(57)【要約】【課題】少なくとも１つの元素金属粉末から部品を安価に且つ短時間で形成する方法を提供する。【解決手段】開示の１つの態様は、少なくとも１つの元素金属粉末から部品（１４）を形成する方法（１００）に関する。部品（１４）は、略網形状、部品体積、及び、部品密度を有する。方法（１００）は、焼結密度を有する焼結プリフォーム（１３４）を用意するステップ（３００）と、焼結プリフォームから一部分（１３４Ａ）を分離するステップ（４００）とを含む。一部分（１３４Ａ）は、部品体積を上回る一部分体積と、部品（１４）の略網形状とは異なる一部分形状とを有する。また、方法（１００）は、略網形状と部品密度とを有する部品を形成するために、一部分（１３４Ａ）を温度サイクル圧力で温度サイクル時間にわたって温度サイクルに晒して、その間に、一部分（１３４Ａ）を超塑性的に変形させるステップ（５００）も含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの元素金属粉末から部品（１４）を形成する方法（１００）であって、前記部品（１４）が、略網形状、部品体積、及び、部品密度を有する方法（１００）において、
焼結密度を有する焼結プリフォーム（１３４）を用意するステップ（３００）と、
前記焼結プリフォームから一部分（１３４Ａ）を分離するステップ（４００）であって、前記一部分（１３４Ａ）が、前記部品体積を上回る一部分体積と、前記部品（１４）の前記略網形状とは異なる一部分形状とを有するステップ（４００）と、
前記略網形状と前記部品密度とを有する前記部品（１４）を形成するために、前記一部分（１３４Ａ）を温度サイクル圧力で温度サイクル時間にわたって温度サイクルに晒して、その間に、前記一部分（１３４Ａ）を超塑性的に変形させるステップ（５００）と、
を備える方法（１００）。
【請求項２】
前記一部分（１３４Ａ）は、第１の温度と第２の温度との間で温度が周期的に変化される、請求項１に記載の方法（１００）。
【請求項３】
前記一部分（１３４Ａ）は、多くの温度サイクルにわたって温度が周期的に変化される、請求項２に記載の方法（１００）。
【請求項４】
前記温度サイクルの数が約５〜約２５である、請求項３に記載の方法（１００）。
【請求項５】
前記温度サイクルのそれぞれが前記一部分（１３４Ａ）の材料の結晶学的変化を引き起こす、請求項３又は４に記載の方法（１００）。
【請求項６】
前記一部分（１３４Ａ）が不活性雰囲気内で温度サイクルに晒される請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項７】
前記温度サイクル時間が約１時間よりも短い、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの元素金属粉末は、チタン粉末、アルミニウム粉末、及び、バナジウム粉末のうちの少なくとも１つである、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項９】
前記焼結密度は、全密度の約８０％〜約９９％である、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１０】
前記焼結密度は、前記部品（１４）と関連付けられる理論全密度の約９５％〜約９９％である、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１１】
前記温度サイクル圧力が一定である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項１２】
前記温度サイクル圧力が１平方インチ当たり約２０００ポンドである、請求項１１に記載の方法（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
元素金属粉末から形成される部品が知られている。しかしながら、そのような部品の製作は、高価であり、時間がかかる。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２０１３年１０月２２に出願された同時係属の米国仮特許出願第６１／８９４，２０５号の利益を主張する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
したがって、前述の問題を扱うようになっている、少なくとも１つの元素金属粉末から部品を形成する方法が有用であるのが分かる。
【０００４】
本開示の１つの例は、少なくとも１つの元素金属粉末から部品を形成する方法に関し、この場合、部品は、略網形状（ｎｅａｒ−ｎｅｔ）、部品体積、及び、部品密度を有する。方法は、焼結密度を有する焼結プリフォームを用意するステップと、焼結プリフォームから一部分を分離するステップとを含む。一部分は、部品体積を上回る一部分体積と、部品の略網形状とは異なる一部分形状とを有する。また、方法は、略網形状と部品密度とを有する部品を形成するために、一部分を温度サイクル圧力で温度サイクル時間にわたって温度サイクルに晒して、その間に、一部分を超塑性的に変形させるステップも含む。
【０００５】
ここで、開示の例を一般的な用語で説明するに際して、必ずしも原寸に比例して描かれない添付図面を参照する。図中、同様の参照文字は、幾つかの図の全体にわたって同じあるいは同様の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】航空機の生産及び保守点検方法論のフロー図である。
【図２】航空機のブロック図である。
【図３】少なくとも１つの元素金属粉末から部品を形成する本開示の１つの態様に係る方法のフローチャートである。
【図４】少なくとも１つの元素金属粉末から略網形状部品を形成する本開示の一態様に係る装置の１つの例の断面図である。
【図５】少なくとも１つの元素金属粉末から略網形状部品を形成する本開示の一態様に係るシステムの１つの例のブロック図である。
【図６】本開示の一態様に係る略網形状部品の１つの例の斜視図である。
【図７Ａ】本開示の一態様に係る焼結プリフォームの１つの例の正面図である。
【図７Ｂ】焼結プリフォームの一部が分離された状態の図７Ａに示される焼結プリフォームの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
先に言及されたブロック図において、様々な要素及び／又は構成要素を接続する実線は、機械的結合、電気的結合、流体的結合、光学的結合、電磁結合、及び、他の結合、及び／又は、これらの組み合わせを表してもよい。本明細書中で使用される「結合され」は、直接的に及び間接的に関連付けられることを意味する。例えば、部材Ａは、部材Ｂと直接的に関連付けられてもよく、あるいは、例えば他の部材Ｃを介して部材Ｂと間接的に関連付けられてもよい。ブロック図に描かれる結合以外の結合が存在してもよい。様々な要素及び／又は構成要素を接続する破線は、もしあれば、実線により表される結合に機能及び目的が類似する結合を表すが、破線により表される結合は、選択的に与えられ、あるいは、開示の別のあるいは随意的な態様に関連する。同様に、破線を用いて表される任意の要素及び／又は構成要素は、開示の別のあるいは随意的な態様を示す。環境的要素は、もしあれば、点線を用いて表される。
【０００８】
先に言及されたフローチャートにおいて、ブロックは、動作及び／又は動作の一部を表してもよい。また、様々なブロックを接続する線は、動作又は動作の一部の任意の特定の順序、又は、動作間又は動作の一部間の依存性を意味しない。
【０００９】
以下の説明において、多くの特定の詳細は、提示された概念の完全な理解を与えるために記載される。提示された概念は、これらの特定の詳細の一部又は全部を伴うことなく実施されてもよい。他の場合には、説明される概念を不必要に分かり難くしないように、良く知られたプロセス動作が詳細に記載されなかった。幾つかの概念が特定の例と関連して説明されるが、言うまでもなく、これらの例は限定を意図するものではない。
【００１０】
開示の例は、図１に示される航空機の製造及び保守点検方法１００及び図２に示される航空機１０２との関連で説明されてもよい。生産前（ｐｒｅ−ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）の間にわたって、例示される方法１００は、航空機１０２の仕様及び設計１０４と、材料調達１０６とを含んでもよい。生産中、構成要素及び部分組立品の製造１０８と、航空機のシステム統合１１０とが行われる。その後、航空機１０２は、就航１１４するために認証及び搬送１１２を経由してもよい。取引先による就航の間、航空機１０２は、定期的な整備及び保守点検１１６（変更、再構成、改修などを含んでもよい）の予定が組まれる。
【００１１】
例示される方法１００のプロセスのそれぞれは、システム統合者、第三者、及び／又は、オペレータ（例えば、取引先）によって実行され、あるいは行われてもよい。この説明の目的のため、システム統合者は、制限なく、任意の数の航空機製造業者及び主要システム下請業者を含んでもよく、第三者は、制限なく、任意の数のベンダー、下請業者、及び、サプライヤーを含んでもよく、また、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事企業、保守点検機関などであってもよい。
【００１２】
図２に示されるように、例示される方法１００により生産される航空機１０２は、複数の高レベルシステム１２０と内部１２２とを有する機体１１８を含んでもよい。高レベルシステム１２０の例は、推進システム１２４、電気システム１２６、油圧システム１２８、及び、環境システム１３０のうちの１つ以上を含む。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例が示されるが、開示の原理は、自動車産業などの他の産業に適用されてもよい。
【００１３】
本明細書中に示されあるいは記載される装置及び方法は、製造及び保守点検方法１００の任意の１つ以上の段階中に使用されてもよい。例えば、構成要素及び部分組立品の製造１０８に対応する構成要素及び部分組立品は、航空機１０２が就航中の間に生産された構成要素又は部分組立品と同様の態様で作られあるいは製造されてもよい。また、装置、方法、又は、これらの組み合わせの１つ以上の態様は、例えば、組み立てをかなり促進させることによってあるいは航空機１０２のコストを低減することによって生産状態１０８、１１０中に利用されてもよい。同様に、装置、方法、又は、これらの組み合わせの１つ以上の態様は、例えば、制限なく、航空機１０２が就航中の間、例えば整備及び保守点検１１６の間に利用されてもよい。
【００１４】
図２及び図４を参照すると、例えば航空機１０２と関連付けられる部品１４などの部品は、異なる器具を使用して様々な材料から形成されてもよい。１つの例において、部品１４は、少なくとも一部がチタンから形成されてもよい。他の例において、部品１４は、チタン、アルミニウム、及び、バナジウムの組み合わせ、より具体的にはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖから形成されてもよい。
【００１５】
図３を参照すると、開示の１つの例は、少なくとも１つの元素金属粉末から部品１４（図４参照）を形成する方法に関する。部品１４は、略網形状、部品体積、及び、部品密度を有する。引き続いて図３を参照するとともに、更に図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、方法は、焼結密度を有する焼結プリフォーム１３４を用意するステップ（図３のブロック３００）と、焼結プリフォーム１３４から一部分１３４Ａを分離するステップ（図３のブロック４００）とを含む。一部分１３４Ａは、部品体積を上回る一部分体積と、部品１４の略網形状とは異なる一部分形状とを有する。また、方法は、略網形状と部品密度とを有する部品１４を形成するために、一部分１３４Ａを温度サイクル圧力で温度サイクル時間にわたって温度サイクルに晒して、その間に、一部分１３４Ａを超塑性的に変形させるステップ（図３のブロック５００）も含む。
【００１６】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、焼結プリフォーム１３４（図７Ａ参照）は、冷間圧縮プリフォームを一定の温度で焼結時間にわたって焼結することによって形成される。先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、一定の温度は約１９００°Ｆ〜約２５００°Ｆである。先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、焼結時間は約２時間〜約２０時間である。
【００１７】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、冷間圧縮プリフォームは、冷間圧縮密度を有するとともに、冷間圧縮温度及び冷間圧縮圧力で冷間圧縮時間にわたって少なくとも１つの元素金属粉末を冷間圧縮することによって形成される。冷間圧縮は、異なる器具を使用して様々な方法で達成されてもよい。例えば、冷間圧縮が冷間静水圧プレスを含んでもよい。先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、冷間圧縮密度は、部品１４と関連付けられる理論全密度の約５０％〜約８５％である。本明細書中で使用される部品は、該部品が内部に孔隙を有さない場合には、その理論全密度を有する。先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、冷間圧縮圧力は、１平方インチ当たり約６００００ポンド（ｐｏｕｎｄ）である。先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、冷間圧縮圧力は、温度サイクル圧力よりも高い。
【００１８】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、焼結密度は、部品１４と関連付けられる理論全密度の約８０％〜約９９％である。先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、焼結密度は、部品１４と関連付けられる理論全密度の約９５％〜約９９．５％である。
【００１９】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様では、部品密度が焼結密度よりも大きく、また、焼結密度が冷間圧縮密度よりも大きい。先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、部品密度は、部品１４と関連付けられる理論全密度の約９９．５％〜１００％であり、焼結密度は理論全密度の約８０％〜約９５％であり、また、冷間圧縮密度は理論全密度の約５０％〜約８５％である。
【００２０】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、冷間圧縮プリフォームの形成は、少なくとも１つの元素金属粉末を冷間圧縮する前に少なくとも１つの元素金属粉末を磨減させることを更に含む。磨減は、様々な方法で様々な装置により達成されてもよい。１つの態様において、磨減は、少なくとも１つの元素金属粉末を更に細かい粒子へと研削するあるいはさもなければ粉砕することを含んでもよく、また、複数の元素金属粉末が使用される例及び／又は態様において、磨減は、複数の元素金属粉末を混合させることを更に含んでもよい。１つの態様において、少なくとも１つの元素金属粉末は、重い球状部材が内部に位置されるドラム内に配置される。ドラムを回転させると、ドラム内で部材が移動し、それにより、少なくとも１つの元素粉末が更に細かい粒子へと研削されるとともに、少なくとも１つの元素粉末が混合される。
【００２１】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、方法は、一部分１３４Ａを略網形状へと変形させた後に部品１４を処理して略網形状を網形状へと変化させるステップも含む。部品１４が様々な方法で処理されてもよい。例えば、部品１４は、機械加工され、研削され、研磨され、切断され、打ち抜き加工され、ドリル加工されてもよく、あるいは、任意の他のタイプの後処理を受けてもよい。
【００２２】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、一部分１３４Ａ（図７Ａ及び図７Ｂ参照）は、第１の温度と第２の温度との間で温度が周期的に変化される。温度サイクルは、様々な異なる最大温度と最小温度との間で様々な異なる変化率で行われてもよい。開示の１つの態様では、第１の温度が約１５８０°Ｆであってもよく、第２の温度が約１８７０°Ｆであってもよい。開示の他の態様では、第１の温度が約１４５０°Ｆであってもよく、第２の温度が約２０００°Ｆであってもよい。
【００２３】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、一部分１３４Ａ（図７Ａ及び図７Ｂ参照）は、多くの温度サイクルにわたって温度が周期的に変化される。先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様では、温度サイクルの数が約５〜約４０である。先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の他の態様では、温度サイクルの数が約１０サイクル〜約２０サイクルである。
【００２４】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様では、温度サイクル時間が約１時間よりも短い。
【００２５】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様では、以下で更に詳しく論じられるように、温度サイクルのそれぞれが一部分１３４Ａの材料の結晶学的変化を引き起こす。
【００２６】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様では、一部分１３４Ａ（図７Ａ及び図７Ｂ参照）が不活性雰囲気内で温度サイクルに晒される。不活性雰囲気内で一部分１３４Ａを温度サイクルに晒すと、酸化が最小限に抑えられる。不活性雰囲気の１つの例はアルゴン雰囲気を含む。
【００２７】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、少なくとも１つの元素金属粉末は、チタン粉末、アルミニウム粉末、及び、バナジウム粉末のうちの少なくとも１つである。
【００２８】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様では、部品１４（図４参照）が複数の元素金属粉末から形成される。先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、複数の元素金属粉末は、チタン粉末、アルミニウム粉末、及び、バナジウム粉末のうちの少なくとも２つを含む。
【００２９】
先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様では、温度サイクル圧力が一定である。先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、温度サイクル圧力は、１平方インチ当たり約２０００ポンドである。先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、温度サイクル圧力は、１平方インチ当たり約１キロポンドから１平方インチ当たり約４キロポンドまで変化され得る。
【００３０】
図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様では、焼結プリフォーム１３４が円柱形状を有する。先の及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部を含んでもよい開示の１つの態様において、焼結プリフォーム１３４は直径６００と第１の高さ６０４とを有し、また、焼結プリフォーム１３４の一部分１３４Ａは、焼結プリフォーム１３４の直径６００を有するとともに、第１の高さ６０４よりも小さい第２の高さ６０８を有する。
【００３１】
引き続いて図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、焼結プリフォーム１３４は、立方体又は円柱などの様々な形状を有してもよい。好ましくは、焼結プリフォーム１３４は、一部分１３４Ａの体積がその寸法から容易に計算され得るように形成される。
【００３２】
本明細書中に記載される方法の工程について説明する開示及び図は、工程が行われるべき順番を必然的に決定すると解釈されるべきでない。むしろ、１つの例示的な順序が示されるが、適切なときには工程の順番が変更されてもよいと理解されるべきである。また、開示の幾つかの態様では、本明細書中に記載される全ての工程が行われる必要がない。
【００３３】
図４及び図５を参照すると、本開示に係る部品１４を形成するための装置１０の一例が示される。装置１０は、図４に示されるような第１及び第２の協働可能な金型などの２つ以上の金型１２を含む金型アセンブリを含む。金型は、一般に、強力で硬質な材料から形成されるとともに、部品１４の処理温度をかなり上回る融点を有する材料から形成される。また、金型１２は、低い熱膨張、高い断熱、及び、低い電磁吸収によって特徴付けられる材料から形成され得る。例えば、金型１２のそれぞれは、誘導コイル（後述する）に適した寸法に切り取られるステンレススチールシート又はＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）６２５合金から形成されるシートなどの複数の積層された金属シートを含んでもよい。積層された金属シートは、それぞれの輪郭付けられた金型表面に対して略垂直関係を成して方向付けられてもよい。各金属シートは、例えば約１／１６インチ〜約１／４インチ、好ましくは約０．２００インチの厚さを有してもよい。金型の冷却を容易にするために、隣り合う積層金属シート間に、空隙、例えば約０．１５インチの隙間が設けられてもよい。積層金属シートは、クランプ（図示せず）、締結具（図示せず）、及び／又は、他の適した技術を使用して互いに取り付けられてもよい。積層金属シートは、それらの電気特性と熱特性とに基づいて選択されてもよく、また、磁場を通してもよい。随意的に、積層金属シート間での電流の流れを防止するために、電気絶縁コーティング（図示せず）が各積層シートの両側に設けられてもよい。絶縁コーティングは、例えば、セラミック材料などの材料であってもよい。積層された工具装置１０の熱膨張及び収縮を容易にするために、複数の熱膨張スロットが金型に設けられてもよい。
【００３４】
また、金型アセンブリは、金型１２が装着される２つ以上のストロングバック１３を含むこともできる。図４に示されるように、例えば、第１及び第２の金型１２がそれぞれ第１及び第２のストロングバック１３に装着されてこれらのストロングバック１３によって支持されてもよい。ストロングバック１３は、金型１２を一緒に保持して金型１２の寸法精度を維持するための機械的制約として作用する金属プレートなどの高剛性プレートである。また、金型アセンブリは、一般に、例えば所定の大きさの圧力を部品１４に印加するべく金型１２を互いに近づけることによって、金型１２を制御可能に互いに近づける及び離間させるために、図４に１５として総称的に示されるアクチュエータも含む。例えば液圧ラム、空気圧ラム、又は、電気ラムを含む様々なタイプのアクチュエータが使用されてもよい。
【００３５】
図４に断面で示されるように、金型１２は内部空隙部を画定する。真空ホットプレス又は熱間静水圧プレスなどのホットプレス加工によって部品１４が形成される実施形態において、金型１２によって画定される内部空隙部は、部品１４が内部に配置される金型空隙部としての機能を果たす。しかしながら、図４及び図５に描かれる例において、部品１４を形成する装置１０は、金型１２の選択的な加熱を容易にするために、金型１２を貫通して延伸する１つ以上の誘導コイル１６を含む。温度制御システムが誘導コイルに接続されてもよい。サセプタが各金型１２の誘導コイルに熱的に結合されてもよい。各サセプタは、例えば強磁性体、コバルト、鉄、又は、ニッケルなどの熱伝導性材料であってもよい。各サセプタは、一般に、それぞれの金型の第１の輪郭付けられた金型表面に適合してもよい。
【００３６】
電気的及び熱的な絶縁コーティング１７、すなわち、金型ライナが、金型１２の輪郭付けられた金型表面上に設けられてもよい。電気的及び熱的な絶縁コーティングは、例えば、アルミナ又はシリコンカーバイト、及び、特に、ＳｉＣファイバを伴うＳｉＣマトリクスであってもよい。また、それぞれの金型の電気的及び熱的な絶縁コーティング上にサセプタが設けられてもよい。
【００３７】
冷却システムが各金型１２に設けられてもよい。冷却システムは、例えば、各金型１２の全体にわたって選択された分布を成す冷却管路を含んでもよい。冷却管路は、それぞれの金型１２内へと冷却媒体を放出するようになっていてもよい。冷却媒体は、液体、気体、又は、例えば霧あるいはエアロゾルとして加えられてもよい気体／液体混合物であってもよい。
【００３８】
サセプタ１８は、誘導加熱コイル１６により発生される振動電磁場などの電磁エネルギーに応答する。誘導加熱コイルにより発生される電磁エネルギーに応じて、サセプタが加熱され、それにより、部品１４が加熱される。金型が加熱されて冷却される技術とは異なり、誘導加熱技術は、サセプタの比較的急速な加熱及び冷却の結果として、部品１４を制御された態様でより素早く加熱して冷却することができる。例えば、幾つかの誘導加熱技術は、従来のオートクレーブ又は熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）プロセスよりも約２桁大きい速さで部品１４を加熱して冷却できる。１つの実施形態において、サセプタは、鉄、ニッケル、クロム、及び／又は、コバルトと、誘導加熱コイルにより発生される電磁エネルギーに応じてサセプタが加熱される設定温度ポイントを生み出すように選択される特定の材料組成との組み合わせを含む強磁性体から形成される。これに関して、サセプタは、材料の強磁性相と常磁性相との間の転移が存在するサセプタのキュリー点がサセプタが誘導加熱される設定温度ポイントを規定するように構成されてもよい。また、サセプタは、キュリー点が部品１４の相変態温度よりも一般的にはほんの僅かではあるが大きくなるように構成されてもよい。
【００３９】
また、図４に示されるように、部品１４は金型空隙部内に配置される。以下で説明されるように、方法及び装置１０は、部品１４の異なる部分が異なる方向に延伸する、所望の複合形態を有するように部品を形成できる。しかしながら、方法及び装置は、任意の所望の形態を有する部品を形成できる。したがって、方法及び装置は、多種多様な用途のための部品１４を形成できる。これに関して、方法及び装置は、航空宇宙用途、自動車用途、海洋用途、建設用途、構造的用途、及び、多くの他の用途のための部品を形成できる。例えば図６に示されるように、航空機の機体に対して床梁を接続するためのコネクタプレートが形成され、また、このコネクタプレートは、本開示の方法及び装置の実施形態にしたがって形成され得る複合形態部品１４の一例を描く。
【００４０】
部品１４は、様々な材料から形成されてもよいが、一般的には、高い温度及び圧力で、すなわち、周囲の温度及び圧力よりも大きい温度及び圧力、一般的には周囲の温度及び圧力よりもかなり大きい温度及び圧力で２つの固相間の相変化を受ける金属合金から形成される。例えば、部品１４を形成する金属合金がスチール又は鉄の合金であってもよい。しかしながら、１つの例において、部品１４は、チタン合金、例えば、６％（重量パーセント）アルミニウム、４％（重量パーセント）バナジウム、及び、９０％（重量パーセント）チタンから成るＴｉ−６−４から形成される。室温での平衡状態下で、Ｔｉ−６−４は、２つの固相、すなわち、低温でより安定するα相と称される六方最密相と、高温でより安定するβ相と称される体心立方相とを含む。室温での平衡状態で、Ｔｉ−６−４はβ相とα相との混合物であり、この場合、各相の相対的な量は熱力学によって決定される。温度が高められるにつれて、α相は、βトランザス温度を上回る温度で合金が完全にβ相から形成されるようになるまで、相変態温度範囲にわたってβ相へと変態する。一例として、Ｔｉ−６−４に関して、βトランザス温度は約１０００℃である。同様に、Ｔｉ−６−４は、温度が相変態範囲にわたってβトランザス温度未満に低下されるにつれて、β相からα相へと徐々に変化する。一方、チタン合金の場合には、六方最密相から体心立方相への変態が温度範囲にわたって行われ、純チタンの場合、変態は、単一の温度値、すなわち、約８８０℃で行われる。本明細書中における相変態温度範囲への言及は、複数の温度を含む範囲及び単一の温度値の両方を含む。また、βトランザス温度は、合金の正確な組成に応じて変化する。
【００４１】
α相からβ相への変態中に原子の微細構造再配列に伴って起こるのは、温度変化に起因する各相における格子定数の変化である。格子定数のこれらの変化は、プラスの体積変化をもたらす。体積におけるこの微細構造変化は、合金の加熱時に歪み速度の瞬間的な増大をもたらし、それにより、より低い印加圧に応じて所定量の変形を生み出すことができ、あるいは、別の言い方をすれば、所定の圧力でより大きな変形を生み出すことができる。相変態温度範囲内又は相変態温度範囲付近の温度で部品１４の相変態超塑性をうまく利用することにより、部品１４が従来の技術よりも低い圧力及び温度で強固にされてもよい。
【００４２】
図４にも示されるように、開示の１つの態様において、部品１４を形成するための装置１０は、部品１４の少なくとも一方側に隣接するように金型空隙部内に配置される液圧加圧媒体２６を使用する。液圧加圧媒体は部品１４の一方側に隣接していれば十分であるが、液圧加圧媒体は、例示された実施形態の場合のように、部品１４の各サイズに近くなるように部品１４を取り囲んでもよくあるいは封入してもよい。液圧加圧媒体は、部品１４とは別個となるように部品１４の挿入前に金型空隙部内に配置されてもよいが、液圧加圧媒体は、部品１４が液圧加圧媒体を担持するように、部品１４を金型空隙部内へ挿入する前に、部品１４上にコーティングされあるいはさもなければ部品１４上に配置されてもよい。
【００４３】
液圧加圧媒体２６は、本開示の実施形態の方法及び装置１０が部品１４を強固にする処理圧力及び処理温度で比較的高い粘度を有する液体となるように構成される。これに関して、液体の粘度は、相変態温度範囲内の作用点にあるいは作用点付近にあってもよい。例えば、粘度は、相変態温度範囲内の温度に関して約１０３ポアズ（ｐｏｉｓｅ）〜約１０６ポアズの範囲であってもよい。また、液体は、一般に、低い熱容量を有し、放射エネルギーを透過するとともに、非導電性であり、比較的高い熱伝導率を有する。これに関して、液圧加圧媒体は、ガラスなどのアモルファス材料であってもよい。また、液圧加圧媒体は、好適には、部品１４が処理されて強固にされる高温で部品１４と反応しない。
【００４４】
１つの実施形態において、液圧加圧媒体２６は、ガラスの２つの層、すなわちプリフォームに近い第１の層と、第１の層によってプリフォームから離間されるようにプリフォームに対して第１の層の反対側にある第２の層とから形成されてもよい。この実施形態において、第１の層は一般に第２の層よりも硬質であり、それにより、部品１４の間隙内へのガラスの侵入が減少される。
【００４５】
様々な構成要素、特徴、及び、機能性を含む装置及び方法の異なる例及び態様が本明細書中に開示される。言うまでもなく、本明細書中に開示される装置及び方法の様々な例及び態様は、本明細書中に開示される装置及び方法の他の例及び態様のいずれかの任意の構成要素、特徴、及び、機能性を任意の組み合わせで含んでもよく、また、そのような可能性の全てが本開示の思想及び範囲の中に入るように意図される。
【００４６】
特許請求の範囲に記載されてもよくあるいは記載されなくてもよい本開示に係る主題の例示的で非包括的な例が以下の項Ａ１〜Ａ２７で与えられる。
【００４７】
Ａ１．少なくとも１つの元素金属粉末から部品１４を形成する方法１００であって、部品１４が、略網形状、部品体積、及び、部品密度を有する方法１００であって、
焼結密度を有する焼結プリフォーム１３４を用意するステップ３００と、
焼結プリフォームから一部分１３４Ａを分離するステップ４００であって、一部分１３４Ａが、部品体積を上回る一部分体積と、部品１４の略網形状とは異なる一部分形状とを有するステップ４００と、
略網形状と部品密度とを有する部品１４を形成するために、一部分１３４Ａを温度サイクル圧力で温度サイクル時間にわたって温度サイクルに晒して、その間に、一部分１３４Ａを超塑性的に変形させるステップ５００と、
を備える方法１００。
【００４８】
Ａ２．焼結プリフォーム１３４は、冷間圧縮プリフォームを一定の温度で焼結時間にわたって焼結することによって形成される項Ａ１の方法１００。
【００４９】
Ａ３．一定の温度が約１９００°Ｆ〜約２５００°Ｆである項Ａ２の方法１００。
【００５０】
Ａ４．焼結時間が約２時間〜約２０時間である項Ａ２〜Ａ３のいずれかの方法１００。
【００５１】
Ａ５．冷間圧縮プリフォームは、冷間圧縮密度を有するとともに、冷間圧縮温度及び冷間圧縮圧力で冷間圧縮時間にわたって少なくとも１つの元素金属粉末を冷間圧縮することによって形成される項Ａ２〜Ａ４のいずれかの方法１００。
【００５２】
Ａ６．冷間圧縮密度は、部品１４と関連付けられる理論全密度の約５０％〜約８５％である項Ａ５の方法１００。
【００５３】
Ａ７．冷間圧縮圧力が１平方インチ当たり約６００００ポンドである項Ａ５の方法１００。
【００５４】
Ａ８．冷間圧縮圧力が温度サイクル圧力よりも高い項Ａ５及びＡ７のいずれかの方法１００。
【００５５】
Ａ９．部品密度が焼結密度よりも大きく、焼結密度が冷間圧縮密度よりも大きい項Ａ８の方法１００。
【００５６】
Ａ１０．部品密度は、部品１４と関連付けられる理論全密度の約９９％〜１００％であり、焼結密度は理論全密度の約８０％〜約９５％であり、また、冷間圧縮密度は理論全密度の約５０％〜約８５％である項Ａ９の方法１００。
【００５７】
Ａ１１．冷間圧縮プリフォームの形成は、少なくとも１つの元素金属粉末を冷間圧縮する前に少なくとも１つの元素金属粉末を磨減させることを更に含む項Ａ５〜Ａ１０のいずれかの方法１００。
【００５８】
Ａ１２．一部分１３４Ａを略網形状へと変形させた後に部品１４を処理して略網形状を網形状へと変化させるステップを更に備える項Ａ１〜Ａ１１のいずれかの方法１００。
【００５９】
Ａ１３．一部分１３４Ａは、第１の温度と第２の温度との間で温度が周期的に変化される項Ａ１〜Ａ１２のいずれかの方法１００。
【００６０】
Ａ１４．一部分１３４Ａは、多くの温度サイクルにわたって温度が周期的に変化される項Ａ１３の方法１００。
【００６１】
Ａ１５．温度サイクルの数が約５〜約２５である項Ａ１４の方法１００。
【００６２】
Ａ１６．温度サイクルのそれぞれが一部分１３４Ａの材料の結晶学的変化を引き起こす項Ａ１４〜Ａ１５のいずれかの方法１００。
【００６３】
Ａ１７．一部分１３４Ａが不活性雰囲気内で温度サイクルに晒される項Ａ１〜Ａ１６のいずれかの方法１００。
【００６４】
Ａ１８．温度サイクル時間が約１時間よりも短い項Ａ１〜Ａ１７のいずれかの方法１００。
【００６５】
Ａ１９．少なくとも１つの元素金属粉末は、チタン粉末、アルミニウム粉末、及び、バナジウム粉末のうちの少なくとも１つである項Ａ１〜Ａ１８のいずれかの方法１００。
【００６６】
Ａ２０．部品１４が複数の元素金属粉末から形成される項Ａ１〜Ａ１９のいずれかの方法１００。
【００６７】
Ａ２１．複数の元素金属粉末は、チタン粉末、アルミニウム粉末、及び、バナジウム粉末のうちの少なくとも２つを含む項Ａ２０の方法１００。
【００６８】
Ａ２２．焼結密度は、全密度の約８０％〜約９９％である項Ａ１〜Ａ２１のいずれかの方法１００。
【００６９】
Ａ２３．焼結密度は、部品１４と関連付けられる理論全密度の約９５％〜約９９％である項Ａ１〜Ａ５及び項Ａ７〜Ａ９のいずれかの方法１００。
【００７０】
Ａ２４．温度サイクル圧力が一定である項Ａ１〜Ａ２３のいずれかの方法１００。
【００７１】
Ａ２５．温度サイクル圧力が１平方インチ当たり約２０００ポンドである項Ａ２４の方法１００。
【００７２】
Ａ２６．焼結プリフォーム１３４が円柱形状を有する項Ａ１〜Ａ２５のいずれかの方法１００。
【００７３】
Ａ２７．焼結プリフォーム１３４は直径と第１の高さとを有し、また、焼結プリフォーム１３４の一部分１３４Ａは、焼結プリフォーム１３４の直径を有するとともに、第１の高さよりも小さい第２の高さを有する項Ａ２６の方法１００。
【００７４】
以上の説明及び関連する図面では、教示内容の利点が与えられてきたが、開示された主題の多くの変更は、この開示が関連する当業者に明らかとなる。したがって、開示が与えられた特定の例及び態様に限定されるべきではなく、また、その変更が添付の請求項の範囲内に入るように意図されることが理解されるべきである。また、先の説明及び関連する図面は、要素及び／又は機能の特定の例示的な組み合わせについて記載するが、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、要素及び／又は機能の異なる組み合わせが実現されてもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７５】
１０  装置
１２  金型
１３  ストロングバック
１４  部品
１６  誘導コイル、誘導加熱コイル
１７  絶縁コーティング
１８  サセプタ
２０  電源
２２  コントローラー
２６  液圧加圧媒体
１００  航空機の製造及び保守点検方法
１０２  航空機
１０４  仕様及び設計
１０６  材料調達
１０８  構成要素及び部分組立品の製造
１１０  システム統合
１１２  認証及び搬送
１１４  就航
１１６  整備及び保守点検
１１８  機体
１２０  高レベルシステム
１２２  内部
１２４  推進システム
１２６  電気システム
１２８  油圧システム
１３０  環境システム
１３４  焼結プリフォーム
１３４Ａ  一部分
３００  ブロック、ステップ
４００  ブロック、ステップ
５００  ブロック、ステップ
【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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【外国語明細書】
2015098645000001.pdf