JP2001071086A - 高速四面鍛造装置用金敷および高速四面鍛造装置 - Google Patents
高速四面鍛造装置用金敷および高速四面鍛造装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 作業面部がNi基合金の肉盛り層でなる高速四
面鍛造装置用金敷において、肉盛り時の応力を肉盛り層
内に均等に分布させ、ヒートチェックの発生および進行
を抑制して使用寿命に優れた高速四面鍛造装置用金敷お
よび該金敷が組み込まれ高速四面鍛造装置を提供する。 【解決手段】 作業面部をNi基合金の粉体肉盛り層で構
成する。
面鍛造装置用金敷において、肉盛り時の応力を肉盛り層
内に均等に分布させ、ヒートチェックの発生および進行
を抑制して使用寿命に優れた高速四面鍛造装置用金敷お
よび該金敷が組み込まれ高速四面鍛造装置を提供する。 【解決手段】 作業面部をNi基合金の粉体肉盛り層で構
成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、作業面部をNi基合
金で構成した高速四面鍛造装置用金敷および該金敷が組
み込まれた高速四面鍛造装置の技術分野に属する。
金で構成した高速四面鍛造装置用金敷および該金敷が組
み込まれた高速四面鍛造装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】高速四面鍛造装置は、棒状の被鍛造材を
その断面の回りの四方向から金敷により同時に、毎分１
２０回またはそれ以上の高頻度で、直接接触により加圧
してその軸方向に鍛伸する鍛造装置であり、それに用い
る金敷は、高温の被鍛造材と高頻度の接触離反、および
暫時または比較的長時間の作業中断を繰り返されるた
め、その作業面部は８００℃またはそれ以上の高温に達
しつつ、高温の熱サイクルによるヒートチェックを受
け、また高い圧潰および摩耗作用を受ける。このため該
金敷は、寿命に達して荒れた表面の削除および肉盛りに
よる補修を繰り返して使用される。従来、該鍛造装置用
金敷としては、例えば、SKT4等の熱間金型用鋼による台
金（金型本体）に直接またはマトリックス強化形Ni基合
金等による肉盛り層（以下中間層と記す）を介して、作
業面部としてγ′析出強化形Ni基合金が肉盛りされたも
のであった。
その断面の回りの四方向から金敷により同時に、毎分１
２０回またはそれ以上の高頻度で、直接接触により加圧
してその軸方向に鍛伸する鍛造装置であり、それに用い
る金敷は、高温の被鍛造材と高頻度の接触離反、および
暫時または比較的長時間の作業中断を繰り返されるた
め、その作業面部は８００℃またはそれ以上の高温に達
しつつ、高温の熱サイクルによるヒートチェックを受
け、また高い圧潰および摩耗作用を受ける。このため該
金敷は、寿命に達して荒れた表面の削除および肉盛りに
よる補修を繰り返して使用される。従来、該鍛造装置用
金敷としては、例えば、SKT4等の熱間金型用鋼による台
金（金型本体）に直接またはマトリックス強化形Ni基合
金等による肉盛り層（以下中間層と記す）を介して、作
業面部としてγ′析出強化形Ni基合金が肉盛りされたも
のであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の熱間金型用鋼に
よる台金にγ′析出強化形Ni基合金を肉盛りした金敷
は、作業面部の肉盛り層が使用中の昇温により時効作用
を受けて析出強化されることを意図したものである。し
かし、実際には作業面部は、使用の極く初期の析出強化
が達成される以前に圧潰やヒートチェックを受けるた
め、十分な寿命が得られないこと、また、肉盛り後全体
を加熱して時効処理する場合、その処理温度は作業面部
を強固に支持すべき下層つまり台金、のオーバーテンパ
ーによる硬さ低下の関係から約６５０℃以下程度に制限
されるが、この温度は作業面部の十分な析出強化のため
には低すぎるため、十分な析出強化が得られずヒートチ
ェックによる割れを生じて、十分な寿命が得られないこ
とを本発明者は見出した。
よる台金にγ′析出強化形Ni基合金を肉盛りした金敷
は、作業面部の肉盛り層が使用中の昇温により時効作用
を受けて析出強化されることを意図したものである。し
かし、実際には作業面部は、使用の極く初期の析出強化
が達成される以前に圧潰やヒートチェックを受けるた
め、十分な寿命が得られないこと、また、肉盛り後全体
を加熱して時効処理する場合、その処理温度は作業面部
を強固に支持すべき下層つまり台金、のオーバーテンパ
ーによる硬さ低下の関係から約６５０℃以下程度に制限
されるが、この温度は作業面部の十分な析出強化のため
には低すぎるため、十分な析出強化が得られずヒートチ
ェックによる割れを生じて、十分な寿命が得られないこ
とを本発明者は見出した。
【０００４】さらに、本発明者は、当該鍛造装置用金
敷に加わる熱サイクルが高頻度であること、該金敷の
作業面部は被鍛造材との直接接触により高温加熱される
一方、該金敷の形状が一般に切（截）頭四角錐状であっ
て作業面部は後方への強い熱伝導による急冷作用により
大きな温度振幅を受けること、および鍛造が被鍛造材
の一端から他端へ伸展すること等に伴って長時間に亘る
ため、この温度振幅の範囲が低温と高温との間を大きく
変動すること、の三点の相乗作用により、他の金型には
類を見ない強いヒートチェックを受けることを知見し
た。
敷に加わる熱サイクルが高頻度であること、該金敷の
作業面部は被鍛造材との直接接触により高温加熱される
一方、該金敷の形状が一般に切（截）頭四角錐状であっ
て作業面部は後方への強い熱伝導による急冷作用により
大きな温度振幅を受けること、および鍛造が被鍛造材
の一端から他端へ伸展すること等に伴って長時間に亘る
ため、この温度振幅の範囲が低温と高温との間を大きく
変動すること、の三点の相乗作用により、他の金型には
類を見ない強いヒートチェックを受けることを知見し
た。
【０００５】さらに、本発明者は、当該鍛造装置用金敷
に加わる強いヒートチェック性に鑑み広い温度範囲に亘
って、作業面部をその下層から強固に支持しつつ該作業
面部自身に十分な高温強度を保持させるべく、台金をNi
基合金とし、その作業面部にγ′析出強化形Ni基合金を
肉盛りし、これを十分な温度で析出強化処理すること
で、高い耐ヒートチェック性による十分な寿命を有する
金敷を得ることが可能となることを見出した。
に加わる強いヒートチェック性に鑑み広い温度範囲に亘
って、作業面部をその下層から強固に支持しつつ該作業
面部自身に十分な高温強度を保持させるべく、台金をNi
基合金とし、その作業面部にγ′析出強化形Ni基合金を
肉盛りし、これを十分な温度で析出強化処理すること
で、高い耐ヒートチェック性による十分な寿命を有する
金敷を得ることが可能となることを見出した。
【０００６】本発明者は、上記、台金をNi基合金としそ
の作業面部にγ′析出強化形Ni基合金を肉盛りした金敷
の寿命は、肉盛りの方法に大きく影響されるという知見
を得た。すなわち、肉盛り層内には被肉盛り材料の予熱
にもかかわらず肉盛り平面に平行な方向の引張り応力が
生じ、この応力は析出強化熱処理後も大きな値をもって
残留し、この応力が熱応力等に重畳されてヒートチェッ
クを促進すること、したがって、この応力を上記予熱等
により低下する一方で、可能の限りその肉盛り層内に均
等に分布させ、また応力が同一（方向、大きさが）状態
である領域を細分化することが、ヒートチェックによる
割れの伝播の抑制に有効であることが分った。
の作業面部にγ′析出強化形Ni基合金を肉盛りした金敷
の寿命は、肉盛りの方法に大きく影響されるという知見
を得た。すなわち、肉盛り層内には被肉盛り材料の予熱
にもかかわらず肉盛り平面に平行な方向の引張り応力が
生じ、この応力は析出強化熱処理後も大きな値をもって
残留し、この応力が熱応力等に重畳されてヒートチェッ
クを促進すること、したがって、この応力を上記予熱等
により低下する一方で、可能の限りその肉盛り層内に均
等に分布させ、また応力が同一（方向、大きさが）状態
である領域を細分化することが、ヒートチェックによる
割れの伝播の抑制に有効であることが分った。
【０００７】本発明は、作業面部がNi基合金の肉盛り層
でなる高速四面鍛造装置用金敷において、上記知見か
ら、溶接肉盛り時の応力をその肉盛り層内に可能の限り
均等に分布させることにより、ヒートチェックの発生お
よび進行を抑制して使用寿命に優れた高速四面鍛造装置
用金敷および該金敷が組み込まれ、高い稼働率の達成が
可能な高速四面鍛造装置を提供することを課題とする。
でなる高速四面鍛造装置用金敷において、上記知見か
ら、溶接肉盛り時の応力をその肉盛り層内に可能の限り
均等に分布させることにより、ヒートチェックの発生お
よび進行を抑制して使用寿命に優れた高速四面鍛造装置
用金敷および該金敷が組み込まれ、高い稼働率の達成が
可能な高速四面鍛造装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、肉盛り層内に
発生する肉盛り時の残留応力を、均等に分布させるには
粉体による肉盛り法が最適であることを見出したことに
基づくものである。すなわち、本発明は、作業面部がNi
基合金の粉体肉盛り層でなることを特徴とする高速四面
鍛造装置用金敷およびこの金敷を組み込んだ高速図面鍛
造装置である。
発生する肉盛り時の残留応力を、均等に分布させるには
粉体による肉盛り法が最適であることを見出したことに
基づくものである。すなわち、本発明は、作業面部がNi
基合金の粉体肉盛り層でなることを特徴とする高速四面
鍛造装置用金敷およびこの金敷を組み込んだ高速図面鍛
造装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】広い面積に亘って肉盛りする場
合、多数の溶接ビードを並列に形成して一層の肉盛りを
完了するが、この場合特定のビード自体および隣合うビ
ードとの間で、肉盛り層の上面に特に谷状に連なる凹部
を形成しないことが応力の集中回避の点で重要であり、
そのためには粉体肉盛りによる方法が最適であることが
判明したのである。この凹部を形成しないことは、最上
層のみならずその下の他の層でも同様である。
合、多数の溶接ビードを並列に形成して一層の肉盛りを
完了するが、この場合特定のビード自体および隣合うビ
ードとの間で、肉盛り層の上面に特に谷状に連なる凹部
を形成しないことが応力の集中回避の点で重要であり、
そのためには粉体肉盛りによる方法が最適であることが
判明したのである。この凹部を形成しないことは、最上
層のみならずその下の他の層でも同様である。
【００１０】また、ヒートチェック等による割れの伝播
を抑制するためには、応力が同一状態である領域を細分
化することが有効であり、また残留応力値や強度は、一
般に溶接ビードの方向に強く関係するから、同一の向き
（一線上を互いに逆方向に肉盛りが進行する場合も同一
の向きとする）に多層盛りすることは得策でなく、１層
毎に溶接の進行方向が交差、望ましくは直角に交差、す
るように肉盛りの進行方向を変更すること、また１層の
厚みを薄くして上記細分化を図ることが重要であること
が分った。すなわち、粉体肉盛り層内の応力値は、ビー
ド方向の方がビードに直角の方向よりも強い。このた
め、粉体肉盛りは多層盛りとし、かつ１層毎に肉盛りの
進行方向が交差する、望ましくは直交するように、変更
ことが望ましい。
を抑制するためには、応力が同一状態である領域を細分
化することが有効であり、また残留応力値や強度は、一
般に溶接ビードの方向に強く関係するから、同一の向き
（一線上を互いに逆方向に肉盛りが進行する場合も同一
の向きとする）に多層盛りすることは得策でなく、１層
毎に溶接の進行方向が交差、望ましくは直角に交差、す
るように肉盛りの進行方向を変更すること、また１層の
厚みを薄くして上記細分化を図ることが重要であること
が分った。すなわち、粉体肉盛り層内の応力値は、ビー
ド方向の方がビードに直角の方向よりも強い。このた
め、粉体肉盛りは多層盛りとし、かつ１層毎に肉盛りの
進行方向が交差する、望ましくは直交するように、変更
ことが望ましい。
【００１１】さらに、本発明において、粉体肉盛りされ
るNi基合金としては、強度の点からγ′析出強化形Ni基
合金とすること望ましく、このうち、Al、Ti、Nb、Taの
1種または2種以上を、Al＋Ti＋Nb＋Taの合計で３重量％
以上含むもの（合金商標名：Inconel713C、Inconel 71
8、M252、Waspaloy、Rene41、Udimet500、 Udimet520
（以下U520と記す）、Mar-M200、Mar-M247、NCW220
等）、より望ましくは、４重量％以上、さらに望ましく
は、５重量％以上含むものとすると良い。また、IN100
（合金商標名）、Nimowal等も有効である。
るNi基合金としては、強度の点からγ′析出強化形Ni基
合金とすること望ましく、このうち、Al、Ti、Nb、Taの
1種または2種以上を、Al＋Ti＋Nb＋Taの合計で３重量％
以上含むもの（合金商標名：Inconel713C、Inconel 71
8、M252、Waspaloy、Rene41、Udimet500、 Udimet520
（以下U520と記す）、Mar-M200、Mar-M247、NCW220
等）、より望ましくは、４重量％以上、さらに望ましく
は、５重量％以上含むものとすると良い。また、IN100
（合金商標名）、Nimowal等も有効である。
【００１２】また本発明で作業面部の肉盛り層がγ′析
出強化形Ni基合金であり、台金または金型本体をγ′析
出強化形Ni基合金またはNi基合金の鋳造材を採用する場
合は、作業面部と台金との間にマトリックス強化形Ni基
合金でなる肉盛り層を介在させることが望ましい。な
お、台金または金型本体をNi基合金とし、γ′析出強化
形合金を肉盛り層とする場合の析出強化のための時効処
理温度は、７００〜９５０℃、望ましくは７００〜８５
０℃である。
出強化形Ni基合金であり、台金または金型本体をγ′析
出強化形Ni基合金またはNi基合金の鋳造材を採用する場
合は、作業面部と台金との間にマトリックス強化形Ni基
合金でなる肉盛り層を介在させることが望ましい。な
お、台金または金型本体をNi基合金とし、γ′析出強化
形合金を肉盛り層とする場合の析出強化のための時効処
理温度は、７００〜９５０℃、望ましくは７００〜８５
０℃である。
【００１３】一般に稜部は溶接ビードの始発点または終
了点となって、強度的に弱くなるから、望ましくはこの
始発点または終了点は、開先状に削除して再肉盛りし直
す、つまり最終的に肉盛りされたものとすることが望ま
しい。粉体肉盛り法は、上記のように溶接残留応力を均
等に分布させるのに有効であるが、粉末を得ることが可
能であれば、被加工性が低く引抜き、圧延等により線材
を得ることが困難な材料でも、適用可能であるという利
点を有する。
了点となって、強度的に弱くなるから、望ましくはこの
始発点または終了点は、開先状に削除して再肉盛りし直
す、つまり最終的に肉盛りされたものとすることが望ま
しい。粉体肉盛り法は、上記のように溶接残留応力を均
等に分布させるのに有効であるが、粉末を得ることが可
能であれば、被加工性が低く引抜き、圧延等により線材
を得ることが困難な材料でも、適用可能であるという利
点を有する。
【００１４】
【実施例】次に、本発明を、テストを実施した高速四面
鍛造装置用金敷の補修の例で説明する。図１A、Bは、当
該金敷の断面図であり、Aは被鍛伸材の軸心に直角な面
で切断した断面図であり、図上両斜面は互いに９０度を
なす。Bは、被鍛伸材の軸心を含む面で切断した断面図
である。全体の形状は広い底面を有する切頭四角錐状
で、上面の概略形状は６０ｍｍ×３００ｍｍであり、台
金の材質はNimonic80A（合金商標名）相当合金である。
鍛造装置用金敷の補修の例で説明する。図１A、Bは、当
該金敷の断面図であり、Aは被鍛伸材の軸心に直角な面
で切断した断面図であり、図上両斜面は互いに９０度を
なす。Bは、被鍛伸材の軸心を含む面で切断した断面図
である。全体の形状は広い底面を有する切頭四角錐状
で、上面の概略形状は６０ｍｍ×３００ｍｍであり、台
金の材質はNimonic80A（合金商標名）相当合金である。
【００１５】表１に実施した本発明の粉末肉盛り方法の
三例と比較方法の２例について、金敷の上平面について
のみの構成とそれによる寿命をまとめた。なお、表２は
用いた合金の組成をそれぞれ示している（（）内は、変
更可能な組成である）。寿命は5回に亘る補修についてT
ＩＧ溶接による比較方法の最高寿命を１００とした指数
で示した。
三例と比較方法の２例について、金敷の上平面について
のみの構成とそれによる寿命をまとめた。なお、表２は
用いた合金の組成をそれぞれ示している（（）内は、変
更可能な組成である）。寿命は5回に亘る補修についてT
ＩＧ溶接による比較方法の最高寿命を１００とした指数
で示した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】肉盛り方法は、上面をクラックの深さに応
じて平面状に削除したのち、全体を２５０℃に予熱し、
本発明では、Ｕ５２０、NimowalおよびＮＣＷ２２０の
それぞれ相当合金の各粉末を使用して、１３ｋＷプラズ
マ粉末肉盛り装置により、層厚約２ｍｍ、幅約12ｍｍの
ビードを必要列数だけ並列して一層盛りを完了し、該一
層盛りを完了する毎に進行方向を90度変更して行い、稜
部は開先状に削除して再肉盛りし、最後に時効処理を施
した。また、比較例では、Ｕ５２０相当合金を使用した
ＴＩＧ溶接およびInconel718相当合金を使用したMＩＧ
溶接（いずれも人手による。層厚、および進行方向を縦
横交互とすることは、できるだけ本発明に準じた）によ
り、被処理面に肉盛りし、最後に時効処理を施した。表
１によると、本発明のいずれも寿命指数は、最低でも比
較例の最高よりも優れ、かつバラツキの幅も小さい。
じて平面状に削除したのち、全体を２５０℃に予熱し、
本発明では、Ｕ５２０、NimowalおよびＮＣＷ２２０の
それぞれ相当合金の各粉末を使用して、１３ｋＷプラズ
マ粉末肉盛り装置により、層厚約２ｍｍ、幅約12ｍｍの
ビードを必要列数だけ並列して一層盛りを完了し、該一
層盛りを完了する毎に進行方向を90度変更して行い、稜
部は開先状に削除して再肉盛りし、最後に時効処理を施
した。また、比較例では、Ｕ５２０相当合金を使用した
ＴＩＧ溶接およびInconel718相当合金を使用したMＩＧ
溶接（いずれも人手による。層厚、および進行方向を縦
横交互とすることは、できるだけ本発明に準じた）によ
り、被処理面に肉盛りし、最後に時効処理を施した。表
１によると、本発明のいずれも寿命指数は、最低でも比
較例の最高よりも優れ、かつバラツキの幅も小さい。
【００１９】
【発明の効果】本発明により作業面部をNi基合金の粉体
肉盛り層とした高速四面鍛造装置用金敷は、肉盛り時の
残留応力が均一に分布され、これによりヒートチェック
を促進することがなく、結果として平均の寿命が高く、
バラツキも小さい。さらに本発明において、粉体肉盛り
層を多層盛りとし、かつ該多層盛りは１層毎に肉盛りの
進行方向を交差させたものではヒートチェックによる割
れの伝播が抑制され、より長い寿命が達成される。また
本発明の金敷を組み込まれた高速四面鍛造装置は、金敷
の交換の頻度が低下し稼働率向上が可能である。
肉盛り層とした高速四面鍛造装置用金敷は、肉盛り時の
残留応力が均一に分布され、これによりヒートチェック
を促進することがなく、結果として平均の寿命が高く、
バラツキも小さい。さらに本発明において、粉体肉盛り
層を多層盛りとし、かつ該多層盛りは１層毎に肉盛りの
進行方向を交差させたものではヒートチェックによる割
れの伝播が抑制され、より長い寿命が達成される。また
本発明の金敷を組み込まれた高速四面鍛造装置は、金敷
の交換の頻度が低下し稼働率向上が可能である。
【図１】実施例を適用した高速四面鍛造装置用金敷の断
面図を示す。A：被鍛伸材の軸心に直角な面での断面
図、B：軸心を含む面での断面図。
面図を示す。A：被鍛伸材の軸心に直角な面での断面
図、B：軸心を含む面での断面図。
１．台金、３．肉盛り層、４作業面
Claims (5)
- 【請求項１】 作業面部がNi基合金の粉体肉盛り層でな
ることを特徴とする高速四面鍛造装置用金敷。 - 【請求項２】 粉体肉盛り層は多層盛りとされ、かつ該
多層盛りは１層毎に肉盛りの進行方向が交差するように
変更されたものである請求項１の高速四面鍛造装置用金
敷。 - 【請求項３】 金敷本体はNi基合金でなり、粉体肉盛り
されたNi基合金は、Al、Ti、Nb、Taの1種または2種以上
を、Al＋Ti＋Nb＋Taの合計で３重量％以上含むものであ
る請求項１または２に記載の高速四面鍛造装置用金敷。 - 【請求項４】 作業面部のうち、稜部は最終的に肉盛り
されたものである請求項１〜３のいずれかに記載の高速
四面鍛造装置用金敷。 - 【請求項５】 請求項1〜４のいずれかに記載の高速四
面鍛造装置用金敷が組み込まれたことを特徴とする高速
四面鍛造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24767499A JP2001071086A (ja) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | 高速四面鍛造装置用金敷および高速四面鍛造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24767499A JP2001071086A (ja) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | 高速四面鍛造装置用金敷および高速四面鍛造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001071086A true JP2001071086A (ja) | 2001-03-21 |
Family
ID=17166978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24767499A Pending JP2001071086A (ja) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | 高速四面鍛造装置用金敷および高速四面鍛造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001071086A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010037564A (ja) * | 2008-07-31 | 2010-02-18 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 鍛造用金敷の製造方法 |
| JP2012024779A (ja) * | 2010-07-20 | 2012-02-09 | Hitachi Metals Ltd | 金敷の製造方法及び金敷 |
| WO2013147154A1 (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | 日立金属株式会社 | 熱間鍛造用金型 |
| CN104325061A (zh) * | 2014-10-10 | 2015-02-04 | 山西太钢不锈钢股份有限公司 | 一种锻造方扁钢用的镍基合金砧子 |
| JP6108260B1 (ja) * | 2015-09-29 | 2017-04-05 | 日立金属株式会社 | 熱間鍛造用金型及びそれを用いた鍛造製品の製造方法並びに熱間鍛造用金型の製造方法 |
| EP3505269A1 (en) * | 2018-01-02 | 2019-07-03 | General Electric Company | Forging head, forging device and additive manufacturing system |
-
1999
- 1999-09-01 JP JP24767499A patent/JP2001071086A/ja active Pending
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