JPS60500501A - 金属及び合金の性質を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 金属及び合金を冷間加工することは金属加工業界で古くからよく知られている。

仕上げ加工に先立ってダイにおいて素材（ブランク）を賦形することは米国特許 第５、２０９．４５３号から知られている。焼結された電極素材に軸方向圧力を 適用して素材を半径方向に圧力流動せしめて粒組織を再配向することが米国特許 第４，０４５，６４４号から知られている。

例えば全長に沿って或いは長さの一部のみに沿って所定の変動硬さを有する金属 物品を得るよう金属の機械的性質を予知しうる態様で制御しうるならきわめて望 ましいことであろう。本発明はこの目標を達成することを意不発明は、予知しう る態様で金属及び合金の強度を増加しそして／或いはその機娠的性質を制御する 為の方法に向けられる。所望される強度或いは機械的性質を基礎として決定され た予備形状及び寸法を備え、長さが横断寸法より実質上大きな試料が生成される 。この予備成形試料が所望の最終形状を画成する囲い込まれた室内に導入される 。試料の少くとも一部は室を定義する壁の周面から離間され、その間隔の相対寸 法は試料のその部分において所望される強度或いは彬械的性質を実現するに必要 な冷間加工量により決定される。

試料の一面は室の可動壁と係合される。室の可動壁は、予備成形試料を強ｄ］変 形セしめそして圧縮行程端において室を充満せしめ同時に長さを減縮しそして試 料容積を一定に維持するように充分の大きさを持つ連続した圧縮力を適用する。

圧縮力は予４＠成形試料の降伏強さが次第に増加するよう充分にゆっくりと適用 される。同時に、降伏強度増加にともない圧縮力も漸増されて、終には試料の全 周面が室壁と接触しそして圧縮行程端において前記所望の最終形状を実現する。

本発明の目的は、予備成形試料を閉蜘室内で冷間加工することにより金が及び合 金の強度及び／或いは機械的性質を制御する為の方法を提供することである。

本￥明のまた別の目的は、試料の長さ或いは巾に活って硬さのような機械的性質 を予知可能に制御する為の方法を提供することである。

他の目的及び利点は後に明らかとなろう。

図面の説明 第１図は試料を収納する閉成ダイの断面図である。

第２区は第１図の試料の成形した後の正面図である。

第３図はまた別の試料を収納する閉成ダイの断面図である。

第４図は第６図における試料の成形後の正面図である。

第５図はまた別の試料を収１昭する閉咬ダイの断面図である。

第６図は第５図における試料の喫形後の正ｗ図である。

第７図はまた別の試料を収納する閉成ダイの断面図である。

第８図は第７図における試料の蜆形後の正面図である。

第９図はまた別の試料を収納する閉成ダイの断面図である。

第１０図は第９図における試料の成形後の正面図である。

第１１図はまた別の試料を収納する閉成ダイの断面図である。

第１２図は箪１１図における試料の成形後の正面図である。

第１３図はまた別の試料を収ぜ】１−る閉嘘ダイの断面図である。

第１４図は第１６図における試料の咬形移・の正面図である。

第１５図は硬さ対冷間加工％のグラフである。

第１６図は硬さ対断面積の変化％のグラフである。

第１７図は力対試料直径のグラフである。

第１８図は力対断面績の変化％のグラフである。

第１９図はねじれ不安足付を示す試料の糾纜図である。

同じ番号が同じ要素を示す図面を詳細に参照すると、第１図には両端において壁 １４及び１６により画成される囲い込み室１２を具備するプレス１０の一部が示 されている。壁１６のようなこれら壁の少くとも一方が壁１４に向ってまたそこ から陥れて可動である。室１２内には、冷間加工さるべき金属の試料１８が設げ られている。試料１８はアルミニウム、低炭素ｉ司、合金その他の金、属であり うる。

試料１８はシリンダ状でもって予備成形されている。

室１２は試料に対して所望される局面最終形状を定義しそしてこの具体例ではや はりシリンダ状である。壁１６は、室温下にある試料の一端面と係合しそして予 備成形試料１８を強制変形せしめそして圧縮行程端において室１２を充満せしめ るに充分の大きさでもって連続的な圧縮力を適用する。試料１８は同時にその容 積を維持したまま長さを減縮し、以って鷹２図に示されそして１８１として表示 される最終形状をとる。唾１６の圧縮力は試料１８の降伏強さが次第に１犬する ように充分にゆっくりと適用される。これは結局、圧縮行程の終りにおいて試料 １８の全周面が室１２の量と接触しそして第２図に示されるような所望の最にく 形状を達成するまで、降伏強さが増加するに半い圧縮力が漸増されることを必要 とする。

実際状況に寂いて遭遇する笑質上すべての工業設計向題において、技術者及び科 学者は柱或いは柱状の形式のｇ遺物の座屈が起りうる水準までの負荷を阻止する ＆計をめて努力している。“こうした柱の邸屈は２００年もにわたって良く知ら れていた。

柱咥屈に対する数学的規漁は１７４４年にエル、オイラーにより最初（（提唱さ れそして原理式は以来オイラーの式として知られてきた。この式は簡単には、柱 はそれが自重或いは適用荷重により屈曲されうる前に成る長さを実現せねばなら ないことを述べている。

オイラーの式は時の試練に耐えた。最初これは（１１ＦＬ２＞　４π２．Ｂ ここでＦ＝ボンド単位での負荷（Ｉｂ　）Ｌ−インチ。単位での長さ Ｂ−曲げ剛性＝　Ｅ　Ｉ　（１ｂ−ｉｎ２）ここで Ｅ−ヤング率（Ｉｂ／１ｎ２） ■＝曲げ軸線のまわりの慣性モーメント（ｉｎ’） として記述された。

（１］　エイ、イー、エッチ、ラブ、　マセマチヵルセオリオブエラスティシテ ィ、　ドーパ−パブリケーションズ　１９７４その現在の形において、式（２） が ここで　ＷｃＲ−それを越えると座屈が起る臨界負荷Ｋｃ　＝支持及び負荷の様 式に依存する定数である として与えられている。

事実、軸方向９荷でもって固定された或いは支持された端条性に対するＫ。の値 は式（２）に２いて６９４８として与えられ、これは正確に４π２　に等しいの でが正しいオイラーの式である。

（２）アレキサングーブレーク、　プラクティカルストレスアナリシスインエン ジニアリングデザイン、　マルセルデツカー、インコーポレイテッド　１９８２ 臨界座屈負荷ＷｃＲはヤング率Ｅ、断面慣性モーメントＩに比例しそして柱長さ の２乗に反比例し、そして材料の降伏嘱さに依存しないことがこの文献において 強螺された皇笑である。更に、臨界的座屈が一机降伏応力１「以下の応力におい て起ることも強調されている。

本発明者は、所望される最終寸法形状従って機械的性質を実現するに必要な変形 力の量は工学テキストブックが禁止領域として定義する柱座屈の要素を活用する ことにより実現されうろことを意外にも知見した。例えば、０．１５インチの初 期直径を有するアルミニウム試料がプレス内に置かれそして圧縮力が軸方向に適 用された。鯰変形量の約２５％圧縮した後、変形か一様な圧縮でないことが見出 された。むしろ、変形はダイ横の拘束と出会うまでみかけ上の座屈により起り、 その９と試料は端から端まできわめて一様なピッチでもってらせん状様式で変形 し続ける。第１９図を参照されたい。最終変形は圧縮力により起った。言及の容 易さの為、本発明者はこのらせん状変形サイクルをスカーミング（ｓｑｕｉｒｍ ｉｎｇ　）不安定性として定義し、こＬ後最終寸法形状が達成されるまで圧縮が 続く。

代表的例において、試料１８は１インチの長さと０．２インチの直径を持っ１１ ００アル（ニウムから作製されそして試料１８’　は０．６３５インチの長さと ０２５１インチの直径を有した。イ硬さは試料１８１　の長さに沿って変化し、 硬さはその両端における約５１ＤＰＨ（ダイヤモンドポイント硬さ）からその中 央におゆる約４７ＤＰＨまで分布した。

第６図において、室１２内に別の試ｓＢｏか例示さオ゛建ている。試料２゛０は 試料１８より直径において小さくそして圧縮及び冷間加工後試料２０’　として 成形された。

硬度に及はす影響は第１図及び２図と関連して得られたのと実質同じであった。

しかし、冷間加工の割合が増加したので硬さも同じ（増加した。第１５図を参照 されたい。

第５図において、室１２内に同様の試料２２が示されている。試料２２の直径は 試料１８及び２ｏの［直径より小さかった。圧縮後、生Ｖ、試料２２’　は第σ 区（Ｃ示されるようにその長さに泪って変動する硬７団を有した。試桁２２は１ インチの公称長さを有しそして試料２２’　が０３６フインチの長さを有するよ う減寸された。試料２２の直径は０．１５インチでありそして試料２２’　が０ ２５１インチの直径を有するよう増大された。

試料はシリンダ状である必要はない。試料の形状が変るにつれ様々の効果が得ら れる。第７図に示されるように、切頭円錐の形態にある試料２４がｇ１２におい て圧縮される時、生成試料２４’　はシリンダ状であるが、その硬さは第８図に おいてその上端から下端までの方向に衝増する。

槙９図において、可動壁２８と囲まれた室３０を具備する同様のプレス２６が示 されている。室５０はシリンダ状部分３２とテーパ状部分３４を有する。試料６ ６はシリンダ状部分３３とテーパ状部分５５を有する。室のデーパ状部分６４の 長さは試料５６のテーバ状音：Ｘ分３５の長さく（対応する。圧縮後、試料５６ ’　は第１０区に示されるような硬さ値を有した。

試料３６　、３６’の代表的寸法は次の通りである。試料３６はそのシリンダ部 分３３において０．２インチの直径と０．７５インチの長さを有した。試料６６ のテーパ状部分３５はａ７５インチの長さを有した。試料３６’のテーパ状部分 ３５’は０．３７５インチの長さ及び０．２５１インチの直径を有した。試料３ ６′のテーパ状部分３５′の長さは０６８８インチであった。試料３６＋のシリ ンダ状部分３３’の硬さは実質一定であるが、そのテーノく状怖分３５’の硬さ は最小限量の冷間加工しか起らず従って最小硬さを有する尖端に向って減少、増 大そして後減少することにより変化する。第９及び１０図と関連して、直径はす べて圧縮中同じ割合で増大することが認められた。

第１１図に２いて、プレス３８は、シリンダ部分４０及び円椎部分４２により画 成される室を有する。室は可動の壁４４により閉成される。シリンダ部分４０内 には、実質同じ直径を持つ１１００アルミニウムの試料４６が装入される。試料 ４６の冷間加工は試料４６を円錐状試料４６′に変換する。硬さは試料４６’の 長さに沿って変動した。円錐の底面において、試料４６’の硬さは試料４６の元 の硬さと実質同じである。最大硬さは試料４６’の尖端で生じた。試料４６１の 円錐の底面における硬さは試料４６の元の硬さと実質同じであるから、試料４６ ＋は試料４６を切出したロンドのような任意の他の用具に冶金学的に容易に結合 されつる。

第１３図に示されるように、プレス６８内の試料４６に対して試料４８が代替さ れた。試料４８はシリンダ状部分４０の長さより長い長さを有しそして平坦な平 行端を有する１１００アルミニウムのシリンダである。シリンダ状試料４８の直 径はシリンダ状部分４００厘径より実質小さい。圧ｍ後、シリンダ状部分５０と テーパ状部分５２を有する試料４　Ｂ’が形成される。テーパ状部分５２は室の テーパ状部分４２の形状に冶い、他方シリンダ状部分５０は呈のシリンダ状部分 ４０の形状に清う。

試料４８′のシリンダ部分５０に沿う硬さは一様でそして試料４８のそれより大 きく、他方円錐状部分５２の硬さは尖端からシリンダ状部分５０に向けて増加し た。

第１６図は、硬さ対断面積で変化％のグラフである。

曲線Ａは試料４６’を表しそして曲祿Ｂは試料４　Ｂ’を夛す。

試料は、半分に切断されそして長手軸線′Ｖ−沿って硬さの読みがとられた。両 回線は互いに非常（Ｃ近（Ｕしそして統計的平均のベースにおいて直線としセ示 されうる。第１６図は硬さと断面績における変化％との間の所定の関係を例示す る。

第１７図は、変形を開始する為の力対冷間加工量のめやすである断面積変化％の 関イーを例示する。断面種変イヒ％が増加するにつれ、変化を開始する為の力＆ ま漸増する。

第１８図は試料直径が増加するにつれ菱形を開始する為の力が漸増することを例 示する。住方は試料の降伏辿さに直接相関する。

試＠飴果は、室の両端における壁の両方のうちの一方のみが移動するなら差異は 存在しな〜・ことを示した。成形速度は軍装な因子ではなかった。室の軸線に椙 って配置されるのとは異なり室の＠嗜に対して試料力；ずらされた時にも実質同 等の結果か達成された。すべての場合において、硬さは第１５図に示されるよう シ′こ冷間力ａ１量に比例して増大した。

本発明は、試料の長さに沿っての所定の部位にお℃・て所宏のイ鍵Ａ千で（１が さの髪吏を容易ならしメ７ｐ。六％　明ヲ実施するのに特殊な器具は必要とされ ない。従って、本発明は仕上り部品の取出しを容易にする為分割ダイを備える従 来型式の７５トン単動液圧プレスにおいて実施されうる。本発明は、これまでス ェージングにより達成されていた機能をもつと効率的にそして経済的に行うこと ができ、同時に秀れた表面仕上げ、スクラップ発生のないこと、厳密に管理され た直径及び長さのようなスェージングにより達成しえない特徴を実現し、以って 硬い芯と歌い外周部を有するバー、−ｐな性質を有する円錐状のバー等を生成す る。

試料ｉ　ｓ’のような簡単なシリンダの製造の手順は次の通りである。Ｄ２及び Ｌ２により定義されるような所望の圧縮寸法を決定する。Ｄ１／Ｄ２対最大引張 強さのグラフから必要とされるＤｌを選定する。定容積の式からＬｌを計算する ： その後、試料をＤｌ及びＬｌに機械加工する。その後、上述したよりな閉成室に おいて試料を圧縮する。

斯くして、本発明は予備決定硬さへの金属の冷間加工の注文設計を容易ならしめ 、同時にその最大引張類さを増加しそしてその％伸びを減少する。可動壁１６の 移動速度は関与する材料の硬さに依存して所望に応じて変更しうる。壁１６の代 表的移動速度はり、０５〜５０”インチ７分の範囲にある。大半の金属が５〜１ ０インチ／分の速兜で処理されうる。

本発明はその精神或いは必須特徴から逸脱することなく他の特定の形態に具現さ れえ、従って本発明の範囲を示すものとして上記明細書よりも添付請求の範囲を 参照すべきである。

ＦＩＧ、１５ 設問力〇二％ いｆｆｌｄ口２）＼支イ（４シち ＦＩＧ、１７ 断面積ｔにし　％ １１００アルミニジへ 試料Ｍミ　（可しブト） １１００’　７ｎ−〒−”７１−ｈ 手続補正書（万代） ％式％ 補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　ニーティーアイ　コーポレイション住　所　東京都中央区Ｈ本橋３丁目１ ３番１１号油脂上業会館電話２７３−６４３６番 住　所　同　」− 補正の対象 特許決算１８４条の５第１項の規定による書面の特許出願人の歩図面の翻訳文　 １通 妾仁状および胛訳文　各１通 補正の内容　別紙の通り 図面の翻訳文の浄書（内容に変更なし）国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．　金窩及び合金の強度を増加しそして／或いはその機械的性質を制御する為 の方法であって、（ａｌ　所望される強度或いは機械的性質を基・電として決定 された予備形状及び寸法を有する金属試料を生成すること、 （ｂｌ　前記予備成形試料を所望の最終周囲形状を画成する囲い込まれた室内に 導入し、その場合該予備成形試料の周面の少くとも一部を、前記室を足義する壁 の少くとも一部から、該試料のその部分において所望される強度或いは機械的性 質を実現するに必要とされる冷間加工量により決定される間隔の相対寸法でもっ て離間すること、 （Ｃ）　前記試料の一面を前記室の少くとも１つの可動壁と係合しそして該予備 成形試料を強制変形しそして圧縮行程端において核室を充満するに充分の大きさ でもって前記壁により連続圧縮力を適用し同時に長さを減縮しそして該試料の容 積を一定に維持すること、及び （ｄ）　前記室可動壁を試料の降伏強さが漸増するよう充分にゆっくりと移動す ることにまり前記圧縮力を適用し、そして可動壁の圧縮行程端において該試料の 全周面か該室壁と接触しそして用足の最終形状を実現するまで降伏強さが増加す るにつれ前記圧遥力の大きさを漸増すること を包含する金属及び合金の強度を増加しそして／或いはその機械的性質を制御す る為の方法。 ２、長さが横断寸法より大きい予備成形試料を使用することを含む請求のＭＪ坦 第１項記載の方法。 五　少くとも部分的に非シリンダ状である試料を使用することを含む請求の範囲 第１項記載の方法。 ４、　少くとも部分的に円錐状である囲い込み室を使用する請求の範囲第１項記 載の方法。 ５、　圧縮中すべての横断可法が同じ割合だけ増加するよう試料を変形すること を含む請求の範囲第１項記載の方法。 ６、　可動壁の速度が試料が横断寸法において増加するにつれ試料にス刀−ミン グ不安定性を呈せしめるよう光分に遅いものである請求の範囲第５項記載の方法 。 Ｚ　可動壁の速度が５〜１０インチ／分の範囲にある請求の範囲第１項記載の゛ 方法。 ８、　可動壁の速グが試料が横断寸法を増加するにつれ試料にスカーミング不安 定性を呈せしめるに充分遅い請求の範囲第１項記載の方法。 ２　試料の一端において元の硬さを笑角保持することを含む請求の範囲第１項記 載の方法。 １０　段４（ａ）が段階（ｃｌ及び（ｄｌが長さに沿って所定の範囲で硬さを変 動する試料を生成するような態様で行われる請求の範囲第１項記載の方法。 １１　軸ＨＫ　Ｇ　５室の面積分布がある幾何学的形から点まで変化する請求の 範囲第１項記載の方法。 １２．長さが横断寸法より実質大きな予備成形試料を使用し、前記可動壁を試料 が横断寸法を増加するにつれ試料にスカーミング不安定性を呈せしめるに充分遅 い速度で移動しそして段階（ａ）が段階（ｃ）及び（ｄ）が長さに沿って所定の 範囲内で硬さを変化する試料を生成するような態様で行われる請求の範囲第２項 記載の方法。 １３　段階（Ｃ）及び（ｄ）が試料の座屈を生ぜしめそして圧縮行程端において 所定の部品において所定の硬さを有する物品を生成するような態様で適用される 請求の範囲第１２項記載の方法。