JP2019127561A - 温熱間鍛造用潤滑離型剤 - Google Patents
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Abstract
Description
当該金型寿命の向上に関し、金型の材質や、金型の表面処理の研究が広く行われ、近年その技術はますます進歩している。金型の材質としては、耐熱性だけでなく、強度と靭性を兼ね備えたマトリックスハイス系の材質などが開発されており、また金属表面処理として、公知の窒化処理に加え、浸硫窒化処理やその他表面処理を行う各メーカー独自の処理法が開発されている。
前記水溶性硫酸塩の含有割合が0.01質量%以上0.98質量%以下、
前記水溶性高分子の含有割合が1質量%以上30質量%以下、
前記カルボン酸化合物の含有割合が1質量%以上30質量%以下、
前記防食添加剤の含有割合が0.05質量%以上3質量%以下、
前記キレート剤の含有割合が0.1質量%以上3質量%以下、である。
上記本発明の温熱間鍛造用潤滑離型剤によれば、温熱間鍛造用の金型の寿命を向上し、鍛造施設の腐食を抑制することができる。
上記本発明の温熱間鍛造用潤滑離型剤は、一般の温熱間鍛造用潤滑離型剤のように高温の被加工材と、金型表面との界面で潤滑離型の働きをするだけでなく、含有する水溶性硫酸塩から供給される硫黄成分が、金型表面の鉄と反応して硫化鉄を生成する。当該硫化鉄が温熱間鍛造加工の際に発生した金型表面の損傷を修復するものと推定される。これらの結果、金型表面の損傷が拡大することなく、金型が長寿命化する。
本発明者らは、鋭意検討の結果、水溶性硫酸塩を含む温熱間鍛造用潤滑離型剤に、更に、防食添加剤、及びキレート剤を組み合わせて用いることにより、鍛造設備の腐食を防止することができるとの知見を得て本発明を完成させた。防食添加剤は、鍛造設備内の常温域の金属表面に吸着し防食皮膜を形成することにより、鍛造設備内の腐食を防止することができる。また、キレート剤は、上記の防食添加剤によって抑えきれなかった微細な腐食によって発生する硫酸イオンを封鎖して腐食の進行を抑えることができる。
以上のことから、本発明の温熱間鍛造用潤滑離型剤によれば、温熱間鍛造用の金型の寿命を向上し、鍛造施設の腐食を抑制することが可能となる。
(A)水溶性硫酸塩の含有割合が0.01質量%以上であれば、金型表面の修復効果にすぐれ、金型の寿命を向上することができる。一方、(A)水溶性硫酸塩の含有割合を0.98質量%以下とすることにより、鍛造設備の腐食が抑制され、また温熱間鍛造時における硫黄の燃焼による臭気の発生が抑制され、作業環境が向上する。
カルボキシル基を有する(B)水溶性高分子としては、ポリアクリル酸、アクリル酸−無水マレイン酸共重合体、カルボキシメチルセルロース、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体などが挙げられる。
本発明において(B)水溶性高分子は市販品を用いてもよい。例えば、ポリアクリル酸の市販品としては、アロン(登録商標)(東亞合成株式会社)、アクリル酸−無水マレイン酸共重合体の市販品としては、アクアリック(登録商標)(株式会社日本触媒)、カルボキシメチルセルロースの市販品としては、セロゲン(登録商標)(第一工業製薬株式会社)、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体の市販品としては、イソバン(登録商標)(クラレ株式会社)、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体の市販品としては、ガントレッツ(登録商標)(アイエスピー・ジャパン株式会社)などが挙げられる。
本発明において(B)水溶性高分子は、1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
(B)水溶性高分子の含有割合が1質量%以上であれば、金型への付着効果に優れている。また、(B)水溶性高分子の含有割合が30質量%以下であれば、潤滑離型剤の流動性に優れ、均一な潤滑皮膜が形成される。
(C)カルボン酸化合物は1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
(C)カルボン酸化合物の含有割合が1質量%以上であれば、形成された皮膜の潤滑性に優れている。また、(C)カルボン酸化合物の含有割合が30質量%以下であれば、皮膜の金型への密着性に優れている。
(D)防食添加剤は1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
(D)防食添加剤の含有割合が0.05質量%以上であれば、十分な防食効果を得ることができる。また、(D)防食添加剤の含有割合が3質量%以下であれば、潤滑離型剤の潤滑性などの点で優れている。
本発明において(E)キレート剤は、有機系の物質であることが好ましい。有機系の(E)キレート剤は、常温では硫酸イオンを封鎖する一方、温熱間鍛造金型の表面では被加工材等の熱により分解するため、(A)水溶性硫酸塩からの硫黄と金型損傷部分との反応を妨げない。
(E)キレート剤は1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
(E)キレート剤の含有割合が0.1質量%以上であれば、硫酸イオンの十分な封鎖効果を得ることができる。また、(E)キレート剤の含有割合が3質量%以下であれば、潤滑離型剤の潤滑性などの点で優れている。
図1の例では、ダイス型4内に被加工材6を配置し、潤滑離型剤5は吹出口2からプレス前のパンチ型1’に向けて吹きつけ、パンチ型1をプレス機の動作により図1中矢印方向にプレス7させて、後方押出し加工により被加工材を鍛造成形する。なお、鍛造設備は、通常、鍛造プレス機を備え(図示せず)、その他の構成については特に限定されず、公知のあらゆる構成とすることができる。
本発明の潤滑離型剤は、原液または原液を水で希釈して使用することができる。原液を希釈することで、使用環境に適した潤滑離型剤の濃度や粘度に調整することができる。また、原液のままとすることで、使用前の運搬時には容量を圧縮して、潤滑離型剤の運搬性を向上することができる。なお、原液を希釈する場合であっても、水を除く各成分の含有比率は変化しない。
原液または原液を水で希釈した潤滑離型剤は、例えばエアミックススプレーなどによって金型に直接塗布する。高温(100〜400℃)の金型に塗布された潤滑離型剤は、水が蒸発し金型表面に固形成分による潤滑皮膜を形成する。当該潤滑皮膜は被加工材と金型との間の摩擦を軽減し、金型から金属部品を容易に離型することができる。
潤滑離型剤を、表1に示す各成分の組成に基づき、以下のように製造した。水に水酸化ナトリウムを添加し撹拌した。そこへイソブチレン−無水マレイン酸共重合体、アジピン酸を順に添加し撹拌して完全に溶解させた。次に硫酸ナトリウム、1,2,3−ベンゾトリアゾール、エチレンジアミン・テトラアセティックアシッドを添加し、防腐剤を添加して、実施例1の潤滑離型剤を得た。
実施例1において、各成分の組成を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして実施例2〜6の潤滑離型剤を得た。
実施例1において、硫酸ナトリウム、1,2,3−ベンゾトリアゾール、エチレンジアミン・テトラアセティックアシッドを添加せず、その他の成分の組成を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例1の潤滑離型剤を得た。
実施例1において、1,2,3−ベンゾトリアゾール、エチレンジアミン・テトラアセティックアシッドを添加せず、その他の成分の組成を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例2の潤滑離型剤を得た。
実施例1において、エチレンジアミン・テトラアセティックアシッドを添加せず、その他の成分の組成を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例3の潤滑離型剤を得た。
上記実施例および比較例で得られた潤滑離型剤をそれぞれ用い、以下の試験条件で銅板腐食試験、及び、鋼板腐食試験を行った。
銅板腐食試験は、幅長さ12mm、縦長さ80mm、厚さ2mmの銅板を使用した。この銅板の表面を#100番の研磨紙で研磨した後、エチルエーテルで溶剤洗浄を行い試験片とした。この試験片を、水道水で希釈倍率4倍にした実施例及び比較例の潤滑離型剤それぞれに半浸漬させ、温度40℃で2週間静置し腐食の状態を観察した。結果を表1に示す。
評価基準
○:腐食が認められなかった。
△:表面に変色が認められた。
×:腐食が認められた。
鋼板腐食試験は、幅長さ20mm、縦長さ80mm、厚さ1mmのSPCC−SD鋼板を使用した。この鋼板の表面を#100番の研磨紙で研磨した後、エチルエーテルで溶剤洗浄を行い試験片とした。この試験片を、水道水で希釈倍率4倍にした実施例及び比較例の潤滑離型剤それぞれに半浸漬させ、温度40℃で2週間静置し腐食の状態を観察した。結果を表1に示す。
評価基準
○:腐食が認められなかった。
△:表面に変色が認められた。
×:腐食が認められた。
実施例1、実施例2、実施例4、及び比較例1の潤滑離型剤を使用し、以下の方法により、実機での温間鍛造による金型寿命の評価を行った。なお、このとき、潤滑離型剤は、これを原液として、水で4倍希釈して使用した。
金型寿命評価は、図1に示す鍛造設備を用いて以下のように行った。ダイス型4内に被加工材を配置し、上記実施例及び比較例の潤滑離型剤を吹出口2からパンチ型1に向けて吹きつけ、パンチ型1をプレス機の動作により図中矢印方向に移動させて、後方押出し加工により被加工材を鍛造成形した。
金型の摩耗が進行すると、当該摩耗部に優先的に被加工材が入り込むため、製品全体としてのボリューム不足となる。結果として、後方押出しされた被加工材の端部が欠肉し、加工品全長Lが所定の寸法を満足しなくなる。これをもって金型寿命と判断した。ワークの加熱温度は700℃〜1000℃に加熱して行った。結果を表2に示す。
1 パンチ型(プレス時)
2 吹出口
3 キャビティ
4 ダイス型
5 温熱間鍛造用潤滑離型剤
6 被加工材(ワーク)
7 プレス
Claims (7)
- 水溶性硫酸塩と、水溶性高分子と、カルボン酸化合物と、防食添加剤と、キレート剤と、水と、を含有する、温熱間鍛造用潤滑離型剤。
- 前記潤滑離型剤全量に対し、
前記水溶性硫酸塩の含有割合が0.01質量%以上0.98質量%以下、
前記水溶性高分子の含有割合が1質量%以上30質量%以下、
前記カルボン酸化合物の含有割合が1質量%以上30質量%以下、
前記防食添加剤の含有割合が0.05質量%以上3質量%以下、
前記キレート剤の含有割合が0.1質量%以上3質量%以下、である、請求項1に記載の温熱間鍛造用潤滑離型剤。 - 前記水溶性硫酸塩が、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ルビジウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、及び硫酸亜鉛よりなる群から選択される1種以上である、請求項1又は2に記載の温熱間鍛造用潤滑離型剤。
- 前記水溶性高分子が、ポリアクリル酸、アクリル酸−無水マレイン酸共重合体、カルボキシメチルセルロース、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体、及び、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体よりなる群から選択される1種以上である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の温熱間鍛造用潤滑離型剤。
- 前記カルボン酸化合物が、アジピン酸、フタル酸、テレフタル酸、イタコン酸、トリメリット酸、安息香酸、及び、アゼライン酸、並びにこれらのアルカリ金属塩よりなる群から選択される1種以上である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の温熱間鍛造用潤滑離型剤。
- 前記防食添加剤が、ベンゾトリアゾール系化合物、及び、アルカノールアミン系化合物よりなる群から選択される1種以上である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の温熱間鍛造用潤滑離型剤。
- 前記キレート剤が、エチレンジアミン・テトラアセティックアシッド(EDTA)、ニトロ・トリアセティックアシッド(NTA)、ジエチレントリアミン・ペンタアセティックアシッド(DTPA)、ヒドロキシエチル・エチレンジアミン・トリアセティックアシッド(HEDTA)、及び、トリエチレンテトラミン・ヘキサアセティックアシッド(TTHA)よりなる群から選択される1種以上である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の温熱間鍛造用潤滑離型剤。
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