JP4783019B2 - アルミニウム厚板のエッジ・オン応力緩和 - Google Patents
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Description
このことは、以下の論文で確認されており、すなわち、AA7010合金による試験シリンダで得た実験結果をもとにした、P.Jeanmart、B.Dubost、J.BouvaistおよびM.P.Charueの論文「焼入れおよび圧縮応力緩和後の高強度アルミニウム合金鍛造品における残留応力の有限要素計算(”A finite element calculation of residual stresses after quenching and compression stress relieving of high strength aluminum alloys forgings”)」(Conference Redisual Stresses in Science and Technology、vol.2,p.587−594(DGM 1987)に発表されたもの)、および
もう一つの論文、厚さ方向に圧縮した試験片における測定をもとにした、Y.Altschuler、T.KaatzおよびB.Cinaの論文「高強度アルミニウム合金の冷間加工による残留応力緩和(”Relief of residual stress in a high−strength aluminum alloy by cold working”)」(”Mechanical Relaxation of Residual Stress”、ASTM STP 993、L.Mordfin、Ed.,American Society for Testing and Materials、Philadelphia、1988、p.19−29)に発表されたもの)とによって確認されている。
AA7050プレートの時効応答に与える圧縮の影響については、K.Escobar、B.Gonzalez、J.Ortiz、P.Nguyen、D.Bowden、J.Foyos、J.Ogren、E.W.LeeおよびO.S.Es−Saidの「アルミニウム合金7050における残留応力の管理について(”On the residual stress control in aluminum alloy 7050”)」という標題付きの最近の出版物(Materials Science Forum、Vols.396−402、p.1235−1240(2002))において分析されている。
N.YoshiharaおよびY.Hinoの計算および実験的証拠(「7075アルミニウム合金における残留応力の除去技術」(”Removal technique of residual stress in 7075 aluminum alloy”)、ICRS Residual Stress III、Science and Technology vol.2、p.1140−1145(1992))によると、小型の7075合金ブロックの場合、いわゆるアップヒル焼入れ方法(T7353と称する)に比して、圧縮(T7353)のほうが残留応力の緩和に対してより効果的であるとされている。
図2は、L−T平面をS方向に圧縮することにより応力緩和した後の典型的な残留応力状態(MPaで表したσT)を示したものである(ここに示したモデルは、SおよびT方向に対称であるため、実際のプレートの四分の一になっている)。
図3は、L−T平面をS方向に圧縮することにより応力緩和した後のプレートの幅の中央におけるT方向の厚さに沿った予想応力プロファイルを示したものである。
図4は、S方向に圧縮することにより応力緩和した後に測定し、ここで述べる方法によって評価した、T方向の厚さに沿った実験的予想応力プロファイルを示したものである。
図5は、バーの各側面に接着した各ストレインゲージの状態を示したものである。
図6は、バーを半分真二つに切断して、各ストレインゲージの歪を測定する状態を示したものである。
図7は、1/2のバーを二つ並置して機械加工する状態を示したものである。
図8は、エッジ・オン応力緩和の概要を示したものである。
図9は、S−L平面をT方向に圧縮することにより応力緩和した後の典型的な残留応力状態(MPaで表したσT)を示したものである(ここに示したモデルは、SおよびT方向に対称であるため、実際のプレートの四分の一になっている)。
図10は、S−L平面をT方向に圧縮することにより応力緩和した後のプレートの幅の中央における、T方向の厚さに沿った予想応力プロファイルを示したものである。
図11は、圧縮によりエッジ・オン応力緩和した後に測定した、T方向の厚さに沿った実験的応力プロファイルを示したものである。
図12は、本明細書を通じて使用した表記システムを示したものである。
図13は、ミーリング加工後の歪データを採取するための適切な手順を概略的に示したものである。
熱処理可能なアルミニウム合金の厚板、特に2xxx、6xxxおよび7xxxシリーズの厚板を機械加工する場合、それらの厚板は可能な限り低い残留応力レベルを呈することが望ましい。さもなければ、機械加工の過程において加工中の製品に変形が起こることになる。引き伸ばしや圧縮は、こうしたプレートにおける残留応力を低減するための手段である。
厚板における残留応力は、たとえば以下の論文に記載されている方法を用いて評価される。
F.Heymes、B.Commet、B.Dubost、P.Lassince、P.Lequeu、およびG.M.Raynaud著、「航空機用無ひずみ機械加工アルミニウム構成要素のための新合金の開発(”Development of New Alloy for Distortion Free Machined Aluminum Aircraft Components”)」、1st International Non−Ferrous Processing & Technology Conference、 10−12 March 1997−Adams’s Mark Hotel、St Louis、Missouri、に述べられている方法を用いて評価することができるものであり、なおこの論文は、本明細書の中で参照として援用する。
i=1からN−1までの値に対して、
ここにσfl(i)は、機械的平衡によって生じる1/2の各バーにおける曲げ応力である。
Claims (8)
- 残留応力のレベルの低いアルミニウム合金プレートの製造方法であって、
かつ前記製造方法が、
a)長さ方向の端部と幅方向の端部とを有し、さらに厚さが少なくとも5インチある、溶体化熱処理および焼入れを施したアルミニウム合金プレートを供給すると共に、
b)該アルミニウム合金プレートの該長さ方向の端部の端面または幅方向の端部の端面を対向圧縮して、長さ方向の端部の長さまたは幅方向の端部の幅に沿って、全体で0.5〜5%の割合の永久ひずみを伴う圧縮によって該アルミニウム合金プレートの応力を緩和することからなる方法であって、
さらに圧縮するアルミニウム合金プレートの長さ方向の端部の長さまたは幅方向の端部の幅が、該アルミニウム合金プレートの厚さの二倍を超え、かつ八倍未満であるアルミニウム合金プレートの製造方法。 - 前記アルミニウム合金プレートがシリーズ2xxx、6xxxまたは7xxxの合金からなる、請求項1に記載のアルミニウム合金プレートの製造方法。
- 前記アルミニウム合金プレートの厚さが40インチ未満である、請求項1または請求項2に記載のアルミニウム合金プレートの製造方法。
- 前記アルミニウム合金プレートの厚さが10インチと30インチの間である、請求項1〜3のいずれか一つに記載のアルミニウム合金プレートの製造方法。
- 溶体化熱処理および焼入れを施す前の前記アルミニウム合金プレートが、圧延および/または鍛造を含むプロセスによって仕上げられている、請求項1〜4のいずれか一つに記載のアルミニウム合金プレートの製造方法。
- 前記圧縮が、圧縮領域が少なくとも部分的に重なるようにして最大三過程で行われる、請求項1〜5のいずれか一つに記載のアルミニウム合金プレートの製造方法。
- 前記圧縮が80℃未満の温度で行われる、請求項1〜6のいずれか一つに記載のアルミニウム合金プレートの製造方法。
- 前記圧縮が40℃未満の温度で行われる、請求項1〜7のいずれか一つに記載のアルミニウム合金プレートの製造方法。
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