JP2807151B2 - 熱間据込鍛造法 - Google Patents
熱間据込鍛造法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自由鍛造の基本的作業
の一種である据込鍛造に関する。
の一種である据込鍛造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、発電機、ガスタービン、蒸気ター
ビン等の回転子等の部品は、主として熱間自由鍛造によ
り大略成形される。この際、最終製品の品質を向上させ
るために、素材となる鉄鋼材料や非鉄金属材料等の鋳塊
を溶製した後、熱間で据込鍛造及び鍛伸鍛造を施し、こ
れによって結晶粒を微細化して組織の均一化が図られて
いる。特に、数トンを越えるような大型部品の場合、鋳
塊の凝固時の冷却速度は非常に遅く、大きな凝固結晶が
生成するので、据込及び鍛伸を繰り返して実施し、この
繰り返しの鍛造と加熱とにより、均質化を図る必要があ
る。
ビン等の回転子等の部品は、主として熱間自由鍛造によ
り大略成形される。この際、最終製品の品質を向上させ
るために、素材となる鉄鋼材料や非鉄金属材料等の鋳塊
を溶製した後、熱間で据込鍛造及び鍛伸鍛造を施し、こ
れによって結晶粒を微細化して組織の均一化が図られて
いる。特に、数トンを越えるような大型部品の場合、鋳
塊の凝固時の冷却速度は非常に遅く、大きな凝固結晶が
生成するので、据込及び鍛伸を繰り返して実施し、この
繰り返しの鍛造と加熱とにより、均質化を図る必要があ
る。
【０００３】据込鍛造とは、周知の通り、軸状素材を加
熱して軸方向に加圧し、素材の中央部を膨出状に塑性変
形しつつ縮長する熱間加工法であり、品質の向上におい
て特に重要で、粗大な凝固結晶を微細化するのに有効で
ある。そして、圧縮比（据込鍛造前の軸状素材の高さ／
据込鍛造後の軸状素材の高さ）が大きいほど凝固組織の
微細化効果は大きい。結晶粒の微細化は、鍛造により蓄
積される歪エネルギーが駆動力となり、転位のない新し
い再結晶粒の核生成、成長によってもたらされる。この
鍛造後の結晶粒度は加工温度が低いほど、加工速度（歪
速度）や歪量が大きいほど微細になる。従って、１回の
鍛造加熱において、できるだけ大きい歪速度及び歪量を
均一に付与することが結晶粒微細化に有効である。
熱して軸方向に加圧し、素材の中央部を膨出状に塑性変
形しつつ縮長する熱間加工法であり、品質の向上におい
て特に重要で、粗大な凝固結晶を微細化するのに有効で
ある。そして、圧縮比（据込鍛造前の軸状素材の高さ／
据込鍛造後の軸状素材の高さ）が大きいほど凝固組織の
微細化効果は大きい。結晶粒の微細化は、鍛造により蓄
積される歪エネルギーが駆動力となり、転位のない新し
い再結晶粒の核生成、成長によってもたらされる。この
鍛造後の結晶粒度は加工温度が低いほど、加工速度（歪
速度）や歪量が大きいほど微細になる。従って、１回の
鍛造加熱において、できるだけ大きい歪速度及び歪量を
均一に付与することが結晶粒微細化に有効である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】叙上の通り、結晶粒微
細化のためには、据込鍛造において、できるだけ大きな
歪を与えることが望ましく、そのためには圧縮比を大き
くすることが有効である。ところが、据込後に鍛伸を行
う場合、鍛伸により軸中心まで大きな歪を付与するに
は、据込後の素材長さ（軸長）をある程度長くする必要
がある。また、据込後の形状が製品近似形状となる場
合、製品によっては据込後の素材長さが制約される。従
って、鋳塊や鍛伸後の据込鍛造用素材としては、直径に
対して軸方向長さの長い、すなわち細長い形状のものが
望ましい。
細化のためには、据込鍛造において、できるだけ大きな
歪を与えることが望ましく、そのためには圧縮比を大き
くすることが有効である。ところが、据込後に鍛伸を行
う場合、鍛伸により軸中心まで大きな歪を付与するに
は、据込後の素材長さ（軸長）をある程度長くする必要
がある。また、据込後の形状が製品近似形状となる場
合、製品によっては据込後の素材長さが制約される。従
って、鋳塊や鍛伸後の据込鍛造用素材としては、直径に
対して軸方向長さの長い、すなわち細長い形状のものが
望ましい。
【０００５】しかし、素材の長さＬと直径Ｄの比Ｌ／Ｄ
が大きくなると、据込の際、素材に座屈が生じる。これ
は、図３に示すように、一対の金敷１１、１１により軸
方向から加圧された素材１の中央部ないしその近傍に局
部的な屈曲Ｋが生じる現象である。そのまま鍛造を続け
ると屈曲が大きくなるため、鍛造後にガウジングやグラ
インディングにより、屈曲（傷）の生じた素材表面を平
滑にしなければならず、歩留りの低下を生じる。また、
傷取り作業により、軸直径が減少するため、更に座屈の
危険性が高くなる。更にまた、１回の鍛造加熱により据
込ができないため、所期の結晶粒微細化を達成すること
ができず、素材ひいては製品の内部品質の劣化を招来す
る。このため、座屈を生じない素材形状の条件として、
『プレス便覧』（塑性加工研究会プレス便覧編集委員会
編）では、Ｌ／Ｄが３未満が推奨されており、実際に
は、据込鍛造に供する素材はＬ／Ｄが２．５未満のもの
が使用されている。
が大きくなると、据込の際、素材に座屈が生じる。これ
は、図３に示すように、一対の金敷１１、１１により軸
方向から加圧された素材１の中央部ないしその近傍に局
部的な屈曲Ｋが生じる現象である。そのまま鍛造を続け
ると屈曲が大きくなるため、鍛造後にガウジングやグラ
インディングにより、屈曲（傷）の生じた素材表面を平
滑にしなければならず、歩留りの低下を生じる。また、
傷取り作業により、軸直径が減少するため、更に座屈の
危険性が高くなる。更にまた、１回の鍛造加熱により据
込ができないため、所期の結晶粒微細化を達成すること
ができず、素材ひいては製品の内部品質の劣化を招来す
る。このため、座屈を生じない素材形状の条件として、
『プレス便覧』（塑性加工研究会プレス便覧編集委員会
編）では、Ｌ／Ｄが３未満が推奨されており、実際に
は、据込鍛造に供する素材はＬ／Ｄが２．５未満のもの
が使用されている。
【０００６】本発明はかかる問題に鑑みなされたもので
あり、Ｌ／Ｄが２．５以上の細長い素材を用いても、座
屈を生じさせることなく、鍛造を終了することができる
熱間据込鍛造法を提供することを目的とする。
あり、Ｌ／Ｄが２．５以上の細長い素材を用いても、座
屈を生じさせることなく、鍛造を終了することができる
熱間据込鍛造法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、加熱された軸
状素材を軸方向に加圧し、素材の軸方向中央部を径外方
向に膨出状に塑性変形させつつ軸方向に圧縮する熱間据
込鍛造法において、軸状素材の全体を加熱する前に当該
軸状素材の軸方向中央部の表面に断熱材を巻きつけてか
ら加熱し、又は軸状素材の全体を加熱した後当該軸状素
材の軸方向中央部の表面に断熱材を巻きつけることで当
該軸方向中央部の放熱を防止しつつ冷却し、鍛造直前の
素材表面の軸方向中央部がその両端部よりも高温となる
ように軸方向の温度勾配を付与し、その後、前記断熱材
を取り除いて前記温度勾配を付与した状態で鍛造する。
この場合、前記温度勾配は、軸方向中央部がその両端部
よりも５０〜１５０℃高温となるようにすることが望ま
しい。
状素材を軸方向に加圧し、素材の軸方向中央部を径外方
向に膨出状に塑性変形させつつ軸方向に圧縮する熱間据
込鍛造法において、軸状素材の全体を加熱する前に当該
軸状素材の軸方向中央部の表面に断熱材を巻きつけてか
ら加熱し、又は軸状素材の全体を加熱した後当該軸状素
材の軸方向中央部の表面に断熱材を巻きつけることで当
該軸方向中央部の放熱を防止しつつ冷却し、鍛造直前の
素材表面の軸方向中央部がその両端部よりも高温となる
ように軸方向の温度勾配を付与し、その後、前記断熱材
を取り除いて前記温度勾配を付与した状態で鍛造する。
この場合、前記温度勾配は、軸方向中央部がその両端部
よりも５０〜１５０℃高温となるようにすることが望ま
しい。
【０００８】
【作用】素材にその中央部から両端部にかけて表面温度
が漸減する温度分布を与えると、軸方向の各位置におけ
る変形抵抗は該温度分布とは逆に両端部から中央部にか
けて漸減する分布となる。このため、所定の温度分布を
有する素材を据込鍛造すると、鍛造の初期においては、
変形抵抗の低い中央部が優先的にバルジング変形し、中
央部が拡径する。その後、素材の温度が略一様になる
と、中央部の曲げ抵抗性は拡径した分だけ強くなるた
め、座屈荷重が大きくなり、座屈による屈曲が生じ難く
なり、欠陥を生じることなく据込鍛造を終了することが
できる。この際、素材の中央部の温度が両端部よりも５
０℃未満では、中央部における拡径量が十分得られず、
Ｌ／Ｄが２．５以上の細長い素材では、座屈が生じるお
それがある。一方、１５０℃を越えると、中央部の変形
抵抗が著しく低下し、却って座屈が生じ易くなる。従っ
て、本発明によれば、細長い素材を用いても、座屈を生
じることなく、高い圧縮比で鍛造することができ、結晶
粒の微細化により、最終製品に良好な機械的性質を付与
することができる。
が漸減する温度分布を与えると、軸方向の各位置におけ
る変形抵抗は該温度分布とは逆に両端部から中央部にか
けて漸減する分布となる。このため、所定の温度分布を
有する素材を据込鍛造すると、鍛造の初期においては、
変形抵抗の低い中央部が優先的にバルジング変形し、中
央部が拡径する。その後、素材の温度が略一様になる
と、中央部の曲げ抵抗性は拡径した分だけ強くなるた
め、座屈荷重が大きくなり、座屈による屈曲が生じ難く
なり、欠陥を生じることなく据込鍛造を終了することが
できる。この際、素材の中央部の温度が両端部よりも５
０℃未満では、中央部における拡径量が十分得られず、
Ｌ／Ｄが２．５以上の細長い素材では、座屈が生じるお
それがある。一方、１５０℃を越えると、中央部の変形
抵抗が著しく低下し、却って座屈が生じ易くなる。従っ
て、本発明によれば、細長い素材を用いても、座屈を生
じることなく、高い圧縮比で鍛造することができ、結晶
粒の微細化により、最終製品に良好な機械的性質を付与
することができる。
【０００９】
【実施例】図１は、熱間据込鍛造直前の素材及びその表
面の温度分布Ａ、変形抵抗分布Ｂを示しており、素材１
の中央部２は両端部３、３より５０〜１５０℃高温に加
熱されている。かかる素材を用いて、通常のように放冷
状態で熱間据込鍛造すると、鍛造初期においては、図２
（Ａ）に示すように、中央部２が優先的にバルジング変
形すると共に熱伝導により素材各部における温度差は速
やかに解消し、各部の温度差が５０℃未満の略一様な温
度分布になる。中央部２が拡径した素材１は、中央部２
における変形抵抗性が向上するため、座屈が生じること
なく、同図（Ｂ）に示すように、樽状に変形し、据込鍛
造を終了することができる。尚、中央部とは、素材の全
長に対して、素材の長さ方向の中心位置を中心として
（１／３〜２／３）Ｌ程度の領域をいう。
面の温度分布Ａ、変形抵抗分布Ｂを示しており、素材１
の中央部２は両端部３、３より５０〜１５０℃高温に加
熱されている。かかる素材を用いて、通常のように放冷
状態で熱間据込鍛造すると、鍛造初期においては、図２
（Ａ）に示すように、中央部２が優先的にバルジング変
形すると共に熱伝導により素材各部における温度差は速
やかに解消し、各部の温度差が５０℃未満の略一様な温
度分布になる。中央部２が拡径した素材１は、中央部２
における変形抵抗性が向上するため、座屈が生じること
なく、同図（Ｂ）に示すように、樽状に変形し、据込鍛
造を終了することができる。尚、中央部とは、素材の全
長に対して、素材の長さ方向の中心位置を中心として
（１／３〜２／３）Ｌ程度の領域をいう。
【００１０】素材１の中央部２の温度が両端部３、３に
比べて高くなるように強制的に温度分布を与えるには、
素材を加熱した後、中央部表面に断熱材を巻き、両端部
に比して中央部の放熱ひいては温度低下を妨げるように
して放冷すればよい。この場合、素材中央部への断熱材
の付着は素材の加熱前でもよい。また、加熱後、両端部
を強制空冷したり、金敷と接触させたりして、中央部に
比して両端部の冷却を促進することにより所期の温度分
布を付与することができる。なお、炉内に遮蔽板を取付
け、炉内雰囲気自体に温度分布を持たせた加熱炉を用い
たり、高周波加熱などによる局部加熱方法によって、素
材の加熱段階で温度分布を付与してもよいが、前述した
ように、加熱前又は加熱後に素材１の軸方向中央部の表
面に断熱材（断熱シート）を巻きつけることによる温度
勾配の付与手段が、簡便であるし又温度勾配の付与が正
確となる。
比べて高くなるように強制的に温度分布を与えるには、
素材を加熱した後、中央部表面に断熱材を巻き、両端部
に比して中央部の放熱ひいては温度低下を妨げるように
して放冷すればよい。この場合、素材中央部への断熱材
の付着は素材の加熱前でもよい。また、加熱後、両端部
を強制空冷したり、金敷と接触させたりして、中央部に
比して両端部の冷却を促進することにより所期の温度分
布を付与することができる。なお、炉内に遮蔽板を取付
け、炉内雰囲気自体に温度分布を持たせた加熱炉を用い
たり、高周波加熱などによる局部加熱方法によって、素
材の加熱段階で温度分布を付与してもよいが、前述した
ように、加熱前又は加熱後に素材１の軸方向中央部の表
面に断熱材（断熱シート）を巻きつけることによる温度
勾配の付与手段が、簡便であるし又温度勾配の付与が正
確となる。
【００１１】次に、具体的実施例を掲げる。下記組成Ａ
からなる、直径φ７５０×長さ２３００mm（Ｌ／Ｄ＝
３．０６）の耐熱合金インゴット素材を加熱炉に装入
し、約１１５０℃に加熱した後、加熱炉から取り出すと
共に素材の中央部に長さ１２００mmに渡ってグラスウー
ル製の断熱シートを巻いて、表面からの放熱を阻止し、
中央部が両端部に対して高温になるようにして、鍛造プ
レスに設置した。中央部の中心位置における表面温度が
１０１０℃のとき、端部の表面温度は９２０℃であり、
その差が９０℃になった時点で、据込鍛造を開始すると
同時に断熱シートを取り除き、元の長さに対して１／２
になるまで据込を行った。
からなる、直径φ７５０×長さ２３００mm（Ｌ／Ｄ＝
３．０６）の耐熱合金インゴット素材を加熱炉に装入
し、約１１５０℃に加熱した後、加熱炉から取り出すと
共に素材の中央部に長さ１２００mmに渡ってグラスウー
ル製の断熱シートを巻いて、表面からの放熱を阻止し、
中央部が両端部に対して高温になるようにして、鍛造プ
レスに設置した。中央部の中心位置における表面温度が
１０１０℃のとき、端部の表面温度は９２０℃であり、
その差が９０℃になった時点で、据込鍛造を開始すると
同時に断熱シートを取り除き、元の長さに対して１／２
になるまで据込を行った。
【００１２】尚、比較のため、従来例として、下記組成
Ｂからなる耐熱合金インゴット素材（直径φ７９０×長
さ２４００mm、Ｌ／Ｄ＝３．０３）を１１５０℃に加熱
し、断熱シートを付設することなく、これを鍛造プレス
に設置し、鍛造を開始した。 ・インゴット組成Ａ（単位 wt％） Ｎｉ：２５．５％、 Ｃｒ：１５．２％、 Ｍｏ：１．
２％、Ｔｉ： ２．０％、 Ａｌ： ０．３％、 残部
実質的にＦｅ ・インゴット組成Ｂ（単位 wt％） Ｎｉ：２５．２％、 Ｃｒ：１４．８％、 Ｍｏ：１．
２％、Ｔｉ： ２．１％、 Ａｌ： ０．３％、 残部
実質的にＦｅ その結果、実施例、従来例とも素材の組成、寸法は略同
じであったが、従来例では座屈が生じたにもかかわら
ず、実施例では座屈による屈曲、しわ傷を生じることな
く鍛造を完了することができた。鍛造後の寸法は、長さ
１１５０mm（圧縮比２）で、最大直径は１２００mmであ
った。
Ｂからなる耐熱合金インゴット素材（直径φ７９０×長
さ２４００mm、Ｌ／Ｄ＝３．０３）を１１５０℃に加熱
し、断熱シートを付設することなく、これを鍛造プレス
に設置し、鍛造を開始した。 ・インゴット組成Ａ（単位 wt％） Ｎｉ：２５．５％、 Ｃｒ：１５．２％、 Ｍｏ：１．
２％、Ｔｉ： ２．０％、 Ａｌ： ０．３％、 残部
実質的にＦｅ ・インゴット組成Ｂ（単位 wt％） Ｎｉ：２５．２％、 Ｃｒ：１４．８％、 Ｍｏ：１．
２％、Ｔｉ： ２．１％、 Ａｌ： ０．３％、 残部
実質的にＦｅ その結果、実施例、従来例とも素材の組成、寸法は略同
じであったが、従来例では座屈が生じたにもかかわら
ず、実施例では座屈による屈曲、しわ傷を生じることな
く鍛造を完了することができた。鍛造後の寸法は、長さ
１１５０mm（圧縮比２）で、最大直径は１２００mmであ
った。
【００１３】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、軸
状素材に対する軸方向の温度勾配の付与が間便でかつ正
確にでき、これ故に、Ｌ／Ｄが２．５以上の細長い素材
を用いても、座屈を生じることなく、高い圧縮比で据込
鍛造することができ、結晶粒の微細化により、最終製品
に良好な機械的性質を付与することができる。
状素材に対する軸方向の温度勾配の付与が間便でかつ正
確にでき、これ故に、Ｌ／Ｄが２．５以上の細長い素材
を用いても、座屈を生じることなく、高い圧縮比で据込
鍛造することができ、結晶粒の微細化により、最終製品
に良好な機械的性質を付与することができる。
【図１】本発明の据込鍛造に供される素材の温度分布お
よび変形抵抗分布を示す模式図である。
よび変形抵抗分布を示す模式図である。
【図２】本発明の据込鍛造過程における鍛造初期
（Ａ）、終了時（Ｂ）における模式図である。
（Ａ）、終了時（Ｂ）における模式図である。
【図３】据込鍛造過程における座屈発生状態を示す模式
図である。
図である。
１ 素材 ２ 中央部 ３ 端部 Ｋ 座屈による屈曲
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−351241（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−8856（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−46060（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−309748（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B21J 1/00 - 13/14 B21J 17/00 - 19/04 B21K 1/00 - 31/00 C21D 7/13
Claims (2)
- 【請求項１】 加熱された軸状素材を軸方向に加圧し、
素材の軸方向中央部を径外方向に膨出状に塑性変形させ
つつ軸方向に圧縮する熱間据込鍛造法において、軸状素材の全体を加熱する前に当該軸状素材の軸方向中
央部の表面に断熱材を巻きつけてから加熱し、又は軸状
素材の全体を加熱した後当該軸状素材の軸方向中央部の
表面に断熱材を巻きつけることで当該軸方向中央部の放
熱を防止しつつ冷却し、鍛造直前の素材表面の軸方向中
央部がその両端部よりも高温となるように軸方向の温度
勾配を付与し、その後、前記断熱材を取り除いて前記温
度勾配を付与した状態で鍛造することを特徴とする熱間
据込鍛造方法。 - 【請求項２】 前記温度勾配は、軸方向中央部がその両
端部よりも５０〜１５０℃高温となるようにされている
ことを特徴とする請求項１記載の熱間据込鍛造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5233540A JP2807151B2 (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | 熱間据込鍛造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5233540A JP2807151B2 (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | 熱間据込鍛造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0788586A JPH0788586A (ja) | 1995-04-04 |
| JP2807151B2 true JP2807151B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=16956657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5233540A Expired - Fee Related JP2807151B2 (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | 熱間据込鍛造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2807151B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5180669B2 (ja) * | 2008-05-07 | 2013-04-10 | 株式会社神戸製鋼所 | 口絞りシェルの製造方法 |
| US9267184B2 (en) | 2010-02-05 | 2016-02-23 | Ati Properties, Inc. | Systems and methods for processing alloy ingots |
| CN101972830A (zh) * | 2010-11-02 | 2011-02-16 | 武汉理工大学 | 超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺 |
| JP5136995B2 (ja) * | 2010-11-05 | 2013-02-06 | 株式会社飯塚製作所 | ディフューザの製造方法 |
| GB2503936B (en) * | 2012-07-13 | 2020-03-04 | Gkn Wheels Ltd | Manufacture of wheels |
| CN109093042A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-12-28 | 江苏新恒基特种装备股份有限公司 | 一种消除锻件分层的方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04351241A (ja) * | 1991-02-25 | 1992-12-07 | Kobe Steel Ltd | 難加工性材料の塑性加工方法 |
-
1993
- 1993-09-20 JP JP5233540A patent/JP2807151B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0788586A (ja) | 1995-04-04 |
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