(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細構造微細化を開始するように金属材料加工物を鍛造する方法であって、
最大で前記金属材料の圧下延性限界まで、第１の鍛造方向に鍛造温度で前記加工物を自由プレス鍛造することと、
前記第１の鍛造方向に付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、前記鍛造温度で１回以上、最大で前記圧下延性限界まで、前記第１の鍛造方向に前記加工物を自由プレス鍛造することを繰り返すことと、
所望の回転度に前記加工物を回転させることと、
最大で前記金属材料の前記圧下延性限界まで、第２の鍛造方向に前記鍛造温度で前記加工物を自由プレス鍛造することと、
前記第２の鍛造方向に付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、前記鍛造温度で１回以上、最大で前記圧下延性限界まで、前記第２の鍛造方向に前記加工物を自由プレス鍛造することを繰り返すことと、
所望の回転度に前記加工物を回転させ、かつ微細構造微細化を開始するのに十分であるひずみの合計量が前記加工物の全体積に付与されるまで前記鍛造温度で前記加工物を自由プレス鍛造することを、第３の鍛造方向および任意に１つ以上の更なる鍛造方向において繰り返すこと、ここで、前記加工物が、微細構造微細化を開始するのに十分であるひずみの合計量が前記第３の鍛造方向および任意の１つ以上の更なる鍛造方向に付与されるまで回転されない、と、を含み、
ここで、前記金属材料が、アルファ−ベータチタン合金を含み、そして
前記鍛造温度が、５９３．３℃（１１００°Ｆ）〜前記アルファ−ベータチタン合金のベータトランザス温度を２７．８℃（５０°Ｆ）下回る温度にまで及ぶ温度範囲内にある、前記方法。
【請求項２】
前記アルファ−ベータチタン合金が、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６４００）、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ  ＥＬＩ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６４０１）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６２６０）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ合金（ＵＮＳ  Ｒ５４６２０）、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金（ＡＭＳ  ４９８６）、およびＴｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＵＮＳ  ５４２５０）のうちの１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アルファ−ベータチタン合金が、Ｔｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＵＮＳ  ５４２５０）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
任意の自由プレス鍛造ステップの中間で前記加工物を再加熱することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
任意の自由プレス鍛造ステップの中間で前記加工物を焼鈍することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
微細構造微細化を開始するように金属材料加工物を分割パス自由鍛造する方法であって、
金属材料を含み、かつ八角形と角丸正方形（ＲＣＳ）の複合型である断面形状を有する加工物を提供すること、ここで、前記加工物は、４つのＲＣＳ面と、前記ＲＣＳの４つの丸みを帯びた角に対応する４つの対角面を有する、と、
前記加工物を自由据え込み鍛造することと、
前記加工物のＸ’方向において第１の対角面上に自由引抜きするために、前記加工物を回転させることと、
微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、前記Ｘ’方向に前記加工物を複数パス引抜き鍛造することであり、
各複数パス引抜き鍛造ステップが、最大で前記金属材料の圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む、複数パス引抜き鍛造することと、
前記加工物のＹ’方向において第２の対角面上に自由引抜きするために、前記加工物を回転させることと、
微細構造微細化開始のための前記ひずみ閾値まで、前記Ｙ’方向に前記加工物を複数パス引抜き鍛造することであり、
各複数パス引抜き鍛造ステップが、最大で前記金属材料の前記圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む、複数パス引抜き鍛造することと、
前記加工物のＹ方向において第１のＲＣＳ面上に自由引抜きするために、前記加工物を回転させること、
微細構造微細化開始のための前記ひずみ閾値まで、前記Ｙ方向に前記加工物を複数パス引抜き鍛造することであり、
各複数パス引抜き鍛造ステップが、最大で前記金属材料の前記圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む、複数パス引抜き鍛造することと、
前記加工物のＸ方向において第２のＲＣＳ面上に自由引抜きするために、前記加工物を回転させることと、
微細構造微細化開始のための前記ひずみ閾値まで、前記Ｘ方向に前記加工物を複数パス引抜き鍛造することであり、
各複数パス引抜き鍛造ステップが、最大で前記金属材料の前記圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む、複数パス引抜き鍛造することと、
前記自由据え込み鍛造および各複数パス引抜き鍛造ステップを所望の通り繰り返すことと、を含み、
ここで、前記金属材料が、アルファ−ベータチタン合金を含み、そして
前記自由据え込み鍛造および前記複数パス引抜き鍛造が、５９３．３℃（１１００°Ｆ）〜前記アルファ−ベータチタン合金のベータトランザス温度を２７．８℃（５０°Ｆ）下回る温度にまで及ぶ温度範囲内にある鍛造温度で実施される、前記方法。
【請求項７】
前記アルファ−ベータチタン合金が、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６４００）、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ  ＥＬＩ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６４０１）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６２６０）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ合金（ＵＮＳ  Ｒ５４６２０）、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金（ＡＭＳ  ４９８６）、およびＴｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＵＮＳ  ５４２５０）のうちの１つを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記アルファ−ベータチタン合金が、Ｔｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＵＮＳ  ５４２５０）を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
任意の自由プレス鍛造ステップの中間で前記加工物を再加熱することを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
任意の自由プレス鍛造ステップの中間で前記加工物を焼鈍することを更に含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［連邦政府支援の研究開発に関する記述］
本発明は、米国国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）、米国商務省によって授与されたＮＩＳＴ契約番号７０ＮＡＮＢ７Ｈ７０３８の下、米国政府の支援を受けて行われた。米国政府は、本発明においてある特定の権利を有し得る。
【０００２】
本開示は、低延性が原因でひずみ経路感受性である金属合金を含む、金属合金を鍛造する方法に関する。本開示に従うある方法は、鍛造された材料の亀裂の開始および伝播の危険を最小化しつつ、金属粒結晶構造および／または第２相粒子中への配向乱れの蓄積を最大化する方法でひずみを付与する。本開示に従うある方法は、金属合金の微細構造微細化に作用することが予期される。
【背景技術】
【０００３】
延性は、あらゆる所与の金属材料（すなわち、金属および金属合金）の本質的な特性である。鍛造処理中、金属材料の延性は、金属材料の鍛造温度および微細構造によって調節される。延性が低いとき、例えば、金属材料が本質的に低延性を有するか、または低鍛造温度が使用されなければならないか、または延性のある微細構造が金属材料中にまだ生成されていないかの理由で、各鍛造反復中その圧下の量を低減することは、通常の実践である。例えば、２２インチの八角形加工物を２０インチの八角形に直接鍛造する代わりに、当該分野の当業者は、各面上に鍛造パスを有する２１インチの八角形を最初に鍛造し、加工物を再加熱し、八角形の各面上に鍛造パスを有する２０インチに鍛造することを考慮し得る。しかしながら、このアプローチは、金属がひずみ経路感受性を呈し、特定の最終微細構造が生成物中に獲得される場合、好適でない場合がある。ひずみ経路感受性は、臨界量のひずみが、粒微細化機構を誘発するように所与のステップで付与されなければならないとき、観察され得る。微細構造微細化は、引抜き中に取られた圧下が軽すぎる鍛造実践によって実現されない場合がある。
【０００４】
金属材料が低温感受性であり、低温で亀裂する傾向がある状況では、ダイに載っている時間は、短縮されなければならない。これを達成するための方法は、例えば、２０インチ八角形ビレットを鍛造する必要があったパスの半分のみを用いて、２０インチの角丸正方形ビレット（ＲＣＳ）に２２インチ八角形ビレットを鍛造することである。２０インチＲＣＳビレットは、次いで、再加熱されてもよく、パスの後の半分を適用して２０インチ八角形ビレットを形成する。低温感受性金属材料を鍛造するための別の解決方法は、最初に加工物の一方の端部を鍛造し、加工物を加熱し、次いで加工物の他方の端部を鍛造することである。
【０００５】
二重相微細構造では、微細構造微細化は、例えば、核生成、再結晶化、および／または第２相球状化等を処理する前駆体として、亜粒界生成および配向乱れ蓄積で開始される。微細構造の微細化のための配向乱れ蓄積を必要とする合金の例は、アルファ−ベータ位相において鍛造されたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６４００）である。そのような合金では、鍛造は、加工物が回転される前に所与の方向において大きな圧下が付与されると、微細構造微細化に関してより効率的である。これは、多軸鍛造（ＭＡＦ）を用いて実験室規模で行うことができる。（ほぼ）等温条件下で小片（各側が数インチ）上に実施され、固有の潤滑性を有する極めて低いひずみ速度を用いるＭＡＦは、むしろ均質にひずみを付与することができるが、これらの条件（小規模、ほぼ等温、潤滑性を有する）のうちのいずれかからの逸脱は、中心に優先的に付与された異種性のひずみ、ならびに冷却表面亀裂を伴う延性課題をもたらし得る。チタン合金の工業規模の粒微細化で使用されるＭＡＦ処理は、米国特許公開第２０１２／００６０９８１  Ａ１号に開示され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００６】
延性課題を制限しつつ、鍛造を通して効率的に微細構造微細化機構を開始するように金属材料に十分なひずみを提供する加工の方法を開発することが望ましい。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の非限定的な態様に従うと、金属材料加工物を鍛造する方法は、最大で金属材料の圧下延性限界まで第１の鍛造方向に鍛造温度で加工物を自由プレス鍛造することを含む。最大で金属材料の圧下延性限界まで加工物を自由プレス鍛造することは、第１の鍛造方向に付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、第１の鍛造方向に鍛造温度で１回以上、繰り返される。加工物は、次いで、所望の回転度分、回転される。
【０００８】
回転された加工物は、最大で金属材料の圧下延性限界まで第２の鍛造方向に鍛造温度で自由プレス鍛造される。最大で金属材料の延性限界まで加工物を自由プレス鍛造することは、第２の鍛造方向に付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、第２の鍛造方向に鍛造温度で１回以上、繰り返される。
【０００９】
回転する、自由プレス鍛造する、および自由プレス鍛造を繰り返すステップは、第３の鍛造、および任意に１つ以上の更なる方向において、微細構造微細化を開始するひずみの量が加工物の全体積に付与されるまで繰り返される。加工物は、微細構造微細化を開始するのに十分であるひずみの合計量が、第３および１つ以上の更なる方向の各々に付与されるまで回転されない。
【００１０】
本開示の別の非限定的な実施形態に従うと、微細構造微細化を開始するように金属材料加工物を分割パス自由鍛造する方法は、金属材料を含む複合型八角形ＲＣＳ加工物を提供することを含む。加工物は、据え込み鍛造される。加工物は、引き続いて、複合型八角形ＲＣＳ加工物のＸ’方向において第１の対角面上に自由引抜き（ｏｐｅｎ  ｄｉｅ  ｄｒａｗｉｎｇ）するために、回転される。加工物は、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、Ｘ’方向に複数パス引抜き鍛造される。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。
【００１１】
加工物は、複合型八角形ＲＣＳ加工物のＹ’方向において第２の対角面上に自由引抜きするために、回転される。加工物は、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、Ｙ’方向に複数パス引抜き鍛造される。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。
【００１２】
加工物は、複合型八角形ＲＣＳ加工物のＹ方向において第１のＲＣＳ面上に自由引抜きするために、回転される。加工物は、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、Ｙ方向に複数パス引抜き鍛造される。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。
【００１３】
加工物は、複合型八角形ＲＣＳ加工物のＸ方向において第２のＲＣＳ面上に自由引抜きするために、回転される。加工物は、粒微細化開始のためのひずみ閾値まで、Ｘ方向に複数パス引抜き鍛造される。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。据え込みステップおよび複数引抜き鍛造ステップのサイクルは、金属材料の微細構造微細化を更に開始し、または強化するように所望の通り繰り返すことができる。
【００１４】
本明細書に記載の方法および物品の特性および利点は、次の添付の図を参照することによってより理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示に従って金属材料を分割パス自由鍛造する方法の非限定的な実施形態のフロー図である。
【図２】本開示の非限定的な実施形態に従う、複合型八角形ＲＣＳ加工物の略図である。
【図３Ａ】本開示に従って金属材料複合型八角形ＲＣＳ加工物を分割パス自由鍛造する方法の非限定的な実施形態の模式図である。
【図３Ｂ】同上
【図３Ｃ】同上
【図３Ｄ】同上
【図３Ｅ】同上
【発明を実施するための形態】
【００１６】
読者は、本開示に従う特定の非限定的な実施形態の以下の詳細な説明を考慮することにより、前述の詳細ならびにその他を理解する。
【００１７】
本明細書に記載される実施形態のある説明が、明瞭さ、他の要素、特性、および態様の目的のために除外されるが、開示される実施形態の明確な理解に関連するそれらの要素、特性、および態様を例示するためのみに簡略化されていることを理解されたい。当該分野の当業者は、本開示の実施形態の本説明を考慮することにより、他の要素および／または特性が、本開示の実施形態の特定の実装または適用において望ましい場合があることを認識する。しかしながら、そのような他の要素および／または特性が、本開示の実施形態の本説明を考慮することにより当該分野の当業者によって容易に確認され実施され得るため、よって、本開示の実施形態の完全な理解の必要はなく、そのような要素および／または特性の説明は、本明細書に提供されない。したがって、本明細書に記載される説明は、単に例示的な本開示の実施形態の例証であり、特許請求の範囲によってのみ定義されるように本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。
【００１８】
本明細書に列挙されるいかなる数の範囲も、その中に組み込まれる全ての部分的範囲を含むことが意図される。例えば、「１から１０」または「１〜１０」の範囲は、記載される最小値１と記載される最大値１０との間の（およびこれらを含む）、すなわち、１以上の最小値および１０以下の最大値を有する、全ての部分範囲を含むように意図される。本明細書に記載される任意の最大数値限定は、その中に含まれる全てのより小さい数値限定を含むように意図され、また本明細書に記載される任意の最小数値限定は、その中に含まれる全てのより大きい数値限定を含むように意図される。したがって、出願人らは、本明細書に明示的に記載される範囲内に含まれる任意の部分範囲を明示的に記載するように、特許請求の範囲を含む本開示を改変する権利を留保する。全てのかかる範囲は、任意のかかる部分範囲を明示的に記載する改正が、米国特許法第１１２条第１項および米国特許法第１３２条（ａ）の要件に従うように、本明細書に本質的に開示されるように意図される。
【００１９】
本明細書に使用される、「１つの」、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という文法上の冠詞は、別途示されない限り、「少なくとも１つの」または「１つ以上の」を含むように意図される。よって、冠詞は、その冠詞の文法上の対象物のうちの１つまたは１つ超え（すなわち、少なくとも１つ）を指すように本明細書で使用される。例として、「構成要素」は、１つ以上の構成要素を意味し、またしたがって、１つを超える構成要素が企図され得、説明される実施形態の実装において用いられるか、または使用されてもよい。
【００２０】
全ての百分率および比率は、別途示されない限り、特定の金属材料組成の合計重量に基づいて、計算される。
【００２１】
参照により本明細書に全体または一部が組み込まれることが言及されるあらゆる特許、刊行物、または他の開示資料は、組み込まれる資料が既存の定義、記述、または本開示に記載される他の開示資料と矛盾しない範囲内でのみ本明細書に組み込まれる。したがって、また必要な範囲で、本明細書に記載の開示は、参照により本明細書に組み込まれるあらゆる矛盾する資料に優先する。参照によって本願に組み込まれることが言及されるが、しかし既存の定義、声明、または本開示に記載される他の開示資料と矛盾するあらゆる資料またはその一部分は、その組み込まれた資料と既存の開示資料との間に矛盾が発生しない範囲内でのみ組み込まれる。
【００２２】
本開示は、種々の実施形態の説明を含む。本明細書に説明される全ての実施形態は、例示的、例証的、および非限定的であることが理解されるべきである。したがって、本発明は、種々の例示的、例証的、および非限定的な実施形態の説明によって限定されない。むしろ、本発明は、本明細書に明示的または本質的に記載されるあらゆる特徴を記載するために改正され得る、ないしは別の方法で本開示によって明示的または本質的に支持される、特許請求の範囲によってのみ定義される。
【００２３】
本明細書に使用される、「金属材料」という用語は、市販の純金属および金属合金のような金属を指す。
【００２４】
本明細書に使用される、「鍛伸」、「鍛造」、および「自由プレス鍛造」という用語は、熱機械処理（「ＴＭＰ」）の形態を指し、それは、「熱機械加工」としてもまた本明細書において称され得る。「熱機械加工」は、制御された熱および変形処置を組み合わせて、例えば、限定することなく、強靭性の損失のない強度の改善等の相乗効果を獲得する、多様な金属材料形成処理を一般的に網羅するように、本明細書に定義される。熱機械加工の本定義は、例えば、ＡＳＭ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ，Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ，  ｅｄ．，ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９２），ｐ．４８０に基づく意味と一致する。本明細書に使用される、「自由プレス鍛造」という用語は、材料流動が、各ダイセッションのためのプレスの単一加工動作を伴う機械的圧力または油圧によって完全に制約されないダイとダイとの間で、金属材料を鍛造することを指す。自由プレス鍛造の本定義は、例えば、ＡＳＭ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ，Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ，ｅｄ．，ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９２），ｐｐ．２９８および３４３に基づく意味と一致する。本明細書に使用される、「鍛伸」という用語は、ビレット内にインゴットを加工する際、金属材料の粒を改善または微細化するように使用される熱機械圧下処理を指す。鍛伸の本定義は、例えば、ＡＳＭ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ，Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ，ｅｄ．，ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９２），ｐ．７９に基づく意味と一致する。
【００２５】
本明細書に使用される、「ビレット」という用語は、鍛造、圧延、または押出成形によって熱間加工される固体半完成の円形または正方形生成物を指す。ビレットの本定義は、例えば、ＡＳＭ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ，Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ，  ｅｄ．，ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９２），ｐ．４０に基づく意味と一致する。本明細書に使用される、「バー」という用語は、ビレットから、円形、六角形、八角形、正方形、または矩形のような鋭角または丸みを帯びた縁を有する形態に鍛造された固体切片を指し、対称の横断面を有するその横断面寸法に沿って長い。バーの本定義は、例えば、ＡＳＭ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ，Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ，ｅｄ．，ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９２），ｐ．３２に基づく意味と一致する。
【００２６】
本明細書に使用される、「延性限界」という用語は、金属材料が破砕または亀裂することなく耐え得る圧下または可塑的変形の限界または最大量を指す。本定義は、例えば、ＡＳＭ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ，Ｊ．Ｒ．Ｄａｖｉｓ，ｅｄ．，ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９２），ｐ  １３１に基づく意味と一致する。本明細書に使用される、「圧下延性限界」という用語は、金属材料が亀裂または破砕する前に耐え得る圧下の量または程度を指す。
【００２７】
本明細書に使用される、「微細構造微細化を開始する」および「微細構造微細化開始のためのひずみ閾値」という句は、材料の粒径の縮小をもたらす結晶構造および／または第２相粒子中に配向乱れの蓄積（例えば、転位および亜粒界）を生成するように金属材料の微細構造にひずみを付与することを指す。ひずみは、本開示の方法の非限定的な実施形態の実践中か、または後続の熱機械処理ステップ中に、金属材料に付与される。実質的に単相ニッケル系合金またはチタン系合金（ニッケルのγ相またはチタンのβ相の少なくとも９０％）では、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値は、第１の再結晶化された粒の核生成を指す。それは、一軸圧縮または張力を通じて対象とする温度およびひずみ速度で測定された応力ひずみ曲線から推計され得る。それは通常、約０．１〜０．３のひずみである。二相ニッケル系およびチタン系合金が鍛造されると、微細構造展開は、はるかに遅鈍である。例えば、第２相の球状化は、単一の引抜きでは達成され得ないかまたは開始すらされ得ない。焦点は、次いで、複数の鍛造ステップの蓄積にわたって効率的に配向乱れを蓄積するために必要とされるひずみ上に置かれる。微細構造微細化は、次いで、その母粒または元の配向から益々配向を乱された小さい部分粒の形成を指す。これは、動的回収（亜粒界中への転位の蓄積）に結びつき、その効果はまた、流動軟化の形態で応力ひずみ曲線上に見られ得る。０．１〜０．３の類似の閾値が、通常獲得され、それは、各引抜きまたは鍛造作業で到達される必要があるひずみ閾値の質的推計として使用されてもよい。引抜き中配向乱れ蓄積を促進することは、部分粒がその配向をその母粒の配向に取り戻す代わりに次の引抜きのための回転の後に更に一層配向を乱す確率を、増加させる。
【００２８】
本開示に従う分割パス自由鍛造の方法の態様に従うと、分割パス自由鍛造は、加工物の亀裂を制限する全てのパスで加工物に付与されるひずみの量を精密に制御することに依存する。所与の鍛造方向において、その所与の方向に微細構造微細化処理を開始するには不十分な圧下が取られた場合、自由プレス鍛造は、微細構造微細化を開始するのに十分な圧下がその方向に付与されるまで、同じ面上に、同じ方向において、鍛造されている金属材料の最大圧下延性限界まで、繰り返される。
【００２９】
微細構造微細化を開始する任意のパスで加工物に付与される圧下の所望される量が、過度の材料亀裂なく１つの引抜き鍛造パスで取られ得る圧下の最大量を超える場合、すなわち、圧下の量が、材料の圧下延性限界を超え、次いで、１）任意のパスに付与されたひずみが、鍛造温度で材料の圧下延性限界より小さく、かつ２）１つの鍛造方向に付与された合計ひずみが、要求に見合う微細構造微細化を開始するのに十分になるように、圧下パスは、２つ以上のパスに分割されるべきである。１つの方向に微細構造展開を駆動し、微細構造微細化を開始するのに十分なひずみを付与した後にのみ、次の圧下パスのための鍛造のために、加工物が、第２の方向に回転されるべきである。
【００３０】
図１を参照すると、本開示の１つの非限定的な態様に従って微細構造微細化を開始するように金属材料加工物を鍛造する方法１００は、金属材料の最大圧下延性限界まで第１の鍛造方向に鍛造温度で金属材料加工物を自由プレス鍛造すること１０２を含む。金属材料の圧下延性限界は、句が本明細書に使用されるように、破砕ひずみ（εｆ）によって質的に推計され得、それは、一軸引張試験中の試験標本破砕での工学ひずみである。使用され得る１つの特定の一軸引張試験は、ＡＳＴＭ  Ｅ８／Ｅ８Ｍ−１１，「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」，ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ，ＵＳＡ（２０１１）に記載されている。真の破砕ひずみεｆは、元の面積Ａ０と破砕後の面積Ａｆとに基づく真のひずみであり、式（１）によって所与される。当該分野の当業者は、式（１）から特定の金属材料のための圧下延性限界を容易に推計することができ、それゆえ、固有の金属材料のための圧下延性限界は、本明細書に含まれる必要がある。
【数１】
0006342983.tif 000002
【００３１】
金属材料の最大圧下延性限界まで第１の鍛造方向に鍛造温度で金属材料加工物を自由プレス鍛造１０２した後に、加工物は、第１の鍛造方向に付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、第１の鍛造方向に鍛造温度で１回以上、金属材料の最大圧下延性限界まで自由プレス鍛造される１０４。加工物は次いで、次の鍛造パスに備えて所望の回転度分、回転される１０６。
【００３２】
所望の回転度は、加工物の形状によって決定されることが認識される。例えば、八角形円柱の成形である加工物は、任意の面上に鍛造され、次いで９０°回転され鍛造され、次いで４５°回転され鍛造され、次いで９０°回転され鍛造される。八角形円柱の側面の隆起を除外するように、八角形円柱は、４５°回転させ平らにすること、次いで９０°回転させ平らにすること、次いで４５°回転させ平らにすること、および次いで９０°回転させ平らにすることによって、平らにされ得る。当業者によって理解されるように、本明細書に使用される、「平らにする」という用語およびその形態は、所望の構成および寸法に加工物（例えば、ビレットまたはバー）を整えるように金属加工物の表面に軽めの自由プレス鍛造動作を適用することによって金属材料加工物の表面を滑らかにすること、設計すること、または仕上げることを指す。当業者は、例えば、円形、正方形、または矩形の横断面成形のような任意の特定の横断面成形を有する加工物のための所望の回転度を容易に決定することができる。
【００３３】
所望の回転度分、金属材料加工物を回転１０６させた後に、加工物は、金属材料の圧下延性限界まで第２の鍛造方向に鍛造温度で自由プレス鍛造される１０８。加工物を自由プレス鍛造することは、第２の鍛造方向のひずみの合計量が、金属材料の微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、第２の鍛造方向に鍛造温度で１回以上、最大圧下延性限界まで繰り返される１１０。
【００３４】
回転させること、自由鍛造すること、および自由鍛造を繰り返すことのステップは、微細構造微細化を開始するのに十分な合計量のひずみを全体積、または加工物全体に付与するように全ての面がある大きさに鍛造されるまで、第３の、および任意に、１つ以上の更なる方向において、繰り返される１１２。微細構造微細化が処理のその時点で作動される必要がある第３および１つ以上の更なる方向の各々のために、自由プレス鍛造することが、最大圧下延性限界まで繰り返され、加工物は、十分な量のひずみがその固有の方向に付与されるまで、回転されない。また、成形制御または平らにすることのみが必要とされる第３および１つ以上の更なる方向の各々のために、自由プレス鍛造することは、最大圧下延性限界までのみ実施される。当業者は本開示の一読で、本明細書に記載の方法を用いて加工物形状を加工するために必要とされる所望の回転度および鍛造方向の数を容易に決定し得る。
【００３５】
本開示に従う方法の実施形態は、例えば、円形または八角形横断面を有する加工物から平板を形成するようにひずみを適用する加工方法から異なる。例えば、平坦な生成物を提供するように加工すること、幅を制御するようにのみ幅殺し（ｅｄｇｉｎｇ）することを継続する代わりに、本開示に従う非限定的な実施形態では、類似の繰り返されるパスは、例えば、矩形、正方形、円形、または八角形ビレットまたはバーであり得る対象とする最終成形から実質的に逸脱しないある程度等方性の成形を維持するように、加工物の更なる側面に取られる。
【００３６】
多量の冗長ひずみが付与されなければならない場合には、本開示に従う引抜きする方法は、据え込みと組み合され得る。複数の据え込みおよび引抜きは、反復する成形および大きさのパターンを繰り返すことに依存する。本発明の特定の実施形態は、全ての据え込みおよび引抜きサイクルで面および対角面を交互にする、引抜き中の２つの軸上に付与されたひずみを最大化するように意図される八角形およびＲＣＳ横断面の複合型を含む。この非限定的な実施形態は、工業級の大きさに規模を拡大することが可能である一方で、ひずみが立方体のようなＭＡＦ試料に付与される方法に対抗する。
【００３７】
したがって、図２に示されるように、本開示に従う据え込み鍛造および引抜き鍛造の方法の非限定的な実施形態では、ビレットの特殊な横断面成形２００は、八角形およびＲＣＳの複合型であり、本明細書には複合型八角形ＲＣＳ成形と称される。非限定的な実施形態では、各引抜き鍛造ステップは、新たな据え込みの前にこの複合型八角形ＲＣＳ成形を反復することをもたらす。据え込みを容易にするために、加工物の長さは、複合型八角形ＲＣＳの最小の面対面の大きさの３倍より小さくてもよい。この複合型成形の鍵となるパラメータは、ある程度八角形に見えるようにする、一方が、ＲＣＳの０°および９０°の面（図２ではＤとラベル付けされた矢印）と、および他方が、４５°および１３５°の対角面（図２ではＤ対角面とラベル付けされた矢印）との間の大きさの比率である。非限定的な実施形態では、この比率は、据え込み前の４５°／１３５°対角面（Ｄ対角面）の大きさが、据え込み後の０°／９０°（Ｄ）対角面とほぼ同じであるように、据え込み圧下に関連して設定され得る。
【００３８】
複合型八角形ＲＣＳ成形の１つの非限定的な例示的な計算では、Ｕの据え込み圧下（または百分率として（１００×Ｕ））が、考慮される。Ｕ圧下の据え込み鍛造の後に、対角面の大きさは、以下のようになる。
【数２】
0006342983.tif 000003
次いで、面する新たな対角面からの圧下は、Ｒとして定義され、以下の通りである。
【数３】
0006342983.tif 000004
再配列は、以下の通りである。
【数４】
0006342983.tif 000005
据え込み後、主面と主面との間の大きさは、以下の通りである。
【数５】
0006342983.tif 000006
よって、新たな対角になる面上の圧下は、以下の通りである。
【数６】
0006342983.tif 000007
【００３９】
これは、（正と）定義される圧下ｒのために、Ｕが、Ｒ以上でなければならないことを暗示している。Ｕ＝Ｒである場合には、理論的には、新たな対角面になる面上に加工が必要ない。しかしながら、実践では、鍛造は、面にいくつかの隆起をもたらし、鍛造が必要になる。
【００４０】
これらの式を用いると、本開示に従う非限定的な実施形態は、Ｄ＝２４インチ、Ｕ＝２６％、およびＲ＝２５％の状況を考慮する。これは、以下の通りである。
【数７】
0006342983.tif 000008
次いで、対角面寸法は、以下の通りである。
【数８】
0006342983.tif 000009
しかしながら、対角面上の圧下加工の一部は、面上に隆起するため、新たな対角面の大きさを形成し制御するように置かれた圧下は、実際に１．３％より大きくなければならない。面を制御するように必要とされる鍛造スケジュールは、隆起を制限し、新たな対角面の大きさを制御するようにいくつかのパスとして単に定義される。
【００４１】
分割パス自由鍛造すること３００の非限定的な例が、図３Ａ〜図３Ｅに模式的に例示される。図３Ａを参照すると、鍛造が困難な金属材料を含む複合型八角形ＲＣＳ加工物が提供され、自由据え込み鍛造される３０２。据え込み鍛造前の加工物の寸法は、点線３０４によって図示され、据え込み鍛造後の加工物の寸法は、実線３０６によって図示される。複合型八角形ＲＣＳ加工物の初期ＲＣＳを表している面は、０、９０、１８０、および２７０として図３Ａ〜Ｅにラベル付けされる。加工物のＹ方向は、０および１８０度の面に垂直である方向である。加工物のＸ方向は、９０および２７０度の面に垂直である方向である。複合型八角形ＲＣＳ加工物の初期の対角八角形部分を表している面は、４５、１３５、２２５、および３１５として図３Ａ〜Ｅにラベル付けされる。加工物のＸ’方向は、４５および２２５度の面に垂直である方向である。加工物のＹ’方向は、１３５および３１５度の面に垂直である方向である。
【００４２】
据え込み鍛造後、加工物は、第１の対角面（Ｘ’方向）上に自由引抜きするために回転され（矢印３０８）、具体的に本実施形態では、引抜き鍛造のための４５度対角面に対して回転される（矢印３０８）。加工物は、次いで、圧下延性限界を過ぎることなく、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値に、対角面上に複数パス引抜き鍛造される（矢印３１０）。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。
【００４３】
図３Ｂを参照すると、４５度の対角面上への複数パス引抜き鍛造後の加工物が、参照番号３１２によって描写される（正確な縮尺ではない）。加工物は、この具体的な実施形態では、複数パス引抜き鍛造３１６のための１３５第２の対角面（Ｙ’方向）に対して、９０度（矢印３１４）回転される。加工物は、次いで、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、対角面上に複数パス引抜き鍛造される（矢印３１６）。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。
【００４４】
図３Ｃを参照すると、非限定的な実施形態では、加工物は、据え込み鍛造される３１８。据え込み鍛造前の加工物の寸法は、点線３２０によって図示され、据え込み鍛造後の加工物の寸法は、実線３２２によって図示される。
【００４５】
据え込み鍛造後、加工物は、第１のＲＣＳ面上に自由引抜きするために回転され（矢印３２４）、具体的に本実施形態では、引抜き鍛造のための１８０度対角面（第１のＲＣＳ面、Ｙ方向）に対して回転される（矢印３２４）。加工物は、次いで、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、第１のＲＣＳ面上に複数パス引抜き鍛造される（矢印３２６）。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。
【００４６】
図３Ｄを参照すると、１８０度の面上への複数パス引抜き鍛造後の加工物が、参照番号３２８によって描写される（正確な縮尺ではない）。加工物は、この具体的な実施形態では、複数パス引抜き鍛造３３２のための２７０度の第２のＲＣＳ面（Ｘ方向）に対して、９０度（矢印３３０）回転される。加工物は、次いで、微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、第２のＲＣＳ面上に複数パス引抜き鍛造される（矢印３２２）。各複数パス引抜き鍛造するステップは、金属材料の最大圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む。
【００４７】
図３Ｅを参照すると、本明細書に上述される非限定的な実施形態に従って鍛造された複合型八角形ＲＣＳ加工物３３４は、元の複合型八角形ＲＣＳ加工物と実質的に同じ寸法を有するとして認識される。最終的な鍛造された加工物は、粒が微細化された微細構造を含む。これは、（１）Ｘ’（参照番号３１２）、Ｙ’（参照番号３１６）、Ｙ（参照番号３２６）、およびＸ軸（参照番号３３２）上の複数引抜きがその後に続く、加工物のＺ軸に沿う圧下を構成する据え込み、（２）複数引抜きの各パスが圧下延性限界までであるという事実、および（３）各軸上の複数引抜きが、微細構造微細化を必要とする最大ひずみ閾値までの合計ひずみを提供したという事実、をもたらす。本開示に従う非限定的な実施形態では、据え込み鍛造は、金属材料の延性限界未満の長さの圧下まで自由プレス鍛造することを含み、鍛造することは、据え込み鍛造方向に微細構造微細化を開始するのに十分なひずみを付与する。通常、据え込みは、据え込みが典型的に、延性限界そのものが引抜き中に使用されたより高いひずみ速度でよりも大きくなる傾向がある低いひずみ速度で実施されるため、１つの圧下だけに付与される。しかしそれは、圧下が延性限界を超える場合、中間の再加熱を有する２つ以上の圧下に分割され得る。
【００４８】
Ｖｅｅダイは、自然に、圧下の第１のパス上に著しい側方の隆起を作り出すことが知られている。分割パス方法の非限定的な実施形態は、９０°回転の後に、最初に元の大きさへの圧下が行われることを含み、次いで圧下のみを行う。例えば、２インチの最大パスで２０インチ〜１６インチを形成するには、一方は、第１の側上で１８インチへの圧下を行い得、次いで９０°回転させ、２０インチへの圧下を行って隆起を制御し得、次いで、同じ側上で１８インチへの別の圧下を行い、次いで１６インチへの別の圧下を再度行い得る。加工物は、９０°回転され、１８インチへの圧下が行われて隆起を制御し、次いで１６インチへの新たな圧下が行われる。加工物は、９０°回転され、１８インチへの圧下が行われて隆起を制御し、次いで新たな圧下として１６インチへの圧下が再度行われる。そのパイントで、平らにすることに関連する数回の回転および１６インチへのパスは、いずれのパスでも２インチを超えない圧下が取られることを保証する処理を完了すべきである。
【００４９】
本開示の態様に従うと、本明細書の非限定的な実施形態に従って処理された金属材料は、チタン合金およびニッケル合金のうちの１つを含む。ある非限定的な実施形態では、金属材料は、例えば、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）（ＵＮＳ  Ｎ０７００１）、ＡＴＩ  ７１８Ｐｌｕｓ（登録商標）合金（ＵＮＳ  Ｎ０７８１８）、および合金７２０（ＵＮＳ  Ｎ０７７２０）のうちの１つのような、ニッケル系超合金を含む。ある非限定的な実施形態では、金属材料は、チタン合金か、またはアルファ−ベータチタン合金および準安定ベータチタン合金のうちの１つを含む。非限定的な実施形態では、本明細書に開示される方法の実施形態によって処理されたアルファ−ベータチタン合金は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６４００）、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ  ＥＬＩ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６４０１）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６２６０）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ合金（ＵＮＳ  Ｒ５４６２０）、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金（ＡＭＳ  ４９８６）、およびＴｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＵＮＳ  ５４２５０）のうちの１つを含む。
【００５０】
本開示の分割パス鍛造方法に従う非限定的な実施形態では、自由プレス鍛造することは、１１００°Ｆ〜アルファ−ベータチタン合金のベータトランザス温度を５０°Ｆ下回る温度にまで及ぶ温度範囲内にある、鍛造温度で鍛造することを含む。別の非限定的な実施形態では、本開示に従う方法は、任意の自由プレス鍛造ステップの中間で加工物を再加熱することかまたは焼鈍することを更に含む。
【００５１】
自由パスプレス鍛造ステップで中間加工物を再加熱することが本開示の方法の範囲内であることが、認識される。自由パスプレス鍛造ステップで中間加工物を焼鈍することが本開示の方法の範囲内であることも、認識される。金属材料を再加熱することおよび焼鈍することの具体的な詳細は、当業者に既知であるかまたは容易に確認可能であり、よって本明細書に具体化される必要はない。
【００５２】
以下の実施例は、本発明の範囲を限定することなく、特定の非限定的な実施形態を更に説明するように意図される。当業者は、以下の実施例の変形は、特許請求の範囲によってのみ定義される本発明の範囲内で可能であることを理解する。
【実施例】
【００５３】
実施例１
Ｔｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金を含む２４インチの八角形ビレットを１６００°Ｆの鍛造温度に加熱する。鍛造温度での合金の圧下延性限界は、１つの圧下当たり少なくとも２インチになるように推計され、１つの圧下当たり２インチになる広範な亀裂なく繰り返される方法で更なる圧下は許容されないであろう。ビレットを、第１の方向に、八角形ビレットの任意の面上で２２インチに自由プレス鍛造する。ビレットを、次いで、第１の方向に、２０インチに自由プレス鍛造する。自由プレス鍛造するために、ビレットを第２の方向に９０°回転する。第１の方向に鍛造中、交互の面の隆起のため、元の八角形ビレットの寸法が２４インチであった場合、ビレットを、第２の方向に、２４インチに自由プレス鍛造する。次いで、ビレットを、第２の方向に、更に２回２２インチに自由プレス鍛造し、次いで２０インチに自由プレス鍛造する。ビレットを、鍛造温度に再加熱する。ビレットを４５°回転し、次いで、１つの圧下当たり２インチ、第３の鍛造方向に、２４インチに、次いで２２インチに、次いで２０インチに分割パス鍛造する。ビレットを９０°回転し、次いで、１つの圧下当たり２インチ、別の鍛造方向に、本開示に従って、２４インチに、次いで２２インチに、次いで２０インチに分割パス鍛造する。
【００５４】
次に、ビレットを以下のステップによって平らにする。ビレットを４５°回転して自由プレス鍛造を用いて側面を２０インチに正方形化し、ビレットを９０°回転して自由プレス鍛造を用いて側面を２０インチに正方形化し、ビレットを４５°回転して自由プレス鍛造を用いて側面を２０インチに正方形化し、ビレットを９０°回転して自由プレス鍛造を用いて側面を２０インチに正方形化する。本方法は、各所望の方向における全ての合計圧下が、合金の微細構造において微細構造微細化を開始するために必要とされるひずみ閾値に対応する少なくとも４インチである一方で、圧下延性限界である２インチを超える寸法において単一のパスが変更を付与しないことを確実にする。
【００５５】
複数の据え込みおよび引抜き、本実施例の分割パスダイ鍛造方法のシーケンスの一部として、Ｔｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金の微細構造は、球状化されたかまたは等軸化された１μｍ〜５μｍの範囲の平均粒径を有するアルファ相粒子からなる。
【００５６】
実施例２
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を含む金属材料の複合型八角形ＲＣＳビレットを提供する。複合型八角形ＲＣＳ成形は、八角形を形成する２７．５インチ対角面を有する２４インチのＲＣＳである。長さを、３×２４インチまたは７２インチを超えないと定義し、本実施例では、ビレットは、７０インチの長さである。微細構造微細化を開始するために、ビレットを、２６パーセントの圧下へ１６００°Ｆで据え込み鍛造する。据え込み圧下後、ビレットは、約５１インチ長であり、その複合型八角形ＲＣＳ横断面は、約２７．９インチ×３２インチである。ビレットを、３２インチの対角面を２４インチの面に戻す圧下によって引抜き鍛造するが、それは、８インチの圧下かまたは対角面の高さの２５％である。そのようにすることにより、他の対角面が３２インチを超えて隆起することが予期される。本実施例では、１６００°Ｆの範囲の鍛造温度での圧下延性限界のための合理的な推計は、いかなるパスも２．５インチ圧下を超えないということである。対角面上の３２インチから２４インチへの圧下を、それが材料の圧下延性限界を超える場合、自由プレス鍛造で一度に付与できなかったため、本開示に従う分割パス方法を、この具体的な非限定的な実施形態のために用いた。
【００５７】
古い対角面を新たな面にしっかりと鍛造するように、３２インチ高の面を、２９．５インチに自由鍛造し、次いで、２７．０インチに自由鍛造する。複合型八角形ＲＣＳビレットを９０°回転し、３０．５インチに自由プレス鍛造し、次いで２８インチに自由プレス鍛造する。次いで、複合型八角形ＲＣＳビレットを、古い面上に鍛造して新たな対角面の大きさを制御する。複合型八角形ＲＣＳビレットを４５°回転し、２７インチに自由プレス鍛造し、次いで、９０°回転し、２７．２５インチに自由プレス鍛造する。複合型八角形ＲＣＳビレットを、古い対角面上に自由プレス鍛造し、よってそれらは、複合型八角形ＲＣＳビレットを４５°回転し２５．５インチに自由プレス鍛造し、続いて２３．２５インチに同じ面を自由プレス鍛造することによって、新たな面になる。複合型八角形ＲＣＳビレットを９０°回転し、２８インチにプレス鍛造し、次いで、別の分割パスにおいて２５．５インチに自由プレス鍛造し、次いで、更なる分割パスにおいて同じ面上に２３．２５に自由プレス鍛造する。複合型八角形ＲＣＳビレットを９０°回転し、２４インチに自由プレス鍛造し、次いで、９０°回転し、２４インチに鍛造する。最終的に、複合型八角形ＲＣＳビレットの新たな対角面を、複合型八角形ＲＣＳビレットを４５°回転し、２７．２５インチに自由プレス鍛造し、続いて、複合型八角形ＲＣＳビレットを９０°回転し、２７．５インチに自由プレス鍛造することによって平らにする。
【００５８】
複数の据え込みおよび引抜き、本実施例の分割パスダイ鍛造方法のシーケンスの一部として、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の微細構造は、球状化されたかまたは等軸化された１μｍ〜５μｍの範囲の平均粒径を有するアルファ相粒子からなる。
【００５９】
本説明が、本発明の明確な理解に関連する本発明の態様を例証することが理解される。当業者にとって明らかであり、したがって本発明のより良い理解を促進するものではない特定の態様は、本説明を簡略化するために提示されていない。本発明の限られた数の実施形態のみが本明細書に必然的に説明されるが、当業者は、前述の説明を考慮すれば、本発明の多くの修正または変形が採用され得ることを認識する。かかる本発明の変形および修正は、前述の説明および以下の特許請求の範囲によって包含されることが意図される。
［発明の態様］
［１］
微細構造微細化を開始するように金属材料加工物を鍛造する方法であって、
最大で前記金属材料の圧下延性限界まで、第１の鍛造方向に鍛造温度で前記加工物を自由プレス鍛造することと、
前記第１の鍛造方向に付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、前記鍛造温度で１回以上、最大で前記金属材料の圧下延性限界まで、前記第１の鍛造方向に前記加工物を自由プレス鍛造することを繰り返すことと、
所望の回転度に前記加工物を回転させることと、
最大で前記金属材料の圧下延性限界まで、第２の鍛造方向に前記鍛造温度で前記加工物を自由プレス鍛造することと、
前記第２の鍛造方向に付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、前記鍛造温度で１回以上、最大で前記金属材料の圧下延性限界まで、前記第２の鍛造方向に前記加工物を自由プレス鍛造することを繰り返すことと、
前記回転するステップと、前記自由プレス鍛造ステップと、微細構造微細化を開始するのに十分であるひずみの合計量が前記加工物の全体積に付与されるまで、第３の、および任意に、１つ以上の更なる鍛造方向に自由プレス鍛造を繰り返すステップであり、前記加工物が、微細構造微細化を開始するのに十分であるひずみの合計量が前記第３の方向および任意の１つ以上の更なる方向に付与されるまで回転されないステップと、を繰り返すことと、を含む、前記方法。
［２］
前記金属材料が、チタン合金およびニッケル合金のうちの１つを含む、［１］の方法。
［３］
前記金属材料が、チタン合金を含む、［１］の方法。
［４］
前記チタン合金が、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６４００）、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ  ＥＬＩ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６４０１）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６２６０）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ合金（ＵＮＳ  Ｒ５４６２０）、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金（ＡＭＳ  ４９８６）、およびＴｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＵＮＳ  ５４２５０）のうちの１つを含む、［３］の方法。
［５］
前記金属材料が、アルファ−ベータチタン合金および準安定ベータチタン合金のうちの１つを含む、［３］の方法。
［６］
前記金属材料が、アルファ−ベータチタン合金を含む、［３］の方法。
［７］
前記アルファ−ベータチタン合金が、Ｔｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＵＮＳ  ５４２５０）を含む、［６］の方法。
［８］
前記金属材料が、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）（ＵＮＳ  Ｎ０７００１）、ＡＴＩ  ７１８Ｐｌｕｓ（登録商標）合金（ＵＮＳ  Ｎ０７８１８）、および合金７２０（ＵＮＳ  Ｎ０７７２０）のうちの１つを含む、［２］の方法。
［９］
前記鍛造温度が、１１００°Ｆ〜前記アルファ−ベータチタン合金のベータトランザス温度を５０°Ｆ下回る温度にまで及ぶ温度範囲内にある、［１］の方法。
［１０］
任意の自由プレス鍛造ステップの中間で前記加工物を再加熱することを更に含む、［１］の方法。
［１１］
任意の自由プレス鍛造ステップの中間で前記加工物を焼鈍することを更に含む、［１］の方法。
［１２］
微細構造微細化を開始するように金属材料加工物を分割パス自由鍛造する方法であって、
金属材料を含む複合型八角形ＲＣＳ加工物（ｈｙｂｒｉｄ  ｏｃｔａｇｏｎ−ＲＣＳ  ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）を提供することと、
前記加工物を自由据え込み鍛造することと、
前記複合型八角形ＲＣＳ加工物のＸ’方向において第１の対角面上に自由引抜きするために、前記加工物を回転させることと、
微細構造微細化開始のためのひずみ閾値まで、前記Ｘ’方向に前記加工物を複数パス引抜き鍛造することであり、
各複数パス引抜き鍛造ステップが、最大で前記金属材料の圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む、複数パス引抜き鍛造することと、
前記複合型八角形ＲＣＳ加工物のＹ’方向において第２の対角面上に自由引抜きするために、前記加工物を回転させることと、
微細構造微細化開始のための前記ひずみ閾値まで、前記Ｙ’方向に前記加工物を複数パス引抜き鍛造することであり、
各複数パス引抜き鍛造ステップが、最大で前記金属材料の圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む、複数パス引抜き鍛造することと、
前記複合型八角形ＲＣＳ加工物のＹ方向において第１のＲＣＳ面上に自由引抜きするために、前記加工物を回転させることと、
微細構造微細化開始のための前記ひずみ閾値まで、前記Ｙ方向に前記加工物を複数パス引抜き鍛造することであり、
各複数パス引抜き鍛造ステップが、最大で前記金属材料の圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む、複数パス引抜き鍛造することと、
前記複合型八角形ＲＣＳ加工物のＸ方向において第２のＲＣＳ面上に自由引抜きするために、前記加工物を回転させることと、
微細構造微細化開始のための前記ひずみ閾値まで、前記Ｘ方向に前記加工物を複数パス引抜き鍛造することであり、
各複数パス引抜き鍛造ステップが、最大で前記金属材料の圧下延性限界までの圧下を有する少なくとも２つの自由プレス引抜き鍛造ステップを含む、複数パス引抜き鍛造することと、
前記据え込みおよび複数引抜きサイクルを繰り返すことと、を含む、前記方法。
［１３］
前記金属材料が、チタン合金およびニッケル合金のうちの１つを含む、［１２］の方法。
［１４］
前記金属材料が、チタン合金を含む、［１２］の方法。
［１５］
前記チタン合金が、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６４００）、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ  ＥＬＩ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６４０１）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ合金（ＵＮＳ  Ｒ５６２６０）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ合金（ＵＮＳ  Ｒ５４６２０）、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金（ＡＭＳ  ４９８６）、およびＴｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＵＮＳ  ５４２５０）のうちの１つを含む、［１４］の方法。
［１６］
前記金属材料が、アルファ−ベータチタン合金および準安定ベータチタン合金のうちの１つを含む、［１４］の方法。
［１７］
前記金属材料が、アルファ−ベータチタン合金を含む、［１４］の方法。
［１８］
前記アルファ−ベータチタン合金が、Ｔｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＵＮＳ  ５４２５０）を含む、［１７］の方法。
［１９］
前記金属材料が、Ｗａｓｐａｌｏｙ（登録商標）（ＵＮＳ  Ｎ０７００１）、ＡＴＩ  ７１８Ｐｌｕｓ（登録商標）合金（ＵＮＳ  Ｎ０７８１８）、および合金７２０（ＵＮＳ  Ｎ０７７２０）のうちの１つを含む、［１３］の方法。
［２０］
前記鍛造温度が、１１００°Ｆ〜前記アルファ−ベータチタン合金のベータトランザス温度を５０°Ｆ下回る温度にまで及ぶ温度範囲内にある、［１２］の方法。
［２１］
任意の自由プレス鍛造ステップの中間で前記加工物を再加熱することを更に含む、［１２］の方法。
［２２］
任意の自由プレス鍛造ステップの中間で前記加工物を焼鈍することを更に含む、［１２］の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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