching the low deformation resistance region is provided with a low deformation resistance region temporarily formed by heating locally with a heating unit provided between the cooling unit and heating the metal-containing ceramic body. A metal-containing ceramic body having a metal structure refined by oscillating or rotating an area with respect to the other non-low deformation resistance area to cause shear deformation. 前記剪断変形は、前記低変形抵抗領域を挟む一方の非低変形抵抗領域を、他方の非低変形抵抗領域に対して、前記金属含有セラミックス体の伸延方向と略平行とした回転軸周りに捻回して加えた変形であることを特徴とする請求項15記載の金属含有セラミックス体。   In the shear deformation, one non-low deformation resistance region sandwiching the low deformation resistance region is twisted around a rotation axis that is substantially parallel to the extending direction of the metal-containing ceramic body with respect to the other non-low deformation resistance region. The metal-containing ceramic body according to claim 15, wherein the metal-containing ceramic body is a deformation applied by turning.
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