(57)【要約】【課題】  熱間成形が不要となるように、Ｔｉ６−２−４−２シート材料の冷間成形技術を改善する。【解決手段】  Ｔｉ６−２−４−２シート材料の冷間成形性を向上させる方法は、所定の前処理されたＴｉ６−２−４−２合金を冷間成形形状に冷間成形し、冷間成形形状に成形後焼きなましサイクルを実施することを含み、この焼きなましサイクルは、冷間成形形状を約１４５０±２５°Ｆに加熱し、冷間成形形状を約１４５０±２５°Ｆに約１５±２分間保ってから、冷間成形形状を室温まで冷却することを含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の合金の冷間成形性を向上させる方法であって、
前記所定の合金に成形前焼きなましサイクルを実施することを含み、この焼きなましサイクルは、
前記所定の合金を約１５５０〜１７５０°Ｆの成形前焼きなまし温度に加熱し、
前記所定の合金を前記成形前焼きなまし温度に約３０分間保ち、
前記所定の合金を第１の所定冷却速度で室温まで冷却することを含むことを特徴とする所定の合金の冷間成形性を向上させる方法。
【請求項２】
前記所定の合金を冷間成形形状に冷間成形し、
前記冷間成形形状に成形後焼きなましサイクルを実施することをさらに含み、この焼きなましサイクルは、
前記冷間成形形状を約１４５０±２５°Ｆに加熱し、
前記冷間成形形状を約１４５０±２５°Ｆに約１５±２分間保ち、
前記冷間成形形状を第２の所定冷却速度で室温まで冷却することを含むことを特徴とする請求項１記載の所定の合金の冷間成形性を向上させる方法。
【請求項３】
前記所定の合金は、ＡＭＳ４９１９仕様書に従って二重焼きなましを実施したＴｉ６−２−４−２シートを含むことを特徴とする請求項１記載の所定の合金の冷間成形性を向上させる方法。
【請求項４】
前記Ｔｉ６−２−４−２シートは、約０．１８７５インチより小さい公称厚さを有することを特徴とする請求項３記載の所定の合金の冷間成形性を向上させる方法。
【請求項５】
前記冷間成形形状は、成形後焼きなましサイクルを実施した後にＡＭＳ４９１９仕様書に従って二重焼きなましを実施した標準的なＴｉ６−２−４−２シートのミクロ構造と実質的に同様のミクロ構造を含むことを特徴とする請求項２記載の所定の合金の冷間成形性を向上させる方法。
【請求項６】
前記冷間成形形状は、成形後焼きなましサイクルを実施した後にＡＭＳ４９１９仕様書に従って二重焼きなましを実施した標準的なＴｉ６−２−４−２シートの機械的特性と実質的に等しい機械的特性を有することを特徴とする請求項２記載の所定の合金の冷間成形性を向上させる方法。
【請求項７】
前記冷間成形形状は、約１４Ｔよりも小さい曲げ係数を有する９０°の最終的な固定曲げ角度に冷間成形可能であることを特徴とする請求項１記載の所定の合金の冷間成形性を向上させる方法。
【請求項８】
前記冷間成形形状は、約６．２Ｔ以下の曲げ係数を有する９０°の最終的な固定曲げ角度に冷間成形可能であることを特徴とする請求項７記載の所定の合金の冷間成形性を向上させる方法。
【請求項９】
前記冷間成形形状は、ガスタービンエンジン部品を含むことを特徴とする請求項１記載の所定の合金の冷間成形性を向上させる方法。
【請求項１０】
所定の合金の冷間成形方法であって、
所定の合金を冷間成形部品に冷間成形し、
前記冷間成形部品に成形後焼きなましサイクルを実施することを含み、この焼きなましサイクルは、
前記冷間成形部品を約１４５０±２５°Ｆに加熱し、
前記冷間成形部品を約１４５０±２５°Ｆに約１５±２分間保ち、
前記冷間成形部品を所定の冷却速度で室温まで冷却することを含むことを特徴とする所定の合金の冷間成形方法。
【請求項１１】
前記所定の合金は、約０．１８７５インチよりも小さい公称厚さを有するとともに単一の焼きなましが実施されたＴｉ６−２−４−２シートを含み、この単一の焼きなましは、Ｔｉ６−２−４−２シートを約１６５０±２５°Ｆに加熱し、Ｔｉ６−２−４−２シートを約１６５０±２５°Ｆに約３０±３分間保ち、Ｔｉ６−２−４−２シートを空気中で室温まで冷却することを含むことを特徴とする請求項１０記載の所定の合金の冷間成形方法。
【請求項１２】
前記冷間成形部品は、成形後焼きなましサイクルを実施した後にＡＭＳ４９１９仕様書に従って二重焼きなましを実施した標準的なＴｉ６−２−４−２シートのミクロ構造と実質的に同様のミクロ構造を含むことを特徴とする請求項１０記載の所定の合金の冷間成形方法。
【請求項１３】
前記冷間成形部品は、成形後焼きなましサイクルを実施した後にＡＭＳ４９１９仕様書に従って二重焼きなましを実施した標準的なＴｉ６−２−４−２シートの機械的特性と実質的に等しい機械的特性を有することを特徴とする請求項１０記載の所定の合金の冷間成形方法。
【請求項１４】
前記冷間成形部品は、約１４Ｔよりも小さい曲げ係数を有する９０°の最終的な固定曲げ角度に冷間成形可能であることを特徴とする請求項１０記載の所定の合金の冷間成形方法。
【請求項１５】
前記冷間成形部品は、約６．２Ｔ〜１４Ｔの曲げ係数を有する９０°の最終的な固定曲げ角度に冷間成形可能であることを特徴とする請求項１４記載の所定の合金の冷間成形方法。
【請求項１６】
前記冷間成形部品は、ガスタービンエンジン部品を含むことを特徴とする請求項１０記載の所定の合金の冷間成形方法。
【請求項１７】
所定の合金の冷間成形処理で製造された製品であって、前記処理は、
前記所定の合金に成形前焼きなましサイクルを実施することを含み、この焼きなましサイクルは、
前記所定の合金を約１５５０〜１７５０°Ｆの成形前焼きなまし温度に加熱し、
前記所定の合金を前記成形前焼きなまし温度に約３０分間保ち、
前記所定の合金を第１の所定冷却速度で室温まで冷却し、
前記所定の合金を冷間成形形状に冷間成形することを含むことを特徴とする冷間成形処理で製造された製品。
【請求項１８】
前記処理は、前記冷間成形形状に成形後焼きなましサイクルを実施することをさらに含み、この焼きなましサイクルは、
前記冷間成形形状を約１４５０±２５°Ｆに加熱し、
前記冷間成形形状を約１４５０±２５°Ｆに約１５±２分間保ち、
前記冷間成形形状を第２の所定冷却速度で室温まで冷却することを含むことを特徴とする請求項１７記載の冷間成形処理で製造された製品。
【請求項１９】
前記所定の合金は、ＡＭＳ４９１９仕様書に従って二重焼きなましを実施したＴｉ６−２−４−２シートを含むことを特徴とする請求項１７記載の冷間成形処理で製造された製品。
【請求項２０】
前記冷間成形形状は、ガスタービンエンジン部品を含むことを特徴とする請求項１７記載の冷間成形処理で製造された製品。
【請求項２１】
前記ガスタービンエンジン部品は、ノズル側壁、フラップ、ダクト、ケース、およびブラケットの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１７記載の冷間成形処理で製造された製品。
【請求項２２】
所定の合金の冷間成形処理で製造された製品であって、前記処理は、
前記所定の合金を冷間成形形状に冷間成形し、
前記冷間成形形状に成形後焼きなましサイクルを実施することを含み、この焼きなましサイクルは、
前記冷間成形形状を約１４５０±２５°Ｆに加熱し、
前記冷間成形形状を約１４５０±２５°Ｆに約１５±２分間保ち、
前記冷間成形形状を所定の冷却速度で室温まで冷却することを含むことを特徴とする冷間成形処理で製造された製品。
【請求項２３】
前記所定の合金は、約０．１８７５インチよりも小さい公称厚さを有するとともに単一の焼きなましが実施されたＴｉ６−２−４−２シートを含み、この単一の焼きなましは、Ｔｉ６−２−４−２シートを約１６５０±２５°Ｆに加熱し、Ｔｉ６−２−４−２シートを約１６５０±２５°Ｆに約３０±３分間保ち、Ｔｉ６−２−４−２シートを空気中で室温まで冷却することを含むことを特徴とする請求項２２記載の冷間成形処理で製造された製品。
【請求項２４】
前記冷間成形形状は、ガスタービンエンジン部品を含むことを特徴とする請求項２２記載の冷間成形処理で製造された製品。
【請求項２５】
前記ガスタービンエンジン部品は、ノズル側壁、フラップ、ダクト、ケース、およびブラケットの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２４記載の冷間成形処理で製造された製品。
【請求項２６】
ＡＭＳ４９１９仕様書に従って熱処理された標準的なＴｉ６−２−４−２シートよりもβ相の体積％が高いことを特徴とする冷間成形性が向上したＴｉ６−２−４−２シート。
【請求項２７】
前記冷間成形性が向上したＴｉ６−２−４−２シートは、ＡＭＳ４９１９仕様書に従って熱処理された標準的なＴｉ６−２−４−２シートよりもβ相が約１８〜４０体積％多く含まれていることを特徴とする請求項２６に記載の冷間成形性が向上したＴｉ６−２−４−２シート。
【請求項２８】
前記冷間成形性が向上したＴｉ６−２−４−２シートは、ＡＭＳ４９１９仕様書に従って熱処理された標準的なＴｉ６−２−４−２シートよりも少ない微細なα2相または少ない珪化物を含むことを特徴とする請求項２６に記載の冷間成形性が向上したＴｉ６−２−４−２シート。
【請求項２９】
前記冷間成形性が向上したＴｉ６−２−４−２シートは、ＡＭＳ４９１９仕様書に従って熱処理された標準的なＴｉ６−２−４−２シートに比べて少ない微細なα2相および少ない珪化物を含むことを特徴とする請求項２６に記載の冷間成形性が向上したＴｉ６−２−４−２シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、Ｔｉ６−２−４−２シート材料の冷間成形に関し、特に、Ｔｉ６−２−４−２シート材料の冷間成形性を向上する方法に関する。さらに具体的には、本発明は、ＡＭＳ４９１９による二重の焼きなまし処理が実施されたＴｉ６−２−４−２シート材料の利用に関する。本発明では、冷間成形性を向上させるためにシートに成形前の焼きなましサイクルを実施し、シートを所望の部品に冷間成形してから、材料の典型的なＡＭＳ４９１９二重焼きなまし状態のミクロ構造および機械的特性を回復するために部品に成形後の焼きなましサイクルを実施する。また、ＡＭＳ４９１９の第１の焼きなまし処理のみが実施された単一の焼きなまし状態でＴｉ６−２−４−２シート材料を受け取り、このシートを所望の部品に冷間成形してから、材料の典型的なＡＭＳ４９１９二重焼きなまし状態のミクロ構造および機械的特性を回復するために部品に成形後焼きなましサイクルを実施してもよい。
【背景技術】
【０００２】
チタン６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏシート材料は、Ｔｉ６−２−４−２シートとしても知られており、種々の厚さのものがＡＭＳ４９１９仕様書による二重焼きなまし状態で市販されている。ＡＭＳ４９１９仕様書によると、公称厚さが０．１８７５インチ（４．７６２ｍｍ）より小さいＴｉ６−２−４−２シートを、１６５０±２５°Ｆ（８９９±１４℃）に加熱し、この温度に３０±３分間保ってから空気中で室温まで冷却し、１４５０±２５°Ｆ（７８８±１４℃）に再加熱し、この温度に１５±２分間保ってから空気中で室温まで冷却する。Ｔｉ６−２−４−２シートは、この状態では冷間成形性があまり良好でなく、９０°の曲げ角度を有する割れのない部品を確実に製造するには約１２〜１４Ｔの曲げ係数（曲げ直径／シート厚さ）が必要とされる。
【０００３】
Ｔｉ６−２−４−２シートは、ノズル側壁、フラップ、ダクト、ケース、ブラケットなどのガスタービンエンジン部品の製造に一般的に使用される。このような部品をＴｉ６−２−４−２シートから冷間成形することは困難であり、部品の冷間成形時に割れが生じることが多く、製品の歩留まりが悪くなる。さらに、良好な冷間成形のためには曲げ半径を非常に大きくする必要があり、これにより、部品の重量が増加するとともに部品の剛性が減少してしまう。Ｔｉ６−２−４−２シートは、より小さい曲げ半径まで熱間成形することもできるが、この場合には高価な設備や成形後のケミカルミリングが必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって、熱間成形が不要となるように、Ｔｉ６−２−４−２シート材料の冷間成形技術の改善が求められている。また、Ｔｉ６−２−４−２シート材料の冷間成形で現在得られる歩留まりよりも良好な歩留まりが得られる冷間成形技術も求められている。さらに、割れを生じさせることなく、９０°の曲げ角度および約１２〜１４Ｔよりも低い曲げ係数を有するＴｉ６−２−４−２シート部品を冷間成形で形成する技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
よって、既存のＴｉ６−２−４−２シートの冷間成形技術の難点は、Ｔｉ６−２−４−２シートの冷間成形性を向上させる装置および方法に関する本発明の実施例によって克服される。これらの装置および方法により、Ｔｉ６−２−４−２シートの冷間成形時に現在得られるよりもかなり小さい曲げ係数が可能となるとともに、このようなシートの冷間成形に関連する製品歩留まりを改善することができる。
【０００６】
本発明の実施例は、所定の前処理された合金（ＡＭＳ４９１９仕様書に従って二重焼きなましされた、厚さが０．１８７５インチより小さいＴｉ６−２−４−２シート）の冷間成形性を向上させる方法を含む。これらの方法は、所定の合金に成形前焼きなましサイクルを実施することを含み、この焼きなましサイクルは、所定の合金を約１５５０〜１７５０°Ｆの成形前焼きなまし温度に加熱し、所定の合金をこの成形前焼きなまし温度に約３０±３分間保ってから所定の合金を第１の所定冷却速度で室温まで冷却することを含む。これらの方法は、さらに、所定の合金を冷間成形形状に冷間成形し、この冷間成形形状に成形後焼きなましサイクルを実施することを含むことができ、この焼きなましサイクルは、冷間成形形状を約１４５０±２５°Ｆまで加熱し、冷間成形形状を約１４５０±２５°Ｆに約１５±２分間保ってから、冷間成形形状を第２の所定冷却速度で室温まで冷却することを含む。
【０００７】
本発明の他の実施例は、所定の前処理された合金（約１６５０±２５°Ｆで約３０±３分間単一の焼きなましを実施してから室温に冷却された、厚さが０．１８７５インチより小さいＴｉ６−２−４−２シート）の冷間成形性を向上する方法を含む。これらの方法は、所定の合金を冷間成形形状に冷間成形し、この冷間成形形状に成形後焼きなましサイクルを実施することを含むことができ、この焼きなましサイクルは、冷間成形形状を約１４５０±２５°Ｆに加熱し、この冷間成形形状を約１４５０±２５°Ｆに約１５±２分間保ってから冷間成形形状を所定の冷却速度で冷却することを含む。
【０００８】
本発明の全ての実施例では、成形後焼きなましサイクルを実施した後の冷間成形形状は、ＡＭＳ４９１９仕様書に従って二重焼きなましを実施した標準的なＴｉ６−２−４−２シートのミクロ構造と実質的に同様のミクロ構造を含む。さらに、成形後焼きなましサイクルを実施した冷間成形形状は、ＡＭＳ４９１９仕様書に従って二重焼きなましが実施された標準的なＴｉ６−２−４−２シートの機械的特性と実質的に等しい機械的特性を有する。
【０００９】
本発明の冷間成形形状は、約１２〜１４Ｔの曲げ係数を有する９０°の最終的な固定曲げ角度に冷間成形可能である。約６．２Ｔ程度またはこれより低い曲げ係数が得られる。これらの冷間成形形状は、例えば、ノズル側壁、フラップ、ダクト、ケース、およびブラケットなどのガスタービンエンジン部品を含みうる。
【００１０】
本発明の冷間成形性が向上したＴｉ６−２−４−２シートは、ＡＭＳ４９１９仕様書に従って熱処理された標準的なＴｉ６−２−４−２シートに比べてβ相の体積含有率が高い。これらの冷間成形性が向上したＴｉ６−２−４−２シートは、ＡＭＳ４９１９仕様書に従って熱処理された標準的なＴｉ６−２−４−２シートよりも約１８〜４０体積％程度多いβ相を含みうる。
【００１１】
本発明の冷間成形性が向上したＴｉ６−２−４−２シートは、ＡＭＳ４９１９仕様書に従って熱処理された標準的なＴｉ６−２−４−２シートに比べて少ない微細なα2相および／または少ない珪化物を含みうる。
【００１２】
本発明の実施例は、上記の処理で製造された製品を含む。
【００１３】
本発明の他の特徴、形態、および利点は、図面を参照する以下の説明によって当業者には明らかとなる。図面は、本発明の好適な形態を示しており、対応部および相当部には同一番号を付している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の理解が容易となるように、図１〜図３に示した本発明のいくつかの好適実施例を参照して本発明を説明する。本明細書における用語は、説明のために用いられており、本発明を限定するものではない。ここに開示した特定の構造的および機能的な細部は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明を多岐にわたって使用することを当業者に教示するために代表的なものを示しており、単に請求項の基礎として解釈されるべきである。開示された構造および方法の改良や変更、および開示された本発明の原理をさらに適用することは、当業者には明らかであり、本発明の趣旨および範囲内であると見なされる。
【００１５】
本発明は、Ｔｉ６−２−４−２シート材料の冷間成形性を向上させる装置および方法に関する。これらの装置および方法は、Ｔｉ６−２−４−２シートを９０°の曲げ角度を有するとともに約６．２Ｔ程度の低い曲げ係数を有する部品に冷間成形した場合に最高１００％の製品歩留まりを可能にする。本明細書では、“曲げ係数”は曲げ直径をシート厚さで割った値として定義される。
【００１６】
チタンは、約１６２５°Ｆ（８８５℃）よりも低温では稠密六方（ＨＣＰ）格子構造を有する。しかし、チタンは、約１６２５°Ｆ（８８５℃）で同素変態を起こし、ＨＣＰ格子構造から体心立方体（ＢＣＣ）格子構造に変化する。チタンのＨＣＰ格子構造は、α相と呼ばれており、チタンのＢＣＣ格子構造はβ相と呼ばれている。現在使用されているチタン合金の多くは、α相とβ相の種々の割合を含む。
【００１７】
βトランザス温度とも呼ばれる同素変態温度は、チタンに含まれる不純物の量および種類またはこれに添加される合金元素の影響を受ける。チタンへのα相安定化合金元素（すなわち、アルミニウム）の添加は、α相を安定化させるとともに同素変態温度を上昇させる。チタンへのβ相安定化合金元素（すなわち、モリブデン、クロム、バナジウム）の添加は、β相を安定化させるとともに同素変態温度を低下させる。チタンのβ相は、多量のβ相安定化元素を添加することにより室温以下で安定化させることができる。
【００１８】
Ｔｉ６−２−４−２シート材料は、典型的に、約５．５０〜６．５０重量％のアルミニウム、３．６０〜４．４０重量％のジルコニウム、１．８０〜２．２０重量％のモリブデン、１．８０〜２．２０重量％のスズ、０．０６〜０．１０重量％のケイ素、２．２５重量％までの鉄、０．１２重量％までの酸素、０．０５重量％までの炭素、０．０５重量％までの窒素、０．０１５０重量％までの水素、０．００５重量％までのイットリウム、を含み、残部はチタンおよび残留元素である。
【００１９】
上述したように、Ｔｉ６−２−４−２シート材料は、種々の厚さのものがＡＭＳ４９１９仕様書による二重焼きなまし（ｄｕｐｌｅｘ  ａｎｎｅａｌｅｄ）状態で市販されている。この二重焼きなまし状態では、Ｔｉ６−２−４−２シートは冷間成形性があまり良好でなく、９０°の曲げ角度を有する割れのない部品を確実に製造するには約１２〜１４Ｔ以上の曲げ係数が一般に必要とされる。これらのシートの典型的な二重焼きなまし状態において、９０°の曲げ角度および約１２〜１４Ｔより小さい曲げ係数を有する部品を形成しようとすると、部品の望ましくない割れが生じることが多い。本発明では、これらのＴｉ６−２−４−２シート材料を９０°の曲げ角度に冷間成形するときに１２〜１４Ｔよりもかなり小さい曲げ係数を得ることができる。
【００２０】
図１は、Ｔｉ６−２−４−２シートで形成された例示的な部品１０を示しており、ＡＭＳ４９１９仕様書による二重焼きなましが実施されたシートを、受け取った状態で冷間成形した場合に発生する割れ２０が示されている。図２は、図１と同じＴｉ６−２−４−２シート材料で形成された部品１０を示している。しかし、図２の部品には、本発明の実施例による成形前焼きなましを最初に実施した後で冷間成形し、続いて、本発明の実施例に従って成形後焼きなましを実施している。図２に示すように、本発明の方法で熱処理されたＴｉ６−２−４−２シートは、９０°の曲げ角度部分に割れが生じていない。図１，図２に示す部品は、０．１８８インチの曲げ半径、０．０３５インチのシートメタル厚さ、および１０．７Ｔの曲げ係数を有する。
【００２１】
本発明の実施例は、供給元によって上述したＡＭＳ４９１９仕様書による標準的な二重焼きなまし処理が実施されたＴｉ６−２−４−２シートを使用する。このＴｉ６−２−４−２シートは、公称厚さが０．１８７５インチ（４．７６２ｍｍ）よりも小さい場合に、約１６５０±２５°Ｆ（８９９±１４℃）まで加熱され、この温度に約３０±３分間保たれてから空気中で室温まで冷却され、続いて、約１４５０±２５°Ｆ（７８８±１４℃）まで再加熱され、この温度に約１５±２分間保たれてから空気中で室温まで冷却される。第１の焼きなましサイクルは、Ｔｉ６−２−４−２シートの熱間圧延構造を再結晶化させるとともに／または焼きならし、第２の焼きなましサイクルは、Ｔｉ６−２−４−２シートを強化するとともにその最終的なミクロ構造を定める。この二重焼きなましＴｉ６−２−４−２シートの冷間成形性を向上させるために、受け取った状態でかつ成形前のシートに対して本発明による成形前焼きなましサイクルを実施する。この成形前焼きなましサイクルは、シートを約１５５０〜１７５０°Ｆ（８４３〜９５４℃）に加熱し、シートをこの温度に約３０±３分間保ってから室温まで冷却することを含む。このシートは、例えば約３５°Ｆ／分などの適切な速度で冷却可能である。この後は、シートを種々の形状に比較的容易に冷間成形することができ、９０°の曲げ角度を含むとともに約４．２Ｔ程度の低い曲げ係数を有する形状にも成形可能である。成形を行った後に、この冷間成形部品に成形後焼きなましサイクルを実施することができる。この焼きなましサイクルは、部品を約１４５０±２５°Ｆ（７８８±１４℃）に加熱し、部品をこの温度に約１５±２分間保ってから部品を室温まで冷却することを含む。このときも、例えば約３５°Ｆ／分などの適切な速度で室温まで冷却可能である。上記の成形後焼きなましサイクルは、典型的なＡＭＳ４９１９二重焼きなましシート材料のミクロ構造や強度および他の機械的特性を回復する。
【００２２】
本発明の他の実施例では、Ｔｉ６−２−４−２シートは、供給元から単一の焼きなまし状態で受け取ることができる。このシートは、上述のＡＭＳ４９１９仕様書による二重焼きなましの代わりに、公称厚さが０．１８７５インチより小さい場合に、約１６５０±２５°Ｆ（８９９±１４℃）まで加熱され、この温度に約３０±３分間保たれてから空気中で室温まで冷却されただけである。この状態のシートは、種々の形状に容易に冷間成形することができ、９０°の曲げ角度を含むとともに約６．２Ｔ程度の低い曲げ係数を有する形状にも成形可能である。成形を行った後に、この冷間成形部品に成形後焼きなましサイクルを実施することができる。この焼きなましサイクルは、部品を約１４５０±２５°Ｆ（７８８±１４℃）に加熱し、この温度に約１５±２分間保ってから、例えば約３５°Ｆ／分などの適切な速度で部品を室温まで冷却することを含む。この成形後焼きなましサイクルは、最終的なミクロ構造を定めるとともに、冷間成形部品において、典型的なＡＭＳ４９１９二重焼きなまし状態のシート材料が有する強度および他の機械的特性を回復する。
【００２３】
本発明による成形前焼きなましサイクルを実施したＴｉ６−２−４−２シート材料の冷間成形性の向上は、屈曲試験によって証明された。初期の屈曲試験試料は、０．０３０インチの厚さのＴｉ６−２−４−２ＡＭＳ４９１９シート材料の単一のシートから切り取った。シート材料の圧延方向に対する曲げ方向の違いによるばらつきが生じないように全ての試料は同じ方向に切り取られた。４つの試料グループを形成した。グループＡの試料は、受け取られたＡＭＳ４９１９二重焼きなまし状態のままとした。残りの試料は、チタン泊で包んで以下のように真空熱処理した。グループＢの試料は、約１５５０°Ｆ（８４３℃）に加熱し、この温度に約３０分間保ってから室温までアルゴンで急冷した。グループＣの試料は、約１６５０°Ｆ（８９９℃）に加熱し、この温度に約３０分間保ってから室温までアルゴンで急冷した。グループＤの試料は、約１７５０°Ｆ（９５４℃）まで加熱し、この温度に約３０分間保ってから室温までアルゴンで急冷した。
【００２４】
続いて、材料の割れが始まる最小曲げ係数を求めるために、これらの４つの試料グループに対してＡＳＴＭ  Ｅ  ２９０（１０５°の曲げ角度）に従って屈曲試験を行った。これらの屈曲試験の結果は、図３に示されている。試料に実施された熱処理により結果に大きな差が生じた。図３に示すように、グループＡの試料が最も低い冷間成形性を示し、割れる前に約９．１Ｔの最小曲げ係数を示した。また、図示のように、焼きなまし温度の上昇とともに冷間成形性も向上し、割れる前にグループＢの試料が約７．３Ｔの最小曲げ係数を示し、グループＣの試料が約５．０Ｔの最小曲げ係数を示し、グリープＤの試料が約４．２Ｔの最小曲げ係数を示した。
【００２５】
初期の屈曲試験の肯定的な結果に基づいて、成形前焼きなましサイクルを実施する利点をよりよく数値化するために、３つの異なる厚さ／ヒートのＴｉ６−２−４−２シート材料を使用して追加の屈曲試験を行った。上記の成形前焼きなましサイクルは、シートを約１６５０°Ｆ（８９９℃）に加熱し、この温度に約３０分間保ってからシートを室温までアルゴンで急冷することを含む。
【００２６】
０．０２５インチ、０．０３５インチ、および０．０４０インチの厚さの標準的な二重焼きなましＴｉ６−２−４−２ＡＭＳ４９１９材料のシートに対して、約１６５０°Ｆ（８９９℃）で約３０分間真空焼きなましを実施した後、これらのシートを室温までアルゴンで急冷した。この後、これらの焼きなましシートから小さいブラケット式の試料をそれぞれ切り取った。続いて、材料が割れ始める最小曲げ係数を求めるために、各々の試料グループに対して屈曲試験を行った。ノズル側壁の細部などの部品は、典型的にＴｉ６−２−４−２ＡＭＳ４９１９シートで形成されており、このシートは割れを最小に抑えるのを補助するためにステンレス鋼の裏当て材料を含む。経験により、Ｔｉ６−２−４−２ＡＭＳ４９１９シートの冷間成形時にステンレス鋼の裏当て材料が使用されなければ、９０°の曲げ角度および約１２〜１４Ｔ以下の曲げ係数を有する部品に割れが生じると考えられる。本発明に従って焼きなましを実施した試料は、９０°の成形後曲げ部を形成するためにアマダのブレーキプレスで冷間成形された。表１に示すように、本発明の実施例に従って焼きなましが実施された試料は、割れを生じることなく、かつステンレス鋼の裏当て材料を使用せずに、約６．２Ｔ程度の低い曲げ係数を有する９０°の最終的な固定曲げ角度に成形可能であった。一方向における最小曲げ係数を求めたあと、再現性を確実にするために追加の試料が垂直方向で成形された。
【００２７】
【表１】
2005330579.tif 000003
【００２８】
１５５０°Ｆまたは１６５０°Ｆの成形前焼きなましサイクルが実施されて、この温度に約３０分間保ってから冷却され、続いて冷間成形された二重焼きなましＴｉ６−２−４−２ＡＭＳ４９１９シート材料に対して、ＡＭＳ４９１９仕様書の標準的な応力除去焼きなましサイクルである、約１４５０°Ｆにおける約１５分間の成形後焼きなましサイクルが実施されると、基本特性が回復することが試験によって示された。
【００２９】
本発明の方法によって熱処理されて冷間成形性が向上したＴｉ６−２−４−２シート材料は、ＡＭＳ４９１９仕様書に従って熱処理（すなわち二重焼きなまし）された標準的なＴｉ６−２−４−２シート材料に比べて、少ない微細なα2相および／または少ない珪化物を有する主要なα相を含む。また、本発明の方法によって熱処理されて冷間成形性が向上したＴｉ６−２−４−２シート材料は、ＡＭＳ４９１９仕様書に従って熱処理された標準的なＴｉ６−２−４−２シート材料に比べて、β相の体積含有率が高い。β相の体積含有率は、種々の試料グループについて２０００倍の倍率で測定し、結果を表２に要約した。
【００３０】
【表２】
2005330579.tif 000004
【００３１】
上述したように、本発明は、Ｔｉ６−２−４−２シート材料の冷間成形性を向上する装置および方法を提供する。本発明のＴｉ６−２−４−２シートの冷間成形性の向上によって、高価な熱間成形設備の必要性をなくすことができることが有利である。加えて、本発明によるＴｉ６−２−４−２シートは、他の冷間成形技術で現在可能な曲げ半径よりも小さい曲げ半径まで成形可能であり、これにより、冷間成形部品の剛性が増加する。これにより、比較的重くてかつ強度が低い冷間成形可能なβＴｉ合金で成形された部品を、本発明のＴｉ６−２−４−２シートで成形された部品に交換することができ、比較的重い冷間成形ニッケル基合金を使用する必要性がなくなる可能性もある。関連技術の当業者には、種々の他の実施例および利点が明らかであろう。
【００３２】
本発明が満たす種々の必要性に関して本発明の種々の実施例を開示したが、これらの実施例は、単に本発明の種々の実施例の原理を示すものである。当業者には、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく種々の改良および応用が明らかであろう。例えば、本明細書のいくつかの実施例ではアルゴンで急冷しているが、空冷も可能である。よって、本発明は、請求項およびその同等物の範囲内の全ての適切な改良例および変形例を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ＡＭＳ４９１９仕様書に従って二重焼きなましされて、受け取られた状態で冷間成形された場合に典型的に生じる割れを示す、Ｔｉ６−２−４−２シートで成形された例示的なブラケットの説明図である。
【図２】ＡＭＳ４９１９仕様書に従って二重焼きなましされて、冷間成形の前に本発明による成形前焼きなましサイクルがさらに実施された場合に、割れが生じていないことを示す、Ｔｉ６−２−４−２シートで成形された例示的なブラケットの説明図である。
【図３】本発明の実施例において、ＡＭＳ４９１９仕様書に従って二重焼きなましされて、グラフに示す焼きなまし温度の成形前焼きなましを実施し、ＡＳＴＭ  Ｅ  ２９０（１０５°の曲げ角度）に従って冷間成形したＴｉ６−２−４−２シートの成形性に対して、焼きなまし温度が与える影響を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１０…部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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