JP2003245712A

JP2003245712A - 押出加工用金型、微細組織金属材料の製造装置、及び微細組織金属材料の製造方法

Info

Publication number: JP2003245712A
Application number: JP2002050364A
Authority: JP
Inventors: Akira Oishi; 大石　　朗; Yoshiyuki Oba; 義行大庭; Masakazu Miyaji; 正和宮地
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】１工程で金属素材の微細化を達成し、短時間
に大量の微細組織金属材料を製造することができる押出
加工用金型、及びこれを備えた微細組織金属材料の製造
装置、並びに微細金属材料の方法を提供する。【解決手段】金属素材を通過させて押出加工するため
のメス型の押出孔を備えた押出加工用金型であって、前
記メス型の押出孔に、複数個所の屈曲部が形成されたこ
とを特徴とする押出加工用金型、及びこれを備えた微細
金属材料の製造装置、並びに微細金属材料の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、押出加工用金型、
微細組織金属材料の製造装置、及びこれらを用いた微細
組織金属材料の製造方法に関する。さらに詳しくは優れ
た生産性をもって微細組織金属材料を製造する方法およ
び微細組織金属材料を製造する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属材料は結晶粒度の微細化、具
体的にはμmレベル以下の粒径にまで微細化することに
より材料の強度や靭性が飛躍的に向上すること、また、
材料に超塑性と呼ばれる特性が発現しやすくなり材料の
加工性向上に応用できることが明らかにされてきた。こ
のような超塑性を発現するほどに微細化された組織を有
する金属素材は、従来、次のような方法により製造して
いた。まず、合金溶湯からガスアトマイズ等の急冷凝固
によって微細な紛体を調製する。つづいて、この微細粉
末を缶に封入して内部ガスを真空吸引した後に熱間静水
プレス処理（ＨＩＰ）等を施すことによって固化するこ
とにより微細組織を有する金属素材を製造する。しかし
ながら、前述した従来の超塑性微細組織材料の製造方法
は粉体を利用して固化するためのプロセスが必要で、工
程が煩雑になるばかりか、設備が大掛かりになり、さら
に高コストになるため、この粉体利用自体が実用化のネ
ックになっている。このような背景から、最近では比較
的粗大な結晶粒から構成されている鋳造材を出発素材と
してバルク体のまま微細組織化する技術の開発研究が産
学官にて精力的に進められている。その代表的な手法と
して、ＥＣＡＰ（等断面せん断プレス、Equal Channel
Angular Pressing）法が考案されている。この手法は加
工前後の断面形状およびサイズが変化しないため原理的
には無限の繰返し加工が可能であり、付与できる総歪量
を十分に大きくできることから目標とする組織微細化を
達成できるという長所を有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＥＣＡＰ法を適用し、なおかつ最も効率の良いとと
いわれている繰返しパターンを選定して押出加工を行っ
た場合でも、優れた強度特性や超塑性が発現すると言わ
れているμmレベルの微細結晶粒からなる結晶組織を得
るには、少なくとも４〜６回の繰返し工程が必要なこと
が明らかにされている（堀田、第２回スーパーメタルシ
ンポジウム講演集、Ｐ．２７１）。一方、組織微細化技
術を工業分野に適用していくには高性能の組織微細化材
を生産性良く得ることが必要であるが、現状のＥＣＡＰ
法では繰返し加工を行うためには加工後の金属素材を加
工用金型から取出し、その後再び挿入して加工を行わな
ければならないために、生産性が著しく低く工業分野に
適用するのは困難である。

【０００４】本発明はこのような課題をクリアすべく鋭
意努力し、考案されたものであって、その目的は、わず
か１工程で金属素材の微細化を達成し、短時間に大量の
微細組織金属材料を製造することができる押出加工用金
型、及びこれを備えた微細組織金属材料の製造装置、並
びに微細金属材料の方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明の押出加
工用金型は、金属素材を通過させて押出加工するための
メス型の押出孔を備えた押出加工用金型であって、前記
メス型の押出孔に、複数個所の屈曲部が形成されたこと
を特徴とする。

【０００６】上記構成の押出加工用金型において、前記
押出孔入口から挿入された金属素材は後方から押出し圧
力を受けて押出孔内を進み押出孔出口から押し出され
る。この押出加工中に、金属素材は前記複数の屈曲部に
おいて、屈曲されて剪断変形を受け、動的再結晶の際に
組織の微細化が進行する。すなわち、本発明に係る押出
加工用金型では、一度の押出加工で複数回の剪断変形を
金属素材に与えることができるので、一度の加工で達成
できる金属組織の微細化の程度が大幅に向上する。従っ
て、本発明に係る押出加工用金型を用いるならば、高い
製造効率で微細結晶組織を備えた金属材料を製造するこ
とができる。

【０００７】次に、本発明に係る押出加工用金型は、前
記押出孔が、メス型の貫通孔を備えた金型に、複数のブ
ロック部材を挿入することで、複数の屈曲部を備えるよ
うに形成されたことを特徴とする。上記構成の押出加工
用金型によれば、ブロック部材の組み合わせにより自由
に押出孔の経路を決定することができ、またその変更も
極めて容易である。さらには、繰り返しの押出加工によ
り金型が劣化した場合にも、ブロック部材を交換するの
みで良く、長時間の押出加工を行う場合にも効率よく処
理を行うことができる。

【０００８】次に、本発明に係る押出加工用金型におい
ては、前記押出孔に設けられた屈曲部の屈曲角度（屈曲
部前後における押出孔の中心軸同士の成す外角）が、３
０〜１５０°とされることが好ましい。前記屈曲角度が
３０°未満の場合には、金属素材が屈曲部を通過する際
の剪断変形量が小さくなるので、所望の微細組織を得る
ためには、通過させる屈曲部の数を増やすことになり、
製造効率が低下することになる。また、１５０°を越え
る屈曲角度の屈曲部を金型内に形成するのは困難であ
り、金型の製造コストが上昇することとなる。

【０００９】次に、本発明に係る押出加工用金型におい
ては、前記複数の屈曲部を通過する際にそれぞれの屈曲
部により前記金属素材に生じる剪断面が、互いに交差す
る方位関係とされた構成とすることが好ましい。上記構
成によれば、金属素材に互いに異なる方向の剪断変形を
与えることができ、より効率的に金属組織を微細化する
ことができる。

【００１０】次に、本発明に係る押出加工用金型におい
ては、前記複数の屈曲部のうち、一の屈曲部により前記
金属素材に与えられる剪断面と、前記屈曲部の次に配置
された屈曲部により前記金属素材に与えられる剪断面と
の成す角度が、１５°以上であること、さらには９０°
に近い角度とされることが好ましい。上記隣接する屈曲
部により与えられる剪断面どうしが成す角度を上記範囲
とすることで、結晶組織を効率的に微細化することがで
きる。前記角度が、１５°未満では、金属素材の剪断変
形の方向が大きく変化しないために、屈曲部を通過させ
ることによる微細化効果が小さくなる傾向にある。

【００１１】次に、本発明に係る押出加工用金型におい
ては、前記押出孔が、金属素材の導入部から導出部に至
るまで一様な横断面形状及び断面積に形成された構成と
することが好ましい。押出孔の断面形状及び断面積を金
型内で一様にすることで、押出加工を円滑に行うことが
でき、剪断変形を効果的にすることができるとともに、
加工後に金属素材が細くならず、基材の適用範囲を狭め
ることがない。

【００１２】次に、本発明に係る微細金属材料の製造装
置は、先のいずれかに記載の押出加工用金型と、該押出
加工用金型に前記金属素材を、断続的又は連続的に押し
込むための押込み手段とを備えたことを特徴とする。係
る構成の製造装置によれば、高い生産効率で微細結晶組
織を備えた金属材料を製造することができる。

【００１３】次に、本発明に係る微細金属材料の製造方
法は、先のいずれかに記載の押出加工用金型を用いて金
属素材を押出加工することを特徴とする。あるいは、先
に記載の微細組織金属材料の製造装置を用い、前記押込
み手段により金属素材を前記押出加工用金型に押し込む
ことで前記金属素材を押出加工することを特徴とする微
細組織金属材料の製造方法も適用できる。上記構成の製
造方法によれば、所望の結晶粒径の金属組織を有する微
細組織金属材料を容易かつ低コストで、効率よく製造す
ることができる。

【００１４】次に、本発明に係る微細組織金属材料の製
造方法は、前記押出加工用金型に、前記金属素材を一度
通過させることで、前記金属素材の結晶粒の平均粒径を
１／１０以下にまで微細化することを特徴とする。本発
明に係る製造方法を適用するならば、一度の加工で結晶
組織の大幅な微細化を達成することができる。従って、
極めて高い生産効率で微細組織金属材料を製造すること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る微細組織金属
材料の製造方法、及び製造装置について、図１ないし図
３を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る押
出加工用金型の一実施の形態を示す斜視構成図であり、
図２は、図１に示すメス金型を示す部品図、図３は、図
１に示す金型に備えられているブロック部材の部品図で
あり、図４は、本発明に係る押出加工用金型の他の形態
を示す斜視構成図である。図１に示す押出加工用金型１
０は、図２に示すように、横断面が正方形状のＡ ₁Ｂ₁Ｃ
₁Ｄ₁−Ａ₂Ｂ₂Ｃ₂Ｄ₂の真直ぐな貫通孔１Ａを有する円柱
状のメス金型１の貫通孔１Ａ内に、図３の部品図に示す
ブロック部材２、ブロック部材３、ブロック部材４、お
よびブロック部材５が、図示上側から順に配置、固定さ
れて構成されている。これらのブロック部材２〜５は、
ブロック部材２，５が横断面視Ｌ型の角柱状とされ、ブ
ロック部材３，４が四角柱状とされている。これらのブ
ロック部材において、ブロック部材２，５の外形は、図
２に示す貫通孔１Ａとほぼ同じく形成され、ブロック部
材３，４の長辺の長さが、貫通孔１Ａの一辺の長さとほ
ぼ同一に形成されている。従って、これらのブロック部
材２〜５は、貫通孔１Ａにほぼ隙間無く嵌合されるよう
になっている。そして、断面Ｌ型に形成されたブロック
部材２の底面の外側辺端部に沿ってブロック部材３の長
辺側が配置され、このブロック部材３と直交する向きに
ブロック部材４が配置され、このブロック部材４の底面
長辺側に沿って断面Ｌ型のブロック部材５の外側辺端部
が配置されて、貫通孔１Ａ内にブロック部材２〜５が嵌
合されている。このようにブロック部材２〜５が配置さ
れることで、図１に示す複数の屈曲部を有する押出孔１
５が、メス金型１の内部に形成されている。

【００１６】上記構成の金型により金属素材の押出加工
を行うには、前記押出孔１５の断面と形状およびサイズ
が同じで一定の長さの金属素材を準備し、金型入口Ｓ１
から挿入し、後方から押し棒（押込手段）にて押し込む
ことにより行う。この金型１０に挿入された金属素材
は、図１に太線で示す経路に沿って金型１０中を移動す
る。より詳細には、金型入口Ｓ１からブロック部材２の
側面部２ａに沿って下方へ移動し、屈曲部１１におい
て、ブロック部材３の側面部３ａ長さ方向に沿う方向へ
屈曲される。その後、屈曲部１２において、図示下方向
へ屈曲され、屈曲部１３においてブロック部材４の側面
部４ａ長さ方向に沿う方向へ屈曲され、屈曲部１４にお
いて図示下方向（ブロック部材５の側面部５ａに沿う方
向）に屈曲された後、金型出口Ｓ２に到達するようにな
っている。

【００１７】上記屈曲部１１、１２、１３、１４の屈曲
角度は９０°であり、これらの屈曲部において金属素材
には、４５°方向に剪断変形が生じる。尚、本発明にお
いて屈曲角度とは、それぞれの屈曲部の前後の押出孔の
中心線どうしが成す外角を示す。屈曲部１１および１
２、屈曲部１３および１４はそれぞれ同じ（平行な）剪
断面を形成し、屈曲部１１（屈曲部１２）と屈曲部１３
（屈曲部１４）は互いに異なる（非平行な）剪断面を形
成するため、上記の押出加工１工程で、従来のＥＣＡＰ
法により異なる２つの剪断面でそれぞれ２回ずつ剪断変
形して加工したもの相当する微細組織金属材料が得られ
る。

【００１８】説明をわかり易くするために、本実施形態
では図１に示す屈曲部１１〜１４の角度を９０°とした
金型１０を用いて説明したが、効果的な剪断変形を行な
うには、屈曲角度は厳密に９０°でなくともよい。つま
り、この屈曲角度を大きくするほど押出加工の際に金属
素材が受ける剪断歪は大きい（引用文献Y. IWAHASHI,Z.
HORITA, M. NEMOTO and T. G. LANGDON, Acta Mater.
45 (1997) , 4733 )が、１５０°を越える屈曲角度を実
現しようとすると、ブロック部材／金型の構造体製作が
困難となる。また、３０°未満の屈曲角度では押出し加
工に伴なう剪断歪が小さくなり、十分な微細組織が得ら
れなくなる恐れがある。したがって、金型に形成される
屈曲部の屈曲角度の好ましい範囲は３０°以上１５０°
以下の範囲である。また、剪断変形を効果的にするため
に、金属素材の経路の断面積形状、サイズは一様である
ことが好ましい。

【００１９】本発明に係る押出加工用金型においては、
押出孔１５の経路中に形成される屈曲部の数は、特に限
定されないが、製造効率の面からは、一工程で金属素材
の結晶粒を１／１０以下に微細化できる程度の屈曲部数
とすることが好ましい。少なすぎると結晶組織の微細化
が不足して加工回数を増やす必要があり、また、過度に
屈曲部の多い金型には、金属素材を通過させるのが困難
である。この屈曲部の適切な数は、屈曲部の屈曲角度に
もよるが、屈曲角度が９０°の場合で２〜１０箇所、好
ましくは４〜８箇所とするのがよい。

【００２０】図１に示す押出加工用金型１０において
は、屈曲部１１と屈曲部１２における剪断面方向を互い
に平行としたが、金属素材の結晶組織の微細化をより効
果的に行うには、複数の屈曲部において金属素材に生じ
る剪断面を互いに交差する向き（すなわち、平行でない
方向）とすることが好ましい。このような構成を実現し
得る金型を図４に示し、以下に詳細に説明する。図４
は、本発明に係る押出加工用金型の他の形態である金型
の斜視構成図であり、この図に示すメス型の押出加工用
金型２０に形成された押出孔３０には、６箇所の屈曲部
２１〜２６が形成されており、それぞれの屈曲部を金属
素材が通過する際に金属素材に生じる剪断面が、互いに
異なる方向とされている。すなわち、図３に示す金型２
０の金型入口Ｓ１に挿入された金属素材は、まず図示Ｚ
方向へ進入し、始めに屈曲部２１によりＸ方向へ屈曲さ
れる。以後、屈曲部２２により（−Ｚ）方向へ屈曲さ
れ、屈曲部２３によりＹ方向へ屈曲され、屈曲部２４に
より（−Ｘ）方向へ屈曲され、屈曲部２５により（−
Ｙ）方向へ屈曲され、最後に屈曲部２６により（−Ｚ）
方向に屈曲された後、金型出口Ｓ２に到達する。

【００２１】このように、各屈曲部２１〜２６において
金属素材に生じる剪断面が、全て異なる方向とされてい
ることで、本実施形態の金型２０によれば、より効率よ
く金属素材の結晶組織を微細化することができ、１工程
の押出加工で十分に結晶組織が微細化された微細組織金
属材料を得ることができる。また、本実施形態に係る金
型においては、一の屈曲部により金属素材に生じる剪断
面と、その次に配置された屈曲部により金属素材により
生じる剪断面とは、互いに交差する向きとされ、かつそ
の交差角度は１５°以上であること、さらには９０°に
近い角度とされることが好ましい。この交差角度は、前
記剪断面が平行となる状態を交差角度０°とした場合の
剪断面どうしが成す角度である。このような構成とする
ことで、結晶組織の微細化をより進行させることができ
る。交差角度が１５°未満では、金属素材の剪断方向が
大きく変化しないため、結晶組織を微細化させる効果が
やや小さくなる傾向となり、工学的なメリットが少な
い。

【００２２】尚、図１〜図３に示した挿入ブロックの形
状や挿入方法は一例として示したものであり、本発明を
制限するものではない。例えば、図１，４に示す押出孔
の断面形状は正方形以外に円形であってもよく、金型中
でその形状及び断面積が変化しても構わない。また、挿
入方法はバッチ式でも連続式でも良い。さらに、剪断の
量と剪断方向は必要に応じて設計することが可能なこと
は言うまでもない。図１及び図４には示されていない
が、これらの金型１０，２０に金属素材を押し込むため
の押込手段として、押し棒と、この押し棒に連結され、
シリンダで往復動作されるピストンロッドとを備えた構
成とすれば、微細金属材料の製造装置を構成することが
できる。なお、この場合にシリンダは油圧式、空気式で
もよく、またシリンダに代えてサーボモータを用いても
よい。さらに、前記金型への金属素材の押込手段はプレ
ス式に限らず、摩擦車等を用いた連続式の手段でもよい
ことは言うまでもない。連続式の押込手段を備える場合
には、製造物である微細組織金属材料も連続して得られ
るため、さらに生産効率は高まる。なお、上記は屈曲部
を形成する手段としてメス金型にブロック部材を挿入し
て複数の屈曲部が形成された押出孔を構成する形態で示
したがこれは本発明を制限するものではなく他の種々の
形態であっても構わない。例えば、金属素材の通路中に
一箇所の屈曲部が設けられた従来のＥＣＡＰ装置を３次
元的に連結して金型を形成することもでき、この場合に
も同様の効果が得られる。

【００２３】

【実施例】さらに詳しくは以下に示す実施例によって説
明を行なう。それによって本発明の要点か明らかとな
る。

【００２４】（実施例１）本例では、図１に示す押出加
工用金型と、金属素材の押込手段（押し棒及びシリン
ダ）を備えた微細組織金属材料の製造装置を用いて、微
細金属材料を作製した。まず、図１に示す金型は常に３
００℃に保持した。金属素材としてはＡＣ４Ｂ合金（主
要組成；Ａｌ−８．５％Ｓｉ−３．０％Ｃｕ−０．４％
Ｍｇ）を用い、予め金型内の矩形流通路の押出孔の形状
にあわせて加工されたもの（^□２０ｍｍ×^L５０ｍｍ）
を用い、金型挿入前に金型と同じ温度３００℃に予熱し
た。次に前記ＡＣ４Ｂ合金素材を金型入口Ｓ１より挿入
し、後方より押し棒を用いて矩形の押出孔へ押し込ん
だ。押し棒を十分に押し込んだ後に、押し棒を引き抜き
第２のＡＣ４Ｂ合金素材をメス金型入口Ｓ１より挿入し
再び後方より押し棒を用いて矩形の押出孔へ押し込ん
だ。以上の繰返しを合金素材が金型出口Ｓ２より出てく
るまで繰返し、本発明材１として角柱状の微細金属材料
を得た。また、比較のために、上記と同一素材を従来の
ＥＣＡＰ法にて同量総歪となるよう４回の繰返し剪断変
形を行なった比較材１を作製した。なお、比較材１の繰
返しＥＣＡＰ実施のパターンは金型再挿入の都度、剪断
方向を９０°回転させるルートＢｃを採用した。以上に
より得られた本発明材１及び比較材１のＡＣ４Ｂについ
て、組織観察を行ない結晶粒径の平均値を求めた。本発
明材１、および従来法を用いて加工した比較材１につい
て、変形後の素材の結晶粒径と、金属素材の加工に要し
た時間を表１に併せて示す。表１から明らかなようにＥ
ＣＡＰを４回実行する従来法（比較材１）の場合、素材
を構成する結晶粒の平均径は１．５μｍであるのに対し
て、本発明で得られる素材の平均結晶粒径は１．２μｍ
と微細化されている。また、生産性についての比較で
は、本発明では従来法の１００倍もの効率が得られるこ
とが明らかである。したがって、本発明により、微細な
組織を有する金属材料の生産性がきわめて向上すること
が明らかである。

【００２５】

【表１】

【００２６】（実施例２）次に、上記実施例１において
製造した微細組織を有するＡＣ４Ｂ合金を、種々の温
度、歪速度条件のもとで引張試験を行い、変形応力の歪
速度感受性指数ｍを求めた。なお、このｍ値は式σ∝
（ｄε／ｄｔ）^mより導かれるｍ＝∂ｌｏｇσ／∂ｌｏ
ｇ（ｄε／ｄｔ）により求めた。本発明材１、および従
来法を用いて加工した比較材１について、変形後の素材
の結晶粒径と最大ｍ値を表２に示す。表２から明らかな
ようにＥＣＡＰを４回実行する従来法（比較材１）の場
合は最大ｍ値が０．３０であるのに対して、本発明では
０．３３と大きい。したがって、材料の強度や靭性、お
よび材料に超塑性が従来のＥＣＡＰ法以上に向上するこ
とが明らかである。

【００２７】

【表２】

【００２８】（実施例３）次に、押出加工用金型とし
て、図４に示す押出加工用金型２０を用いて本発明材２
として微細金属材料を作製した。図４に示す金型２０
は、素材経路となる押出孔が６箇所で屈曲し、かつ３次
元的に連続している。図４の金型の６箇所の屈曲部は、
いずれも９０°の屈曲角度を有し、なおかつ各屈曲部で
生じる剪断面が互いに平行でないように屈曲関係が設定
されている。また、押出加工には摩擦車を用いた連続押
出しを行なった。金属素材にはＡｌ−５．１％Ｍｇ−
２．１％Ｌｉ−０．１９％Ｚｒ合金を用い、金型ととも
に４００℃に加熱して押出しを実施した。金属素材は押
出孔の断面積と同じ^□２０ｍｍの長尺ものを用いた。ま
た、比較のために、^□２０ｍｍ×^L６０ｍｍの素材を用
いて、上記本発明材２と同等の総歪量（ε〜６）を与え
られるようＥＣＡＰ（ルートＢｃ、６回）を施した比較
材２を準備した。上記押出し加工によって得られた本発
明材２及び比較材２の微細組織金属材料について、組織
観察を行ない結晶粒径の平均値を求めた。その結果を表
３に示す。表３から明らかなようにＥＣＡＰを６回実行
する従来法（比較材２）の場合、金属素材を構成する結
晶粒の平均径は１．３μｍであるのに対して、本発明
（本発明材２）で得られる金属素材の平均結晶粒径は
０．８μｍであり、顕著に微細化されていることが確認
された。また、ＥＣＡＰ法で創製された組織微細化材は
一般に弱い集合組織（weak texture）からなることが確
認されている。一方で超塑性現象を活用した塑性加工を
施すには結晶の配向性は比較的ランダムであることが望
ましいとされている。本発明では屈曲部が単に複数存在
するだけではなく、屈曲部で生じる剪断面が互いに平行
でないことが有効に作用する。たとえば、本実施例の組
合せの場合、与えられる６つの剪断面は互いに平行でな
く全て異なり、非常に効率の良い組織微細化の源となっ
ているものと考えられる。したがって、本発明による金
型は従来法では導入することのできないＸＹ面の剪断加
工を有効活用することができ、従来の金型と比較して組
織微細化の効果が向上することが明らかである。

【００２９】

【表３】

【００３０】（実施例４）次に、上記実施例３において
製造した微細組織を有するＡｌ−５．１％Ｍｇ−２．１
％Ｌｉ−０．１９％Ｚｒ合金を、種々の温度、歪速度条
件のもとで引張試験を行い、変形応力の歪速度感受性指
数ｍを求めた。なお、ｍ値は式σ∝（ｄε／ｄｔ）^mよ
り導かれるｍ＝∂ｌｏｇσ／∂ｌｏｇ（ｄε／ｄｔ）に
より求めた。本発明材２について、変形後の素材の結晶
粒径と最大ｍ値を表４に示す。また、表４には比較のた
め同様の試験により求めた比較材２の最大ｍ値も併せて
示す。表４から明らかなようにＥＣＡＰを６回実行する
従来法（比較材２）の場合は最大ｍ値が０．３２である
のに対して、６箇所の屈曲部を連続的に通過させて加工
した本発明材２では０．３７と顕著に増加しており、そ
の増加量は実施例２における本発明材１の比較材１に対
するｍ値の増加量より大きい。また、本実施例における
引張試験において、試験温度４８０℃、引張速度１０^-3
／秒の試験材は約４００％の破断伸びを示し、超塑性の
発現が確認された。なお、従来法によって作製した比較
材２の同条件における破断伸びは約２５０％であった。
したがって、本発明により材料の強度や靭性、及び超塑
性が従来のＥＣＡＰ法に比べて極めて向上し、しかも超
塑性の発現に適した金属組織を得ることができることが
明らかである。

【００３１】

【表４】

【００３２】以上、実施例を参照して具体的に説明した
ように、本発明の押出加工用金型によれば、優れた生産
性をもって微細組織金属材料を製造する方法および微細
組織金属材料の製造することが明らかである。また、本
発明によって得られた材料においては結晶粒径が十分に
小さく、また最大ｍ値が大きいことから、優れた材料強
度、靭性、超塑性が達成できることは言うまでもない。

【００３３】また、上記実施例１においては、押出孔の
経路中に設けられた屈曲部の数を４箇所、実施例３では
６箇所としたが、これらは本発明を制限するものではな
い。効率よく生産性を高めるには屈曲個所の数を微細化
のための必要最小限とするのが良いことは特に言うまで
もない。さらに、実施例１及び実施例２はＡＣ４Ｂ合
金、実施例３及び実施例４はＡｌ−５．１％Ｍｇ−２．
１％Ｌｉ−０．１９％Ｚｒ合金に対して説明したが、被
加工金属素材としてはその他にもＣｕ，Ｍｇ，Ｆｅ等の
純金属またはその合金が適用できることは言うまでもな
い。

【００３４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係る押出加工用金型は、金属素材を通過させて押出加工
するためのメス型の押出孔を備えた押出加工用金型であ
って、前記メス型の押出孔に、複数個所の屈曲部が形成
されたことで、従来よりも極めて短い時間で、微細組織
金属材料の加工することができる。また、その微細化の
程度も従来よりも大きくすることができ、工業的に微細
金属材料を生産するのに用いて好適な押出加工用金型で
ある。

【００３５】次に、本発明に係る微細金属材料の製造装
置は、上記押出加工用金型と、金属素材の押込み手段と
を備えて構成されたことで、少ない加工回数で結晶組織
の微細化を達成することができるので、優れた製造効率
で結晶組織が十分に微細化された微細組織金属材料を短
時間で大量に製造することができる。

【００３６】次に、本発明に係る微細金属材料の製造方
法は、上記押出加工用金型、あるいは微細金属材料の製
造装置を用いて金属素材の押出加工を行うので、少ない
加工回数で、結晶組織が極めて微細化された微細組織金
属材料を容易に製造することができ、工業的に微細組織
金属材料を生産するのに極めて有効な製造方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る押出加工用金型の斜視
構成図である。

【図２】図２は、図１に示す金型の部品図である。

【図３】図３は、図１に示すブロック部材の部品図で
ある。

【図４】図４は、本発明に係る押出加工用金型の他の
形態を示す斜視構成図である。

【符号の説明】

１メス金型１Ａ押出孔１０，２０押出加工用金型１１〜１４屈曲部２１〜２６屈曲部２〜５ブロック部材１５，３０押出孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０４Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０４６１２６１２６８５６８５Ｚ 1/04 1/04 ＺＦターム(参考） 4E029 AA06 AA07 MB09 4E087 AA01 CA21 DA02 EC17 HB17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属素材を通過させて押出加工するため
のメス型の押出孔を備えた押出加工用金型であって、前記メス型の押出孔に、複数個所の屈曲部が形成された
ことを特徴とする押出加工用金型。
【請求項２】前記押出孔が、メス型の貫通孔を備えた
金型に、複数のブロック部材を挿入することで、複数の
屈曲部を備えるように形成されたことを特徴とする請求
項１に記載の押出加工用金型。
【請求項３】前記押出孔に設けられた屈曲部の屈曲角
度（屈曲部前後における押出孔の中心軸同士の成す外
角）が、３０〜１５０°とされたことを特徴とする請求
項１又は２に記載の押出加工用金型。
【請求項４】前記複数の屈曲部を通過する際にそれぞ
れの屈曲部により前記金属素材に生じる剪断面が、互い
に交差する方位関係とされたことを特徴とする請求項１
ないし３のいずれか１項に記載の押出加工用金型。
【請求項５】前記複数の屈曲部のうち、一の屈曲部に
より前記金属素材に与えられる剪断面と、前記屈曲部の
次に配置された屈曲部により前記金属素材に与えられる
剪断面との成す角度が、１５°以上とされたことを特徴
とする請求項４に記載の押出加工用金型。
【請求項６】前記押出孔が、金属素材の導入部から導
出部に至るまで一様な横断面形状及び断面積に形成され
たことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に
記載の押出加工用金型。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれか１項に記載
の押出加工用金型と、該押出加工用金型に前記金属素材
を断続的又は連続的に押し込むための押込み手段とを備
えたことを特徴とする微細組織金属材料の製造装置。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれか１項に記載
の押出加工用金型を用いて金属素材を押出加工すること
を特徴とする微細組織金属材料の製造方法。
【請求項９】請求項７に記載の微細組織金属材料の製
造装置を用い、前記押込み手段により金属素材を前記押
出加工用金型に押し込むことで前記金属素材を押出加工
することを特徴とする微細組織金属材料の製造方法。
【請求項１０】前記押出加工用金型に、前記金属素材
を一度通過させることで、前記金属素材の結晶粒の平均
粒径を１／１０以下にまで微細化することを特徴とする
請求項８又は９に記載の微細組織金属材料の製造方法。