KR20060018816A - 금속체의 가공 방법 및 금속체의 가공 장치 - Google Patents

금속체의 가공 방법 및 금속체의 가공 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 금속체의 금속 조직을 세분화함으로써 고강도화 혹은 고연성화한 금속체의 가공 방법 및 상기 금속체의 가공 장치를 제공하는 것이다. 이 금속체의 가공 방법 및 가공 장치에서는 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 세분화하는 금속체의 가공 방법 및 가공 장치이며, 저변형 저항 영역에 있어서 저하되어 있는 변형 저항을 증대시켜 비 저변형 저항 영역을 형성하는 비 저변형 저항 형성 수단에 의해 저변형 저항 영역을 따라서 비 저변형 저항 영역을 형성하고 있는 것이다.
금속체, 저변형 저항 영역, 전단 변형부, 회전부, 냉각부, 분무 노즐, 케이싱

Description

금속체의 가공 방법 및 금속체의 가공 장치{METHOD FOR PROCESSING METAL BODY AND APPARATUS FOR PROCESSING METAL BODY}
본 발명은 금속 조직을 갖는 금속체 등의 물체의 금속 조직을 미세화함으로써 고강도화 혹은 고연성화, 혹은 균질화를 도모하는 금속체의 가공 방법, 및 금속체의 가공 장치에 관한 것이다.
종래, 금속체와 같이 금속 조직이 있는 재료에서는, ECAP(Equal-Channel Angular Pressing)법에 의해 금속 조직을 미세화함으로써, 그 재료의 강도 향상 혹은 연성의 향상이 가능한 것이 알려져 있다.
ECAP법에서는, 도33에 도시한 바와 같이 다이(100)에 중도부에서 소요의 각도로 굴곡을 준 삽입 관통로(200)를 설치해 두고, 이 삽입 관통로(200)에 소요의 금속체(300)를 가압하면서 삽입 관통시킴으로써 금속체(300)를 삽입 관통로(200)를 따라 굴곡을 줘, 굴곡에 수반하여 금속체(300)에 전단 응력을 발생시키고, 이 전단 응력에 의해 금속 조직을 미세화하고 있는 것이다. 도33 중, 부호 400은 금속체를 누르는 플랜저이다.
이러한 ECAP법에서는, 삽입 관통로(200)를 따라서 금속체(300)를 굴곡을 주기 쉽게 하기 위해, 다이(100)를 소정 온도로 가열함으로써 금속체(300) 전체를 가 열하여 변형 저항을 낮추고 있지만, 금속체(300)의 변형 저항을 크게 낮춘 경우에는, 플랜저(400)에 의한 가압 시에 금속체(300)에 좌굴 등의 불필요한 변형을 생기게 할 우려가 있으므로, 금속체(300)의 가열은 필요 최소한으로 억제할 필요가 있었다.
이와 같이 금속체(300)의 가열을 억제하면, 금속체(300)는 플랜저(400)에 의해 비교적 큰 힘으로 가압해야만 하므로 가공성이 나쁘다고 하는 문제가 있었다.
그래서 일본 특허 공개 제2001-321825호의 금속 재료의 가공 방법 및 그 장치에서는, 금속체에 전단 응력이 작용하는 삽입 관통로의 전단 변형 영역을 국부적으로 가열하여, 이 가열에 의해 금속체의 전단 변형 부분의 변형 저항을 줄임으로써 플랜저로 금속체를 누르는 힘을 적게 하여, 가공성을 향상시키는 것이 제안되어 있다.
그러나 통상, 금속제의 다이에 있어서 그 일부를 국부적으로 가열한 경우에는, 열 확산의 영향에 의해 다이 전체가 소정 온도로 가열되게 되어, 국부적인 가열 영역을 형성하는 것이 곤란했다.
그로 인해, 삽입 관통로를 삽입 관통하고 있는 동안, 금속체는 소정 온도로 계속 가열됨으로써, 전단 응력에 의해 미세화한 금속 조직에 조대화가 발생할 우려가 있었다.
게다가, ECAP법에서는 소모품인 다이를 이용해야만 함으로써, 다이의 내구 조건을 기초로 하는 교환이 필요하므로, 제조 비용이 상승한다는 문제도 있었다.
이러한 상황에 있어서, 현재로서는 특히 자동차업계에서 연비의 향상이나 주 행 성능의 향상을 목적으로 하여 차체 등의 경량화가 요구되고 있어, 고급 자동차뿐만 아니라 일반 자동차에서도 금속 조직을 미세화함으로써 고강도화를 도모한 금속체를 이용하여 경량화하는 것에 대한 큰 요구가 있어, 저가격의 고강도화 혹은 고연성화된 금속체에 대한 큰 잠재적 수요가 존재하고 있었다.
본 발명자들은, 이러한 현상에 비추어 금속 조직을 미세화함으로써 고강도화 혹은 고연성화를 도모한 각종 금속체를 저비용으로 제조 가능하게 하기 위해 연구 개발을 행하여, 본 발명을 이루는 데 이른 것이다.
청구항 1에 기재된 발명에서는, 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역에 있어서 저하되어 있는 변형 저항을 증대시켜 비 저변형 저항 영역을 형성하는 비 저변형 저항 영역 형성 수단에 의해, 저변형 저항 영역을 따라서 비 저변형 저항 영역을 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 국부적으로 형성한 저변형 저항 영역 부분의 금속 조직을 효율적으로 미세화할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에서는, 한 방향으로 연신한 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮추어 금속체를 횡단하는 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역에 있어서 저하되어 있는 변형 저항을 증대시켜 비 저변형 저항 영역을 형성하는 비 저변형 저항 영역 형성 수단에 의해, 저변형 저항 영역 중 적어도 어느 한쪽의 측연부를 따라서 비 저변형 저항 영역을 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 국부적으로 형성한 저변형 저항 영역 부분의 금속 조직을 효율적으로 미세화할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에서는, 청구항 2에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 금속체는 연신 방향을 따라 이동시키는 동시에, 이동 방향의 하류측에서의 저변형 저항 영역의 측연부를 따라서 비 저변형 저항 영역 형성 수단에 의해 비 저변형 저항 영역을 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속 조직이 미세화된 금속체를 매우 효율적으로 연속적으로 생성할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명에서는, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 비 저변형 저항 영역 형성 수단을 금속체를 냉각하는 냉각 수단으로 했다. 이에 의해, 비 저변형 저항 영역을 매우 쉽고 또한 확실하게 생성할 수 있으므로, 저비용으로 확실하게 금속 조직을 미세화한 금속체를 생성할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명에서는, 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역을 진공 속에서 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 전단 변형된 저변형 저항 영역의 표면에 기체 성분과의 반응막이 형성되는 것을 방지할 수 있어, 후공정에서의 처리를 경감할 수 있다. 특히, 저변형 저항 영역을 형성할 때에 금속체를 가열한 경우에는 금속체의 자기 냉각 작용에 의해 냉각 수단을 이용하는 일없이 금속체를 냉각할 수 있어, 저변형 저항 영역의 형성 효율을 향상시킬 수 있다.
청구항 6에 기재된 발명에서는, 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역을 고압 분위기 속에서 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 고압의 압력에 의한 저변형 저항 영역에의 작용에 의해 금속 조직의 미세화 효율을 향상시킬 수 있다.
청구항 7에 기재된 발명에서는, 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역을 활성 가스 분위기 속에서 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역의 표면에 활성 가스와의 반응 영역을 형성할 수 있으므로, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다.
청구항 8에 기재된 발명에서는, 청구항 7에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 활성 가스는 질소 가스로 했다. 이에 의해, 금속체의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역을 질화시킬 수 있으므로, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다.
청구항 9에 기재된 발명에서는, 청구항 7에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 활성 가스는 메탄 가스 및/또는 일산화탄소 가스로 했다. 이에 의해, 금속체의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역을 침탄 처리할 수 있으므로, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다.
청구항 10에 기재된 발명에서는, 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역에 분체를 내뿜는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역에 분체를 기계적으로 혼입시킬 수 있어, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다. 특히, 종래의 주조에서는 형성 곤란한 조성의 금속체도 쉽게 형성할 수 있는 동시에, 금속 이외의 분체를 저변형 저항 영역에 내뿜은 경우에는, 새로운 재료를 제조할 수도 있다.
청구항 11에 기재된 발명에서는, 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역에 이온 도핑을 행하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역에 이온화한 입자를 혼입시킬 수 있어, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다. 특히, 종래의 주조에서는 형성 곤란한 조성의 금속체도 쉽게 형성할 수 있다.
청구항 12에 기재된 발명에서는, 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역은 금속체에 제1 가열을 소정 시간 행한 후에 제2 가열을 행하여 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 가열에 의한 저변형 저항 영역의 형성에 있어서 저변형 저항 영역의 가열 상태를 균질화할 수 있어, 균질한 미세화를 행할 수 있다.
청구항 13에 기재된 발명에서는, 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역은 금속체에 제1 가열을 소정 시간 행한 후에 제2 가열을 행하여 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 가열에 의한 저변형 저항 영역의 형성에 있어서 저변형 저항 영역의 가열 상태를 균질화할 수 있어, 금속 조직의 균질한 미세화를 행할 수 있다.
청구항 14에 기재된 발명에서는, 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역은 고온으로 한 금속체를 구속하는 구속 수단의 비 구속 영역에 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체의 제조 공정 중에 있어서 가열 상태로 되어 있는 금속체의 금속 조직을 미세화할 수 있어, 제조 공정을 늘리는 일없이 금속 조직을 미세화한 금속체를 제조할 수 있다.
청구항 15에 기재된 발명에서는, 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역은 고온으로 한 금속체를 구속하는 구속 수단의 비 구속 영역에 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체의 제조 공정 중에 있어서 가열 상태로 되어 있는 금속체의 금속 조직을 미세화할 수 있어, 제조 공정을 늘리는 일없이 금속 조직을 미세화한 금속체를 제조할 수 있다.
청구항 16에 기재된 발명에서는, 청구항 5 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 전단 변형 후에 금속체를 급랭하는 것으로 했다. 이에 의해, 가열 상태가 지속함에 따른 금속 조직의 비대화를 억제할 수 있는 동시에, 금속체에 켄칭을 할 수 있으므로, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다.
청구항 17에 기재된 발명에서는, 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역은 금속체를 가열하여 형성하는 동시에, 저변형 저항 영역을 전단 변형한 후에 금속체를 급랭하는 것으로 했다. 이에 의해, 가열 상태가 지속함에 따른 금속 조직의 비대화를 억제할 수 있는 동시에, 금속체에 켄칭을 행할 수 있으므로, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다.
청구항 18에 기재된 발명에서는, 청구항 5 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역은 금속체를 가열하여 형성하는 동시에, 저변형 저항 영역을 전단 변형한 후에 금속체를 급랭하는 것으로 했다. 이에 의해, 가열 상태가 지속함에 따른 금속 조직의 비대화를 억제할 수 있는 동시에, 금속체에 켄칭을 할 수 있으므로, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다.
청구항 19에 기재된 발명에서는, 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역을 액체 속에 몰입한 금속체에 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 저변형 저항 영역의 형성 조건의 변동을 억제할 수 있어, 금속 조직을 균질하게 미세화할 수 있다.
청구항 20에 기재된 발명에서는, 청구항 19에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역을 금속체를 액체 속에서 가열하여 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 가열하여 형성한 저변형 저항 영역의 냉각을 빠르게 행할 수 있고, 특히 전단 변형이 종료된 부분에 대해서는 켄칭을 연속하여 행할 수 있으므로, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다.
청구항 21에 기재된 발명에서는, 청구항 20에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역을 형성할 때에, 저변형 저항 영역 주위의 열전도율을 줄이는 것으로 했다. 이에 의해, 액체 속의 금속체의 가열을 효율적으로 행할 수 있다.
청구항 22에 기재된 발명에서는, 청구항 20에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역을 형성할 때에, 저변형 저항 영역의 주위에 기포를 발생시키는 것으로 했다. 이에 의해, 액체 속의 금속체의 가열을 효율적으로 행할 수 있다.
청구항 23에 기재된 발명에서는, 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며, 금속 조직을 미세화한 금속체를, 금속 조직을 조대화시키지 않고 소성 가공하는 것으로 하였다. 이에 의해, 금속 조직이 미세화되어 있음으로써 고강도화 혹은 고연성화된 금속체이며, 소요의 형상으로 한 금속체를 제공할 수 있다.
청구항 24에 기재된 발명에서는, 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 금속 조직을 미세화한 금속체를, 금속 조직을 조대화시키지 않고 소성 가공하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속 조직이 미세화되어 있음으로써 고강도화 혹은 고연성화된 금속체이며, 소요의 형상으로 한 금속체를 제공할 수 있다.
청구항 25에 기재된 발명에서는, 청구항 23 또는 청구항 24에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 소성 가공을, 금속체의 금속 조직을 조대화시키지 않는 단시간의 가열 상태에서 행하는 것으로 했다. 이에 의해, 소성 가공 시에 금속 조직이 비대화하여 고강도화 혹은 고연성화가 저해되는 것을 억지할 수 있다.
청구항 26에 기재된 발명에서는, 청구항 23 내지 25 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 소성 가공 후, 금속체의 금속 조직을 조대화시키지 않는 온도로 유지하여 시효 처리하는 것으로 했다. 이에 의해, 고강도화 혹은 고연성화한 금속체의 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
청구항 27에 기재된 발명에서는, 청구항 1 내지 26 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 금속체를 침탄 처리하고 있는 것으로 했다. 이에 의해, 저변형 저항 영역의 전단 변형에 수반하여 탈탄 처리를 하면서 금속 조직을 미세화할 수 있어, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다.
청구항 28에 기재된 발명에서는, 청구항 1 내지 27 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역을 연신시키면서 금속체의 금속 조직을 미세화하는 것으로 했다. 이에 의해, 저변형 저항 영역에 전단에 의한 왜곡뿐만 아니라, 연신에 의한 왜곡을 가할 수 있으므로, 금속 조직을 더욱 미세화할 수 있다.
청구항 29에 기재된 발명에서는, 청구항 1 내지 27 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역을 압축시키면서 금속체의 금속 조직을 미세화하는 것으로 했다. 이에 의해, 저변형 저항 영역에 전단에 의한 왜곡뿐만 아니라, 압축에 의한 왜곡을 가할 수 있으므로, 금속 조직을 더욱 미세화할 수 있다. 특히, 저변형 저항 영역을 압축시킴으로써, 저변형 저항 영역에 인가한 전단 변형에 의해 금속체에 깨짐 등의 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 저변형 저항 영역을 더욱 크게 전단 변형시켜, 금속 조직을 더욱 미세화할 수 있다.
청구항 30에 기재된 발명에서는, 청구항 6 내지 29 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 금속체를 중공부를 갖는 통형체로 하여, 중공부를 감압 상태로 하는 것으로 했다. 이에 의해, 저변형 저항 영역에 있어서 중공부를 향해 금속체를 수축 변형시키면서 전단 변형을 행할 수 있어, 금속 조직을 더욱 미세화할 수 있다.
청구항 31에 기재된 발명에서는, 청구항 1 내지 29 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 금속체를 중공부를 갖는 통형 부재로 하여, 중공부를 고압 상태로 하는 것으로 했다. 이에 의해, 저변형 저항 영역에 있어서 금속체를 팽창 변형시키면서 전단 변형을 행할 수 있어, 금속 조직을 더욱 미세화할 수 있다.
청구항 32에 기재된 발명에서는, 청구항 1 내지 31 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역에 금속체를 소정 형상으로 성형하는 성형용 가이드 부재를 접촉시키는 것으로 했다. 이에 의해, 저변형 저항 영역에 있어서 전단 변형에 의해 금속 조직을 미세화시키면서, 성형용 가이드 부재로 소요 형상으로 금속체를 형상 변형시킬 수 있으므로, 고강도화 혹은 고연성화된 금속체이며, 소요의 형상으로 한 금속체를 제공할 수 있다.
청구항 33에 기재된 발명에서는, 청구항 32에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 성형 가이드 부재를 금속체를 가열하는 가열 수단으로 했다. 이에 의해, 성형 가이드 부재와 접촉한 금속체의 접촉 부분을 국부 가열할 수 있어, 저변형 저항 영역을 더욱 쉽게 형성할 수 있다.
청구항 34에 기재된 발명에서는, 청구항 32에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 성형 가이드 부재를 금속체를 냉각하는 냉각 수단으로 했다. 이에 의해, 성형 가이드 부재와 접촉한 금속체의 접촉 부분을 국부 냉각할 수 있어, 전단 변형 후의 저변형 저항 영역을 효율적으로 냉각하여, 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
청구항 35에 기재된 발명에서는, 청구항 1 내지 34 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역은 한 방향으로 연신한 금속체를 횡단시켜 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 금속체의 연신 방향을 따라 이동시키는 것으로 했다. 이에 의해, 한 방향으로 연신한 금속체 전체의 금속 조직을 매우 쉽게 미세화할 수 있는 동시에, 연속적으로 금속 조직의 미세화를 행할 수 있다.
청구항 36에 기재된 발명에서는, 청구항 1 내지 34 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 저변형 저항 영역은 금속체를 횡단하고, 이 저변형 저항 영역을 협지하는 금속체의 한쪽의 비 저변형 저항 영역을, 다른 쪽의 비 저변형 저항 영역에 대하여 상대적으로 위치를 변동시킴으로써 저변형 저항 영역을 전단 변형시키는 것으로 했다. 이에 의해, 국부적으로 형성한 저변형 저항 영역 부분의 금속 조직을 미세화할 수 있어, 고강도화 혹은 고연성화한 금속체를 쉽게 형성할 수 있다.
청구항 37에 기재된 발명에서는, 청구항 36에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 위치 변동은 금속체의 연신 방향과 대략 직교하는 방향으로, 한쪽의 비 저변형 저항 영역을 다른 쪽의 비 저변형 저항 영역에 대하여 상대적으로 진동 운동시키는 진동 운동 성분을 갖는 진동 운동으로 했다. 이에 의해, 저변형 저항 영역에는 매우 쉽게 전단 변형을 발생시킬 수 있다.
청구항 38에 기재된 발명에서는, 청구항 36에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 위치 변동은 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로, 한쪽의 비 저변형 저항 영역을 다른 쪽의 비 저변형 저항 영역에 대하여 상대적으로 회전시키는 회전 운동으로 했다. 이에 의해, 저변형 저항 영역에는 매우 쉽게 전단 변형을 발생시킬 수 있다.
청구항 39에 기재된 발명에서는, 청구항 36에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 위치 변동은 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로, 한쪽의 비 저변형 저항 영역을 다른 쪽의 비 저변형 저항 영역에 대하여 상대적으로 회전시키는 회전 운동으로 했다. 이에 의해, 저변형 저항 영역에는 매우 쉽게 전단 변형을 발생시킬 수 있다.
청구항 40에 기재된 발명에서는, 한 방향으로 연신한 가열 상태의 금속체를 연신 방향을 따라 이동시켜, 금속체를 냉각 수단으로 이송 통과시켜 냉각하는 동시에, 냉각된 금속체를 진동 운동시킴으로써, 냉각 수단으로 이송 통과되기 전의 금속체에서의 금속 조직을 전단 변형시켜 미세화하는 것으로 했다. 이에 의해, 열간 압연 등의 금속체의 제조 공정 중에 있어서 금속체의 금속 조직을 미세화할 수 있어, 제조 비용을 증대시키는 일없이 부가가치가 높은 금속체를 생성할 수 있다.
청구항 41에 기재된 발명에서는, 용체화 처리하기 위한 온도까지 가열한 금속체를 냉각 수단에 의해 급랭하여 용체화 처리를 할 때에, 급랭 부분의 금속체를 전단 변형시킴으로써 금속 조직을 미세화하는 동시에 용체화 처리를 하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속 조직이 미세화된 상태에서 용체화 처리된 금속체를 제조할 수 있으므로, 더욱 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조할 수 있다.
청구항 42에 기재된 발명에서는, 청구항 41에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 한 방향으로 연신한 금속체의 연신 방향과 대략 직교하는 방향으로 진동 운동시키는 진동 운동 성분을 갖는 진동 운동을 금속체에 인가함으로써 금속체를 전단 변형시키는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체를 매우 쉽게 전단 변형시킬 수 있다.
청구항 43에 기재된 발명에서는, 청구항 41에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 한 방향으로 연신한 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로 회전시키는 회전 운동을 금속체에 인가함으로써 금속체를 전단 변형시키는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체를 매우 쉽게 전단 변형시킬 수 있다.
청구항 44에 기재된 발명에서는, 청구항 41에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 한 방향으로 연신한 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로 회전시키는 회전 운동을 금속체에 인가함으로써 금속체를 전단 변형시키는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체를 매우 쉽게 전단 변형시킬 수 있다.
청구항 45에 기재된 발명에서는, 청구항 41 내지 44 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 금속 조직이 미세화된 금속체를, 금속 조직을 조대화시키지 않는 조건 하에서 소성 가공하여 소정 형상으로 하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속 조직이 미세화되어 있음으로써 고강도화 혹은 고연성화된 금속체이며, 소요의 형상으로 한 금속체를 제공할 수 있다.
청구항 46에 기재된 발명에서는, 한 방향으로 연신한 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮추어 금속체를 횡단하는 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역을 소정의 간격만큼 떨어뜨려 형성하는 동시에, 이 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역 사이에, 제1 저변형 저항 영역 및 제2 저변형 저항 영역에서의 변형 저항보다도 변형 저항을 증대시킨 비 저변형 저항 영역을 비 저변형 저항 영역 형성 수단에 의해 형성하고, 이 비 저변형 저항 영역에 금속체의 연신 방향과 교차하는 방향의 진동 운동 성분으로 이루어지는 진동 운동을 가하여 제1 저변형 저항 영역 및 제2 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 것으로 했다. 이에 의해, 비 저변형 저항 영역에 진동 운동을 쉽게 인가할 수 있는 동시에, 이 진동 운동의 인가 영역을 국소적으로 하여, 일반적인 금속체의 제조 공정에 있어서 본 발명의 금속체의 가공 방법을 쉽게 도입할 수 있다.
청구항 47에 기재된 발명에서는, 한 방향으로 연신한 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮추어 금속체를 횡단하는 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역을 소정의 간격만큼 떨어뜨려 형성하는 동시에, 이 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역 사이에, 제1 저변형 저항 영역 및 제2 저변형 저항 영역에서의 변형 저항보다도 변형 저항을 증대시킨 비 저변형 저항 영역을 비 저변형 저항 영역 형성 수단에 의해 형성하고, 이 비 저변형 저항 영역에 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위의 회전 운동을 가하여 제1 저변형 저항 영역 및 제2 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 것으로 했다. 이에 의해, 비 저변형 저항 영역에 회전 운동을 쉽게 인가할 수 있는 동시에, 이 회전 운동의 인가 영역을 국소적으로 하여, 일반적인 금속체의 제조 공정에 있어서 본 발명의 금속체의 가공 방법을 쉽게 도입할 수 있다.
청구항 48에 기재된 발명에서는, 한 방향으로 연신한 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮추어 금속체를 횡단하는 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역을 소정의 간격만큼 떨어뜨려 형성하는 동시에, 이 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역 사이에, 제1 저변형 저항 영역 및 제2 저변형 저항 영역에서의 변형 저항보다도 변형 저항을 증대시킨 비 저변형 저항 영역을 비 저변형 저항 영역 형성 수단에 의해 형성하고, 이 비 저변형 저항 영역에 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위의 회전 운동을 가하여 제1 저변형 저항 영역 및 제2 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 것으로 했다. 이에 의해, 비 저변형 저항 영역에 회전 운동을 쉽게 인가할 수 있는 동시에, 이 회전 운동의 인가 영역을 국소적으로 하여, 일반적인 금속체의 제조 공정에 있어서 본 발명의 금속체의 가공 방법을 쉽게 도입할 수 있다.
청구항 49에 기재된 발명에서는, 청구항 46 내지 48 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 방법이며, 금속체를 연신 방향을 따라 이동시키는 것으로 했다. 이에 의해, 고강도화 혹은 고연성화된 금속체의 생산성을 향상시킬 수 있다.
청구항 50에 기재된 발명에서는, 한 방향으로 연신한 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮춤으로써 금속체를 횡단하는 저변형 저항 영역을 형성하는 저변형 저항 영역 형성 수단과, 저변형 저항 영역에 있어서 저하되어 있는 변형 저항을 증대시켜 비 저변형 저항 영역을 형성하는 비 저변형 저항 영역 형성 수단과, 저변형 저항 영역을 협지하는 한쪽의 금속체를, 다른 쪽의 금속체에 대하여 상대적으로 변위시키는 변위 인가 수단을 갖고, 이 변위 인가 수단에 의해 인가한 변위에 수반하여 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 장치로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 51에 기재된 발명에서는, 청구항 50에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 변위 인가 수단은 금속체의 연신 방향과 교차하는 방향의 진동 운동 성분으로 이루어지는 진동 운동을 금속체에 인가하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 52에 기재된 발명에서는, 청구항 50에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 변위 인가 수단은 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위의 회전 운동을 금속체에 인가하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 53에 기재된 발명에서는, 청구항 50에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 변위 인가 수단은 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위의 회전 운동을 금속체에 인가하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 54에 기재된 발명에서는, 청구항 50 내지 53 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 저변형 저항 영역 형성 수단은 금속체를 소정 온도 이상으로 가열하는 가열 수단으로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 저비용으로 제공할 수 있다.
청구항 55에 기재된 발명에서는, 청구항 50 내지 54 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 비 저변형 저항 영역 형성 수단은 금속체를 냉각하는 냉각 수단으로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 저비용으로 제공할 수 있다.
청구항 56에 기재된 발명에서는, 청구항 50 내지 55 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 금속체를 연신 방향을 따라 송급하는 송급 수단을 갖는 것으로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 연속적으로 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 57에 기재된 발명에서는, 청구항 56에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 저변형 저항 영역 형성 수단은 금속체를 제1 가열 온도로 가열하여 소정 시간 유지한 후에, 제2 가열 온도로 가열하는 예비 가열 수단을 갖는 것으로 했다. 이에 의해, 가열에 의한 저변형 저항 영역의 형성에 있어서 저변형 저항 영역의 가열 상태를 균질화할 수 있어, 금속 조직의 균질한 미세화를 가능하게 한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 58에 기재된 발명에서는, 청구항 57에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 제1 가열 온도는 금속체의 용체화 처리에 필요한 온도로 했다. 이에 의해, 금속체에 용체화 처리를 하면서 금속 조직을 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화되는 동시에 용체화 처리된 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 59에 기재된 발명에서는, 청구항 56 내지 58 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 금속 조직이 미세화된 금속체를, 금속 조직을 조대화시키지 않는 온도로 유지하여 시효 처리하는 시효 처리 수단을 갖는 것으로 했다. 이에 의해, 고강도화 혹은 고연성화한 금속체의 강도를 더욱 향상시킨 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 60에 기재된 발명에서는, 청구항 56 내지 59 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 저변형 저항 영역에 금속체를 소정 형상으로 성형하는 성형용 가이드 부재를 접촉시키는 것으로 했다. 이에 의해, 성형용 가이드 부재로 소요 형상으로 금속체를 형상 변형시킬 수 있으므로, 고강도화 혹은 고연성화된 금속체이며, 소요의 형상으로 한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 61에 기재된 발명에서는, 청구항 60에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 성형 가이드 부재를 금속체를 가열하는 가열 수단으로 했다. 이에 의해, 성형 가이드 부재와 접촉한 금속체의 접촉 부분을 국부 가열할 수 있어, 저변형 저항 영역의 형성을 쉽게 한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 62에 기재된 발명에서는, 청구항 60에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 성형 가이드 부재를 금속체를 냉각하는 냉각 수단으로 했다. 이에 의해, 성형 가이드 부재와 접촉한 금속체의 접촉 부분을 국부 냉각할 수 있어, 전단 변형 후의 저변형 저항 영역을 효율적으로 냉각하여, 제조 효율을 향상시킨 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 63에 기재된 발명에서는, 청구항 56 내지 59 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 금속체는 중공부를 갖는 통형체로 하고, 금속 조직이 미세화된 금속체를 연신 방향을 따라 절개함으로써 평판형 금속체를 형성하는 평판화 수단을 갖는 것으로 했다. 이에 의해, 금속 조직이 미세화된 평판형 금속체의 제조가 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 64에 기재된 발명에서는, 청구항 50 내지 56 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 저변형 저항 영역 형성 수단은 진공 속에서 저변형 저항 영역을 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 전단 변형된 저변형 저항 영역의 표면에 기체 성분과의 반응막이 형성되는 것을 방지 가능하게 한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 65에 기재된 발명에서는, 청구항 50 내지 56 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 저변형 저항 영역 형성 수단은 고압 분위기 속에서 저변형 저항 영역을 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 고압의 압력에 의한 저변형 저항 영역에의 작용에 의해 금속 조직의 미세화 효율을 향상시킨 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 66에 기재된 발명에서는, 청구항 50 내지 56 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 저변형 저항 영역 형성 수단은 활성 가스 분위기 속에서 저변형 저항 영역을 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역의 표면에 활성 가스와의 반응 영역을 형성할 수 있으므로, 더욱 고기능화한 금속체를 형성 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 67에 기재된 발명에서는, 청구항 66에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 활성 가스를 질소 가스로 했다. 이에 의해, 금속체의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역을 질화시킬 수 있으므로, 더욱 고기능화한 금속체를 형성 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 68에 기재된 발명에서는, 청구항 66에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 활성 가스를 메탄 가스 및/또는 일산화탄소 가스로 했다. 이에 의해, 금속체의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역을 침탄 처리할 수 있으므로, 더욱 고기능화한 금속체를 형성 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 69에 기재된 발명에서는, 청구항 50 내지 56 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 저변형 저항 영역 형성 수단이 저변형 저항 영역에 분체를 내뿜는 분체 송풍 수단을 갖는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역에 분체를 기계적으로 혼입시킬 수 있어, 더욱 고기능화한 금속체를 형성 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 70에 기재된 발명에서는, 청구항 50 내지 56 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 저변형 저항 영역 형성 수단이 저변형 저항 영역에 이온 도핑을 행하는 이온 도핑 수단을 갖는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역에 이온화한 입자를 혼입시킬 수 있어, 더욱 고기능화한 금속체를 형성 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 71에 기재된 발명에서는, 청구항 50 내지 56 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 저변형 저항 영역 형성 수단이, 액체 속에 몰입한 금속체를 소정 온도 이상으로 가열하여 저변형 저항 영역을 형성하는 것으로 했다. 이에 의해, 저변형 저항 영역의 형성 조건의 변동을 억제할 수 있어, 금속 조직을 균질하게 미세화할 수 있는 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 72에 기재된 발명에서는, 청구항 71에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 저변형 저항 영역을 형성할 때에, 저변형 저항 영역의 주위의 열전도율을 줄이는 것으로 했다. 이에 의해, 액체 속의 금속체의 가열을 효율적으로 행할 수 있는 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 73에 기재된 발명에서는, 청구항 71에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 저변형 저항 영역을 형성할 때에, 저변형 저항 영역의 주위에 기포를 발생시키는 것으로 했다. 이에 의해, 액체 속의 금속체의 가열을 효율적으로 행할 수 있는 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 74에 기재된 발명에서는, 한 방향으로 연신한 금속체를 연신 방향을 따라 이동시키는 이동 수단과, 금속체를 용체화 처리하기 위한 온도까지 가열하는 가열 수단과, 이 가열 수단으로 가열된 금속체를 급랭하는 냉각 수단과, 이 냉각 수단에 의해 냉각되어 있는 부분의 금속체를 전단 변형시키는 전단 변형 수단을 갖는 금속체의 가공 장치로 했다. 이에 의해, 금속체에 용체화 처리를 하면서 금속 조직을 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화되는 동시에 용체화 처리된 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 75에 기재된 발명에서는, 청구항 74에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 전단 변형 수단은 금속체의 연신 방향과 대략 직교하는 방향으로 진동 운동시키는 진동 운동 성분을 갖는 진동 운동을 금속체에 인가하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체에 용체화 처리를 하면서 금속 조직을 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화되는 동시에 용체화 처리된 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 76에 기재된 발명에서는, 청구항 74에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 전단 변형 수단은 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로 회전시키는 회전 운동을 금속체에 인가하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체에 용체화 처리를 하면서 금속 조직을 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화되는 동시에 용체화 처리된 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 77에 기재된 발명에서는, 청구항 74에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 전단 변형 수단은 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로 회전시키는 회전 운동을 금속체에 인가하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속체에 용체화 처리를 하면서 금속 조직을 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화되는 동시에 용체화 처리된 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 78에 기재된 발명에서는, 한 방향으로 연신한 가열 상태의 금속체를 연신 방향을 따라 이동시키는 이동 수단과, 금속체를 냉각함으로써 변형 저항을 증대시켜 비 저변형 저항 영역을 형성하는 냉각 수단과, 이 비 저변형 저항 영역에 진동 운동을 인가하는 진동 운동 인가 수단을 갖고, 이 진동 운동 인가 수단에 의해 인가한 진동 운동에 의해, 냉각 수단으로 이송 통과되기 전의 금속체에서의 금속 조직을 전단 변형시키는 금속체의 가공 장치로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 79에 기재된 발명에서는, 한 방향으로 연신한 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮춤으로써 금속체를 횡단하는 제1 저변형 저항 영역을 형성하는 제1 저변형 저항 영역 형성 수단과, 이 제1 저변형 저항 영역으로부터 소정 간격만큼 떨어진 위치에, 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮춤으로써 금속체를 횡단하는 제2 저변형 저항 영역을 형성하는 제2 저변형 저항 영역 형성 수단과, 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역 사이에, 제1 저변형 저항 영역 및 제2 저변형 저항 영역에 있어서 저하되어 있는 변형 저항을 증대시켜 비 저변형 저항 영역을 형성하는 비 저변형 저항 영역 형성 수단과, 이 비 저변형 저항 영역에 제1 저변형 저항 영역 및 제2 저변형 저항 영역을 전단 변형시키기 위한 변위를 인가하는 변위 인가 수단을 갖고, 제1 저변형 저항 영역 및 제2 저변형 저항 영역에서의 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 장치로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 80에 기재된 발명에서는, 청구항 79에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 변위 인가 수단은 비 저변형 저항 영역에 금속체의 연신 방향과 교차하는 방향의 진동 운동 성분으로 이루어지는 진동 운동을 인가하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 81에 기재된 발명에서는, 청구항 79에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 변위 인가 수단은 비 저변형 저항 영역에 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위의 회전 운동을 인가하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 82에 기재된 발명에서는, 청구항 79에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 변위 인가 수단은 비 저변형 저항 영역에 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위의 회전 운동을 인가하는 것으로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 제공할 수 있다.
청구항 83에 기재된 발명에서는, 청구항 79 내지 82 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 제1 저변형 저항 영역 형성 수단 및 제2 저변형 저항 영역 형성 수단은 각각 금속체를 소정 온도 이상으로 가열하는 가열 수단으로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 저비용으로 제공할 수 있다.
청구항 84에 기재된 발명에서는, 청구항 79 내지 83 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 비 저변형 저항 영역 형성 수단은 금속체를 냉각하는 냉각 수단으로 했다. 이에 의해, 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체를 제조 가능한 가공 장치를 저비용으로 제공할 수 있다.
청구항 85에 기재된 발명에서는, 청구항 79 내지 84 중 어느 한 항에 기재된 금속체의 가공 장치이며, 금속체를 연신 방향을 따라 송급하는 송급 수단을 갖는 것으로 했다. 이에 의해, 연속적으로 금속 조직을 쉽게 미세화할 수 있어, 고강도화 또는 고연성화한 금속체의 높은 생산성을 갖는 가공 장치를 제공할 수 있다.
도1은 금속체의 단면 개략도이다.
도2는 금속체의 단면 개략도이다.
도3은 금속체의 단면 개략도이다.
도4는 금속체의 단면 개략도이다.
도5는 저변형 저항 영역에 가하는 전단 변형의 설명도이다.
도6은 저변형 저항 영역에 가하는 전단 변형의 설명도이다.
도7은 저변형 저항 영역에 가하는 전단 변형의 설명도이다.
도8은 저변형 저항 영역에 가하는 전단 변형의 설명도이다.
도9는 저변형 저항 영역에 가하는 전단 변형의 설명도이다.
도10은 저변형 저항 영역에 가하는 전단 변형의 설명도이다.
도11은 저변형 저항 영역을 위한 가열 프로파일의 설명도이다.
도12는 저변형 저항 영역을 위한 가열 프로파일의 설명도이다.
도13은 제1 실시 형태의 STSP 장치의 개략 설명도이다.
도14는 금속체의 냉각 방법에서의 다른 실시 형태의 설명도이다.
도15는 STSP 장치에 의한 처리 전의 금속 조직의 전자 현미경 사진이다.
도16은 STSP 장치에 의한 처리 후의 금속 조직의 전자 현미경 사진이다.
도17은 S45C에 있어서 금속 조직을 미세화한 경우의 물성 변화를 나타내는 그래프이다.
도18은 JIS-A5056에 있어서 금속 조직을 미세화한 경우의 물성 변화를 나타내는 그래프이다.
도19는 STSP 장치에서의 변용예의 개략 설명도이다.
도20은 STSP 장치에서의 변용예의 개략 설명도이다.
도21은 STSP 장치에서의 변용예의 개략 설명도이다.
도22는 제2 실시 형태의 STSP 장치의 개략 설명도이다.
도23은 도2의 일부 절결 확대도이다.
도24는 제1 회전 지지 부재에 설치한 가이드 롤러의 배치 형태의 설명도이다.
도25는 제3 실시 형태의 STSP 장치의 개략 설명도이다.
도26은 도25의 주요부 확대도이다.
도27은 도26의 주요부 부분의 측면도이다.
도28은 SVSP 장치의 개략 설명도이다.
도29는 SVSP 장치에서의 변용예의 개략 설명도이다.
도30은 금속체의 단면 개략도이다.
도31은 보디 프레임 소켓의 설명도이다.
도32는 보디 프레임 소켓의 설명도이다.
도33은 ECAP법을 설명하기 위한 참고도이다.
본 발명의 금속체의 가공 방법 및 금속체의 가공 장치에서는, 고강도화 혹은 고연성화를 도모한 금속체를 생성 가능하게 하고 있는 것으로, 특히 함유하고 있는 금속 조직을 미세화함으로써 금속체의 고강도화 혹은 고연성화를 도모하고 있는 것이다.
특히, 금속 조직을 미세화하기 위해, 본 발명에서는 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 강한 왜곡을 가하여 금속 조직을 미세화하고 있는 것이다.
게다가, 저변형 저항 영역을 국부적으로 형성하고 있음으로써, 금속 조직을 미세화하기 위해 가한 전단 변형에 의한 전단 응력이 저변형 저항 영역에 집중하여 작용하여, 효율적으로 강한 왜곡을 생성하여 금속 조직을 미세화할 수 있도록 하고 있다.
아울러, 마그네슘 합금 등의 금속체에 있어서는, 결정 방위를 조정 가능하게 하는 것을 기대할 수 있다.
특히, 국부적인 저변형 저항 영역을 형성하기 위해, 저변형 저항 영역을 따라서 변형 저항을 증대시킨 비 저변형 저항 영역을 형성하도록 하고 있다. 이 비 저변형 저항 영역을 형성하는 비 저변형 저항 영역 생성 수단을 저변형 저항 영역을 따라서 설치해 둠으로써, 저변형 저항 영역에 가한 전단 변형이 저변형 저항 영역 이외로 확산되는 것을 억제할 수 있어, 저변형 저항 영역에 효율적으로 전단 응력을 발생시킬 수 있다.
비 저변형 저항 영역 생성 수단은, 구체적으로는 금속체를 냉각하는 냉각 수단이면 좋으며, 금속체의 변형 저항의 조정을 쉽게 행할 수 있다.
예를 들어 금속체의 열간 압연 공정에 있어서 가열 상태인 금속체를 냉각 장치에 이송 통과함으로써 냉각하고, 냉각에 수반하여 변형 저항을 증대시킨 비 저변형 저항 영역을 형성하여, 냉각 장치 이송 통과 후의 영역인 이 비 저변형 저항 영역을 진동 운동시킴으로써, 냉각 장치 이송 통과 전의 영역을 전단 변형시켜 금속 조직을 쉽게 미세화하여, 고강도화 혹은 고연성화한 금속체를 생성할 수 있다.
여기서, 상기한 저변형 저항 영역이라 함은 금속체를 가열함으로써 변형 저항이 낮아진 영역이며, 저변형 저항 영역 이외의 영역과 비교하여 외력의 작용에 수반하여 변형을 발생하기 쉽게 되어 있는 영역이다.
한편, 비 저변형 저항 영역은 저변형 저항 영역보다도 변형 저항이 커져 있는 영역이며, 저변형 저항 영역 이외의 영역이 기본적으로는 비 저변형 저항 영역이다.
저변형 저항 영역은 가열에 의해 형성할 뿐만 아니라, 예를 들어 소요의 온도로 가열한 금속체의 주위에 금속체를 구속하는 구속체를 장착함으로써 비 저변형 저항 영역을 형성하고, 구속체를 장착하지 않은 비 구속 영역을 저변형 저항 영역으로 할 수도 있다.
구체적으로는, 주조된 금속체 등의 열간 압연 공정에서의 고온 상태의 금속체의 주위에 구속체를 접촉시키고 있는 경우 등이다.
혹은, 액체 상태가 된 금속체를 응고시키면서 구속체로 소정 형상으로 성형하고 있을 때에, 부분적으로 비 구속 영역을 형성하여 이 비 구속 영역을 저변형 저항 영역으로서 전단 변형을 가하도록 할 수도 있다.
이와 같이, 소정 온도 이상으로 가열되어 있음으로써 전체적으로 저변형 저항 상태로 되어 있는 금속체에 구속체를 접촉시켜 구속함으로써 비 저변형 저항 영역을 형성하는 동시에, 구속체와 접촉하지 않은 비 구속 영역을 저변형 저항 영역으로 함으로써, 주조 등에 의한 금속체의 제조 공정 중에 있어서 가열 상태로 되어 있는 금속체의 금속 조직을 미세화할 수 있어, 제조 공정을 늘리는 일없이 금속 조직을 미세화한 금속체를 제조할 수 있다.
본 발명에서의「금속체」라는 말은, 한 종류의 금속 원소로 이루어지는 단일 금속으로 구성하는 경우뿐만 아니라, 2종류 이상의 금속 원소로 이루어지는 합금으로 구성한 것을 포함할 뿐만 아니라, 한 종류 또는 여러 종류의 금속 원소와 한 종류 또는 여러 종류의 비금속 원소로 이루어지는 금속간 화합물로 구성해도 좋다. 또한, 특별히 언급하지 않는 한은 금속체는 금속을 함유한 세라믹스 부재 등의 금 속간 화합물도 포함하고 있는 것으로 한다.
또, 금속체는 동일한 조성으로 되어 있을 필요는 없고, 도1에 금속체의 단면 개략도로서 도시한 바와 같이, 제1 금속층(11)에 제2 금속층(12) 또한 제3 금속층(13)을 적층한 적층체(10)라도 좋다. 이때, 제1 금속층(11), 제2 금속층(12), 제3 금속층(13)은 각각 소요의 금속, 합금, 혹은 금속간 화합물이면 좋다. 제1 금속층(11)과, 제2 금속층(12)과, 제3 금속층(13)은 단지 중합함으로써 적층체(10)로 해도 좋고, 도금 처리, 증착 처리 혹은 압착 처리 등에 의해 적층해도 좋다. 여기서, 적층체(10)는 3층에 한정되는 것은 아니며, 적절한 수만큼 중합하여 적층체(10)를 구성해도 좋다.
혹은, 금속체는 도2에 금속체의 단면 개략도로서 도시한 바와 같이, 제1 금속 분체(14)와 제2 금속 분체(15)를 혼합한 혼합체를 소정 형상으로 가소성한 가소체(16)라도 좋다. 이때, 제1 금속 분체(14)와 제2 금속 분체(15)의 두 가지의 분체로 가소체(16)를 구성할 뿐만 아니라, 또한 여러 종류의 분체를 혼합하여 가소체(16)를 형성해도 좋고, 금속 분체뿐만 아니라 비금속 분체를 혼합하여 가소체(16)를 형성해도 좋다.
혹은, 금속체는 도3에 금속체의 단면 개략도로서 도시한 바와 같이, 소정 형상으로 한 다공질체(17)의 구멍부에 금속 분체(18)를 충전하여 형성한 충전체(19)라도 좋다. 또, 다공질체(17)에는 금속 분체(18)를 충전하는 경우뿐만 아니라 비 금속 분체를 충전해도 좋다.
혹은, 금속체는 도4에 금속체의 단면 개략도로서 도시한 바와 같이, 여러 개 의 제1 금속선재(21)와 여러 개의 제2 금속선재(22)를 묶어 형성한 금속선 다발(23)이라도 좋다. 이때, 제1 금속선재(21)와 제2 금속선재(22)의 두 가지의 금속선재로 금속선 다발(23)을 구성할 뿐만 아니라, 또한 여러 종류의 금속선재을 묶어 금속선 다발(23)을 형성해도 좋다.
이와 같이, 금속체는 다양한 형태가 가능해, 후술하는 바와 같이 전단 변형에 의해 금속 조직이 미세화하는 것이면, 금속체는 어떠한 형태라도 좋다.
도1 내지 도3에서는, 금속체는 단면을 직사각형으로 하고, 도4에서는 금속체의 단면은 원 형상으로 하고 있지만, 금속체는 단면이 직사각형이 된 직사각형 부재나, 단면이 원 형상이 된 둥근 막대 부재에 한정되는 것은 아니며, 평판 부재나 중공부를 갖는 통형체로 되어 있어도 좋으며, 이들 이외에도 예를 들어 H형 강체, 산형 강체, 홈형 강체, T형 강체, 리플(ripple)홈 강체 등이라도 좋다.
또한, 금속체에는 미리 침탄 처리나 질화 처리 등의 소요의 처리를 하고 있어도 좋다. 특히, 금속체에 침탄 처리를 하고 있었던 경우에는, 후술하는 바와 같이 금속체에 형성한 저변형 저항 영역의 전단 변형에 수반하여 탈탄 처리를 행할 수 있어, 탈탄 처리를 행하면서 금속 조직을 미세화할 수 있으므로, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다.
또, 침탄 처리된 금속체뿐만 아니라, 통상의 탄소강이나 고탄소강인 경우라도, 금속체에 형성한 저변형 저항 영역의 전단 변형에 수반하여 탈탄 처리를 행할 수 있어, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다.
금속체는 한 방향으로 연신한 형태로 하고, 도5에 도시한 바와 같이 금속체 를 횡단하도록 저변형 저항 영역(30)을 형성함으로써, 금속체에는 저변형 저항 영역(30)에 의해 구획된 제1 비 저변형 저항 영역(31)과 제2 비 저변형 저항 영역(32)을 형성하고 있다.
이와 같이 한 방향으로 연신한 금속체를 횡단시켜 저변형 저항 영역(30)을 형성하고 있음으로써, 금속체의 연신 방향을 따라 저변형 저항 영역(30)을 이동시키면서 저변형 저항 영역(30)을 전단 변형시킴으로써, 금속 조직의 미세화 처리를 연속적으로 행할 수 있다.
게다가, 필요에 따라서 저변형 저항 영역(30)에 발생시키는 전단 변형의 변형 형태를 조정함으로써, 저변형 저항 영역(30)의 부분에 가해지는 강한 왜곡의 모드를 다르게 할 수 있으므로, 금속체에는 금속 조직의 미세화의 정도가 다른 영역을 형성할 수 있어, 금속체의 다기능화를 도모할 수 있다.
저변형 저항 영역(30)의 전단 변형은, 도5의 (a)에 도시한 바와 같이 제2 비 저변형 저항 영역(32)을 제1 비 저변형 저항 영역(31)에 대하여 금속체의 두께 방향으로 진동시키는 진동 운동을 가함으로써, 제2 비 저변형 저항 영역(32)을 제1 비 저변형 저항 영역(31)에 대하여 상대적으로 위치를 변동시킴으로써 행하고 있다.
혹은, 진동 운동은 진동 방향을 금속체의 두께 방향이 아니라, 도5의 (b)에 도시한 바와 같이 금속체의 두께 방향과 직교하는 금속체의 폭 방향으로 해도 좋고, 또한 도5의 (c)에 도시한 바와 같이 금속체의 두께 방향의 진동과, 폭 방향의 진동과의 양쪽을 복합한 복합 진동으로 해도 좋다. 이와 같이 복합 진동으로 한 경우에는, 저변형 저항 영역에 큰 전단 응력을 작용시킬 수 있다.
여기서, 진동 운동은 반드시 거시적인 변위를 수반하는 진동 운동일 필요는 없고, 금속체에 왜곡을 발생시킬 수 있는 공진 등과 같은 진동 운동이라도 좋다.
또한, 금속체가 둥근 막대 부재나 중공부를 갖는 원통 부재인 경우에는, 도6에 도시한 바와 같이 제2 비 저변형 저항 영역(32')을 제1 비 저변형 저항 영역(31')에 대하여, 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로 회전시킴으로써, 제2 비 저변형 저항 영역(32')을 제1 비 저변형 저항 영역(31')에 대하여 상대적으로 위치를 변동시켜, 저변형 저항 영역(30')을 전단 변형시킬 수도 있다.
이때, 제2 비 저변형 저항 영역(32')은 제1 비 저변형 저항 영역(31')에 대하여 항상 일정한 각속도로 회전시켜도 좋고, 정회전과 역회전을 교대로 반복하도록 회전시켜도 좋다.
또한, 이러한 회전축 주위의 회전에 의한 저변형 저항 영역의 전단 변형은 금속체가 둥근 막대 부재나 중공부를 갖는 원통 부재인 경우에 한정되는 것은 아니며, 도7에 도시한 바와 같이 평판 부재로 이루어지는 금속체에 횡단 상태에서 저변형 저항 영역(30")을 형성하고, 이 저변형 저항 영역(30")을 협지하는 제1 비 저변형 저항 영역(31")과 제2 비 저변형 저항 영역(32")에 있어서, 제2 비 저변형 저항 영역(32')을 제1 비 저변형 저항 영역(31')에 대하여 금속체의 대략 중심을 통해 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위를 정회전과 역회전을 교대로 반복하도록 회전시켜도 좋다.
제1 비 저변형 저항 영역(31, 31', 31")에 대한 제2 비 저변형 저항 영역 (32, 32', 32")이 상대적인 진동 운동, 회전 운동 혹은 회전 운동의 운동량은 저변형 저항 영역(30, 30', 30")에 전단 변형을 생기게 하여 금속 조직의 미세화가 가능한 정도의 운동량이면 좋다.
저변형 저항 영역(30, 30', 30")을 전단 변형 시키는 경우에는, 저변형 저항 영역(30, 30', 30")에 금속체의 연신 방향을 따라 압축 응력을 작용시키도록 압축함으로써, 저변형 저항 영역(30, 30', 30")에 큰 형상 변형이 발생하거나, 저변형 저항 영역(30, 30', 30") 부분에 있어서 파단이 발생하거나 하는 것을 억제할 수 있다.
특히, 저변형 저항 영역(30, 30', 30")에 금속체의 연신 방향을 따라 압축 응력을 작용시킴으로써, 저변형 저항 영역(30, 30', 30")에는, 전단에 의한 왜곡뿐만 아니라, 압축에 의한 왜곡을 가할 수 있으므로, 금속 조직을 더욱 미세화할 수 있다.
반대로, 저변형 저항 영역(30, 30', 30")을 전단 변형시키는 경우에, 저변형 저항 영역(30, 30', 30")에 금속체의 연신 방향을 따라 인장 응력을 작용시키도록 연신시킴으로써, 저변형 저항 영역(30, 30', 30")에는 전단에 의한 왜곡뿐만 아니라, 연신에 의한 왜곡을 가할 수 있으므로, 금속 조직을 더욱 미세화할 수 있다.
이와 같이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써, 저변형 저항 영역에서의 금속 조직을 미세화할 수 있을 뿐만 아니라, 도1 내지 도4에 도시한 금속체에서는 서로 금속 조직이 결합함으로써 새로운 합금 혹은 세라믹스를 생성하는 것도 가능하고, 특히 종래의 용융법에서는 생성할 수 없었던 조성의 합금을 기계적으로 생 성할 수 있다.
상기한 바와 같이 저변형 저항 영역을 전단 변형시키는 경우에는, 도8에 도시한 바와 같이 한 방향으로 연신한 금속체에, 이 금속체를 횡단하는 제1 저변형 저항 영역(30a)과 제2 저변형 저항 영역(30b)을 소정 간격만큼 떨어뜨려 형성하는 동시에, 제1 저변형 저항 영역(30a)과 제2 저변형 저항 영역(30b)에 협지된 영역을 중간 비 저변형 저항 영역(33)으로서, 중간 비 저변형 저항 영역(33)을 진동 운동시킴으로써, 제1 저변형 저항 영역(30a) 및 제2 저변형 저항 영역(30b)을 쉽게 전단 변형시킬 수 있다.
여기서, 도8에서는 금속체는 평판 부재로 하고 있으며, 도8의 (a)에서는 중간 비 저변형 저항 영역(33)을 금속체의 두께 방향으로 진동시키고 있는 것이며, 도8의 (b)에서는 중간 비 저변형 저항 영역(33)을 금속체의 두께 방향과 직교하는 금속체의 폭 방향으로 진동시키고 있는 것이며, 도8의 (c)에서는 중간 비 저변형 저항 영역(33)을, 금속체의 두께 방향의 진동과 폭 방향의 진동의 양쪽을 복합한 복합 진동에 의해 진동시키고 있는 것이다.
또한, 도9에 도시한 바와 같이 제1 저변형 저항 영역(30a)과 제2 저변형 저항 영역(30b)에 협지된 영역을 중간 비 저변형 저항 영역(33)의 제1 저변형 저항 영역(30a) 근방에는, 금속체를 협지하는 동시에 금속체의 연신 방향을 따라 금속체를 송급하는 제1 상측 송급 롤러(36a)와 제1 하측 송급 롤러(36b)로 이루어지는 제1 송급 장치(36)를 설치하고, 중간 비 저변형 저항 영역(33)의 제2 저변형 저항 영역(30b) 근방에는 금속체를 협지하는 동시에 금속체의 연신 방향을 따라 금속체를 송급하는 제2 상측 송급 롤러(37a)와 제2 하측 송급 롤러(37b)로 이루어지는 제2 송급 장치(37)를 설치하고, 제1 송급 장치(36)와 제2 송급 장치(37)를 서로 역 위상으로 상하 이동시킴으로써, 제1 저변형 저항 영역(30a) 및 제2 저변형 저항 영역(30b)을 전단 변형시켜도 좋다.
이 경우에 제1 저변형 저항 영역(30a) 및 제2 저변형 저항 영역(30b)에 발생하는 전단 변형은, 상기한 도8의 (a)에서의 진동 모드에 의한 전단 변형과 거시적으로는 동일하다.
금속체가 둥근 막대 부재나 중공부를 갖는 원통 부재인 경우에는, 도10에 도시한 바와 같이 소정 간격만큼 떨어져 설치한 제1 저변형 저항 영역(30a')과 제2 저변형 저항 영역(30b') 사이의 중간 비 저변형 저항 영역(33')을, 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로 회전시킴으로써 제1 저변형 저항 영역(30a) 및 제2 저변형 저항 영역(30b)을 쉽게 전단 변형시킬 수 있다. 도10 중, 부호 34는 중간 비 저변형 저항 영역(33')을 회전시키고 있는 회전 롤러이다.
또한, 도8 내지 10에 있어서, 금속체를 연신 방향을 따라 이동시킴으로써, 금속체에서의 제1 저변형 저항 영역(30a') 및 제2 저변형 저항 영역(30b')의 위치를 이동시킬 수 있다.
따라서, 통상 연속적으로 제조되어 있는 금속체의 제조 공정 중에 있어서, 금속체에 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')과 제2 저변형 저항 영역(30b, 30b')을 형성하여 중간 비 저변형 저항 영역(33, 33')을 진동 혹은 회전시킴으로써 금속체를 쉽게 전단 변형시킬 수 있으므로, 금속 조직이 미세화됨으로써 고강도화 혹은 고연성화된 금속체를 저비용으로 제조할 수 있다.
또, 상기한 중간 비 저변형 저항 영역(33, 33')의 진동, 회전 혹은 회전에 있어서는 다른 운동 모드로서, 금속체의 연신 방향을 따라 신축하는 신축 운동 모드와, 예를 들어 도8에서의 중간 비 저변형 저항 영역(33)에 있어서, 평판형으로 한 금속체의 평면에서의 법선 방향을 회전축으로 한 회전 운동 모드를 생각할 수 있어, 전부 6자유도분의 운동을 생각할 수 있다.
그러나 도8 내지 도10에 도시한 바와 같이 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')과 제2 저변형 저항 영역(30b, 30b')을 갖는 경우에는, 신축 운동 모드에서는 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')과 제2 저변형 저항 영역(30b, 30b')에 충분한 전단 응력을 가하는 것은 곤란하며, 마찬가지로 회전 운동 모드라도 충분한 전단 응력을 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')과 제2 저변형 저항 영역(30b, 30b')에 가하는 것은 곤란하며, 실질적으로는 4자유도의 운동을 이용하여 전단 변형을 생기게 하는 것이 바람직하다.
단, 도5 내지 도7에 도시한 바와 같이, 금속체에 한 군데만 저변형 저항 영역(30, 30')을 형성하는 경우에는, 신축 운동 모드나 회전 운동 모드에 의해 상기한 바와 같이 금속체의 연신 방향으로 압축 응력이나 인장 응력을 작용시키도록 할 수도 있다.
제1 저변형 저항 영역(30a, 30a') 및 제2 저변형 저항 영역(30b, 30b')은 통상 각각 금속체를 가열함으로써 형성하고 있지만, 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')과 제2 저변형 저항 영역(30b, 30b')의 가열 온도를 각각 다르게 해 둠으로 써, 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a') 및 제2 저변형 저항 영역(30b, 30b')에 작용하는 전단 응력을 각각 다르게 할 수 있어, 금속 조직에는 2단계로 각각 다른 전단 응력을 작용시킬 수 있으므로, 금속 조직을 더욱 미세화할 수 있다.
게다가 한번 전단 변형되어 금속 조직이 미세화된 부분을 다시 전단 변형시키는 경우에는, 금속체의 연성이 향상됨으로써 금속체의 가열 온도를 낮게 할 수 있어, 금속 조직을 더욱 미세화할 수 있다.
구체적으로는, 금속체를 연신 방향을 따라서 이동시킴으로써, 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')을 형성하기 위한 제1 저변형 저항 영역 형성 영역과, 제2 저변형 저항 영역(30b, 30b')을 형성하기 위한 제2 저변형 저항 영역 형성 영역을 횡단시키는 경우에, 금속체가 마그네슘 합금 등과 같은 난 변형 합금 혹은 난 변형의 금속간 화합물 등이면, 도11에 도시한 바와 같이 제1 저변형 저항 영역 형성 영역을 고온으로 하고, 제2 저변형 저항 영역 형성 영역을 제1 저변형 저항 영역 형성 영역과 비교하여 저온으로 하고 있다.
이때, 제1 저변형 저항 영역 형성 영역의 가열 온도는 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')의 금속체가 충분히 연화되는 온도이고, 전단 변형이 가능해져 있는 온도이면 좋다. 그와 같은 가열 온도에 있어서 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')에 전단 응력을 작용시킴으로써, 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')을 쉽게 전단 변형시켜 금속 조직을 균일하게 하는 동시에, 중간 정도의 미세 입자, 예를 들어 10 내지 50 ㎛ 정도의 입경으로서, 금속체의 변형 저항을 작게 할 수 있다.
그리고 제2 저변형 저항 영역 형성 영역의 가열 온도는 금속 조직의 재결정 이 발생하는 정도까지의 온도로서, 제2 저변형 저항 영역(30b, 30b') 부분의 금속 조직이 비대화되는 것을 억제하면서 전단 변형시켜 금속 조직을 더욱 미세화하고 있다.
이와 같이, 제1 저변형 저항 영역 형성 영역에서는 제2 저변형 저항 영역 형성 영역에 있어서 재결정이 발생하는 저온도 영역까지로 금속체를 전단 변형시킬 수 있도록 결정립 조정이 가능한 정도로 금속체를 가열함으로써, 난 변형 합금 혹은 난 변형의 금속간 화합물 등이라도 금속 조직을 쉽게 미세화하여 고연성화를 도모할 수 있다.
또한, 금속체가 열 처리형 합금인 경우에는, 제1 저변형 저항 영역 형성 영역에 있어서 가열 후에 급냉각되는 것을 이용하여, 제1 저변형 저항 영역 형성 영역에서의 금속체의 가열 온도를 금속체의 용체화 처리 조건이 되는 온도로 하고, 그 상태에서 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')에 전단 응력을 작용시킴으로써, 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')에 있어서 상태도에서의 조성보다도 많은 첨가 원소를 고체 용융시킬 수 있다.
게다가 금속체는 용체화 처리되면서 금속 조직이 미세화됨으로써, 용체화 처리되어 있으면서 금속 조직이 작아져 있는 금속체를 형성할 수 있다. 이러한 용체화 처리되어 있으면서 금속 조직이 작아져 있는 금속체는, 종래의 제조 방법에서는 용체화 처리 시의 가열에 의한 금속 조직의 비대화에 의해 제조할 수 없었지만, 본 발명의 가공 방법 및 가공 장치를 이용함으로써 제조 가능하게 할 수 있다.
제2 저변형 저항 영역 형성 영역의 가열 온도는 금속 조직의 재결정이 발생 할 정도까지의 온도로 하여, 제2 저변형 저항 영역(30b, 30b') 부분의 금속 조직이 비대화하는 것을 억제하면서 전단 변형시켜 금속 조직을 더욱 미세화하고 있다.
이와 같이, 제1 저변형 저항 영역 형성 영역에 있어서 금속체의 용체화 처리를 함으로써, 균질하면서도 또한 금속 조직이 미세화된 금속체를 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')이나 제2 저변형 저항 영역(30b, 30b') 등의 저변형 저항 영역을 전단 변형시켜 금속체의 금속 조직을 미세화하고 있는 것이지만, 금속 조직을 미세화하는 작용으로서는, 가열 등에 의해 변형하기 쉬워진 금속체 중의 결정립이 전단 변형에 의해 전단됨으로써 미세화되어 있는 것으로 생각된다.
특히, 저변형 저항 영역의 양단부 부분에서는, 후술하는 바와 같이 냉각 등에 의해 금속체의 결정립에 변형이 발생하기 어려움에 따라 변형 저항이 높아져 있고, 전단 변형에 수반하는 전단 응력은 이 변형 저항이 높은 고변형 저항 영역과 저변형 저항 영역의 경계 부분에 있어서 크게 작용함으로써, 고변형 저항 영역과 저변형 저항 영역과의 경계 부분에 있어서 금속 조직의 미세화가 특히 촉진되고 있는 것으로 생각된다.
따라서 금속체를 연신 방향을 따라 이동시켜서 제1 저변형 저항 영역 형성 영역 및 제2 저변형 저항 영역 형성 영역을 통과시키는 경우에는, 각각에 있어서 금속체가 고변형 저항 영역에서 저변형 저항 영역이 되는 경우보다도, 저변형 저항 영역으로부터 고변형 저항 영역이 되는 경우에서의 온도 제어가 중요해진다.
즉, 금속체가 고변형 저항 영역으로부터 저변형 저항 영역이 되는 경우에서 는 온도 제어의 자유도가 높고, 도12에 도시한 바와 같이 금속체를 가열하여 저변형 저항 영역을 형성하는 경우에, 예비 가열 영역을 설치하여 금속체를 예비 가열해 두고, 그 후 본 가열에 의해 금속체를 소정의 온도로 가열하도록 해도 좋다.
특히, 도12에 도시한 바와 같이 제1 저변형 저항 영역 형성 영역 앞에 예비 가열 영역을 설치하여 금속체를 예비 가열해 둠으로써, 비교적 고온 상태로 가열되는 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')을 단시간에, 비교적 대략 균일하게 가열할 수 있다. 따라서 대략 균일하게 가열된 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')을 전단 변형시킴으로써, 제1 저변형 저항 영역(30a, 30a')의 금속 조직을 균질하게 미세화할 수 있다.
또한, 제1 저변형 저항 영역 형성 영역에서의 가열 조건을 용체화 온도로 한 경우에는, 예비 가열 영역에서의 예비 가열의 온도를 용체화 온도로 해 둠으로써, 용체화 처리에 필요 충분한 처리시간의 가열을 할 수 있으므로, 확실하게 용체화 처리된 금속체를 제2 저변형 저항 영역 형성 영역에서 전단 변형시킬 수 있다.
특히, 금속체에 복수의 용체화 온도가 있는 경우나, 복수의 변태 온도가 있는 경우에는, 각각의 소정 온도로 소정 시간 유지한 후에 본 가열을 행하여 저변형 저항 영역을 전단 변형시켜도 좋다.
또한, 금속체를 냉각하는 경우에도 금속체를 단계적으로 냉각하여, 각 냉각 상태에서 저변형 저항 영역에 소요의 전단 응력이 작용하도록 해도 좋다.
금속체에는, 상기한 바와 같이 전단 변형을 2단계에 나눠 가하는 것뿐만 아니라, 금속체의 연신 방향을 따라 중간 비 저변형 저항 영역(33, 33')을 복수 설치 함으로써, 다시 다단으로 나눠 가해도 좋다. 특히, 금속체가 금속 함유 세라믹스 부재 등의 경우에는 전단 변형을 가할 때마다 다른 조건의 전단 변형으로 함으로써 더욱 균질화를 도모할 수 있다.
이하에 있어서, 제1 실시 형태의 가공 장치를 설명한다.
도13은 금속체에 형성한 저변형 저항 영역을 회전 운동 또는 회전 운동에 의해 돌림으로써 전단 변형시키는 장치이다. 본 발명자들은, 이와 같이 저변형 저항 영역을 돌림으로써 전단 변형시켜 금속 조직을 미세화시키는 것을 STSP(Severe Torsion Straining Process)법이라 칭하고 있고, 도13은 STSP 장치의 일례의 개략 설명도이다. 여기에서는, 설명의 편의상 금속체(M2)는 한 방향으로 연신시킨 둥근 막대 부재로 하고 있지만, 중공부를 갖는 원통형 부재라도 좋다.
STSP 장치는 금속체(M2)의 연신 방향을 따라 베이스(60) 상면에 고정부(61)와, 전단 변형부(62)와, 회전부(63)를 설치하여 구성하고 있다.
고정부(61)는 베이스(60) 상면에 세워 설치한 제1 고정 벽(61a)과, 제2 고정 벽(61b)으로 구성하고 있다. 제1 고정 벽(61a) 및 제2 고정 벽(61b)은 각각 소정의 두께를 갖는 판 부재로 구성하고 있고, 제1 고정 벽(61a)과 제2 고정 벽(61b)은 서로 대략 평행하게 하고 있다.
또한, 제1 고정 벽(61a) 및 제2 고정 벽(61b)에는 각각 금속체(M2)를 삽입 관통시키는 삽입 관통 구멍을 설치하고, 상기 삽입 관통 구멍에 각각 금속체(M2)를 삽입 관통시켜 제1 고정 벽(61a) 및 제2 고정 벽(61b)의 상단부에 나사 부착한 고정용 나사(61c, 61d)의 선단부를 삽입 관통 구멍에 삽입 관통시킨 금속체(M2) 주위 면에 접촉시켜, 금속체(M2)를 고정하고 있다.
또, 고정부(61)는 제1 고정 벽(61a)과 제2 고정 벽(61b)으로 구성하는 것에 한정되는 것은 아니며, 금속체(M2)를 고정 가능이면 어떻게 구성해도 좋다. 여기서, 금속체(M2)를 고정한다는 것은 둥근 막대형으로 된 금속체(M2)의 중심축을 회전축으로 하는 금속체(M2)의 회전에 대한 고정이다.
회전부(63)는 베이스(60) 상면에 세워 설치한 제1 규제 벽(63a)과, 제2 규제 벽(63b)과, 제1 규제 벽(63a)과 제2 규제 벽(63b) 사이에 개재 장착하는 진퇴 규제 부재(63c)와, 도시하지 않은 회전 장치에 의해 구성하고 있다.
제1 규제 벽(63a) 및 제2 규제 벽(63b)은 각각 소정의 두께를 갖는 판 부재로 구성하고 있고, 제1 규제 벽(63a)과 제2 규제 벽(63b)은 서로 대략 평행하게 하고 있다. 그리고 제1 규제 벽(63a) 및 제2 규제 벽(63b)에는 각각 금속체(M2)를 삽입 관통시키는 삽입 관통 구멍을 설치하여, 상기 삽입 관통 구멍에 각각 금속체(M2)를 삽입 관통시키고 있다.
진퇴 규제 부재(63c)는 제1 규제 벽(63a)과 제2 규제 벽(63b)의 간격 치수와 대략 동일한 길이를 갖고, 또한 금속체(M2)에 고리 장착 가능하게 한 원통 부재로 구성하고 있다. 이 진퇴 규제 부재(63c)는 제1 규제 벽(63a)과 제2 규제 벽(63b) 사이에 있어서 금속체(M2)에 고리 장착하고, 또한 진퇴 규제 부재(63c)의 주위면에 나사 부착한 고정용 나사(63d, 63d)의 선단부를, 진퇴 규제 부재(63c)를 관통한 금속체(M2) 주위면에 접촉시켜, 금속체(M2)에 대하여 진퇴 규제 부재(63c)를 고정하고 있다.
따라서, 후술하는 바와 같이 금속체(M2)의 비 저변형 저항 영역을 회전시킨 경우에는, 진퇴 규제 부재(63c)가 제1 규제 벽(63a)과 제2 규제 벽(63b)에 규제됨으로써, 금속체(M2)에 연신 방향의 어긋남이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
금속체(M2)의 비 저변형 저항 영역을 회전시키는 회전 장치에는 여러 가지 장치를 이용할 수 있어, 회전부(63) 측의 금속체(M2)에 소정의 토크를 가하면서 회전 또는 회전 이동시킬 수 있으면 어떠한 장치라도 좋다. 본 실시 형태에서는, 회전부(63) 측의 금속체(M2)의 단부에 회전용 모터(도시하지 않음)를 연동 연결하여, 이 회전용 모터를 회전 장치로 하고 있다.
전단 변형부(62)는 금속체(M2)를 소정 온도로 가열하는 가열 장치(64)와, 이 가열 장치(64)에 의한 가열에 의해 금속체(M2)에 형성한 저변형 저항 영역(30')을 소정의 폭 치수로 하기 위해 금속체(M2)를 냉각하는 냉각 장치(65)로 구성하고 있다.
본 실시 형태에서는, 가열 장치(64)에는 고주파 가열 코일을 이용하고 있으며, 이 고주파 가열 코일을 금속체(M2)에 소정 횟수 감아 금속체(M1)를 소정 온도로 가열함으로써 변형 저항을 줄여 저변형 저항 영역(30')을 형성하고 있다. 또, 가열 장치(64)는 고주파 가열 코일에 한정되는 것은 아니며, 전자 빔, 플라즈마, 레이저, 전자 유도 등을 이용한 가열이나, 가스 버너에 의한 가열, 전기적 단락을 이용한 가열이라도 좋다. 특히, 가열 장치(64)로서 전자 빔을 이용한 경우에는, 금속체(M2)의 연신 방향에서의 저변형 저항 영역(30')의 폭을 매우 작게 할 수 있어, 저변형 저항 영역(30')에 의해 큰 전단 응력을 작용시킬 수 있으므로, 금속 조 직의 미세화를 한층 더 가능하게 할 수 있다.
냉각 장치(65)는 급수 배관(65a)에서 공급된 물을 토출하는 제1 토출구(65b)와 제2 토출구(65c)로 구성하고 있고, 제1 토출구(65b) 및 제2 토출구(65c)로부터 토출된 물에 의해 금속체(M2)를 냉각하고 있다. 도10 중, 부호 66은 제1 토출구(65b) 및 제2 토출구(65c)로부터 토출된 물을 받는 물받이 용기이며, 67은 상기 물받이 용기(66)에 접속된 배수관이다.
본 실시 형태에서는, 제1 토출구(65b) 및 제2 토출구(65c)는 금속체(M1)의 위쪽에서 아래쪽을 향해 물을 분사하도록 하고 있지만, 예를 들어 도14에 도시한 바와 같이 토출구(68)를 금속체(M1)의 주위에 대략 같은 간격으로 복수 설치하여, 복수의 토출구(68)로부터 금속체(M1)를 향해 물을 분사해도 좋다.
이 경우, 각 토출구(68)는 금속체(M1) 표면의 법선 방향에 대하여 소요의 입사각(θ)으로서 물을 분사함으로써 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서 저변형 저항 영역(30')의 양단부에 있어서 금속체(M1)의 온도 구배를 크게 행할 수 있어, 이에 의해 큰 전단 응력을 작용시킬 수 있으므로, 금속 조직의 미세화 효율을 향상시키는 것을 기대할 수 있다.
특히, 냉각에 수반하여 피 냉각면에 발생하는 기포를 효율적으로 비산시킬 수 있어, 기포 발생에 수반하는 냉각 효율의 저하를 억제하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 냉각 장치(65)에서는 제1 토출구(65b)와 제2 토출구(65c) 사이에 설치한 가열 장치(64)에 의해 형성된 저변형 저항 영역(30')의 양측을, 제1 토출구 (65b) 및 제2 토출구(65c)에서 토출한 물에 의해 냉각하고 있고, 특히 제1 토출구(65b)와 제2 토출구(65c)의 배치 위치를 조정함으로써, 저변형 저항 영역(30')을, 금속체(M2)의 연신 방향의 길이와 비교하여 매우 미소한 영역으로 하고 있다.
이와 같이 저변형 저항 영역(30')을, 금속체(M2)의 연신 방향을 따른 미소 폭으로 함으로써, 저변형 저항 영역(30')의 부분에 매우 큰 전단 변형을 발생시키기 쉬워 금속 조직의 미세화 효율을 향상시킬 수 있다. 게다가, 회전 장치에 의해 저변형 저항 영역(30')을 돌린 경우에 저변형 저항 영역(30')에 있어서 돌림 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 돌림에 의해 저변형 저항 영역(30')에 발생한 전단 변형의 잔류 왜곡, 혹은 잔류 변형을 작게 할 수 있다.
또한, 가열 장치(64)로 가열한 저변형 저항 영역(30')을 냉각 장치(65)에 의해 급랭함으로써 켄칭을 행하고 있게 되어, 금속 조직이 미세화된 금속체(M2)의 경도 향상을 도모할 수도 있다.
게다가, 저변형 저항 영역(30')을 급랭함으로써 가열 상태가 지속되는 것을 방지할 수 있어, 미세화한 금속 조직이 비대화하는 것을 억제할 수 있다.
저변형 저항 영역(30')의 폭은 금속체(M2)의 연신 방향과 직교하는 면에 의한 단면에서의 단면 폭 치수의 약 3배 이내가 바람직하다. 저변형 저항 영역(30')을 이러한 조건으로 함으로써, 돌림에 수반하는 저변형 저항 영역(30')의 변형을 필요 최소한으로 억제하면서 큰 전단 변형을 발생시킬 수 있어, 금속체(M2)의 금속 조직의 미세화 효율을 향상시킬 수 있다.
상기한 냉각 장치(65)는 수랭 장치로 하고 있지만, 수랭 장치에 한정되는 것 은 아니며, 가열 장치(64)에 의한 가열 영역을 국부적인 영역으로 할 수 있도록 냉각 가능한 장치이면 공랭이라도 좋으며, 혹은 여자(勵磁) 냉각이라도 좋으며, 적절한 냉각 장치를 이용해도 좋다.
특히, 물 수용기(66) 부분을 적절한 진공실로 하고, 이 진공실의 내부 공간을 약 500 hPa 이하의 진공 상태로 하여, 진공 속에서 저변형 저항 영역(30')을 형성한 경우에는 저변형 저항 영역(30')의 표면에 기체 성분과의 반응막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 후공정에서의 처리를 경감할 수 있다.
게다가, 이러한 진공 속에서 금속체(M2)를 가열하는 경우에는 가열 장치(64)로서 전자 빔 가열을 이용할 수 있고, 게다가 이 전자 빔 가열에 대한 금속체(M2)의 냉각에는 금속체(M2)의 자기 냉각 작용을 이용할 수 있으므로, 저변형 저항 영역(30')을 매우 미소한 폭 치수로 할 수 있어, 저변형 저항 영역(30') 부분에 매우 큰 전단 변형을 발생시킬 수 있다.
또한, 진공 속에서 저변형 저항 영역(30')을 형성한 것을 이용하여, 저변형 저항 영역(30')의 부분에 소요의 원소로 이루어지는 입자를 이온 도핑해도 좋다.
이와 같이, 저변형 저항 영역(30')에 이온 도핑을 행함으로써, 저변형 저항 영역(30')은 금속 조직이 미세화되는 동시에, 이온화한 입자가 주입됨으로써, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다. 특히, 금속 조직을 미세화하면서 입자를 주입함으로써, 통상의 이온 도핑보다도 깊게 입자를 주입할 수 있는 동시에, 주입된 입자를 금속체(M2)에 충분히 혼합할 수 있다. 게다가, 입자 주입에 수반하여 금속체(M2)에 발생하는 금속 조직의 손상을 해소할 수도 있다.
또한, 소요의 입자를 이온 도핑하는 것은 아니고, 저변형 저항 영역(30')에 소요의 조성 분체를 내뿜도록 해도 좋다.
저변형 저항 영역(30')에 분체를 내뿜어서 금속체(M2)의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역(30')에 분체를 기계적으로 혼입시킬 수 있어, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다. 특히, 종래의 주조에서는 형성 곤란한 조성의 금속체도 쉽게 형성할 수 있는 동시에, 금속 이외의 조성의 분체를 저변형 저항 영역(30')에 내뿜은 경우에는, 새로운 재료를 제조할 수도 있다.
또, 저변형 저항 영역(30')에 소요의 조성의 분체를 내뿜는 경우에는, 반드시 진공 속에 있을 필요는 없고, 상압 상태라도 좋다.
상기한 바와 같이, 감압 상태의 진공 속에서 저변형 저항 영역(30')을 형성하는 것은 아니고, 물 수용기(66) 부분에 가압실을 형성하여, 가압실 내를 고압 상태로 하여 저변형 저항 영역(30')을 형성해도 좋다.
이와 같이 고압 상태로 하여 저변형 저항 영역(30')을 형성한 경우에는, 고압의 압력에 의한 저변형 저항 영역(30')에의 가압 작용에 의해 금속 조직의 미세화 효율을 향상시키는 것을 기대할 수 있다.
특히, 감압실 내에는 불활성 가스를 송기하여 가압하는 경우뿐만 아니라, 활성 가스를 송기하여 가압해도 좋다.
활성 가스 분위기 속에서 저변형 저항 영역(30')을 형성함으로써, 금속체(M2)의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역(30')의 표면에 활성 가스와의 반응 영역을 형성할 수 있어, 표면 개질을 행하여 소요의 표면 코팅을 행할 수 있을 뿐만 아니라, 활성 가스와의 반응에 수반하는 강한 왜곡을 발생시킬 수 있는 경우나, 표면 코팅을 행할 수 있는 경우가 있으므로, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다.
특히, 활성 가스로서 질소 가스를 이용한 경우에는, 금속체(M2)의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역(30')을 질화시킬 수 있으므로, 금속 조직의 미세화에 수반하여 고강도 및 고연성으로 질화 처리된 고기능인 금속체(M2)를 저비용으로 제공할 수 있다.
또한, 활성 가스로서 메탄 가스 및/또는 일산화탄소 가스 등의 탄소 함유 가스를 이용한 경우에는, 금속체(M2)의 금속 조직을 미세화하는 동시에 저변형 저항 영역(30')을 침탄 처리할 수 있으므로, 금속 조직의 미세화에 수반하여 고강도 및 고연성으로 침탄 처리된 고기능인 금속체(M2)를 저비용으로 제공할 수 있다.
또, 가압실 내에 활성 가스를 송기하는 경우에는, 반드시 고압 상태로 되어 있을 필요는 없고, 감압실 내가 활성 가스 분위기로 되어 있는 것만으로도 좋다.
또한, 저변형 저항 영역(30')에 불활성 가스나 활성 가스를 접촉시키는 것은 아니며, 불활성 액체나 활성 액체를 접촉시키도록 해도 좋다.
즉, 상기한 STSP 장치를 그대로 불활성 액체나 활성 액체 속에 몰입시켜, 저변형 저항 영역(30')을 형성하도록 해도 좋다.
이와 같이 불활성 액체 속이나 활성 액체 속에서 저변형 저항 영역(30')을 형성함으로써, 저변형 저항 영역(30')의 형성 조건을 안정화시킬 수 있어, 금속 조직을 균질하게 미세화할 수 있다.
특히, 저변형 저항 영역(30)은 금속체(M2)를 불활성 액체 속이나 활성 액체 속에서 가열하고 형성함으로써, 불활성 액체나 활성 액체를 냉각제로서 이용할 수 있어, 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
게다가, 전단 변형이 종료된 부분에 대해서는 불활성 액체나 활성 액체에서의 냉각에 의한 켄칭을 연속하여 행할 수 있으므로, 더욱 고기능화한 금속체를 형성할 수 있다.
또, 불활성 액체 속이나 활성 액체 속에서 금속체(M2)를 가열하여 저변형 저항 영역(30')을 형성하는 경우에는 저변형 저항 영역(30') 부분의 가열 효율이 저하될 우려가 있다.
그래서 저변형 저항 영역(30')을 형성하는 경우에는, 금속체(M2)에서의 저변형 저항 영역(30')의 형성 영역의 주위에 있어서 열전도율을 줄여, 저변형 저항 영역(30')에 가한 열이 불활성 액체 또는 활성 액체를 통하여 확산하는 것을 억제하도록 하고 있다. 따라서 액체 속에서의 금속체(M2)의 가열을 효율적으로 행할 수 있다.
구체적으로는, 가열하는 저변형 저항 영역(30')의 근방에 에어 노즐(도시하지 않음)을 위치시켜, 이 에어 노즐로부터 기포 형상으로 기체를 송기함으로써 저변형 저항 영역(30')의 주위에 기포 영역을 발생시켜 기포에 의한 단열층을 형성함으로써, 열전도율을 줄일 수 있다. 따라서 매우 쉽게 열전도율을 줄여 액체 속에서의 금속체(M2)의 가열을 효율적으로 행할 수 있다.
특히, 에어 노즐로부터 기포형으로 송기되는 기체를 질소 가스, 혹은 메탄 가스 및/또는 일산화탄소 가스 등의 탄소 함유 가스로 한 경우에는, 저변형 저항 영역(30')의 질화 처리, 혹은 침탄 처리를 행할 수 있다.
또한, 금속체(M2)가 중공부를 갖는 중공 원통 부재인 경우에는, 중공부를 감압 상태로 함으로써, 저변형 저항 영역에 있어서 중공부를 향해 금속체를 수축 변형시키면서 전단 변형을 행할 수 있어, 금속 조직을 더욱 미세화할 수 있다.
혹은, 반대로 중공부를 고압 상태로 함으로써, 저변형 저항 영역에 있어서 금속체를 팽창 변형시키면서 전단 변형을 행할 수 있어, 금속 조직을 더욱 미세화할 수 있다.
이와 같이, 중공부를 감압 상태 또는 고압 상태로 하는 경우에도, 중공부 내에 불활성 가스 또는 활성 가스, 혹은 불활성 액체 혹은 활성 액체를 소정 압력으로 공급하도록 해도 좋다. 특히, 중공부를 감압 상태로 하는 경우에는 금속체의 외부를 가압 상태로 해 둠으로써, 상대적으로 감압 상태로 되어 있어도 좋다.
STSP 장치는 상기한 바와 같이 구성하고 있으며, 금속체(M2)에 형성한 저변형 저항 영역(30')을 돌림으로써 금속 조직을 미세화하는 경우에는, STSP 장치에 금속체(M2)를 장착하여, 냉각 장치(65)에 의해 저변형 저항 영역(30')의 양측을 냉각하면서 가열 장치(64)에 의해 저변형 저항 영역(30')을 가열한다.
여기에서, 가열 장치(64)에 의한 가열은 저변형 저항 영역(30')의 온도가 금속체(M2)에 발생한 왜곡의 회복 연화 온도 또는 재결정 온도 이상이 될 때까지 행하여, 회복·재결정 온도 이상이 된 곳에서 회전 장치에 의해 비 저변형 저항 영역을 금속체(M2)의 중심축을 회전축으로 하여 회전축 주위로 회전시킴으로써, 저변형 저항 영역(30')을 돌린다.
회전 장치에 의한 비 저변형 저항 영역의 회전은 1 내지 20 rpm으로 하고 있다. 회전 횟수는 2분의 1 회전 이상으로 하고 있고, 회전 횟수가 많을수록 큰 전단 변형을 발생시킬 수 있어, 금속 조직의 미세화 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 가열 장치(64)에 의한 금속체(M2)의 가열 온도는 회복·재결정 온도 이상이기는 하지만, 금속 결정립의 조대화의 영향이 발생하기 시작하는 온도 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 저변형 저항 영역(30')을 형성한 금속체(M2)의 한쪽 단부를 고정하고, 다른 쪽 단부를 회전시키도록 구성하고 있지만, 저변형 저항 영역(30')을 협지하는 양측을 각각에 역방향으로 회전시켜도 좋다.
이와 같이 하여 저변형 저항 영역(30')을 돌린 후, 저변형 저항 영역(30')을 냉각하고 있다. 상기한 실시 형태에서는, 금속체(M2)를 연신 방향을 따라 이동시킬 수는 없지만, 금속체(M2)를 연신 방향을 따라 이동 가능하게 구성함으로써, 금속체(M2)에서의 저변형 저항 영역(30')의 위치를 변위시킬 수 있어, 금속체(M2)에 대하여 돌림에 의한 전단 처리를 연속적으로 행하여, 광범위한 영역에 걸쳐 금속 조직을 미세화한 금속체(M2)로 할 수 있다.
또한, 금속체(M2)를 연신 방향을 따라 이동 가능하게 구성하는 것은 아니고, 가열 장치(64)와 냉각 장치(65)로 이루어지는 전단 변형부(62)를 금속체(M2)의 연신 방향을 따라 이동 가능하게 구성해도 좋다.
또한, 금속체(M2)의 연신 방향의 이동, 또는 전단 변형부(62)의 금속체(M2) 의 연신 방향을 따른 이동을 왕복 이동으로 함으로써, 금속체(M2)의 소정 폭의 영역에 반복하여 전단 처리를 행하여, 금속 조직을 더욱 미세화해도 좋다.
게다가, 경우에 따라서는 금속체(M2)의 소요의 위치에 형성한 저변형 저항 영역(30')마다, 회전 장치에 의한 금속체(M2)의 회전 속도, 혹은 가열 조건 혹은 냉각 조건을 조정함으로써 금속 조직의 미세화의 정도를 조정하여, 금속체(M2)의 강도 혹은 연성을 조정할 수 있어, 부분적으로 강도를 향상시키거나, 연성을 향상시키거나 한 금속체(M2)를 생성할 수 있다.
도15는 상기한 STSP 장치에 의한 처리 전의 알루미늄 합금인 A15056의 전자 현미경 사진이며, 도16은 STSP 장치로 처리한 A15056의 전자 현미경 사진이다. 금속체(M2)를 전단 변형시킴으로써, 60 내지 70 ㎛인 금속 조직의 결정립을 5 ㎛ 이하로까지 미세화할 수 있는 것을 알 수 있다.
게다가, 이 결정립의 미세화는 가열, 냉각의 조건을 연구하여 설정함으로써, 예를 들어 전자 빔으로 매우 좁은 영역만을 게다가 심연부까지 가열하고, 그 영역 밖에서는 자기 냉각에 의해 저온의 상태로 하면, 저변형 저항 영역과 비 저변형 저항 영역의 경계부를 폭이 좁게 하여 저변형 저항 영역에 강한 왜곡을 집중할 수 있으므로, 결정 입경을 수십 나노에서 나노의 레벨까지 미세화할 수 있다.
또한, 도17은 철계 재료인 S45C를, 상기한 STSP 장치에 의해 처리한 금속체와, STSP 장치에서의 처리와 마찬가지의 열 이력에 의한 어닐링 처리를 한 금속체와의 내력, 인장 강도, 균일 연장을 비교한 결과를 도시하고 있고, STSP 장치로 처리함으로써 균일 연장을 증가시키는 일없이 내력 및 인장 강도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도18은 알루미늄계 재료인 Al15056을, 상기한 STSP 장치에 의해 처리한 금속체와, STSP 장치에서의 처리와 마찬가지의 열 이력에 의한 어닐링 처리를 행한 금속체와의 내력, 인장 강도, 균일 연장을 비교한 결과를 나타내고 있고, STSP 장치로 처리함으로써. S45C의 경우와 같이, 균일 연장을 증가시키는 일없이 내력 및 인장 강도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
또, 상기한 STSP 장치에서는 그 구조로부터 명백한 바와 같이, 회전 장치에 의해 비 저변형 저항 영역을 회전시킨 경우의 저변형 저항 영역(30')의 회전축 부분에는 충분한 전단 변형이 발생하지 않음으로써 금속 조직의 미세화가 불충분한 영역이 나타날 우려가 있다.
그래서, 본 실시 형태의 STSP 장치에서는 가열 장치(64)에 의해 금속체(M2)를 가열함으로써 저변형 저항 영역(30')을 형성할 때에는, 가열 장치(64)는 회전축의 영역을 비중심으로 하는 가열 분포로서 가열하고 있다.
즉, 본 실시 형태와 같이 가열 장치(64)를 고주파 가열 코일로 구성한 경우에는, 고주파 가열 코일의 중심축을 회전부(63)에 의한 금속체(M2)의 회전축으로부터 치우치게 하고 있다. 이에 의해 저변형 저항 영역(30')에서는 회전축의 영역을 비중심으로 하는 가열 분포로 함으로써, 회전축의 영역에 미세화되지 않은 영역이 생기는 것을 억지하여, STSP 장치에서도 금속 조직을 균일하게 미세화할 수 있다.
이와 같이, 가열 장치(64)의 배치를 조정함으로써 가열 분포를 회전축의 영역을 비중심으로 한 상태로 행할 수 있어, 회전축 영역의 금속 조직도 확실하게 미 세화할 수 있다.
STSP 장치에서의 금속 조직의 미세화의 불균일을 방지하는 방법으로서는, 저변형 저항 영역(30')을 협지하는 한쪽의 비 저변형 저항 영역을, 다른 쪽의 비 저변형 저항 영역에 대하여, 금속체(M1)의 연신 방향과 대략 직교하는 방향으로 이동시켜, 이 이동에 의해 저변형 저항 영역(30')의 회전축의 영역에 전단 변형을 생기게 함으로써, 금속 조직의 미세화의 불균일을 방지해도 좋다.
즉, STSP 장치에 후술하는 SVSP 장치의 진동 인가 부재(47)를 조립하여, 저변형 저항 영역(30')을 돌리는 동시에 진동시켜도 좋다.
혹은, 회전축 자체를 둥근 막대형이 된 금속체(M2)의 기하학적인 중심으로부터 한쪽으로 치우치게 함으로써, 저변형 저항 영역(30')의 회전축의 영역에 전단 변형을 생기게 하여, 금속 조직의 미세화의 불균일을 방지해도 좋다.
또는, 금속체(M2)를 소정 형상으로 성형하는 적절한 성형용 가이드 부재를 저변형 저항 영역(30')에 접촉시켜, 이 성형용 가이드 부재에 의해 저변형 저항 영역(30')에 가해지는 변형 응력을 발생하여 금속 조직의 미세화의 불균일을 방지할 수도 있다.
특히, 저변형 저항 영역(30')에서는 변형 저항이 저하되어 있음으로써 소정 형상에의 성형을 쉽게 행할 수 있고, 소정 형상에의 변형과 금속 조직의 미세화의 불균일 해소를 동시에 행할 수 있다.
구체적으로는, 도19에 도시한 바와 같이 저변형 저항 영역(30')에 성형용 가이드 부재로서 예를 들어 신선(伸線)용 다이스(69)를 접촉시킴으로써, 저변형 저항 영역(30')에 있어서 전단 변형에 의해 금속 조직을 미세화시키면서, 신선용 다이스(69)로 금속체(M2)의 신선 처리를 행할 수도 있다.
특히, 도19에 있어서는 신선용 다이스(69)는 도시하지 않은 히터와 접속하여 소요 온도가 되도록 하여, 신선용 다이스(69)를 가열용 장치로서 사용하도록 하고 있다.
따라서, 신선용 다이스(69)와 접촉한 금속체(M2)의 접촉 부분을 국부 가열할 수 있어, 저변형 저항 영역(30')을 쉽게 형성할 수 있다.
혹은, 신선용 다이스(69)에는 내부에 냉각수를 통과시키는 수로(도시하지 않음) 등을 설치하여 저변형 저항 영역(30')을 냉각하는 냉각 장치로 해도 좋다.
신선용 다이스(69)를 냉각 장치로 한 경우에는, 도20에 도시한 바와 같이 신선용 다이스(69)와 접촉한 금속체의 접촉 부분을 국부 냉각할 수 있어, 전단 변형 후의 저변형 저항 영역(30')을 효율적으로 냉각하여, 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 저변형 저항 영역(30')이 소정의 온도, 특히 성형 가공을 행하는 온도로까지 냉각된 후에 성형용 가이드 부재에 의해 금속체(M2)에 소요의 성형 가공을 행해도 좋다.
또, 설명의 편의상 도19에서는 냉각 장치를 생략하고 있으며, 도20에서는 가열 장치를 생략하고 있다.
성형용 가이드 부재로서는 신선용 다이스(69)에 한정되는 것은 아니며, 수형 나사 형성용 다이스나 바이트 등을 적절하게 이용함으로써, 나사 가공이나 기어 전 조(轉造)를 행하도록 해도 좋다.
도21은 상기한 STSP 장치의 변용예의 개략 설명도이다. 이 STSP 장치에는 금속체(M2')를 공급하는 공급부(70)와, 전단 변형된 금속체(M2')를 수용하는 수용부(71)를 설치하고 있다.
공급부(70)에는 소요의 릴에 감은 금속체(M2')를 공급하고, 도시하지 않은 연장 부재에 의해 금속체(M2')를 직선 형상으로 연장하면서 송급하도록 하고 있다.
수용부(71)에서는, 전단 변형된 금속체(M2')를 도시하지 않은 권취 부재에 의해 릴에 권취시켜 수용하도록 하고 있다.
그리고 STSP 장치에서는, 공급부(70)와 수용부(71) 사이에, 금속체(M2')의 연신 방향을 따라 복수의 전단 변형부(62')를 각각 소정 간격만큼 떨어뜨려 설치하고, 게다가 인접한 전단 변형부(62', 62')의 사이에 회전부(63')를 설치하여, 이 회전부(63')에 의해 금속체(M2')의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로 금속체(M2')를 회전시켜, 전단 변형부(62') 부분의 금속체(M2')를 전단 변형시키고 있다.
전단 변형부(62')에는 금속체(M2')를 가열하는 고주파 가열 코일(64')과, 금속체(M2')를 냉각하기 위한 냉각수를 토출하는 제1 토출구(65b')와 제2 토출구(65c')를 설치하고, 게다가 제1 토출구(65b')와 제2 토출구(65c') 사이에 고주파 가열 코일(64')을 위치시켜, 고주파 가열 코일(64')에 의한 금속체(M2')의 가열 영역을 미소 범위로 하고 있다.
본 실시 형태에서는, 회전부(63')에는 금속체(M2')에 접촉시킨 회전 롤러를 설치하고, 이 회전 롤러에 의해 금속체(M2')를 회전시키고 있다. 게다가, 인접한 회전부(63')에서는, 각각 회전 롤러의 회전 방향을 역방향으로 하고 있다.
이와 같이 구성한 STSP 장치에 있어서, 공급부(70)와 수용부(71)를 금속체(M2')의 반송 수단으로서 금속체(M2')를 송급함으로써, 금속체(M2')에 복수회의 전단 변형을 실시할 수 있다.
혹은, 예를 들어 전단 변형부(62')를 금속체(M2')의 연신 방향을 따라 소정 간격(T)으로 N 군데 설치하고 있는 경우에, 공급부(70)와 수용부(71)를 금속체(M2')의 반송 수단으로서 금속체(M2')를 소정 간격(T)과 같은 거리만큼 송급하면, T × N 길이의 영역에 있어서 한번에 전단 변형을 행할 수 있으므로, 전단 변형을 정지하여 금속체(M2')를 T × N만큼 송급하고, 그 후 전단 변형을 재개하여 금속체(M2')를 소정 간격(T)과 같은 거리만큼 송급하는 것을 반복하도록 할 수도 있다. 이에 의해, 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 이 경우에는 N은 짝수이고, 도21과 같이 전단 변형부(62')와 전단 변형부(62') 사이에 모두 회전부(63')를 설치하는 것은 아니며, 하나 간격으로 회전부(63')를 설치해도 좋다.
이하에 있어서, 상기한 제1 실시 형태의 STSP 장치를 개량한 제2 실시 형태의 STSP 장치에 대하여 설명한다. 제2 실시 형태의 STSP 장치에서는, 금속체를 가열하여 형성하는 저변형 저항 영역을 금속체의 연신 방향을 따라 이동시키도록 하고 있는 것이다.
도22는 제2 실시 형태의 STSP 장치의 개략 설명도, 도23은 도22의 일부 절결 한 개략 설명도이다.
제2 실시 형태의 STSP 장치는, 피 처리물인 막대 형상의 금속체(M3)를 지지하는 동시에 회전시키는 회전 수단이 되는 회전 처리부(102)와, 이 회전 처리부(102)로 지지된 금속체(M3)의 일부를 가열하여 저변형 저항 영역을 형성하는 저변형 저항 영역 형성 수단이 되는 가열 처리부(103)로 구성하고 있다. 여기서, 본 실시 형태에서는 금속체(M3)는 둥근 막대 부재로 하고 있지만, 금속체(M3)는 반드시 둥근 막대 부재에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 금속체(M3)의 연신 방향을 따라 연신시킨 중공부를 갖는 원통 부재, 혹은 경우에 따라서는 단순한 각형 막대 부재라도 좋다.
회전 처리부(102)는, 베이스(104) 상면에 좌우 방향으로 연신시켜 설치한 슬라이드 레일(105)과, 상기 슬라이드 레일(105)에 미끄럼 이동 가능하게 장착하여 슬라이드 레일(105)을 따라서 좌우로 미끄럼 이동하는 미끄럼 이동 테이블(106)과, 미끄럼 이동 테이블(106)의 일단부에 설치한 돌림용 모터(107)와, 미끄럼 이동 테이블(106)의 타단부에 설치하여 돌림용 모터(107)에 의해 회전되는 금속체(M3)의 일단부를 고정 지지하는 고정 지지 부재(108)로 구성하고 있다.
또한, 미끄럼 이동 테이블(106)의 일단부 하면에는, 수형 나사형으로 한 진퇴 조작축(109)과 나사 결합하는 제1 돌기(110)를 돌출 설치하고, 진퇴 조작축(109)의 일단부에 연동 연결한 진퇴 조작용 모터(111)에 의해 진퇴 조작축(109)을 회전시킴으로써, 슬라이드 레일(105)을 따라서 미끄럼 이동 테이블(106)을 좌우 방향으로 미끄럼 이동 조작하도록 구성하고 있다.
슬라이드 레일(105)은, 본 실시예에서는 원주형의 막대 형상 부재이고, 베이스(104) 상면에 소요의 간격을 두고 세워 설치한 제1 지지 벽(112)과 제2 지지 벽(113) 사이에 가설되어 있다. 특히 본 실시예에서는, 슬라이드 레일(105)은 수평면 내에 소정 간격을 두고 평행하게 2개 설치하고 있다. 도22 및 도23 중, 부호 114는 슬라이드 레일(105)을 보조적으로 지지하는 제1 보조 지지 부재이며, 115도 슬라이드 레일(105)을 보조적으로 지지하는 제2 보조 지지 부재이다. 특히, 제2 보조 지지 부재(115)에서는 진퇴 조작축(109)의 일단부를 회전 가능하게 지지하고 있다.
미끄럼 이동 테이블(106)은 소요의 크기로 한 판 부재로 구성하고 있고, 하면측의 일단부에는 아래쪽을 향해 제1 돌기(110)를 돌출 설치하는 동시에, 타단부에는 아래쪽을 향해 제2 돌기(116)를 돌출 설치하고 있다. 그리고 제1 돌기(110) 및 제2 돌기(116)에는, 각각 슬라이드 레일(105)이 삽입 관통되는 삽입 관통 구멍을 설치하고 있고, 상기 삽입 관통 구멍에 슬라이드 레일(105)을 삽입 관통시켜 미끄럼 이동 테이블(106)을 슬라이드 레일(105)에 장착하여, 미끄럼 이동 테이블(106)을 슬라이드 레일(105)을 따라서 미끄럼 이동 가능하게 하고 있다.
돌림용 모터(107)는 미끄럼 이동 테이블(106)의 일단부에 고정 장착하고 있고, 돌림용 모터(107)의 출력축에는 금속체(M3)를 장착하기 위한 장착 부재(117)를 부착하고 있다. 장착 부재(117)에는, 금속체(M3)의 일단부가 삽입되는 삽입 구멍을 설치하고 있다.
고정 지지 부재(108)는 돌림용 모터(107)에 대향시켜 미끄럼 이동 테이블 (106)의 타단부에 세워 설치하고 있고, 특히 고정 지지 부재(108)는 지지 프레임(108a)과, 상기 지지 프레임에 장착한 클러치 기구부(108b)로 구성하고 있다.
클러치 기구부(108b)에는 금속체(M3)를 삽입 관통시키는 삽입 관통 구멍(108c)을 형성하고, 상기 삽입 관통 구멍(108c)에 삽입 관통한 금속체(M3)를 클러치 기구부(108b)의 회전판에 고정 장착하여, 클러치 기구부(108b)를 접속 상태와 절단 상태의 절환 조작을 행함으로써, 금속체(M3)의 비 회전 상태와 가(可) 회전 상태를 절환 가능하게 하고 있다.
미끄럼 이동 테이블(106)의 상면에는, 소요의 위치에 금속체(M3)를 회전 가능하게 지지하는 제1 회전 지지 부재(118)와, 제2 회전 지지 부재(119)를 설치하고 있다. 제1 회전 지지 부재(118)는 돌림용 모터(107) 측에 설치하고, 제2 회전 지지 부재(119)는 고정 지지 부재(108) 측에 설치하고 있다.
제1 회전 지지 부재(118) 및 제2 회전 지지 부재(119)의 상부에는, 4개의 가이드 롤러(118a, 119a)를 각각 금속체(M3)와 대략 평행하게 연신시키면서 회전 가능하게 피봇 부착하고 있으며, 도24에 도시한 바와 같이 가이드 롤러(18a)를 금속체(M3)의 주위에 대략 같은 간격으로 배치하여, 금속체(M3)를 지지하도록 구성하고 있다.
가열 처리부(103)는 제1 회전 지지 부재(118)와 제2 회전 지지 부재(119) 사이에 설치하고 있고, 특히 금속체(M3)의 일부를 가열하여 변형 저항을 저하하는 가열부(120)와, 상기 가열부(120)에서의 가열에 의해 형성된 저변형 저항 영역을 극소 영역으로 하기 위해 가열부(120)의 양측에 설치한 제1 냉각부(121)와 제2 냉각 부(122)로 구성하고 있다. 제1 냉각부(121) 및 제2 냉각부(122)는 가열에 의해 변형 저항이 저하되어 있는 저변형 저항 영역의 양측을 각각 냉각함으로써 변형 저항을 증대시키고 있고, 비 저변형 저항 영역을 생성하고 있는 비 저변형 저항 영역 생성 수단으로 되어 있다.
가열부(120)는, 본 실시예에서는 도23에 도시한 바와 같이 금속체(M3)에 감은 고주파 가열 코일(123)에 의해 구성하고 있다. 또, 가열부(120)는 고주파 가열 코일(123)에 한정되는 것은 아니며, 플라즈마, 레이저, 전자 유도 등을 이용한 가열이나, 가스 버너에 의한 가열이라도 좋다.
제1 냉각부(121) 및 제2 냉각부(122)는, 각각 분무 노즐(121a, 122a)로 구성하고 있고, 상기 분무 노즐(121a, 122a)에 물과 공기를 송급하여, 금속체(M3)에 물을 분무함으로써 금속체(M3)를 냉각하도록 구성하고 있다. 제1 냉각부(121)는 돌림용 모터(107) 측에 설치하고, 제2 냉각부(122)는 고정 지지 부재(108) 측에 설치하고 있다.
제1 냉각부(121)와 제2 냉각부(122)에 의해 금속체(M3)의 냉각을 행하여, 가열부(120)에서의 가열에 의해 형성된 저변형 저항 영역을 극소 영역으로 함으로써, 후술하는 바와 같이 금속체(M3)에 발생하는 돌림 영역을 미소 폭 영역으로 하여, 큰 전단 응력을 발생시킬 수 있도록 하고 있다.
제1 냉각부(121) 및 제2 냉각부(122)에 있어서 물의 분무를 행하기 위해, 가열 처리부(103)는 케이싱(124) 내에 수용하고 있다. 부호 125는 케이싱(124)을 적재하는 적재대(126)를 지지하기 위해 베이스(104)에 세워 설치한 지지 기둥이다. 케이싱(124) 및 적재대(126)에는, 제1 냉각부(121) 및 제2 냉각부에 의해 케이싱(124) 내에 분무된 물을 배수하는 배수로(127)를 설치하고 있고, 케이싱(124)의 하부에 괸 물을 배수로(127)로부터 배출하도록 구성하고 있다. 배수로(127)로부터 배출된 물은, 미끄럼 이동 테이블(106)의 상면에 설치한 배수조(128)로 받아내어 다시 배출하도록 구성하고 있다.
또한, 케이싱(124)의 내부에는 제1 냉각부(121) 및 제2 냉각부(122)로부터 분무된 물이 가열부(120)에 튀는 것을 방지하기 위해, 가열부(120)를 둘러싸는 방수 케이스(129)를 설치하고 있다.
방수 케이스(129)에는, 고주파 가열 코일(123)에 의해 가열된 금속체(M3)의 온도를 계측하기 위한 온도 계측 센서(130)를 장착하고 있다. 특히, 상기 온도 계측 센서(130)에 의한 계측을 정밀도 좋게 행하기 위해, 방수 케이스(129) 내에는 송기관(131)을 연통 연결하여 건조 공기를 송기하고 있다. 방수 케이스(129) 내에 건조 공기를 송기함으로써, 제1 냉각부(121) 및 제2 냉각부(122)에 있어서 분무된 물이 가열부(120) 내로 침입하는 것도 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성한 STSP 장치를 이용하여, 다음과 같이 하여 금속체(M3)를 돌려, 전단 응력을 작용시키고 있다.
우선, 소요의 금속체(M3)를 고정 지지 부재(108)의 클러치 기구부(108b)에 설치한 삽입 관통 구멍(108c), 제2 회전 지지 부재(119), 케이싱(124) 내의 고주파 가열 코일(123), 제1 회전 지지 부재(118)에 차례로 삽입 관통시켜 장착 부재(117)의 삽입 구멍에 삽입하고, 장착 부재(117)의 외측면에 설치한 고정 나사(32)를 체 결함으로써 금속체(M3)를 고정 장착하고, 또한 클러치 기구부(108b)의 회전판에, 도시하지 않은 고정 나사를 이용하여 금속체(M3)를 고정 장착한다.
그 후, 돌림용 모터(107)를 작동시킴으로써 금속체(M3)를 소요의 회전 수로 회전시킨다. 이때, 클러치 기구부(108b)에서는 절단 상태로 함으로써 금속체(M3)를 가 회전 상태로 하여, 금속체(M3) 전체를 회전시키고 있다. 금속체(M3)의 회전 속도는, 1 내지 100 rpm 정도이면 좋다. 또, 경우에 따라서는 더욱 고속으로 회전시켜도 좋다. ·
또한, 금속체(M3)의 회전 개시에 수반하여, 고주파 가열 코일(123)에 의한 금속체(M3)의 가열을 개시한다. 금속체(M3)를 회전시키면서 가열함으로써 금속체(M3)의 균일한 가열을 행할 수 있다.
금속체(M3)가 소정의 냉각 개시 온도에 도달한 곳에서 제1 냉각부(121) 및 제2 냉각부(122)의 분무 노즐(121a, 122a)로부터 물의 분무를 개시하여, 금속체(M3)에 형성한 저변형 저항 영역의 양측의 냉각을 행한다.
그리고 고주파 가열 코일(123)에 의해 금속체(M3)를 다시 가열하여, 금속체(M3)가 냉각 개시 온도보다도 높은 돌림 개시 온도에 달한 곳에서, 클러치 기구부(108b)를 접속 상태로 하여 금속체(M3)의 한쪽을 비 회전 상태로 한다.
따라서 금속체(M3)의 한쪽은 비 회전 상태가 되는 한편, 금속체(M3)의 다른 쪽은 돌림용 모터(107)에 의해 회전 상태로 되어 있으므로, 금속체(M3)의 저변형 저항 영역에 돌림을 발생시킬 수 있다. 여기서, 돌림 개시 온도는 금속체(M3)의 금속의 회복·재결정 온도 이상이기는 하지만, 금속 결정립의 조대화의 영향이 발 생하기 시작하는 온도 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 클러치 기구부(108b)를 접속 상태로 한 것과 동시에, 진퇴 조작용 모터(111)를 작동시킴으로써 미끄럼 이동 테이블(106)을 슬라이드 레일(105)을 따라서 미끄럼 이동시켜, 금속체(M3)에서의 저변형 저항 영역의 형성 위치를 이동시키고 있다.
따라서 금속체(M3)의 연신 방향을 따라 연속적으로 금속체(M3)에 전단 응력을 가할 수 있다. 미끄럼 이동 테이블(106)의 이동 속도는 1 내지 200 ㎝/분 정도이면 좋으며, 돌림용 모터(107)의 회전 속도와의 균형으로부터, 금속체(M3)에 적합한 속도로 하는 것이 바람직하다.
미끄럼 이동 테이블(106)이 소정의 거리만큼 이동한 곳에서 고주파 가열 코일(123)에 의한 가열을 정지하여, 진퇴 조작용 모터(111)를 역회전시켜 미끄럼 이동 테이블(106)을 초기 위치로 복귀시키고 있다.
그리고 금속체(M3)의 온도가 소정의 온도까지 강하한 곳에서 제1 냉각부(121) 및 제2 냉각부(122)의 분무 노즐(121a, 122a)로부터 물의 분무를 정지하여, STSP 장치로부터 금속체(M3)를 꺼내고 있다.
상기한 실시 형태에서는, 진퇴 조작용 모터(111)에 의해 왕복하는 미끄럼 이동 테이블(106)의 이동로에 있어서만 금속체(M3)의 돌림을 행하여 전단 응력을 작용시키고 있지만, 복귀로에 있어서도 그대로 금속체(M3)의 돌림을 행해도 좋으며, 게다가 그 경우에는 돌림용 모터(107)의 회전 방향을 역전시켜도 좋다. 또한, 미끄럼 이동 테이블(106)을 복수회 왕복시켜 금속체(M3)에 반복하여 전단 응력을 작 용시키도록 해도 좋다.
상기한 STSP 장치에서는, 가열부(120)의 고주파 가열 코일(123)은 금속체(M3)로부터의 거리가 대략 균일해지도록 감아도 좋지만, 금속체(M3)로부터의 거리를 대략 불균일해지도록 감은 경우에는, 고주파 가열 코일(123)에 의한 금속체(M3)의 가열 중심, 즉 최고 가열 부위를 돌림용 모터(107)에 의한 금속체(M3)의 회전축, 즉 저변형 저항 영역의 돌림의 회전축으로부터 치우치게 할 수 있어, 회전축 부분의 금속에도 충분한 전단 응력을 작용시킬 수 있으므로, 금속체(M3)의 금속 조직을 균질하게 미세화할 수 있다.
또한, 제1 회전 지지 부재(118)와 제2 회전 지지 부재(119) 중 적어도 어느 한쪽에, 금속체(M3)를 상기 금속체(M3)의 연신 방향과 대략 직교하는 방향으로 진동시키는 진동 수단을 설치함으로써, 돌림의 회전축 부분의 금속에도 충분한 전단 응력을 작용시킬 수 있어, 금속체(M3)의 금속 조직을 균질하게 미세화할 수 있다. 진동 수단으로서는, 제1 회전 지지 부재(118) 혹은 제2 회전 지지 부재(119)에 진동자를 장착하는 것만으로도 좋다.
또한, 케이싱(124)의 내부에는 질소 가스, 혹은 메탄 가스 및/또는 일산화탄소 가스 등의 활성 가스를 송기하여, 비 변형 저항 영역의 표면에 소요의 반응막을 형성하도록 해도 좋다.
특히, 활성 가스 등에 의해 케이싱(124)의 내부를 고압 분위기로 해 둠으로써, 고압의 압력에 의한 저변형 저항 영역에의 작용에 의해 금속 조직의 미세화 효율을 향상시키는 것을 기대할 수 있다.
혹은, 케이싱(124)의 내부에는 액체를 주입하여, 비 변형 저항 영역을 액체 속에서 형성하도록 해도 좋다. 이 경우, 분무 노즐(21a, 22a)로부터의 물의 분무를 불필요하게 할 수 있는 동시에, 금속체(M3)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 이 경우에도, 상기한 방수 케이스(129)를 설치하는 동시에 이 방수 케이스(129)의 내부에 소요의 기체를 송기함으로써, 고주파 가열 코일(123)로 금속체(M3)를 확실하게 가열할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
특히, 방수 케이스(129)의 내부에 송기하는 기체를 질소 가스, 혹은 메탄 가스 및/또는 일산화탄소 가스 등의 활성 가스로 함으로써, 비 변형 저항 영역의 표면에 소요의 반응막을 형성할 수 있다.
또한, 케이싱(124)의 내부에는 액체를 주입하고 있는 경우에는 켄칭을 행하고 있는 것에 수반하여, 케이싱(124)의 내부에 주입한 액체의 온도를 조정해 둠으로써, 소요의 켄칭 처리 혹은 냉각을 할 수 있다.
또한, 금속체(M3)의 피 가열 부분에는 성형용 가이드 부재를 접촉시켜, 금속 조직을 미세화하는 동시에 소요의 형상으로 성형 가능하게 해도 좋다.
상기한 회전 처리부(102)와, 이 회전 처리부(102)를 적재한 미끄럼 이동 테이블(106)과, 이 미끄럼 이동 테이블(106)을 미끄럼 이동시키고 있는 미끄럼 이동 기구를 전자선 조사 장치에서의 챔버 내에 수용 가능한 형태로서 챔버 내에 설치한 경우에는, 금속체의 가열에 전자선을 이용할 수 있는 동시에, 금속체의 자기 냉각 작용에 의해 냉각 수단을 이용하는 일없이 금속체를 냉각할 수 있어, 저변형 저항 영역의 형성 효율을 향상시킬 수 있다.
이하에 있어서, 상기한 제2 실시 형태의 STSP 장치를 개량한 제3 실시 형태의 STSP 장치에 대하여 설명한다. 제3 실시 형태의 STSP 장치에서는, 한 방향으로 길게 연신한 금속체를 연속적으로 처리 가능하게 하고 있는 것이다.
도25는 제3 실시 형태의 STSP 장치의 개략 설명도, 도26은 도25의 주요부 확대도이며, 도27은 상기 주요부 부분의 측면도이다.
제3 실시 형태의 STSP 장치는, 한 방향으로 길게 연신한 금속체(M4)의 반송 공정 중에 개재 설치 가능하게 하고 있고, 금속체(M4)의 반송 공정에서의 상류측에서 제1 저변형 저항 영역 형성부(210)와, 변위 인가부(220)와, 제2 저변형 저항 영역 형성부(230)를 설치하여 구성하고 있다. 도25 중, 부호 240 및 250은 각각 반송 가이드부이며, 소정 간격으로 가이드 롤러(201)를 설치한 가이드 프레임(202)을, 지지 기둥(203)으로 소요의 높이로 위치시켜 구성하고 있다.
제1 저변형 저항 영역 형성부(210)는 금속체(M4)의 송급을 행하는 제1 송급 롤러 쌍(211)과, 후단의 변위 인가부(220)에 의해 금속체(M4)에 가해진 변위의 전파를 억제하는 제1 전파 억제 롤러 쌍(212)과, 금속체(M4)를 가열하여 제1 저변형 저항 영역을 형성하는 제1 히터(213)와, 이 제1 히터(213)로 형성된 제1 저변형 저항 영역의 측연부를 냉각하여 금속체(M4)의 변형 저항을 증대시키고 있는 제1 냉각기(214)를, 금속체(M4)의 송급 방향을 따라서 배치하여 구성하고 있다. 도25 내지 도27 중, 부호 215는 금속체(M4)의 제1 송급 가이드이며, 216은 제1 저변형 저항 영역 형성부(210)와 변위 인가부(220)와 제2 저변형 저항 영역 형성부(230)를 제어하고 있는 제어부이다.
또한, 제2 저변형 저항 영역 형성부(230)는 금속체(M4)의 제2 송급 가이드(235)와, 금속체(M4)를 가열하여 제2 저변형 저항 영역을 형성하는 제2 히터(233)와, 이 제2 히터(233)로 형성된 제2 저변형 저항 영역의 측연부를 냉각하여 금속체(M4)의 변형 저항을 증대시키고 있는 제2 냉각기(234)와, 금속체(M4)의 송급을 행하는 제2 송급 롤러 쌍(231)과, 전단의 변위 인가부(220)에 의해 금속체(M4)에 가해진 변위의 전파를 억제하는 제2 전파 억제 롤러 쌍(232)을, 금속체(M4)의 송급 방향에 따라서 배치하여 구성하고 있다.
특히, 제2 저변형 저항 영역 형성부(230)에서는 제2 히터(233)로 형성한 제2 저변형 저항 영역을 소정 폭으로 하기 위해, 송급 가이드(235)와 제2 히터(233) 사이에 제3 냉각기(237)를 설치하고 있다.
제1 저변형 저항 영역 형성부(210)와 제2 저변형 저항 영역 형성부(230)에 있어서, 제1 송급 롤러 쌍(211)과 제2 송급 롤러 쌍(231)은 동일 구성으로 하고 있고, 제1 전파 억제 롤러 쌍(212)과 제2 전파 억제 롤러 쌍(232)도 동일 구성으로 하고 있고, 제1 히터(213)와 제2 히터(233)도 동일 구성으로 하고 있고, 제1 냉각기(214)와 제2 냉각기(234)도 동일 구성으로 하고 있고, 제1 송급 가이드(215)와 제2 송급 가이드(235)도 동일 구성으로 하고 있고, 제1 저변형 저항 영역 형성부(210)와 제2 저변형 저항 영역 형성부(230)에서는, 각각의 배열을 다르게 하고 있을 뿐이다.
이하에 있어서, 도26 및 도27을 이용하여 제1 저변형 저항 영역 형성부(210)에 대하여 설명한다.
제1 저변형 저항 영역 형성부(210)는, 직사각형 프레임형으로 한 베이스 프레임(218) 상에 금속체(M4)의 송급 방향을 따라서 제1 송급 롤러 쌍(211)과, 제1 전파 억제 롤러 쌍(212)과, 제1 히터(213)와, 제1 냉각기(214)와, 제1 송급 가이드(215)를 차례로 배치하여 구성하고 있다.
제1 송급 롤러 쌍(211)은 금속체(M4)의 상방측에 배치한 상부 송급 롤러(211a)와, 금속체(M4)의 하방측에 배치한 하부 송급 롤러(211b)에 의해 금속체(M4)를 협지하도록 하고 있고, 도27에 도시한 바와 같이 하부 송급 롤러(211b)에 연동 연결한 구동 모터(211c)에 의해 하부 송급 롤러(211b)를 회전시킴으로써, 상부 송급 롤러(211a)와 하부 송급 롤러(211b)로 협지한 금속체(M4)를 송급 가능하게 하고 있다.
특히, 상부 송급 롤러(211a)는 이 상부 송급 롤러(211a)를 장착한 상부 송급 롤러 지지 부재(211d)를 제1 압박 스프링(211e)에 의해 아래쪽을 향해 압박함으로써, 소정의 압력으로 상부 송급 롤러(211a)와 하부 송급 롤러(211b)에 의해 금속체(M4)를 협지하고 있다. 도26 중, 부호 211f는 하부 송급 롤러(211b)를 장착한 하부 송급 롤러 지지 부재, 211g는 상부 송급 롤러 지지 부재(211d)를 하부 송급 롤러 지지 부재(211f)의 위쪽 위치에 지지하고 있는 제1 지지 기둥이다.
또, 본 실시 형태에서는 금속체(M4)는 한 방향으로 연신한 둥근 막대 부재로 되어 있고, 상부 송급 롤러(211a) 및 하부 송급 롤러(211b)의 금속체(M4)와의 접촉면은 원호형으로 오목하게 형성하고 있다.
제1 전파 억제 롤러 쌍(212)은 금속체(M4)의 상방측에 배치한 상부 억제 롤 러(212a)와, 금속체(M4)의 하방측에 배치한 하부 억제 롤러(212b)에 의해 금속체(M4)를 협지하도록 하고 있다.
특히, 상부 억제 롤러(212a)는 이 상부 억제 롤러(212a)를 장착한 상부 억제 롤러 지지 부재(212d)를 제2 압박 스프링(212e)에 의해 아래쪽을 향해 압박함으로써, 소정의 압력으로 상부 억제 롤러(212a)와 하부 억제 롤러(212b)에 의해 금속체(M4)를 협지하고 있다. 도26 중, 부호 212f는 하부 억제 롤러(212b)를 장착한 하부 억제 롤러 지지 부재, 212g는 상부 억제 롤러 지지 부재(212d)를 하부 억제 롤러 지지 부재(212f)의 위쪽 위치에 지지하고 있는 제2 지지 기둥이다.
제1 전파 억제 롤러 쌍(212)에서는, 제2 압박 스프링(212e)의 상부에 접촉시킨 승강판(212h)을 승강 조작 핸들(212j)로 조작함으로써 승강 가능하게 하고 있고, 승강판(212h)의 견고함을 조정함으로써, 상부 억제 롤러(212a)와 하부 억제 롤러(212b)에 의한 금속체(14)의 협지력을 조정 가능하게 하고 있다.
상부 억제 롤러(212a) 및 하부 억제 롤러(212h)의 금속체(M4)와의 접촉면도, 상부 송급 롤러(211a) 및 하부 송급 롤러(211b)의 금속체(M4)와의 접촉면과 마찬가지로 원호형으로 오목하게 형성하고 있고, 특히 상부 억제 롤러(212a) 및 하부 억제 롤러(212b)에서는 금속체(M4)와의 접촉면에, 주위면에 따른 걸림 홈(212k)을 복수 설치하여, 후술하는 바와 같이 변위 인가부(220)로 금속체(M4)에 가한 금속체(M4)의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위의 금속체(M4)의 회전에 수반하여 제1 전파 억제 롤러 쌍(212) 부분의 금속체(M4)가 회전하는 것을 방지하고 있다.
또, 제1 전파 억제 롤러 쌍(212)은 필요에 따라서 복수 병설하여, 제1 전파 억제 롤러 쌍(212) 부분의 금속체(M4)가 회전하는 것을 확실하게 방지하도록 해도 좋다.
제1 히터(213)는, 금속체(M4)에 감은 고주파 가열 코일(213a)에 의해 구성하고 있다. 또, 제1 히터(213)는 고주파 가열 코일(213a)에 한정되는 것은 아니며, 플라즈마, 레이저, 전자 유도 등을 이용한 가열이나, 가스 버너에 의한 가열이라도 좋다.
제1 냉각기(214)는, 내면에 복수의 분수구를 설치한 통형의 분수관(214a)과, 이 분수관(214a)에 물을 공급하는 급수관(214b)으로 구성하고 있다. 도26 중, 부호 214c는 분수관(214a)에서 분사한 물의 비산을 방지하는 케이싱이다.
제1 송급 가이드(215)는 회전 지지 부재(215a)의 상부에 4개의 가이드 롤러(215b)를 각각 금속체(M4)와 대략 평행하게 연신시키면서 회전 가능하게 피봇 부착하고 있고, 도24에 도시한 제1 회전 지지 부재(118)와 마찬가지의 구성으로 하고 있다.
제1 저변형 저항 영역 형성부(210)는 상기한 바와 같이 구성하고 있으며, 필요에 따라서 제1 전파 억제 롤러 쌍(212)과 제1 히터(213) 사이에 제1 냉각기(214)와 마찬가지의 냉각기를 설치하여 금속체(M4)를 냉각하고, 제1 히터(213)에 의해 금속체(M4)를 가열한 열이 제1 전파 억제 롤러 쌍(212) 부분으로 전파되는 것을 방지하도록 해도 좋다.
제2 저변형 저항 영역 형성부(230)는 상기한 바와 같이 제1 저변형 저항 영 역 형성부(210)에서의 제1 송급 롤러 쌍(211)과, 제1 전파 억제 롤러 쌍(212)과, 제1 히터(213)와, 제1 냉각기(214)와, 제1 송급 가이드(215)의 배치가 다를 뿐이므로, 설명은 생략한다. 또, 제2 저변형 저항 영역 형성부(230)의 제3 냉각기(237)는 제1 냉각기(214)와 같이 분수관(214a)을 이용하는 일없이, 급수관으로부터 공급된 물을 금속체(M4)에 직접 분사하도록 하고 있다. 도25 중, 부호 237a는 제3 냉각기(237)에서의 물의 비산 방지를 위한 케이싱이다.
변위 인가부(220)는, 본 실시 형태에서는 금속체(M4)를 그 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로 회전시키는 회전기로 하고 있고, 금속체(M4)를 사이에 두고 대향시켜 배치한 제1 회전 롤러(220a)와 제2 회전 롤러(220b)로 금속체(M4)를 협지하여, 금속체(M4)를 회전시키도록 하고 있다.
특히, 제1 회전 롤러(220a) 및 제2 회전 롤러(220b)는 각각의 회전축을 금속체(M4)의 연신 방향에 대하여 소요의 각도로 교차시킴으로써, 금속체(M4)를 회전시키는 동시에, 금속체(M4)를 연신 방향을 따라 송급 가능하게 하고 있다.
상기한 STSP 장치에서는, 금속체(M4)를 연신 방향을 따라 송급하면서 제1 저변형 저항 영역 형성부(210)의 제1 히터(213) 및 제2 저변형 저항 영역 형성부(230)의 제2 히터(233)로 금속체(M4)를 각각 가열함으로써 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역을 형성하고, 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역 사이에 협지된 비 저변형 저항 영역 부분의 금속체(M4)를 변위 인가부(220)로 회전시킴으로써, 제1 저변형 저항 영역 부분 및 제2 저변형 저항 영역 부분을 각각 전단 변형시키고 있다.
본 실시 형태에서는, 변위 인가부(220)에 있어서 금속체(M4)를 회전시키도록하고 있지만, 금속체(M4)에 적절한 초음파 진동 장치 등을 접촉시켜 진동시키도록 해도 좋다.
이와 같이, 한 방향으로 연신한 금속체(M4)에 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역을 소정 간격만큼 구획하여 설치하는 동시에, 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역 사이의 비 저변형 저항 영역 부분에 소요의 변위 운동을 가하도록 함으로써, 금속체(M4)의 반송 공정 중에 있어서 금속 조직의 미세화를 행할 수 있다.
또한, 제2 저변형 저항 영역 형성부(230)의 후단에는 시효 처리용의 가열 장치를 설치하고, 금속체(M4)를 소요의 시효 온도로 가열함으로써 시효 처리를 행하도록 해도 좋다.
혹은, 제2 저변형 저항 영역 형성부(230)의 후단에는 적절한 가공 장치, 예를 들어 압연 장치나 신선 장치 등을 설치하여 금속체(M4)를 소성 가공해도 좋다.
특히, 금속체(M4)를 중공의 통형체로 구성하고 있는 경우에는 제2 저변형 저항 영역 형성부(230)의 후단에 있어서 금속체(M4)를 연신 방향을 따라 절개함으로써 평판형 금속체로 하도록 해도 좋다. 이와 같이 함으로써, 금속 조직이 미세화된 평판형 금속체를 매우 쉽게 제조할 수 있다.
도28은 금속체에 형성한 저변형 저항 영역을 진동에 의해 전단 변형시키는 장치이다. 본 발명자들은, 이와 같이 저변형 저항 영역을 진동에 의해 전단 변형시켜 금속 조직을 미세화시키는 것을 SVSP(Severe Vibration Straining Process)법 이라 칭하고 있고, 도28은 SVSP 장치의 일례의 개략 설명도이다. 여기서는, 설명의 편의상 금속체(M1)는 한 방향으로 연신시킨 각형 막대 부재로 하고 있지만, 다른 형상이라도 좋다.
SVSP 장치에는, 금속체(M1)의 연신 방향을 따라 베이스(40) 상에 고정부(41)와, 전단 변형부(42)와, 진동부(43)를 설치하고 있다.
고정부(41)에는, 금속체(M1)의 연신 방향을 따라 제1 규제 부재(44)와 제2 규제 부재(45)를 설치하고 있다. 제1 규제 부재(44)에서는 연신 방향을 따라 송급되는 금속체(M1)의 폭 방향의 움직임을 규제하고 있고, 제2 규제 부재(45)에서는 연신 방향을 따라 송급되는 금속체(M1)의 두께 방향의 움직임을 규제하여, 금속체(M1)를 진퇴 가능하게 고정하고 있다.
즉, 제1 규제 부재(44)에서는 각각 지지 부재에 의해 회전 가능하게 지지된 제1 접촉 롤러(44a)와 제2 접촉 롤러(44b)로 금속체(M1)를 협지 고정하고 있다.
또한, 제2 규제 부재(45)에서는 금속체(M1)를 사이에 두고 세워 설치한 제1 지지 부재(45a)와 제2 지지 부재(45b)에, 금속체(M1)의 하방측에 위치시키는 하측 롤러(45c)와, 금속체(M1)의 상방측에 위치시키는 상측 롤러(45d)를 회전 가능하게 가설하여, 하측 롤러(45c)와 상측 롤러(45d)로 금속체(M1)를 협지 고정하고 있다.
또, 하측 롤러(45c)와 상측 롤러(45d), 또한 제1 규제 부재(44)의 제1 접촉 롤러(44a)와 제2 접촉 롤러(44b)를 각각 적절한 구동 장치를 이용하여 회전시켜, 금속체(M1)를 송급하는 송급 기구로 해도 좋다. 도28 중, 부호 46은 금속체(M1)의 송급을 보조하는 가이드 롤러이다.
진동부(43)에는, 금속체(M1)의 연신 방향을 따라 진동 인가 부재(47)와, 진동 전파 억제 부재(48)를 설치하고 있다. 진동 인가 부재(47)에서는 금속체(M1)에 소정의 진동을 인가하고, 진동 전파 억제 부재(48)에서는 진동 인가 부재(47)에 있어서 금속체(M1)에 인가한 진동이 금속체(M1)를 따라서 전파되는 것을 억제하고 있다.
진동 인가 부재(47)는 금속체(M1)의 아래쪽에 위치시킨 초음파 진동체(49)와, 이 초음파 진동체(49)의 출력축(49a)에 장착한 전파 부재(50)로 구성하고 있다. 전파 부재(50)는 금속체(M1)의 하방측에 위치시킨 하측 롤러(50a)와, 금속체(M1)의 상방측에 위치시킨 상측 롤러(50b)를 U자형으로 한 지지 프레임(50c)에 회전 가능하게 가설하여 구성하고 있으며, 하측 롤러(50a)와 상측 롤러(50b)로 금속체(M1)를 협지하고 있다.
그리고 전파 부재(50)는 초음파 진동체(49)를 작동시킴으로써, 소정의 진폭으로, 소정의 주파수로 상하 방향으로 진동하여, 금속체(M1)를 상하 방향으로 진동시키고 있다. 본 실시 형태에서는 초음파 진동체(49)에 의해 진동 운동을 발생시키고 있지만, 초음파 진동체(49) 이외의 장치, 예를 들어 선형 모터 혹은 압전 소자 등, 혹은 간단하게는 캠 기구에 의해 진동 운동을 발생시켜도 좋다.
예를 들어 캠 기구로 이루어지는 진동 장치로서는, 도29에 도시한 바와 같이 후술하는 바와 같이 금속체(M1)에 형성한 저변형 저항 영역(30)의 근방에 있어서, 금속체(M1)의 한쪽 측면 측에 타원형 캠(55)을 설치하는 동시에, 다른 쪽 측면 측에 스프링 등으로 구성한 종동용 탄성체(56)를 설치하고, 타원형 캠(55)과 종동용 탄성체(56)로 금속체(M1)를 협지하는 동시에, 타원형 캠(55)의 회전 운동에 의해 금속체(M1)를 진동 운동시키도록 구성하고 있다. 도23 중, 부호 57은 종동용 탄성체(56)의 고정 부재이며, 58은 금속체(M1)와 직접적으로 접촉하여 금속체(M1)를 안정적으로 진동시키기 위한 지지판이다. 또, 캠은 타원형 캠(55)에 한정되는 것은 아니며, 다각 형상 캠 등의 적절한 캠 형상으로 해도 좋다.
초음파 진동체(49)에 의해 금속체(M1)에 가한 진동의 진폭은, 후술하는 바와 같이 금속체(M1)에 형성한 저변형 저항 영역(30) 부분에서의 금속 조직을 전단 변형에 의해 미세화할 수 있는 정도이면 좋으며, 기본적으로는 금속체(M1)를 구성하고 있는 금속의 금속 조직의 입경과, 저변형 저항 영역(30)의 금속체(M1)의 연신 방향에서의 폭 치수로부터 필요 최소한의 진폭이 결정된다.
초음파 진동체(49)에 의한 진동의 진폭은, 크면 클수록 금속 조직을 미세화할 수 있지만, 진동의 진폭이 큰 경우에는 저변형 저항 영역(30)에 있어서 복원이 곤란해지는 변형이 발생될 우려가 있어, 그로 인해 저변형 저항 영역(30)에 복원이 곤란해지는 변형이 발생하지 않는 최대의 진폭으로 금속체(M1)를 진동시키는 것이 바람직하다.
여기서, 복원이 곤란해지지지 않는 변형이라 함은, 절반 주기에 의한 진동에 있어서 저변형 저항 영역(30)이 진동 전의 형상으로 복원하는 변형이며, 복원이 곤란해지는 변형이라 함은, 절반 주기에 의한 진동에 있어서 저변형 저항 영역(30)이 진동 전의 형상으로 복원하지 않는 변형이다.
초음파 진동체(49)에 의해 금속체(M1)에 가한 진동의 주파수는, 진동에 의해 저변형 저항 영역(30)에 발생한 변위에 의한 왜곡을, 금속체(M1) 왜곡의 해소 작용에 의해 해소하거나, 금속 조직의 재결정화 작용에 의해 해소하기도 전에, 먼저 가한 변위와 다른 변위, 즉 역방향 혹은 다른 방향에의 변위에 의한 왜곡을 부여할 수 있는 주파수일 필요가 있어, 이 주파수는 가능한 한 크게 설정하는 쪽이 바람직하다. 또, 금속체(M1)에 가하는 진동은 반드시 고주파의 진동을 인가하는 경우뿐만 아니라, 예를 들어 저변형 저항 영역(30)에 절반 주기분의 진동만을 인가하는, 저주파의 진동을 단시간만 인가하도록 구성해도 좋다.
여기서 말하는 저주파란, 저변형 저항 영역(30)에 발생한 변위에 의한 왜곡에 대하여, 상기한 금속체(M1) 왜곡의 해소 작용, 혹은 금속 조직의 재결정화 작용이 작용을 개시할 때 까지의 사이에, 저주파의 진동이 다음 변위에 의한 왜곡을 발생시킬 수 있는 가장 긴 시간을 4분의 1 주기로 한 진동의 주파수이다.
또, 보다 효율적으로 저변형 저항 영역(30)을 전단 변형시키기 위해서는, 제1 규제 부재(44)로 금속체(M1)를 고정할 뿐만 아니라, 금속체(M1) 자체의 관성을 이용하여 고정하는 것이 바람직하고, SVSP 장치에 의해 처리되는 금속체(M1)에 따른 조건으로 진동을 인가함으로써, 관성에 의한 고정이 가능해지는 진동의 인가 조건을 선택하는 것이 바람직하다.
진동 전파 억제 부재(48)는, 상기한 제2 규제 부재(45)와 동일 구성으로, 금속체(M1)를 사이에 두고 세워 설치한 제1 지지 부재(48a)와 제2 지지 부재(48b)에, 금속체(M1)의 하방측에 위치시키는 하측 롤러(48c)와, 금속체(M1)의 상방측에 위치시키는 상측 롤러(48d)를 회전 가능하게 가설하여, 하측 롤러(48c)와 상측 롤러 (48d)로 금속체(M1)를 협지 고정하고, 진동 인가 부재(47)로 금속체(M1)에 가한 진동이 금속체(M1)를 따라서 전파되는 것을 억제하고 있다.
전단 변형부(42)는 금속체(M1)를 소정 온도로 가열하는 가열 장치(51)와, 이 가열 장치(51)에 의한 가열에 의해 금속체(M1)에 형성한 저변형 저항 영역(30)을 소정의 폭 내로 억제하기 위해 금속체(M1)를 냉각하는 냉각 장치(52)로 구성하고 있다.
본 실시 형태에서는, 가열 장치(51)에는 고주파 가열 코일을 이용하고 있으며, 이 고주파 가열 코일을 금속체(M1)에 소정 횟수 감아, 금속체(M1)를 소정 온도로 가열함으로써 변형 저항을 줄여 저변형 저항 영역(30)을 형성하고 있다. 또, 가열 장치(51)로서는 고주파 가열 코일에 한정되는 것은 아니며, 전자 빔, 플라즈마, 레이저, 전자 유도 등을 이용한 가열이나, 가스 버너에 의한 가열, 전기적 단락을 이용한 가열이라도 좋다. 특히, 가열 장치(51)로서 전자 빔을 이용한 경우에는 금속체(M1)의 연신 방향에서의 저변형 저항 영역(30)의 폭을 매우 작게 할 수 있어, 저변형 저항 영역(30)에 의해 큰 전단 응력을 작용시킬 수 있으므로, 금속 조직의 미세화를 한층 더 가능하게 할 수 있다.
냉각 장치(52)는 급수 배관(52a)에서 공급된 물을 토출하는 제1 토출구(52b)와 제2 토출구(52c)로 구성하고 있으며, 제1 토출구(52b) 및 제2 토출구(52c)에서 토출된 물에 의해 금속체(M1)를 냉각하고 있다. 도28 중, 부호 53은 제1 토출구(52b) 및 제2 토출구(52c)로부터 토출된 물을 받는 물받이 용기이며, 54는 상기 물받이 용기(53)에 접속한 배수관이다.
냉각 장치(52)에서는, 제1 토출구(52b)와 제2 토출구(52c) 사이에 설치한 가열 장치(51)에 의해 형성된 저변형 저항 영역(30)의 양측을, 제1 토출구(52b) 및 제2 토출구(52c)로부터 토출한 물에 의해 냉각하고 있고, 특히 제1 토출구(52b) 및 제2 토출구(52c)의 배치 위치를 조정함으로써, 저변형 저항 영역(30)을 금속체(M1)의 연신 방향의 길이와 비교하여 매우 미소한 영역으로 하고 있다.
이와 같이, 저변형 저항 영역(30)을 금속체(M1)의 연신 방향에 따른 미소 폭으로 함으로써, 저변형 저항 영역(30)의 부분에 매우 큰 전단 변형을 발생시키기 쉬워 금속 조직의 미세화 효율을 향상시킬 수 있다. 게다가, 진동 운동에 의한 전단 변형의 잔류 왜곡, 혹은 잔류 변형을 작게 할 수 있다.
또한, 가열 장치(51)로 가열한 저변형 저항 영역(30)을 냉각 장치(52)에 의해 급랭함으로써 켄칭을 행하게 되어, 금속 조직이 미세화된 금속체(M1)의 경도 향상을 도모할 수도 있다.
금속체(M1)의 냉각은 수랭에 한정되는 것은 아니며 공랭이라도 좋고, 여자 냉각이라도 좋고, 금속체(M1)의 변형 저항을 향상시킬 수 있으면 어떠한 방법이라도 좋다.
가열 장치(51) 및 냉각 장치(52)에는, 상기한 STSP 장치의 가열 장치(64) 및 냉각 장치(65)와 마찬가지로 여러 가지 가열 수단 및 냉각 수단을 이용할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 제2 규제 부재(45)와 고주파 가열 코일로 이루어지는 가열 장치(51) 사이에 냉각 장치(52)를 설치하고, 또한 가열 장치(51)와 진동 인가 부재(47) 사이에 냉각 장치(52)를 설치하고 있지만, 제2 규제 부재(45) 및 진동 인 가 부재(47)는 냉각 장치(52)보다도 가열 장치(51)에 근접시켜 설치하여, 제2 규제 부재(45)와 진동 인가 부재(47) 간격을 가능한 한 짧게 해도 좋다.
이와 같이, 제2 규제 부재(45)와 진동 인가 부재(47)의 간격을 가능한 한 짧게 함으로써, 진동 인가 부재(47)에 의해 금속체(M1)에 인가한 진동의 에너지가 저변형 저항 영역(30) 이외의 부분으로 흩어지는 것을 방지할 수 있어, 진동의 에너지에 의한 저변형 저항 영역(30)의 전단 변형을 효율적으로 발생시킬 수 있다.
또한, 금속체(M1)를 협지한 제2 규제 부재(45)의 하측 롤러(45c)와 상측 롤러(45d) 및 진동 인가 부재(47)의 전파 부재(50)에서의 하측 롤러(50a)와 상측 롤러(50b)에 냉각 기능을 부가하여, 이들 롤러(45c, 45d, 50a, 50b)에 의해 금속체(M1)를 협지하는 동시에 냉각해도 좋다.
상기한 바와 같이 구성한 SVSP 장치에 있어서, 진동 운동에 의해 금속 조직을 미세화하는 경우에는 금속체(M1)를 고정부(41), 전단 변형부(42), 진동부(43)에 차례로 이송 통과하여, 전단 변형부(42)의 냉각 장치(52)에 의해 저변형 저항 영역(30)의 양측을 냉각하면서 가열 장치(51)에 의해 금속체(M1)를 가열하여, 저변형 저항 영역(30)을 형성한다.
여기서, 가열 장치(51)에 의한 가열은 저변형 저항 영역(30)의 온도가 금속체(M1)에 발생한 왜곡의 회복 연화 온도 또는 금속 조직의 재결정 온도 이상이 될 때까지 행하여, 회복·재결정 온도 이상이 된 곳에서 진동 인가 부재(47)에 의해 금속체(M1)의 비 저변형 저항 영역을 진동시켜, 저변형 저항 영역(30)에 전단 변형을 발생한다. 또, 가열 장치(51)에 의한 금속체(M1)의 가열 온도는 회복·재결정 온도 이상이기는 하지만, 금속 결정립의 조대화의 영향이 발생하기 시작하는 온도 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 저변형 저항 영역(30)을 전단 변형시킴으로써, 금속체(M1)에는 외형 형상의 변화를 거의 발생시키지 않고 금속 조직을 미세화할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는 진동 인가 부재(47)는 금속체(M1)의 비 저변형 저항 영역을 금속체(M1)의 두께 방향인 상하 방향으로 진동시키고 있지만, 상기한 바와 같이 금속체(M1)의 폭 방향인 좌우 방향으로 진동시켜도 좋고, 상하 방향의 진동과 좌우 방향의 진동을 복합시킨 복합 진동에 의해 진동시켜도 좋으며, 그로 인해 진동 인가 부재(47)를 적절한 구성으로 해도 좋다.
여기서, 금속체(M1)에 인가하는 진동은 금속체(M1)의 연신 방향과 대략 직교하는 상하 방향 혹은 좌우 방향의 진동에만 한정되는 것은 아니며, 진동의 성분 중에 적어도 금속체(M1)의 연신 방향과 대략 직교하는 상하 방향 혹은 좌우 방향의 진동이 포함되어 있으면 좋다.
본 실시 형태의 SVSP 장치에서는, 상기한 바와 같이 진동부(43)에서의 진동 운동의 인가에 의해 저변형 저항 영역(30)에 있어서 전단 변형을 발생시키는 동시에, 동시에 금속체(M1)를 연신 방향으로 송급함으로써, 금속체(M1)에서의 저변형 저항 영역(30)의 위치를 변위시킬 수 있어, 금속체(M1)에 대하여 진동 운동에 의한 전단 처리를 연속적으로 행하여 광범위에 걸쳐 금속 조직을 미세화할 수 있다.
특히, 저변형 저항 영역(30)이 한 방향으로 연신한 금속체(M1)를 완전히 횡단하고 있음으로써, 저변형 저항 영역(30)의 이동에 수반하여 금속체(M1)에는 동일 하게 전단 처리를 실시할 수 있어, 대략 균일하게 금속 조직이 미세화된 금속체(M1)를 형성할 수 있다.
또한, 경우에 따라서는 금속체(M1)의 소요의 위치에서 전단 변형에 의해 발생하는 전단 응력의 크기를 조정함으로써 금속 조직의 미세화의 정도를 조정하여, 금속체(M1)의 강도 혹은 연성을 조정할 수 있어, 부분적으로 강도를 향상시키거나, 연성을 향상시키거나 한 금속체(M1)를 생성할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 저변형 저항 영역(30)을 형성한 금속체(M12)의 한쪽 단부를 고정하고, 다른 쪽 단부를 진동시키도록 구성하고 있지만, 저변형 저항 영역(30)을 협지하는 양측을 각각 역 위상으로 진동시켜도 좋다.
또한, SVSP 장치를 금속체(M1)에 대하여 열간 압연이나 냉간 압연, 혹은 압출 성형 등을 행하는 소정의 성형 장치의 후행정 부분에 설치한 경우에는, 압연 처리 혹은 압출 처리 등에 의해 연신 방향으로 연장된 금속체(M1)의 금속 조직을 전단 변형시킬 수 있어, 금속 조직을 더욱 미세화하기 쉽게 할 수 있다.
이와 같이, 상기한 SVSP 장치 및 STSP 장치에 의해 금속체에 국부적으로 저변형 저항 영역(30, 30')을 형성하는 동시에, 이 저변형 저항 영역(30, 30')을 전단 변형시킴으로써 강한 왜곡을 가함으로써 금속 조직을 미세화할 수 있어, 금속체의 강도 혹은 연성을 향상시킬 수 있다.
게다가, 도1에 도시한 바와 같이 금속체를 복수의 금속층을 중합한 적층체(10)로 하고 있는 경우에는, 각 금속층을 형성하고 있는 금속이 인접한 금속층의 금속과 서로 미세화하면서 접합함으로써, 일체화한 금속체를 생성할 수 있는 동시 에, 금속층의 적층 방향으로 금속 조성이 변화하는 금속체를 제공할 수 있다.
혹은, 도30에 금속체의 단면 개략도로서 도시한 바와 같이, 일부를 절결한 절결 둥근 막대형의 제1 금속 막대(24)의 절결 부분에 제2 금속재(25)를 삽입하여 일체화한 복합 금속 막대(26)를 STSP 장치로 처리함으로써, 제1 금속 막대(24)의 금속과 제2 금속재(25)의 금속을 기계적으로 혼합하여, 새로운 합금을 생성할 수 있다.
또한, 도2에 도시한 바와 같이 금속체를 복수 종류의 금속 분체를 혼합한 혼합체의 가소체(16)로 하고 있는 경우에는, 각 금속 분체의 금속 조직을 서로 미세화하면서 접합함으로써 긴밀하게 일체화한 금속체를 생성할 수 있다. 특히, 용융법에서는 생성할 수 없는 조합의 금속도 SVSP 장치 및 STSP 장치에 의해 기계적으로 접합할 수 있어, 새로운 합금을 생성할 수 있다.
또한, 도3에 도시한 바와 같이 금속체를 다공질체(17)의 구멍부에 금속 분체(18)를 충전하여 형성한 충전체(19)로 하고 있는 경우에도, 각 금속의 금속 조직을 서로 미세화하면서 접합함으로써 일체화한 금속체를 생성할 수 있다. 특히, 용융법에서는 생성할 수 없는 조합의 금속도 SVSP 장치 및 STSP 장치에 의해 기계적으로 접합할 수 있어, 새로운 합금을 생성할 수 있다.
또한, 도4에 도시한 바와 같이 금속체를 복수 종류의 금속선재를 묶어 형성한 금속선 다발(23)로 하고 있는 경우에는, 각 금속선재의 금속 조직을 서로 미세화하면서 접합함으로써 일체화한 금속체를 생성할 수 있다. 특히, 용융법에서는 생성할 수 없는 조합의 금속도 STSP 장치에 의해 기계적으로 접합할 수 있어, 새로 운 합금을 생성할 수 있다.
특히, 금속체는 SVSP 장치 혹은 STSP 장치에 의해 금속 조직을 미세화할 때까지는 중공 통형으로 해 두고, SVSP 장치 혹은 STSP 장치에 의해 금속 조직을 미세화한 후에, 통형으로 되어 있는 금속체의 주위면을 절개하여 판형 부재로 함으로써, 매우 쉽게 판형의 금속 재료, 게다가 금속 조직이 미세화되어 있는 금속 재료를 제공할 수 있다.
상기한 SVSP 장치 및 STSP 장치에서는, 가열 장치에 의해 형성한 저변형 저항 영역의 금속체의 연신 방향에서의 길이와, 저변형 저항 영역에 가하는 전단 변형을 조정함으로써, 저변형 저항 영역의 전 영역에 있어서 전단 변형을 행할 수도 있고, 저변형 저항 영역의 일부분, 예를 들어 저변형 저항 영역의 중앙 영역이나, 저변형 저항 영역의 양단부 또는 한쪽 단부에 있어서 전단 변형을 행할 수도 있다.
또한, SVSP 장치 및 STSP 장치로 저변형 저항 영역의 결정 조직을 미세화한 금속체는, 필요하면 염욕 중에의 켄칭을 행해도 좋다. 이 경우, SVSP 장치 및 STSP 장치에서 염욕 켄칭 장치에 연속적으로 이송 통과시킴으로써, 효율적으로 기능을 향상시킨 금속체를 생성할 수 있다.
또한, SVSP 장치 및 STSP 장치로 저변형 저항 영역의 결정 조직을 미세화한 금속체는, 금속 조직을 조대화시키지 않고 소성 가공함으로써, 금속 조직이 미세화되어 있음으로써 고강도화 혹은 고연성화된 금속체이며, 소요의 형상으로 한 금속체로 할 수 있다.
또, 저변형 저항 영역의 결정 조직을 미세화하는 경우에는, 상기한 바와 같 이 미세화한 결정립의 비대화가 발생하지 않는 비교적 저온으로 하고 있으므로, 소성 가공에 있어서 필요해지는 하강 온도보다도 낮은 경우가 많다.
그래서 소성 가공을 하는 경우에는, 금속체를 소정의 가공 온도로 급가열하여, 금속 조직을 조대화시키지 않는 단시간의 가열 상태에서 소성 가공을 행함으로써, 소성 가공 시에 금속 조직이 비대화하여 고강도화 혹은 고연성화가 저해되는 것을 억지하고 있다.
또한, 소성 가공 후에는 상온까지 급랭하는 것은 아니고, 금속체의 금속 조직을 조대화시키지 않는 온도로 유지하여 시효 처리하도록 하고 있다. 이와 같이 시효 처리함으로써, 고강도화 혹은 고연성화한 금속체의 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 금속 조직을 미세화한 금속체에서는, 그 금속체의 재결정화 온도보다도 높은 온도 상태로 한 경우에는, 미세화되어 있는 금속 조직의 비대화가 발생하여 미세화의 효과가 소실되므로, SVSP 장치 및 STSP 장치로 금속 조직을 미세화하는 경우에는, SVSP 장치 및 STSP 장치에서의 처리 후에, 금속 조직의 비대화가 발생하는 온도 이상에서의 장시간의 처리가 없도록 해 두는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 하여 금속 조직을 미세화한 금속체는, 고강도이므로 자동차 부품으로서 이용한 경우에는 경량화를 도모할 수 있어, 자동차를 경량화하여 연비의 향상을 도모할 수 있다.
이와 같이 자동차 부품에 이용하는 금속체는, 다음과 같이 하여 제조하고 있 다.
우선, 원하는 조성으로 한 판형의 금속판에 대하여 전 처리를 행한다. 이 전 처리에서는, 금속판을 일단 가열하여 냉각함으로써 금속판의 단일상화, 및 금속판을 구성하고 있는 금속의 입자 분산, 또한 금속판의 잔류 응력의 조정 등을 행하고 있다.
계속해서, 전 처리가 종료된 금속판을 SVSP 장치로 처리함으로써, 금속판의 금속 조직을 동일하게 미세화하여, 고강도화 및 고연성화한 금속판을 형성하고 있다.
특히, 금속판을 알루미늄 합금으로 한 경우에는 고강도화 및 고연성화된 대형판의 알루미늄 합금판을 형성할 수 있어, 복잡인 형상의 보닛(bonnet)이나 카울(cowl) 등을 단조(鍛造)로 형성 가능하게 할 수 있어, 제조 비용을 크게 낮출 수 있다.
특히, 이러한 보닛이나 카울 등을 단조로 형성하는 경우에, 다른 부재와의 접속에 이용하는 플랜지나 접합 구조를 일체 성형할 수 있으므로, 복수 부품의 일체 성형을 행함으로써 저비용화를 도모할 수 있는 동시에, 구조적인 강도 향상을 도모할 수 있다.
상기한 바와 같이, 금속판을 SVSP 장치에 의해 원하는 금속체를 형성할 뿐만 아니라, 원하는 조성으로 한 둥근 막대형의 금속체에 대하여, 상기한 전 처리를 행한 후에 STSP 장치로 처리함으로써, 금속판의 금속 조직을 동일하게 미세화하여, 고강도화 및 고연성화한 금속체를 형성할 수도 있다.
이와 같이 하여 형성한 금속체는, 고연성으로 되어 있으므로, 소요의 용적마다 분리한 후에 복수의 실린더를 갖는 단조 금형으로 단조 가공을 행함으로써, 예를 들어 도31에 도시한 바와 같이 복잡한 형상을 갖는 보디 프레임 소켓(80)을 형성할 수도 있다.
본 실시 형태의 보디 프레임 소켓(80)은, 도32에 도시한 바와 같이 자동차의 보디 프레임(90)에서의 각 프레임의 접속 부분에 사용하는 것이며, 통상은 각 프레임을 접속부에서 용접함으로써 접속하고 있었지만, 도31에 도시하는 보디 프레임 소켓(80)을 이용함으로써, 용접 작업을 불필요하게 하여 제조 비용을 낮출 수 있는 동시에, 용접보다도 구조적인 강도를 향상시킬 수 있어, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도31의 보디 프레임 소켓(80)에서는, 각각 다른 방향으로 연신하고 있는 제1 프레임(81)과, 제2 프레임(82)과, 제3 프레임(83)과, 제4 프레임(84)의 4개의 프레임(81, 82, 83, 84)이 각각 삽입되는 제1 끼워 맞춤부(85)와, 제2 끼워 맞춤부(86)와, 제3 끼워 맞춤부(87)와, 제4 끼워 맞춤부(88)를 소정 방향으로 연신시켜 돌출 설치하고 있다.
그리고, 각 끼워 맞춤부(85, 86, 87, 88)에는 단조 가공 시에 실린더를 삽입함으로써 형성한 삽입 구멍(85h, 86h, 87h, 88h)을 설치하여, 이 삽입 구멍(85h, 86h, 87h, 88h)에 각 프레임(81, 82, 83, 84)의 선단부를 각각 삽입하여 접속하도록 하고 있다.
다른 사용 형태로서, 예를 들어 스티어링 샤프트와 같은 막대 형상 부재의 부재에 대하여 SVSP법 혹은 STSP법에 의한 금속 조직의 미세화를 행함으로써, 고강도의 막대 형상 부재를 제공 가능하게 할 수 있다. 게다가, 막대 형상 부재의 전 금속 조직을 동일하게 미세화하는 것은 아니고, 일부분만을 미세화하거나, 혹은 일부분만을 미세화하지 않거나 함으로써 강도에 의도적인 변동을 갖게 할 수도 있다.
이와 같이, 강도에 의도적인 변동을 갖게 한 막대 형상 부재로 이루어지는 스티어링 샤프트로 한 경우에는, 사고의 발생 시에 충격으로 스티어링 샤프트를 의도적으로 파단시킴으로써 충격 흡수성을 부여할 수 있다.
혹은, 나사를 형성하는 경우에는 막대 형상 부재에 대하여 SVSP법에 의한 금속 조직의 미세화를 행한 후에, SVSP법에 의한 금속체의 회전을 이용하여 나사 전조를 행함으로써, 고강도화한 나사를 쉽게 형성할 수 있다.
마찬가지로, 미션 기어를 형성하는 경우에는 막대 형상 부재에 대하여 SVSP법에 의한 금속 조직의 미세화를 행한 후에, SVSP법에 의한 금속체의 회전을 이용하여, 소요의 다이스에 의해 기어 이의 성형을 행함으로써, 고강도화한 미션 기어를 쉽게 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이 하여 금속 조직을 미세화한 금속체는, 자동차 부품에 대한 이용뿐만 아니라, 반도체 제조 공정에서 사용하는 스퍼터 장치의 스퍼터링용 타깃재로서 이용한 경우에도 매우 유용하다.
특히, 소요의 조성이 된 금속체를 생성 가능하고, 게다가 생성된 금속체는 균질한 조성으로 할 수 있는 동시에 금속 조직이 미세하기 때문에 반도체 기판 상면에 균질한 금속막을 생성 가능하게 할 수 있다. 그리고 이러한 스퍼터링용 타깃 재를 ECAP법보다도 저렴하게 생성할 수 있다.
이 스퍼터링용 타깃재는, 다음과 같이 하여 제조하고 있다.
우선, 원하는 조성으로 한 금속판에 대하여, 전 처리를 행한다. 이 전 처리에서는, 금속판을 일단 가열하여 냉각함으로써 금속판의 단일상화, 및 금속판을 구성하고 있는 금속의 입자 분산, 또한 금속판의 잔류 응력의 조정 등을 행하고 있다.
계속해서, 전 처리가 종료된 금속판을 SVSP 장치에서 처리함으로써, 금속판의 금속 조직을 동일하게 미세화하고 있다.
SVSP 장치에 의한 금속 조직의 미세화 후, 금속판을 상온 압연, 혹은 냉간 단조 또는 온간 단조, 혹은 스웨이징 등에 의해 미세화한 결정 조직의 결정 방위를 조정하는 동시에, 타깃 형상에의 성형을 행하고 있다.
이와 같이, 미세화한 결정 조직의 결정 방위를 조정함으로써, 반도체 기판 상면에 균질한 금속막을 생성 가능하게 하는 스퍼터링용 타깃을 제공할 수 있다.
또한, 금속판을 타깃 형상으로 성형하는 경우에는 금속체를 대략 원반 형상으로 성형하는 동시에 이면에 냉각용 오목형 홈을 형성하고 있다. 이와 같이 냉각용 오목형 홈을 동시 성형함으로써, 스퍼터링용 타깃의 제조 공정을 단축화할 수 있어, 저렴한 스퍼터링용 타깃을 제공할 수 있다.
특히, SVSP 장치에 의해 금속 조직이 미세화되어 있음으로써 금속판의 성형성이 향상되어 있으므로, 냉각용 오목형 홈을 냉간 단조 또는 온간 단조에 의해 정밀도 좋게 생성할 수 있다.
또, SVSP 장치에 의해 금속판의 금속 조직을 동일하게 미세화한 후에, 미세화한 금속 검증의 조대화를 억제 가능한 온도로 금속판을 가열하여, 금속판의 잔류 응력의 조정 등을 행해도 좋다.
다른 제조 방법으로서 다음과 같이 하는 것도 가능하다. 이 제조 방법에서는, 타깃재가 되는 금속체는 원하는 조성으로 한 둥근 막대형의 금속 막대로 하고 있다.
우선, 금속 막대에 대하여, 상기한 금속판의 경우와 같이 전 처리를 행하여 금속 막대의 단일상화, 및 금속 막대를 구성하고 있는 금속의 입자 분산, 또한 금속 막대의 잔류 응력의 조정 등을 행하고 있다.
계속해서, 전 처리가 종료된 금속 막대를 STSP 장치로 처리함으로써, 금속 막대의 금속 조직을 동일하게 미세화하고 있다.
STSP 장치에 의한 금속 조직의 미세화 후, 금속 막대를 소정길이마다 절단하여, 냉간 단조 또는 온간 단조에 의해 금속판을 형성하고 있다.
이와 같이 성형한 금속판을 상기한 바와 같이 SVSP 장치에서 처리함으로써, 금속판의 금속 조직을 더욱 미세화하고 있다. 그 후, 상기한 금속판의 경우와 같이, 금속판을 상온 압연, 혹은 냉간 단조 또는 온간 단조, 혹은 스웨이징 등에 의해 미세화한 결정 조직의 결정 방위를 조정하는 동시에, 타깃 형상에의 성형을 행하고 있다.
STSP법과 SVSP법을 조합하여 스퍼터링용 타깃이 되는 금속체를 생성함으로써, 금속 조직이 매우 미세화된 금속체로 할 수 있어, 반도체 기판 상면에 균질한 금속막을 생성 가능하게 하는 스퍼터링용 타깃을 제공할 수 있다.
특히, STSP법으로 금속 막대를 처리함으로써 금속 막대 조성의 균질화를 도모할 수 있어, 더욱 균질화된 금속체로부터 스퍼터링용 타깃을 생성함으로써, 반도체 기판 상면에 균질한 금속막을 생성 가능하게 하는 스퍼터링용 타깃을 제공할 수 있다.
상기한 SVSP법 혹은 STSP법은, 자동차 부품이나 스퍼터링용 타깃의 제조뿐만 아니라, 이하와 같은 소재에 대하여 이용함으로써 특성을 향상시킨 재료 혹은 부품의 제공을 가능하게 할 수 있다.
금속체가 자성체인 경우에는, 이 금속체의 금속 조직을 SVSP법 혹은 STSP법에 의해 미세화함으로써 가공성을 향상시켜, 세선(細線)화 등의 미세한 가공을 가능하게 할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 자화(磁化)율의 향상을 기대할 수 있다.
금속체가 형상 기억 합금인 경우에는, 이 금속체의 금속 조직을 SVSP법 혹은 STSP법에 의해 미세화함으로써 가공성을 향상시켜, 더욱 미세한 형상에의 가공을 가능하게 할 수 있다. 특히, 이 형상 기억 합금을 이용하여 전자 기기의 조립에 이용하는 나사를 형성한 경우에는, 그 전자 기기의 폐기 시에 형상 기억에 의해 나사의 나사 산을 소실시킴으로써, 쉽게 분해할 수 있다.
금속체가 수소 흡장 합금인 경우에는, 이 금속체의 금속 조직을 SVSP법 혹은 STSP법에 의해 미세화함으로써 수소의 흡장 능력의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 가공성이 향상됨으로써 여러 가지 형상으로 할 수 있어, 수소 흡장 기능을 갖 는 구조물을 형성할 수 있다.
금속체가 제진 합금인 경우에는, 이 금속체의 금속 조직을 SVSP법 혹은 STSP법에 의해 미세화함으로써 가공성을 향상시켜, 더욱 미세한 형상에의 가공을 가능하게 할 수 있다. 특히, 스피커 등의 음향 기기의 구성 부재에 대한 이 제진 합금의 적용을 넓힘으로써, 음질의 향상을 도모할 수 있다.
금속체가 전열 재료인 경우에는, 이 금속체의 금속 조직을 SVSP법 혹은 STSP법에 의해 미세화함으로써 가공성을 향상시켜, 더욱 미세한 형상에의 가공을 가능하게 할 수 있다.
금속체가 미가공 재료인 경우에는, 이 금속체의 금속 조직을 SVSP법 혹은 STSP법에 의해 미세화함으로써 가공성을 향상시켜, 더욱 미세한 형상에의 가공을 가능하게 할 수 있다.
특히, 종래 미가공 재료로서는 티탄이 사용되고 있지만, 티탄은 고경도이므로 가공성이 매우 나쁘고, 성형 비용이 상승한다고 하는 문제가 있었지만, SVSP법 혹은 STSP법에 의해 금속 조직을 미세화함으로써 티탄을 단조로 성형 가능하게 할 수 있어, 저비용으로 소정 형상으로 한 티탄 부품을 형성할 수 있다.
게다가, SVSP법 혹은 STSP법에 의해 금속 조직이 미세화된 티탄은 저영률로 고강도의 재료로 할 수 있어, 미가공 부재 친화성을 향상시킬 수도 있다.
이와 같이, SVSP법 혹은 STSP법에 의해 처리된 금속체는 연성이 향상되어 가공성이 향상되고 있을 뿐만 아니라, 고강도화되어 있으므로 동일 강도의 부재를 더욱 경량으로 형성할 수 있어, 선박이나 항공기, 혹은 자동차 등의 수송 기기, 또는 고층빌딩이나 교량 등의 건축 구조물의 경량화를 도모할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 금속체의 가공 방법 및 금속체의 가공 장치에서는, 고강도 및 고연성의 금속체를 매우 쉽게 제조할 수 있으므로, 저비용의 고강도 및 고연성의 금속체를 제공 가능하게 할 수 있다.

Claims (85)

  1. 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며,
    상기 저변형 저항 영역에 있어서 저하되어 있는 변형 저항을 증대시켜 비 저변형 저항 영역을 형성하는 비 저변형 저항 영역 형성 수단에 의해, 상기 저변형 저항 영역을 따라서 상기 비 저변형 저항 영역을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  2. 한 방향으로 연신한 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮추어 상기 금속체를 횡단하는 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며,
    상기 저변형 저항 영역에 있어서 저하되어 있는 변형 저항을 증대시켜 비 저변형 저항 영역을 형성하는 비 저변형 저항 영역 형성 수단에 의해, 상기 저변형 저항 영역 중 적어도 어느 한쪽의 측연부를 따라서 상기 비 저변형 저항 영역을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속체는 연신 방향을 따라 이동시키는 동시에, 이동 방향의 하류측에서의 상기 저변형 저항 영역의 측연부를 따라서 상기 비 저변형 저 항 영역 형성 수단에 의해 상기 비 저변형 저항 영역을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비 저변형 저항 영역 형성 수단은 상기 금속체를 냉각하는 냉각 수단인 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  5. 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며,
    상기 저변형 저항 영역을 진공 속에서 형성하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  6. 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며,
    상기 저변형 저항 영역을 고압 분위기 속에서 형성하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  7. 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저 변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며,
    상기 저변형 저항 영역을 활성 가스 분위기 속에서 형성하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 활성 가스는 질소 가스인 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 활성 가스는 메탄 가스 및/또는 일산화탄소 가스인 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  10. 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며,
    상기 저변형 저항 영역에 분체를 내뿜는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  11. 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며,
    상기 저변형 저항 영역에 이온 도핑을 행하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  12. 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며,
    상기 저변형 저항 영역은 상기 금속체에 제1 가열을 소정 시간 행한 후에 제2 가열을 행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역은 상기 금속체에 제1 가열을 소정 시간 행한 후에 제2 가열을 행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  14. 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며,
    상기 저변형 저항 영역은 고온으로 한 상기 금속체를 구속하는 구속 수단의 비 구속 영역에 형성하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  15. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역은 고온 으로 한 상기 금속체를 구속하는 구속 수단의 비 구속 영역에 형성하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  16. 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전단 변형 후에, 상기 금속체를 급랭하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  17. 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며,
    상기 저변형 저항 영역은 상기 금속체를 가열하여 형성하는 동시에, 상기 저변형 저항 영역을 전단 변형한 후에, 상기 금속체를 급랭하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  18. 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역은 상기 금속체를 가열하여 형성하는 동시에, 상기 저변형 저항 영역을 전단 변형한 후에, 상기 금속체를 급랭하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  19. 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며,
    상기 저변형 저항 영역은 액체 속에 몰입한 상기 금속체에 형성하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역은 상기 금속체를 액체 속에서 가열하여 형성하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역을 형성할 때에, 상기 저변형 저항 영역의 주위의 열전도율을 줄이고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역을 형성할 때에, 상기 저변형 저항 영역의 주위에 기포를 발생시키고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  23. 금속체에 변형 저항을 국부적으로 낮춘 저변형 저항 영역을 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법이며,
    금속 조직을 미세화한 상기 금속체를, 금속 조직을 조대화시키지 않고 소성 가공하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 조직을 미세화한 상기 금속체를, 금속 조직을 조대화시키지 않고 소성 가공하는 것을 특징으로 하는 금속체 의 가공 방법.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 소성 가공은 상기 금속체의 금속 조직을 조대화시키지 않는 단시간의 가열 상태에서 행하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소성 가공 후, 상기 금속체의 금속 조직을 조대화시키지 않는 온도로 유지하여 시효 처리하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속체는 침탄 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역을 연신시키면서 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  29. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역을 압축시키면서 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  30. 제6항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속체는 중공부를 갖는 통형체로 하고, 상기 중공부를 감압 상태로 하고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  31. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속체는 중공부를 갖는 통형체로 하고, 상기 중공부를 고압 상태로 하고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역에 금속체를 소정 형상으로 성형하는 성형용 가이드 부재를 접촉시키고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 성형 가이드 부재를, 상기 금속체를 가열하는 가열 수단으로 하고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  34. 제32항에 있어서, 상기 성형 가이드 부재를, 상기 금속체를 냉각하는 냉각 수단으로 하고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역은 한 방 향으로 연신한 상기 금속체를 횡단시켜 형성하고, 이 저변형 저항 영역을 상기 금속체의 연신 방향을 따라 이동시키는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  36. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역은 상기 금속체를 횡단하고, 이 저변형 저항 영역을 협지하는 상기 금속체의 한쪽의 비 저변형 저항 영역을, 다른 쪽의 비 저변형 저항 영역에 대하여 상대적으로 위치를 변동시킴으로써 상기 저변형 저항 영역을 전단 변형시키는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기한 위치 변동은 상기 금속체의 연신 방향과 대략 직교하는 방향으로, 상기 한쪽의 비 저변형 저항 영역을 상기 다른 쪽의 비 저변형 저항 영역에 대하여 상대적으로 진동 운동시키는 진동 운동 성분을 갖는 진동 운동인 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  38. 제36항에 있어서, 상기한 위치 변동은 상기 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로, 상기 한쪽의 비 저변형 저항 영역을 상기 다른 쪽의 비 저변형 저항 영역에 대하여 상대적으로 회전시키는 회전 운동인 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  39. 제36항에 있어서, 상기한 위치 변동은 상기 금속체의 연신 방향과 대략 평행 하게 한 회전축 주위로, 상기 한쪽의 비 저변형 저항 영역을 상기 다른 쪽의 비 저변형 저항 영역에 대하여 상대적으로 회전시키는 회전 운동인 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  40. 한 방향으로 연신한 가열 상태의 금속체를 연신 방향을 따라 이동시켜, 상기 금속체를 냉각 수단으로 이송 통과시켜 냉각하는 동시에, 냉각된 금속체를 진동 운동시킴으로써, 상기 냉각 수단으로 이송 통과되기 전의 상기 금속체에서의 금속 조직을 전단 변형시켜 미세화하는 금속체의 가공 방법.
  41. 용체화 처리하기 위한 온도까지 가열한 금속체를 냉각 수단에 의해 급랭하여 용체화 처리를 행할 때에, 급랭 부분의 상기 금속체를 전단 변형시킴으로써 금속 조직을 미세화하는 동시에 용체화 처리를 하는 금속체의 가공 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 전단 변형은 한 방향으로 연신한 상기 금속체의 연신 방향과 대략 직교하는 방향으로 진동 운동시키는 진동 운동 성분을 갖는 진동 운동을 상기 금속체에 인가함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  43. 제41항에 있어서, 상기 전단 변형은 한 방향으로 연신한 상기 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로 회전시키는 회전 운동을 상기 금속체에 인가함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  44. 제41항에 있어서, 상기 전단 변형은 한 방향으로 연신한 상기 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로 회전시키는 회전 운동을 상기 금속체에 인가함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  45. 제41항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 조직이 미세화된 상기 금속체를, 금속 조직을 조대화시키지 않는 조건 하에서 소성 가공하여 소정 형상으로 하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  46. 한 방향으로 연신한 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮추어 상기 금속체를 횡단하는 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역을 소정의 간격만큼 떨어뜨려 형성하는 동시에, 이 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역 사이에, 상기 제1 저변형 저항 영역 및 상기 제2 저변형 저항 영역에서의 변형 저항보다도 변형 저항을 증대시킨 비 저변형 저항 영역을 비 저변형 저항 영역 형성 수단에 의해 형성하고, 이 비 저변형 저항 영역에 상기 금속체의 연신 방향과 교차하는 방향의 진동 운동 성분으로 이루어지는 진동 운동을 가하여 상기 제1 저변형 저항 영역 및 상기 제2 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법.
  47. 한 방향으로 연신한 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮추어 상기 금속체를 횡단하는 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역을 소정의 간격만큼 떨어뜨려 형성하는 동시에, 이 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역 사이에, 상기 제1 저변형 저항 영역 및 상기 제2 저변형 저항 영역에서의 변형 저항보다도 변형 저항을 증대시킨 비 저변형 저항 영역을 비 저변형 저항 영역 형성 수단에 의해 형성하고, 이 비 저변형 저항 영역에 상기 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위의 회전 운동을 가하여 상기 제1 저변형 저항 영역 및 상기 제2 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법.
  48. 한 방향으로 연신한 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮추어 상기 금속체를 횡단하는 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역을 소정의 간격만큼 떨어뜨려 형성하는 동시에, 이 제1 저변형 저항 영역과 제2 저변형 저항 영역 사이에, 상기 제1 저변형 저항 영역 및 상기 제2 저변형 저항 영역에서의 변형 저항보다도 변형 저항을 증대시킨 비 저변형 저항 영역을 비 저변형 저항 영역 형성 수단에 의해 형성하고, 이 비 저변형 저항 영역에 상기 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위의 회전 운동을 가하여 상기 제1 저변형 저항 영역 및 상기 제2 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 방법.
  49. 제46항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속체를 연신 방향을 따 라 이동시키는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 방법.
  50. 한 방향으로 연신한 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮춤으로써 상기 금속체를 횡단하는 저변형 저항 영역을 형성하는 저변형 저항 영역 형성 수단과,
    상기 저변형 저항 영역에 있어서 저하되어 있는 변형 저항을 증대시켜 비 저변형 저항 영역을 형성하는 비 저변형 저항 영역 형성 수단과,
    상기 저변형 저항 영역을 협지하는 한쪽의 상기 금속체를, 다른 쪽의 금속체에 대하여 상대적으로 변위시키는 변위 인가 수단을 갖고,
    이 변위 인가 수단에 의해 인가한 변위에 수반하여 상기 저변형 저항 영역을 전단 변형시킴으로써 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 장치.
  51. 제50항에 있어서, 상기 변위 인가 수단은 상기 금속체의 연신 방향과 교차하는 방향의 진동 운동 성분으로 이루어지는 진동 운동을 인가하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  52. 제50항에 있어서, 상기 변위 인가 수단은 상기 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위의 회전 운동을 인가하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  53. 제50항에 있어서, 상기 변위 인가 수단은 상기 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위의 회전 운동을 인가하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  54. 제50항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역 형성 수단은 상기 금속체를 소정 온도 이상으로 가열하는 가열 수단인 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  55. 제50항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비 저변형 저항 영역 형성 수단은 상기 금속체를 냉각하는 냉각 수단인 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  56. 제50항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속체를 연신 방향을 따라 송급하는 송급 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  57. 제56항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역 형성 수단은 상기 금속체를 제1 가열 온도로 가열하여 소정 시간 유지한 후에, 제2 가열 온도로 가열하는 예비 가열 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  58. 제57항에 있어서, 상기 제1 가열 온도는 상기 금속체의 용체화 처리에 필요한 온도인 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  59. 제56항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 조직이 미세화된 상기 금속체를, 금속 조직을 조대화시키지 않는 온도로 유지하여 시효 처리하는 시효 처리 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  60. 제56항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역에 상기 금속체를 소정 형상으로 성형하는 성형용 가이드 부재를 접촉시키고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  61. 제60항에 있어서, 상기 성형 가이드 부재를, 상기 금속체를 가열하는 가열수단으로 하고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  62. 제60항에 있어서, 상기 성형 가이드 부재를, 상기 금속체를 냉각하는 냉각 수단으로 하고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  63. 제56항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속체는 중공부를 갖는 통형체이고, 금속 조직이 미세화된 상기 금속체를 연신 방향을 따라 절개함으로써 평판형 금속체를 형성하는 평판화 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  64. 제50항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역 형성 수단은 진공 속에서 상기 저변형 저항 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  65. 제50항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역 형성 수단은 고압 분위기 속에서 상기 저변형 저항 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  66. 제50항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역 형성 수단은 활성 가스 분위기 속에서 상기 저변형 저항 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  67. 제66항에 있어서, 상기 활성 가스는 질소 가스인 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  68. 제66항에 있어서, 상기 활성 가스는 메탄 가스 및/또는 일산화탄소 가스인 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  69. 제50항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역 형성 수단은 상기 저변형 저항 영역에 분체를 내뿜는 분체 송풍 수단을 갖는 것을 특징 으로 하는 금속체의 가공 장치.
  70. 제50항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역 형성 수단은 상기 저변형 저항 영역에 이온 도핑을 행하는 이온 도핑 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  71. 제50항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역 형성 수단은 액체 속에 몰입한 상기 금속체를 소정 온도 이상으로 가열하여 상기 저변형 저항 영역을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  72. 제71항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역을 형성할 때에, 상기 저변형 저항 영역의 주위의 열전도율을 줄이고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  73. 제71항에 있어서, 상기 저변형 저항 영역을 형성할 때에, 상기 저변형 저항 영역의 주위에 기포를 발생시키고 있는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  74. 한 방향으로 연신한 금속체를 연신 방향을 따라 이동시키는 이동 수단과,
    상기 금속체를 용체화 처리하기 위한 온도까지 가열하는 가열 수단과,
    이 가열 수단으로 가열된 상기 금속체를 급랭하는 냉각 수단과,
    이 냉각 수단에 의해 냉각되어 있는 부분의 상기 금속체를 전단 변형시키는 전단 변형 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  75. 제74항에 있어서, 상기 전단 변형 수단은 상기 금속체의 연신 방향과 대략 직교하는 방향으로 진동 운동시키는 진동 운동 성분을 갖는 진동 운동을 상기 금속체에 인가하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  76. 제74항에 있어서, 상기 전단 변형 수단은 상기 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로 회전시키는 회전 운동을 상기 금속체에 인가하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  77. 제74항에 있어서, 상기 전단 변형 수단은 상기 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위로 회전시키는 회전 운동을 상기 금속체에 인가하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  78. 한 방향으로 연신한 가열 상태의 금속체를 연신 방향을 따라 이동시키는 이동 수단과,
    상기 금속체를 냉각함으로써 변형 저항을 증대시켜 비 저변형 저항 영역을 형성하는 냉각 수단과,
    이 비 저변형 저항 영역에 진동 운동을 인가하는 진동 운동 인가 수단을 갖고,
    이 진동 운동 인가 수단에 의해 인가한 진동 운동에 의해, 상기 냉각 수단으로 이송 통과되기 전의 상기 금속체에서의 금속 조직을 전단 변형시켜 미세화하는 금속체의 가공 장치.
  79. 한 방향으로 연신한 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮춤으로써 상기 금속체를 횡단하는 제1 저변형 저항 영역을 형성하는 제1 저변형 저항 영역 형성 수단과,
    이 제1 저변형 저항 영역으로부터 소정 간격만큼 떨어진 위치에, 상기 금속체의 변형 저항을 국부적으로 낮춤으로써 상기 금속체를 횡단하는 제2 저변형 저항 영역을 형성하는 제2 저변형 저항 영역 형성 수단과,
    상기 제1 저변형 저항 영역과 상기 제2 저변형 저항 영역 사이에, 상기 제1 저변형 저항 영역 및 상기 제2 저변형 저항 영역에 있어서 저하되어 있는 변형 저항을 증대시켜 비 저변형 저항 영역을 형성하는 비 저변형 저항 영역 수단과,
    이 비 저변형 저항 영역에, 상기 제1 저변형 저항 영역 및 상기 제2 저변형 저항 영역을 전단 변형시키기 위한 변위를 인가하는 변위 인가 수단을 갖고,
    상기 제1 저변형 저항 영역 및 상기 제2 저변형 저항 영역에서의 상기 금속체의 금속 조직을 미세화하는 금속체의 가공 장치.
  80. 제79항에 있어서, 상기 변위 인가 수단은 상기 비 저변형 저항 영역에, 상기 금속체의 연신 방향과 교차하는 방향의 진동 운동 성분으로 이루어지는 진동 운동 을 인가하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  81. 제79항에 있어서, 상기 변위 인가 수단은 상기 비 저변형 저항 영역에, 상기 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위의 회전 운동을 인가하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  82. 제79항에 있어서, 상기 변위 인가 수단은 상기 비 저변형 저항 영역에, 상기 금속체의 연신 방향과 대략 평행하게 한 회전축 주위의 회전 운동을 인가하는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  83. 제79항 내지 제82항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 저변형 저항 영역 형성 수단 및 상기 제2 저변형 저항 영역 형성 수단은 각각 상기 금속체를 소정 온도 이상으로 가열하는 가열 수단인 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  84. 제79항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비 저변형 저항 영역 형성 수단은 상기 금속체를 냉각하는 냉각 수단인 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
  85. 제79항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속체를 연신 방향을 따라 송급하는 송급 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 금속체의 가공 장치.
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