(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定形状のチタン合金板材を超塑性する第１の工程と、
超塑性したチタン合金板材の各部の板厚を計測する第２の工程と、
板厚減少部分とその部位の板厚に応じて所定形状のチタン合金板材の組織を針状晶に変化させる位置と深さを設定する第３の工程と、
所定形状に切断したチタン合金板材の上記設定位置に相当する部位に上記設定深さに応じた量の電子ビームを照射する第４の工程と、
電子ビームを照射したチタン合金板材を超塑性する第５の工程と、
第５の工程で超塑性したチタン合金板材の各部の板厚を計測する第６の工程と、
第３の工程から第６の工程までを繰り返して所定形状のチタン合金板材の電子ビームの照射位置と照射条件を決定する第７の工程と、
所定形状のチタン合金板材を決定した照射位置と照射条件にしたがって電子ビームを照射して超塑性成形する第８の工程とを有することを特徴とするチタン合金板材の超塑性成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、航空機の機体構造、特に、耐熱性を必要とする部位に適用されるチタン合金部品を超塑性成形で製作する場合のチタン合金板材の超塑性成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チタン合金板材を用いた超塑性成形の加工方法は公知であるが、この加工方法により製作された製品１は、図６に示すように、板材の伸びの大きいところほど、すなわち深さの深いところほど肉厚が薄くなるため、底隅部１ａの肉厚ｔ１や底部１ｂの肉厚ｔ２は、均一にならない。
【０００３】
このような肉厚不均一を減少させる方法として、たとえば、特開昭６３−５６３１７号公報が知られている。この特開昭６３−５６３１７号公報に開示された技術手段は、超塑性成形による薄肉半球等の加工法であり、通常の成形では半球周辺部の肉厚が厚くなるため、半球の周辺部となる板厚部分を予め研削等の手段により薄肉化しておき、成形後の肉厚を均一にするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記超塑性成形による加工法では、単純形状品で板厚減少量が少なく、厚肉部と薄肉部との差が小さいものでは、研削量が少なくてすむため、材料ロスによるコストアップや機械加工によるコストアップはそれほど問題にならないが、複雑形状品で板厚減少量が大きく、厚肉部と薄肉部との肉厚差が大きいものでは、使用する材料の板厚が厚くて研削量を多くしなければならないため、材料ロスによるコストアップや機械加工によるコストアップが問題となる。
【０００５】
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、均一な肉厚のチタン合金成形品を材料ロスによるコストアップや機械加工によるコストアップを少なくしながら成形することを可能にするチタン合金板材の超塑性成形方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のチタン合金板材の超塑性成形方法は、所定形状のチタン合金板材を超塑性する第１の工程と、超塑性したチタン合金板材の各部の板厚を計測する第２の工程と、板厚減少部分とその部位の板厚に応じて所定形状のチタン合金板材の組織を針状晶に変化させる位置と深さを設定する第３の工程と、所定形状に切断したチタン合金板材の上記設定位置に相当する部位に上記設定深さに応じた量の電子ビームを照射する第４の工程と、電子ビームを照射したチタン合金板材を超塑性する第５の工程と、第５の工程で超塑性したチタン合金板材の各部の板厚を計測する第６の工程と、第３の工程から第６の工程までを繰り返して所定形状のチタン合金板材の電子ビームの照射位置と照射条件を決定する第７の工程と、所定形状のチタン合金板材を決定した照射位置と照射条件にしたがって電子ビームを照射して超塑性成形する第８の工程とから構成される。
【０００７】
【作用】
本発明のチタン合金板材の超塑性成形方法では、チタン合金板材の必要部分の組織を等軸晶から針状晶に変えることにより、その部分が超塑性挙動を示さないので、その部分の成形加工による板厚減少が少なくなり、成形品形状により必要な部位を板厚方向に必要な深さまで組織を変化させることで、均一な肉厚の成形品を得ることができる。
【０００８】
また、チタン合金板材の組織を変化させるだけなので、材料を無駄にする必要がなく、成形品の材料ロスによるコストアップはない。さらには、電子ビーム溶接機などを使用すれば、溶接条件を変えることにより、厚板から薄板までの対応が可能になり、板厚増加によるコストアップはほとんどない。
【０００９】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面につき説明する。
図１は本発明によるチタン合金板材の超塑性成形方法により作られた超塑性成形品１０を示す。この超塑性成形品１０は、図２に示すように、底隅部１０ａの肉厚ｔ１と底部１ｂの肉厚ｔ２とがほぼ同じである。
【００１０】
上記超塑性成形品１０を作るには、まず、成形品１０より厚い板厚ｔ０のチタン合金板材を製品形状を展開した所定の形状寸法に切断し、所定の形状寸法に切断したチタン合金板材１１を、超塑性成形手段を用いて製品形状に超塑性成形する。
【００１１】
つぎに、超塑性成形した製品形状の板厚のうちの板厚減少部位を検出し、その板厚減少部位の厚さを測定する。この板厚減少部位とその厚さからチタン合金板材の組織を針状晶に変化させる位置および深さを設定する。
【００１２】
つぎに、電子ビーム溶接機等を用いて、所定の形状寸法に切断したチタン合金板材１１の上記設定板厚減少部位に相当する部位に、板厚減少部位の厚みに応じた量の電子ビームを照射し、電子ビームの照射により組織を等軸晶から針状晶に変化させる。この組織を変化させる部分の幅や深さを決定するためには、図３に示すように、チタン合金板材１１の面に碁盤目状の模様１２をマーキングしておくことが望ましい。これにより、成形により板厚の減少する部位とその減少量が明確になる。これを基に組織を変化させる位置および深さが設定される。
【００１３】
板厚減少部位の厚みに応じた量の電子ビームを照射して組織を等軸晶から針状晶に変化させたチタン合金板材１１を、超塑性成形する試作工程を何度か繰り返すことにより、チタン合金板材における電子ビームの照射位置と照射条件を決定する。
【００１４】
つぎに、所定の形状寸法に切断したチタン合金板材１１に、図４に示すように、前記決定した照射位置Ａに決定した照射条件で電子ビームを照射して、図５に示すように、チタン合金板材１１に電子ビームの照射により組織を等軸晶から針状晶に変化させた区域１３を形成し、このようにして、組織を変化させたチタン合金板材１１を製品形状に超塑性成形する。
【００１５】
超塑性成形された成形品１０は、図２に示すように、組織を等軸晶から針状晶に変化させた区域１３では超塑性成形されず、等軸晶組織の部分のみ超塑性成形されるため、成形品１０の肉厚は底隅部１０ａと底部１ｂとがほぼ同じ厚さとなる。
【００１６】
代表的なチタン合金であるＴｉ６Ａｌ４Ｖ合金を素材とした場合、超塑性成形の条件としては一般的に、温度が９００℃で、ひずみ速度が１×１０−３〜１×１０−４／秒が用いられる。なお、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ合金素材では、等軸晶から針状晶に組織が変化しても、大きな機械的特性の劣化はない。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、材料をロスすることなく超塑性成形品の肉厚を均一にすることができ、不要な重量増を防ぐことができる。また、超塑性成形品の肉厚を局部的に増加させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるチタン合金板材の超塑性成形方法により成形された超塑性成形品の斜視図。
【図２】図１の超塑性成形品の断面図。
【図３】所定の形状寸法に切断したチタン合金板材の斜視図。
【図４】本発明によるチタン合金板材の超塑性成形方法の中間段階を示す図。
【図５】図４の段階で組織が変化した状態を示す図。
【図６】従来の超塑性成形品の断面図。
【符号の説明】
１０  超塑性成形品
１１  チタン合金板材
１３  組織を変化させた区域
【図１】
0003565931.tif 000002
【図２】
0003565931.tif 000003
【図３】
0003565931.tif 000004
【図４】
0003565931.tif 000005
【図５】
0003565931.tif 000006
【図６】
0003565931.tif 000007