JP3241524B2 - 金属の一体成形方法 - Google Patents
金属の一体成形方法Info
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- JP3241524B2 JP3241524B2 JP05623194A JP5623194A JP3241524B2 JP 3241524 B2 JP3241524 B2 JP 3241524B2 JP 05623194 A JP05623194 A JP 05623194A JP 5623194 A JP5623194 A JP 5623194A JP 3241524 B2 JP3241524 B2 JP 3241524B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機の機体構造、特
に耐熱性を必要とする部位に適用されるチタン合金の３
層以上の構造を持つ部品を、超塑性成形（Super Plasti
c Forming)と拡散接合（Diffusion Bonding)技術を用い
て一体構造とする金属の一体成形方法に関する。
に耐熱性を必要とする部位に適用されるチタン合金の３
層以上の構造を持つ部品を、超塑性成形（Super Plasti
c Forming)と拡散接合（Diffusion Bonding)技術を用い
て一体構造とする金属の一体成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば、チタンやチタン合金には、超
可塑特性を備えたものがあり、適当なチタン合金は、３
００パーセントに達する表面積の全増加が可能であるこ
とがわかっている。このような超塑性金属は、超塑性成
形手段により非常に複雑な形状に成形できる。
可塑特性を備えたものがあり、適当なチタン合金は、３
００パーセントに達する表面積の全増加が可能であるこ
とがわかっている。このような超塑性金属は、超塑性成
形手段により非常に複雑な形状に成形できる。
【０００３】しかし、チタンやチタン合金は、特に高温
における空気中の酸素、窒素、および水蒸気に敏感であ
り、超塑性成形を行なう場合、制御された環境において
加熱と成形を行ない、チタンの正常性を確実にする必要
がある。
における空気中の酸素、窒素、および水蒸気に敏感であ
り、超塑性成形を行なう場合、制御された環境において
加熱と成形を行ない、チタンの正常性を確実にする必要
がある。
【０００４】３層以上のチタン合金部品を超塑性成形と
拡散接合技術を用いて一体に成形する技術手段として、
図５ないし図８に示すように、３枚のチタン合金シート
素材１，２，３を用意し、中間に位置するコアシート１
の一面の接合不要区域４，５および他面の接合不要区域
６に、ボロンナイト等の接合防止剤７を塗布し、このコ
アシート１の両面にフエースシート２，３を重ね合わ
せ、この重合シートを成形型８，９の内部にセットし、
型の内部空間８ａ，９ａおよび各シートの境界内１０，
１１を真空引きした後、全体を加熱し、十分に昇温後、
型の内部空間８ａ，９ａに不活性ガス（一般的にはアル
ゴンガス）を導入し、３枚のチタン合金シート素材１，
２，３の接合区域を拡散接合することでチタン合金部品
を成形する技術手段は、たとえば、Ｔｉｔａｎ １９８
６ Ｖｏｌ ２ Ｐａｇｅ６０３〜６３０「チタン拡散
接合」により知られている。
拡散接合技術を用いて一体に成形する技術手段として、
図５ないし図８に示すように、３枚のチタン合金シート
素材１，２，３を用意し、中間に位置するコアシート１
の一面の接合不要区域４，５および他面の接合不要区域
６に、ボロンナイト等の接合防止剤７を塗布し、このコ
アシート１の両面にフエースシート２，３を重ね合わ
せ、この重合シートを成形型８，９の内部にセットし、
型の内部空間８ａ，９ａおよび各シートの境界内１０，
１１を真空引きした後、全体を加熱し、十分に昇温後、
型の内部空間８ａ，９ａに不活性ガス（一般的にはアル
ゴンガス）を導入し、３枚のチタン合金シート素材１，
２，３の接合区域を拡散接合することでチタン合金部品
を成形する技術手段は、たとえば、Ｔｉｔａｎ １９８
６ Ｖｏｌ ２ Ｐａｇｅ６０３〜６３０「チタン拡散
接合」により知られている。
【０００５】上記チタン合金の一体成形方法は、拡散接
合条件として、チタン合金（Ｔｉ・６Ａｌ・４Ｖ）の場
合、約９００℃の温度、２０〜３０気圧で、１．０〜
１．５時間であり、拡散接合後のチタン合金部品は、再
度型の内部空間を真空引きした後、シート内部に不活性
ガスを導入することで超塑性成形を行なう。この超塑性
成形は、チタン合金（Ｔｉ・６Ａｌ・４Ｖ）の場合、温
度９００℃で、ひずみ速度が１０-3〜１０-4になるよう
にガス圧力を制御することで行なう。
合条件として、チタン合金（Ｔｉ・６Ａｌ・４Ｖ）の場
合、約９００℃の温度、２０〜３０気圧で、１．０〜
１．５時間であり、拡散接合後のチタン合金部品は、再
度型の内部空間を真空引きした後、シート内部に不活性
ガスを導入することで超塑性成形を行なう。この超塑性
成形は、チタン合金（Ｔｉ・６Ａｌ・４Ｖ）の場合、温
度９００℃で、ひずみ速度が１０-3〜１０-4になるよう
にガス圧力を制御することで行なう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記チタン合金の一体
成形方法では、材料内だけでなく治具内にもガスを導入
し排気する必要があるため、治具構造や成形条件、成形
装置のシステムが複雑となり、成形時間もかかりコスト
高につながる。また、接合不要部分に接合防止剤を塗布
する必要があるため、その手間がかかることや、部品形
状によっては成形後に化学的洗浄手段で除去することが
できず、そのまま機体に付着し、不要な重量増となる。
さらには、拡散接合後に接合不要部分にガスが入りにく
く、成形のコントロールを精度よく行なうことが難し
い。
成形方法では、材料内だけでなく治具内にもガスを導入
し排気する必要があるため、治具構造や成形条件、成形
装置のシステムが複雑となり、成形時間もかかりコスト
高につながる。また、接合不要部分に接合防止剤を塗布
する必要があるため、その手間がかかることや、部品形
状によっては成形後に化学的洗浄手段で除去することが
できず、そのまま機体に付着し、不要な重量増となる。
さらには、拡散接合後に接合不要部分にガスが入りにく
く、成形のコントロールを精度よく行なうことが難し
い。
【０００７】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、超塑性成形／拡散接合品の成形時間を短縮するとと
もに、離型処理を不要とし、装置システムの簡略化を図
ることができる金属の一体成形方法を提供することを目
的とする。
で、超塑性成形／拡散接合品の成形時間を短縮するとと
もに、離型処理を不要とし、装置システムの簡略化を図
ることができる金属の一体成形方法を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の金属の一体成形
方法は、超塑性成形と拡散接合が可能な金属板を積層
し、積層した金属板を真空中で接合必要区域を囲むよう
に電子ビーム溶接し、電子ビーム溶接した金属板に上記
金属板と同じ金属板を積層し、積層した金属板を上記接
合必要区域が重ならないように真空中で接合必要区域を
囲んで電子ビーム溶接し、電子ビーム溶接した金属板を
成形型にセットし、成型型内および金属板の境界内を真
空引きした後全体を成型温度まで加熱し、金属板の真空
引きした境界内に高圧ガスを導入して超塑性成形と拡散
接合を同時に行うことで構成される。
方法は、超塑性成形と拡散接合が可能な金属板を積層
し、積層した金属板を真空中で接合必要区域を囲むよう
に電子ビーム溶接し、電子ビーム溶接した金属板に上記
金属板と同じ金属板を積層し、積層した金属板を上記接
合必要区域が重ならないように真空中で接合必要区域を
囲んで電子ビーム溶接し、電子ビーム溶接した金属板を
成形型にセットし、成型型内および金属板の境界内を真
空引きした後全体を成型温度まで加熱し、金属板の真空
引きした境界内に高圧ガスを導入して超塑性成形と拡散
接合を同時に行うことで構成される。
【０００９】
【作用】本発明の金属の一体成形方法は、拡散接合区域
の周囲を電子ビーム手段により互いに溶接することで、
接合部分が真空状態を保ち、超塑性成形と拡散接合を同
時進行させることで、成形時間が短縮され、接合不要部
分が拡散接合することがないので、接合防止剤を塗布す
る必要がなく、材料費および工数が低減する。
の周囲を電子ビーム手段により互いに溶接することで、
接合部分が真空状態を保ち、超塑性成形と拡散接合を同
時進行させることで、成形時間が短縮され、接合不要部
分が拡散接合することがないので、接合防止剤を塗布す
る必要がなく、材料費および工数が低減する。
【００１０】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面につき説明す
る。なお、図１ないし図４において、図５ないし図８と
同一部材については同一符号を付す。
る。なお、図１ないし図４において、図５ないし図８と
同一部材については同一符号を付す。
【００１１】図１は、本発明の金属の一体成形方法のチ
タン合金コアシート１とチタン合金フエースシート２を
溶接した段階を示す図であり、コアシート１とフエース
シート２は、電子ビーム溶接手段により形成される電子
ビーム溶接部２０により互いに溶着される。この電子ビ
ーム溶接部２０は、コアシート１とフエースシート２の
接合区域２１を囲むように形成される。電子ビーム溶接
手段による電子ビーム溶接は、真空雰囲気中で行なわれ
る。上記フエースシート２の隅部には、真空引きおよび
ガス導入のための孔２２が形成されている。
タン合金コアシート１とチタン合金フエースシート２を
溶接した段階を示す図であり、コアシート１とフエース
シート２は、電子ビーム溶接手段により形成される電子
ビーム溶接部２０により互いに溶着される。この電子ビ
ーム溶接部２０は、コアシート１とフエースシート２の
接合区域２１を囲むように形成される。電子ビーム溶接
手段による電子ビーム溶接は、真空雰囲気中で行なわれ
る。上記フエースシート２の隅部には、真空引きおよび
ガス導入のための孔２２が形成されている。
【００１２】図２は、本発明の金属の一体成形方法のチ
タン合金フエースシート２を溶着したチタン合金コアシ
ート１とチタン合金フエースシート３を溶接した段階を
示す図であり、コアシート１とフエースシート３は、電
子ビーム溶接手段により形成される電子ビーム溶接部２
３および２４により互いに溶着される。電子ビーム溶接
部２３は、コアシート１とフエースシート３の接合区域
２５を囲むように形成され、電子ビーム溶接部２４は、
コアシート１とフエースシート３の接合区域２６を囲む
ように形成される。
タン合金フエースシート２を溶着したチタン合金コアシ
ート１とチタン合金フエースシート３を溶接した段階を
示す図であり、コアシート１とフエースシート３は、電
子ビーム溶接手段により形成される電子ビーム溶接部２
３および２４により互いに溶着される。電子ビーム溶接
部２３は、コアシート１とフエースシート３の接合区域
２５を囲むように形成され、電子ビーム溶接部２４は、
コアシート１とフエースシート３の接合区域２６を囲む
ように形成される。
【００１３】なお、図示しないが、コアシート１には、
フエースシート２の隅部に設けた孔から導入されるガス
をコアシート１とフエースシート２の境界面４，５およ
びコアシート１とフエースシート３の境界面６に導くた
めの孔が形成されている。
フエースシート２の隅部に設けた孔から導入されるガス
をコアシート１とフエースシート２の境界面４，５およ
びコアシート１とフエースシート３の境界面６に導くた
めの孔が形成されている。
【００１４】つぎに作用を説明する。補強材を有するチ
タン合金部品を作るには、３枚のチタン合金シート素材
１，２，３を用意し、シート素材１の一面にシート素材
（フエースシート）２を、図１に示すように重ね合わ
せ、接合区域２１を囲む電子ビーム溶接部２０を形成す
るように、電子ビーム溶接手段により真空雰囲気中で電
子ビーム溶接する。この接合区域２１は周囲を囲まれて
いるので真空状態に保持される。
タン合金部品を作るには、３枚のチタン合金シート素材
１，２，３を用意し、シート素材１の一面にシート素材
（フエースシート）２を、図１に示すように重ね合わ
せ、接合区域２１を囲む電子ビーム溶接部２０を形成す
るように、電子ビーム溶接手段により真空雰囲気中で電
子ビーム溶接する。この接合区域２１は周囲を囲まれて
いるので真空状態に保持される。
【００１５】つぎに、シート素材１がコアシートを形成
するように、シート素材２を溶接したシート素材１の他
面に、図２に示すようにシート素材（フエースシート）
３を重ね合わせ、接合必要区域２５を囲む電子ビーム溶
接部２３および接合必要区域２６を囲む電子ビーム溶接
部２４を形成するように、電子ビーム溶接手段により真
空雰囲気中で電子ビーム溶接する。接合区域２５および
接合区域２６は周囲を囲まれているので真空状態に保持
される。
するように、シート素材２を溶接したシート素材１の他
面に、図２に示すようにシート素材（フエースシート）
３を重ね合わせ、接合必要区域２５を囲む電子ビーム溶
接部２３および接合必要区域２６を囲む電子ビーム溶接
部２４を形成するように、電子ビーム溶接手段により真
空雰囲気中で電子ビーム溶接する。接合区域２５および
接合区域２６は周囲を囲まれているので真空状態に保持
される。
【００１６】ついで、電子ビーム溶接部により溶接され
たチタン合金部品素材を、図３に示すように、成形型
８，９の内部にセットし、型の内部空間８ａ，９ａおよ
び各シートの境界内４，５，６を真空引きするととも
に、チタン合金部品素材を加熱処理する。
たチタン合金部品素材を、図３に示すように、成形型
８，９の内部にセットし、型の内部空間８ａ，９ａおよ
び各シートの境界内４，５，６を真空引きするととも
に、チタン合金部品素材を加熱処理する。
【００１７】チタン合金部品素材がこの加熱処理により
設定された成形温度に達したら、シート素材２の隅部に
設けた孔２２から不活性ガスを導入する。この孔２２に
導入された不活性ガスは、シート素材に設けた図示しな
い溝を通して、シート素材１とシート素材２の境界４，
５およびシート素材１とシート素材３の境界６に導入さ
れる。この不活性ガスの圧力は、材料を超塑性成形させ
るとともに、接合区域２１，２５，２６の拡散接合を進
行させる。
設定された成形温度に達したら、シート素材２の隅部に
設けた孔２２から不活性ガスを導入する。この孔２２に
導入された不活性ガスは、シート素材に設けた図示しな
い溝を通して、シート素材１とシート素材２の境界４，
５およびシート素材１とシート素材３の境界６に導入さ
れる。この不活性ガスの圧力は、材料を超塑性成形させ
るとともに、接合区域２１，２５，２６の拡散接合を進
行させる。
【００１８】この超塑性成形は、チタン合金（Ｔｉ・６
Ａｌ・４Ｖ）の場合、、温度９００℃で、ひずみ速度が
１０-3〜１０-4になるようにガス圧力を制御することで
行なう。接合が不十分である場合は、圧力と時間をさら
に増加させる。
Ａｌ・４Ｖ）の場合、、温度９００℃で、ひずみ速度が
１０-3〜１０-4になるようにガス圧力を制御することで
行なう。接合が不十分である場合は、圧力と時間をさら
に増加させる。
【００１９】なお、上記実施例では、シート素材として
チタン合金（Ｔｉ・６Ａｌ・４Ｖ）の板材を用いたが、
超塑性成形と拡散接合が可能な金属板であれば、他の合
金であってもよい、また、チタン合金部品の成形に、３
枚のシート素材を用いたが、この枚数はそれ以上であっ
てもよい。
チタン合金（Ｔｉ・６Ａｌ・４Ｖ）の板材を用いたが、
超塑性成形と拡散接合が可能な金属板であれば、他の合
金であってもよい、また、チタン合金部品の成形に、３
枚のシート素材を用いたが、この枚数はそれ以上であっ
てもよい。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、真空
中で拡散接合区域の周囲を電子ビーム手段により互いに
溶接することで接合部分が真空状態を保ち、成形と拡散
接合を同時進行させることで成形時間が短縮され、接合
不要部分が拡散接合することがないので接合防止剤を塗
布する必要がなく材料費および工数が低減する。
中で拡散接合区域の周囲を電子ビーム手段により互いに
溶接することで接合部分が真空状態を保ち、成形と拡散
接合を同時進行させることで成形時間が短縮され、接合
不要部分が拡散接合することがないので接合防止剤を塗
布する必要がなく材料費および工数が低減する。
【００２１】また、従来方法に比べて、未接合部と接合
部との間の境界部の形状が滑らかにでき、応力集中の少
ない構造体を成形できる。
部との間の境界部の形状が滑らかにでき、応力集中の少
ない構造体を成形できる。
【図１】本発明による金属の一体成形方法のチタン合金
コアシートとチタン合金フエースシートを溶接した段階
を示す図。
コアシートとチタン合金フエースシートを溶接した段階
を示す図。
【図２】本発明による金属の一体成形方法のチタン合金
フエースシートを溶着したチタン合金コアシートとチタ
ン合金フエースシートを溶接した段階を示す図。
フエースシートを溶着したチタン合金コアシートとチタ
ン合金フエースシートを溶接した段階を示す図。
【図３】本発明による金属の一体成形方法の重合シート
を成形型の内部にセットした状態を示す図。
を成形型の内部にセットした状態を示す図。
【図４】本発明による金属の一体成形方法の重合シート
の拡散接合してチタン合金部品を成形した状態を示す
図。
の拡散接合してチタン合金部品を成形した状態を示す
図。
【図５】従来の超塑性金属の一体成形方法の図１に対応
する段階を示す図。
する段階を示す図。
【図６】従来の超塑性金属の一体成形方法の図２に対応
する段階を示す図。
する段階を示す図。
【図７】従来の超塑性金属の一体成形方法の図３に対応
す状態を示す図。
す状態を示す図。
【図８】従来の超塑性金属の一体成形方法の図３に対応
す状態を示す図。
す状態を示す図。
１ チタン合金コアシート ２ チタン合金フエースシート ３ チタン合金フエースシート ８ 成形型 ９ 成形型 ２０ 電子ビーム溶接部 ２１ 接合区域 ２２ 孔 ２３ 電子ビーム溶接部 ２４ 電子ビーム溶接部 ２５ 接合区域 ２６ 接合区域
Claims (1)
- 【請求項１】超塑性成形と拡散接合が可能な金属板を積
層し、積層した金属板を真空中で接合必要区域を囲むよ
うに電子ビーム溶接し、電子ビーム溶接した金属板に上
記金属板と同じ金属板を積層し、積層した金属板を上記
接合必要区域が重ならないように真空中で接合必要区域
を囲んで電子ビーム溶接し、電子ビーム溶接した金属板
を成形型にセットし、成型型内および金属板の境界内を
真空引きした後全体を成型温度まで加熱し、金属板の真
空引きした境界内に高圧ガスを導入して超塑性成形と拡
散接合を同時に行うことを特徴とする金属の一体成形方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05623194A JP3241524B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 金属の一体成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05623194A JP3241524B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 金属の一体成形方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07266063A JPH07266063A (ja) | 1995-10-17 |
| JP3241524B2 true JP3241524B2 (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=13021337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05623194A Expired - Fee Related JP3241524B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 金属の一体成形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3241524B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010084942A1 (ja) * | 2009-01-22 | 2010-07-29 | 株式会社Ihi | ファンブレードの前縁強化部材の製造方法 |
| CN103551444B (zh) * | 2013-11-14 | 2016-05-11 | 深圳智慧能源技术有限公司 | 制造中空结构的方法 |
| KR20240065649A (ko) | 2022-11-04 | 2024-05-14 | 한국생산기술연구원 | 중공형상체의 제조방법 및 이의 제조방법에 의해 제조된 중공형상체 |
-
1994
- 1994-03-25 JP JP05623194A patent/JP3241524B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07266063A (ja) | 1995-10-17 |
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