JP2016512173A5 - - Google Patents

Description

延性は、あらゆる所与の金属材料（すなわち、金属および金属合金）の本質的な特性である。鍛造処理中、金属材料の延性は、金属材料の鍛造温度および微細構造によって調節される。延性が低いとき、例えば、金属材料が本質的に低延性を有するか、または低鍛造温度が使用されなければならないか、または延性のある微細構造が金属材料中にまだ生成されていないかの理由で、各鍛造反復中その圧下の量を低減することは、通常の実践である。例えば、２２インチの八角形加工物を２０インチの八角形に直接鍛造する代わりに、当該分野の当業者は、各面上に鍛造パスを有する２１インチの八角形を最初に鍛造し、加工物を再加熱し、八角形の各面上に鍛造パスを有する２０インチに鍛造することを考慮し得る。しかしながら、このアプローチは、金属がひずみ経路感受性を呈し、特定の最終微細構造が生成物中に獲得される場合、好適でない場合がある。ひずみ経路感受性は、臨界量のひずみが、粒微細化機構を誘発するように所与のステップで付与されなければならないとき、観察され得る。微細構造微細化は、引抜き中に取られた圧下が軽すぎる鍛造実践によって実現されない場合がある。

二重相微細構造では、微細構造微細化は、例えば、核生成、再結晶化、および／または第２相球状化等を処理する前駆体として、亜粒界生成および配向乱れ蓄積で開始される。微細構造の微細化のための配向乱れ蓄積を必要とする合金の例は、アルファ−ベータ位相において鍛造されたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＵＮＳ Ｒ５６４００）である。そのような合金では、鍛造は、加工物が回転される前に所与の方向において大きな圧下が付与されると、微細構造微細化に関してより効率的である。これは、多軸鍛造（ＭＡＦ）を用いて実験室規模で行うことができる。（ほぼ）等温条件下で小片（各側が数インチ）上に実施され、固有の潤滑性を有する極めて低いひずみ速度を用いるＭＡＦは、むしろ均質にひずみを付与することができるが、これらの条件（小規模、ほぼ等温、潤滑性を有する）のうちのいずれかからの逸脱は、中心に優先的に付与された異種性のひずみ、ならびに冷却表面亀裂を伴う延性課題をもたらし得る。チタン合金の工業規模の粒微細化で使用されるＭＡＦ処理は、米国特許公開第２０１２／００６０９８１ Ａ１号に開示され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示の非限定的な態様に従うと、金属材料加工物を鍛造する方法は、金属材料の最大圧下延性限界まで第１の鍛造方向に鍛造温度で加工物を自由プレス鍛造することを含む。金属材料の最大圧下延性限界まで加工物を自由プレス鍛造することは、第１の鍛造方向に付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、第１の鍛造方向に鍛造温度で１回以上、繰り返される。加工物は、次いで、所望の回転度分、回転される。

回転された加工物は、金属材料の最大圧下延性限界まで第２の鍛造方向に鍛造温度で自由プレス鍛造される。金属材料の最大延性限界まで加工物を自由プレス鍛造することは、第２の鍛造方向に付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、第２の鍛造方向に鍛造温度で１回以上、繰り返される。

本開示の別の非限定的な実施形態に従うと、微細構造微細化を開始するように金属材料加工物を分割パス自由鍛造する方法は、金属材料を含む複合型八角形ＲＣＳ加工物を提供することを含む。加工物は、据え込み鍛造される。加工物は、引き続いて、複合型八角形ＲＣＳ加工物のＸ’方向において第１の対角面上に自由引抜き（ｏｐｅｎ ｄｉｅ ｄｒａｗｉｎｇ）するために、回転される。加工物は、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、Ｘ’方向に複数パス引抜き鍛造される。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。

加工物は、複合型八角形ＲＣＳ加工物のＹ’方向において第２の対角面上に自由引抜きするために、回転される。加工物は、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、Ｙ’方向に複数パス引抜き鍛造される。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。

加工物は、複合型八角形ＲＣＳ加工物のＹ方向において第１のＲＣＳ面上に自由引抜きするために、回転される。加工物は、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、Ｙ方向に複数パス引抜き鍛造される。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。

加工物は、複合型八角形ＲＣＳ加工物のＸ方向において第２のＲＣＳ面上に自由引抜きするために、回転される。加工物は、粒微細化開始のためのひずみ閾値まで、Ｘ方向に複数パス引抜き鍛造される。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。据え込みステップおよび複数引抜き鍛造ステップのサイクルは、金属材料の微細構造微細化を更に開始し、または強化するように所望の通り繰り返すことができる。

本明細書に使用される、「鍛伸」、「鍛造」、および「自由プレス鍛造」という用語は、熱機械処理（「ＴＭＰ」）の形態を指し、それは、「熱機械加工」としてもまた本明細書において称され得る。「熱機械加工」は、制御された熱および変形処置を組み合わせて、例えば、限定することなく、強靭性の損失のない強度の改善等の相乗効果を獲得する、多様な金属材料形成処理を一般的に網羅するように、本明細書に定義される。熱機械加工の本定義は、例えば、ＡＳＭ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ，Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ， ｅｄ．，ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９２），ｐ．４８０に基づく意味と一致する。本明細書に使用される、「自由プレス鍛造」という用語は、材料流動が、各ダイセッションのためのプレスの単一加工動作を伴う機械的圧力または油圧によって完全に制約されないダイとダイとの間で、金属材料を鍛造することを指す。自由プレス鍛造の本定義は、例えば、ＡＳＭ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ，Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ，ｅｄ．，ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９２），ｐｐ．２９８および３４３に基づく意味と一致する。本明細書に使用される、「鍛伸」という用語は、ビレット内にインゴットを加工する際、金属材料の粒を改善または微細化するように使用される熱機械圧下処理を指す。鍛伸の本定義は、例えば、ＡＳＭ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ，Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ，ｅｄ．，ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９２），ｐ．７９に基づく意味と一致する。

本明細書に使用される、「延性限界」という用語は、金属材料が破砕または亀裂することなく耐え得る圧下または可塑的変形の限界または最大量を指す。本定義は、例えば、ＡＳＭ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ，Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ，ｅｄ．，ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９２），ｐ １３１に基づく意味と一致する。本明細書に使用される、「圧下延性限界」という用語は、金属材料が亀裂または破砕する前に耐え得る圧下の量または程度を指す。

本明細書に使用される、「微細構造微細化を開始する」および「微細構造微細化開始のためのひずみ閾値」という句は、材料の粒径の縮小をもたらす結晶構造および／または第２相粒子中に配向乱れの蓄積（例えば、転位および亜粒界）を生成するように金属材料の微細構造にひずみを付与することを指す。ひずみは、本開示の方法の非限定的な実施形態の実践中か、または後続の熱機械処理ステップ中に、金属材料に付与される。実質的に単相ニッケル系合金またはチタン系合金（ニッケルのγ相またはチタンのβ相の少なくとも９０％）では、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値は、第１の再結晶化された粒の核生成を指す。それは、一軸圧縮または張力を通じて対象とする温度およびひずみ速度で測定された応力ひずみ曲線から推計され得る。それは通常、約０．１〜０．３のひずみである。二相ニッケル系およびチタン系合金が鍛造されると、微細構造展開は、はるかに遅鈍である。例えば、第２相の球状化は、単一の引抜きでは達成され得ないかまたは開始すらされ得ない。焦点は、次いで、複数の鍛造ステップの蓄積にわたって効率的に配向乱れを蓄積するために必要とされるひずみ上に置かれる。微細構造微細化は、次いで、その母粒または元の配向から益々配向を乱された小さい部分粒の形成を指す。これは、動的回収（亜粒界中への転位の蓄積）に結びつき、その効果はまた、流動軟化の形態で応力ひずみ曲線上に見られ得る。０．１〜０．３の類似の閾値が、通常獲得され、それは、各引抜きまたは鍛造作業で到達される必要があるひずみ閾値の質的推計として使用されてもよい。引抜き中配向乱れ蓄積を促進することは、部分粒がその配向をその母粒の配向に取り戻す代わりに次の引抜きのための回転の後に更に一層配向を乱す確率を、増加させる。

本開示に従う分割パス自由鍛造の方法の態様に従うと、分割パス自由鍛造は、加工物の亀裂を制限する全てのパスで加工物に付与されるひずみの量を精密に制御することに依存する。所与の鍛造方向において、その所与の方向に微細構造微細化処理を開始するには不十分な圧下が取られた場合、自由プレス鍛造は、微細構造微細化を開始するのに十分な圧下がその方向に付与されるまで、同じ面上に、同じ方向において、鍛造されている金属材料の最大圧下延性限界まで、繰り返される。

微細構造微細化を開始する任意のパスで加工物に付与される圧下の所望される量が、過度の材料亀裂なく１つの引抜き鍛造パスで取られ得る圧下の最大量を超える場合、すなわち、圧下の量が、材料の圧下延性限界を超え、次いで、１）任意のパスに付与されたひずみが、鍛造温度で材料の圧下延性限界より小さく、かつ２）１つの鍛造方向に付与された合計ひずみが、要求に見合う微細構造微細化を開始するのに十分になるように、圧下パスは、２つ以上のパスに分割されるべきである。１つの方向に微細構造展開を駆動し、微細構造微細化を開始するのに十分なひずみを付与した後にのみ、次の圧下パスのための鍛造のために、加工物が、第２の方向に回転されるべきである。

図１を参照すると、本開示の１つの非限定的な態様に従って微細構造微細化を開始するように金属材料加工物を鍛造する方法１００は、金属材料の最大圧下延性限界まで第１の鍛造方向に鍛造温度で金属材料加工物を自由プレス鍛造すること１０２を含む。金属材料の圧下延性限界は、句が本明細書に使用されるように、破砕ひずみ（ε_ｆ）によって質的に推計され得、それは、一軸引張試験中の試験標本破砕での工学ひずみである。使用され得る１つの特定の一軸引張試験は、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ−１１，「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」，ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ，ＵＳＡ（２０１１）に記載されている。真の破砕ひずみε_ｆは、元の面積Ａ_０と破砕後の面積Ａ_ｆとに基づく真のひずみであり、式（１）によって所与される。当該分野の当業者は、式（１）から特定の金属材料のための圧下延性限界を容易に推計することができ、それゆえ、固有の金属材料のための圧下延性限界は、本明細書に含まれる必要がある。

金属材料の最大圧下延性限界まで第１の鍛造方向に鍛造温度で金属材料加工物を自由プレス鍛造１０２した後に、加工物は、第１の鍛造方向に付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、第１の鍛造方向に鍛造温度で１回以上、金属材料の最大圧下延性限界まで自由プレス鍛造される１０４。加工物は次いで、次の鍛造パスに備えて所望の回転度分、回転される１０６。

所望の回転度分、金属材料加工物を回転１０６させた後に、加工物は、金属材料の圧下延性限界まで第２の鍛造方向に鍛造温度で自由プレス鍛造される１０８。加工物を自由プレス鍛造することは、第２の鍛造方向のひずみの合計量が、金属材料の微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、第２の鍛造方向に鍛造温度で１回以上、最大圧下延性限界まで繰り返される１１０。

回転させること、自由鍛造すること、および自由鍛造を繰り返すことのステップは、微細構造微細化を開始するのに十分な合計量のひずみを全体積、または加工物全体に付与するように全ての面がある大きさに鍛造されるまで、第３の、および任意に、１つ以上の更なる方向において、繰り返される１１２。微細構造微細化が処理のその時点で作動される必要がある第３および１つ以上の更なる方向の各々のために、自由プレス鍛造することが、最大圧下延性限界まで繰り返され、加工物は、十分な量のひずみがその固有の方向に付与されるまで、回転されない。また、成形制御または平らにすることのみが必要とされる第３および１つ以上の更なる方向の各々のために、自由プレス鍛造することは、最大圧下延性限界までのみ実施される。当業者は本開示の一読で、本明細書に記載の方法を用いて加工物形状を加工するために必要とされる所望の回転度および鍛造方向の数を容易に決定し得る。

多量の冗長ひずみが付与されなければならない場合には、本開示に従う引抜きする方法は、据え込みと組み合され得る。複数の据え込みおよび引抜きは、反復する成形および大きさのパターンを繰り返すことに依存する。本発明の特定の実施形態は、全ての据え込みおよび引抜きサイクルで面および対角面を交互にする、引抜き中の２つの軸上に付与されたひずみを最大化するように意図される八角形およびＲＣＳ横断面の複合型を含む。この非限定的な実施形態は、工業級の大きさに規模を拡大することが可能である一方で、ひずみが立方体のようなＭＡＦ試料に付与される方法に対抗する。

したがって、図２に示されるように、本開示に従う据え込み鍛造および引抜き鍛造の方法の非限定的な実施形態では、ビレットの特殊な横断面成形２００は、八角形およびＲＣＳの複合型であり、本明細書には複合型八角形ＲＣＳ成形と称される。非限定的な実施形態では、各引抜き鍛造ステップは、新たな据え込みの前にこの複合型八角形ＲＣＳ成形を反復することをもたらす。据え込みを容易にするために、加工物の長さは、複合型八角形ＲＣＳの最小の面対面の大きさの３倍より小さくてもよい。この複合型成形の鍵となるパラメータは、ある程度八角形に見えるようにする、一方が、ＲＣＳの０°および９０°の面（図２ではＤとラベル付けされた矢印）と、および他方が、４５°および１３５°の対角面（図２ではＤ_対角面とラベル付けされた矢印）との間の大きさの比率である。非限定的な実施形態では、この比率は、据え込み前の４５°／１３５°対角面（Ｄ_対角面）の大きさが、据え込み後の０°／９０°（Ｄ）対角面とほぼ同じであるように、据え込み圧下に関連して設定され得る。

複合型八角形ＲＣＳ成形の１つの非限定的な例示的な計算では、Ｕの据え込み圧下（または百分率として（１００×Ｕ））が、考慮される。Ｕ圧下の据え込み鍛造の後に、対角面の大きさは、以下のようになる。

次いで、面する新たな対角面からの圧下は、Ｒとして定義され、以下の通りである。

再配列は、以下の通りである。

据え込み後、主面と主面との間の大きさは、以下の通りである。

よって、新たな対角になる面上の圧下は、以下の通りである。

これは、（正と）定義される圧下ｒのために、Ｕが、Ｒ以上でなければならないことを暗示している。Ｕ＝Ｒである場合には、理論的には、新たな対角面になる面上に加工が必要ない。しかしながら、実践では、鍛造は、面にいくつかの隆起をもたらし、鍛造が必要になる。

これらの式を用いると、本開示に従う非限定的な実施形態は、Ｄ＝２４インチ、Ｕ＝２６％、およびＲ＝２５％の状況を考慮する。これは、以下の通りである。

次いで、対角面寸法は、以下の通りである。

しかしながら、対角面上の圧下加工の一部は、面上に隆起するため、新たな対角面の大きさを形成し制御するように置かれた圧下は、実際に１．３％より大きくなければならない。面を制御するように必要とされる鍛造スケジュールは、隆起を制限し、新たな対角面の大きさを制御するようにいくつかのパスとして単に定義される。

据え込み鍛造後、加工物は、第１の対角面（Ｘ’方向）上に自由引抜きするために回転され（矢印３０８）、具体的に本実施形態では、引抜き鍛造のための４５度対角面に対して回転される（矢印３０８）。加工物は、次いで、圧下延性限界を過ぎることなく、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値に、対角面上に複数パス引抜き鍛造される（矢印３１０）。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。

図３Ｂを参照すると、４５度の対角面上への複数パス引抜き鍛造後の加工物が、参照番号３１２によって描写される（正確な縮尺ではない）。加工物は、この具体的な実施形態では、複数パス引抜き鍛造３１６のための１３５第２の対角面（Ｙ’方向）に対して、９０度（矢印３１４）回転される。加工物は、次いで、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、対角面上に複数パス引抜き鍛造される（矢印３１６）。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。

据え込み鍛造後、加工物は、第１のＲＣＳ面上に自由引抜きするために回転され（矢印３２４）、具体的に本実施形態では、引抜き鍛造のための１８０度対角面（第１のＲＣＳ面、Ｙ方向）に対して回転される（矢印３２４）。加工物は、次いで、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、第１のＲＣＳ面上に複数パス引抜き鍛造される（矢印３２６）。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。

図３Ｄを参照すると、１８０度の面上への複数パス引抜き鍛造後の加工物が、参照番号３２８によって描写される（正確な縮尺ではない）。加工物は、この具体的な実施形態では、複数パス引抜き鍛造３３２のための２７０度の第２のＲＣＳ面（Ｘ方向）に対して、９０度（矢印３３０）回転される。加工物は、次いで、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、第２のＲＣＳ面上に複数パス引抜き鍛造される（矢印３２２）。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。

図３Ｅを参照すると、本明細書に上述される非限定的な実施形態に従って鍛造された複合型八角形ＲＣＳ加工物３３４は、元の複合型八角形ＲＣＳ加工物と実質的に同じ寸法を有するとして認識される。最終的な鍛造された加工物は、粒が微細化された微細構造を含む。これは、（１）Ｘ’（参照番号３１２）、Ｙ’（参照番号３１６）、Ｙ（参照番号３２６）、およびＸ軸（参照番号３３２）上の複数引抜きがその後に続く、加工物のＺ軸に沿う圧下を構成する据え込み、（２）複数引抜きの各パスが圧下延性限界までであるという事実、および（３）各軸上の複数引抜きが、微細構造微細化を必要とする最大ひずみ閾値までの合計ひずみを提供したという事実、をもたらす。本開示に従う非限定的な実施形態では、据え込み鍛造は、金属材料の延性限界未満の長さの圧下まで自由プレス鍛造することを含み、鍛造することは、据え込み鍛造方向に微細構造微細化を開始するのに十分なひずみを付与する。通常、据え込みは、据え込みが典型的に、延性限界そのものが引抜き中に使用されたより高いひずみ速度でよりも大きくなる傾向がある低いひずみ速度で実施されるため、１つの圧下だけに付与される。しかしそれは、圧下が延性限界を超える場合、中間の再加熱を有する２つ以上の圧下に分割され得る。

Ｖｅｅダイは、自然に、圧下の第１のパス上に著しい側方の隆起を作り出すことが知られている。分割パス方法の非限定的な実施形態は、９０°回転の後に、最初に元の大きさへの圧下が行われることを含み、次いで圧下のみを行う。例えば、２インチの最大パスで２０インチ〜１６インチを形成するには、一方は、第１の側上で１８インチへの圧下を行い得、次いで９０°回転させ、２０インチへの圧下を行って隆起を制御し得、次いで、同じ側上で１８インチへの別の圧下を行い、次いで１６インチへの別の圧下を再度行い得る。加工物は、９０°回転され、１８インチへの圧下が行われて隆起を制御し、次いで１６インチへの新たな圧下が行われる。加工物は、９０°回転され、１８インチへの圧下が行われて隆起を制御し、次いで新たな圧下として１６インチへの圧下が再度行われる。そのパイントで、平らにすることに関連する数回の回転および１６インチへのパスは、いずれのパスでも２インチを超えない圧下が取られることを保証する処理を完了すべきである。

実施例１
Ｔｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金を含む２４インチの八角形ビレットを１６００°Ｆの鍛造温度に加熱する。鍛造温度での合金の圧下延性限界は、１つの圧下当たり少なくとも２インチになるように推計され、１つの圧下当たり２インチになる広範な亀裂なく繰り返される方法で更なる圧下は許容されないであろう。ビレットを、第１の方向に、八角形ビレットの任意の面上で２２インチに自由プレス鍛造する。ビレットを、次いで、第１の方向に、２０インチに自由プレス鍛造する。自由プレス鍛造するために、ビレットを第２の方向に９０°回転する。第１の方向に鍛造中、交互の面の隆起のため、元の八角形ビレットの寸法が２４インチであった場合、ビレットを、第２の方向に、２４インチに自由プレス鍛造する。次いで、ビレットを、第２の方向に、更に２回２２インチに自由プレス鍛造し、次いで２０インチに自由プレス鍛造する。ビレットを、鍛造温度に再加熱する。ビレットを４５°回転し、次いで、１つの圧下当たり２インチ、第３の鍛造方向に、２４インチに、次いで２２インチに、次いで２０インチに分割パス鍛造する。ビレットを９０°回転し、次いで、１つの圧下当たり２インチ、別の鍛造方向に、本開示に従って、２４インチに、次いで２２インチに、次いで２０インチに分割パス鍛造する。

次に、ビレットを以下のステップによって平らにする。ビレットを４５°回転して自由プレス鍛造を用いて側面を２０インチに正方形化し、ビレットを９０°回転して自由プレス鍛造を用いて側面を２０インチに正方形化し、ビレットを４５°回転して自由プレス鍛造を用いて側面を２０インチに正方形化し、ビレットを９０°回転して自由プレス鍛造を用いて側面を２０インチに正方形化する。本方法は、各所望の方向における全ての合計圧下が、合金の微細構造において微細構造微細化を開始するために必要とされるひずみ閾値に対応する少なくとも４インチである一方で、圧下延性限界である２インチを超える寸法において単一のパスが変更を付与しないことを確実にする。

複数の据え込みおよび引抜き、本実施例の分割パスダイ鍛造方法のシーケンスの一部として、Ｔｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金の微細構造は、球状化されたかまたは等軸化された１μｍ〜５μｍの範囲の平均粒径を有するアルファ相粒子からなる。

実施例２
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を含む金属材料の複合型八角形ＲＣＳビレットを提供する。複合型八角形ＲＣＳ成形は、八角形を形成する２７．５インチ対角面を有する２４インチのＲＣＳである。長さを、３×２４インチまたは７２インチを超えないと定義し、本実施例では、ビレットは、７０インチの長さである。微細構造微細化を開始するために、ビレットを、２６パーセントの圧下へ１６００°Ｆで据え込み鍛造する。据え込み圧下後、ビレットは、約５１インチ長であり、その複合型八角形ＲＣＳ横断面は、約２７．９インチ×３２インチである。ビレットを、３２インチの対角面を２４インチの面に戻す圧下によって引抜き鍛造するが、それは、８インチの圧下かまたは対角面の高さの２５％である。そのようにすることにより、他の対角面が３２インチを超えて隆起することが予期される。本実施例では、１６００°Ｆの範囲の鍛造温度での圧下延性限界のための合理的な推計は、いかなるパスも２．５インチ圧下を超えないということである。対角面上の３２インチから２４インチへの圧下を、それが材料の圧下延性限界を超える場合、自由プレス鍛造で一度に付与できなかったため、本開示に従う分割パス方法を、この具体的な非限定的な実施形態のために用いた。

複数の据え込みおよび引抜き、本実施例の分割パスダイ鍛造方法のシーケンスの一部として、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の微細構造は、球状化されたかまたは等軸化された１μｍ〜５μｍの範囲の平均粒径を有するアルファ相粒子からなる。

Claims (22)

1. 微細構造微細化を開始するように金属材料加工物を鍛造する方法であって、
   前記金属材料の最大圧下延性限界まで第１の鍛造方向に鍛造温度で前記加工物を自由プレス鍛造することと、
   前記第１の鍛造方向に付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、前記鍛造温度で１回以上前記最大圧下延性限界まで前記第１の鍛造方向に前記加工物を自由プレス鍛造することを繰り返すことと、
   所望の回転度に前記加工物を回転させることと、
   前記金属材料の前記最大圧下延性限界まで第２の鍛造方向に前記鍛造温度で前記加工物を自由プレス鍛造することと、
   前記第２の鍛造方向に付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、前記鍛造温度で１回以上、前記最大圧下延性限界まで前記第２の鍛造方向に前記加工物を自由プレス鍛造することを繰り返すことと、
   前記回転するステップと、前記自由プレス鍛造ステップと、微細構造微細化を開始するのに十分であるひずみの合計量が前記加工物の全体積に付与されるまで、第３の、および任意に、１つ以上の更なる鍛造方向に自由プレス鍛造を繰り返すステップであり、前記加工物が、微細構造微細化を開始するのに十分であるひずみの合計量が前記第３の方向および任意の１つ以上の更なる方向に付与されるまで回転されないステップと、を繰り返すことと、を含む、前記方法。
2. 前記金属材料が、チタン合金およびニッケル合金のうちの１つを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記金属材料が、チタン合金を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記チタン合金が、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＵＮＳ Ｒ５６４００）、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ ＥＬＩ合金（ＵＮＳ Ｒ５６４０１）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ合金（ＵＮＳ Ｒ５６２６０）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ合金（ＵＮＳ Ｒ５４６２０）、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金（ＡＭＳ ４９８６）、およびＴｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＵＮＳ ５４２５０）のうちの１つを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記金属材料が、アルファ−ベータチタン合金および準安定ベータチタン合金のうちの１つを含む、請求項３に記載の方法。
6. 前記金属材料が、アルファ−ベータチタン合金を含む、請求項３に記載の方法。
7. 前記アルファ−ベータチタン合金が、Ｔｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＵＮＳ ５４２５０）を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記金属材料が、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）（ＵＮＳ Ｎ０７００１）、ＡＴＩ ７１８Ｐｌｕｓ（登録商標）合金（ＵＮＳ Ｎ０７８１８）、および合金７２０（ＵＮＳ Ｎ０７７２０）のうちの１つを含む、請求項２に記載の方法。
9. 前記鍛造温度が、１１００°Ｆ〜前記アルファ−ベータチタン合金のベータトランザス温度を５０°Ｆ下回る温度にまで及ぶ温度範囲内にある、請求項１に記載の方法。
10. 任意の自由プレス鍛造ステップの中間で前記加工物を再加熱することを更に含む、請求項１に記載の方法。
11. 任意の自由プレス鍛造ステップの中間で前記加工物を焼鈍することを更に含む、請求項１に記載の方法。
12. 微細構造微細化を開始するように金属材料加工物を分割パス自由鍛造する方法であって、
    金属材料を含む複合型八角形ＲＣＳ加工物（ｈｙｂｒｉｄ ｏｃｔａｇｏｎ−ＲＣＳ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）を提供することと、
    前記加工物を自由据え込み鍛造することと、
    前記複合型八角形ＲＣＳ加工物のＸ’方向において第１の対角面上に自由引抜きするために、前記加工物を回転させることと、
    微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、前記Ｘ’方向に前記加工物を複数パス引抜き鍛造することであり、
    各複数パス引抜き鍛造ステップが、前記金属材料の前記最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む、複数パス引抜き鍛造することと、
    前記複合型八角形ＲＣＳ加工物のＹ’方向において第２の対角面上に自由引抜きするために、前記加工物を回転させることと、
    微細構造微細化開始のための前記ひずみ閾値まで、前記Ｙ’方向に前記加工物を複数パス引抜き鍛造することであり、
    各複数パス引抜き鍛造ステップが、前記金属材料の前記最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む、複数パス引抜き鍛造することと、
    前記複合型八角形ＲＣＳ加工物のＹ方向において第１のＲＣＳ面上に自由引抜きするために、前記加工物を回転させることと、
    微細構造微細化開始のための前記ひずみ閾値まで、前記Ｙ方向に前記加工物を複数パス引抜き鍛造することであり、
    各複数パス引抜き鍛造ステップが、前記金属材料の前記最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む、複数パス引抜き鍛造することと、
    前記複合型八角形ＲＣＳ加工物のＸ方向において第２のＲＣＳ面上に自由引抜きするために、前記加工物を回転させることと、
    微細構造微細化開始のための前記ひずみ閾値まで、前記Ｘ方向に前記加工物を複数パス引抜き鍛造することであり、
    各複数パス引抜き鍛造ステップが、前記金属材料の前記最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む、複数パス引抜き鍛造することと、
    前記据え込みおよび複数引抜きサイクルを繰り返すことと、を含む、前記方法。
13. チタン合金およびニッケル合金のうちの１つを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記金属材料が、チタン合金を含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記チタン合金が、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＵＮＳ Ｒ５６４００）、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ ＥＬＩ合金（ＵＮＳ Ｒ５６４０１）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ合金（ＵＮＳ Ｒ５６２６０）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ合金（ＵＮＳ Ｒ５４６２０）、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金（ＡＭＳ ４９８６）、およびＴｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＵＮＳ ５４２５０）のうちの１つを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記金属材料が、アルファ−ベータチタン合金および準安定ベータチタン合金のうちの１つを含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記金属材料が、アルファ−ベータチタン合金を含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記アルファ−ベータチタン合金が、Ｔｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＵＮＳ ５４２５０）を含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記金属材料が、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）（ＵＮＳ Ｎ０７００１）、ＡＴＩ ７１８Ｐｌｕｓ（登録商標）合金（ＵＮＳ Ｎ０７８１８）、および合金７２０（ＵＮＳ Ｎ０７７２０）のうちの１つを含む、請求項１３に記載の方法。
20. 前記鍛造温度が、１１００°Ｆ〜前記アルファ−ベータチタン合金のベータトランザス温度を５０°Ｆ下回る温度にまで及ぶ温度範囲内にある、請求項１２に記載の方法。
21. 任意の自由プレス鍛造ステップの中間で前記加工物を再加熱することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
22. 任意の自由プレス鍛造ステップの中間で前記加工物を焼鈍することを更に含む、請求項１２に記載の方法。