JPH11169977A - 超塑性金属の一体成形方法 - Google Patents
超塑性金属の一体成形方法Info
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- JPH11169977A JPH11169977A JP9342784A JP34278497A JPH11169977A JP H11169977 A JPH11169977 A JP H11169977A JP 9342784 A JP9342784 A JP 9342784A JP 34278497 A JP34278497 A JP 34278497A JP H11169977 A JPH11169977 A JP H11169977A
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- superplastic metal
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Abstract
(57)【要約】
【課題】強度特性の低下が抑制される超塑性金属の一体
成型方法を提供する。 【解決手段】超塑性成形及び拡散接合が可能な超塑性金
属板材からなる接合不要区域４、５、６を連通する不活
性ガス流通用のガス孔７、８が穿孔されコアシート１及
びフェースシート２、３を重ね合わさせ、これらシート
１、２、３が重ね合わされた積層体１２を成形型３０に
セットし、全体を成形温度まで加熱して接合不要区域内
４に不活性ガスを導入して、各接合不要区域４、５、６
に対応するシート１、２、３の部分を超塑性成形すると
共に、接合区域１５、１６、１７に対応するシート１、
２、３の部分を互いに拡散接合する超塑性金属の一体成
形方法において、上記コアシート１に開口するガス孔
７、８を電子ビームによって穿孔することによって、そ
の周囲７ａ、８ａを予め等軸組織から超塑性挙動が抑制
された針状組織に変化させておく。
成型方法を提供する。 【解決手段】超塑性成形及び拡散接合が可能な超塑性金
属板材からなる接合不要区域４、５、６を連通する不活
性ガス流通用のガス孔７、８が穿孔されコアシート１及
びフェースシート２、３を重ね合わさせ、これらシート
１、２、３が重ね合わされた積層体１２を成形型３０に
セットし、全体を成形温度まで加熱して接合不要区域内
４に不活性ガスを導入して、各接合不要区域４、５、６
に対応するシート１、２、３の部分を超塑性成形すると
共に、接合区域１５、１６、１７に対応するシート１、
２、３の部分を互いに拡散接合する超塑性金属の一体成
形方法において、上記コアシート１に開口するガス孔
７、８を電子ビームによって穿孔することによって、そ
の周囲７ａ、８ａを予め等軸組織から超塑性挙動が抑制
された針状組織に変化させておく。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば航空機の機
体構造等のように、特に耐熱性を必要とする部位に適用
されるチタン合金板材等からなる３層以上の構造を持つ
成型品を、超塑性成形（Super Plastic Forminng）と拡
散接合（Diffusion Bondinng）技術を用いて一体構造と
する超塑性金属の一体成形方法に関する。
体構造等のように、特に耐熱性を必要とする部位に適用
されるチタン合金板材等からなる３層以上の構造を持つ
成型品を、超塑性成形（Super Plastic Forminng）と拡
散接合（Diffusion Bondinng）技術を用いて一体構造と
する超塑性金属の一体成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、チタンやチタン合金の多く、或
いはニッケル合金には、超塑特性を備えたものがあり、
適当なチタン合金は、３００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知られている。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
であっても成形できる。
いはニッケル合金には、超塑特性を備えたものがあり、
適当なチタン合金は、３００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知られている。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
であっても成形できる。
【０００３】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成型方法の一例を図
１０乃至図１３によって説明する。
拡散接合技術を用いて一体に成形す成型方法の一例を図
１０乃至図１３によって説明する。
【０００４】先ず、図１０に示すように３枚の超塑性金
属板材、例えばチタン合金シート素材１、２、３を用意
し、シート素材１、２、３の内、図１１に示すように重
ね合わせた際に、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と、他面の接合不要区域６との平面
視重複する部分に予め各々ガス孔７、８が穿孔され、か
つこのコアシート１には、接合不要区域４に一端が臨む
成形ガス導入用溝９ａが形成されている。
属板材、例えばチタン合金シート素材１、２、３を用意
し、シート素材１、２、３の内、図１１に示すように重
ね合わせた際に、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と、他面の接合不要区域６との平面
視重複する部分に予め各々ガス孔７、８が穿孔され、か
つこのコアシート１には、接合不要区域４に一端が臨む
成形ガス導入用溝９ａが形成されている。
【０００５】一方、上記フェースシート２には、上記コ
アシート１に重ね合わせた際、上記成形ガス導入用溝９
ａとフェースシート２とによって形成される成形ガス導
入孔９に一端が連通する成形ガス供給孔１０が穿設され
ている。
アシート１に重ね合わせた際、上記成形ガス導入用溝９
ａとフェースシート２とによって形成される成形ガス導
入孔９に一端が連通する成形ガス供給孔１０が穿設され
ている。
【０００６】そして、上記コアシート１の各接合不要区
域４、５、６に、イットリア等の接合防止剤１１を塗布
し、図１１に示すように、上記コアシート１の両面にフ
ェースシート２、３を重ね合わせて積層体１２を形成す
る。
域４、５、６に、イットリア等の接合防止剤１１を塗布
し、図１１に示すように、上記コアシート１の両面にフ
ェースシート２、３を重ね合わせて積層体１２を形成す
る。
【０００７】次に、図１２に示すように、第１成形型３
１及び第２成形型３２からなる成形型３０に積層体１２
をセットし、第１成形型３１及び第２成形型３２の内部
空間３１Ａ内と３２Ａ内を不活性ガスで置換しながら、
互いに積層されるコアシート１と各フェースシート２、
３との境界内１３、１４を真空引きした後、積層体１２
及び成形型３０の全体を加熱し、所定温度に昇温した後
に成形型３０の内部空間３１Ａ及び３２Ａ内に不活性ガ
スを所定圧で導入し、コアシート１と各々のフェースシ
ート２、３の接合区域１５、１６、１７を拡散接合させ
て、内部空間３１Ａ、３２Ａ内に導入した不活性ガスを
排出する。
１及び第２成形型３２からなる成形型３０に積層体１２
をセットし、第１成形型３１及び第２成形型３２の内部
空間３１Ａ内と３２Ａ内を不活性ガスで置換しながら、
互いに積層されるコアシート１と各フェースシート２、
３との境界内１３、１４を真空引きした後、積層体１２
及び成形型３０の全体を加熱し、所定温度に昇温した後
に成形型３０の内部空間３１Ａ及び３２Ａ内に不活性ガ
スを所定圧で導入し、コアシート１と各々のフェースシ
ート２、３の接合区域１５、１６、１７を拡散接合させ
て、内部空間３１Ａ、３２Ａ内に導入した不活性ガスを
排出する。
【０００８】次に、第１成形型３１に開口する成形ガス
給入孔３１ａから成形ガス供給孔１０及び成形ガス導入
孔９を介して、上記コアシート１とフェースシート２と
の間の接合不要区域４に不活性ガスを導入する。
給入孔３１ａから成形ガス供給孔１０及び成形ガス導入
孔９を介して、上記コアシート１とフェースシート２と
の間の接合不要区域４に不活性ガスを導入する。
【０００９】そして、接合防止剤１１が介在する接合不
要区域４に導入された不活性ガスによって接合不要区域
４に対応する部分のコアシート１とフェースシート２、
３が超塑性変形して膨れて第１拡張室１８を形成すると
共に、ガス孔７から接合防止剤１１が介在する接合不要
区域６に導入され、この接合不要区域６に対応する部分
のコアシート１とフェースシート２、３を超塑性変形し
て第２拡張室１９を形成する。
要区域４に導入された不活性ガスによって接合不要区域
４に対応する部分のコアシート１とフェースシート２、
３が超塑性変形して膨れて第１拡張室１８を形成すると
共に、ガス孔７から接合防止剤１１が介在する接合不要
区域６に導入され、この接合不要区域６に対応する部分
のコアシート１とフェースシート２、３を超塑性変形し
て第２拡張室１９を形成する。
【００１０】同時に、第２拡張室１９に導入された不活
性ガスは、ガス孔８から接合防止剤１１が介在する接合
不要区域５に導入され、接合不要区域５に対応する部分
のコアシート１とフェースシート２、３が超塑性変形し
て第３拡張室２０を形成する。
性ガスは、ガス孔８から接合防止剤１１が介在する接合
不要区域５に導入され、接合不要区域５に対応する部分
のコアシート１とフェースシート２、３が超塑性変形し
て第３拡張室２０を形成する。
【００１１】更に図１３のように、フェースシート２が
第１成形型３１の成形面３１ｂに、フェースシート３が
第２成形型３２の成形面３２ｂに各々押接されるまで不
活性ガスが供給され、外周形状が第１成形型３１の成形
面３１ｂ及び第２成形型３２の成形面３２ｂに倣った形
状の成形品が得られる。
第１成形型３１の成形面３１ｂに、フェースシート３が
第２成形型３２の成形面３２ｂに各々押接されるまで不
活性ガスが供給され、外周形状が第１成形型３１の成形
面３１ｂ及び第２成形型３２の成形面３２ｂに倣った形
状の成形品が得られる。
【００１２】このように、接合不要区域に接合防止剤を
塗布した複数のチタン合金シートを積層し、かつ成形型
内での不活性ガスの導入によって超塑性成形と拡散接合
技術を用いて成型品を一体に成形する成型方法の先行技
術としては、例えば特開昭５１−１１１４６５号公報が
知られている。
塗布した複数のチタン合金シートを積層し、かつ成形型
内での不活性ガスの導入によって超塑性成形と拡散接合
技術を用いて成型品を一体に成形する成型方法の先行技
術としては、例えば特開昭５１−１１１４６５号公報が
知られている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術による
と、各構成部材が超塑性成形されると共に、互いに拡散
結合によって一体的に結合されることから、複雑な形状
であっても比較的容易に成形できて製造作業等の簡素化
及び製造コストの低減が得られると共に、成型品の高強
度が確保できる。
と、各構成部材が超塑性成形されると共に、互いに拡散
結合によって一体的に結合されることから、複雑な形状
であっても比較的容易に成形できて製造作業等の簡素化
及び製造コストの低減が得られると共に、成型品の高強
度が確保できる。
【００１４】しかし、内部を区画するコアシートに成形
ガスを流通させるためのガス孔を形成する必要があり、
この部分の応力集中係数が高く、超塑性成形及び長期間
に亘る使用による破壊の起点となるおそれがあり、この
対策としてコアシート等の板厚を増加させると重量の増
大を招くことになる。
ガスを流通させるためのガス孔を形成する必要があり、
この部分の応力集中係数が高く、超塑性成形及び長期間
に亘る使用による破壊の起点となるおそれがあり、この
対策としてコアシート等の板厚を増加させると重量の増
大を招くことになる。
【００１５】また、この部分は超塑性成形に伴って延伸
して、板厚が減少し、かつ成形前に比べガス孔が大きく
なると共に、孔形状も大きく変わることから強度特性の
低下が生じることがある。このため設計段階において強
度特性の低下を考慮する必要があり、熟練と高度な設計
技術が要求される。
して、板厚が減少し、かつ成形前に比べガス孔が大きく
なると共に、孔形状も大きく変わることから強度特性の
低下が生じることがある。このため設計段階において強
度特性の低下を考慮する必要があり、熟練と高度な設計
技術が要求される。
【００１６】従って、本発明は、かかる点に鑑みなされ
たものであり、その目的は強度特性の低下が抑制される
超塑性金属の一体成型方法を提供することにある。
たものであり、その目的は強度特性の低下が抑制される
超塑性金属の一体成型方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項１に記載の超塑性金属の一体成型方法の発明は、超塑
性成形及び拡散接合が可能な少なくとも３枚以上の超塑
性金属板材を有し、重ね合わせられた上記超塑性金属板
材間に形成される複数の接合不要区域を互いに連通する
不活性ガス流通用のガス孔が重ね合わせられた中間に位
置する超塑性金属板材に穿孔され、該重ね合わされた複
数の超塑性金属板材を成形型にセットし、全体を成形温
度まで加熱して上記少なくとも１つの接合不要区域内に
不活性ガスを導入して上記各接合不要区域に対応する超
塑性金属板材の部分を超塑性成形すると共に、接合区域
に対応する超塑性金属板材の部分を互いに拡散接合する
超塑性金属の一体成形方法において、上記超塑性金属板
材に開口するガス孔の周囲が、該ガス孔穿孔時の熱的影
響により超塑性挙動が抑制された組織に予め変化されて
いることを特徴とする。
項１に記載の超塑性金属の一体成型方法の発明は、超塑
性成形及び拡散接合が可能な少なくとも３枚以上の超塑
性金属板材を有し、重ね合わせられた上記超塑性金属板
材間に形成される複数の接合不要区域を互いに連通する
不活性ガス流通用のガス孔が重ね合わせられた中間に位
置する超塑性金属板材に穿孔され、該重ね合わされた複
数の超塑性金属板材を成形型にセットし、全体を成形温
度まで加熱して上記少なくとも１つの接合不要区域内に
不活性ガスを導入して上記各接合不要区域に対応する超
塑性金属板材の部分を超塑性成形すると共に、接合区域
に対応する超塑性金属板材の部分を互いに拡散接合する
超塑性金属の一体成形方法において、上記超塑性金属板
材に開口するガス孔の周囲が、該ガス孔穿孔時の熱的影
響により超塑性挙動が抑制された組織に予め変化されて
いることを特徴とする。
【００１８】この請求項１の発明によると、超塑性金属
板材に開口するガス孔の周囲がガス孔の穿孔時の熱的影
響によって予め超塑性挙動が抑制された組織に変化され
ていることから、接合不要区域内に不活性ガスを導入し
て超塑性成形する際に、ガス孔周囲の超塑性挙動が抑制
されて、該部分の板厚の減少、ガス孔の形状変化等が抑
制されて強度特性の低下が回避される。
板材に開口するガス孔の周囲がガス孔の穿孔時の熱的影
響によって予め超塑性挙動が抑制された組織に変化され
ていることから、接合不要区域内に不活性ガスを導入し
て超塑性成形する際に、ガス孔周囲の超塑性挙動が抑制
されて、該部分の板厚の減少、ガス孔の形状変化等が抑
制されて強度特性の低下が回避される。
【００１９】請求項２に記載の発明は、超塑性成形及び
拡散接合が可能な少なくとも３枚以上の超塑性金属板材
を重ね合わせ、上記重ね合わされた超塑性金属板間の接
合不要区域を連通する不活性ガス流通用のガス孔が中間
に位置する超塑性金属板材に穿孔され、重ね合わされた
超塑性金属板の接合区域の周囲を電子ビーム手段乃至レ
ーザビーム手段により互いに溶接し、該重ね合わされた
複数の超塑性金属板材を成形型にセットし、全体を成形
温度まで加熱して上記少なくとも１つの接合不要区域内
に不活性ガスを導入して上記各接合不要区域に対応する
超塑性金属板材の部分を超塑性成形すると共に、接合区
域に対応する超塑性金属板材の部分を互いに拡散接合す
る超塑性金属の一体成形方法において、上記超塑性金属
板材に開口するガス孔の周囲が、該ガス孔穿孔時の熱的
影響により超塑性挙動が抑制された組織に予め変化され
ていることを特徴とする。
拡散接合が可能な少なくとも３枚以上の超塑性金属板材
を重ね合わせ、上記重ね合わされた超塑性金属板間の接
合不要区域を連通する不活性ガス流通用のガス孔が中間
に位置する超塑性金属板材に穿孔され、重ね合わされた
超塑性金属板の接合区域の周囲を電子ビーム手段乃至レ
ーザビーム手段により互いに溶接し、該重ね合わされた
複数の超塑性金属板材を成形型にセットし、全体を成形
温度まで加熱して上記少なくとも１つの接合不要区域内
に不活性ガスを導入して上記各接合不要区域に対応する
超塑性金属板材の部分を超塑性成形すると共に、接合区
域に対応する超塑性金属板材の部分を互いに拡散接合す
る超塑性金属の一体成形方法において、上記超塑性金属
板材に開口するガス孔の周囲が、該ガス孔穿孔時の熱的
影響により超塑性挙動が抑制された組織に予め変化され
ていることを特徴とする。
【００２０】この請求項２の発明によると、超塑性金属
板材に開口するガス孔の周囲がガス孔穿孔時の熱的影響
によって予め超塑性挙動が抑制された組織に変化されて
いることから、接合不要区域内に不活性ガスを導入して
超塑性成形する際に、ガス孔周囲の超塑性挙動が抑制さ
れて、該部分の板厚減少及びガス孔の形状変化等が抑制
されて強度特性の低下が回避される。
板材に開口するガス孔の周囲がガス孔穿孔時の熱的影響
によって予め超塑性挙動が抑制された組織に変化されて
いることから、接合不要区域内に不活性ガスを導入して
超塑性成形する際に、ガス孔周囲の超塑性挙動が抑制さ
れて、該部分の板厚減少及びガス孔の形状変化等が抑制
されて強度特性の低下が回避される。
【００２１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、上記ガス孔の穿孔が、電子ビ
ームまたはレーザービームによってなされることを特徴
とし、電子ビームまたはレーザービームによってガス孔
を穿孔する際に、ガス孔の周囲がその熱的影響により超
塑性挙動が抑制された組織に変化される。
２に記載の発明において、上記ガス孔の穿孔が、電子ビ
ームまたはレーザービームによってなされることを特徴
とし、電子ビームまたはレーザービームによってガス孔
を穿孔する際に、ガス孔の周囲がその熱的影響により超
塑性挙動が抑制された組織に変化される。
【００２２】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３に
記載の発明において、上記超塑性金属板材が、チタン合
金シート素材であって、ガス孔周囲がガス孔穿孔時の熱
的影響により等軸組織から針状組織に変化されているこ
とを特徴とする。
記載の発明において、上記超塑性金属板材が、チタン合
金シート素材であって、ガス孔周囲がガス孔穿孔時の熱
的影響により等軸組織から針状組織に変化されているこ
とを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】 第１実施形態 以下本発明による超塑性金属の一体成型方法の第１実施
形態を図１乃至図４によって説明する。
形態を図１乃至図４によって説明する。
【００２４】先ず、超塑性成形及び拡散接合が可能な超
塑性金属板材、例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖからなる３枚
のチタン合金シート素材１、２、３を用意し、図１及び
図２に示すようにこれらのシート素材１、２、３を重ね
合わせた際、その中間に位置するコアシート１の一面１
ａの接合不要区域４、５と、他面１ｂの接合不要区域６
が平面視互いに重複する部分に予め各々ガス孔７、８が
穿孔されている。
塑性金属板材、例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖからなる３枚
のチタン合金シート素材１、２、３を用意し、図１及び
図２に示すようにこれらのシート素材１、２、３を重ね
合わせた際、その中間に位置するコアシート１の一面１
ａの接合不要区域４、５と、他面１ｂの接合不要区域６
が平面視互いに重複する部分に予め各々ガス孔７、８が
穿孔されている。
【００２５】ガス孔７、８は、例えば真空雰囲気中で行
われる電子ビームの照射によって穿孔され、ガス孔７、
８の周囲７ａ及び８ａは、電子ビームの照射による熱的
影響を受けて等軸組織から針状組織に変化することによ
り超塑性挙動が抑制される。
われる電子ビームの照射によって穿孔され、ガス孔７、
８の周囲７ａ及び８ａは、電子ビームの照射による熱的
影響を受けて等軸組織から針状組織に変化することによ
り超塑性挙動が抑制される。
【００２６】更に、コアシート１の上記一面１ａには、
少なくとも接合不要区域４または５の一方、本実施形態
では接合不要区域４に一端が臨む成形ガス導入用溝９ａ
が形成されている。
少なくとも接合不要区域４または５の一方、本実施形態
では接合不要区域４に一端が臨む成形ガス導入用溝９ａ
が形成されている。
【００２７】一方、上記フェースシート２には、上記コ
アシート１の一面１ａに重ね合わせた際、上記成形ガス
導入用溝９ａとこのフェースシート２とによって形成さ
れる成形ガス導入孔９に連通する成形ガス供給孔１０が
穿設されている。
アシート１の一面１ａに重ね合わせた際、上記成形ガス
導入用溝９ａとこのフェースシート２とによって形成さ
れる成形ガス導入孔９に連通する成形ガス供給孔１０が
穿設されている。
【００２８】そして、積層工程において上記コアシート
１の各接合不要区域４、５、６に例えば、イットリア等
の接合防止剤１１を塗布し、図２に示すように、上記コ
アシート１の両面１ａ及び１ｂに各々フェースシート
２、３を重ね合わせて積層体１２を形成する。
１の各接合不要区域４、５、６に例えば、イットリア等
の接合防止剤１１を塗布し、図２に示すように、上記コ
アシート１の両面１ａ及び１ｂに各々フェースシート
２、３を重ね合わせて積層体１２を形成する。
【００２９】次に、積層体セット工程で、第１成形型３
１及び第２成形型３２からなる成形型３０に積層体１２
をセットし、成形型３０及び成形型３０にセットされた
積層体１２の全体を加熱炉（図示せず）内に搬入する。
なお第１成形型３１には上記成形ガス供給孔１０に接合
される成形ガス給入孔３１ａが形成されている。
１及び第２成形型３２からなる成形型３０に積層体１２
をセットし、成形型３０及び成形型３０にセットされた
積層体１２の全体を加熱炉（図示せず）内に搬入する。
なお第１成形型３１には上記成形ガス供給孔１０に接合
される成形ガス給入孔３１ａが形成されている。
【００３０】続く成形工程によって第１成形型３１及び
第２成形型３２の内部空間３１Ａと３2 Ａ、すなわちキ
ャビティ内を不活性ガスで置換すると共に、互いに積層
されるコアシート１と各フェースシート２、３との境界
内１３、１４を真空引きした後、加熱炉により積層体１
２及び成形型３０の全体を加熱する。
第２成形型３２の内部空間３１Ａと３2 Ａ、すなわちキ
ャビティ内を不活性ガスで置換すると共に、互いに積層
されるコアシート１と各フェースシート２、３との境界
内１３、１４を真空引きした後、加熱炉により積層体１
２及び成形型３０の全体を加熱する。
【００３１】所定温度、例えば約９００〜９２０に昇温
後に成形型３０の内部空間３１Ａ及び３２Ａ内に不活性
ガス（例えばアルゴンガス、ヘリウムガス等）を所定圧
で導入し、上記コアシート１と各々フェースシート２、
３の接合区域１５、１６、１７、換言すると接合防止剤
１１が介在することなく直接圧接されるコアシート１と
各々のフェースシート２、３の範囲を互いに拡散接合さ
せ、しかる後内部空間３１Ａ、３２Ａ内の不活性ガスを
排出する。
後に成形型３０の内部空間３１Ａ及び３２Ａ内に不活性
ガス（例えばアルゴンガス、ヘリウムガス等）を所定圧
で導入し、上記コアシート１と各々フェースシート２、
３の接合区域１５、１６、１７、換言すると接合防止剤
１１が介在することなく直接圧接されるコアシート１と
各々のフェースシート２、３の範囲を互いに拡散接合さ
せ、しかる後内部空間３１Ａ、３２Ａ内の不活性ガスを
排出する。
【００３２】次に、第１成形型３１に開口する成形ガス
給入孔３１ａから成形ガス供給孔１０及び成形ガス導入
孔９を介して、上記コアシート１とフェースシート２と
の間の接合不要区域４に不活性ガスを導入する。
給入孔３１ａから成形ガス供給孔１０及び成形ガス導入
孔９を介して、上記コアシート１とフェースシート２と
の間の接合不要区域４に不活性ガスを導入する。
【００３３】不活性ガスの導入に伴って、接合防止剤１
１が介在する接合不要区域４に導入された不活性ガスに
よって接合不要区域４に対応する部分のコアシート１と
フェースシート２、３が超塑性変形して膨れ、第１拡張
室１８を形成すると共に、第１拡張室１８に導入された
不活性ガスの一部は、コアシート１に開口するガス孔７
から接合防止剤１１が介在する接合不要区域６に導入さ
れ、接合不要区域６に対応する部分のコアシート１とフ
ェースシート２、３を超塑性変形して膨張せしめて第２
拡張室１９を形成する。
１が介在する接合不要区域４に導入された不活性ガスに
よって接合不要区域４に対応する部分のコアシート１と
フェースシート２、３が超塑性変形して膨れ、第１拡張
室１８を形成すると共に、第１拡張室１８に導入された
不活性ガスの一部は、コアシート１に開口するガス孔７
から接合防止剤１１が介在する接合不要区域６に導入さ
れ、接合不要区域６に対応する部分のコアシート１とフ
ェースシート２、３を超塑性変形して膨張せしめて第２
拡張室１９を形成する。
【００３４】同時に、第２拡張室１９に導入された不活
性ガスの一部は、ガス孔８から接合防止剤１１が介在す
る接合不要区域５に導入され、接合不要区域５に対応す
る部分のコアシート１とフェースシート２、３が超塑性
変形して第３拡張室２０を形成する。
性ガスの一部は、ガス孔８から接合防止剤１１が介在す
る接合不要区域５に導入され、接合不要区域５に対応す
る部分のコアシート１とフェースシート２、３が超塑性
変形して第３拡張室２０を形成する。
【００３５】そして、更に図４に示すように、フェース
シート２が超塑性変形して第１成形型３１の成形面３１
ｂに押接され、フェースシート３が第２成形型３２の成
形面３２ｂに押接されるまで不活性ガスが供給されて、
外周形状が第１成形型３１の成形面３１ｂ及び第２成形
型３２の成形面３２ｂに倣った形状の成形体となる。
シート２が超塑性変形して第１成形型３１の成形面３１
ｂに押接され、フェースシート３が第２成形型３２の成
形面３２ｂに押接されるまで不活性ガスが供給されて、
外周形状が第１成形型３１の成形面３１ｂ及び第２成形
型３２の成形面３２ｂに倣った形状の成形体となる。
【００３６】この不活性ガス導入によるコアシート１及
びフェースシート２、３の超塑性成形は、例えば、温度
９００℃で、歪み速度が毎秒１０-3〜１０-4になるよう
に不活性ガス圧力を制御することで行われ、ガス孔７、
８の周囲７ａ、８ａを除くコアシート１の板厚は、超塑
性成形に伴って延伸されて減少するが、ガス孔７、８の
周囲７ａ、８ａは、予め電子ビームによる穿孔によって
組織が等軸組織から超塑性挙動が極めて抑制された針状
組織に変化せしめられることから、板厚の減少がほとん
どなく、超塑性成形以前のガス孔７及び８の形状が維持
される。
びフェースシート２、３の超塑性成形は、例えば、温度
９００℃で、歪み速度が毎秒１０-3〜１０-4になるよう
に不活性ガス圧力を制御することで行われ、ガス孔７、
８の周囲７ａ、８ａを除くコアシート１の板厚は、超塑
性成形に伴って延伸されて減少するが、ガス孔７、８の
周囲７ａ、８ａは、予め電子ビームによる穿孔によって
組織が等軸組織から超塑性挙動が極めて抑制された針状
組織に変化せしめられることから、板厚の減少がほとん
どなく、超塑性成形以前のガス孔７及び８の形状が維持
される。
【００３７】しかる後、成形体は成形型３０から取り出
され、トリム処理工程等で形状が整えられて成型品とな
る。
され、トリム処理工程等で形状が整えられて成型品とな
る。
【００３８】従って、本実施形態の超塑性金属の一体成
型方法によると、超塑性成型時及び長期の使用により応
力が集中するガス孔７及び８の周囲７ａ、８ａは、予め
超塑性挙動が抑制された針状組織によって形成されるこ
とから、この部分は超塑性成形による板厚の減少及びガ
ス孔の形状変化が回避乃至極めて少なくなり強度特性の
低下が回避され、設計段階において強度特性の低下を考
慮する必要が少なくなり設計が容易になる。
型方法によると、超塑性成型時及び長期の使用により応
力が集中するガス孔７及び８の周囲７ａ、８ａは、予め
超塑性挙動が抑制された針状組織によって形成されるこ
とから、この部分は超塑性成形による板厚の減少及びガ
ス孔の形状変化が回避乃至極めて少なくなり強度特性の
低下が回避され、設計段階において強度特性の低下を考
慮する必要が少なくなり設計が容易になる。
【００３９】第２実施形態 次に、本発明による超塑性金属の一体成型方法の第２実
施形態を図５乃至図９によって説明する。なお、説明の
便宜上図１乃至図４と同一部材には同一符号を付するこ
とによって詳細な説明は省略する。
施形態を図５乃至図９によって説明する。なお、説明の
便宜上図１乃至図４と同一部材には同一符号を付するこ
とによって詳細な説明は省略する。
【００４０】先ず、図５乃至図７に示すように成形すべ
き素材からなる３枚のチタン合金シート素材１、２、３
を用意し、これらのシート素材１、２、３を重ね合わせ
た際、中間に位置するコアシート１の一面１ａの接合不
要区域４、５と、他面１ｂの接合不要区域６とが平面視
互いに重複する部分には、予め電子ビーム照射によって
各々ガス孔７、８が穿孔され、ガス孔７、８の周囲７ａ
及び８ａは、電子ビームの照射による熱的影響を受けて
等軸組織から針状組織に変化して、超塑性挙動が抑制さ
れている。
き素材からなる３枚のチタン合金シート素材１、２、３
を用意し、これらのシート素材１、２、３を重ね合わせ
た際、中間に位置するコアシート１の一面１ａの接合不
要区域４、５と、他面１ｂの接合不要区域６とが平面視
互いに重複する部分には、予め電子ビーム照射によって
各々ガス孔７、８が穿孔され、ガス孔７、８の周囲７ａ
及び８ａは、電子ビームの照射による熱的影響を受けて
等軸組織から針状組織に変化して、超塑性挙動が抑制さ
れている。
【００４１】そして、積層工程において図５に示すよう
に、上記コアシート１の一面１ａにフェースシート２を
重ね合わせ、かつ真空雰囲気中で接合区域１６を囲むよ
うに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２６によって互いに溶着すると共に、図６及び図７
に示すようにフェースシート２を溶着したコアシート１
の他面１ｂにフェースシート３を重ね合わせ、接合区域
１５及び１７の周囲を各々電子ビーム溶接部２５及び２
７によって互いに溶着する。これら接合区域１５、１
６、１７は周囲が囲まれているので真空状態に保持され
る。
に、上記コアシート１の一面１ａにフェースシート２を
重ね合わせ、かつ真空雰囲気中で接合区域１６を囲むよ
うに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２６によって互いに溶着すると共に、図６及び図７
に示すようにフェースシート２を溶着したコアシート１
の他面１ｂにフェースシート３を重ね合わせ、接合区域
１５及び１７の周囲を各々電子ビーム溶接部２５及び２
７によって互いに溶着する。これら接合区域１５、１
６、１７は周囲が囲まれているので真空状態に保持され
る。
【００４２】積層工程で、互いに溶接結合されたコアシ
ート１、フェースシート２及び３からなる積層体１２
は、次の積層体セット工程において、第１実施形態と同
様に、図８に示すように成形型３０にセットする。
ート１、フェースシート２及び３からなる積層体１２
は、次の積層体セット工程において、第１実施形態と同
様に、図８に示すように成形型３０にセットする。
【００４３】続く成形工程によって第１成形型３１及び
第２成形型３２の内部空間３１Ａと３2 Ａを不活性ガス
で置換すると共に、及びコアシート１と各フェースシー
ト２、３との境界内１３、１４を真空引きした後、積層
体１２及び成形型３０の全体を所定温度に加熱する。
第２成形型３２の内部空間３１Ａと３2 Ａを不活性ガス
で置換すると共に、及びコアシート１と各フェースシー
ト２、３との境界内１３、１４を真空引きした後、積層
体１２及び成形型３０の全体を所定温度に加熱する。
【００４４】次に、第１成形型３１に開口する成形ガス
給入孔３１ａから成形ガス供給孔１０及び成形ガス導入
孔９を介して、上記コアシート１とフェースシート２と
の間に不活性ガスを導入する。
給入孔３１ａから成形ガス供給孔１０及び成形ガス導入
孔９を介して、上記コアシート１とフェースシート２と
の間に不活性ガスを導入する。
【００４５】不活性ガスの導入に伴って、接合不要区域
４に導入された不活性ガスによって接合不要区域４に対
応する部分のコアシート１とフェースシート２、３が超
塑性変形して第１拡張室１８を形成すると共に、第１拡
張室１８に導入された不活性ガスの一部は、ガス孔７か
ら接合不要区域６に導入され、接合不要区域６に対応す
る部分のコアシート１とフェースシート２、３を超塑性
変形して第２拡張室１９を形成する。
４に導入された不活性ガスによって接合不要区域４に対
応する部分のコアシート１とフェースシート２、３が超
塑性変形して第１拡張室１８を形成すると共に、第１拡
張室１８に導入された不活性ガスの一部は、ガス孔７か
ら接合不要区域６に導入され、接合不要区域６に対応す
る部分のコアシート１とフェースシート２、３を超塑性
変形して第２拡張室１９を形成する。
【００４６】更に、第２拡張室１９に導入された不活性
ガスの一部は、ガス孔８から接合不要区域５に導入さ
れ、接合不要区域５に対応する部分のコアシート１とフ
ェースシート２、３が超塑性変形して第３拡張室２０を
形成する。
ガスの一部は、ガス孔８から接合不要区域５に導入さ
れ、接合不要区域５に対応する部分のコアシート１とフ
ェースシート２、３が超塑性変形して第３拡張室２０を
形成する。
【００４７】この各拡張室１８、１９及び２０に導入さ
れた不活性ガスの圧力は各接合区域１５、１６及び１７
のコアシート１とフェースシート２、３の拡散接合を進
行させる。
れた不活性ガスの圧力は各接合区域１５、１６及び１７
のコアシート１とフェースシート２、３の拡散接合を進
行させる。
【００４８】そして、更に図９に示すように、フェース
シート２が超塑性変形して第１成形型３１の成形面３１
ｂに、フェースシート３が第２成形型３２の成形面３２
ｂに各々押接されるまで不活性ガスが供給されて、外周
形状が第１成形型３１の成形面３１ｂ及び第２成形型３
２の成形面３２ｂに倣った形状の成形品となる。
シート２が超塑性変形して第１成形型３１の成形面３１
ｂに、フェースシート３が第２成形型３２の成形面３２
ｂに各々押接されるまで不活性ガスが供給されて、外周
形状が第１成形型３１の成形面３１ｂ及び第２成形型３
２の成形面３２ｂに倣った形状の成形品となる。
【００４９】この不活性ガス導入によるコアシート１及
びフェースシート２、３の超塑性成形に伴って、ガス孔
７及び８の周囲７ａ、８ａを除くコアシート１の板厚は
伸長して減少するが、ガス孔７、８の周囲７ａ、８ａ
は、第１実施形態と同様に、予め電子ビームによる穿孔
によって組織が等軸組織から針状組織に変化せしめられ
ることから、板厚の減少がほとんどなく、初期のガス孔
７及び８の形状が維持される。
びフェースシート２、３の超塑性成形に伴って、ガス孔
７及び８の周囲７ａ、８ａを除くコアシート１の板厚は
伸長して減少するが、ガス孔７、８の周囲７ａ、８ａ
は、第１実施形態と同様に、予め電子ビームによる穿孔
によって組織が等軸組織から針状組織に変化せしめられ
ることから、板厚の減少がほとんどなく、初期のガス孔
７及び８の形状が維持される。
【００５０】しかる後、成形体は成形型３０から取り出
され、トリム処理工程等で形状が整えられて製品とな
る。
され、トリム処理工程等で形状が整えられて製品とな
る。
【００５１】この第２実施形態によると、第１実施形態
に加え、接合区域１５、１６、１７の周囲を電子ビーム
溶接手段により互いに溶着することで、接合区域が真空
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、接合不要区域が拡散接合す
ることがないので接合防止剤の塗布が省略でき、工数の
削減と相俟って製造コストの低減が得られる。
に加え、接合区域１５、１６、１７の周囲を電子ビーム
溶接手段により互いに溶着することで、接合区域が真空
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、接合不要区域が拡散接合す
ることがないので接合防止剤の塗布が省略でき、工数の
削減と相俟って製造コストの低減が得られる。
【００５２】上記各実施形態では、ガス孔７及び８を電
子ビームにより穿孔した例について説明したが、レーザ
ービームにより穿孔することも、また超塑性金属板材は
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖのチタン合金からなる板材を用いた
が、超塑性成形及び拡散接合が可能な超塑性金属板材で
あれば、チタンや他のチタン合金或いはニッケル合金等
であってもよく、また３枚のシート素材を用いたが、３
枚以上の複数枚でもよい。
子ビームにより穿孔した例について説明したが、レーザ
ービームにより穿孔することも、また超塑性金属板材は
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖのチタン合金からなる板材を用いた
が、超塑性成形及び拡散接合が可能な超塑性金属板材で
あれば、チタンや他のチタン合金或いはニッケル合金等
であってもよく、また３枚のシート素材を用いたが、３
枚以上の複数枚でもよい。
【００５３】上記各実施形態では、ガス孔７及び８を電
子ビームまたはレーザービームにより穿孔した例につい
て説明したが、機械加工により穿孔し、穿孔の前或いは
後に電子ビームまたはレーザービームで孔周辺を照射し
て、その部分を等軸組織から針状組織に変更してもよ
い。
子ビームまたはレーザービームにより穿孔した例につい
て説明したが、機械加工により穿孔し、穿孔の前或いは
後に電子ビームまたはレーザービームで孔周辺を照射し
て、その部分を等軸組織から針状組織に変更してもよ
い。
【００５４】また、接合区域の接合面にインサート材、
例えばＣｕ−Ｎｉメッキを施した拡散接合、即ち液相拡
散接合（Liquid Interface Diffusion Bonndinng）にお
いても同様の方法で実施することが可能であり、本発明
は、上記実施形態に限定されることなく本発明に要旨を
逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えばＣｕ−Ｎｉメッキを施した拡散接合、即ち液相拡
散接合（Liquid Interface Diffusion Bonndinng）にお
いても同様の方法で実施することが可能であり、本発明
は、上記実施形態に限定されることなく本発明に要旨を
逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００５５】
【発明の効果】以上説明した本発明の超塑性金属の一体
成形方法によると、超塑性金属板材の超塑成形される部
分に開口するガス孔の周囲が、穿孔の際の熱的影響によ
って、予め超塑性挙動の抑制された組織によって形成さ
れることから、この部分は超塑性形による板厚の減少及
びガス孔の形状変化が回避され、或いは板厚の減少及び
ガス孔の形状変化が極めて少なくなり強度特性の低下が
回避されて安定した高品質の超塑性成型品が得られると
共に、設計段階において強度特性の低下を考慮する必要
が少なくなり設計が容易になる等超塑性金属の成形分野
に貢献すること大なるものである。
成形方法によると、超塑性金属板材の超塑成形される部
分に開口するガス孔の周囲が、穿孔の際の熱的影響によ
って、予め超塑性挙動の抑制された組織によって形成さ
れることから、この部分は超塑性形による板厚の減少及
びガス孔の形状変化が回避され、或いは板厚の減少及び
ガス孔の形状変化が極めて少なくなり強度特性の低下が
回避されて安定した高品質の超塑性成型品が得られると
共に、設計段階において強度特性の低下を考慮する必要
が少なくなり設計が容易になる等超塑性金属の成形分野
に貢献すること大なるものである。
【図１】本発明による超塑性金属の一体成形方法の第１
実施形態を説明する斜視図である。
実施形態を説明する斜視図である。
【図２】同じく、要部断面説明図である。
【図３】同じく、要部断面説明図である。
【図４】同じく、要部断面説明図である。
【図５】本発明による超塑性金属の一体成形方法の第２
実施形態を説明する斜視図である。
実施形態を説明する斜視図である。
【図６】同じく、要部を説明する斜視図である。
【図７】同じく、要部断面説明図である。
【図８】同じく、要部断面説明図である。
【図９】同じく、要部断面説明図である。
【図１０】従来の超塑性金属の一体成形方法を説明する
斜視図である。
斜視図である。
【図１１】同じく、要部断面説明図である。
【図１２】同じく、要部断面説明図である。
【図１３】同じく、要部断面説明図である。
１ コアシート ２ フェースシート ３ フェースシート ４ 接合不要区域 ５ 接合不要区域 ６ 接合不要区域 ７ ガス孔 ７ａ 周囲 ８ ガス孔 ８ａ 周囲 １１ 接合防止剤 １２ 積層体 １５ 接合区域 １６ 接合区域 １７ 接合区域 ２５ 電子ビーム溶接部 ２６ 電子ビーム溶接部 ２７ 電子ビーム溶接部 ３０ 成形型
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 20/18 Ｂ２３Ｋ 20/18 26/00 ３３０ 26/00 ３３０ Ｂ６４Ｃ 1/00 Ｂ６４Ｃ 1/00 Ｂ // Ｂ２３Ｋ 103:04
Claims (4)
- 【請求項１】超塑性成形及び拡散接合が可能な少なくと
も３枚以上の超塑性金属板材を有し、重ね合わせられた
上記超塑性金属板材間に形成される複数の接合不要区域
を互いに連通する不活性ガス流通用のガス孔が重ね合わ
せられた中間に位置する超塑性金属板材に穿孔され、該
重ね合わされた複数の超塑性金属板材を成形型にセット
し、全体を成形温度まで加熱して上記少なくとも１つの
接合不要区域内に不活性ガスを導入して上記各接合不要
区域に対応する超塑性金属板材の部分を超塑性成形する
と共に、接合区域に対応する超塑性金属板材の部分を互
いに拡散接合する超塑性金属の一体成形方法において、 上記超塑性金属板材に開口するガス孔の周囲が、該ガス
孔穿孔時の熱的影響により超塑性挙動が抑制された組織
に予め変化されていることを特徴とする超塑性金属の一
体成形方法。 - 【請求項２】超塑性成形及び拡散接合が可能な少なくと
も３枚以上の超塑性金属板材を重ね合わせ、上記重ね合
わされた超塑性金属板間の接合不要区域を連通する不活
性ガス流通用のガス孔が中間に位置する超塑性金属板材
に穿孔され、重ね合わされた超塑性金属板の接合区域の
周囲を電子ビーム手段乃至レーザビーム手段により互い
に溶接し、該重ね合わされた複数の超塑性金属板材を成
形型にセットし、全体を成形温度まで加熱して上記少な
くとも１つの接合不要区域内に不活性ガスを導入して上
記各接合不要区域に対応する超塑性金属板材の部分を超
塑性成形すると共に、接合区域に対応する超塑性金属板
材の部分を互いに拡散接合する超塑性金属の一体成形方
法において、 上記超塑性金属板材に開口するガス孔の周囲が、該ガス
孔穿孔時の熱的影響により超塑性挙動が抑制された組織
に予め変化されていることを特徴とする超塑性金属の一
体成形方法。 - 【請求項３】上記ガス孔の穿孔が、電子ビームまたはー
レザービームによってなされることを特徴とする請求項
１または２に記載の超塑性金属の一体成形方法。 - 【請求項４】上記超塑性金属板材が、チタン合金シート
素材であって、ガス孔周囲がガス孔穿孔時の熱的影響に
より等軸組織から針状組織に変化されていることを特徴
とする請求項１〜３に記載の超塑性金属の一体成形方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34278497A JP3924880B2 (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | 超塑性金属の一体成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34278497A JP3924880B2 (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | 超塑性金属の一体成形方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11169977A true JPH11169977A (ja) | 1999-06-29 |
| JP3924880B2 JP3924880B2 (ja) | 2007-06-06 |
Family
ID=18356480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34278497A Expired - Fee Related JP3924880B2 (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | 超塑性金属の一体成形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3924880B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002018532A (ja) * | 2000-07-03 | 2002-01-22 | Fuji Heavy Ind Ltd | 超塑性材料の一体成形方法 |
| JP2006095570A (ja) * | 2004-09-29 | 2006-04-13 | Nissan Motor Co Ltd | 液圧成形用予備成形体、液圧成形方法および液圧成形品 |
| JP2012515653A (ja) * | 2009-01-22 | 2012-07-12 | シーエーヴィ アドヴァンスト テクノロジーズ リミテッド | 材料に穴を開けるための方法 |
| KR101200023B1 (ko) * | 2010-12-29 | 2012-11-09 | 한국항공우주연구원 | 구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치 |
| CN107570627A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-01-12 | 沈阳飞机工业（集团）有限公司 | 导管接头胀形成型机 |
-
1997
- 1997-12-12 JP JP34278497A patent/JP3924880B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002018532A (ja) * | 2000-07-03 | 2002-01-22 | Fuji Heavy Ind Ltd | 超塑性材料の一体成形方法 |
| US6571450B2 (en) | 2000-07-03 | 2003-06-03 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Process for the monolithic molding of superplastic material |
| JP4530495B2 (ja) * | 2000-07-03 | 2010-08-25 | 富士重工業株式会社 | 超塑性材料の一体成形方法 |
| JP2006095570A (ja) * | 2004-09-29 | 2006-04-13 | Nissan Motor Co Ltd | 液圧成形用予備成形体、液圧成形方法および液圧成形品 |
| JP2012515653A (ja) * | 2009-01-22 | 2012-07-12 | シーエーヴィ アドヴァンスト テクノロジーズ リミテッド | 材料に穴を開けるための方法 |
| KR101200023B1 (ko) * | 2010-12-29 | 2012-11-09 | 한국항공우주연구원 | 구형탱크 성형용 엔벨로프 제조장치 |
| CN107570627A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-01-12 | 沈阳飞机工业（集团）有限公司 | 导管接头胀形成型机 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3924880B2 (ja) | 2007-06-06 |
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