JPH04187325A - 超塑性加工成形品及びその超塑性加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、航空宇宙機器用軽量部材等の超塑性加工成形
品及びその超塑性成形方法に関する。

［従来の技術〕 従来の超塑性加工においては、第５図（ａ）に示すよう
に、上型０２と下型０３との間に被加工材０１を配置し
、被加工材０１の外周部を一方の金型（図示の場合は上
型０２）に！ｆｒさせシールした上、Ａｒ等の成形ガス
を一方の金型と被加工材０１との間に供給して、被加工
材０１を塑性変形させるようにしている。

前記の被加工材０１と金型との密着（シール）に当って
は、 （１）第５図（ｂ）に示すように、金型に加圧力を加え
田 て金型（上型）周面に設けた突起０４を被加工板に喰い
込ませる。

（２）第５図（Ｃ）に示すように、金型（上型）と被加
工板との間に鋼線などの軟質ワイヤ０５をはさみ、金型
に加えられた加圧力によって密着させる。

（３）前記口）のワイヤの代りに、第５図（６）に示す
ように、薄肉金属チェープ０６をはさみ、同チューブ０
６内に内圧を負荷して金型と被加工材とを密着させる（
本出願人の出訓に係る特願平０２−０２２１６４号）。

方法などが多用されている。

〔発明が解決しようとする諜凹〕

前記従来方法の（１）及び（２）は、被加工材中への金
型突起又はシール用のワイヤが喰い込むことによって、
被加工材と上型との間に作用する成形ガス圧をシールす
ることになる。この際、金型突起又はシール用のワイヤ
を被加工材に喰い込ませるために上下の金型に押付力が
常時作用しているが、高温では被加工材は超塑性状態と
なるため喰い込み量が時間とともに増大する。実際の生
産でも、このような現象が見られ、被加工材が薄くなる
に従って成形の途中で被加工材の当該喰い込み部が破断
してガス洩れを起す不具合が生じている。

前記従来法の（３）は、これを改善するための一方法で
、シール部面圧をガス圧とすることによって減少せしめ
、当該喰い込みを減らすようにしたものであるが、その
ためのガス圧負荷装置を要する点に問題がある。

本発明は以上の問題点を解決するために、被加工材のシ
ール該当部を部分的に強化し、同一のシール面圧が負荷
されても喰い込み量の経時変化を防止することによって
不良率を減少させることができる超塑性加工品及びその
超塑性加工方法を提供しようとするものである。

〔課雌を解決するための手段〕

（１）本発明の超塑性加工成形品は、外周部が粗大結晶
粒組織で、同外周部の内方の部分が微細結晶粒組織であ
ることを特徴とする。

（２）本発明の超塑性成形方法は、微細結晶粒超塑性材
料を超塑性状態でガス成形するに先立って、前記超塑性
材料の外周部を局部的に加熱して粗大結晶粒組織に変化
させて超塑性特性を劣化させ、その上で同外周部と金型
をシールして成形ガスによる被加工材の超望性成形を行
なうことを特徴とする。

〔作　用〕

超蟹性変形は、結晶粒界でのすべりが支配的であり、超
望性変形応力は結晶粒径に比例して増加するので、被加
工材の結晶粒が微細である程一般に超塑性特性が優れ、
被加工材の結晶粒が粗大であれば超塑性変形は起り難い
。

前記（１１の本発明においては、粗大結晶粒組織の外周
部を超塑性加工における金型と密着するシール部とする
ことによって、超塑性加工に当っての変形抵抗が高めら
れる。従って、時間と共に進行する金型への喰い込みが
極端に減少して、被加工材の破断現象が防止され、同時
に成形の進行に伴って被加工材の面内方向に作用する金
型内への引込み力に対する抵抗が強く、同外周部の金型
内への流入が防止される。一方、外周部の内方の部分は
、微細結晶粒組織であるために超管性変形は円滑に行な
われる。

このようにして、本発明（１）では、超塑性加工に当っ
ての不良率が低下し、かつ、所定形状をもつ超塑性加工
成形品が得られる。

前記（２）の本発明においては、超塑性材料の外周部を
局部的に加熱して粗大結晶粒組織とし、この外周部と金
型をシールして成形ガスによる超塑性加工が行なわれる
。粗大結晶粒組織の外周部は、前記のように超塑性特性
が劣化しているために、金型への喰い込みによる破断が
防止され、また、超塑性加工の進行に伴う金型内への引
込み力に対する抵抗が強く、金型とのシール性能が維持
されると共に、外周部の全型内流入が防止される。−方
、外周部以外の部分は微細結晶粒組織であるために、成
形ガスによる超塑性変形が円滑に行なわれる。

以上の通り、本発明（２）においては、加工に当っての
不良率が低下し、かつ所定形状への超塑性加工を行なう
ことができる。

〔実施例〕−− 本発明の第１の実施例を、第１図ないし第３図によって
説明する。

本実施例では、第１図に示すように、被加工材１を水中
に浸漬した状態におき、その外周部を水面上に配置され
たトーチ１０の火炎１１によって加熱して粗大結晶粒組
織に変化させて超塑性特性を劣化させる０図中Ａは外周
部の加熱域を示す。

この処理を行なった被加工材１は、第２図に示すように
、外周部に粗粒域１ａ及び外周部内方に素材のままの細
粒域１ｂを備える。　　゛被加工材１がＴｉ−６Ｍ−４
Ｖ合金の場合には、約１０００°Ｃに加熱を行なうこと
によって、外周部を粗大な結晶粒に変化させ、一方非加
熱の他の部分は素材のままの微細結晶粒であるα＋β２
相組織（結晶粒径は１０μし以下）を維持する。

以上のような処理を行なった被加工材１は、第３図に示
すように上型２と下型２との間に配置され、被加工材１
と上型２との間に成形ガスを供給して超塑性加工が行な
われる。

被加工材ｌと上型２との間のシールは、第５図に示した
従来法と同様に、上型２に設けた突起４（第３図（ａ）
）もしくは軟質ワイヤ５（第３図（ｂ））又は内圧をか
けた薄肉チューブ６（第３図（Ｃ））によって行なわれ
る。これらの突起４．軟質ワイヤ５又は薄肉チューブ６
は前記被加工材１の外周部の粗粒域１ａと接するように
配置され、突起４と軟質ワイヤ５を用いる時には、上型
２と下型３に圧力を加えて上型２と被加工材１をシール
するように、また薄肉チューブ６を用いる時には、同チ
ューブ６に内圧をかけて上型２と被加工材１をシールす
るようにする。

本実施例では、前記のように、−被加工材ｌの外周部の
超望性特性が低下した粗粒域１ａが上型２に対してシー
ルされた状態で、成形ガスによる超塑性加工が行なわれ
るために、上型２が被加工材１に喰い込むことがなく、
同被加工材１の破断を防ぎ加圧ガスの漏れを防止するこ
とができる。また同時に、超塑性加工の進行に伴って被
加工材１の面内方向に作用する金型内への引込み力に対
応する抵抗が強く、被加工材１の金型内への流入を防止
することができる。

一方、被加工材１の外周部の粗粒域１ａ以外の部分は細
粒域であるために、成形ガスによる超塑性加工は円滑に
行なわれ、正確な形状に加工することができる。

以上のように、本実施例では、超塑性加工の不良率を下
げることができ、また正確な形状の加工品を得ることが
できる。

なお、本実施例においては、超塑性加工温度は、前記被
加工材１の外周部の粗粒域１ａを形成する変態点以上の
加熱温度より低く細粒域１ｂの結晶組織に変化が生起し
ないように（Ｔｉ−６Ｍ　　４Ｖ合金の場合は９００“
Ｃ程度）設定される。

本発明の第２の実施例を、第４図によって説明する。

本実施例では、前記第１の実施例と同様に被加工材１の
外周部に粗粒域１ａを設け、この粗粒域１ａと上型２と
を第１の実施例と同様に上型２の突起４でシールし、上
型２の中心部に同上型２と被加工材１との間に成形ガス
（Ａｒガス等）を供給して半球状の下型３に被加工材１
を押しつけて超塑性加工を行なって、半球状の加工品を
得るようにしたものであるが、前記被加工材ｌの外周部
の粗粒域１ａに加えて、予め被加工材１の中央部にも粗
粒域１ｃを形成するようにした。

本実施例では、粗粒域１ａにおいて上型２の突起４の喰
い込みを防いで被加工材ｌの破断を防止することができ
ると共に、外周部の粗粒域１ａに加えて被加工材ｌの中
央部に粗粒域１ｃを設けたことによって、成形ガスによ
る球面成形に伴う粗粒域１ａの流入に対する変形抵抗が
更に増加され、作業安定性を向上させることができる。

また、これによって、製品として元来不要である粗粒域
１ａによって形成されるフランジ部の寸法を小さくし、
材料費を節減することができる。

なお、前記実施例においては、被加工材の粗粒域の形成
にトーチによる加熱を用いているが、電子ビーム、レー
ザビーム、赤外線ランプ等の高エネルギー熱源による加
熱を用いることができる。

〔発明の効果］ 以上説明したように、本発明では、被加工材の外周部を
粗大結晶粒組織とし、その内方の部分を微細結晶粒組織
としたことによって、前記外周部と金型とをシールして
成形ガスによる超塑性加工を行なうことができ、生産時
の不良率を低下して、結果として製品加工コストを低減
することができ、また超塑性加工品を正確な形状とする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の被加工材の外周部の加
熱時の説明図、第２図は同実施例の第１図に示す加熱後
の被加工材の説明図、第３図（ａ）。 （ｂ）、　（Ｃ）はそれぞれ同実施例の成形ガスによる
超塑性加工時の部分断面図、第４図は本発明の第２の実
施例を示し、第４図（→は超塑性加工前の縦断面図、第
４図Φ）は超塑性加工時の縦断面図、第５図（ａ）〜（
イ）はそれぞれ従来の成形ガスによる超塑性加工法を示
す部分断面図である。 １・・・被加工材、　　　　ｌａ、　Ｉｃ・・・被加工
材の粗粒域。 １ｂ・・・被加工材の細粒域、２・・・上型。 ３・・・下型、　　　　　　　４・・・突起。 ５・・・軟質ワイヤ、　　　　６・・・薄肉チューブ。 ｌＯ・・・トーチ、１１・・・火炎。 １２・・・水。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周部が粗大結晶粒組織で、同外周部の内方の部
   分が微細結晶粒組織であることを特徴とする超塑性加工
   成形品。
2. （２）微細結晶粒超塑性材料を超塑性状態でガス成形す
   るに先立って、前記超塑性材料の外周部を局部的に加熱
   して粗大結晶粒組織に変化させて超塑性特性を劣化させ
   、その上で同外周部と金型とをシールして成形ガスによ
   る被加工材の超塑性加工を行なうことを特徴とする超塑
   性成形方法。