(57)【要約】金属物品を成形する方法は、金属物品の局所領域を成形温度まで直接的および／または間接的に誘導加熱することを含む。該金属物品は、チタン合金、ニッケル基合金、および特殊鋼、例えば、ステンレス鋼、高強度低合金鋼、装甲鋼合金等、から選択される材料を含んでもよい。該成形温度は、該物品を含む金属材料の融解温度の０．２〜０．５倍の成形温度範囲内であってもよい。該金属物品は、該局所領域内で成形される。金属物品の局所領域を間接的および直接的に誘導加熱するための装置が開示される。本明細書に教示される方法および／または装置に従って加工された金属物品を含む物品も開示される。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属物品を成形する方法であって、
金属物品の局所領域を、材料の融解温度の０．２０〜０．５０倍の成形温度範囲内である、成形温度まで誘導加熱することと、
前記局所領域内の前記金属物品を成形することと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記金属物品を成形することは、曲げ加工、延伸加工、パンチング加工、スタンピング加工、およびロール成形加工のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属物品は、チタン合金、ニッケル基合金、ステンレス鋼合金、高強度低合金鋼、および装甲鋼合金から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属物品は、インゴット、ビレット、ブルーム、丸鋼、角鋼、押出材、管、パイプ、スラブ、シート、およびプレートから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属物品は、プレートであり、前記局所領域は、線形領域を含み、前記金属物品を成形することは、前記線形領域内の前記金属物品を曲げることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記金属物品は、チタン合金を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記金属物品は、ＡＳＴＭグレード５、６、１２、１９、２０、２１、２３、２４、２５、２９、３２、３５、３６、および３８のチタン合金からなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記金属物品は、特殊鋼を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記金属物品は、５００ＢＨＮ鋼装甲、６００ＢＨＮ鋼装甲、７００ＢＨＮ鋼装甲、高強度低合金鋼、ＲＨＡ合金、ＨＨＡ合金、およびＵＨＨ合金から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属物品は、ニッケル基合金を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属物品は、少なくとも０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属物品は、少なくとも０．１８７５インチ（４．７６３ｍｍ）の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属物品は、Ｔｉ−４ＡＩ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ−０．２５Ｏ２チタン合金（ＵＮＳ  ５４２５０）を含み、前記成形温度範囲は、７２８°Ｆ〜８７４°Ｆ（３８７℃〜４６８℃）である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記金属物品は、チタン合金を含み、前記成形温度範囲は、７００°Ｆ〜９００°Ｆである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記局所領域を誘導加熱することは、前記局所領域を少なくとも１つの誘導加熱器によって前記成形温度範囲内の温度まで加熱することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記局所領域内の前記金属物品を成形することは、前記局所領域内の前記金属物品を少なくとも２ｔの半径まで曲げることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記局所領域内の前記金属物品を成形することは、前記局所領域内の前記金属物品を少なくとも１ｔの半径まで曲げることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
成形後、前記金属物品の前記局所領域は、線状欠陥磁粉模様および亀裂を含まない、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
金属プレートを曲げる方法であって、
金属プレートの線形領域を、金属プレートの融解温度の０．２〜０．５倍の曲げ温度範囲内である、曲げ温度まで誘導加熱することと、
前記線形領域内の前記金属プレートを曲げることと、
を含む、方法。
【請求項２０】
前記金属プレートは、チタン合金、ニッケル基合金、ステンレス鋼合金、高強度低合金鋼、および装甲鋼合金から選択される材料を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記金属プレートは、チタン合金を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記金属プレートは、ＡＳＴＭグレード５、６、１２、１９、２０、２１、２３、２４、２５、２９、３２、３５、３６、および３８のチタン合金からなる群から選択される材料を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記金属プレートは、特殊鋼を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記金属プレートは、４００ＢＨＮ鋼装甲、５００ＢＨＮ鋼装甲、６００ＢＨＮ鋼装甲、７００ＢＨＮ鋼装甲、高強度低合金鋼、ＲＨＡ合金、ＨＨＡ合金、およびＵＨＨ合金から選択される材料を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記金属プレートは、少なくとも０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）の厚さを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記金属プレートは、少なくとも０．１８７５インチ（４．７６３ｍｍ）の厚さを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記金属プレートは、Ｔｉ−４ＡＩ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ−０．２５Ｏ２チタン合金（ＵＮＳ  ５４２５０）を含み、前記曲げ温度範囲は、７２８°Ｆ〜８７４°Ｆ（３８７℃〜４６８℃）である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記金属プレートは、チタン合金を含み、前記曲げ温度範囲は、７００°Ｆ〜９００°Ｆである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記線形領域を誘導加熱することは、前記線形領域を少なくとも１つの誘導加熱器で前記曲げ温度範囲内の温度まで加熱することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記線形領域内の前記金属プレートを曲げることは、前記線形領域内の前記金属プレートを少なくとも２ｔの半径まで曲げることを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
前記線形領域内の前記金属プレートを曲げることは、前記線形領域内の前記金属プレートを少なくとも１ｔの半径まで曲げることを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
成形後、前記金属物品の前記局所領域は、線状欠陥磁粉模様および亀裂を含まない、請求項１９に記載の方法。
【請求項３３】
金属材料を成形する方法であって、
鉄合金表面上に金属および金属合金から選択される材料を含む金属物品を配置することと、
前記金属物品の局所領域と接触する前記鉄合金表面の局所領域を所定の温度まで誘導加熱し、それによって、前記金属物品の前記局所領域を成形温度範囲内の成形温度まで伝導加熱することと、
前記金属物品の前記局所領域内の前記金属物品を成形することと、
を含む、方法。
【請求項３４】
前記金属物品は、チタン合金、ニッケル基合金、ステンレス鋼合金、高強度低合金鋼、および装甲鋼合金から選択される材料を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記成形温度範囲は、前記金属物品の融解温度の０．２〜０．５倍である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記金属物品は、チタン合金を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記金属物品は、ＡＳＴＭグレード５、６、１２、１９、２０、２１、２３、２４、２５、２９、３２、３５、３６、および３８のチタン合金からなる群から選択される材料を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記金属物品は、ニッケル基合金を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記金属物品は、特殊鋼を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
前記金属物品は、４００ＢＨＮ鋼装甲、５００ＢＨＮ鋼装甲、６００ＢＨＮ鋼装甲、７００ＢＨＮ鋼装甲、高強度低合金鋼、ＲＨＡ合金、ＨＨＡ合金、およびＵＨＨ合金から選択される材料を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４１】
前記金属物品は、プレートであり、前記局所領域は、線形領域を含み、前記局所領域内の前記金属物品を成形することは、前記線形領域内の前記プレートを曲げることを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４２】
前記金属物品は、少なくとも０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）の厚さを有する、請求項３３に記載の方法。
【請求項４３】
前記金属物品は、少なくとも０．１８７５インチ（４．７６３ｍｍ）の厚さを有する、請求項３３に記載の方法。
【請求項４４】
前記金属物品は、Ｔｉ−４ＡＩ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ−０．２５Ｏ２チタン合金（ＵＮＳ  ５４２５０）を含み、前記成形温度範囲は、７２８°Ｆ〜８７４°Ｆ（３８７℃〜４６８℃）である、請求項３３に記載の方法。
【請求項４５】
前記金属物品は、チタン合金を含み、前記成形温度範囲は、７００°Ｆ〜９００°Ｆである、請求項３３に記載の方法。
【請求項４６】
前記鉄合金表面の前記局所領域を誘導加熱することは、前記鉄合金表面の前記局所領域を少なくとも１つの誘導加熱器で加熱することを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４７】
前記局所領域内の前記金属物品を成形することは、前記局所領域内の前記金属物品を少なくとも２ｔの半径まで曲げることを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４８】
前記局所領域内の前記金属物品を成形することは、前記局所領域内の前記金属物品を少なくとも１ｔの半径まで曲げることを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４９】
成形後、前記局所領域は、線状欠陥磁粉模様および亀裂を含まない、請求項３３に記載の方法。
【請求項５０】
前記金属物品は、インゴット、ビレット、ブルーム、丸鋼、角鋼、押出材、管、パイプ、スラブ、シート、およびプレートから選択される、請求項３３に記載の方法。
【請求項５１】
金属プレートを曲げる方法であって、
鉄合金表面上に金属および金属合金から選択される材料を含む金属プレートを配置することと、
前記金属プレートの線形領域と接触する前記鉄合金表面の線形領域を所定の温度まで誘導加熱し、それによって、前記金属プレートの前記線形領域を曲げ温度範囲内の曲げ温度まで伝導加熱することと、
前記金属プレートの前記線形領域内の前記金属プレートを曲げることと、
を含む、方法。
【請求項５２】
前記曲げ温度範囲は、前記材料の融解温度の０．２〜０．５倍である、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記金属プレートは、チタン合金、ニッケル基合金、ステンレス鋼合金、高強度低合金鋼、および装甲鋼合金から選択される材料を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
前記金属プレートは、チタン合金を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５５】
前記金属プレートは、ＡＳＴＭグレード５、６、１２、１９、２０、２１、２３、２４、２５、２９、３２、３５、３６、および３８のチタン合金からなる群から選択される材料を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５６】
前記金属プレートは、ニッケル基合金を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５７】
前記金属プレートは、特殊鋼を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５８】
前記プレートは、５００ＢＨＮ鋼装甲、６００ＢＨＮ鋼装甲、７００ＢＨＮ鋼装甲、高強度低合金鋼、ＲＨＡ合金、ＨＨＡ合金、およびＵＨＨ合金から選択される材料を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５９】
前記金属プレートは、少なくとも０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）の厚さを有する、請求項５１に記載の方法。
【請求項６０】
前記金属プレートは、少なくとも０．１８７５インチ（４．７６３ｍｍ）の厚さを有する、請求項５１に記載の方法。
【請求項６１】
前記金属プレートは、Ｔｉ−４ＡＩ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ−０．２５Ｏ２チタン合金（ＵＮＳ  ５４２５０）を含み、前記曲げ温度範囲は、７２８°Ｆ〜８７４°Ｆ（３８７℃〜４６８℃）である、請求項５１に記載の方法。
【請求項６２】
前記金属プレートは、チタン合金を含み、前記曲げ温度範囲は、７００°Ｆ〜９００°Ｆである、請求項５１に記載の方法。
【請求項６３】
前記鉄合金表面の前記線形領域を誘導加熱することは、前記鉄合金表面の前記線形領域を少なくとも１つの誘導加熱器で加熱することを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項６４】
前記線形領域内の前記金属プレートを曲げることは、前記線形領域内の前記金属プレートを少なくとも２ｔの曲げ半径まで曲げることを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項６５】
前記線形領域に沿って前記金属プレートを曲げることは、前記線形領域内の前記金属プレートを少なくとも１ｔの曲げ半径まで曲げることを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項６６】
曲げた後、前記線形領域は、線状欠陥磁粉模様および亀裂を含まない、請求項５１に記載の方法。
【請求項６７】
金属および金属合金から選択される材料を含む金属物品の局所加熱用の装置であって、
鉄合金表面を含む支持体と、
少なくとも１つの誘導加熱デバイスと、を備え、
前記少なくとも１つの誘導加熱デバイスは、前記鉄合金表面の局所領域を誘導加熱するように位置付けおよび適合され、
前記鉄合金表面の前記誘導加熱される局所領域は、前記鉄合金表面上に位置付けられる金属および金属合金から選択される材料を含む金属物品の局所領域を所定の温度まで加熱するように適合される、
装置。
【請求項６８】
前記支持体は、前記鉄合金表面を含む鉄合金シートおよび前記鉄合金表面を含む鉄合金プレートのうちの少なくとも１つを含む、請求項６７に記載の装置。
【請求項６９】
前記鉄合金表面は、鋼合金表面を含む、請求項６７に記載の装置。
【請求項７０】
前記鉄合金表面は、炭素鋼、鋼合金、およびステンレス鋼から選択される１つ以上の材料を含む、請求項６７に記載の装置。
【請求項７１】
前記少なくとも１つの誘導加熱デバイスは、前記鉄合金表面の所定の局所領域を誘導加熱するように調整される、請求項６７に記載の装置。
【請求項７２】
前記少なくとも１つの誘導加熱デバイスは、前記鉄合金表面の反対側に位置付けられ、前記鉄合金表面の所定の線形領域を誘導加熱するように適合される、請求項６７に記載の装置。
【請求項７３】
金属および金属合金から選択される材料を含む金属物品の局所加熱用の装置であって、
支持体表面を含む支持体と、
少なくとも１つの誘導加熱デバイスと、を備え、
前記少なくとも１つの誘導加熱デバイスは、金属物品の局所領域を所定の温度まで誘導加熱するように位置付けおよび適合され、かつ前記支持体表面上に位置付けられ、
前記支持体および前記支持体表面は、前記少なくとも１つの誘導加熱デバイスによって加熱されない材料を含む、
装置。
【請求項７４】
前記支持体および前記支持体表面は、耐熱材料を含む、請求項７３に記載の装置。
【請求項７５】
前記支持体および前記支持体表面は、酸化アルミニウム、酸化シリコン、アルミノケイ酸塩、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、炭化ケイ素、耐火粘土、耐火レンガ、マグネサイト鉱石、ドロマイト鉱石、およびクロム鉱石のうちの１つ以上を含む、請求項７３に記載の装置。
【請求項７６】
前記少なくとも１つの誘導コイルの周波数は、前記金属物品を含む前記材料の熱に合わせられる、請求項７３に記載の装置。
【請求項７７】
前記特定の金属合金は、チタン合金であり、前記誘導コイルの前記周波数は、１ＫＨｚに合わせられる、請求項７６に記載の装置。
【請求項７８】
金属および金属合金から選択される材料を含む金属物品を曲げるためのシステムであって、
加熱装置であって、
鉄合金表面を含む支持体と、
少なくとも１つの誘導加熱デバイスと、を備え、
前記少なくとも１つの誘導加熱デバイスは、前記鉄合金表面の所定の線形領域を誘導加熱するように位置付けおよび適合され、
前記鉄合金表面の前記誘導加熱される線形領域は、前記鉄合金表面上に位置付けられる金属物品の線形領域を曲げ温度範囲内の曲げ温度まで伝導加熱するように適合される、
加熱装置と、
前記鉄合金表面に近接して位置付けられ、かつ前記線形領域が前記曲げ温度範囲未満に冷却する前に前記線形領域内の前記金属物品を曲げるように適合される、金属材料曲げ装置と、を備える、
システム。
【請求項７９】
金属および金属合金から選択される材料を含む金属物品を曲げるためのシステムであって、
加熱装置であって、
支持体表面を含む支持体と、
少なくとも１つの誘導加熱デバイスと、を備え、
前記少なくとも１つの誘導加熱デバイスは、前記支持体表面上に位置付けられる金属物品の局所領域を曲げ温度範囲内の曲げ温度まで誘導加熱するように位置付けおよび適合され、
前記支持体および前記支持体表面は、前記少なくとも１つの誘導加熱デバイスによって加熱されない材料を含む、
加熱装置と、
前記支持体および前記支持体表面に近接して位置付けられ、かつ前記線形領域が前記曲げ温度範囲未満に冷却する前に前記線形領域内の前記金属物品を曲げるように適合される、金属材料曲げ装置と、を備える、
システム。
【請求項８０】
チタン合金、ニッケル基合金、特殊鋼合金、ステンレス鋼合金、高強度低合金鋼（ＨＳＬＡ）、および装甲鋼合金のうちの少なくとも１つと、
少なくとも２ｔの曲げ半径を有する少なくとも１つの曲げ領域と、
を備える、成形された弾道装甲プレート。
【請求項８１】
前記成形された弾道装甲プレートは、少なくとも０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）の厚さを有する、請求項８０に記載の成形された弾道装甲プレート。
【請求項８２】
前記成形された弾道装甲プレートは、少なくとも０．１８７５インチ（４．７６３ｍｍ）の厚さを有する、請求項８０に記載の成形された弾道装甲プレート。
【請求項８３】
前記成形された弾道装甲プレートは、モノリス船体、Ｖ字型船体、爆発保護用車両下腹部、および包囲体のうちの１つである、請求項８０に記載の成形された弾道装甲プレート。
【請求項８４】
請求項８０〜８３のいずれか一項に記載の成形された弾道装甲プレートを備える製造品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、直接的または間接的な局所誘導加熱を用いて、成形困難な金属材料、すなわち、金属および金属合金を成形する方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
背景技術の説明
例えば、チタン、チタン合金、ニッケル基合金、および特殊鋼（例えば、ステンレス鋼、高強度低合金鋼（ＨＳＬＡ）、装甲鋼合金等）を含むある特定の金属および金属合金を成形するのが難しいことが一般的に知られている。そのような金属材料は、概して、本明細書において「成形困難な」金属材料と称される。成形困難な金属材料は、概して、厚さ、幅、および／または長さが増大するにつれて、成形するのがより困難になる。多くの成形困難な金属材料を、大規模かつ高価な一連の加工工程を使用することなく、所望の形状または構成要素に効果的かつ効率的に成形することはできない。成形困難な金属材料から部品を作製する従来技術には、複数の部品を共に溶接すること、所望の形状を提供するために全ての部分を機械加工または加工削り出しすること、ならびにネット形状鋳造すること、鍛造すること、超塑性成形すること等の高度な成形技術が含まれる。多くの従来の部品作製技術には、金属特性の劣化によりその技術が成形困難な金属材料で使用できなくなるため、限界がある。例えば、熱影響域は、溶接に起因する場合があり、容易に検知できない機械加工および鋳造欠陥が存在する場合がある。従来の成形困難な金属材料の成形は、通常、表面修理、平坦性制御、寸法安定性、表面的修理、および所望の機械的特性の調整／回復のための重大な成形後作業を含む。
【０００３】
製造者は、ローズバッドトーチ技術等の従来のオープントーチ技術による成形困難な金属または金属合金の直接加熱を採用している。しかしながら、これらの方法での成功にはむらがあり、概して、構成要素または部品のサイズが増大するにつれて、成功率が低下する。温度制御不足および加熱の均一性不足が、そのような方法の共通の欠点である。例えば、オープントーチ技術を使用してα＋β型チタン合金プレートの曲げ領域を加熱することは、温度制御不足のため望ましくない相変態を引き起こし、プレート中心線に向かって移動するα＋β相微細構造の濃度増加とともに、プレートの表面にβ相をもたらし得る。
【０００４】
成形困難な金属材料を曲げるための他の既知の方法は、概して、成形前および／または成形中の高温加熱を含む。そのような加工は、部品の成形を可能にするために複数の加熱工程を必要とする場合がある。さらに、高温成形は通常、アニーリング、表面調整、ピックリング、寸法の安定化、および／または追加の再加工等の成形後作業を必要とする。また、そのような高温作業は、成形された構成要素の部品サイズおよび寸法に応じて大型の炉が必要とし得る。ロジスティックス、実現可能性、および費用は、操作、スケジューリング、およびコストの視点からそのような加工を非現実的にする場合がある。
【０００５】
成形困難な金属材料を成形するために改善された技術を開発することが試みられている。例えば、米国特許第６，０７１，３６０号は、厚いチタン合金プレートの超塑性成形のための方法を開示する。このプレートは、例えば１６５０°Ｆ（８９８．９℃）の超塑性温度まで加熱され、プレスラムを使用して成形が行われる。成形されたプレートを機械加工することにより部品の完成が達成される。米国特許第６，０７１，３６０号は、厚さ７．８７インチ（２０ｃｍ）のプレートが、内径曲げ５インチ（１２．７ｃｍ）〜６インチ（１５．２４ｃｍ）によって約１３０°まで曲げられ可能であることを記載する。米国特許第６，０７１，３６０号の実施形態では、厚さ２インチ（５．０８ｃｍ）のプレートは、３０×６０インチ（７６．２×１５２．４ｃｍ）の領域の上の深さ１２インチ（３０．４８ｃｍ）を超える複雑な湾曲とともに成形された。米国特許第６，０７１，３６０号の特許に記載された方法の１つの欠点は、合金プレート内に超塑性を得るために必要とされる高温かつ特殊な器具である。
【０００６】
上述の観点から、成形困難な金属材料を曲げる、および他の方法で成形するための改善法に対する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の一態様に従って、金属物品を成形する方法は、金属物品の局所領域を成形温度まで誘導加熱することを含む。非限定的実施形態では、成形温度は、金属物品が構成される材料の融解温度の０．２０〜０．５０倍の成形温度範囲内である。局所領域を誘導加熱した後、金属物品は、局所領域において成形される。非限定的実施形態では、金属物品を成形することは、曲げ加工、延伸加工、パンチング加工、スタンピング加工、およびロール成形加工のうちの少なくとも１つを含む。ある特定の非限定的実施形態では、金属物品は、チタン合金、ニッケル基合金、ステンレス鋼合金、高強度低合金鋼、および装甲鋼合金から選択される材料を含む。
【０００８】
本開示の別の態様に従って、金属プレートを曲げる方法は、金属プレートの線形領域を曲げ温度まで誘導加熱することを含む。非限定的実施形態では、曲げ温度は、金属プレートが構成される金属材料の融解温度の０．２〜０．５倍の曲げ温度範囲内である。金属プレートの線形領域を誘導加熱した後、プレートは、線形領域に沿って（すなわち、中で）曲げられる。非限定的実施形態では、金属プレートが構成される金属材料は、チタン合金、ニッケル基合金、ステンレス鋼合金、高強度低合金鋼、および装甲鋼合金から選択される材料である。
【０００９】
さらに、本開示の別の態様に従って、金属材料を成形する方法は、鉄合金表面上に金属および金属合金から選択される材料を含む金属物品を配置することを含む。鉄合金表面は、金属物品の局所領域と接触する鉄合金表面の局所領域内の所定の温度まで誘導加熱され、それによって、金属物品の局所領域は、成形温度範囲内の成形温度まで伝導加熱される。金属物品は、局所領域内に成形される。非限定的実施形態では、金属物品は、チタン合金、ニッケル基合金、ステンレス鋼合金、高強度低合金鋼、および装甲鋼合金から選択される金属材料を含む。別の非限定的実施形態では、成形温度範囲は、金属材料の融解温度の０．２〜０．５倍である。
【００１０】
本開示のさらなる態様に従って、金属プレートを曲げる方法は、鉄合金表面上に金属および金属合金から選択される金属材料を含む金属プレートを配置することを含む。プレートの線形領域と接触する鉄合金表面の線形領域は、所定の温度まで誘導加熱され、それによって、金属プレートの線形領域は、曲げ温度範囲内の曲げ温度まで伝導加熱される。金属プレートは、金属プレートの線形領域内において曲げられる。非限定的実施形態では、曲げ温度範囲は、金属材料の融解温度の０．２〜０．５倍である。他の非限定的実施形態では、金属プレートは、チタン合金、ニッケル基合金、ステンレス鋼合金、高強度低合金鋼、および装甲鋼合金から選択される金属材料を含む。
【００１１】
さらに、本開示のさらなる態様に従って、金属および金属合金から選択される材料を含む金属物品の間接的な局所加熱のための装置は、鉄合金表面を含む支持体および少なくとも１つの誘導加熱デバイスを含む。少なくとも１つの誘導加熱デバイスは、鉄合金表面の局所領域を誘導加熱するように位置付けおよび適合される。鉄合金表面の誘導加熱される局所領域は、鉄合金表面上に位置付けられる金属物品の局所領域を所定の温度まで加熱するように適合される。
【００１２】
さらに、本開示の別の態様に従って、金属および金属合金から選択される材料を含む金属物品の直接的な局所加熱のための装置は、支持体表面を含む支持体を含む。少なくとも１つの誘導加熱デバイスは、支持体表面上に位置付けられる金属物品の局所領域を所定の温度まで誘導加熱するように位置付けおよび適合される。支持体および支持体表面は、少なくとも１つの誘導加熱デバイスにより誘導加熱されない材料を含む。
【００１３】
本開示のさらなる態様は、金属および金属合金から選択される材料を含む金属物品を曲げるためのシステムに関する。システムは、鉄合金表面および少なくとも１つの誘導加熱デバイスを含む支持体を含む。少なくとも１つの誘導加熱デバイスは、鉄合金表面の所定の線形領域を誘導加熱するように位置付けおよび適合される。鉄合金表面の誘導加熱される線形領域は、鉄合金表面上に位置付けられる金属物品の線形領域を曲げ温度範囲内の曲げ温度まで伝導加熱するように適合される。システムは、鉄合金表面に近接して位置付けられ、かつ線形領域が曲げ温度範囲未満に冷却する前に線形領域に沿って金属物品を曲げるように適合される、金属材料曲げ装置をさらに含む。
【００１４】
本開示の別の態様は、チタン合金、ニッケル基合金、ステンレス鋼合金、高強度低合金鋼、および装甲鋼合金から選択される金属材料を含む成形された弾道装甲プレートを目的とし、プレートは、少なくとも２ｔの曲げ半径を有する少なくとも１つの曲げ領域を有する。成形された弾道装甲プレートは、例えば、モノリス船体、Ｖ字型船体、爆発保護用車両下腹部、または包囲体として提供されてもよい。
【００１５】
本開示のさらなる態様は、本開示により成形された弾道装甲プレートを含む製造品に関する。成形された弾道装甲プレートは、例えば、モノリス船体、Ｖ字型船体、爆発保護用車両下腹部、または包囲体の形態であってもよい。ある特定の実施形態では、成形された弾道装甲プレートは、チタン合金、ニッケル基合金、ステンレス鋼合金、高強度低合金鋼、および装甲鋼合金のうちの１つを含んでよく、少なくとも２ｔの曲げ半径を有する少なくとも１つの曲げ領域を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本明細書に記載のある特定の非限定的実施形態の特性および優位性を、添付図面を参照することにより、より良く理解することができる。
【図１】成形困難な金属材料を含む物品を成形するための方法の本開示による非限定的実施形態のフロー図である。
【図２】成形困難な金属材料のプレートまたはシートの線形領域を誘導加熱することを含む方法の本開示による非限定的実施形態の概略図である。
【図３】成形困難な金属材料のプレート、シート、または他の物品を曲げるか、または他の方法で成形するための方法の本開示による非限定的実施形態のフロー図である。
【図４】金属物品を成形するために成形困難な金属プレート、シート、または他の物品の線形領域または他の局所領域を間接的に加熱する間接的誘導加熱を使用する方法の本開示による非限定的実施形態の概略図である。
【図５】鉄合金表面および少なくとも１つの誘導加熱器を備える支持体を含む装置の非限定的実施形態の概略図である。少なくとも１つの誘導加熱器は、実質的に一定の方法で鉄合金表面の局所領域を誘導加熱するように位置付けおよび適合され、それによって、実質的に一定の方法で金属物品の局所領域を伝導加熱する。
【図６】支持体および少なくとも１つの誘導加熱器を含む装置の非限定的実施形態の概略図である。少なくとも１つの誘導加熱器は、実質的に一定の方法で支持体の表面上に位置付けられる金属物品の局所領域を誘導加熱するように位置付けおよび適合される。支持体は、少なくとも１つの誘導加熱器によって誘導加熱されない材料を含む。
【図７】図７ａおよび図７ｂは、金属物品の局所領域の直接的および間接的誘導加熱のための装置のための支持体の非限定的実施形態の概略図である。
【図８】金属物品の局所領域を加熱するように適合された誘導加熱装置、および金属物品の局所領域の温度が成形温度範囲未満に冷却する前に金属物品の成形を可能にするために誘導加熱装置の近くに位置する成形装置を含む、金属物品を成形するためのシステムの非限定的実施形態を示す。
【図９】少なくとも２ｔの曲げ半径を有する成形された弾道装甲プレートの本開示による非限定的実施形態の概略図である。
【図１０】加熱テーブルの形態での本開示による加熱装置の非限定的実施形態の写真である。
【図１１】本開示による方法の非限定的実施形態を使用して１ｔ〜６ｔの増大する半径まで曲げられた厚さ１インチ（２．５４ｃｍ）のＡＴＩ４２５（登録商標）チタン合金（Ｔｉ−４ＡＩ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ−０．２５Ｏ２（ＵＮＳ  Ｒ５４２５０））プレートのサンプルの写真である。
【図１２】加熱された局所領域の中心線からの距離の関数として９００秒間、誘導加熱され、その後６０秒間、冷却されたチタン合金の局所領域内の温度のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示によるある特定の非限定的実施形態の以下の詳細な説明を考慮して、読者は、前述の詳細、ならびに他の詳細を理解するであろう。
【００１８】
操作例または別途示されるもの以外の非限定的実施形態の本記述において、数量または特性を表すすべての数値は、「約」という用語によって修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、それとは反対の指示がない限り、以下の記述に説明される任意の数値的パラメータは、本開示に従う方法によって得ることを求められる所望の性質に応じて変化し得る近似値である。少なくとも、および特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限する企図としてではなく、それぞれの数値的パラメータは、報告された有効数字の数を考慮して、通常の丸め技術を適用することによって少なくとも解釈されるべきである。また、本明細書に提供されるすべての範囲は、指示される境界または限界を含む。例えば、特定の温度の「０．２〜０．５倍」の温度範囲は、特定の温度の０．２倍および０．５倍の指示される境界を含む。
【００１９】
全体または一部において、参照として本明細書に組み込まれると言われている任意の特許、公報、または他の開示資料は、組み込まれた資料が本開示における記載の従来の定義、説明、または他の開示資料と抵触しない範囲内のみ本明細書に組み込まれる。それ自体および必要な範囲において、本明細書に説明されるように本開示は、参照により組み込まれる、任意の矛盾する資料に取って代わる。本明細書に参照により組み込まれると述べたが、本明細書に説明される既存の定義、記述、または開示資料と矛盾する、任意の資料またはその一部分は、組み込まれた資料と既存の開示資料との間に矛盾が生じない範囲においてのみ組み込まれる。
【００２０】
成形困難な金属材料を曲げる、および他の方法で成形するための改善された方法の必要性がある。例えば、本発明者は、オープントーチ、大型の炉、および関連の流通の使用、または超塑性温度までの材料の加熱を必要としない、成形困難な金属材料を成形する方法を提供することは有益であると結論付けた。本発明者は、そのような方法が成形された構成要素のコストを低減させ、生産性を向上させ、および／または多くの成形困難な金属材料を成形するのに現在必要とされる熱機械的加工設備基盤を減少させると考える。本発明者はまた、そのような方法が新しい部品設計基準、すなわち従来の生産技術の限界により、そのような部品に以前には使用されなかった合金からの部品の生産を可能にすると考える。
【００２１】
図１は、成形困難な金属材料を含む金属物品の高温成形のための方法の、本開示に従う非限定的実施形態を概略的に提示するフロー図である。本明細書に使用されるように、「成形困難な金属材料」という用語は、成形温度で高強度かつ低延性を有する金属および金属合金、ならびに変形すると軟化するように流動する金属および金属合金を参照する。非限定的実施形態では、成形困難な金属材料は、成形温度で抗張力および降伏強度において１０％未満の差を有する。別の非限定的実施形態では、成形困難な金属材料は、例えば、チタン合金の場合であるなどの高いはね返りを示す金属または金属合金である。本明細書に使用されるように、成形困難な金属材料としては、例えば、チタン合金、ニッケル基合金、および特殊鋼（例えば、ステンレス鋼、高強度低合金鋼（ＨＳＬＡ）、および装甲鋼合金）が挙げられる。また、本明細書に使用されるように、「金属性」は、金属および／または金属合金を含む材料または物品を参照する。
【００２２】
図１に開示された実施形態は特定の成形困難な金属材料を参照するが、本明細書に記載の実施形態はまた、高純度金属、商業的純金属、および成形困難な金属材料であるとみなされる、またはされない、いずれかの他の金属合金を成形することにおいて使用されてもよい（また、本説明において繰り返しを減らすため、本開示に従う実施形態の後続の説明において「金属合金」への任意の参照は、合金でない卑金属を含む）。本明細書に開示の実施形態によって加工されうる成形困難な高純度金属の非限定的な一例は、高純度ジルコニウムである。
【００２３】
図１を参照して、金属物品、すなわち、成形困難な金属または金属合金物品を含む物品を成形するための本開示に従う非限定的な方法１０は、金属物品の局所領域を成形温度範囲内の成形温度まで誘導加熱すること１２を含む。局所領域が所望の成形温度であるとき、物品が誘導加熱された局所領域内で曲げられるか、または他の方法で成形されること１４である。
【００２４】
非限定的実施形態では、成形温度は、金属物品を含む金属または金属合金の融解温度（Ｔｍ）の０．２〜０．５倍の成形温度範囲内である。別の非限定的実施形態では、成形温度は、金属物品を含む金属または金属合金の融解温度の０．２４〜０．３倍の成形温度範囲内である。別の非限定的実施形態では、成形温度範囲は、金属物品を含む金属または金属合金の再結晶温度未満の温度に対して融解温度の約０．２倍である。本明細書に使用されるように、「融解温度」は、金属または金属合金の融解が生じる最低温度であるとして定義される。本明細書に使用されるように、「再結晶温度」は、冷間加工された金属または金属合金の歪んだ粒状構造が長時間加熱の間、新しい、歪みのない粒状構造によって置き換えられる最低温度であると定義される。
【００２５】
本明細書に使用されるように、「チタン合金」は、主要な元素としてチタンを含む金属合金である。本明細書に使用されるように、「ニッケル基合金」は、主要な元素としてニッケルを含む金属合金である。本明細書に使用されるように、「特殊鋼」は、電炉鋼、合金鋼、ステンレス鋼（フェライト、マルテンサイト、オーステナイト、スーパーオーステナイト、二本鎖、および析出硬化ステンレス鋼を含む）、工具鋼、マルエージング鋼、装甲鋼合金、高強度低合金鋼、摩耗鋼を含むが、これらに限定されない鋼の部類から選択される。
【００２６】
さらに、図１を参照すると、金属物品を成形すること１４は、曲げ加工、延伸加工、パンチング加工、スタンピング加工、およびロール成形加工から選択される技術を含み得るが、これらに限定されない。別の非限定的実施形態では、金属物品は、延伸材を含む。本明細書に使用されるように、「延伸材」は、加工品として使用されるか、またはさらに加工されて最終製品になる任意の金属（すなわち、金属または金属合金）物品である。本開示に従う非限定的実施形態では、延伸材は、インゴット、ビレット、ブルーム、丸鋼、角鋼、押出材、管、パイプ、スラブ、シート、およびプレートから選択される。さらに、本開示に従う別の非限定的実施形態では、金属物品は、金属プレートを含み、誘導加熱される金属プレートの局所領域は、線形領域を含み、金属プレートを成形すること１４は、金属プレートの線形領域内の金属プレートを曲げることを含む。
【００２７】
本明細書に使用されるように、「局所領域」は、成形する工程の間、塑性的に変形される金属物品の領域である。「局所領域」はまた、塑性的に変形される金属物品の領域に直接隣接する１つ以上の領域を含んでもよい。例えば、本開示に従うある特定の非限定的実施形態では、局所領域は、約０．５インチ（１．２７ｃｍ）まで、約１インチ（２．５４ｃｍ）まで、約２インチ（５．０４ｃｍ）まで、約３インチ（７．６２ｃｍ）まで、約４インチ（１０．１６ｃｍ）まで、または塑性的に変形される金属物品の領域から離れてより遠い距離に延在してもよい。例えば、塑性的に変形される領域を誘導加熱することに加えて、この方法がより厚い金属物品上で行われるとき、塑性的に変形される領域に直接隣接する１つ以上の領域を誘導加熱すること、および／または塑性的に変形される金属物品の領域が成形工程の間、成形温度であることをより確実にすることが望ましいことが想定される。
【００２８】
本開示に従う方法の非限定的実施形態では、誘導加熱される局所領域は、線形領域である。本明細書に使用されるように、「線形領域」は、金属プレートまたは他の物品の意図された曲げ線（すなわち、曲げの中心線）を含む伸長された領域である。線形領域はまた、意図された曲げ線からの距離を延在してもよい。例えば、線形領域は、約０．５インチ（１．２７ｃｍ）まで、約１インチ（２．５４ｃｍ）まで、約２インチ（５．０４ｃｍ）まで、約３インチ（７．６２ｃｍ）まで、約４インチ（１０．１６ｃｍ）まで、または意図された曲げ線の長さの全領域もしくはある領域に沿った意図された曲げ線から離れてより遠い距離に延在してもよい。ある特定の実施形態では、線形領域の境界を画定する意図された曲げ線からの距離は、本明細書での方法を使用して、曲げられるか、または他の方法で成形される、プレートもしくは他の物品の増大する厚さによって増大する。
【００２９】
本開示に従う非限定的実施形態では、線形領域または他の局所領域を誘導加熱することは、プレートまたは他の物品の局所領域に隣接して位置付けられる１つ以上の誘導加熱コイルを使用することを含む。図２は、成形困難な金属または金属合金のプレート２４の線形領域２２を誘導加熱する方法２０の本開示に従う非限定的実施形態の概略図である。線形領域２２は、図２の線２２ａによって境界される。図２によって表される非限定的実施形態では、線形領域２２は、プレート２４の線形領域２２の反対面２８、２９に隣接して位置付けられる２つの誘導コイル２６によって誘導加熱される。図２がプレート２４の線形領域２２を加熱するために利用される２つの誘導コイル２６を描写するが、１つの誘導コイル２６または２つを超える誘導コイル２６が、プレート２４の線形領域２２を加熱するために利用される可能性がある。したがって、例えば、物品の局所領域を成形温度まで加熱するために金属プレートまたは他の物品の線形領域または他の局所領域の１つまたは両方の反対面に隣接する１つ以上の誘導コイルの位置決めをすることは、本開示の範囲内である。金属物品の局所領域に対する誘導コイルの数および位置決めに関する前述の議論は、本開示に従う方法において使用することができる局所領域の任意の形状に適用されることが理解される。
【００３０】
本明細書での目的のために、例えばプレート２４等の金属または金属合金物品に直接隣接して位置付けられる、例えば誘導コイル２６等の誘導コイルの配置を使用する誘導加熱は、本明細書で「直接的」誘導加熱と言及される。直接的誘導加熱では、１つ以上の誘導コイルまたは他の誘導加熱デバイスが、金属物品の局所領域内に電流を誘導し、それによって、局所領域の温度を上昇させる。電流が誘導され、それによって金属物体の領域を加熱し、誘導加熱された金属物体から金属物品へ、熱伝導を通じて、金属物体が金属物品の局所領域を加熱する、「間接的」誘導加熱と、直接的誘導加熱は、対比されうる。したがって、直接的誘導加熱では、誘導加熱デバイスは、介在する金属または金属合金物体を誘導加熱することに依存せず、曲げられるか、または他の方法で成形される、金属もしくは金属合金物品を誘導加熱する。
【００３１】
誘導加熱は、電磁誘導によって金属または金属合金物体等の導電性物体を加熱するために使用される技術であり、高周波交流電流が電磁石および誘導コイルを通過する。誘導コイルは、金属物体に隣接して位置付けられ、コイル内の電流は、物体内に渦電流を発生させる。金属物体内の電気抵抗は、物体のジュール加熱をもたらす。特定の金属または金属合金物体を誘導加熱するために使用される必要がある交流電流の周波数は、物体のサイズ、金属または金属合金の組成、加熱される誘導コイルと物体との間の特定の結合、および誘導される渦電流の浸透の深さに依存する。本開示の非限定的実施形態では、成形困難な金属材料を含む物品の線形領域または他の局所領域を加熱するために使用される誘導加熱デバイスは、金属物品を効率的かつ適切に加熱するために特別に調節される交流電流周波数を使用する。誘導加熱は、当業者にとって公知であり、この技術を行うための原則および様式のさらなる説明は、本開示に不要であると考えられる。
【００３２】
本開示に従うある特定の非限定的実施形態では、成形または曲げ温度は、成形困難な金属または金属合金の融解温度（０．２Ｔｍ）の約０．２倍の範囲内で、成形困難な金属または金属合金の融解温度（０．５Ｔｍ）の最大約０．５倍までの範囲内である。したがって、比較的低温の利用を考慮すると、本開示に従う非限定的実施形態の態様は、実施形態が「温間成形」方法であるとみなされてもよい。たとえばチタン合金、ニッケル基合金、および特殊鋼等の、しかしこれらに限定されない成形困難な金属材料を、成形中に、材料を破壊することなく、材料の融解温度より大幅に低い温度で曲げるか、または他の方法で成形することができ、成形した後、塑性的に変形された領域は、例えば、曲げまたは他の成形する工程から生じる、大規模の表面亀裂および微小の表面亀裂の形態で線状欠陥磁粉模様等の表面欠陥が完全にまたは大幅にないことが本発明者にとって想定外かつ驚きであった。
【００３３】
この方法がチタン合金物品上で行われる本開示に従う非限定的実施形態では、成形または曲げ温度範囲は、７５０°Ｆ（３９８．９℃）〜８５０°Ｆ（４５４．４℃）の成形または曲げ温度範囲内であるか、または８００°Ｆ（４２６．７℃）〜８５０°Ｆ（４５４．４℃）の成形または曲げ温度範囲内であってもよい。非限定的な一実施形態に従うと、チタン合金物品の成形または曲げ温度は、約８００°Ｆ（４２６．７℃）であり、別の非限定的実施形態では、チタン合金物品の成形または曲げ温度は、約８５０°Ｆ（４５４．４℃）である。ある特定の非限定的実施形態に従って、曲げられるか、または他の方法で塑性的に変形される金属物品が、Ｔｉ−４ＡＩ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ−０．２５Ｏ２合金（ＵＮＳ  Ｒ５４２５０）からなるか、またはそれを含むとき、成形もしくは曲げ温度範囲は、７２８°Ｆ〜８７４°Ｆ（３８７℃〜４６８℃）であってもよい。金属物品がチタン合金からなるか、またはそれを含む本開示に従う他の非限定的実施形態では、成形もしくは曲げ温度範囲は、チタン合金のβ−トランザス温度（Τβ）未満の約１０００°Ｆ（５５５．６℃）〜チタン合金のβ−トランザス温度未満の約７００°Ｆ（３８８．９℃）、すなわちΤβ−１０００°Ｆ〜Τβ−７００°Ｆ（Τβ−５５５．６℃〜Τβ−３８８．９℃）の温度範囲内であってもよい。
【００３４】
チタン合金を成形するための最も平凡な加工は、１０００°Ｆ（５３７．８℃）を超える温度を使用する。これらの「熱間成形」温度では、チタン合金の表面は、酸化する場合があり、α−相を成形する。α−相は、チタンおよびその合金が加熱された空気または酸素にさらされるとき、結果として生じる酸素富化位相である。α−相が脆弱であり、合金内に疲労亀裂を引き起こす傾向があるため、通常はその後の加工工程において除去される。本明細書に開示の成形方法の様々な非限定的実施形態において使用される成形温度でα−相がほとんどまたは全く成形しない。
【００３５】
さらに、約１０００°Ｆ（５３７．８℃）を超えると、チタン合金の機械的特性が変化する場合がある。例えば、高靭性等の装甲適用のチタン合金に要求される弾道特性は、高成形温度でのチタン合金の熱機械的加工で損なわれる場合がある。そのような場合、加熱成形の後の熱処理が、合金の所望の機械的特性を回復するために必要とされる場合がある。一部の成形困難な金属材料に対しては、成形後の熱処理を使用して所望の機械的特性を回復することが不可能な場合がある。本発明者は、チタン合金および他の金属合金を本明細書に開示の非限定的実施形態に使用される比較的低い成形温度にさらすことは、合金の重要な機械的特性に重大な影響を及ぼさないことに気が付いた。示されるように、特定の重要な機械的特性は、弾道装甲および／または他の適用のために必要とされるものであってもよい。
【００３６】
チタン合金が曲げられ、あるいは成形される、本開示に従う方法のある特定の非限定的実施形態では、曲げまたは成形温度が低下するにつれて、より狭い半径に成形または曲げる能力およびこの方法の再現性の両方が低下する。例えば、曲げまたは成形温度が低下するにつれて、曲げられるか、または他の方法で成形されたプレートもしくは他の物品の「はね返り」がより高い発生率で生じる。当技術分野で周知のように、例えば、プレートが曲げられた後、それが曲げられた状態より曲げられたプレートがより大きな曲げ半径に戻るとき、はね返りが生じる。さらに、使用される曲げ温度が低下するにつれて、微小の亀裂が曲げ線内で生じる危険性が増大する。したがって、チタン合金物品の曲げまたは他の成形方法の本開示に従う非限定的実施形態では、曲げまたは他の成形温度の下限は、約７５０°Ｆ（３９８．９℃）である。チタン合金物品の曲げまたは他の成形方法の本開示に従う別の非限定的実施形態では、曲げまたは他の成形温度の下限は、約７００°Ｆ（３７１．１℃）である。さらに、チタン合金物品の曲げまたは他の成形方法の本開示に従う別の非限定的実施形態では、曲げまたは他の成形温度の下限は、約７００°Ｆ（３７１．１℃）〜約９００°Ｆ（４８２．２℃）の成形温度範囲内である。概して、チタン合金、ニッケル基合金、および特殊鋼（例えば、ステンレス鋼、高強度低合金鋼（ＨＳＬＡ）、装甲鋼合金等）等の、しかしこれらに限定されない成形困難な金属材料を含む、金属および金属合金の曲げまたは他の成形方法の本開示に従う様々な非限定的実施形態では、成形温度範囲の下限は、約０．２Ｔｍである。また、概して、チタン合金、ニッケル基合金、および特殊鋼（例えば、ステンレス鋼、高強度低合金鋼（ＨＳＬＡ）、装甲鋼合金等）等の、しかしこれらに限定されない成形困難な金属材料を含む、金属および金属合金の曲げまたは他の成形方法の本開示に従う様々な非限定的実施形態では、成形温度範囲は、約０．２Ｔｍ〜約０．５Ｔｍである。
【００３７】
成形困難な金属材料を成形または曲げるための「温間成形」方法の進行中、本発明者は、プレート全体が、本明細書に開示されるように炉内で曲げ温度まで加熱され、プレートが曲げ温度範囲外に冷める前にプレートが炉からプレスブレーキに移動するとき、成功裏に曲げられることができたことを認めた。しかし、プレート全体を加熱できる炉は、比較的大きなものである必要があり、そしてプレート全体を均一温度まで加熱することは多大な時間がかかる可能性があるため、生産量を減少させ、炉から成形設備への加工を複雑にする。
【００３８】
本開示に従う実施形態では、金属物品の線形領域または他の局所領域の局所誘導加熱は、比較的速やかに達成されうる。ある特定の非限定的実施形態では、線形領域または他の局所領域を誘導加熱することは、例えば、５〜１０秒、１分以下、２分以下、２０分以下、３０分以下、または６０分以下で達成される。ある特定の非限定的実施形態に可能な他の誘導加熱時間は、約３分〜約２０分であってもよい。加熱時間は、「冷点」が加熱される線形領域または他の局所領域に存在しないことをより確実にするために延長されてもよい。本明細書に使用されるように、「冷点」は、所望の曲げまたは他の成形温度より低い、線形領域または局所領域内の領域であり、曲げまたは他の成形温度範囲外である。より厚い金属プレートおよび他のより厚い金属物品は、所望の成形温度に達するためにより長い加熱時間を必要としてもよい。しかし、本開示に従うある特定の非限定的実施形態では、１つ以上の誘導コイルが塑性的に変形されるべきである金属または金属合金と結合およびそれを加熱するために適切に調整され、誘導コイルがプレートまたは他の物品の線形領域または他の局所領域に対して適切に位置付けられる場合、局所領域は、３０秒以下で、冷点を伴わずに所望の成形温度まで加熱されることができる。非限定的実施形態では、厚さ１インチ１８インチ×１２０インチのチタン合金プレートの線形領域は、冷点を伴わずに、１０分以内に約８５０°Ｆ（４５４．４℃）の均一曲げ温度まで直接的に誘導加熱されることができる。
【００３９】
図１を再び参照すると、成形困難な金属プレートまたは他の物品を誘導加熱した後、物品は、成形装置に移動させられる。図２に描写される非限定的実施形態では、例えば、プレート２４の線形領域２２は、曲げ温度範囲内の曲げ温度まで誘導コイル２６によって急速に誘導加熱され、プレート２４は次に、成形装置（図示せず）上の所望の曲げ半径まで曲げられる。本開示に従う非限定的実施形態では、曲げまたは成形は、プレスブレーキまたは他の成形装置上で達成される。成形装置は、局所領域の温度が成形温度範囲下の温度まで冷却する前に、金属プレートまたは他の物品の誘導加熱される線形領域または他の局所領域を曲げるか、または他の方法で成形することができることをより確実にするために誘導加熱装置の近くに位置されてもよい。
【００４０】
図２に概略的に図示される非限定的実施形態は、プレート２４が曲げ温度まで加熱された後のそれの曲げを含むが、加熱された物品を塑性的に変形するための他の成形加工が本明細書に開示の実施形態の範囲内であることを認識されるであろう。例えば、そのような成形加工としては、延伸加工、パンチング加工、スタンピング加工、ロール成形加工、および同様の成形加工が挙げられるが、これらに限定されない。また、本明細書に説明されるある特定の実施形態は、線形領域または他の局所領域を誘導加熱することおよび加熱される物品を曲げることを含むが、本発明はそのような構成に限定されないことを理解されるであろう。例えば、スタンピングまたはコイニング加工に関する本開示に従う非限定的実施形態は、スタンピングまたはコイニング操作において塑性的に変形される金属物品の局所領域を直接的におよび／または間接的に誘導加熱することを含む。本開示内に包含される金属物品の局所領域の誘導加熱の他の構成は、他の成形加工に特有であってよく、本開示を考察する当業者は、不必要な実験をすることなく、そのような適用のために本明細書での方法を適合させてもよい。
【００４１】
本開示による温間成形のある特定の非限定的実施形態を使用して成形されうるチタン合金としては、ニアα型チタン合金、α＋β型チタン合金、ならびに、例えばニアβ型および準安定β型チタン合金を含むβ型チタン合金が挙げられるが、これらに限定されない。ある特定の非限定的実施形態では、本開示に従う温間成形方法を使用して曲げるか、または他の方法で成形することができるチタン合金としては、ＡＳＴＭグレード５、６、１２、１９、２０、２１、２３、２４、２５、２９、３２、３５、３６、および３８のチタン合金が挙げられるが、これらに限定されない。ある特定の非限定的実施形態では、グレード３８のチタン合金（ＵＮＳ  Ｒ５４２５０）の物品の局所領域は、本明細書での温間成形方法の実施形態によって誘導加熱され、かつ曲げられるか、または他の方法で成形される。さらに、別の非限定的実施形態では、Ｔｉ−６−４合金およびＴｉ−６ＡＩ−４Ｖ合金とも呼ばれる、グレード５のチタン合金（ＵＮＳ  Ｒ５６４００）の物品の局所領域は、本明細書に開示の実施形態によって誘導加熱され、かつ温間で曲げられるか、または他の方法で温間成形される。さらに、別の非限定的実施形態では、総合金重量に基づく重量パーセントで４．５％のアルミニウム、２％のモリブデン、１．６％のバナジウム、０．５％の鉄、０．３％のシリコンならびに平衡チタンおよび偶発的な不純物を名目的に含む、グレード３５のチタン合金（ＵＮＳ  Ｒ５６３４０）の局所領域は、本明細書に開示の実施形態によって誘導加熱され、そして温間で曲げられるか、または他の方法で温間成形される。
【００４２】
本開示の非限定的な態様に従って、本開示に従う温間成形方法は、高硬度特殊鋼からなる金属物品の線形領域または他の局所領域を成形温度まで誘導加熱すること、および線形領域または他の局所領域を塑性的に変形することにより高硬度特殊鋼を曲げることまたは他の方法で成形することを含む。本開示の非限定的実施形態に従って、高硬度特殊鋼装甲である高硬度特殊鋼は、本明細書での方法によって加工される。ある特定の非限定的実施形態に従って、本明細書での方法によって加工される高硬度特殊鋼は、４００ＢＨＮ鋼装甲、５００ＢＨＮ鋼装甲合金、６００ＢＨＮ鋼装甲合金、７００ＢＨＮ鋼装甲、および高強度低合金鋼からなる群から選択される。
【００４３】
装甲鋼合金は、概して、以下のように硬度によって分類されるか、または特定されることができる：ＭＩＬ−Ａ−１２５６０Ｈのもとで硬度範囲２１２〜３８８ＢＨＮ（ブリネル硬度数）の均質圧延装甲（「ＲＨＡ」）合金、ＭＩＬ−ＤＴＬ−４６１００Ｅのもとで硬度範囲４７７〜５３５ＢＨＮの高硬度装甲（「ＨＨＡ」）合金、ＭＩＬ−ＤＴＬ−３２３３２のもとで最低硬度５７０ＢＨＮの超高硬度装甲（「ＵＨＨ」）。ある特定の非限定的実施形態に従って、本明細書での方法によって加工される装甲鋼合金としては、ＲＨＡ、ＨＨＡ、およびＵＨＨ合金が挙げられるが、これらに限定されない。
【００４４】
非限定的実施形態では、ＲＨＡ合金、ＨＨＡ合金、およびＵＨＨ合金のうちの１つを含む装甲鋼合金のプレートまたは他の物品の局所領域は、本明細書に開示の実施形態によって誘導加熱され、そして温間で曲げられるか、または他の方法で成形される。別の非限定的実施形態では、５００ＢＨＮ鋼装甲合金のプレートまたは他の物品の局所領域は、本明細書に開示の実施形態によって誘導加熱され、そして温間で曲げられるか、または他の方法で成形される。本開示によって加工されうる５００ＢＨＮ鋼装甲合金の非限定的な一例は、ＡＴＩ  Ｄｅｆｅｎｓｅ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＰＡ，ａｎ  Ａｌｌｅｇｈｅｎｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄの市場部門チームから入手可能な、ＡＴＩ  ５００−ＭＩＬ（登録商標）の高硬度特殊鋼装甲合金である。さらに、別の非限定的実施形態では、６００ＢＨＮ鋼装甲合金のプレートまたは他の物品の局所領域は、本明細書に開示の実施形態によって誘導加熱され、そして温間で曲げられるか、または他の方法で成形される。本開示によって加工されうる６００ＢＨＮ鋼装甲合金の非限定的な例は、ＡＴＩ  Ｄｅｆｅｎｓｅから入手可能な６００−ＭＩＬ（登録商標）の高硬度特殊鋼装甲である。
【００４５】
物品の厚さが増大するにつれて、金属および金属合金物品の曲げまたは他の成形がますます困難になることが認識されている。上述されたように、本発明者は、驚くべきことに、成形困難な金属材料のプレートを、局所領域内で比較的低い成形温度まで誘導加熱し、そして微小の亀裂等の曲げ表面欠陥の形成をもたらすことなく曲げるか、または他の方法で成形することができることを見出した。非限定的実施形態では、本明細書での方法によって加工される金属もしくは金属合金プレートまたは他の物品は、少なくとも厚さ０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）である。別の非限定的実施形態では、本明細書での方法を使用して加工される金属もしくは金属合金プレートまたは他の物品は、少なくとも厚さ０．１８７５インチ（４．７６３ｍｍ）である。本明細書に開示の非限定的実施形態に従って曲げるか、または他の方法で成形することができるプレートもしくは他の物品の厚さは、最大約２インチ（５．０８ｃｍ）、または場合によっては、最大約１インチ（２．５４ｃｍ）であり、この方法で塑性的に変形されるべきである領域内の厚さである。チタン合金プレートを曲げるか、または他の方法で成形するための本開示に従う方法の非限定的実施形態に従って、１０００トン〜１５００トン（８．８９６ＭＮ〜１３．３４ＭＮ）の能力を有するブレーキプレスまたは他の成形設備は、厚さ１．５インチ（３．８１ｃｍ）のプレートを曲げるのに十分である。本明細書での温間成形方法の実施形態に従って曲げるか、または他の方法で成形することができるプレートの厚さは、使用されたブレーキプレスまたは他の成形設備の能力によってのみ制限されると考えられる。金属および金属合金シート、すなわち０．１８７５インチ（４．７６３ｍｍ）未満の厚さを有する製品を曲げることまたは他の成形することはまた、本明細書に開示の実施形態の範囲内である。
【００４６】
本明細書での方法で使用される成形温度、例えば、０．２Ｔｍ〜０．５Ｔｍの温度範囲内の成形温度は比較的低いため、誘導加熱される金属または金属合金物品の線形領域または他の局所領域のある特定の機械的特性は、曲げまたは他の成形工程後、実質的に変化されない。本明細書に使用されるように、特性が初期値から変化しないもしくは１０％以下、または場合によっては５％以下変化する場合、機械的特性は、「実質的に変化」しない。
【００４７】
チタン合金、ニッケル基合金、および特殊鋼（例えば、ステンレス鋼、高強度低合金鋼（ＨＳＬＡ）、装甲鋼合金等）等の、しかしこれらに限定されない成形困難な金属材料が、本開示のある特定の非限定的実施形態によって、比較的低い温度まで局所的誘導加熱され、そして狭い半径まで曲げられることができることは、本発明者にとって特に驚きであった。例えば、チタン合金プレート、ニッケル基合金プレート、および特殊鋼プレートから選択される金属物品の線形領域を誘導加熱することおよび金属物品を曲げることを含む本明細書での非限定的実施形態に従って、この形態では、少なくとも６ｔの曲げ半径まで曲げられる。本明細書に使用されるように、「曲げ半径」は、破断、表面亀裂を生じる、または曲げ領域内の金属物品の機械的特性を著しく低下させることなく、プレートまたは他の金属物品が曲げられることができる、湾曲内側で測定される半径である。曲げ半径の値は、プレートまたは他の物品の厚さ「ｔ」に対して定められる。例えば、１ｔの半径まで曲げられたプレートは、プレートの厚さに等しい、曲げ湾曲の内側で測定される半径を有する曲げを含む。チタン合金プレート、ニッケル基合金プレート、および特殊鋼プレートから選択される金属物品の線形領域を誘導加熱することおよび金属物品を曲げることを含む他の非限定的実施形態では、物品は、少なくとも４ｔ、または少なくとも２ｔの半径まで曲げられる。さらに、チタン合金プレート、ニッケル基合金プレート、および特殊鋼プレートから選択される金属物品の線形領域を誘導加熱することおよび金属物品を曲げることを含む別の非限定的実施形態では、物品は、少なくとも１ｔの半径まで曲げられる。
【００４８】
本開示の非限定的な態様は、金属プレートまたは他の物品の線形領域または他の局所領域を加熱する間接的誘導加熱、および金属物品を温間成形するために成形工程を使用する。図３は、チタン合金、ニッケル基合金、および特殊鋼（例えば、ステンレス鋼、高強度低合金鋼（ＨＳＬＡ）、装甲鋼等）等の、例えば、成形困難な金属材料のプレートまたは他の物品を曲げるか、または他の方法で成形するための方法３０の本開示に従う非限定的実施形態のフロー図である。図４は、本開示に従う非限定的実施形態に使用された材料および設備の構成４０の概略図であり、間接的誘導加熱が金属物品を温間成形するために金属プレートまたは他の物品の線形領域または他の局所領域を間接的に加熱するために使用される。
【００４９】
図３および４の方法３０ならびに構成４０をそれぞれ参照すると、金属物品を温間成形するための間接的誘導加熱の非限定的実施形態は、鉄合金表面４４上に金属物品４２を配置すること３２を含む。非限定的実施形態では、金属物品４２が成形困難な金属材料を含む。鉄合金表面４４上に金属物品４２を配置した後、金属物品４２の局所領域４８（線４８ａによって概略的に境界される）と接触する鉄合金表面４４の局所領域４６は、所定の温度まで誘導加熱される３４。鉄合金表面４４を誘導加熱することは、金属物品４２の局所領域４８を成形温度範囲内の成形温度まで伝導加熱する。
【００５０】
非限定的実施形態では、鉄合金表面４４の局所領域４６が加熱される所定温度は、金属物品４２の成形温度である。別の非限定的実施形態では、鉄合金表面４４の局所領域４６が加熱される所定温度は、金属物品４２の成形温度範囲内の成形温度である。さらに、別の非限定的実施形態では、鉄合金表面４４の局所領域４６が加熱される所定温度は、金属物品４２の成形温度より高い。しかし、好ましくは、金属物品４２の局所領域４８が伝導加熱される温度は、金属物品４２の成形温度範囲の上限を超えない。
【００５１】
さらに、図４に図示されるように、構成４０では、鉄合金表面４４の局所領域４６を誘導加熱することは、誘導加熱されるべきである鉄合金表面４４の局所領域４６の対向側面５２上に位置付けられる１つ以上の誘導コイル５０を利用してもよい。図４は、１つの誘導コイル５０が鉄合金表面４４の局所領域４６を加熱する構成を描写するが、複数の誘導コイルが鉄合金表面４４の局所領域４６を加熱するために使用されることができることを理解されるであろう。図４の非限定的実施形態に描写されるように、誘導コイルの可能な数および局所領域を加熱する位置に関する上述は、本開示の範囲内の様々な種類の温間成形操作に使用される場合がある他の局所領域形状についても同様に適用されることも理解されるであろう。
【００５２】
間接的誘導加熱を使用する本開示に従う非限定的実施形態では、金属物品４２の局所領域４８が鉄合金表面４４の局所領域４６によって成形温度範囲内の成形温度まで伝導加熱されるとき、次に、金属物品４２は、金属物品４２の局所領域４８内の金属物品４２を塑性的に変形することによって曲げられるか、または他の方法で成形される１４。
【００５３】
本開示に従う非限定的実施形態では、本明細書に開示の間接的誘導加熱方法は、チタン合金、ニッケル基合金、および特殊鋼（例えば、ステンレス鋼、高強度低合金鋼（ＨＳＬＡ）、装甲鋼等）等の、しかしこれらに限定されない成形困難な金属材料を含む金属物品を曲げ、および他の方法で成形するために使用されてもよい。また、本開示に従う非限定的実施形態では、本明細書に開示の間接的誘導加熱方法は、金属物品の局所領域を、金属物品を含む金属または金属合金の融解温度の０．２〜０．５倍の成形温度範囲内の成形温度まで加熱する。本開示に従う別の非限定的実施形態では、本明細書に開示の間接的誘導加熱方法は、金属物品の局所領域を、金属物品を含む金属または金属合金の融解温度の０．２４〜０．３０倍の成形温度範囲内の成形温度まで加熱する。
【００５４】
本明細書に開示の方法のある特定の非限定的実施形態では、図３および４に特に参照して、成形すること３６は、曲げ加工、延伸加工、パンチング加工、スタンピング加工、およびロール成形加工等の、しかしこれらに限定されない加工を含む。別の非限定的実施形態では、金属物品４２は、例えば、インゴット、ビレット、ブルーム、丸鋼、角鋼、押出材、管、パイプ、スラブ、シート、およびプレート等の延伸材からなるか、またはそれらを含む。さらに、別の非限定的実施形態では、金属物品４２は、金属合金プレートであり、金属合金プレートの局所領域は、線形領域であり、成形すること３６は、金属合金プレートの線形領域内の金属合金プレートを曲げることを含む。
【００５５】
さらに、図４を参照すると、非限定的実施形態では、金属物品４２の局所領域４８は、成形工程３６の間、塑性的に変形される金属材料に直接隣接する金属材料の領域を含む。非限定的実施形態では、局所領域４８は、約０．５インチ（１．２７ｃｍ）まで、約１インチ（２．５４ｃｍ）まで、約２インチ（５．０４ｃｍ）まで、約３インチ（７．６２ｃｍ）まで、約４インチ（１０．１６ｃｍ）まで、または成形工程３６の間、塑性的に変形される物品４２の金属材料から離れてより遠い距離まで延在する金属材料の領域を含む。より厚い製品形態を成形するために、局所領域の範囲は、成形する間に塑性変形を経る金属材料の領域が所望の曲げ温度または他の成形温度であることを確実にするために増大されてもよいことが想定されている。
【００５６】
間接的誘導加熱に関する本開示に従う非限定的実施形態では、金属物品４２の局所領域４８は、線形領域である。間接的誘導加熱を使用するある特定の非限定的実施形態では、線形領域は、プレートまたは曲げられるべきである他の金属物品の曲げ線を含み、取り囲む領域であり、線形領域は、約０．５インチ（１．２７ｃｍ）まで、約１インチ（２．５４ｃｍ）まで、約２インチ（５．０４ｃｍ）まで、約３インチ（７．６２ｃｍ）まで、約４インチ（１０．１６ｃｍ）まで、または曲げ線の全部分もしくはある部分に沿って曲げ線のうちの１つまたは両側面上により遠い距離まで延在してもよい。より厚いプレートを曲げるために、線形領域の範囲が増大されてもよいことが想定されている。
【００５７】
金属物品４２を温間成形するための間接的誘導加熱を使用する非限定的実施形態では、金属物品４２は、チタン合金を含む。ある特定の非限定的実施形態では、チタン合金は、ＡＳＴＭグレード５、６、１２、１９、２０、２１、２３、２４、２５、２９、３２、３５、３６、および３８のチタン合金から選択される。
【００５８】
金属物品４２を温間成形するための間接的誘導加熱を使用する別の非限定的実施形態では、金属物品は、高硬度特殊鋼を含む。非限定的実施形態では、金属物品４２は、４００ＢＨＮ鋼装甲合金、５００ＢＨＮ鋼装甲合金、６００ＢＨＮ鋼装甲合金、７００ＢＨＮ鋼装甲合金、高強度低合金鋼、ＲＨＡ合金、ＨＨＡ合金、およびＵＨＨ合金から選択される材料を含む。
【００５９】
図４に特に参照して、本開示に従う非限定的態様は、プレート４２の構成内である金属物品を曲げるための間接的誘導加熱を使用することを含む。非限定的実施形態では、プレートの局所領域４８は、線形領域を含み、プレートを成形すること３６は、線形領域内のプレートを曲げることを含む。
【００６０】
非限定的実施形態では、金属物品４２は、少なくとも０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）の厚さを有する。他の非限定的実施形態では、金属物品４２は、少なくとも０．１８７５インチ（４．７６３ｍｍ）の厚さを有する。
【００６１】
プレート４２が含まれる金属材料がＴｉ−４ＡＩ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ−０．２５Ｏ２チタン合金（ＵＮＳ  ５４２５０）であるとき、非限定的実施形態では、成形温度範囲は、７２８°Ｆ〜８７４°Ｆ（３８７℃〜４６８℃）である。別の非限定的実施形態では、金属材料がチタン合金であるとき、成形温度範囲は、７００°Ｆ〜９００°Ｆである。
【００６２】
非限定的実施形態では、金属物品４２の局所領域４８は、成形３６の後、少なくとも１ｔの曲げ半径を有してもよい。他の非限定的実施形態では、金属物品４２の局所領域４８は、成形３６の後、少なくとも６ｔ、少なくとも４ｔ、または少なくとも２ｔの曲げ半径を有してもよい。
【００６３】
ある特定の非限定的実施形態では、金属物品は、延伸材である。別の非限定的実施形態では、金属物品４２は、インゴット、ビレット、ブルーム、丸鋼、角鋼、押出材、管、パイプ、スラブ、シート、およびプレートのうちの１つである。
【００６４】
本開示の非限定的態様は、局所的間接的誘導加熱を使用して金属プレートを曲げるための方法に関する。金属プレートが金属物品の実施形態であるため、さらに、図３および４に対して参照がなされる。金属プレート４２を曲げるための方法３０および構成４０は、鉄合金表面４４上に金属および金属合金から選択される材料を含む金属プレート４２を配置すること３２と、金属プレート４２の線形領域４８と接触する鉄合金表面４４の線表面領域４６を所定の温度まで誘導加熱し、それによって、プレート４２の線形領域４８を曲げ温度範囲内の曲げ温度まで伝導加熱すること３４と、線形領域４８内のプレート４２を曲げること３６とを含む。
【００６５】
曲げることは、成形の一実施形態である。したがって、金属物品を温間成形するための局所的間接的誘導加熱に有用である本明細書に記載された条件のすべてが金属プレートを温間成形するための局所的間接的誘導加熱の非限定的実施形態に同様に適用されることを理解されるであろう。さらに、金属プレートは、様々な非限定的実施形態および他の方法で本明細書に特有に開示された金属材料のいずれかを含んでよく、プレートは、本明細書に説明された局所的間接的誘導加熱の様々な非限定的実施形態によって加工されてもよい。
【００６６】
非限定的実施形態では、金属プレート４２は、少なくとも０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）の厚さを有する。別の非限定的実施形態では、この金属プレートは、少なくとも０．１８７５インチ（４．７６３ｍｍ）の厚さを有する。
【００６７】
本開示の一非限定的態様は、金属および金属合金から選択される金属材料を含む物品の間接的局所的誘導加熱のための装置に関する。図５を参照すると、非限定的実施形態では、装置６０は、鉄合金表面６４を含む支持体６２および少なくとも１つの誘導加熱デバイス６６を備える。この少なくとも１つの誘導加熱デバイス６６は、鉄合金表面の局所領域６７（線６７ａによって境界される）を誘導加熱するように適合および位置付けられる。図５が鉄合金表面６４の局所領域６７を加熱するために利用される１つの誘導加熱デバイス６６を描写するが、複数の誘導加熱デバイス６６が、鉄合金表面６４の局所領域６７を加熱するために使用されることができることを理解されるであろう。また、図５が略線形構成を有する局所領域６７を誘導加熱するための装置を描写するが、本開示の範囲が他の幾何学的形状および／または配向を有する局所領域を誘導加熱するための誘導コイルの数、形状、および／または位置を変更することも含み、それらは様々な種類の成形操作に有用でありうることを理解されるであろう。非限定的実施形態では、誘導加熱される鉄合金表面の局所領域は、鉄合金表面上に位置付けられる金属および金属合金から選択される材料を含む金属物品の局所領域を所定の温度まで伝導加熱するように適合される。
【００６８】
例えば、金属プレートまたは他の金属物品を曲げること等の成形作業では、少なくとも１つの誘導加熱デバイス６６は、鉄合金表面６４の局所領域６７を所定の温度まで誘導加熱するように活性化される。非限定的実施形態では、所定の温度は、曲げられるべきである金属もしくは金属合金または他の物品の曲げ温度である。曲げられる金属または金属合金物品（図示せず）は、鉄合金表面６４と接触して配置される。誘導加熱される鉄合金表面の局所領域６７と接触する金属または金属合金プレートの局所領域は、非限定的実施形態では、金属または金属合金プレートが曲げられるときになるべきである温度である、所定の温度まで伝導加熱される。
【００６９】
非限定的実施形態では、鉄合金表面６４および支持体６２は、同様の鉄合金を含む。別の非限定的実施形態では、鉄合金表面６４および支持体６２は、一体であり、鉄合金表面６２は、支持体６２の表面である。一非限定的実施形態では、支持体６２は、鉄合金シートおよび鉄合金プレートのうちの少なくとも１つを含む。ある特定の非限定的実施形態では、鉄合金表面は、炭素鋼、鋼合金、およびステンレス鋼から選択される材料を含む。他の非限定的実施形態では、鉄合金表面６４は、支持体６２の表面であり、表面６４および支持体６２は、炭素鋼、鋼合金、フェライト系ステンレス鋼合金のうちの少なくとも１つから構成される。
【００７０】
本開示に従う非限定的実施形態では、誘導加熱デバイス６６のうちの１つ以上は、１つ以上の誘導コイルを備える。別の非限定的実施形態では、１つ以上の誘導加熱デバイス６６は、鉄合金表面の特定の材料と結合する周波数に合わせられる。例えば、鉄合金表面６４は、鋼合金から構成され、誘導コイルの交流磁場の周波数は、鋼合金を最適に加熱するように調整される。特定の材料を加熱するための誘導コイルの調整は、当業者に既知であり、ここでそれ以上に詳細に述べる必要はない。別の非限定的実施形態では、この少なくとも１つの誘導加熱デバイスは、鉄合金表面６４と反対側に位置付けられ、鉄合金表面６４の線形領域を誘導加熱するように適合される。
【００７１】
ある特定の非限定的実施形態では、装置６０は、脚６８を含む誘導加熱テーブルの形態であってもよい。さらに、任意に、この装置は、局所領域６９内に熱をより収容し、かつ水冷式誘導コイル６６を絶縁するために、局所領域６７から離れた範囲内に絶縁体６９を含んでもよい。
【００７２】
本開示の一非限定的態様は、金属プレートまたは他の金属物品の局所領域の直接的誘導加熱のための装置に関する。図６を参照すると、非限定的実施形態では、装置７０は、支持体表面７２を含む支持体７１および少なくとも１つ誘導加熱デバイス７３を備える。支持体７１および支持体表面７２は、少なくとも１つ誘導加熱デバイス７３によって誘導加熱されない１つ以上の材料から構成される。例えば、支持体７１および支持体表面７２は、導電性ではない１つ以上の材料から構成されてよく、したがって、誘導を使用して加熱されることができない。非限定的実施形態では、支持体７１および支持体表面７２は、耐熱材料を含む。本明細書に使用されるように、「耐熱材料」という用語は、例えば、１，０００°Ｆ（５３８℃）を超える温度などの高温に耐えることを可能にする、化学的かつ物理的特性を有する非金属材料を参照する。支持体７１および支持体表面７２を製造することにおいて使用されてもよい耐熱材料としては、酸化アルミニウム、酸化シリコン、アルミノケイ酸塩、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、炭化ケイ素、耐火粘土、耐火レンガ、マグネサイト鉱石、ドロマイト鉱石、クロム鉱石、およびこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。非限定的実施形態では、支持体７１および支持体表面７２は、同様の耐熱材料を含む。しかし、支持体７１および支持体表面７２は、異なる耐熱材料または他の好適な材料を含んでもよいことを理解されるであろう。
【００７３】
少なくとも１つ誘導加熱デバイス７３は、支持体７１の支持体表面７２上に位置付けられる金属物品７５の局所領域７４（線７４ａによって境界される）を誘導的に加熱するように位置付けおよび適合される。金属物品７５は、装置７０の要素ではなく、装置７０の機能をより良く図示するために図６に含まれることを理解されている。図６が支持体表面７２の上に配設される金属物品７５の局所領域７４を加熱するための１つの誘導加熱デバイス７３を描写するが、複数の誘導加熱デバイス７３が支持体表面７２の上に位置付けられる金属物品７５の局所領域７４を加熱するために利用されることができることを理解されるであろう。さらに、図６の非限定的実施形態は、支持体７１の下に位置付けられる誘導コイル７３を描写するが、別の非限定的実施形態では、少なくとも１つの誘導コイルまたは他の誘導加熱デバイス７３は、支持体内に組み込まれてもよい。図６が略線形構成を有する局所領域７４の直接的誘導加熱のための装置を描写するが、本開示の範囲が他の幾何学的形状および／または配向を有する局所領域を直接的に誘導加熱するための誘導コイルの数、形状、および／または位置を変更することも含み、それらが様々な種類の成形操作に有用でありうることを理解されるであろう。
【００７４】
例えば、金属プレートまたは他の金属物品を曲げる等の成形作業では、装置７０の少なくとも１つ誘導加熱デバイス７３は、金属物品７５の局所領域７４を所定の温度まで直接的に誘導加熱するように活性化される。金属物品７５が金属プレートであり、成形作業が曲げる作業である、非限定的実施形態では、所定の温度は、曲げ温度範囲内の金属プレート７５の曲げ温度である。
【００７５】
誘導加熱デバイス７３が１つ以上の冷式誘導コイルである、ある特定の非限定的実施形態では、装置７０は、脚７６を備える誘導加熱テーブルの形態であってもよい。さらに、任意に、装置は、局所領域７４内に熱をより良く収容するために、かつ冷式誘導コイル７３を絶縁するために、断熱体７７を含んでもよい。
【００７６】
本開示に従う直接的かつ間接的局所的誘導加熱の様々な非限定的実施形態に関して、加熱される局所領域に対しての誘導コイルの位置決めは、加熱されている局所領域内の温度分布に影響を及ぼすことを理解されるであろう。図７ａおよび７ｂは、金属物品の局所領域を加熱するための直接的誘導加熱装置７０および間接的誘導加熱装置６０のための支持体６２、７１の非限定的実施形態の概略図である。支持体６２、７１は、表面６４、７２および反対側の表面８０を含む。装置６０、７０の非限定的実施形態では、少なくとも１つの誘導コイル６６、７３は、反対側の表面に隣接して位置付けられてもよい。図７ａおよび７ｂの非限定的実施形態は、６つの誘導コイル６６、７３の部分を描写し、それぞれのコイル６６、７３の端部は、電磁石電源に接続される。しかし、図７ａおよび７ｂの描写はまた、反対側の表面に隣接して位置付けられ、かつ蛇行形状を有する、１つの誘導コイルを含む非限定的実施形態を示すと解釈されることができ、コイル６６、７３の最外部分のみが電磁石電源に接続される。図７ａおよび７ｂに示されるコイルの部分を接続する蛇行誘導コイルの曲げ部分は、それらの図に示されない。
【００７７】
図７ａおよび７ｂでは、反対側の表面から少なくとも１つの誘導コイル６６、７３の距離は、矢印Ａによって示される。非限定的実施形態では、距離Ａは、約０．５インチ（１．２７ｃｍ）である。少なくとも１つの誘導コイル６６、７３のコイルまたはセクションの間の距離は、矢印Ｂによって示される。非限定的実施形態では、距離Ｂは、約３インチ（７．６２ｃｍ）である。支持体６２、７１の厚さは、矢印Ｃによって示される。非限定的実施形態では、距離Ｃは、約１インチ（２．５４ｃｍ）である。
【００７８】
装置６０、７０の非限定的実施形態では、電磁石電源の周波数および電力は、間接的誘導加熱装置６０内の鉄合金表面６４の局所領域６７、または直接的誘導加熱装置７０内の特定の金属物品７５の局所領域７４を効果的に加熱するように選択される。チタンおよびチタン合金を加熱するための直接的誘導加熱装置の非限定的実施形態では、電磁石電源は、約６ＫＡで１５０ＫＷかつ１ＫＨｚで操作されてもよい。
【００７９】
次に図８を参照すると、本開示の別の非限定的態様は、金属および金属合金から選択される材料を含む金属プレートもしくは他の金属物品を曲げるか、または他の方法で成形するためのシステムに関する。非限定的実施形態では、システムは、例えば、本明細書での様々な非限定的実施形態で説明されたように加熱装置６０、７０、および加熱装置に近接してまたは隣接して位置付けられ、かつ線形領域または他の局所領域の温度が所望の温度範囲未満に冷却する前に線形領域もしくは他の局所領域に沿って（すなわち、内に）金属物品を曲げる、または他の方法で成形するように適合される曲げ装置８０または他の成形装置を備える。非限定的実施形態では、加熱装置６０、７０は、線形領域または局所領域を、曲げ温度内または他の成形温度範囲内の曲げ温度または他の成形温度まで加熱する。非限定的実施形態では、曲げまたは成形装置は、加熱装置に近接して位置付けられ、かつ線形領域もしくは他の局所領域の温度が曲げまたは他の成形温度範囲未満に冷却する前に線形領域もしくは他の局所領域に沿って（すなわち、内に）金属物品を曲げるか、または他の方法で成形するように適合される。
【００８０】
図９を参照すると、本開示のさらに別の態様は、成形された弾道装甲プレート９０を対象とする。非限定的実施形態では、本開示に従う成形された弾道装甲プレート９０は、矢印９２ａおよび９２ｂによって示される「ｔ」の厚さを有し、矢印９６によって描写されるように、約２ｔの曲げ半径を有する少なくとも１つの曲げ領域９４を含む。本開示に従う非限定的実施形態では、成形された弾道装甲プレート９０は、少なくとも０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）または少なくとも０．１８７５インチ（４．７６３ｍｍ）の厚さ「ｔ」を有する。図９が約２ｔの曲げ半径９６を有する２つの曲げ領域９４を有する成形された弾道装甲プレート９０を描写するが、本開示に従い成形された弾道装甲プレート９０の他の非限定的実施形態は、少なくとも１ｔ、少なくとも２ｔ、少なくとも４ｔ、または少なくとも６ｔの曲げ半径９６を有する少なくとも１つの曲げ領域９４を有する。別の実施形態では、成形された弾道装甲プレートは、チタン合金、ニッケル基合金、および特殊鋼（例えば、ステンレス鋼合金、高強度低合金鋼（ＨＳＬＡ）、装甲鋼等）のうちの１つを含む。本開示に従う別の非限定的実施形態では、弾道装甲プレート９０の曲げ領域９４は、表面欠陥、線状欠陥磁粉模様、および亀裂を含まない。
【００８１】
本開示の別の態様は、本開示の成形された弾道装甲プレート９０の実施形態を含む製造品に関する。ある特定の非限定的実施形態に従って、製造品は、モノリス船体、Ｖ字型船体、爆発保護用車両下腹部（地雷および他の爆発物からの保護のため）、および爆発保護用の包囲体のうちの１つの形態で成形された弾道装甲プレート９０からなるか、またはそれを含む。
【００８２】
本開示に従うある特定の非限定的実施形態を説明する数例が次に続く。
実施例１
【００８３】
誘導加熱装置は、誘導加熱テーブルの形態で構築された。加熱テーブルの写真が図１０に提供される。０．５インチ（１．２７ｃｍ）の厚さを有する鋼合金プレートは、支持体および鉄合金表面として使用された。脚は、プレートを支持するために鋼プレートに溶接された。銅誘導コイルは、鋼合金プレートの下面上に位置付けられ、鋼合金プレートの線形領域を加熱し、それによって、鋼合金プレートの鉄合金表面を加熱するように適合された。誘導コイルは、鋼合金プレートの鋼合金等の鉄合金の加熱に好適な周波数を使用してＲＦ電力変圧器によって活性化された。誘導加熱装置は、成形困難な金属材料および他の金属材料を含む金属プレートおよび他の物品の局所領域を伝導加熱するために使用されてもよい。次に、伝導加熱された形態を例えば、本明細書での様々な実施形態と関連して説明されるように曲げるか、または他の方法で成形することができる。
実施例２
【００８４】
１インチ（２．５４ｃｍ）の厚さを有するＡＴＩ  ４２５（登録商標）チタン合金（Ｔｉ−４ＡＩ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ−０．２５Ｏ２合金、ＵＮＳ  Ｒ５４２５０）のプレートは、ＡＴＩ  Ｗａｈ  Ｃｈａｎｇ，Ａｌｂａｎｙ  ＯＲ，ａｎ  Ａｌｌｅｇｈｅｎｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ会社から入手された。プレートは、従来の延伸実施によって熱間圧延され、延伸焼きなまし状態で受け取られた。プレートは、１２インチ×３０インチの試料に製材された。実施例１に記載された誘導加熱テーブルは、鉄合金表面の局所的線形領域が８００°Ｆ（４２８℃）の温度まで誘導加熱されるように構成された。チタン合金プレートの試料は、それぞれの試料の意図された曲げ線が誘導加熱テーブルの加熱された局所領域を超えて位置付けられるように誘導テーブルの上に連続して位置付けられ、それによって、それぞれの試料の局所領域が伝導加熱された。さらに具体的に、意図された曲げ線および直接隣接した領域を含むそれぞれの試料の線形領域は、鉄合金表面との接触を通じて約１２分間、８００°Ｆ（４２８℃）まで伝導加熱された。少しでも大幅な冷却が生じ得る前に、誘導加熱テーブル近くに位置するブレーキプレス上の加熱された曲げ線に沿って、試料が曲げられた。試料は、１ｔ〜６ｔの増大する半径まで曲げられた。図１１の写真に曲げられた試料が示される。
【００８５】
それぞれの試料の曲げ領域の状態を評価するために、曲げられた試料が検査された。曲げ領域内に表面欠陥、線状欠陥磁粉模様、または亀裂がないことが認められた。
実施例３
【００８６】
実施例２に使用されるように同様の延伸焼きなまし状態において、１インチ（２．５４ｃｍ）の厚さを有するＡＴＩ  ４２５（登録商標）チタン合金プレートは、ＡＴＩ  Ｗａｈ  Ｃｈａｎｇから入手された。プレートの長さおよび幅は、１００インチ（２．５４ｍ）×８０インチ（２．０３２ｍ）であった。プレートは、実施例１に記載された誘導加熱テーブル上に位置付けられ、意図された曲げ線および隣接した領域を含むプレートの線形領域は、約２０分間、８００°Ｆ（４２６℃）まで伝導加熱された。プレートは、プレートの加熱された線形領域が少しでも大幅な冷却を示す前にブレーキプレスに移動させられ、曲げ線に沿って２ｔの半径まで曲げられた。プレートは、誘導加熱テーブル上に戻って位置付けられ、別の意図された曲げ線を含む異なる線形領域が８５０°Ｆ（４５４．４℃）まで伝導加熱されるように配設された。プレートは次に、ブレーキプレスに移動させられ、少しでも大幅な線形領域の冷却が生じる前に２ｔの半径まで曲げ線に沿って曲げられた。６つの異なる場所でプレートが２ｔ半径まで曲げられるまで、この手順が繰り返された。６つの曲げ領域で表面欠陥または亀裂が認められなかった。
実施例４
【００８７】
プレートは、１つ以上の曲げを含むために実施例３に大まかに記載される手順を使用して成形される。プレートは、例えば、Ｔｉ−４ＡＩ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ−０．２５Ｏ２合金、別のチタン合金、または、例えば、５００ＢＨＮ鋼装甲合金、６００ＢＨＮ鋼装甲合金、７００ＢＨＮ鋼装甲合金、高強度低合金鋼、ＲＨＡ合金、ＨＨＡ合金、およびＵＨＨ合金等の装甲合金から構成されてもよい。成形されたプレートは、装甲または他の車両の車台に溶接される。成形されたプレートは、車両用の弾道装甲プレート下腹部としての機能を果たす。成形されたプレートの形状、配向、および／または組成は、車両の下で爆発させられる爆発物によって生じる爆発エネルギーを消散させるように適合される。
実施例５
【００８８】
長さ８５インチ（２１５．９ｃｍ）、厚さ１インチ（２．５４ｃｍ）のＡＴＩ  ４２５（登録商標）のチタン合金プレートの局所領域は、本明細書に開示され、かつ図６に描写されるように、直接的局所的誘導加熱装置の非限定的実施形態を使用して直接的に誘導加熱された。誘導加熱装置は、図７に描写されるように、平面に約３インチ（７．６２ｃｍ）の間隔で、耐火支持体から約０．５インチ（１．２７ｃｍ）に位置付けられる、６つのセクションを有する蛇行形状の誘導コイルを包含した。耐火支持体の厚さは、約１インチ（２．５４ｃｍ）であった。誘導コイルは、９００秒間、１５０ＫＷ、１ＫＨｚ、かつ１Ａで活性化された。次に、誘導コイルへの電力が切られ、プレートは、空冷することができた。プレートの上部および下部の温度は、加熱域の中心線からの距離の関数として、局所的誘導加熱の９００秒後、および空冷の６０秒後に測定された。図１２は、６０秒間、加熱後および冷却後、プレートの上部および下部の測定された温度のプロットを含有する。加熱域の中心領域内のプレートの上部および下部の温度は、誘導加熱の９００秒後、約１２００°Ｆ（６４８．９℃）〜約９００°Ｆ（４８２℃）の幅があり、加熱域は、曲げられるべきであったプレート領域の中心線のそれぞれの側面上に約１１インチ（２７．９４ｃｍ）延在した。約６０秒間、周囲空気で冷却後、加熱域の中心領域内の温度は、約９００°Ｆ（４８２℃）〜約１０００°Ｆ（５３７．８℃）の範囲内であり、プレートが曲げられるか、または他の方法で成形され得る温度範囲内であった。
【００８９】
本記載が、本発明の明瞭な理解に関する発明の態様を説明することを理解されるであろう。当業者には明らかであり、したがって本発明のより良い理解を促進しないある特定の態様は、本記載を簡略化するために提示されていない。本発明の限定された数の実施形態のみが本明細書に必然的に記載されるが、前述の記載を考慮することにより、本発明の多くの変更および変形が使用されてもよいことを当業者は理解するであろう。本発明のすべてのそのような変形および変更は、前述の記載および下記の特許請求の範囲によって扱われるものである。
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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