(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造部材であって、
構造部材の外側の少なくとも一部を含む第１の領域を備え、前記第１の領域は比較的高い動作応力を特徴とし、さらに
構造部材の外側の少なくとも一部を含む第２の領域を備え、前記第２の領域は、構造部材の他の部分よりもより微細化された結晶粒構造を有し、前記第２の領域は、部分溶け込み混合および完全溶け込み混合のうち少なくとも１つによって形成され、前記第２の領域は前記第１の領域を少なくとも部分的に囲むように前記第１の領域に沿って延び、それにより前記第１の領域において構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を選択的に改良し、構造部材は、微細化された結晶粒構造を有する第１の組の前記第２の領域と、微細化された結晶粒構造を有する第２の組の前記第２の領域とを規定し、前記第１の組の前記第２の領域は間隔をあけられかつほぼ平行であり、前記第２の組の前記第２の領域は間隔をあけられかつほぼ平行であり、前記第１の組の前記第２の領域は前記第２の組の前記第２の領域と交差し、それにより複数の封じ込めゾーンを規定する、構造部材。
【請求項２】
前記第２の領域内に少なくとも部分的に保持されるねじ付開口をさらに含む、請求項１に記載の構造部材。
【請求項３】
構造部材は、鋼、ステンレス鋼、マグネシウム、マグネシウムベースの合金、真鍮、銅、ベリリウム、ベリリウム−銅合金、アルミニウム、アルミニウムベースの合金、アルミニウム−亜鉛合金、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−リチウム合金およびチタンからなる群から選択される材料から形成される、請求項１に記載の構造部材。
【請求項４】
構造アセンブリであって、
複数の構造部材を含み、前記複数の構造部材はともに固定されて構造アセンブリを形成し、
前記複数の構造部材のうち少なくとも１つは、比較的高い動作応力を特徴とし、かつ前記少なくとも１つの構造部材の外側の少なくとも一部を含む第１の領域と、前記少なくとも１つの構造部材の外側の少なくとも一部を含む第２の領域とを規定し、前記第２の領域は、前記少なくとも１つの構造部材の他の部分よりもより微細化された結晶粒構造を有し、前記第２の領域は、部分溶け込み混合および完全溶け込み混合のうち少なくとも１つによって形成され、前記第２の領域は前記第１の領域を少なくとも部分的に囲むように前記第１の領域に沿って延び、それにより前記第１の領域において前記少なくとも１つの構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を選択的に改良し、前記複数の構造部材はともに固定されて機体の機枠を形成する、構造アセンブリ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの構造部材は、前記第２の領域内に少なくとも部分的に保持されるねじ付開口を規定する、請求項４に記載の構造アセンブリ。
【請求項６】
前記複数の構造部材は、鋼、ステンレス鋼、マグネシウム、マグネシウムベースの合金、真鍮、銅、ベリリウム、ベリリウム−銅合金、アルミニウム、アルミニウムベースの合金、アルミニウム−亜鉛合金、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−リチウム合金およびチタンからなる群から選択される材料から形成される、請求項４に記載の構造アセンブリ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの構造部材は、対向端部と、端部を相互接続するウェブとを有するＩ字状の構成を有し、前記第２の領域は前記ウェブの少なくとも一部を含む、請求項４に記載の構造アセンブリ。
【請求項８】
前記第２の領域は、前記対向端部のうち少なくとも１つの少なくとも一部を含む、請求項７に記載の構造アセンブリ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの構造部材は管状の構成を有する、請求項４に記載の構造アセンブリ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの構造部材は、微細化された結晶粒構造を有する複数の領域を規定し、前記領域は間隔をあけられかつほぼ平行である、請求項４に記載の構造アセンブリ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの構造部材は、微細化された結晶粒構造を有する第１の組の前記第２の領域と、微細化された結晶粒構造を有する第２の組の前記第２の領域とを規定し、前記第１の組の前記第２の領域は間隔をあけられかつほぼ平行であり、前記第２の組の前記第２の領域は間隔をあけられかつほぼ平行であり、前記第１の組の前記第２の領域は前記第２の組の前記第２の領域と交差し、それにより複数の封じ込めゾーンを規定する、請求項４に記載の構造アセンブリ。
【請求項１２】
構造部材であって、
比較的高い動作応力を特徴とする第１の領域を備え、前記第１の領域はねじ付開口を含み、さらに
構造部材の外側の少なくとも一部を含む第２の領域を備え、前記第２の領域は、構造部材の他の部分よりもより微細化された結晶粒構造を有し、前記第２の領域は、部分溶け込み混合および完全溶け込み混合のうち少なくとも１つによって形成され、前記第２の領域は前記第１の領域を少なくとも部分的に囲むように前記第１の領域に沿って延び、それにより前記第１の領域において構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を選択的に改良し、さらに
前記第２の領域内に少なくとも部分的に保持されるねじ付開口を備える、構造部材。
【請求項１３】
構造部材は、鋼、ステンレス鋼、マグネシウム、マグネシウムベースの合金、真鍮、銅、ベリリウム、ベリリウム−銅合金、アルミニウム、アルミニウムベースの合金、アルミニウム−亜鉛合金、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−リチウム合金およびチタンか
らなる群から選択される材料から形成される、請求項１２に記載の構造部材。
【請求項１４】
構造部材は、対向端部と、端部を相互接続するウェブとを有するＩ字状の構成を有し、前記第２の領域は前記ウェブの少なくとも一部を含む、請求項１２に記載の構造部材。
【請求項１５】
前記第２の領域は、前記対向端部のうち少なくとも１つの少なくとも一部を含む、請求項１４に記載の構造部材。
【請求項１６】
構造部材は管状の構成を有する、請求項１２に記載の構造部材。
【請求項１７】
構造部材は、微細化された結晶粒構造を有する複数の領域を規定し、前記領域は間隔をあけられかつほぼ平行である、請求項１２に記載の構造部材。
【請求項１８】
構造部材は、微細化された結晶粒構造を有する第１の組の前記第２の領域と、微細化された結晶粒構造を有する第２の組の前記第２の領域とを規定し、前記第１の組の前記第２の領域は間隔をあけられかつほぼ平行であり、前記第２の組の前記第２の領域は間隔をあけられかつほぼ平行であり、前記第１の組の前記第２の領域は前記第２の組の前記第２の領域と交差し、それにより複数の封じ込めゾーンを規定する、請求項１２に記載の構造部材。
【請求項１９】
構造部材であって、
比較的高い動作応力を特徴とする第１の領域と、
構造部材の他の部分よりもより微細化された結晶粒構造を有する第２の領域とを備え、前記第２の領域は前記第１の領域を少なくとも部分的に囲むように前記第１の領域に沿って延び、それにより前記第１の領域において構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を選択的に改良し、構造部材は、対向端部と、端部を相互接続するウェブとを有するＩ字状の構成を有し、前記第２の領域は前記ウェブの少なくとも一部を含む、構造部材。
【請求項２０】
前記第２の領域内に少なくとも部分的に保持されるねじ付開口をさらに含む、請求項１９に記載の構造部材。
【請求項２１】
構造部材は、鋼、ステンレス鋼、マグネシウム、マグネシウムベースの合金、真鍮、銅、ベリリウム、ベリリウム−銅合金、アルミニウム、アルミニウムベースの合金、アルミニウム−亜鉛合金、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−リチウム合金およびチタンからなる群から選択される材料から形成される、請求項１９に記載の構造部材。
【請求項２２】
前記第２の領域は、前記対向端部のうち少なくとも１つの少なくとも一部を含む、請求項１９に記載の構造部材。
【請求項２３】
構造部材は、微細化された結晶粒構造を有する複数の領域を規定し、前記領域は間隔をあけられかつほぼ平行である、請求項１９に記載の構造部材。
【請求項２４】
構造部材は、微細化された結晶粒構造を有する第１の組の前記第２の領域と、微細化された結晶粒構造を有する第２の組の前記第２の領域とを規定し、前記第１の組の前記第２の領域は間隔をあけられかつほぼ平行であり、前記第２の組の前記第２の領域は間隔をあけられかつほぼ平行であり、前記第１の組の前記第２の領域は前記第２の組の前記第２の領域と交差し、それにより複数の封じ込めゾーンを規定する、請求項１９に記載の構造部材。
【請求項２５】
構造部材は、対向端部と、端部を相互接続するウェブとを有するＩ字状の構成を有し、前記第２の領域はウェブの少なくとも一部を含む、請求項１に記載の構造部材。
【請求項２６】
前記第２の領域は、前記対向端部のうち少なくとも１つの少なくとも一部を含む、請求項２５に記載の構造部材。
【請求項２７】
構造部材は管状の構成を有する、請求項１に記載の構造部材。
【請求項２８】
動作応力が高い領域において構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を選択的に改良するための方法であって、
動かないように構造部材を固定するステップと、
比較的高い動作応力を有する構造部材の領域を識別するステップと、
動作応力が高い領域に隣接して摩擦攪拌溶接プローブを位置付けるステップと、
その後に、動作応力が高い領域内で該領域の一部を囲むように構造部材の結晶粒構造を局所的に微細化し、それによりその領域の構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を改良するように、構造部材の外表面を通して回転摩擦攪拌溶接プローブを挿入するステップとを含む、方法。
【請求項２９】
前記固定のステップに先立って、予め選択された構成に構造部材を鋳造するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記挿入するステップの後に、動作応力が高い領域に対応する経路に沿って構造部材を通して回転摩擦攪拌溶接プローブを移動させるステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記挿入するステップの後に、対応する予め選択された形状および厚みに構造部材を機械加工するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記挿入するステップの後に、局所的に微細化された結晶粒構造を有する構造部材の領域の少なくとも部分的に中でねじ付開口を機械加工するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記挿入するステップの後に、構造部材の外表面から摩擦攪拌溶接プローブを引き抜き、それにより局所的に微細化された結晶粒構造を有する構造部材の領域の少なくとも部分的に中でねじ付開口を規定するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記挿入するステップの後に、構造部材を析出硬化するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
構造部材を他の構造部材に取り付けて、機体の機枠を形成するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
動作応力が高い領域において構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を選択的に改良するための方法であって、
動かないように構造部材を固定するステップと、
比較的高い動作応力を有する構造部材の領域を識別するステップと、
その後に、動作応力が高い領域内で該領域の一部を囲むように構造部材の結晶粒構造を局所的に微細化し、それによりその領域における構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を改良するように、比較的高い動作応力を有する構造部材の領域を回転摩擦攪拌溶接プローブで混合するステップとを含む、方法。
【請求項３７】
前記混合のステップは、
構造部材の外表面を通して回転摩擦攪拌溶接プローブを挿入し、動作応力が高い領域内で構造部材の結晶粒構造を局所的に微細化するステップと、
その後に、動作応力が高い領域に対応する経路に沿って構造部材を通して回転摩擦攪拌溶接プローブを移動させるステップとを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記混合するステップの後に、対応する予め選択された形状および厚みに構造部材を機械加工するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記混合するステップの後に、局所的に微細化された結晶粒構造を有する構造部材の領域の少なくとも部分的に中でねじ付開口を機械加工するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記混合するステップに先立って、構造部材を析出硬化するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
構造部材を他の構造部材に取り付けて、機体の機枠を形成するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は、構造部材の材料特性を選択的に改良するステップに関し、より特定的には、構造部材の結晶粒構造を選択的に微細化するステップに関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来の構造アセンブリ、たとえば軍用機および民間機の製造で用いられるものなどは、ともに固定されて組立構造を形成する複数の構造部材から一般的に作製される。構造部材は、鋼、ステンレス鋼、マグネシウム、マグネシウム合金、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、アルミニウム合金またはチタンからさまざまな構成に鍛造され、資材から機械加工されまたは鋳造されるのが典型的である。
【０００３】
使用の間に、航空機の構造アセンブリは、静荷重および周期的荷重を受けるだけでなく、さまざまな環境条件、温度変化ならびに厳しい音響および振動環境に晒されるが、そのすべては機械的応力および熱応力をもたらすものである。これらの動作応力は、構造アセンブリを形成する個別の構造部材にわたって全般的に存在し、各構造部材のある領域が比較的より高い大きさの応力を受けるのが典型的である。たとえば、周期的荷重の条件下では、構造アセンブリを形成する際の他の構造部材への取付けを容易にするために機械加工で構造部材に作られたねじ付開口は、開口のすぐ近傍で応力を著しく増加し得る。高い動作応力は、構造アセンブリの構造部材の微小割れまたは破損につながることがあり、この結果、アセンブリの最終的な破損を招き得る。さらに、従来の構造アセンブリの構築に用いられる多数の部品および固定具のために、必要に応じた構造部材の維持、修理および取替えには時間と労力とがかかり、アセンブリの寿命にわたりコストが高くなってしまう。
【０００４】
構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を高めるため、すなわち構造アセンブリの耐用寿命を延ばすため、設計者は、動作応力が高い領域で、たとえばこれらの領域で部材の厚みを増すことにより構造部材の寸法を変更した。設計者はまた、構造部材の作製に用いる、より異種の、典型的にはより高価なタイプの材料を代用して実験を行なった。また、構造部材が析出硬化を経ることにより、部材は溶体化熱処理され、次に予め定められた温度スケジュールで寝かされ、それにより結晶粒構造およびしたがって部材の材料特性を改良する。しかしながら、析出硬化工程には時間と労力がかかり得るものの、材料特性のごく限られた改良しかもたらさず、構造部材の厚みの選択的な増加すら、構造アセンブリの全体的な重量を不利に増加させてしまい、加えて材料のコストを増してしまう。
【０００５】
したがって、改良された構造部材および構造アセンブリの動作寿命を増す製造方法の必要性が残る。改良された構造部材は、特に、高い動作応力を受けるそれらの領域において、高められた強度、強靭性および耐疲労性を有しなければならない。
【０００６】
【発明の概要】
この発明は、比較的高い動作応力を特徴とする第１の領域と、第２の領域が少なくとも部分的に第１の領域を包含し、それにより第１の領域において構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を選択的に改良するように位置づけられた、構造部材の他の部分よりもより微細化された結晶粒構造を有する第２の領域とを規定する構造部材を提供する。構造部材は、鋼、ステンレス鋼、マグネシウム、マグネシウムベースの合金、真鍮、銅、ベリリウム、ベリリウム−銅合金、アルミニウム、アルミニウムベースの合金、アルミニウム−亜鉛合金、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−リチウム合金またはチタンから形成されてもよい。
【０００７】
第２の領域は、比較的高い動作応力を受ける特定の領域に基づいて規定することができる。たとえば、構造部材は、第２の領域内に少なくとも部分的に保持されるねじ付開口を規定してもよい。これに代えて、構造部材は、対向端部と、端部を相互接続するウェブとを有するＩ字状構成を有することができ、第２の領域はＩ字状部材のウェブの少なくとも一部を包含する。別の実施例では、構造部材はＩ字状の構成を有し、前記第２の領域は前記対向端部のうち少なくとも１つの少なくとも一部を含む。さらに別の実施例では、構造部材は管状の構成を有する。さらに別の実施例では、構造部材は、微細化された結晶粒構造を有する複数の領域を規定し、領域は間隔をあけられかつほぼ平行である。さらに別の実施例では、構造部材は、微細化された結晶粒構造を有する第１の組の領域と、微細化された結晶粒構造を有する第２の組の領域とを規定する。第１の組の領域は間隔をあけられかつほぼ平行である。第２の組の領域は間隔をあけられかつほぼ平行であり、第１の組の領域は第２の組の領域と交差し、それにより複数の封じ込めゾーンを規定する。
【０００８】
この発明は、複数の構造部材を含む構造アセンブリを提供する。複数の構造部材はともに固定されて構造アセンブリを形成する。構造部材は、鋼、ステンレス鋼、マグネシウム、マグネシウムベースの合金、真鍮、銅、ベリリウム、ベリリウム−銅合金、アルミニウム、アルミニウムベースの合金、アルミニウム−亜鉛合金、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−リチウム合金またはチタンから形成されてもよい。複数の構造部材のうち少なくとも１つは、比較的高い動作応力を特徴とする第１の領域と、構造部材の他の部分よりもより微細化された結晶粒構造を有する第２の領域とを規定し、第２の領域は、それが第１の領域を少なくとも部分的に包含し、それにより第１の領域において少なくとも１つの構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を選択的に改良するように位置づけられる。
【０００９】
第２の領域は、比較的高い動作応力を受ける特定の領域に基づいて規定することができる。たとえば、少なくとも１つの構造部材は、第２の領域内に少なくとも部分的に保持されるねじ付開口を規定してもよい。これに代えて、少なくとも１つの構造部材は、対向端部と、端部を相互接続するウェブとを有するＩ字状の構成を有することができ、第２の領域はＩ字状部材のウェブの少なくとも一部を包含する。別の実施例では、構造アセンブリはＩ字状の構成を有し、前記第２の領域は前記対向端部のうち少なくとも１つの少なくとも一部を含む。さらに別の実施例では、少なくとも１つの構造部材は管状の構成を有する。さらに別の実施例では、少なくとも１つの構造部材は、微細化された結晶粒構造を有する複数の領域を規定し、領域は間隔をあけられかつほぼ平行である。さらに別の実施例では、少なくとも１つの構造部材は、微細化された結晶粒構造を有する第１の組の領域と、微細化された結晶粒構造を有する第２の組の領域とを規定する。第１の組の領域は間隔をあけられかつほぼ平行である。第２の組の領域は間隔をあけられかつほぼ平行であり、第１の組の領域は第２の組の領域と交差し、それにより複数の封じ込めゾーンを規定する。
【００１０】
この発明は、動作応力が高い領域において構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を選択的に改良するための方法も提供する。１つの実施例に従うと、この方法は、構造部材を予め選択された構成に鋳造するステップを含む。これに代えて、鍛錬されたまたは機械加工された部品として、構造部材を鍛造するかまたは作製することができる。比較的高い動作応力を有する構造部材の領域が識別される。構造部材は動かないように固定される。比較的高い動作応力を有する構造部材の領域は、次に、動作応力が高い領域内で構造部材の結晶粒構造を局所的に微細化し、それにより領域内の構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を改良するように回転摩擦攪拌溶接プローブで混合される。混合のステップは、比較的高い動作応力を有する構造部材の領域に隣接して摩擦攪拌溶接プローブを位置づけるステップを含むことができる。次に、高応力領域の結晶粒構造を局所的に微細化するため、動作応力が高い領域に近接して構造部材の外表面を通して回転摩擦攪拌溶接プローブを挿入することができる。回転摩擦攪拌溶接プローブは、動作応力が高い領域に対応する経路に沿って、構造部材を通して移動することができる。摩擦攪拌溶接プローブは構造部材の外表面から引き抜かれ、それにより局所的に微細化された結晶粒構造を有する構造部材の領域の少なくとも部分的に中でねじ付開口を規定する。所望により、挿入のステップの前または後に、構造部材を析出硬化することができる。
【００１１】
比較的高い動作応力を有する構造部材の領域を混合した後、対応する予め選択された形状および厚みに構造部材を機械加工することができる。ねじ付開口は、局所的に微細化された結晶粒構造を有する構造部材の一部の少なくとも部分的に中で機械加工され得る。構造部材は次に他の構造部材に固定されて、機体の機枠を形成することができる。
【００１２】
このように、この発明は、改良された構造アセンブリと、比較的高い動作応力を受けるそれらの領域において、高められた強度、強靭性および耐疲労性を有する構造部材からアセンブリが作られる、関連する製造方法とを提供する。改良された構造アセンブリは、動作寿命が延びるだけでなく、必要とする資材がより少なく、アセンブリ全体の重量が対応して減少する。
【００１３】
この発明の前述のおよび他の利点および特徴ならびにそれらが達成される態様は、好ましくかつ例示的な実施例を示す添付の図面と関連した、この発明の以下の詳細な説明を考察することにより、より容易に明らかになるであろう。
【００１４】
【詳細な説明】
この発明は、この発明の好ましい実施例が示される添付の図面を参照して以後より十分に説明される。しかしながら、この発明は多くの異なる形で実施されてもよく、本明細書中に述べられる実施例に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、この開示が完璧かつ完全であり、当業者にこの発明の範囲を十分に伝えるように与えられるものである。同じ番号は全体にわたって同じ要素を示す。
【００１５】
図面、特に、図１を参照すると、この発明に従う構造アセンブリ１０が示される。構造アセンブリ１０は、機体の機枠を含むさまざまな構造の構築に用いることができる。構造アセンブリ１０は、ともに溶接されるかまたは好適な固定具１２を用いて固定される複数の構造部材１１から作られる。図１に示された構造アセンブリ１０は、２つのＩ字状梁１４および１つの平面部材１５を含む。しかしながら、所望により他のタイプの構造アセンブリを作ることができる。さまざまな材料を用いることができるが、構造部材１１は好ましくは、鋼、ステンレス鋼、マグネシウム、マグネシウムベースの合金一般、真鍮、銅、ベリリウム、ベリリウム−銅合金、アルミニウム、アルミニウムベースの合金一般、アルミニウム−亜鉛合金、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−リチウム合金またはチタンから形成される。構造部材１１は、資材から機械加工するかまたは鋳造することができる。図２Ａ−図２Ｄに示されたように、構造部材１１は、構造アセンブリ１０の荷重の要件および他の設計パラメータに基づいて、技術分野で公知のようにさまざまな構成に鋳造または機械加工することができる。
【００１６】
上述のように、使用の間に、構造アセンブリ１０は静荷重および周期的荷重を受けるのに加え、さまざまな環境条件、温度変化ならびに厳しい音響および振動環境に晒されるが、そのすべては、本明細書中で「動作応力」とまとめて称される機械的応力および熱応力をもたらすものである。一般的に構造部材１１全体が異なる大きさの動作応力を受けるが、各構造部材のある領域が比較的より高い大きさの動作応力を受けることが典型的である。たとえば、図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、対向端部２５ａ、２５ｂと、端部を相互接続するウェブ２７とを有するＩ字状梁２４が示される。Ｉ字状梁２４の端部の一方２５ａは、固定された支持構造体２９に固定されるが、他方端部２５ｂは、図４Ａに示されたような、ウェブ２７の平面と垂直の方向１３ａ、１３ｂの交番荷重１３または、図４Ｂに示されたような交番曲げ荷重１３ｃなどの周期荷重を受ける。周期荷重は、ウェブ２７が端部２５ａ、２５ｂと相互接続するところでモーメント荷重を発生する。モーメント荷重は、結果的に曲げ力および剪断力を生じ、ウェブと端部との相互接続部での、鋭角に機械加工された半径のノッチ効果と組合わさると、比較的より高い大きさの動作応力を受ける端部とウェブとが相互接続するところに隣接して、端部２５ａ、２５ｂおよびウェブ２７のセグメントをもたらす結果になるのが一般的である。別の実施例（図示せず）では、Ｉ字状梁に与えられる荷重は、動作応力が比較的高い領域がウェブ２７の長さに沿って位置されるようなものであり得る。動作応力が比較的高い領域は、有限要素分析などの公知の数学方程式および計算法から識別することができる。
【００１７】
図１に示されたように、構造アセンブリ１０の少なくとも１つの構造部材１１は、局所的に微細化された結晶粒構造を有する１つまたはそれ以上の領域１６を規定し、その領域１６は、動作応力が比較的高い領域を少なくとも部分的に包含する。好ましくは、局所的に微細化された領域１６内の結晶粒のサイズは、約．０００１から．０００２インチ（約３から５ミクロン）の大きさのオーダの範囲であり、結晶粒は、局所的に微細化された領域にわたり等軸の形状を有する。これに対して、鋳造によって形成された構造部材１１の結晶粒構造は、鋳造合金の組成および鋳造後の構造部材の冷却法に依存して、サイズ、形状および向きが異なるが、典型的には、鋳造された構造部材の結晶粒のサイズは、約．１から．０１インチ（約２．５ｍｍから．２５ｍｍ）の大きさのオーダの範囲である。鋳造された構造部材の端縁は部材の内側部分よりも速く冷めるため、鋳造された構造部材の結晶粒は通常、部材の端縁で柱状の形状を有し、部材の内側に向かって立方体形状に遷移する。
【００１８】
図６に示されたように、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６は、消耗しない回転摩擦攪拌溶接プローブ１８で構造部材１１の一部を混合または攪拌することにより形成される。混合を行なうには、構造部材１１は、従来のクランプ（図示せず）を用いて、摩擦攪拌溶接機の作業台にまず固定される。次に、構造部材１１の外表面１９を通して、予め選択された深さまで回転摩擦攪拌溶接プローブ１８が挿入される。回転プローブを受けるため、構造部材１１の外表面を通して開口を予めドリルであけるかまたは穿孔することができるが、好ましくは、回転プローブは、構造部材１１の外表面１９の中におよびそれを通して直接的に押し込まれる。一旦構造部材に挿入されると、回転プローブ１８は、構造部材の外表面１９と平行な剪断作用により、プローブの肩２０下での混合をもたらす。回転プローブ１８は、プローブの軸２３と平行なプローブのねじ付部分２２のまわりの混合ももたらす。摩擦攪拌溶接の一般的な説明についてはトーマス他（Thomas et al.）の米国特許第５，４６０，３１７号を参照し、そのすべての内容がここに引用により援用される。
【００１９】
回転プローブ１８が構造部材１１に挿入される深さは、構造部材の材料特性および寸法だけでなく、構造部材が支持する荷重のタイプおよび構造部材に与えられる動作応力の大きさに依存する。周期荷重または交番荷重の結果、動作応力が比較的高い領域で構造部材の表面上で始まる微小割れが生じ、この割れは構造部材の疲労破損をもたらす結果になり得る。１つの実施例では、図１に示されたＩ字状梁１４のウェブ１７および図２Ａ−図２Ｄに示された構造部材１１の表面などの、構造部材１１の厚みのごく一部が選択的に混合されて、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６を形成する（本明細書中では「部分溶け込み混合」と称される）。たとえば、１インチの厚みを有する構造部材を部分溶け込み混合するには、回転プローブを、構造部材の外表面１９を通して約．２５インチの深さまで挿入することができる。有利には、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６は微小割れの形成および伝播を阻止し、それにより、対応する、動作応力が比較的高い領域における構造部材１１の強度、強靭性および耐疲労性を選択的に改良する。
【００２０】
別の実施例では、図５Ｂに示されたように、プローブは、回転プローブの先端１８ａが構造部材１１の反対側１９ａから距離ｄにある深さＤまで押し込まれる。混合の間に、回転プローブ１８は、プローブのサイズおよびプローブ貫通の深さに依存して、約１０００から１０，０００ポンドまたはそれ以上の力を構造部材１１に対して与え、かつ、十分な摩擦熱を生成して、回転プローブに隣接する構造部材の部分の温度を、約７００°Ｆから、構造部材を形成する合金の固相線のちょうど下の温度の間に上昇させる。回転プローブ１８が生成した摩擦熱は、構造部材に対してプローブが与える力とともに、プローブの先端１８ａと構造部材の反対側１９ａとの間の、構造部材の未混合部分２１に対して鍛造のような効果を生じることができるが、これは、プローブが反対側１９ａを突き抜けることなく、未混合部分の結晶粒構造を局所的に微細化するものである。好ましくは、プローブの先端１８ａと構造部材の反対側１９ａとの間の、構造部材１１の未混合部分２１の結晶粒構造を微細化するには、プローブ１８は、プローブの先端が構造部材の反対側から約．００７インチの距離ｄにあるような深さＤまで構造部材の中に押し込まれる。
【００２１】
この発明の別の実施例に従うと、図５Ａおよび図５Ｃに示されたように、構造部材１１の厚み全体が混合され、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６を規定することができる（本明細書中では「完全溶け込み混合」と称される）。完全溶け込み混合は、約．２５インチ未満の厚みを有する構造部材などの比較的薄い構造部材に好ましいが、．２５インチよりも大きな厚みを有する構造部材の中に結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６を形成するのにも用いることができる。図５Ａに示されたように、約１．５インチ未満の厚みを有する構造部材１１を完全溶け込み混合するには、回転プローブ１８を、プローブが構造部材の反対側１９ａを突き抜けるように構造部材の外表面１９の中に挿入しかつ構造部材の厚み全体を通して押し込むことができる。結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６を構造部材の中に形成した後、構造部材の両側１９、１９ａを機械加工して仕上げ表面をもたらすことができる。
【００２２】
結晶粒構造が局所的に微細化された細長い領域１６を形成するとき、以下に論じられるように、構造部材を通るプローブ１８の移動の速度は構造部材１１の厚みに部分的に依存する。典型的には、構造部材を通る回転プローブの移動の速度は部材の厚みに比例し、１分当り約５インチから３０インチの範囲である。約１．５インチよりも大きな厚みを有する構造部材、および特に、約３インチよりも大きな厚みを有する構造部材については、構造部材の完全溶け込み混合は好ましくは、両側１９、１９ａから構造部材を部分溶け込み混合することによって行なわれ、それにより構造部材を通る回転プローブの移動の速度が増しかつ回転プローブを壊したりまたは傷付けたりするのを防ぐ。図５Ｃに示されたように、約１．５インチよりも大きな厚みを有する構造部材は、構造部材１１の第１の外側１９の中におよびそれを通して、構造部材の厚みの予め選択された部分と等しい深さαまで回転プローブ１８を挿入することにより完全溶け込み混合され、結晶粒構造が局所的に微細化された第１の領域３６を形成することができる。次に、回転プローブ１８は、第１の局所的に微細化された領域３６と反対の、構造部材１１の反対側１９ａの中におよびそれを通して深さβまで挿入されて、結晶粒構造が局所的に微細化された第２の領域３６ａを形成することができる。１つの実施例では、深さβは、構造部材の第１の外側１９のプローブの挿入深さαを減じた構造部材１１の厚みとほぼ等しい。別の実施例では、深さβは、第１の外側１９のプローブの挿入深さαを減じた構造部材１１の厚みよりも大きいため、結晶粒構造が局所的に微細化された第２の領域３６ａは、結晶粒構造が局所的に微細化された第１の領域３６と少なくとも部分的に重なり合う。
【００２３】
動作応力が比較的高い細長い領域を有する構造部材１１については、回転摩擦攪拌溶接プローブ１８は、図６の矢印３０で示されたように、動作応力が高い領域に対応する経路に沿って構造部材１１を通して移動され、結晶粒構造が局所的に微細化された細長い領域１６をもたらすことができる。１つの実施例に従うと、図７Ａに示されたように、比較的高い動作応力を受ける連続的な表面区域を有する構造部材１１には、結晶粒構造が微細化された細長い領域１６である複数の補強「リブ」２６を、回転摩擦攪拌溶接プローブ１８を用いて構造部材の中に形成することができる。
【００２４】
前述のようにかつ図８の写真で示されたように、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６は、構造部材の表面中の微小割れの形成および伝播に耐えるため、割れ３３は局所的に微細化された領域を交差したりまたは横切ったりせず、むしろ領域の周に沿って伝播するのが一般的である。１つの実施例では、図７Ｂに示されたように、構造部材１１の表面付近に補強リブ２６が形成されて他のリブと交差し、それにより境界を付けられた領域または封じ込めゾーン３２を規定することができる。有利には、交差するリブ２６は、構造部材の表面に形成された微小割れ３３の伝播を、対応する封じ込めゾーンが規定する区域に制限し、こうして動作応力が比較的高い領域において構造部材の耐疲労性を著しく改良する。約．５インチまたはそれ未満の厚みを有する構造部材１１については、好ましくは、封じ込めゾーン３２を規定する補強リブ２６は完全溶け込み混合で形成される。比較的厚い構造部材については、封じ込めゾーン３２を規定する補強リブ２６は部分溶け込み混合で形成することができる。図７Ｂに示された封じ込めゾーン３２は矩形の構成を有しかつ補強リブ２６で閉じられるかまたは完全に境界を付けられるが、この発明に従う封じ込めゾーンはまた、少なくとも部分的に開いているかまたは境界を付けられておらず、直線と曲線との両構成を含む他の構成を有することができる。たとえば、図７Ｃに示されたように、結晶粒構造が局所的に微細化された細長い領域１６は、だんだん小さくなる螺旋状の曲線部分３９を有して形成され、これは、伝播する割れをそれ自体の上に封じ込めかつ再方向付けし、割れを鈍らせてさらなる伝播を阻止する。
【００２５】
この発明の別の実施例に従うと、図９Ａおよび図９Ｂに示されたように、比較的高い動作応力を受ける連続的な表面区域を有する構造部材１１については、結晶粒構造が局所的に微細化された重なり領域１６が形成されて、結晶粒構造が局所的に微細化された連続区域４６を規定することができる。図９Ｃおよび図９Ｄに示されたように、構造部材１１は次に機械加工されて一切の過剰な材料３１を取除き、所望の寸法および構成を有する構造部材を提供することができる。有利には、構造部材１１が図９Ｃに示されたものなどの比較的高い動作応力を受けるフランジまたは他の突起３４を含む場合、結晶粒構造が局所的に微細化された連続区域４６を機械加工して、選択的に改良された強度、強靭性および耐疲労性を有する突起３４を設けることができる。
【００２６】
別の実施例では、構造部材１１の外表面１９は、ノッチ、溝、アパーチャまたは他の表面不連続部３５を規定するが、これは応力を集中して不連続部に近接して比較的高い動作応力を生じるものである。たとえば、図９Ｃに示されたように、構造部材１１は、突起３４が部材と相互接続する、鋭角に機械加工された半径３８を含むことができる。図１０に示されたように、構造部材は、部材を他の構造部材に固定して構造アセンブリ１０を形成するのを容易にするねじ付開口３７を含むことができる。または、図１１に示されたように、構造部材は、宇宙船の窓または開口４０を規定するアパーチャを含むことができる。ねじ付開口３７または他の応力上昇不連続部３５を機械加工または形成するのに先立ち、少なくとも部分的に不連続部を包含する構造部材１１の区域が回転摩擦攪拌溶接プローブ１８で混合され、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６を形成することができる。ねじ付開口３７または他の不連続部３５は次に構造部材１１の外表面１９の中に機械加工されるため、不連続部３５は、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６内に少なくとも部分的に保持される。図１０に示されたように、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６は好ましくは、ねじ付開口を包含しかつ取囲みかつ、ねじ付開口のほぼ直径から開口直径の２倍の範囲の距離分、開口のセンターラインから離れるように延在する。混合領域１６の高められた材料特性は、不連続部３５のすぐ近傍での増加した動作応力を補う。
【００２７】
１つの実施例では、ねじ付開口３７は、不連続部３５を包含する構造部材１１の区域を回転摩擦攪拌溶接プローブ１８で混合して、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６を形成することにより形成される。ねじ付開口３７のねじ山に対応する寸法を備えるねじ山を好ましくは有する回転プローブ１８は、ねじ付開口が形成されるべき、構造部材の外表面１９上の場所に構造部材１１を通って動かされ、ねじ付開口の所望の深さに対応する深さまで部材の中に挿入される。回転プローブ１８が一旦所望の場所および深さに入ると、プローブの回転は止まる。結晶粒構造が局所的に微細化された、新たに形成された領域１６は次に冷まされ、その後、構造部材からプローブを抜くことにより、プローブ１８が構造部材１１から引き抜かれ、それによりねじ付開口３７を規定する。有利には、ねじ付開口３７のねじ山は、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６で包含されるため、ねじ山は高められた材料特性を有し、増加した動作応力を補う。
【００２８】
別の実施例では、図３Ａおよび図３Ｂに示されたように、鋳造Ｉ字状梁５７の端部５５ａ、５５ｂは、最終的な機械加工に先立って回転摩擦攪拌溶接プローブ１８で混合されて、結晶粒構造が局所的に微細化された細長い領域１６を形成し、ウェブが端部と相互接続するところに隣接した、鋭角に機械加工された半径５８のすぐ近傍で、増加した動作応力を補うことができる。結晶粒構造が局所的に微細化された細長い領域１６は好ましくは重なり合って、Ｉ字状梁の端部５５ａ、５５ｂを通ってかつウェブ５７の対応する端の少なくとも部分的に中に延在する、結晶粒構造が局所的に微細化された連続区域４６を規定する。局所的に結晶粒構造が微細化された細長い領域１６を形成した後、Ｉ字状梁５７は機械加工されて過剰な材料５３を取除き、所望の寸法および構成を有する構造部材１１をもたらすことができる。
【００２９】
別の実施例では、図１１に示されたように、宇宙船などの構造アセンブリ（図示せず）の窓または開口４０は、技術分野で公知のように、所望の開口を有する予め選択された構成に構造部材１１を鋳造することによって形成される。最終的な機械加工に先立ち、構造部材１１は、窓４０の周の少なくとも一部の付近で回転摩擦攪拌溶接プローブ１８で混合され、高められた材料特性を有する、結晶粒構造が局所的に微細化された１つの領域または複数の領域１６を形成して、不連続部３５のすぐ近傍での増加した動作応力を補う。局所的に微細化された領域または複数の領域１６は部分溶け込み混合によって形成することができるが、好ましくは、構造部材１１は窓４０の周の付近で完全溶け込み混合されて、結晶粒構造が局所的に微細化された、複数の細長い重なり領域１６を形成する。結晶粒構造が局所的に微細化された重なり領域１６は、構造部材１１のいずれかの端にも形成され、構造部材を他の構造部材に固定して構造アセンブリを形成するための複数のねじ付開口３７を少なくとも部分的に包含する、結晶粒構造が局所的に微細化された連続区域４６を規定する。局所的に結晶粒構造が微細化された領域または複数の領域１６を形成した後、構造部材１１が機械加工されて過剰な材料５３を取除き、所望の寸法および構成を有する構造部材をもたらすことができる。
【００３０】
図１２を参照すると、この発明の１つの実施例に従う、トルク荷重４２を受ける、管状の鋳造構造部材１１が示される。トルク荷重の結果、構造部材１１は、予測される破損モードが４５°の螺旋状に形作られた剪断破損ゾーンであるような、比較的より高い大きさの動作剪断応力を受ける。増加した動作応力を補うため、構造部材は好ましくは回転摩擦攪拌溶接プローブ１８で混合されて、螺旋状の構成を有する、結晶粒構造が局所的に微細化された１つまたはそれ以上の細長い領域１６を規定する。有利には、鋳造された構造部材１１の未混合部分４３は比較的割れやすいが、局所的に微細化された領域１６は比較的延性であり、したがって撓むためのゾーンを設け、それにより動作応力が比較的高い対応する領域での構造部材１１の強度、強靭性および耐疲労性を改良する。
【００３１】
別の実施例では、図１３Ａおよび図１３Ｂに示されたように、鋳造された構造部材１１は、構造部材の一部を延伸して部材を所望の構成に形作るなどの、作製の間の機械加工を受ける。機械加工作業を行なう前に、機械加工される区域を少なくとも部分的に包含する構造部材１１の区域が回転摩擦攪拌溶接プローブ１８で混合されて、鋳造された構造部材の未混合部分に対して改良された延性および成形性を有する、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６を形成することができる。次に技術分野で公知のように、構造部材を所望の構成に機械加工することができる。有利には、図１３Ｂに示されたように、機械加工作業が行なわれるときに、局所的に微細化された領域１６で延伸が起こるため、局所的に微細化された領域に隣接した、構造部材１１の未混合部分４４の中に鋳造されたいずれの細部も、機械加工作業を通して寸法が安定したままである。
【００３２】
この発明の別の実施例に従うと、構造部材は、融接または非融接工程のいずれかによって形成された溶接接合を介して部材に接合された１つまたはそれ以上のインサートを含むことができる。たとえば、図１４Ａ−図１４Ｃに示されたように、構造部材５１は、摩擦攪拌溶接接合５２を介して部材に接合されたインサート５１ａを含む。図１４Ａを参照すると、構造部材５１は、溶接に先立ってインサートを構造部材に滑り嵌めまたはプレス嵌めできるような、インサート５１ａの寸法に対応する寸法を有するフライス加工された溝またはアパーチャ５０を含むことができる。インサート５１ａは構造部材５１と同じ材料を含むことができるが、好ましくは、インサートは異なる材料を含む。同様に、インサートおよび構造部材は、鋳造物または鍛錬もしくは機械加工された構成要素などの、同じまたは異なる作製工程から形成することができる。別の実施例では、図１５に示されたように、インサート５１ｂは、構造部材５１ａが規定するアパーチャ５６のためのライニングを含むことができ、インサートは融接接合５２によって構造部材に接合される。溶接接合５２での、特にインサートが異なる材料または異なる作製工程から形成されるところでの、インサート５１ａと構造部材５１との間の結晶粒のサイズおよび構造の遷移は応力の上昇をもたらし、その結果、比較的高い動作応力を生じる。結晶粒のサイズの不連続による、増加した動作応力を補うため、構造部材５１およびインサート５１ａは好ましくは、溶接接合５２に隣接しておよびその経路に沿って回転摩擦攪拌溶接プローブ１８で混合され、結晶粒構造が局所的に微細化された１つまたはそれ以上の細長い領域１６を規定する。
【００３３】
別の実施例（図示せず）に従うと、構造部材は、応力を集中して、その結果、欠陥に近接して比較的高い動作応力を生じる外部または内部の欠陥を規定する。たとえば、鋳造構造部材の外部欠陥は、表面と連通するガスホールもしくはブローホール、スケールもしくは酸化物などの介在物または鋳造後の収縮による熱間亀裂および割れを含み得る。鋳造物の内部欠陥は内部収縮を含み得る。鍛造物の外部欠陥は、巻き込み、成層、皮傷、肌傷、かぶり傷、バークまたは割れを含み得る。増加した動作応力を補いかつ欠陥を修復するには、構造部材は好ましくは回転摩擦攪拌溶接プローブで混合され、結晶粒構造が局所的に微細化された１つまたはそれ以上の領域を規定する。
【００３４】
所望の形状および長さを有する、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６が一旦構造部材１１の中に形成されると、回転プローブ１８は部材から引き抜かれる。回転プローブ１８の引き抜きは、構造部材１１の外表面１９中に不規則部を結果的に生じ得る。１つの実施例（図示せず）では、回転プローブ１８の引き抜きによって生じたいずれの不規則部も保持する構造部材の部分は切取られるかまたは埋められ得る。好ましくは、構造部材１１は次に、特定の設計荷重および結果として生じる構造アセンブリ１０の仕様が必要とするのに従い、予め選択された形状および厚みに機械加工されるかまたは、所望の表面仕上げを得る。たとえば、ＣＮＣフライス盤を用いて必要に応じて構造部材１１を機械加工することができる。
【００３５】
構造部材１１内での摩擦攪拌溶接プローブ１８の回転は、周囲の材料を可塑化し、それにより厳しく変形されながら高度に微細化される結晶粒構造をもたらすのに十分な熱エネルギを生成する。さらに、混合の工程はボイドを排除し、したがって混合領域１６での構造部材１１の密度を増す。有利には、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６は、構造部材１１の未混合部分と比較して、著しく高められた強度、強靭性および耐疲労性を有する。結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６は、比較的高い動作応力を受けると予測される領域のすべてまたは少なくとも一部を包含するため、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６は、結果として生じる領域が高い動作応力にさらによく耐えるのを可能にする。構造部材１１の混合領域１６の高められた材料特性により、混合領域を有するそれらの区域での構造部材の厚みが減じられ、それによりこの発明に従って作られる構造アセンブリ１０の全体的な重量の減少を得ることができる。
【００３６】
また、構造部材１１を析出硬化して、部材の未混合部分の材料特性を改良してもよい。これはアルミニウム合金には特に有利である。金属合金の析出硬化は、金属合金の機械的特性が元の相マトリックス内の１つまたはそれ以上の二相の、均一に分散された粒子または沈殿物の形成により改良される工程である。技術分野で公知のように、析出硬化は、金属合金が二度の熱処理工程を経ることが必要であり、第１の工程は溶体化熱処理であり、第２の工程は析出熱処理であり、その両者とも予め定められた温度スケジュールで行なわれる。析出硬化は、構造部材１１の結晶粒構造の局所的微細化の前または後のいずれかに行なわれてもよいが、好ましくは、析出硬化工程は、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６の形成の後に行なわれる。部材の結晶粒構造を局所的に微細化した後に構造部材を析出硬化するとき、構造部材の局所的に微細化された領域と未混合部分との間で過剰な量の残留応力を発生しないように、結晶粒構造が局所的に微細化された領域１６が混合の間に十分に加熱されなければならない。
【００３７】
図１６を参照すると、この発明の１つの実施例に従う構造部材を製造するために行なわれる作業が示される。第１のステップは、予め選択された構成に構造部材を鋳造するステップを含む。ブロック６０を参照。比較的高い動作応力を有する構造部材の領域は、数学的分析によりまたは以前の経験に基づいてなどにより識別される。ブロック６１を参照。部材全体の材料特性をまず改良するように、構造部材を析出硬化してもよい。ブロック６２を参照。
【００３８】
次に構造部材は動かないように固定される。ブロック６３を参照。摩擦攪拌溶接プローブは、比較的高い動作応力を有する構造部材の領域に隣接して位置付けられる。ブロック６４を参照。動作応力が高い領域内で構造部材の結晶粒構造を局所的に微細化し、それによりその領域での構造部材の強度、強靭性および耐疲労性を改良するように、比較的高い動作応力を有する構造部材の領域が回転摩擦攪拌溶接プローブで次に混合される。ブロック６５を参照。混合のステップは、応力の高い領域の結晶粒構造を局所的に微細化するように、動作応力が高い領域に近接して、構造部材の外表面を通して回転摩擦攪拌溶接プローブを挿入するステップを含む。ブロック６６を参照。混合のステップは、動作応力が高い領域に対応する経路に沿って構造部材を通して回転摩擦攪拌溶接プローブを移動させるステップも含んでもよい。ブロック６７を参照。１つの好ましい実施例では、固定のステップ、位置付けのステップおよび混合のステップが繰返されて、構造部材内に結晶粒構造が局所的に微細化された２つ以上の領域を形成する。別の好ましい実施例では、位置付けのステップおよび混合のステップが繰返されて、結晶粒構造が局所的に微細化された所望の数の領域、たとえば間隔をあけられかつほぼ平行な複数の補強リブを構造部材内に形成する。１つの実施例では、挿入のステップの後に、摩擦攪拌溶接プローブが構造部材の外表面から引き抜かれ、それにより局所的に微細化された結晶粒構造を有する構造部材の領域の少なくとも部分的に中でねじ付開口を規定する。ブロック６８を参照。
【００３９】
次に構造部材は、対応する予め選択された形状および厚みに機械加工される。ブロック６９を参照。ねじ付開口は、局所的に微細化された結晶粒構造を有する構造部材の一部の少なくとも部分的に中で機械加工され得る。ブロック７０を参照。次に構造部材を析出硬化することができる。ブロック７１を参照。次に構造部材は他の構造部材に固定されて機体の機枠を形成する。ブロック７２を参照。
【００４０】
このように、この発明は、改良された構造アセンブリと、比較的高い動作応力を受けるそれらの領域において、高められた強度、強靭性および耐疲労性を有する構造部材からアセンブリが作られる、関連する製造方法とを提供する。改良された構造アセンブリは、動作寿命および信頼性が増すだけでなく、必要とする資材が少なく、アセンブリの全体的な重量が対応して減少する。さらに、改良された製造法により、航空宇宙産業向けの構造アセンブリの建造において、同等の鍛錬されたまたは機械加工された構成要素よりも作製が典型的により安価である、より多くの鋳造物の使用も可能になる。
【００４１】
前述の説明および関連する図面に与えられた教示の利点を有する、この発明が属する技術分野の当業者には、この発明の多くの変形および他の実施例が思い浮かぶであろう。したがって、この発明は開示された特定の実施例に限られるものではなく、添付の請求項の範囲内に変更および他の実施例が含まれることが意図されると理解されたい。本明細書中で特定の用語が用いられるが、それらは包括的かつ説明的な意味でのみ用いられ、限定の目的で用いられるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の１つの実施例に従う構造アセンブリを示す斜視図である。
【図２】  （Ａ）−（Ｄ）は、この発明に従う構造部材の他の例示的な実施例を示す断面図である。
【図３】  （Ａ）は、この発明の１つの実施例に従う、選択的に補強された鋳造Ｉ字状梁を示す断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＩ字状梁の機械加工仕上げされたプロファイルを示す断面図である。
【図４】  （Ａ）および（Ｂ）は、技術分野で公知のように、交番荷重を受ける従来のＩ字状梁を示す断面図である。
【図５】  （Ａ）は、この発明の１つの実施例に従う、部材の厚み全体を混合することによる構造部材の選択的な結晶粒構造微細化を示す断面図であり、（Ｂ）は、この発明の別の実施例に従う、部材の厚みの一部を混合することによる構造部材の選択的な結晶粒構造微細化を示す断面図であり、（Ｃ）は、この発明のさらに別の実施例に従う、部材の厚み全体を混合することによる構造部材の選択的な結晶粒構造微細化を示す断面図である。
【図６】  この発明の１つの実施例に従う、構造部材の選択的な結晶粒構造微細化を示す斜視図である。
【図７】  （Ａ）は、複数の補強リブを有する、この発明に従う構造部材の１つの実施例を示す平面図であり、（Ｂ）は、複数の封じ込めゾーンを有する、この発明に従う構造部材の別の実施例を示す斜視図であり、（Ｃ）は、開いた曲線状封じ込めゾーンを有する、この発明に従う構造部材の別の実施例を示す平面図である。
【図８】  この発明の１つの実施例に従う、結晶粒構造が局所的に微細化された領域の周に沿った割れの伝播を示す写真の図である。
【図９】  （Ａ）は、結晶粒構造が局所的に微細化された、複数の重なり合う細長い領域が規定する、結晶粒構造が局所的に微細化された連続区域を有する、この発明に従う構造部材の１つの実施例を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の構造部材の（Ａ）の線９Ｂ−９Ｂに沿った断面図であり、（Ｃ）は、（Ａ）の構造部材の機械加工仕上げされたプロファイルを示す平面図であり、（Ｄ）は、（Ｃ）の構造部材の（Ｃ）の線９Ｄ−９Ｄに沿った断面図である。
【図１０】  機械加工されたねじ付開口を有する、この発明に従う構造部材の１つの実施例を示す断面図である。
【図１１】  窓を有する、この発明に従う構造部材の１つの実施例を示す平面図である。
【図１２】  結晶粒構造が局所的に微細化された、螺旋状に構成された領域を有する、この発明に従う管状構造部材の１つの実施例を示す斜視図である。
【図１３】  （Ａ）は、完成した構成に形作られる前の、この発明に従う、鋳造された構造部材の１つの実施例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、完成した構成に形作られた後の、（Ａ）の構造部材を示す斜視図である。
【図１４】  （Ａ）は、機械加工された溝を有する、鋳造された構造部材を示す断面図であり、（Ｂ）は、アパーチャ内に位置付けられたインサートを有する、（Ａ）の構造部材を示す断面図であり、（Ｃ）は、この発明の１つの実施例に従う、溶接接合に隣接した、溶接接合と結晶粒構造が局所的に微細化された領域とを介して（Ｂ）の構造部材に接合されたインサートを示す平面図である。
【図１５】  この発明の別の実施例に従う、溶接接合に隣接した、構造部材および局所的に結晶粒構造が微細化された領域への溶接接合を介して接合されたインサートを示す平面図である。
【図１６】  この発明の１つの実施例に従う、図１の構造アセンブリおよび図２−図１５の構造部材を作製するために行なわれる作業を示すフローチャートの図である。
【符号の説明】
１１  構造部材、１４  Ｉ字状梁、１６  領域、１７  ウェブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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