特許 6353753 相当ひずみ付与方法及び相当ひずみ付与装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6353753

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】相当ひずみ付与方法及び相当ひずみ付与装置

(51)【国際特許分類】

   B21J 1/02 20060101AFI20180625BHJP

【ＦＩ】

   B21J1/02 Z

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-193129(P2014-193129)

(22)【出願日】2014年9月22日

(65)【公開番号】特開2015-110244(P2015-110244A)

(43)【公開日】2015年6月18日

【審査請求日】2017年6月20日

(31)【優先権主張番号】特願2013-232866(P2013-232866)

(32)【優先日】2013年11月11日

(33)【優先権主張国】JP

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ・平成２５年度戦略的基盤技術高度化支援事業「Ｎｉ基超耐熱合金の組織改質と高機能ターボ部品の開発研究」成果報告書 ・鍛造技術開発協同組合平成２６年度通常総会パークホテル東京２６階（東京都港区東新橋１丁目７番１号 汐留メディアタワー） ・鍛造技術開発協同組合第１回研究開発推進委員会 場所 九州大学東京オフィス （東京都千代田区有楽町１−１０−１ 有楽町ビル６階）

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度経済産業省、戦略的基盤技術高度化支援事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】502354719

【氏名又は名称】堀田 善治

(73)【特許権者】

【識別番号】392019282

【氏名又は名称】長野鍛工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080160

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 憲一郎

(72)【発明者】

【氏名】小田切 吉治

(72)【発明者】

【氏名】瀧沢 陽一

(72)【発明者】

【氏名】湯本 学

(72)【発明者】

【氏名】堀田 善治

【審査官】 石田 宏之

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５３００４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２０３８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−６１４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１２４４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−２２８５７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｊ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２つの金型の間に第１被処理物を配置して前記金型にて前記第１被処理物を押圧挟持しつつ、押圧方向と略垂直な方向に前記金型を相対的にスライド移動させることにより前記第１被処理物に相当ひずみを導入する相当ひずみ付与加工を行うにあたり、
前記第１被処理物を基準にしたときの前記金型による前記第１被処理物に対する押圧方向と前記金型の相対的なスライド方向との少なくとも一方が互いに異なる２種以上の相当ひずみ付与加工を行うことにより、前記第１被処理物内に形成される相当ひずみを均一に近づけることを特徴とする相当ひずみ付与方法。

【請求項2】

前記金型の間に前記第１被処理物を配置して前記金型にて前記第１被処理物を押圧挟持しつつ押圧方向と略垂直な方向に前記金型を相対的にスライド移動させることにより前記第１被処理物に相当ひずみを付与した後、前記押圧方向と略垂直な何れかの軸周りに所定角度だけ前記第１被処理物を回転させて前記金型の間に前記第１被処理物を再配置して前記金型の間に前記第１被処理物を押圧挟持しつつ押圧方向と略垂直な方向に前記金型を相対的にスライド移動させることにより、前記第１被処理物の相当ひずみを均一に近づけることを特徴とする請求項１に記載の相当ひずみ付与方法。

【請求項3】

前記金型の間には円筒状の第１収容部が形成されており、
当該第１収容部に収容される前記第１被処理物は、前記第１収容部と径が略等しい円柱状であり、
前記第１収容部に前記第１被処理物を配置して、前記金型の間に前記第１被処理物を押圧挟持しつつ、前記第１被処理物の円柱の軸方向に前記金型を相対的にスライド移動させることにより、前記第１被処理物に相当ひずみを付与することを特徴とする請求項２に記載の相当ひずみ付与方法。

【請求項4】

前記第１被処理物に相当ひずみを付与した後、
前記第１被処理物を略円柱の軸周りに前記所定角度だけ回転させて前記第１収容部に再配置して、前記金型の間に前記第１被処理物を押圧挟持しつつ、前記第１被処理物の円柱の軸方向に前記金型を相対的にスライド移動させることにより、前記第１被処理物に相当ひずみを付与することを特徴とする請求項３に記載の相当ひずみ付与方法。

【請求項5】

前記所定角度は、再配置前の前記第１被処理物の前記軸周りの角度をｘ°とすると、ｘ°＋πｎ（ｎは整数）以外であることを特徴とする請求項２〜請求項４の何れか１項に記載の相当ひずみ付与方法。

【請求項6】

第１金型と第２金型の間に形成された前記第１収容部に、前記第１被処理物を配置し、
前記第２金型と第３金型の間に前記第１収容部と軸平行な円筒状に形成された第２収容部に、当該第２収容部と径が略等しい円柱状の第２被処理物を配置し、
前記第１金型と前記第２金型の間に前記第１被処理物を押圧挟持するとともに前記第２金型と前記第３金型との間に前記第２被処理物を押圧挟持し、前記第１被処理物及び前記第２被処理物の円柱の軸方向に前記第２金型をスライド移動させることにより、前記第１被処理物及び前記第２被処理物に同時に相当ひずみを付与することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の相当ひずみ付与方法。

【請求項7】

前記金型の間に前記第１被処理物を配置して前記金型にて前記第１被処理物を押圧挟持しつつ押圧方向と略垂直な第１の方向に前記金型の１つをスライド移動させることにより前記第１被処理物に相当ひずみを付与した後、前記金型による前記第１被処理物の押圧挟持を継続したまま前記押圧方向と略垂直で前記第１の方向と異なる第２の方向に前記金型の１つをスライド移動させることにより、前記第１被処理物の相当ひずみを均一に近づけることを特徴とする請求項１に記載の相当ひずみ付与方法。

【請求項8】

所定の位置関係で配置したときに間に円筒状の収容部を形成する少なくとも２つの金型と、前記収容部に配置される被処理物を押圧挟持する方向に前記金型を加圧する加圧装置と、前記収容部の円筒の軸方向に前記金型を相対的にスライド移動させる駆動装置と、を備え、前記収容部と径が略等しい円柱状の被処理物を前記収容部に配置して、前記金型を介して前記加圧装置で前記被処理物を押圧挟持しつつ、前記駆動装置で前記金型をスライド移動させることにより、前記被処理物に相当ひずみを付与することを特徴とする相当ひずみ付与装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、相当ひずみ付与方法及び相当ひずみ付与装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、被処理物に新たな特性を付与する手法として、ひずみ付与加工法が注目されている（例えば、特許文献１参照）。ひずみ付与加工法は、被処理物にひずみを多量に導入して高密度な転位を形成することで組織をナノあるいはサブミクロンサイズに微細化し、強度、弾性、延性、剛性等の向上、結晶配向の制御、等を実現する。これにより、被処理物の加工容易性を向上したり、被処理物に新たな機能的特性を付与したりする等、様々な特性の向上を実現することができる。

【0003】

ひずみ付与加工法の代表的な加工プロセスとして、ＥＣＡＰ（Ｅｑｕａｌ−Ｃｈａｎｎｅｌ Ａｎｇｕｌａｒ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法、ＡＲＢ（Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ Ｒｏｌｌ Ｂｏｎｄｉｎｇ）法、ＨＰＴ（Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｔｏｒｓｉｏｎ）法、ＨＰＳ（（Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｌｉｄｉｎｇ））法が知られている。

【0004】

ＥＣＡＰ法は、被処理物を挿通するための挿通路の途中に屈曲部を設けたダイを用いる。当該挿通路を押し込み又は引き抜きによって通過した金属材料は、途中の屈曲部を通過する時に、安定的に高い相当ひずみが与えられる。これにより、金属材料が均一に微細化され、金属の強度、弾性、剛性を大きく改善できる。

【0005】

ＡＲＢ法は、圧延を利用した相当ひずみ付与加工方法であり、例えば、元の被処理物を５０％の厚みに圧延し、圧延された板を長手方向に２等分して重ね合わせて元の厚みにしたのち、再び圧延を施す。このＡＲＢ法によれば、従来の圧延に比べて遥かに多量の相当ひずみを被処理物に加えることができる。

【0006】

ＨＰＴ法は、被処理物を収容する収容部を備えた上部金型と下部金型を用いる。一般的には、下部金型に金属体を収容する凹状の収容部を設け、上部金型に収容部内の金属体を押下する凸状のピストンを設ける。ＨＰＴ法では、収容部に収容した被処理物を上部金型と下部金型の間で挟持して高圧力でプレスするとともに、上部金型と下部金型の少なくとも一方を他方に対して回転させることにより収容部内の被処理物に相当ひずみを付与する。

【0007】

ＨＰＳ法では、長手状の平板体の被処理物を、被処理物の長手方向と直交する方向を挟持方向として少なくとも２つの金型で挟持するとともに、被処理物を挟持した一方の金型を、他方の金型に対して、被処理物の長手方向に変位させることにより、被処理物に相当ひずみを付与する（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００９−６１４９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、ＥＣＡＰ法では、金属体を屈曲した挿通路に挿通させることにより、全体的に均一に金属組織を微細化した金属体を生成することは可能であるが、金属体を十分に拘束できないため、金属体に導入できる相当ひずみに限界があり、金属体の金属組織を高度に微細化することができなかった。

【0010】

また、ＡＲＢ法は、通常の圧延機を用いて容易に行える利点があるが、微細化された結晶粒の厚さ方向の不均一性、エッジ割れ等の原理的な制約がある。また、切断と重ね合せのプロセスによって、各層中に相当ひずみが不均一に分布していまい、それに応じて起こる微細化粒サイズの不均一な分布、低傾角と高傾角粒界の混合といった問題が生じる。

【0011】

また、ＨＰＴ法は、処理対象が円盤状の試料であるため金型の回転の半径方向に沿って相当ひずみの不均一が生じる。また、金型の回転の回転軸部分に孔を設けた金属体の場合でも、ＨＰＴ法による微細化処理では全体的に均一な相当ひずみを加えることが困難であり、全体的に均一に金属組織が微細化された金属体を生成することは困難であった。

【0012】

一方、特許文献１に記載のＨＰＳ法では、被処理物に対して均一に相当ひずみを加えることが可能であり、被処理物の厚みが数ｍｍ程度であればスライド距離を長くすることにより所望厚みの被処理物に相当ひずみを導入することができるとの記載がある。

【0013】

しかしながら、本願発明者らの行った実験によれば、被処理物が厚くなるにつれてスライド距離を長くしても結晶粒微細化される被処理物の厚み方向範囲が徐々に限定的になり、相当ひずみの導入が不均一になるという問題を発見した。そこで、本願発明者らは、ＨＰＳ法における微細化可能な被処理物の厚み限界を打破するべく本願発明を行った。

【0014】

本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、被処理物全体に略均一な相当ひずみを導入できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明の態様の１つは、少なくとも２つの金型の間に第１被処理物を配置して前記金型にて前記第１被処理物を押圧挟持しつつ、押圧方向と略垂直な方向に前記金型を相対的にスライド移動させることにより前記第１被処理物に相当ひずみを導入する相当ひずみ付与加工を行うにあたり、前記第１被処理物を基準にしたときの前記金型による前記第１被処理物の押圧方向と前記金型の相対的なスライド方向との少なくとも一方が互いに異なる２種以上の相当ひずみ付与加工を行うことにより、前記第１被処理物内に形成される相当ひずみを均一に近づけることを特徴とする相当ひずみ付与方法である。

【0016】

本発明の選択的な態様の１つは、前記金型の間に前記第１被処理物を配置して前記金型にて前記第１被処理物を押圧挟持しつつ押圧方向と略垂直な方向に前記金型を相対的にスライド移動させることにより前記第１被処理物に相当ひずみを付与した後、前記押圧方向と略垂直な何れかの軸周りに所定角度だけ前記第１被処理物を回転させて前記金型の間に前記第１被処理物を再配置して前記金型の間に前記第１被処理物を押圧挟持しつつ押圧方向と略垂直な方向に前記金型を相対的にスライド移動させることにより、前記第１被処理物の相当ひずみを均一に近づけることを特徴とする相当ひずみ付与方法である。

【0017】

本発明の選択的な態様の１つは、前記金型の間には円筒状の第１収容部が形成されており、当該第１収容部に収容される前記第１被処理物は、前記第１収容部と径が略等しい円柱状であり、前記第１収容部に前記第１被処理物を配置して、前記金型の間に前記第１被処理物を押圧挟持しつつ、前記第１被処理物の円柱の軸方向に前記金型を相対的にスライド移動させることにより、前記第１被処理物に相当ひずみを付与することを特徴とする相当ひずみ付与方法である。

【0018】

本発明の選択的な態様の１つは、前記第１被処理物に相当ひずみを付与した後、前記第１被処理物を円柱の軸周りに前記所定角度だけ回転させて前記第１収容部に再配置して、前記金型の間に前記第１被処理物を押圧挟持しつつ、前記第１被処理物の円柱の軸方向に前記金型を相対的にスライド移動させることにより、前記第１被処理物に相当ひずみを付与することを特徴とする相当ひずみ付与方法である。

【0019】

本発明の選択的な態様の１つは、前記所定角度は、再配置前の前記第１被処理物の前記軸周りの角度をｘ°とすると、ｘ°＋πｎ（ｎは整数）以外であることを特徴とする相当ひずみ付与方法である。

【0020】

本発明の選択的な態様の１つは、第１金型と第２金型の間に形成された前記第１収容部に、前記第１被処理物を配置し、前記第２金型と第３金型の間に前記第１収容部と軸平行な円筒状に形成された第２収容部に、当該第２収容部と径が略等しい円柱状の第２被処理物を配置し、前記第１金型と前記第２金型の間に前記第１被処理物を押圧挟持するとともに前記第２金型と前記第３金型との間に前記第２被処理物を押圧挟持し、前記第１被処理物及び前記第２被処理物の円柱の軸方向に前記第２金型をスライド移動させることにより、前記第１被処理物及び前記第２被処理物に同時に相当ひずみを付与することを特徴とする相当ひずみ付与方法である。

【0021】

本発明の選択的な態様の１つは、前記金型の間に前記第１被処理物を配置して前記金型にて前記第１被処理物を押圧挟持しつつ押圧方向と略垂直な第１の方向に前記金型の１つをスライド移動させることにより前記第１被処理物に相当ひずみを付与した後、前記金型による前記第１被処理物の押圧挟持を継続したまま前記押圧方向と略垂直で前記第１の方向と異なる第２の方向に前記金型の１つをスライド移動させることにより、前記第１被処理物の相当ひずみを均一に近づけることを特徴とする相当ひずみ付与方法である。

【0022】

本発明の他の態様の１つは、所定の位置関係で配置したときに間に円筒状の収容部を形成する少なくとも２つの金型と、前記収容部に配置される被処理物を押圧挟持する方向に前記金型を加圧する加圧装置と、前記収容部の円筒の軸方向に前記金型を相対的にスライド移動させる駆動装置と、を備え、前記収容部と径が略等しい円柱状の被処理物を前記収容部に配置して、前記金型を介して前記加圧装置で前記被処理物を押圧挟持しつつ、前記駆動装置で前記金型をスライド移動させることにより、前記被処理物に相当ひずみを付与することを特徴とする相当ひずみ付与装置である。

【0023】

なお、上述した相当ひずみ付与方法は、他の方法の一環として実施される等の各種の態様を含む。また、本発明は前記相当ひずみ付与装置を備える相当ひずみ付与システム、上述した相当ひずみ付与方法の各工程に対応した機能をコンピュータに実現させるプログラム、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、等としても実現可能である。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、被処理物全体に略均一な相当ひずみを導入することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本実施形態に係る相当ひずみ付与装置の概略構成を示した図である。

【図2】本実施形態に係る相当ひずみ付与装置の概略構成を示した正面図である。

【図3】本実施形態に係る相当ひずみ付与装置の概略構成を示した側面図である。

【図4】軸回転式の２パス加工を説明する図である。

【図5】軸回転式の３パス加工を説明する図である。

【図6】往復動式のマルチパス加工を説明する図である。

【図7】ＨＰＳ加工後の断面観察位置を示す図である。

【図8】ＨＰＳ加工前のＣ部における断面の光学顕微鏡写真を示している。

【図9】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部（Ｆｒｏｎｔ部），Ｒ部（Ｒｅａｒ部），Ｃ部（Ｃｅｎｔｅｒ部）における断面の光学顕微鏡写真である。

【図10】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における硬度試験の結果を示す図である。

【図11】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ、１５ｍｍの２パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真である。

【図12】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ、１５ｍｍの２パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の硬度試験の結果を示す図である。

【図13】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍの３パス加工後のＣ部における断面の光学顕微鏡写真である。

【図14】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍの３パス加工後のＣ部における断面の硬度試験の結果を示す図である。

【図15】ＨＰＳ加工前のＣ部における断面の光学顕微鏡写真と硬度試験の結果を示している。

【図16】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真である。

【図17】押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の硬度試験の結果を示す図である。

【図18】押し出し長さ１０ｍｍの１パス加工，２パス加工及び３パス加工後のＣ部における断面の光学顕微鏡写真及び硬度試験の結果を示す図である。

【図19】１０ｍｍの１パス加工後の被処理物断面の透過型電子顕微鏡写真である。

【図20】１０ｍｍの３パス加工後の被処理物断面の透過型電子顕微鏡写真である。

【図21】Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｃ合金の引張試験の結果を示す図である。

【図22】Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｃ合金の引張試験の結果を示す図である。

【図23】往動パスのみを行った場合の被処理物断面の光学顕微鏡写真、及び硬度試験の結果を示す図である。

【図24】往復動パスを行った場合の被処理物断面の光学顕微鏡写真、及び硬度試験の結果を示す図である。

【図25】ＡＺ６１の１パス加工後の引張試験の結果を示す図である。

【図26】ＡＺ６１の１パス加工後の引張試験の結果を示す図である。

【図27】ＡＺ６１の２パス加工後の引張試験の結果を示す図である。

【図28】ＡＺ６１の２パス加工後の引張試験の結果を示す図である。

【図29】ＡＺ６１の３パス加工後の引張試験の結果を示す図である。

【図30】ＡＺ６１の３パス加工後の引張試験の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、下記の順序に従って本発明を説明する。
（１）本実施形態の構成：
（２）実施例１：
（３）実施例２：
（４）実施例３：
（５）まとめ：

【0027】

（１）本実施形態の構成：
図１は、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置の概略構成を示す斜視図、図２は、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置の概略構成を示す正面図、図３は、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置の概略構成を示す側面図である。

【0028】

これらの図に示す相当ひずみ付与装置１００は、第１金型としての上アンビル１０、第２金型としてのプランジャー２０、第３金型としての下アンビル３０、加圧装置としての第１油圧装置４０、及び、駆動装置としての第２油圧装置５０、を備えている。なお、第１油圧装置４０及び第２油圧装置５０については図示を省略してある。

【0029】

上アンビル１０は、プランジャー２０に対向する第１対向面１１と、第１対向面１１と略平行な第１加圧面１２とを有している。第１加圧面１２は、第１油圧装置４０によって略垂直な方向に加圧されており、これにより第１対向面１１がプランジャー２０に向けて押圧される。

【0030】

第１対向面１１には、断面凹状の第１矩形溝１３が、図１に示すスライド方向Ｄ２に沿って横断状に形成されている。第１矩形溝１３の底面１３ａには、スライド方向Ｄ２に沿って横断状に断面半円状の第１半円溝１４が形成されている。スライド方向Ｄ２は、第２油圧装置５０の駆動によりプランジャー２０が上アンビル１０や下アンビル３０に対して相対移動する方向である。

【0031】

第１矩形溝１３の幅寸法は、プランジャー２０の後述する第２対向面２１の幅寸法と略一致させてあり、上アンビル１０とプランジャー２０とを所定の位置関係で配置したときに、プランジャー２０が第１矩形溝１３に凹凸係合する。これにより、第１矩形溝１３が、プランジャー２０のスライド方向Ｄ２へのスライド移動を案内する。

【0032】

プランジャー２０は、上アンビル１０の第１矩形溝１３に対向する第２対向面２１を有している。第２対向面２１には、スライド方向Ｄ２に沿って横断状に、断面半円状の第２半円溝２２が形成されている。

【0033】

第１半円溝１４と第２半円溝２２は、上アンビル１０とプランジャー２０を凹凸係合させたときに対向し合う位置に形成されており、上アンビル１０の第１矩形溝１３の底面１３ａとプランジャー２０の第２対向面２１との間に、第１半円溝１４と第２半円溝２２が内側壁を構成する円筒状の第１収容部としての第１被処理物配置部ＵＳを形成する。

【0034】

第１被処理物配置部ＵＳには、相当ひずみを付与すべき円柱状（丸棒状）の第１被処理物Ｓ１が配設される。第１被処理物Ｓ１の径は、第１被処理物配置部ＵＳの径と略一致するサイズに形成されており、上アンビル１０とプランジャー２０を所定の位置関係で配置すると、第１被処理物配置部ＵＳに収容された第１被処理物Ｓ１は上アンビル１０とプランジャー２０の間に挟持される。

【0035】

下アンビル３０は、プランジャー２０に対向する第３対向面３１と、第３対向面３１と略平行な第２加圧面３２とを有している。本実施形態では、下アンビル３０の第３対向面３１は、上アンビル１０の第１対向面１１と略平行な平面としてある。また、第２加圧面３２は、所定の支持基台に固定されている。このため、第１加圧面１２が第１油圧装置４０によって圧力Ｐ１で加圧されると、その反力により第３対向面３１も圧力Ｐ２（Ｐ１＝Ｐ２）でプランジャー２０に向けて押圧される。

【0036】

第３対向面３１には、断面凹状の第２矩形溝３３が、スライド方向Ｄ２に沿って横断状に形成されている。第２矩形溝３３の底面には、スライド方向Ｄ２に沿って横断状に、断面半円状の第３半円溝３４が形成されている。第２矩形溝３３は、プランジャー２０と凹凸係合してスライド方向Ｄ２へのプランジャー２０のスライド移動を案内する。

【0037】

第２矩形溝３３の幅寸法は、プランジャー２０の後述する第４対向面２３の幅寸法と略一致させてあり、下アンビル３０とプランジャー２０とを所定の位置関係に配置したときに、プランジャー２０が第２矩形溝３３に凹凸係合する。これにより、第２矩形溝３３は、スライド方向Ｄ２へのプランジャー２０のスライド移動を案内する。

【0038】

プランジャー２０は、下アンビル３０の第２矩形溝３３に対向する第４対向面２３を有している。第４対向面２３には、スライド方向Ｄ２に沿って横断状に、断面半円状の第４半円溝２４が形成されている。

【0039】

第３半円溝３４と第４半円溝２４は、下アンビル３０とプランジャー２０を凹凸係合させたときに対向し合う位置に形成されており、下アンビル３０の第２矩形溝３３の底面３３ａとプランジャー２０の第４対向面２３との間に、第３半円溝３４と第４半円溝２４が内側壁を構成する円筒状の第２収容部としての第２被処理物配置部ＬＳを形成する。

【0040】

第２被処理物配置部ＬＳには、相当ひずみを付与すべき円柱状（丸棒状）の第２被処理物Ｓ２が配設される。第２被処理物Ｓ２の径は、第２被処理物配置部ＬＳの径と略一致するサイズに形成されており、下アンビル３０とプランジャー２０を所定の位置関係で配置すると、第２被処理物配置部ＬＳに収容された第２被処理物Ｓ２は下アンビル３０とプランジャー２０の間に挟持される。円筒状の第１被処理物配置部ＵＳと第２被処理物配置部ＬＳとが軸平行に形成されたとき、円柱状の第１被処理物Ｓ１と第２被処理物Ｓ２も軸平行に配置されることになる。

【0041】

以上説明したように、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置１００は、上アンビル１０と下アンビル３０の間にプランジャー２０を挟んだ状態で、上アンビル１０と下アンビル３０とを互いに近づける方向に加圧している。このため、上アンビル１０とプランジャー２０の間の第１被処理物配置部ＵＳに配置される第１被処理物Ｓ１と、下アンビル３０とプランジャー２０の間の第２被処理物配置部ＬＳに配置される第２被処理物Ｓ２の２つの被処理物を、同時に押圧挟持することが出来るようになっている。

【0042】

なお、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置１００は、第１被処理物配置部ＵＳと第２被処理物配置部ＬＳをそれぞれ１つずつ設ける場合を例に取り説明を行ったが、これら第１被処理物配置部ＵＳと第２被処理物配置部ＬＳは複数設けても構わない。すなわち、上アンビル１０とプランジャー２０の間に第１被処理物配置部ＵＳを複数設けたり、下アンビル３０とプランジャー２０の間に第２被処理物配置部ＬＳを複数設けたりしても構わない。金型の間に被処理物配置部を複数設けることにより、同時に複数の被処理物を加工することができるため、相当ひずみ付与加工の効率を向上することができる。

【0043】

また、金型の間に被処理物配置部を複数設ける場合、溝の径を各々異なるものとしてもよい。これにより、サイズが異なる複数の被処理物に対し、同時に相当ひずみ付与加工を行う事が出来る。また、後述するマルチパス加工を行う際には、パス数の進行と共に被処理物の配置先を段階的に挟径の被処理物配置部に変更していってもよい。これにより、相当ひずみ付与加工の応力によって被処理物断面が徐々に縮径されるように圧縮された場合にも、マルチパス加工を構成する各パスにおいて、最適な径の被処理物配置部で相当ひずみ付与加工を行うことができるようになる。

【0044】

また、本実施形態では、１つの第１油圧装置４０を用いて、上アンビル１０の第１対向面１１とプランジャー２０の第２対向面２１とを近づける方向に圧力Ｐ１で加圧するとともに、下アンビル３０の第３対向面３１とプランジャー２０の第４対向面２３とを近づける方向に圧力Ｐ２で加圧しているため、１つの第１油圧装置４０で２つの被処理物を同時に押圧挟持することができるが、むろん、加圧部位毎にそれぞれ加圧装置を設けても構わない。

【0045】

また、本実施形態では被処理物の形状を丸棒状としたが、被処理物の形状はこれに限るものではなく平板状としてもよく、長手状のものであれば様々なものを採用可能である。また、被処理物配置部の形状も円筒状に限るものではなく、被処理物の形状に合わせて長手状の様々な筒状とすることができる。そして、第１被処理物配置部ＵＳの形状と第２被処理物配置部ＬＳの形状は互いに異なってもよい。例えば、第１被処理物配置部ＵＳについては丸棒状の被処理物を処理するべく円筒状とし、第２被処理物配置部ＬＳについては平板状の被処理物を処理するべく扁平角筒状としてもよい。これにより、異なる形状の被処理物に同時に相当ひずみ付与加工を行うことができる。

【0046】

また、第１被処理物配置部ＵＳと第２被処理物配置部ＬＳのいずれか一方だけを設けても良い。この場合、被処理物配置部を設けない側のプランジャーとアンビルが直接摺動することになるため、この被処理物配置部を設けない側のプランジャーとアンビルの間に潤滑物質を挟持する。この潤滑物質としては、相当ひずみ付与加工の高圧挟持条件下でも排出されずに流動性を維持できる物質であれば様々なものを採用できる。一例を挙げると、鉛や真鍮がある。また、特に、下アンビル３０とプランジャー２０の間に第２被処理物配置部ＬＳを設けず、潤滑物質を挟持する構成とした場合、相当ひずみ付与加工の作業から重量あるプランジャーの取外し作業を省略することができる。

【0047】

以上のように構成された相当ひずみ付与装置１００では、第１油圧装置４０を用いて、被処理物に加圧方向Ｄ１への挟み込み圧力を加えながら、第２油圧装置５０を用いて圧力Ｐ３を作用させることによりプランジャー２０を上アンビル１０や下アンビル３０に対してスライド方向Ｄ２へ相対的にスライド移動させると、被処理物の内部に相当ひずみが導入され、被処理物の結晶粒径をナノレベル又はサブミクロンレベルに超微細化することができる。

【0048】

ここで、上述した第１被処理物Ｓ１及び第２被処理物Ｓ２は、従来のＨＰＳ法やＨＰＴ法で扱う被処理物より大きな厚みを有する。特に、相当ひずみ付与装置１００が被処理物に与える相当ひずみは、後述する実施例の被処理物断面の光学顕微鏡写真や硬度分布から分かるように、スライド方向Ｄ２に垂直な方向に一定以上の幅（以下、「有効相当ひずみ付与厚み」と記載する。）を持つが、従来のＨＰＳ法やＨＰＴ法では、この有効相当ひずみ付与厚みよりも薄い被処理物にしか被処理物全体に略均一な相当ひずみを導入することができなかった。

【0049】

これに対し、本実施形態に係る相当ひずみ付与装置１００では、加圧方向Ｄ１における被処理物配置部のサイズを有効相当ひずみ付与厚み以上としてあるため、加圧方向Ｄ１において被処理物の断面の所定範囲に限定的に相当ひずみが形成される。このため、この所定範囲が被処理物の断面全体を包含しない場合がある。このような場合、被処理物を長軸周りに回転させて加圧方向Ｄ１を変更して別の角度で相当ひずみを再度付与するマルチパス加工を行うことにより、相当ひずみの形成範囲が被処理物の断面全体を包含するように調整することができる。

【0050】

図４〜図６は、マルチパス加工を説明する図である。図４，図５には、軸回転式のマルチパス加工を示し、図６には、往復動式のマルチパス加工を示してある。なお、図４には軸回転式の２パス加工について示し、図５には軸回転式の３パス加工について示してある。

【0051】

マルチパス加工では、第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２を基準にして、第１油圧装置４０の加圧方向とプランジャー２０のスライド方向との少なくとも一方が互いに異なる２種以上の相当ひずみ付与加工を行うことにより、第１被処理物Ｓ１や第２被処理部Ｓ２内に形成する相当ひずみを均一に近づける。

【0052】

より具体的には、軸回転式のマルチパス加工では、相当ひずみ付与加工を少なくとも１回行った第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２を、第１油圧装置４０の加圧方向Ｄ１と略垂直な何れかの軸周りに所定角度だけ回転させて第１被処理物配置部ＵＳや第２被処理物配置部ＬＳに再配置し、金型の間に第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２を押挟持しつつ、プランジャー２０を上アンビル１０や下アンビル３０に対して相対的に押圧方向と略垂直な方向にスライド移動させることにより、第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２に再び相当ひずみ付与加工を行う。所定角度は、再配置前の第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２の軸周りの角度をｘ°とすると、ｘ°＋πｎ（ｎは整数）以外である。

【0053】

２パス加工を行う際は、図４に示すように、被処理物に１パス加工を施した後に、被処理物をいったん第１被処理物配置部ＵＳや第２被処理物配置部ＬＳから取り出して、例えば長軸周りに被処理物を９０°（１８０°／２）回転させて、第１被処理物配置部ＵＳや第２被処理物配置部ＬＳに再配置して次パスの相当ひずみ付与加工を行う。

【0054】

３パス加工を行う際は、図５に示すように、被処理物に１パス加工及び２パス加工を行った後に、それぞれ被処理物をいったん第１被処理物配置部ＵＳや第２被処理物配置部ＬＳから取り出して、例えばそれぞれ長軸周りに６０°（１８０°／３）回転させてから第１被処理物配置部ＵＳや第２被処理物配置部ＬＳに再配置して次パスの相当ひずみ付与加工を行う。

【0055】

このようなマルチパス加工を行うことにより、被処理物の断面における相当ひずみ導入範囲を増やして、被処理物に導入する相当ひずみを略均一に近づけることができる。すなわち、被処理物の断面において、１パス目で充分な相当ひずみを付与できなかった部位にも、２パス目、３パス目で相当ひずみが付与されることとなり、被処理物全体に導入される相当ひずみを略均一に近づけることができる。

【0056】

また、往復動式のマルチパス加工では、第１油圧装置４０で加圧方向Ｄ１に第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２を加圧しつつ第２油圧装置５０でプランジャー２０をスライド方向Ｄ２（第１の方向）にスライドさせた後、第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２の向きをスライド方向Ｄ２において反転させ、再び第１油圧装置４０で加圧方向Ｄ１に第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２を加圧しつつ第２油圧装置５０でプランジャー２０をスライド方向Ｄ２（第２の方向）にスライドさせる。すなわち、被処理物を基準にすると、加圧方向が同一でスライド方向が第１の方向と第２の方向とで異なる相当ひずみ付与加工を行うことになる。

【0057】

また、往復動式のマルチパス加工の他の例として、スライド方向Ｄ２において、金型（上アンビル１０、プランジャー２０、下アンビル３０等）を挟んで第２油圧装置５０と反対側に別の第３油圧装置（不図示）を設けて、第１油圧装置４０が加圧方向Ｄ１に第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２を加圧しつつ第２油圧装置５０がプランジャー２０をスライド方向Ｄ２（第１の方向）にスライドさせた後、第１油圧装置４０が加圧方向Ｄ１に第１被処理物Ｓ１や第２被処理物Ｓ２への加圧を継続したまま第３油圧装置がプランジャー２０をスライド方向Ｄ２’（第２の方向）にスライドさせる方法もある。この場合においても、被処理物を基準にすると、加圧方向が同一でスライド方向が第１の方向と第２の方向とで異なる相当ひずみ付与加工を行うことができる。

【0058】

図６は、往復動式のマルチパス加工により被処理物内部に形成される相当ひずみを説明する図である。同図には、第１被処理物Ｓ１の内部に形成される相当ひずみを示してあり、第１被処理物Ｓ１において、往動パスでプランジャー２０によって押し出される側をＦｒｏｎｔ、押し込まれる側をＲｅａｒ、その中間部をＣｅｎｔｅｒとし、Ｆｒｏｎｔ側近傍の部位を「Ｆ部」、Ｒｅａｒ側近傍の部位を「Ｒ部」、Ｃｅｎｔｅｒ付近の部位を「Ｃ部」としてある。

【0059】

同図に示すように、往動パスと復動パスにいずれにおいても、Ｃ部では第１被処理物Ｓ１の厚み方向略中央付近に相当ひずみが導入される。一方、Ｆ部では、往動パスにおいては厚み方向略中央よりも上アンビル１０寄りの部位に相当ひずみが導入され、復動パスにおいては厚み方向略中央よりもプランジャー２０寄りの部位に相当ひずみが導入される。他方、Ｒ部では、往動パスにおいては厚み方向略中央よりもプランジャー２０寄りの部位に相当ひずみが導入され、復動パスにおいては厚み方向略中央よりも上アンビル１０寄りの部位に相当ひずみが導入される。

【0060】

このように、加圧方向が同一でスライド方向が異なる往動パスと復動パスとでは、導入される相当ひずみの態様が互いに異なるため、往動パスと復動パスとを併用することにより、一方のパスのみを行う場合に比べてより被処理物の全体に相当ひずみを導入することが可能であり、被処理物内部に導入される相当ひずみを均一に近づけることができる。

【0061】

しかも、第１油圧装置４０による加圧を解除せずに継続的に往動パスと復動パスとを行うことができるため、第１油圧装置４０の上下動及び加減圧に係る時間短縮や作業負担軽減の効果がある。また、被処理物の再セットによる位置ズレも無いため、往復動式のマルチパス加工による相当ひずみ導入範囲の制御が容易になる効果もある。

【0062】

なお、第１被処理物配置部ＵＳに第１被処理物Ｓ１を配置して第１被処理物Ｓ１に相当ひずみを加えるとき、上アンビル１０の第１対向面１１（第１矩形溝１３の底面１３ａ）とプランジャー２０の第２対向面２１の間には隙間Ｒ１が形成されるようになっており、上アンビル１０とプランジャー２０が加圧方向Ｄ１において直接接触しないように構成されている。これにより、上アンビル１０の第１対向面１１（第１矩形溝１３の底面１３ａ）とプランジャー２０の第２対向面２１との摩擦による損耗を防止できる。

【0063】

同様に、第２被処理物配置部ＬＳに第２被処理物Ｓ２を配置して第２被処理物Ｓ２に相当ひずみを加えるとき、下アンビル３０の第３対向面３１（第２矩形溝３３の底面３３ａ）とプランジャー２０の第４対向面２３の間には隙間Ｒ２が形成されるようになっており、下アンビル３０とプランジャー２０が加圧方向Ｄ１において直接接触しないように構成されている。これにより、下アンビル３０の第３対向面３１（第２矩形溝３３の底面３３ａ）とプランジャー２０の第４対向面２３との摩擦による損耗を防止できる。

【0064】

また、第１被処理物配置部ＵＳや第２被処理物配置部ＬＳに被処理物を配置して相当ひずみを加えるとき、上アンビル１０の第１対向面１１と下アンビル３０の第３対向面３１との間にも、隙間Ｒ３が形成されるようになっており、上アンビル１０と下アンビル３０とが加圧方向Ｄ１において直接接触しないようになっている。これにより、上アンビル１０の第１対向面１１と下アンビル３０の第３対向面３１との摩擦による損耗を防止できる。

【0065】

ところで、相当ひずみ付与装置１００が被処理物に加える相当ひずみεは、下記の式（１）で表すことができる。下記（１）式において、ｘはプランジャー２０のスライド距離、ｔは被処理物厚さ、をそれぞれ表す。

【0066】

【数1】

【0067】

すなわち、相当ひずみ付与装置１００が被処理物に与える相当ひずみεは、スライド距離ｘに比例し、被処理物の厚みｔに反比例する。更に言えば、相当ひずみεは、被処理物に加えた変形による剪断応力に比例する。

【0068】

以下、相当ひずみ付与装置１００を用いて被処理物に相当ひずみを付与した実施例について説明する。

【0069】

（２）実施例１：
本実施例では、純度９９．９９％の純アルミ（４Ｎ−Ａｌ）の丸棒材に対し、上述した相当ひずみ付与装置１００を用いて行った相当ひずみ付与加工の結果を説明する。本実施例では、径が３ｍｍ、長さが１００ｍｍの４Ｎ−Ａｌを７３３Ｋで焼鈍した丸棒材を被処理物とし、相当ひずみ付与加工を行った。相当ひずみ付与の条件は、室温下で、第１油圧装置４０による圧力を１．０ＧＰａとし、第２油圧装置５０によるプランジャー２０の押し出し長さｘを５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍとし、パス数は１，２，３とした。

【0070】

図７は、ＨＰＳ加工後の断面観察位置を示す図である。同図に示すように、被処理物において、プランジャー２０のスライドによって押し出される側をＦｒｏｎｔ、押し込む側をＲｅａｒ、中心をＣｅｎｔｅｒとし、Ｆｒｏｎｔ側から１５ｍｍの「Ｆ部」、Ｒｅａｒ側から１５ｍｍの「Ｒ部」、中心付近の「Ｃ部」の３箇所の断面に対して、組織観察と硬度試験を行った。硬度試験は、被処理物の断面全体に０．２５ｍｍ間隔で複数設定された測定点に対し、５０ｇｆの試験力を１５秒掛けることにより行った。

【0071】

図８は、ＨＰＳ加工前のＣ部における断面の光学顕微鏡写真を示している。同図に示すように、被処理物断面は、平均結晶粒径が数百μｍの粗大な結晶粒で構成されている。なお、４Ｎ−Ａｌの初期硬度は２０Ｈｖであった。

【0072】

図９は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真であり、図１０は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における硬度試験の結果を示している。これらの図において、図の上下方向が加圧方向Ｄ１である。

【0073】

５ｍｍのＨＰＳ加工を１パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（加圧方向Ｄ１）の略中心部に幅方向を長軸とする楕円状の相当ひずみが導入され、その他の厚さ方向上部や下部に粗大な結晶粒が残存している。また、相当ひずみが導入された部位近くで硬度が上昇している。

【0074】

１０ｍｍのＨＰＳ加工を１パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（加圧方向Ｄ１）の略中心部の楕円状の相当ひずみがより顕著になり、その他の厚さ方向上部や下部との結晶粒サイズのコントラストが鮮明になっている。なお、純アルミの硬度はある量以上の相当ひずみが導入されると減少して飽和することに由来して、押し出し長さの増加に伴い相当ひずみが導入された部位で硬度が減少している。

【0075】

１５ｍｍのＨＰＳ加工を１パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（加圧方向Ｄ１）の略中心部の楕円状の相当ひずみが更に顕著になる。また、相当ひずみが導入された部位ではさらに硬度が低下する一方で硬度が高かった領域の周囲の硬度が上昇している。なお、断面厚さ方向において、相当ひずみ導入位置や硬度上昇位置は、被処理物の長さ方向で異なっている。

【0076】

なお、いずれの押し出し長さであっても、断面厚さ方向における相当ひずみ導入位置や硬度変化位置は、被処理物の長さ方向で異なっている。例えば、Ｆ部では上寄りの位置に、Ｃ部では中央部に、Ｒ部では下寄りの位置に、それぞれ相当ひずみが導入され、硬度が上昇している。

【0077】

図１１は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ、１５ｍｍの２パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真であり、図１２は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ、１５ｍｍの２パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の硬度試験の結果を示している。これらの図において、図の左右方向が２パス加工時の加圧方向Ｄ１であり、図の上下方向が１パス加工時の加圧方向Ｄ１である。

【0078】

５ｍｍのＨＰＳ加工を２パス行うと、Ｃ部の断面の上下方向（２パス目の加圧方向Ｄ１）の略中心部に左右を長軸方向とする楕円状の微細化領域と、Ｃ部の断面の左右方向（１パス目の加圧方向Ｄ１）の略中心部に上下を長軸方向とする楕円状の微細化領域が形成され、その他の部分に粗大な結晶粒が残存する。また、微細化領域及びその近くで硬度が上昇している。

【0079】

１０ｍｍのＨＰＳ加工を２パス行うと、Ｃ部の断面の略中心部における微細化領域がより顕著になり、その他の厚さ方向上部や下部との結晶粒サイズのコントラストが鮮明になっている。なお、上述した純アルミの硬度特性に由来して、微細化領域及びその近くで硬度が低下する一方で、硬度の高い領域が外側へ広がっている。

【0080】

１５ｍｍのＨＰＳ加工を２パス行うと、Ｃ部の断面の微細化領域が更に顕著になる。また、微細化領域及びその近くで硬度が低下しており、硬度の高い領域が外側へ広がっている。なお、断面厚さ方向において、微細化領域は被処理物の長さ方向で異なる位置に形成されている。

【0081】

図１３は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍの３パス加工後のＣ部における断面の光学顕微鏡写真であり、図１４は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍの３パス加工後のＣ部における断面の硬度試験の結果を示している。

【0082】

５ｍｍのＨＰＳ加工を３パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中心部に長軸方向が略６０°異なる楕円状の微細化領域が３つ形成され、Ｃ部の断面のほぼ全体が微細化される。また、Ｃ部の断面全体でほぼ均一な硬度分布となる。

【0083】

１０ｍｍのＨＰＳ加工を３パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中心部の楕円状の微細化領域がより顕著になる。また、微細化領域及びその近くで硬度が低下しており、Ｃ部の断面全体が均一な硬度になっている。

【0084】

（３）実施例２：
本実施例は、Ａｌ−３％Ｍｇ−０．２％Ｓｃ（％はｗｔ％）の丸棒材に対し、上述した相当ひずみ付与装置１００を用いて行った相当ひずみ付与試験の結果を示す。本実施例では、溶体化処理を行ったＡｌ−３％Ｍｇ−０．２％Ｓｃ合金の丸棒材を被処理物として、相当ひずみ付与加工を行った。なお、溶体化処理は、Ｔ＝８７３Ｋ、τ＝１ｈで行った。相当ひずみ付与加工条件は、室温下で、第１油圧装置４０による圧力Ｐを１．０ＧＰａとし、第２油圧装置５０によるプランジャー２０の押し出し長さｘを５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍとし、パス数は１，２，３とした。

【0085】

組織観察と硬度試験は、上述した実施例１と同様に、Ｆｒｏｎｔ側から１５ｍｍの「Ｆ部」、Ｒｅａｒ側から１５ｍｍの「Ｒ部」、中心付近の「Ｃ部」の３箇所の断面に対して行った。硬度試験も、第１実施例と同様に、被処理物の断面全体に０．２５ｍｍ間隔で複数設定された測定点に対し、５０ｇｆの試験力を１５秒掛けることにより行った。

【0086】

図１５は、ＨＰＳ加工前のＣ部における断面の光学顕微鏡写真と硬度試験の結果を示している。同図に示すように、被処理物の断面は、平均結晶粒径が２６μｍの粗大な結晶粒で構成されており、平均硬度が５４．７Ｈｖである。

【0087】

図１６は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真であり、図１７は、押し出し長さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの１パス加工後のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の硬度試験の結果を示している。

【0088】

５ｍｍのＨＰＳ加工を１パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中心部に幅方向を長軸とする楕円状の相当ひずみが導入され、その他の厚さ方向上部や下部に粗大な結晶粒が残存する。また、相当ひずみが導入された部位近くで硬度が上昇している。

【0089】

１０ｍｍのＨＰＳ加工を１パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中心部の楕円状の相当ひずみがより顕著になり、その他の厚さ方向上部や下部との結晶粒サイズのコントラストが鮮明になっている。また、相当ひずみが導入された部位で硬度が上昇しており、特に被処理物の幅方向の両端で硬度が上昇している。

【0090】

１５ｍｍのＨＰＳ加工を１パス行うと、Ｃ部の断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中心部の楕円状の相当ひずみが更に顕著になる。また、相当ひずみが導入された部位で硬度が上昇しており、特に被処理物の幅方向の両端の硬度は１５０Ｈｖまで上昇している。

【0091】

図１８は、押し出し長さ１０ｍｍの１パス加工，２パス加工及び３パス加工後のＣ部における断面の光学顕微鏡写真及び硬度試験の結果を対比して示している。

【0092】

１パス加工では、Ｃ部の断面の厚さ方向（加圧方向Ｄ１）の略中心部に幅方向を長軸とする楕円状の微細化領域が形成され、その他の厚さ方向上部や下部に粗大な結晶粒が残存しているが、２パス加工では、Ｃ部の断面の上下方向（２パス目の加圧方向Ｄ１）の略中心部に左右を長軸方向とする楕円状の微細化領域と、Ｃ部の断面の左右方向（１パス目の加圧方向Ｄ１）の略中心部に上下を長軸方向とする楕円状の微細化領域が形成され、その他の部分に粗大な結晶粒が残存する。そして、３パス加工では、Ｃ部の断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中心部に長軸方向が略６０°異なる楕円状の微細化領域が３つ形成され、Ｃ部の断面のほぼ全体が微細化されている。

【0093】

硬度は、各パス加工で形成した微細化領域を中心に上昇しつつ、被処理物断面全体で上昇している。特に、３パス加工後の被処理物断面では、被処理物断面のほぼ全体が微細化されていることに対応して被処理物断面のほぼ全体で一定以上の硬度になっており、特に、被処理物中心部では非常に高い硬度が実現されていることが分かる。

【0094】

図１９は、１０ｍｍの１パス加工後の被処理物断面の透過型電子顕微鏡写真、図２０は、１０ｍｍの３パス加工後の被処理物断面の透過型電子顕微鏡写真である。図１９，図２０において、上部左写真、上部右写真、下部左写真は、それぞれ、明視野像、暗視野像、制限視野回折パターンであり、暗視野像は制限視野回折パターン中の矢印の回折ビームで撮影したものである。これらの図に示すように、１パス加工後の粒径は左右に細長い比較的大きな結晶粒径であるのに対し、３パス加工後の被処理物は全体的に平均結晶粒径が約２７０ｎｍに微細化されており、パス数の増大に伴い微細化が進行することが分かる。

【0095】

このように、４Ｎ−Ａｌに比べて高硬度のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｃ合金であっても、相当ひずみ付与装置１００を用いて被処理物を微細化し、硬度を上昇することが出来ることが分かる。従って、相当ひずみ付与装置１００を用いて材料の硬度を上昇させて、機械的特性や機能的特性を向上させることができる。

【0096】

図２１，図２２は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｃ合金の引張試験の結果を示す図である。図２１には、相当ひずみ付与加工前（溶体化処理後）の被処理物、１０ｍｍの１パス加工後の被処理物、１０ｍｍの２パス加工後の被処理物、１０ｍｍの３パス加工後の被処理物、のそれぞれについて５７３Ｋで引張試験を行い、被処理物が破断するまでの引張応力（ＭＰａ）と伸長長さ（％）の関係をプロットしてある。図２２は、各被処理物が破断したときの伸長長さを対比して示してある。

【0097】

図２１，図２２に示すように、相当ひずみ付与加工前（溶体化処理後）の被処理物では、約６０％の伸長で破断するが、１パス加工後の被処理物では破断までに約４７０％も伸長し、２パス加工後の被処理物では破断までに約８８０％も伸長し、３パス加工後の被処理物では破断までに約１０３０％も伸長する。一般的に、合金であれば約４００％伸長すれば超塑性材料と言われるところ、本実施例では、１パス加工後の被処理物が既に超塑性を示し、２パス加工、３パス加工後の被処理物では更に高い超塑性の特性を示すことが分かる。

【0098】

このように、相当ひずみ付与加工により微細化した材料は、室温ではホールペッチの関係に従い強度が高いものの、高温（融点の約半分以上の温度）になると微細結晶粒が示す超塑性による粒界滑りで逆に柔らかくなる。従って、上述した実施例１，２に係る被処理物についても高温にすることで材料の硬度を大きく低下させて加工容易性を向上することができる。

【0099】

本実施例では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｃ合金の融点が９３３Ｋであり、引張試験を５７３Ｋで行っている。その結果、図２１に示すように、最大引張応力は、相当ひずみ付与加工前（溶体化処理後）の被処理物では約８６ＭＰａも必要であるのに対し、１パス加工後の被処理物では約４５ＭＰａ、２パス加工後の被処理物では約３２ＭＰａ、３パス加工後の被処理物では約２１ＭＰａ、と微細化が進むにつれて伸長に必要な引張応力が徐々に低下しており、パス数の増加に伴って徐々に高い超塑性の特性を示すようになることが分かる。

【0100】

（４）実施例３：
本実施例は、ＡＺ６１マグネシウム合金（以下、ＡＺ６１と略す。）の丸棒材に対し、上述した相当ひずみ付与装置１００を用いて行った相当ひずみ付与加工の結果を説明する。本実施例では、径が３ｍｍ、長さが１００ｍｍのＡＺ６１を７７３Ｋで焼鈍した丸棒材を被処理物とし、相当ひずみ付与加工を行った。相当ひずみ付与の条件は、４７３Ｋの温度で、第１油圧装置４０による圧力を１．４ＧＰａとし、第２油圧装置５０によるプランジャー２０の押し出し長さｘを１０ｍｍとし、押出速度を０．２ｍｍ／ｓとしてある。

【0101】

図２３は、往動パスのみを行った場合のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真と、Ｆ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の硬度試験の結果を示し、図２４は、往復動パスを行った場合のＦ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の光学顕微鏡写真と、Ｆ部，Ｒ部，Ｃ部における断面の硬度試験の結果を示している。これらの図において、図の上下方向が加圧方向Ｄ１である。

【0102】

組織観察と硬度試験は、上述した実施例１と同様に、Ｆｒｏｎｔ側から１５ｍｍの「Ｆ部」、Ｒｅａｒ側から１５ｍｍの「Ｒ部」、中心付近の「Ｃ部」の３箇所の断面に対して行った。硬度試験も、第１実施例と同様に、被処理物の断面全体に０．２５ｍｍ間隔で複数設定された測定点に対し、５０ｇｆの試験力を１５秒掛けることにより行った。なお、ＦｒｏｎｔとＲｅａｒの関係は、往動パスにおけるプランジャー２０のスライド方向を基準にして決めてある。

【0103】

往動パスのみを行った場合、Ｃ部では、断面の厚さ方向（各対向面に垂直な方向）の略中央部に幅方向に沿って集中的に相当ひずみが導入され、その他の厚さ方向上部や下部にはほとんど相当ひずみが導入されていない。また、相当ひずみが導入された部位近くで硬度が上昇し、その他の部位ではほとんど硬度が上昇していない。

【0104】

一方、Ｆ部では、断面の厚さ方向の略中央部よりも上側に広がりを持って相当ひずみが導入され、略中央部よりも下側にはほとんど相当ひずみが導入されていない。また、相当ひずみが導入された部位近くで硬度が上昇し、その他の部位ではほとんど硬度が上昇していない。

【0105】

他方、Ｒ部では、断面の厚さ方向の略中央部よりも下側に広がりを持って相当ひずみが導入され、略中央部よりも上側にはほとんど相当ひずみが導入されていない。また、相当ひずみが導入された部位近くで硬度が上昇し、その他の部位ではほとんど硬度が上昇していない。

【0106】

これに対し、往復動パスを行った場合、Ｃ部については、往動パスのみの場合と同様に断面の厚さ方向の略中心部に集中的に相当ひずみが導入されているが、Ｆ部については、断面の厚さ方向の略中央部より下側にも広がりを持って全体的に相当ひずみが導入され、Ｒ部については断面の厚さ方向の略中央部より上側にも広がりを持って全体的に相当ひずみが導入されている。

【0107】

すなわち、図６に示すように、往動パスにおける相当ひずみ導入範囲と復動パスにおける相当ひずみ導入範囲とが相違するため、往復動式のマルチパス加工を行うことにより、被処理物内に導入される相当ひずみを、一方向のみのパス加工の場合に比べて均一に近づけることができる。特に、被処理物端部に近いＦ部やＲ部に導入される相当ひずみを被処理物断面方向において均一に近づけることができることが分かる。

【0108】

図２５〜図３０は、往復動パスにより相当ひずみ付与加工を行ったＡＺ６１の引張試験の結果を示す図である。図２５，図２６は１パス加工、図２７，図２８は２パス加工、図２５，図２６は３パス加工を行ったＡＺ６１に関する。

【0109】

図２５，図２７，図２９には、それぞれ、相当ひずみ付与加工前（溶体化処理後）の被処理物、被処理物のＦ部（Ｌ＝１５ｍｍ）、被処理物のＣ部（Ｌ＝５０ｍｍ）、被処理物のＲ部（Ｌ＝８５ｍｍ）、のそれぞれから切り出したサンプルについて４７３Ｋで引張試験を行い、被処理物が破断するまでの引張応力（ＭＰａ）と伸長長さ（％）の関係をプロットしてある。図２６，図２８，図３０には、各被処理物が破断したときの伸長長さを対比して示してある。

【0110】

図２５〜図３０から分かるように、被処理物のＦ部やＲ部から切り出したサンプルは、いずれも被処理物のＣ部から切り出したサンプルよりも高い伸長長さを示している。また、被処理物のＦ部やＲ部の伸長長さを各パスで比較すると、１パス加工を行った被処理物の破断までの伸長長さは１００％であったのに対し、２パス加工を行った被処理物は３２０％の伸長長さを示し、３パス加工を行った被処理物のＲ部では伸長長さが５００％を超えて超塑性が出現する状態になっている。すなわち、パス回数を重ねるにつれて破断までの伸長長さが改善することが分かる。

【0111】

（５）まとめ：
以上説明した各実施形態及び各実施例によれば、少なくとも２つの金型（上アンビル１０及びプランジャー２０、及び／又は、プランジャー２０及び下アンビル３０）の間に被処理物を配置して金型の間に被処理物を押圧挟持しつつ、押圧方向と略垂直な方向に金型を相対的にスライド移動させることにより被処理物に相当ひずみを導入する相当ひずみ付与加工を行うにあたり、被処理物を基準にしたときの金型による被処理物の押圧方向と金型の相対的なスライド方向との少なくとも一方が互いに異なる２種以上の相当ひずみ付与加工を行うことにより、被処理物内に形成される相当ひずみを均一に近づけることができる。なお、被処理物を基準にしたときに金型による被処理物の押圧方向が互いに異なる相当ひずみ付与加工としては、上述した軸回転式の相当歪み付与加工の１パス、２パス、３パスが相当し、被処理物を基準にしたときに金型のスライド方向が互いに異なる相当ひずみ付与加工としては、上述した往復動式の相当ひずみ付与加工の往動パス、復動パスが相当する。これにより、従来のＨＰＳ法では相当ひずみを均一に導入することができなかった被処理物についても、従来に比べて被処理物全体に略均一な相当ひずみを導入することが可能となる。

【0112】

なお、本発明は上述した実施形態や実施例に限られず、上述した実施形態や実施例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態や実施例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。また，本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず，特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

【符号の説明】

【0113】

１０…上アンビル、１１…第１対向面、１２…第１加圧面、１３…第１矩形溝、１３ａ…底面、１４…第１半円溝、２０…プランジャー、２１…第２対向面、２２…第２半円溝、２３…第４対向面、２３…第３対向面、２４…第４半円溝、３０…下アンビル、３１…第３対向面、３２…第２加圧面、３３…第２矩形溝、３３ａ…底面、３４…第３半円溝、４０…第１油圧装置、５０…第２油圧装置、１００…付与装置、Ｄ２…スライド方向、Ｄ１…加圧方向、Ｓ１…第１被処理物、Ｓ２…第２被処理物、ＵＳ…第１被処理物配置部、ＬＳ…第２被処理物配置部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】