JP2807160B2 - 熱間据込鍛造法 - Google Patents
熱間据込鍛造法Info
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- JP2807160B2 JP2807160B2 JP5318604A JP31860493A JP2807160B2 JP 2807160 B2 JP2807160 B2 JP 2807160B2 JP 5318604 A JP5318604 A JP 5318604A JP 31860493 A JP31860493 A JP 31860493A JP 2807160 B2 JP2807160 B2 JP 2807160B2
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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伸ばし鍛造を施し、
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。すなわち、熱間鍛造において、できるだけ大き
な塑性変形量を付与することにより均質で微細な結晶粒
組織が得られ、最終製品において機械的性質や内部性状
等において優れた品質が得られる。
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伸ばし鍛造を施し、
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。すなわち、熱間鍛造において、できるだけ大き
な塑性変形量を付与することにより均質で微細な結晶粒
組織が得られ、最終製品において機械的性質や内部性状
等において優れた品質が得られる。
【０００３】近年、前記部品には高性能化が要求されて
おり、材料の高合金化が進みつつあり、一部にＮｉ基耐
熱合金などが使用されつつある。このような耐熱合金は
一般的に鋳塊の凝固組織を均一微細にするために、合金
を溶製した後、エレクトロスラグ再溶解法や真空アーク
再溶解法により二次溶解される。しかし、Ｎｉ基耐熱合
金は鋳塊の直径が大きくなるほど、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌな
どのマクロ偏析が生じ易くなり、この偏析が材料の極端
な脆化をもたらす。このため、ガスタービン部品材料と
して広く用いられているＩｎｃｏｎｅ１７１８合金やＩ
ｎｃｏｎｅ１７０６合金では、二次溶解を行って組織の
微細化を図るとしても、それぞれ最大直径が６００ｍｍ
程度、８００ｍｍ程度が鋳造限界とされている。このよ
うな鋳塊直径に制約のある大きな部品を製造する場合、
直径が小さく、長さの長い、すなわち細長い形状の鋳塊
（素材）を鍛造することにより直径の大きな材料を得る
ことが必要となる。
おり、材料の高合金化が進みつつあり、一部にＮｉ基耐
熱合金などが使用されつつある。このような耐熱合金は
一般的に鋳塊の凝固組織を均一微細にするために、合金
を溶製した後、エレクトロスラグ再溶解法や真空アーク
再溶解法により二次溶解される。しかし、Ｎｉ基耐熱合
金は鋳塊の直径が大きくなるほど、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌな
どのマクロ偏析が生じ易くなり、この偏析が材料の極端
な脆化をもたらす。このため、ガスタービン部品材料と
して広く用いられているＩｎｃｏｎｅ１７１８合金やＩ
ｎｃｏｎｅ１７０６合金では、二次溶解を行って組織の
微細化を図るとしても、それぞれ最大直径が６００ｍｍ
程度、８００ｍｍ程度が鋳造限界とされている。このよ
うな鋳塊直径に制約のある大きな部品を製造する場合、
直径が小さく、長さの長い、すなわち細長い形状の鋳塊
（素材）を鍛造することにより直径の大きな材料を得る
ことが必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、素材の軸長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、一対の金敷により軸方向から加
圧された素材の中央部ないしその近傍に局部的な屈曲
（傷）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
ィング等の傷取り作業により、屈曲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。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以下が推奨されている。
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、一対の金敷により軸方向から加
圧された素材の中央部ないしその近傍に局部的な屈曲
（傷）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
ィング等の傷取り作業により、屈曲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。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以下が推奨されている。
【０００５】本発明はかかる問題に鑑みなされたもので
あり、Ｌ／Ｄが３を越える細長い素材を用いても、座屈
を生じさせることなく、鍛造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３を越える細長い素材を用いても、座屈
を生じさせることなく、鍛造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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の据込鍛造法は、
加熱された軸状素材を軸方向に加圧することで当該素材
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、自由変形部分のＬ／Ｄの比
が３以下になるように軸状素材の軸方向の一部が径外方
向に変形するのを阻止して鍛造することで当該素材の変
形を阻止した部分以外の自由変形部分を径外方向に膨出
状に塑性変形させた後、当該素材を反転して軸方向に圧
縮して前記変形を阻止した部分を自由鍛造することを特
徴とするものである。
加熱された軸状素材を軸方向に加圧することで当該素材
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、自由変形部分のＬ／Ｄの比
が３以下になるように軸状素材の軸方向の一部が径外方
向に変形するのを阻止して鍛造することで当該素材の変
形を阻止した部分以外の自由変形部分を径外方向に膨出
状に塑性変形させた後、当該素材を反転して軸方向に圧
縮して前記変形を阻止した部分を自由鍛造することを特
徴とするものである。
【０００７】
【作用】鍛造に際して、自由変形部分はＬ／Ｄが３以下
とされているので、この部分では座屈が生じるおそれが
ない。一方、他の部分は円筒状金型や補強材等の径外方
向変形阻止手段を付設することにより、鍛造の際の径外
方向の変形が阻止されるので、この部分にも座屈は生じ
ない。当初の軸状素材の長さに応じて、このような鍛造
を繰り返し、素材のＬ／Ｄが３以下になれば、その後は
素材単独で所定の直径まで圧縮加工することができる。
とされているので、この部分では座屈が生じるおそれが
ない。一方、他の部分は円筒状金型や補強材等の径外方
向変形阻止手段を付設することにより、鍛造の際の径外
方向の変形が阻止されるので、この部分にも座屈は生じ
ない。当初の軸状素材の長さに応じて、このような鍛造
を繰り返し、素材のＬ／Ｄが３以下になれば、その後は
素材単独で所定の直径まで圧縮加工することができる。
【０００８】
【実施例】図１は、熱間据込鍛造の直前に、径外方向変
形阻止用の円筒状金型１１に所定の温度に加熱した軸状
素材１が装着された状態を示しており、いま鍛造前の素
材１のＬ／Ｄ（＝ＬO ／ＤO ）が５の場合について説明
する。前記円筒状金型１１の長さＨ1 は、該素材の軸長
ＬO の２／５に設定されており、鍛造の際、金型に装着
された素材の軸方向部分の径外方向の変形を拘束する。
従って、該素材１１の自由変形部分の長さｌ1 はＬO ×
３／５となり、この部分のＬ／Ｄは３となる。尚、金型
の内面には、鍛造後に素材が取り出し易いように上部内
面に外開きテーパー面Ａが形成されている。
形阻止用の円筒状金型１１に所定の温度に加熱した軸状
素材１が装着された状態を示しており、いま鍛造前の素
材１のＬ／Ｄ（＝ＬO ／ＤO ）が５の場合について説明
する。前記円筒状金型１１の長さＨ1 は、該素材の軸長
ＬO の２／５に設定されており、鍛造の際、金型に装着
された素材の軸方向部分の径外方向の変形を拘束する。
従って、該素材１１の自由変形部分の長さｌ1 はＬO ×
３／５となり、この部分のＬ／Ｄは３となる。尚、金型
の内面には、鍛造後に素材が取り出し易いように上部内
面に外開きテーパー面Ａが形成されている。
【０００９】この状態で、プレス金敷を用いて、据え込
み代（圧縮代）Ｒを元の素材軸長Ｌ O の１／５として据
え込む。その結果、金型１１から上方に出た素材１の自
由変形部が図中の二点鎖線のように径外方向に膨出状に
変形する。次に、この鍛造後の素材１Ａを長さＨ2 ＝Ｌ
O ×１／５の円筒状金型１２に挿入して、据え込み代を
元の素材軸長ＬO の１／５として再び据え込む。この
際、自由変形部分の長さｌ2 は ＬO ×３／５であり、
安全のため素材の最小直径＝ＤO を基準にしてＬ／Ｄを
算出すると、Ｌ／Ｄは３となっている。その結果、最小
直径がＤO で全長がＬO ×３／５、すなわち Ｌ／Ｄ＝
３の素材得られる。
み代（圧縮代）Ｒを元の素材軸長Ｌ O の１／５として据
え込む。その結果、金型１１から上方に出た素材１の自
由変形部が図中の二点鎖線のように径外方向に膨出状に
変形する。次に、この鍛造後の素材１Ａを長さＨ2 ＝Ｌ
O ×１／５の円筒状金型１２に挿入して、据え込み代を
元の素材軸長ＬO の１／５として再び据え込む。この
際、自由変形部分の長さｌ2 は ＬO ×３／５であり、
安全のため素材の最小直径＝ＤO を基準にしてＬ／Ｄを
算出すると、Ｌ／Ｄは３となっている。その結果、最小
直径がＤO で全長がＬO ×３／５、すなわち Ｌ／Ｄ＝
３の素材得られる。
【００１０】従って、これ以降、金型を用いることな
く、素材の全体を自由変形部分として据え込むことがで
き、最終的には元の素材の軸長ＬO の１／２以下にまで
軸長を短縮し、拡径することができる。叙上の実施例で
は、自由変形部分におけるＬ／Ｄが３になるように、金
型長さを設定したが、Ｌ／Ｄを３未満に設定してもよい
ことは勿論であり、また金型装着による鍛造回数も元の
軸状素材の長さに応じて適宜の回数行えばよい。
く、素材の全体を自由変形部分として据え込むことがで
き、最終的には元の素材の軸長ＬO の１／２以下にまで
軸長を短縮し、拡径することができる。叙上の実施例で
は、自由変形部分におけるＬ／Ｄが３になるように、金
型長さを設定したが、Ｌ／Ｄを３未満に設定してもよい
ことは勿論であり、また金型装着による鍛造回数も元の
軸状素材の長さに応じて適宜の回数行えばよい。
【００１１】尚、鍛造の際の加熱回数は、少ない程、好
ましくは１回に止めることにより優れた組織微細化効果
が期待できるが、温度が低下した場合は、必要に応じて
鍛造の前に再加熱してもよい。金型装着による鍛造回数
が１回で済むように元の軸状素材の長さを設定すれば、
加熱は１回で済むため、組織微細化には好適である。次
に、具体的実施例を掲げる。
ましくは１回に止めることにより優れた組織微細化効果
が期待できるが、温度が低下した場合は、必要に応じて
鍛造の前に再加熱してもよい。金型装着による鍛造回数
が１回で済むように元の軸状素材の長さを設定すれば、
加熱は１回で済むため、組織微細化には好適である。次
に、具体的実施例を掲げる。
【００１２】下記化学組成（wt％）のＮｉ基耐熱合金を
用いて、直径ＤO ＝５８０ｍｍ、Ｌｏ＝軸長２１８０ｍ
ｍ、Ｌ／Ｄ＝３．７６の軸状素材（鋳塊）を鋳造した。 Ｎｉ：４０％、 Ｃｒ：１５％、 Ａｌ：０．２％、
Ｔｉ：１．５％、Ｎｂ：２．３％、Ｆｅ：残部 この素材１を、鍛造温度に加熱した後、図２に示すよう
に、内径φ５８４ｍｍ、長さＨ1 ＝９００ｍｍの円筒状
金型１１に装着し、自由変形部分の長さｌ1 ＝１２８０
ｍｍ、据え込み代を６００ｍｍとしてプレス金敷を用い
て据込鍛造した。その結果、図３のように、最大直径Ｄ
1 ＝φ８４８ｍｍ、最小直径ｄ1 ＝φ５８４ｍｍ、長さ
Ｌ1 ＝１５８０ｍｍの素材１Ａが得られた。すなわち、
鍛造後の素材のＬ／Ｄはｄ1 を基準に考えると２．７０
であった。
用いて、直径ＤO ＝５８０ｍｍ、Ｌｏ＝軸長２１８０ｍ
ｍ、Ｌ／Ｄ＝３．７６の軸状素材（鋳塊）を鋳造した。 Ｎｉ：４０％、 Ｃｒ：１５％、 Ａｌ：０．２％、
Ｔｉ：１．５％、Ｎｂ：２．３％、Ｆｅ：残部 この素材１を、鍛造温度に加熱した後、図２に示すよう
に、内径φ５８４ｍｍ、長さＨ1 ＝９００ｍｍの円筒状
金型１１に装着し、自由変形部分の長さｌ1 ＝１２８０
ｍｍ、据え込み代を６００ｍｍとしてプレス金敷を用い
て据込鍛造した。その結果、図３のように、最大直径Ｄ
1 ＝φ８４８ｍｍ、最小直径ｄ1 ＝φ５８４ｍｍ、長さ
Ｌ1 ＝１５８０ｍｍの素材１Ａが得られた。すなわち、
鍛造後の素材のＬ／Ｄはｄ1 を基準に考えると２．７０
であった。
【００１３】次に、金型を用いることなく、この素材の
膨出部を下方に設置して、据え込み代を３１０ｍｍとし
て再び据込鍛造した。その結果、図４に示すように、最
大直径Ｄ2 ＝φ８９０ｍｍ、最小直径ｄ2 ＝φ７２５ｍ
ｍ、長さＬ1 ＝１２７０ｍｍの製品素材１Ｂが得られ
た。これらの鍛造の際、座屈やしわ傷の発生は皆無であ
った。また、同組成の他のＬ／Ｄの軸状素材（直径ＤO
＝７７５ｍｍ、Ｌｏ＝軸長３１２０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝４．
０３）を用いて、自由変形部分のＬ／Ｄを２．７１とす
る金型に装着して据込鍛造を１回行い、その後、鍛造後
の素材のみを用いて最終長さ１８２０ｍｍに鍛造した
が、座屈やしわ傷の発生は皆無であった。
膨出部を下方に設置して、据え込み代を３１０ｍｍとし
て再び据込鍛造した。その結果、図４に示すように、最
大直径Ｄ2 ＝φ８９０ｍｍ、最小直径ｄ2 ＝φ７２５ｍ
ｍ、長さＬ1 ＝１２７０ｍｍの製品素材１Ｂが得られ
た。これらの鍛造の際、座屈やしわ傷の発生は皆無であ
った。また、同組成の他のＬ／Ｄの軸状素材（直径ＤO
＝７７５ｍｍ、Ｌｏ＝軸長３１２０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝４．
０３）を用いて、自由変形部分のＬ／Ｄを２．７１とす
る金型に装着して据込鍛造を１回行い、その後、鍛造後
の素材のみを用いて最終長さ１８２０ｍｍに鍛造した
が、座屈やしわ傷の発生は皆無であった。
【００１４】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の熱間据込鍛
造法は、自由変形部分のＬ／Ｄの比が３以下になるよう
に軸状素材の軸方向の一部を鍛造の際に径外方向に変形
するのを阻止して鍛造するので、自由変形部分及び他の
部分とも座屈を生じることなく据込（圧縮）鍛造するこ
とができる。特に、偏析の発生し易く、このために素材
の大きさ、引いては製品の大きさに制約を受けていた高
合金鋼や耐熱合金などの高合金部材の鍛造において、直
径の小さな細長い鋳塊を用いて本発明を適用することに
より大形鍛造品の製造が可能になった。
造法は、自由変形部分のＬ／Ｄの比が３以下になるよう
に軸状素材の軸方向の一部を鍛造の際に径外方向に変形
するのを阻止して鍛造するので、自由変形部分及び他の
部分とも座屈を生じることなく据込（圧縮）鍛造するこ
とができる。特に、偏析の発生し易く、このために素材
の大きさ、引いては製品の大きさに制約を受けていた高
合金鋼や耐熱合金などの高合金部材の鍛造において、直
径の小さな細長い鋳塊を用いて本発明を適用することに
より大形鍛造品の製造が可能になった。
【図１】本発明の据込鍛造法の実施要領を示す、軸状素
材が装着された円筒状金型の断面説明図である。
材が装着された円筒状金型の断面説明図である。
【図２】実施例における据込鍛造前の軸状素材が装着さ
れた円筒状金型の断面図である。
れた円筒状金型の断面図である。
【図３】実施例における据込鍛造後の軸状素材が装着さ
れた円筒状金型の断面図である。
れた円筒状金型の断面図である。
【図４】実施例における据込鍛造終了後の軸状素材の断
面図である。
面図である。
１、 １Ａ 軸状素材 １１、１２ 円筒状金型
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−238387（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−351241（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−193739（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−284738（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
Claims (1)
- 【請求項１】 加熱された軸状素材を軸方向に加圧する
ことで当該素材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、 自由変形
部分の軸長／直径の比が３以下になるように軸状素材の
軸方向の一部が径外方向に変形するのを阻止して鍛造す
ることで当該素材の変形を阻止した部分以外の自由変形
部分を径外方向に膨出状に塑性変形させた後、当該素材
を反転して軸方向に圧縮して前記変形を阻止した部分を
自由鍛造することを特徴とする熱間据込鍛造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5318604A JP2807160B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 熱間据込鍛造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5318604A JP2807160B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 熱間据込鍛造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07171650A JPH07171650A (ja) | 1995-07-11 |
| JP2807160B2 true JP2807160B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=18100997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5318604A Expired - Fee Related JP2807160B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 熱間据込鍛造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2807160B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5550374B2 (ja) * | 2010-02-05 | 2014-07-16 | Ｍｍｃスーパーアロイ株式会社 | Ｎｉ基合金およびＮｉ基合金の製造方法 |
| US9267184B2 (en) | 2010-02-05 | 2016-02-23 | Ati Properties, Inc. | Systems and methods for processing alloy ingots |
| JP5915937B2 (ja) * | 2011-06-20 | 2016-05-11 | 日立金属株式会社 | 鍛造材の製造方法 |
| WO2013111768A1 (ja) * | 2012-01-23 | 2013-08-01 | 日立金属株式会社 | 熱間据込鍛造方法 |
| JP5960090B2 (ja) * | 2013-05-16 | 2016-08-02 | 株式会社神戸製鋼所 | 熱間押出鍛造方法 |
| JP5981884B2 (ja) * | 2013-06-11 | 2016-08-31 | 株式会社神戸製鋼所 | 熱間据込鍛造装置、及び熱間据込鍛造方法 |
| CN105834346B (zh) * | 2015-01-13 | 2017-11-03 | 中国科学院金属研究所 | 一种使用小压力高效愈合钢锭内部孔洞型缺陷的锻造方法 |
| CN106925700B (zh) * | 2017-04-27 | 2018-12-28 | 秦皇岛戴卡兴龙轮毂有限公司 | 一种铝合金车轮大高径比锻造成形方法 |
| CN110695304B (zh) * | 2019-10-17 | 2021-01-05 | 浙江凯名瑞汽车部件股份有限公司 | 用于汽车的球壳锻件的加工方法 |
| CN111283127B (zh) * | 2020-02-17 | 2022-08-26 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 合金铸锭的锻造方法 |
| CN113953431B (zh) * | 2021-11-08 | 2024-03-29 | 内蒙古北方重工业集团有限公司 | 超高径比大型合金钢锭自由锻压机镦粗方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3256885B2 (ja) * | 1993-02-16 | 2002-02-18 | 大同特殊鋼株式会社 | 長尺鋼材の鍛造方法 |
-
1993
- 1993-12-17 JP JP5318604A patent/JP2807160B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07171650A (ja) | 1995-07-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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