(57)【要約】  熱クリープ延伸巻付け成形方法は、金属棒（１６）を、そのクリープ変形に適した温度範囲内の成形温度まで加熱するステップと、０．０５インチ／インチ／秒以下の歪み速度で当該金属棒に延伸力を加えるステップと、ダイ（１２）、好ましくは熱的および／または電気的に絶縁性の作業面（３４，３６）を有するダイ（１２）の周囲に当該金属棒を巻付けるステップとを含む。延伸力は一般に、０．５％から１５．０％の範囲の歪みを得るまで加えられる。金属棒（１６）は、最も好ましくは、その融解温度の０．４５から０．６０の範囲の成形温度を有するチタン合金である。巻付けられた金属棒は、定位置に保持され、その温度は、応力緩和のために、一般には５分から１２０分にわたって当該温度範囲内に維持される。好ましくは、金属棒（１６）は、処理全体にわたり、実質的に当該成形温度に保持される。ダイおよび金属棒の周囲の熱絶縁（６２）は、金属棒からの熱損失を減らす。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い金属棒を、前記金属棒のクリープ変形に適した温度範囲内の成形温度まで加熱するステップと、
前記加熱された金属棒に延伸力を加えるステップと、
巻付けられた金属棒を形成するために、前記加熱された金属棒をダイの周囲に巻付けるステップと、
前記巻付けられた金属棒の温度を少なくとも５分間、前記温度範囲内に維持しつつ、前記巻付けられた金属棒を巻付け位置に保持するステップとを含む、方法。
【請求項２】
保持する前記ステップは、前記巻付けられた金属棒の温度を少なくとも１０分間、前記温度範囲内に維持しつつ、前記巻付けられた金属棒を巻付け位置に保持するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
保持する前記ステップは、前記巻付けられた金属棒の温度を少なくとも２０分間、前記温度範囲内に維持しつつ、前記巻付けられた金属棒を巻付け位置に保持するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
保持する前記ステップは、前記巻付けられた金属棒の温度を少なくとも４０分間、前記温度範囲内に維持しつつ、前記巻付けられた金属棒を巻付け位置に保持するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
保持する前記ステップは、前記巻付けられた金属棒の温度を少なくとも６０分間、前記温度範囲内に維持しつつ、前記巻付けられた金属棒を巻付け位置に保持するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
保持する前記ステップは、前記巻付けられた金属棒に隣接して熱絶縁を位置付けて、前記巻付けられた金属棒からの熱損失を減らすステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
巻付ける前記ステップは、前記ダイのダイ面、および、前記ダイ面と前記加熱された金属棒との間に配設される熱的に絶縁性の材料の層の周囲に、前記加熱された金属棒を巻付けるステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
巻付ける前記ステップは、前記ダイの対向する側部と側部との間に延在する前記ダイのダイ面の周囲に、前記加熱された金属棒を巻付けるステップと、さらに、前記ダイの前記側部の各々にそれぞれ隣接して、熱絶縁の第１の層および第２の層を位置付けるステップとを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
加える前記ステップは、０．０５インチ／インチ／秒以下の歪み速度で、前記加熱された金属棒に延伸力を加えるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
加える前記ステップは、０．０５インチ／インチ／秒以下の歪み速度で、０．５％から１５．０％の範囲の歪みまで、前記加熱された金属棒に延伸力を加えるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
加熱する前記ステップは、０．４５から０．６０Ｔｍの温度範囲内の成形温度まで金属棒を加熱するステップを含み、Ｔｍは前記金属棒の融点である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
加える前記ステップは、０．００００５インチ／インチ／秒から０．００５インチ／イ
ンチ／秒の範囲の歪み速度で、前記加熱された金属棒に延伸力を加えるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
加熱する前記ステップは、６５０℃−９２５℃（１２０２°Ｆ−１６９０°Ｆ）の温度範囲内の成形温度まで前記金属棒を加熱するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
加熱する前記ステップは、１２５０°Ｆ−１４５０°Ｆの温度範囲内の成形温度まで、チタンで形成された金属棒を加熱するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
維持する前記ステップは、少なくとも５分間、前記成形温度から１５．０℃以内の温度において前記金属棒を維持するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
維持する前記ステップは、加える前記ステップ、巻付ける前記ステップ、保持する前記ステップ、および維持する前記ステップの全体にわたり、前記成形温度から３０．０℃以内の温度において前記金属棒を維持するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
加熱する前記ステップは、前記金属棒の全体にわたり実質的に均一な成形温度まで前記金属棒を加熱するステップと、さらに、加える前記ステップおよび巻付ける前記ステップの全体にわたり実質的に一定の温度で前記金属棒を維持するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
保持する前記ステップおよび維持する前記ステップの全体にわたり、実質的に一定の温度で前記金属棒を維持するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
加熱する前記ステップは、前記金属棒に電流を通して前記金属棒を抵抗加熱するステップを含み、巻付ける前記ステップは、電気的に絶縁性の材料の層が、金属ダイの外側表面を前記加熱された金属棒から分離して、前記金属棒と前記金属ダイとの間の電気伝達を防止する状態で、前記金属ダイの前記外側表面の周囲に前記加熱された金属棒を巻付けるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
巻付ける前記ステップは、熱的に絶縁性の材料および電気的に絶縁性の材料の少なくとも１つで形成される作業面の周囲に、前記加熱された金属棒を巻付けるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．技術分野
この発明は、金属部品、最も特定的には細長い金属棒の熱クリープ延伸成形（hot creep-stretch forming）に関する。より特定的に、この発明は、延伸巻付け成形が一般に難しいチタン、チタン合金、および類似の金属の熱延伸巻付け成形（hot stretch-wrap forming）に関する。特に、この発明は、熱的および電気的に絶縁された作業面を有するダイを用いた、メタルフォームの熱延伸巻付け成形に関する。
【背景技術】
【０００２】
２．背景情報
この発明は、高温で成形される細長い金属部品、特に、押出、鍛造、圧延、機械加工、またはこれらの処理の組合せによって製造される、チタン合金製の部品の熱延伸巻付け成形に関する。チタン合金は、その優れた機械的特性および腐食特性に加え、相対的に軽量であることにより、航空宇宙材料として広く用いられている。しかしながら、チタン合金の成形が一般に難しく、このような部品を正確に成形するために、チタン合金をかなりの温度まで加熱しなければならないことが周知である。チタン合金は、航空機の、輪郭成形された（contoured）構造部材に使用するのに極めて望ましいものであるが、輪郭成形されたこのような部材を成形する、経済的に実行可能で好適な方法が存在しないために、このような構造部材の成形は、非常に限定されている。高性能飛行機の翼弦等の、軽量かつ高強度の構造上の構成要素が所望されるのに伴い、このような部品の需要が一層高まっている。
【０００３】
細長いチタン部品を成形するのに現時点で利用可能な１つの処理が、「バンプ成形」として公知である。この処理は、予め定められた温度まで炉内で細長い部品を加熱し、その時点で、当該部品を炉から取出して成形プレスの成形ブロック上に配置することを含む。このプレスは、当該部品の局部的変形を生じる曲げ力を加える。部品の温度が成形中に急激に下がることから、成形に対する抵抗性が著しく増大する。したがって、バンプ成形は、この成形処理を完了させるために加熱サイクルの繰返しを必要とし、これにより、時間および費用がかかる。加えて、バンプ成形から生じる曲げモーメントにより、中立軸の上方にある部品の一部に引張り応力と、中立軸の下方に圧縮応力とが生じ、これにより、部品には、ひびおよび皺がそれぞれ生じる。部品内に大きな応力勾配が存在すると、成形部品の形状寸法の制御が難しくなる。加えて、部品の複雑な応力状態によって生じる局部的な変形は、部品内部において大きな残留応力の発生を助長し、高価な設備を用いた、オフラインでの応力緩和処理を必要とする。また、バンプ成形は、試行錯誤法に頼らずに必要な輪郭を得るためのガイド工具を有さないという欠点を有する。たとえば、フランジ間等の角度に沿った断面の構造上の整合性を維持することも難しい。成形部品の寸法上の整合性を高めるために、事後熱サイジングが提案されている。最後に、バンプ成形は、コンピュータシミュレーションに適さない。
【０００４】
熱延伸巻付け成形の一般的な概念は以前から公知であったが、先行技術の公知の方法は、成形が難しいチタン合金または他の材料からなる部品を経済的に成形するのには適さない。マロニー（Maloney）に付与された米国特許第２，９５２，７６７号は、細長い棒を延伸巻付け成形するための装置を開示しており、この細長い棒は、抵抗加熱により加熱され、ダイアセンブリ内で従来の加熱素子により加熱された金型の周りに巻付けられる。この構成の主な問題とは、加熱されたダイと金属部品とが互いに接触するのに伴って当該加熱されたダイと当該金属部品との間に生じる電気分流作用である。このことは、部品の局
部過熱および括れを招く。
【０００５】
モリス（Morris）他に付与された米国特許第４，０１１，４２９号は、上記の分流作用について述べており、ダイと細長い金属部品とを電気的に並列に接続してそれらを同じ電圧で加熱することにより、当該ダイと当該金属部品との両方を抵抗によって加熱してこの問題を克服しようとする。残念ながら、この構成は実用的ではない。なぜなら、ダイおよび部品の並行加熱によって法外な費用がかかり、かつ、複雑なダイの構成が必要となるためである。加えて、この方法は、その成形温度よりも実質的に低い温度まで部品を予熱することを必要とするが、その一方で、ダイが成形温度まで加熱されるため、当該部品の接触部分のみが、ダイに接触すると成形温度まで昇温されることとなり、その結果、部品の接触部分と非接触部分との間に不均一な降伏強度を生じてしまう。変形過程が均一ではないため、成形部品の構造上の整合性を維持すること、および、残留応力の発生を最小にすることが極めて難しい。
【０００６】
この発明は、以降の説明から明らかになるであろうこれらの問題および他の問題に対処する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
この発明は、細長い金属棒を、当該金属棒のクリープ変形に適した温度範囲内の成形温度まで加熱するステップと、当該加熱された金属棒に、０．０５インチ／インチ／秒以下の歪み速度で延伸力を加えるステップと、巻付けられた金属棒を形成するために、当該加熱された金属棒をダイの周囲に巻付けるステップとを含む方法を提供する。
【０００８】
図面全体にわたり、同じ番号は同じ部品を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
発明の詳細な説明
この発明の熱延伸巻付け成形装置は、図１の１０において包括的に示される。装置１０は、ダイ１２と、間隔をあけて配置された１対の掴み具１４とを含み、当該掴み具１４は、そのそれぞれの端部に隣接する細長い金属棒１６として示されるメタルフォームが加熱されてダイ１２の周囲に巻付けられるときに当該金属棒１６を延伸させるため、当該メタルフォームを締付けるように構成される。装置１０は、チタン合金からなる棒の熱クリープ延伸成形に特に有用である。掴み具１４は、図示されていないが当該技術では周知の揺動アームにそれぞれ取付けられる。掴み具１４の各々は、導体またはワイヤ２０を介して電源に通じており、金属棒１６を抵抗加熱するための電気回路を形成する。ワイヤ２２を介して電源１８に電気的に接続された複数の加熱素子２４を、ダイ１２を加熱するために、当該ダイ１２内に挿入することができる。ダイ１２は、Ｔ字型のダイ空隙２８（図２）を規定する空隙境界表面２６を有する。表面２６および空隙２８は、ダイ１２の第１の端部３０からダイ１２の第２の端部３２まで延在するアーチ型の構成を有する。絶縁の第１または内側の層３４と、第２のまたは外側の層３６とは、第１の層３４がダイ１２の第１の端部３０から第２の端部３２まで実質的に連続した態様でダイ１２の表面２６に当接した状態で、空隙２８内に配設される。第２の層３６も同様に、第１の端部３０から第２の端部３２まで実質的に連続した態様で、第１の層３４に当接する。層３４および３６は、表面２６に合致し、したがって、ほぼＴ字型の構成を有する。第２の層３６は、巻付け処理中に金属棒１６に当接する作業面３８を規定する。図２に示すように、金属棒１６はＴ字型の断面を有し、この断面は、Ｔ字型の空隙２８および作業面３８との噛み合い構成を有する。作業面３８は、棒１６が延伸巻付け処理中に配設されるＴ字型の作業空間４０を規定する。
【００１０】
より特定的に、第１の層３４および第２の層３６の各々は、最も好ましくは、熱的および電気的に絶縁性の材料で形成される。代替的に、層３４および３６の一方が熱的に絶縁性の材料で形成され、他方が電気的に絶縁された材料で形成されることも、所望であれば可能である。ダイ１２と棒１６との間に熱的絶縁および電気的絶縁を設けることが好ましいが、状況に応じて、熱的絶縁の層のみまたは電気的絶縁の層のみを使用し得ることも企図される。
【００１１】
例示的な実施例において、層３４および３６は、可撓性かつ耐熱性材料で形成される。これにより、層３４および３６は、ダイ空隙の形状に容易に合致する。加えて、このような可撓性の層を使用することにより、巻付け処理前の層の位置付けの際に融通性が得られる。たとえば、ダイの空隙内に金属棒を挿入する前に、（図示するように）ダイの空隙内に層を配設して、金属棒の一部またはすべての周囲に巻付けてよく、または、空隙と金属棒との間に単に浮かせておき、それにより、金属棒を空隙内に挿入することにより、絶縁材料を所望の形状に押圧することができる。層３４および３６は、一般に耐熱性のセラミックブランケットである。１つのこのような適切なセラミックブランケットが、カオウール（Kaowool）の名称で販売されている。このようなセラミックブランケットは一般に、先に述べた熱的絶縁特性および電気的絶縁特性の両方を提供し、セラミック織り繊維で形成される。このような可撓性ブランケットは、この目的のために有用ではなくなる程度まで劣化したときに、ダイの空隙または金属棒から容易に取外すこともできる。このようなセラミックブランケットは望ましい絶縁性材料の一形態であるが、この発明に必要とされ、かつ、巻付け処理中に使用される熱および圧力に耐え得る熱的および／または電気的絶縁特性を提供する、他の適切な材料および／またはコーティングを使用することができる。
【００１２】
装置１０はさらに、熱絶縁カバー６２を含み、この熱絶縁カバー６２は、棒１６がその初期位置において掴み具１４と掴み具１４との間で締付けられる際に、ダイ１２および金属棒１６をほぼ取囲む。カバー６２は、前壁６６から後壁６８まで、かつ、第１の側壁７０から第２の側壁７２まで延在する台形の上壁６４を含む。カバー６２はさらに、上壁６４と実質的に同じ形状を有する下壁７４（図２）を含む。カバー６２はドア７６を含み、このドア７６は、上壁６４の一部を含み、ヒンジ７８を介して、上壁６４のそれ以外の部分にヒンジ接続される。このヒンジ接続の設計の代わりに、格納式の設計を用いることもできる。ドア７６はまた、前壁６６と、下壁７４の一部とを含む。ドア７６は、図１−図４に示す閉じた位置と、図５に示す開いた位置との間で可動である。壁６４、６６、６８、および７４の各々は、一般に金属で形成された外側支持壁８０と、熱的絶縁の内側層８２とを含む。側壁７０および７２もまた、熱的絶縁の支持壁８０および層８２をそれぞれ含み得るが、壁７０および７２が、金属棒１６の初期位置から完成位置まで金属棒１６を移動させるように構成されていることに注意されたい。したがって、側壁７０および７２は、完全に開いているか、部分的に開いているか、または開いた位置と閉じた位置との間で可動であるか、のいずれかであり得、それにより、金属棒１６は、開いた位置において、初期位置から完成位置まで移動することができる。したがって、たとえば、側壁７０および７２は、このような開いた位置と閉じた位置との間で移動するために、上壁６４にヒンジ接続され得る。これらの側壁の代わりに、セラミック繊維またはブランケットの可撓性カーテンを用いることもできる。例示的な実施例において、上壁６４および下壁７４の絶縁層８２は、ダイ１２の上側表面および下側表面にそれぞれ当接し、一方で、ドア７６の絶縁層８２は、ダイ１２から外方向に間隔をあけて配置されて、それらの間に、金属棒１６の初期位置を規定する空間を規定する。カバー６２は、ダイ１２および金属棒１６の加熱を別個に制御し得ることを容易にする。カバーの説明および表示は、ヒンジ接続された設計に限定されない。たとえば、側壁用のセラミックブランケットまたは繊維からなる可撓性のカーテンを備えるか、または備えない、格納式摺動カバーを用いた他の方法およ
び設計は、この発明の範囲から除外されない。
【００１３】
装置１０の一般的な動作を、図１−図４を参照して説明する。図１を参照すると、電源１８を作動させて金属棒１６に電流を流し、金属棒１６を所望の予め定められた温度まで抵抗加熱する。この温度に一旦到達すると、掴み具１４は、矢印Ａに示す延伸力、すなわち、長手方向の引張り力または歪みを加える。一方、ダイ１２は、特定の状況に応じて加熱しても加熱しなくてもよい。ダイ１２が加熱され得る場合、電源１８を作動させて、ワイヤ２２および加熱素子２４を介してダイ１２を抵抗加熱することができる。ダイ１２を加熱するか否かにかかわらず、次に、掴み具１４をダイ１２の方に移動させて、棒１６を、図３および図４の矢印Ｂに示す作業空間４０内に移動させる。代替的に、またはそれと組合せて、ダイ１２と掴み具１４との間の相対運動を容易にするために、ダイ１２を移動させてよい。次に、掴み具１４を図４の矢印Ｃに示すように移動させて、層３６の作業面３８に棒１６を押付けてダイ１２の周囲に棒１６を巻付け、図４に示す成形部品のアーチ型の構成を生じる。金属棒１６をダイ１２の周囲に巻付ける間、この棒に対して長手方向の延伸力を継続して加える。このようにして、掴み具１４は、図１に示す装置１０の巻付け前の構成から、図４に示す巻付け後の構成に移行する。
【００１４】
層３４および／または３６の電気的絶縁特性により、この発明の背景の章で論じた、棒１６とダイ１２との間の電気分流が防止される。加えて、層３４および／または３６の熱的絶縁特性により、この特性がなければダイ１２の加熱時、特に、ダイ１２が均一に加熱されないときに、当該ダイ１２により生じることが考えられる、棒１６内のホットスポットの形成が最小限に抑えられるか、または解消される。また、この熱的絶縁特性は、公知の先行技術の構成に比べて実質的に低いレベルでダイ１２を加熱するか、またはダイ１２を加熱しないか、のいずれかでのダイ１２の使用を可能にする。
【００１５】
図６−図７を参照して、この方法をより特定的に説明する。図６は、０．１ｍｍの粒径を有する商業的に純粋なチタンについての概略的な応力／温度マップである。ここで、左側の数字は、正規化されたせん断応力（σｓ／μ）を表わし、右側の数字は、２０℃におけるせん断応力（ＭＮ／ｍ２）を表わし、上側の数字は、℃で表示した温度を表わし、下側の数字は、同相温度（Ｔ／Ｔｍ）を表わし、ここでＴは、°Ｋで表示した金属の温度であり、Ｔｍは、°Ｋで表示した金属の融解温度である。図６は、ハロルドＪ．フロスト（Harold J. Frost）およびマイケルＦ．アシュビー（Michael F. Ashby）による『変形−機構図：金属およびセラミックスの塑性およびクリープ（Deformation-Mechanism Maps：The Plasticity and Creep of Metals and Ceramics）』、ペルガモンプレス（Pergamon Press）、第１版（１９８２年１０月）、第５０頁の図６．１０から取ったものである。フロストおよびアシュビーにより作製されたこの図は、このようなチタンが、塑性変形により、拡散変形により、または、塑性変形もしくは拡散変形の発生を伴わないクリープ成形により、変形可能である特定の条件が存在することを示す。このようなクリープ変形は主に、図６の８４で示す領域において生じる。
【００１６】
出願人は、先行技術の方法の応力の問題を克服する高い品質を有する、熱延伸巻付け成形されたチタン合金の棒を生成するために、当該棒をこのようなクリープ変形に関連する特定の条件下で処理すべきであると判断した。図７に示すように、塑性に支配された（plasticity controlled）変形（ブロック８６）は、乏しい金属流動（metal flow）および加工硬化を生じ、このことは、成形の難しさにつながる。他方の極限において、拡散流動に支配された（diffusional flow controlled）変形（ブロック８８）は、高速度のクリープ変形を生じ、このことは、クリープ破壊につながる。加えて、拡散変形中の酸化および表面汚染により、αケースのチタン製品を生じる。それとは対照的に、特定のパラメータ内におけるクリープ成形（ブロック９０）は、塑性変形および拡散変形の悪影響をなくし、所望される高品質の製品を生産するのに必要とされる均一な変形を生じる。
【００１７】
より特定的に、金属棒１６は、０．４５から０．６０Ｔｍ（°Ｋ）（約６５０−９２５℃または１２０２−１６９０°Ｆ）の範囲の成形温度まで加熱され、当該金属棒１６の温度を上記範囲内に維持したまま、０．０５インチ／インチ／秒未満の制御された歪み速度において、０．５％から３．０％の歪みまで予備延伸される。この歪み速度は、好ましくは、０．００００５から０．００５インチ／インチ／秒の範囲である。歪みとは、棒１６（またはその一部）の延伸された長さと元の長さとの差を、当該棒またはその一部の元の長さでそれぞれ割ったものと規定される。好ましいチタン合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖにおいて、成形温度は１２５０−１４５０°Ｆの範囲である。次に同じ条件下で、層３４、３６、およびダイ表面２６の周囲において、金属棒１６をクリープ延伸巻付け成形する。上記の処理は、金属棒１６内の残留応力を最小にする。しかしながら、延伸巻付けのステップにより図４の湾曲した金属棒１６が一旦生成されると、掴み具１４は、層３４、３６、およびダイ表面２６に対して金属棒１６をこの湾曲した形態で保持し、その一方で、金属棒１６の温度を、５分から１２０分の範囲の保持期間にわたって連続して維持し、延伸および巻付け処理中に発生したことが考えられる残留応力を緩和する。この固有の保持期間は、棒１６が形成される金属の応力緩和特性に依存する。特定の状況に依存して、この保持期間中に、長手方向の延伸力を加えても加えなくてもよい。
【００１８】
最も好ましくは、金属棒１６は、クリープ予備延伸、クリープ延伸巻付け成形、および保持期間の全体にわたり、実質的に均一な温度（成形温度）に維持される。金属棒１６がこの成形温度まで一旦加熱されると、これらのステップの全体における温度は一般に、成形温度から３０℃以下、好ましくは１５℃以下変化する。金属棒１６の温度は、金属棒１６を単に加熱することにより、これらのステップの各々の全体にわたって維持することが可能であるが、保温カバー６２を使用すると、エネルギ消費を減らした状態でこの過程を大いに促進する。熱的絶縁特性を有する１つ以上の層３４、３６を使用することもまた、金属棒１６からの熱損失の防止を助け、したがって、処理中、特に、層３４、３６が金属棒１６の周囲に完全に巻付けられるときに、その温度の維持を助ける。或る場合において、所定の保持期間の持続時間にわたる、実質的に均一な温度の維持は、金属棒１６をさらに加熱することなく、カバー６２および／または層３４、３６によりもたらされる保温によってのみ達成され得る。棒１６の均一な温度は一般に、ダイ１２が別個に加熱されない場合、または、棒１６の成形温度よりも実質的に低い温度まで加熱される場合でも、維持される。
【００１９】
したがって、この処理は、スプリングバックが実質的になく、かつ、図８の先行技術の金属棒９６において誇張した態様で示す破断９２および座屈９４をそれぞれ生じ得る、所望しない引張り応力または圧縮応力を成形部品内に実質的に生じることのない、最終的な形態（図９）で、熱クリープ延伸巻付け成形された金属棒１６（図９）を生成する。この処理が金属棒１６内の残留応力を実質的に排除するため、金属棒１６のオフラインにおける成形後応力緩和処理の必要がなくなり、したがって、製造時間を実質的に短縮し、製造コストを実質的に下げる。この発明のさらに別の局面は、本明細書と同時に出願され、かつ、本明細書において引用により援用される、「細長い金属棒を熱成形するための方法および装置（Method And Apparatus For Hot Forming Elongated Metallic Bars）」と題された同時係属特許出願において、より詳細に記載されている。
【００２０】
成形パラメータと、３つの押出物をクリープ成形した結果とを、図１０および以下に含む表を参照して説明する。図１０は、第１の脚部１００と、そこから垂直に延在する第２の脚部１０２とを有するＬ字型の押出物または押出成形された棒９８を示す。棒９８は、以下に論じる試験済みの３つの押出物、より具体的には、押出物１、押出物２、および押出物３の各々を表わす。棒９８は、第１の脚部１００に沿って全幅Ｗ１を有し、脚部１０２に沿って全体厚さＴ１を有する。脚部１００は厚さＴ２を有し、脚部１０２は幅Ｗ２を
有する。試験済みの押出物の各々は、Ｔｉ６ＡＬ−４Ｖで形成された。試験済みの押出物の各々において、成形前の幅Ｗ１は１．６１０インチであり、厚さＴ１は２．２６０インチであり、幅Ｗ２は０．３５０インチであり、厚さＴ２は０．７８０インチであった。各押出物に関し、棒９８の断面積は、１．７９１平方インチであった。この発明の範囲は、例示のために上に提示した寸法または形状のいずれかに限定されない。全体厚さに対する全幅の比率は一般に、１：１から１０：１の範囲である。
【００２１】
【表１】
2009539620.tif 000003
【００２２】
表１に示すように、押出物１は、押出物１の成形温度にほぼ等しい温度まで加熱されたダイを用いる、変更された先行技術の処理を用いて成形された。加熱中に、ダイと押出物１との間の仕切りとしてセラミックウールブランケットが使用され、押出物１に対する分流作用を防止した。その後、抵抗加熱を行なうために押出物１を通る電流が遮断され、巻付け処理の直前に、このセラミックウールの仕切りが除去された。
【００２３】
押出物２および３は、セラミックウールおよびシリカの外装に対向する非加熱ダイを用いて成形された。これらの押出物はいずれも、巻付け処理前および巻付け処理中に、電気抵抗加熱により、成形温度まで加熱された。成形の完了後、これらの押出物は、セラミックウールブランケットの下で抵抗加熱を継続したまま定位置に保持された。表１から分かるように、変形した先行技術により成形された押出物１は、応力緩和後、部品に実質的な移動があったことを示すものの、押出物２および３は、予備延伸および成形後の保持による最小の移動を示した。
【００２４】
【表２】
2009539620.tif 000004
【００２５】
表２から判断できるように、押出物の成形部分および非成形部分において、引張り特性に実質的な差は存在しない。加えて、押出物の成形部分と非成形部分との間に、微細構造、αケース、および構造の均一性の差が実質的に存在しない。したがって、クリープ成形は、押出成形されて焼鈍した本来の棒に比べ、特性または微細構造の点で実質的な変化を生じない。
【００２６】
上記の説明では、簡潔さ、明瞭性、および理解のために、或る特定の用語を使用した。先行技術の要件を超えて、そこから不必要な限定が暗示されるべきではない。なぜなら、このような用語が説明の目的で使用されており、広く解釈されることを意図しているためである。
【００２７】
さらに、この発明の説明および例示は一例であり、この発明は、図示または記載した詳細そのものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の熱クリープ延伸成形装置の概略平面図であり、ダイの空隙内の熱的および電気的に絶縁性の材料と、当該ダイの周囲に巻付ける前の金属棒とを示す図である。
【図２】図１の線２−２における断面図であり、ダイの空隙内の絶縁性材料の２つの層を示す図である。
【図３】図２に類似した断面図であり、絶縁性材料が金属ダイと金属棒とを分離した状態で、ダイの空隙内に金属棒が挿入されることを示す図である。
【図４】図１に類似した図であり、図１の初期位置から図４の完成位置まで掴み具が移動して、細長い棒をダイの作業面の周囲に巻付けることを示す図である。
【図５】図３に類似した図であり、開いた位置にある被覆付きドアと、ダイの空隙から取外されている、延伸巻付け成形された金属棒とを示す図である。
【図６】商業的に純粋なチタンについての概略的な応力／温度マップであり、左側の数字は、正規化されたせん断応力を示し、右側の数字は、２０℃におけるせん断応力を示し、上側の数字は、℃で表示した温度を示し、下側の数字は、同相温度を示す図である。
【図７】塑性変形の領域、均一な変形の領域、および拡散変形の領域を示す概略図である。
【図８】熱延伸巻付け成形中に生じた応力により発生する座屈および破断を示す、先行技術の金属棒の概略平面図である。
【図９】図８と同様の図であり、この発明の熱延伸巻付け方法により成形された金属棒を示す図であり、この金属棒が、図８の先行技術の金属棒の座屈および破断を有さないことを示す図である。
【図１０】Ｌ字型の構成を有する金属棒の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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