JP3227223B2 - 恒温型鍛造方法 - Google Patents
恒温型鍛造方法Info
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- JP3227223B2 JP3227223B2 JP26622792A JP26622792A JP3227223B2 JP 3227223 B2 JP3227223 B2 JP 3227223B2 JP 26622792 A JP26622792 A JP 26622792A JP 26622792 A JP26622792 A JP 26622792A JP 3227223 B2 JP3227223 B2 JP 3227223B2
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- forging
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ニッケル基合金あるい
は金属間化合物などの難塑性加工材料を成形する恒温型
鍛造方法に関するものである。
は金属間化合物などの難塑性加工材料を成形する恒温型
鍛造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】航空機エンジン用のタービンデイスクや
ブレード等に用いられるニッケル基合金や金属間化合物
等からなる耐熱高合金は、その材料特性のため塑性加工
は著しく難しい、そのため、通常その塑性加工には恒温
型鍛造法が適用され、また、その恒温型鍛造において
は、結晶粒の極めて微細な材料を用い、それら材料が超
塑性挙動を示す高温（1000℃以上）かつ低歪速度（10-2
〜10-4/sec）の領域において成形が行われる。
ブレード等に用いられるニッケル基合金や金属間化合物
等からなる耐熱高合金は、その材料特性のため塑性加工
は著しく難しい、そのため、通常その塑性加工には恒温
型鍛造法が適用され、また、その恒温型鍛造において
は、結晶粒の極めて微細な材料を用い、それら材料が超
塑性挙動を示す高温（1000℃以上）かつ低歪速度（10-2
〜10-4/sec）の領域において成形が行われる。
【０００３】一方、それら恒温型鍛造において、金型
は、1000℃以上の高温でかつ比較的長時間の過酷な条件
下におかれるため、モリブデン基合金やタングステン基
合金等の耐熱超合金およびファインセラミックス、ある
いはニッケル基鋳造耐熱超合金からなるものが用いられ
ていた。
は、1000℃以上の高温でかつ比較的長時間の過酷な条件
下におかれるため、モリブデン基合金やタングステン基
合金等の耐熱超合金およびファインセラミックス、ある
いはニッケル基鋳造耐熱超合金からなるものが用いられ
ていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、航空
機エンジン用部材等に用いられる耐熱高合金としては、
性能向上のためにより優れた高温強度がものが求めら
れ、その塑性加工はより困難なものとなる傾向にある。
そのため、それら材料を超塑性加工する温度領域も1,10
0℃〜 1,200℃となるものが多くなり、その恒温型鍛造
は、より高い温度領域で効率良く行うことが必要となっ
ている。
機エンジン用部材等に用いられる耐熱高合金としては、
性能向上のためにより優れた高温強度がものが求めら
れ、その塑性加工はより困難なものとなる傾向にある。
そのため、それら材料を超塑性加工する温度領域も1,10
0℃〜 1,200℃となるものが多くなり、その恒温型鍛造
は、より高い温度領域で効率良く行うことが必要となっ
ている。
【０００５】しかし、モリブデン基合金やタングステン
基合金は、1100℃以上の高温においても高強度を有する
が、大気雰囲気下では酸化して強度が著しく低下するの
で、これら合金を恒温型鍛造用金型として用いる場合、
酸化防止のために真空あるいは非酸化性雰囲気下で鍛造
することが必要となる。そのため排気装置やチャンバー
等を設けなければならず、それに伴い、装置構成が大が
かりになって設備費が高騰するだけでなく、被加工材の
出し入れも困難となって生産性が低下する。
基合金は、1100℃以上の高温においても高強度を有する
が、大気雰囲気下では酸化して強度が著しく低下するの
で、これら合金を恒温型鍛造用金型として用いる場合、
酸化防止のために真空あるいは非酸化性雰囲気下で鍛造
することが必要となる。そのため排気装置やチャンバー
等を設けなければならず、それに伴い、装置構成が大が
かりになって設備費が高騰するだけでなく、被加工材の
出し入れも困難となって生産性が低下する。
【０００６】また、ファインセラミックスは、高温な大
気雰囲気下においても酸化することなく高強度を有する
が、靭性に劣るため単独では金型として構成し難く、そ
れをバックアップする金属部材と複合して用いる必要が
あり、また、凹凸の多い複雑な金型や比較的大型な金型
に用いる場合、インプレッションのコーナＲ等の応力集
中部からの破壊を防ぐために、金型をコーナＲ部等から
複数に分割した組立構成とする必要も生じ、その構成が
複雑になって製造コストが高騰するたけでなく、メンテ
ナンスにも大きな負担を強いられる。
気雰囲気下においても酸化することなく高強度を有する
が、靭性に劣るため単独では金型として構成し難く、そ
れをバックアップする金属部材と複合して用いる必要が
あり、また、凹凸の多い複雑な金型や比較的大型な金型
に用いる場合、インプレッションのコーナＲ等の応力集
中部からの破壊を防ぐために、金型をコーナＲ部等から
複数に分割した組立構成とする必要も生じ、その構成が
複雑になって製造コストが高騰するたけでなく、メンテ
ナンスにも大きな負担を強いられる。
【０００７】一方、ニッケル基鋳造耐熱超合金製の一体
型の金型は、1000℃近傍の恒温大気雰囲気下で使用でき
るものとされており、これを1100℃以上の恒温型鍛造に
用いることができれば、設備および金型コストと生産効
率面で非常に有利であるものの、1100℃以上では金型イ
ンプレッションの応力集中部からの破壊の問題があり、
また応力集中部からの破壊を抑制する方法を定量的に示
したものは未だ知られてなく、そのままでは1100℃〜12
00℃の恒温型鍛造に用いることができない。
型の金型は、1000℃近傍の恒温大気雰囲気下で使用でき
るものとされており、これを1100℃以上の恒温型鍛造に
用いることができれば、設備および金型コストと生産効
率面で非常に有利であるものの、1100℃以上では金型イ
ンプレッションの応力集中部からの破壊の問題があり、
また応力集中部からの破壊を抑制する方法を定量的に示
したものは未だ知られてなく、そのままでは1100℃〜12
00℃の恒温型鍛造に用いることができない。
【０００８】本発明は上記従来技術の問題点を解消すべ
くなされたもので、塑性加工を施すにあたり、1100℃〜
1200℃の温度範囲で該塑性加工を行うことが必要な難塑
性加工材料をニッケル基耐熱合金からなる一体型の上下
金型を用いて、大気雰囲気下で、前記金型および前記難
塑性加工材料の温度を1100℃〜1200℃の温度範囲として
恒温型鍛造を行い得る恒温型鍛造方法の提供を目的する
ものである。
くなされたもので、塑性加工を施すにあたり、1100℃〜
1200℃の温度範囲で該塑性加工を行うことが必要な難塑
性加工材料をニッケル基耐熱合金からなる一体型の上下
金型を用いて、大気雰囲気下で、前記金型および前記難
塑性加工材料の温度を1100℃〜1200℃の温度範囲として
恒温型鍛造を行い得る恒温型鍛造方法の提供を目的する
ものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成とされている。すなわち、本
発明に係る恒温型鍛造方法は、塑性加工を施すにあた
り、1100℃〜1200℃の温度範囲で該塑性加工を行うこと
が必要な難塑性加工材料をニッケル基耐熱合金からなる
一体型の上下金型を用いて恒温型鍛造するについて、前
記ニッケル基耐熱合金がAl： 5.5〜 8.0wt％、Mo：10.0
〜20.0wt％、Hf：0.03〜 3.0wt％を含有し、残部実質的
にNiからなり、かつ、γ相が30〜 75vol％、γ’相が25
〜 60vol％、α相が 2.5〜 11vol％の相を有するもので
あって、金型インプレッションの各コーナＲの半径を 3
mm以上とし、かつ、金型に作用する最大負荷面圧を 250
MPa以下として、大気雰囲気下で、前記金型および前記
難塑性加工材料の温度を1100℃〜1200℃の温度範囲とし
て恒温型鍛造することを特徴とする。
めに、本発明は以下の構成とされている。すなわち、本
発明に係る恒温型鍛造方法は、塑性加工を施すにあた
り、1100℃〜1200℃の温度範囲で該塑性加工を行うこと
が必要な難塑性加工材料をニッケル基耐熱合金からなる
一体型の上下金型を用いて恒温型鍛造するについて、前
記ニッケル基耐熱合金がAl： 5.5〜 8.0wt％、Mo：10.0
〜20.0wt％、Hf：0.03〜 3.0wt％を含有し、残部実質的
にNiからなり、かつ、γ相が30〜 75vol％、γ’相が25
〜 60vol％、α相が 2.5〜 11vol％の相を有するもので
あって、金型インプレッションの各コーナＲの半径を 3
mm以上とし、かつ、金型に作用する最大負荷面圧を 250
MPa以下として、大気雰囲気下で、前記金型および前記
難塑性加工材料の温度を1100℃〜1200℃の温度範囲とし
て恒温型鍛造することを特徴とする。
【００１０】
【作用】金型の破壊は、応力集中部となる金型インプレ
ッションのコーナから発生し、また、その応力集中部に
作用する応力値は、コーナＲの半径と金型に負荷する最
大面圧の設定により低く制御することができる。本発明
者等は、それらの関係を定量化すべく、Al： 5.5〜 8.0
wt％、Mo：10.0〜20.0wt％、Hf：0.03〜 3.0wt％を含有
し、残部実質的にNiからなり、かつ、γ相が30〜 75vol
％、γ’相が25〜 60vol％、α相が 2.5〜 11vol％の相
を有して、高温強度特性を高めたニッケル基超耐熱合金
からなる金型（一体型の対の上下金型からなるもの）を
用いて、大気雰囲気下で1100℃〜1200℃の恒温型鍛造に
おける金型寿命についての実験および数値解析を行っ
た。
ッションのコーナから発生し、また、その応力集中部に
作用する応力値は、コーナＲの半径と金型に負荷する最
大面圧の設定により低く制御することができる。本発明
者等は、それらの関係を定量化すべく、Al： 5.5〜 8.0
wt％、Mo：10.0〜20.0wt％、Hf：0.03〜 3.0wt％を含有
し、残部実質的にNiからなり、かつ、γ相が30〜 75vol
％、γ’相が25〜 60vol％、α相が 2.5〜 11vol％の相
を有して、高温強度特性を高めたニッケル基超耐熱合金
からなる金型（一体型の対の上下金型からなるもの）を
用いて、大気雰囲気下で1100℃〜1200℃の恒温型鍛造に
おける金型寿命についての実験および数値解析を行っ
た。
【００１１】用いる金型のインプレッションの各コーナ
Ｒの半径を種々に変化させる一方、被加圧材に対する加
圧は10-2〜10-4/secの範囲内から選ばれた低歪速度に設
定すると共に、金型に対する最大負荷面圧を変化させて
繰り返し恒温型鍛造を行い、各鍛造後の金型のコーナＲ
部における亀裂の有無を精査したところ、コーナＲの半
径を 3mm未満としたものでは早期に亀裂が発生して実用
に耐えず、また 3mm以上としたものでは、〔図２〕のグ
ラフに示すように、金型破壊寿命は大幅に向上し、一
方、コーナＲの半径を 3mmとしたものでも、その金型に
対して 250MPa を超える負荷面圧を負荷した場合では、
亀裂の発生頻度が高くて実操業に適用し難く、最大負荷
面圧を 250MPa 以下とした場合で、〔図３〕のグラフに
示すように、金型破壊寿命は大幅に向上することが判明
した。なお、〔図２〕グラフではコーナＲの半径を 3mm
とした場合の金型破壊寿命を１として整理し、〔図３〕
のグラフでは最大負荷面圧を 250MPa とした場合の金型
破壊寿命を１として整理してそれぞれ示す。
Ｒの半径を種々に変化させる一方、被加圧材に対する加
圧は10-2〜10-4/secの範囲内から選ばれた低歪速度に設
定すると共に、金型に対する最大負荷面圧を変化させて
繰り返し恒温型鍛造を行い、各鍛造後の金型のコーナＲ
部における亀裂の有無を精査したところ、コーナＲの半
径を 3mm未満としたものでは早期に亀裂が発生して実用
に耐えず、また 3mm以上としたものでは、〔図２〕のグ
ラフに示すように、金型破壊寿命は大幅に向上し、一
方、コーナＲの半径を 3mmとしたものでも、その金型に
対して 250MPa を超える負荷面圧を負荷した場合では、
亀裂の発生頻度が高くて実操業に適用し難く、最大負荷
面圧を 250MPa 以下とした場合で、〔図３〕のグラフに
示すように、金型破壊寿命は大幅に向上することが判明
した。なお、〔図２〕グラフではコーナＲの半径を 3mm
とした場合の金型破壊寿命を１として整理し、〔図３〕
のグラフでは最大負荷面圧を 250MPa とした場合の金型
破壊寿命を１として整理してそれぞれ示す。
【００１２】本発明は、上記実験および数値解析により
把握された条件に基づいて定量化されたもので、金型イ
ンプレッションの各コーナＲの半径を 3mm以上とし、か
つ、金型に作用する最大負荷面圧を 250MPa 以下とする
ことによって、当該金型のコーナからの金型破壊を抑制
して耐用寿命を長く維持でき、ニッケル基耐熱合金から
なる一体型の上下金型を用いて、大気雰囲気下で、前記
金型および前記難塑性加工材料の温度を1100℃〜1200℃
の温度範囲として恒温型鍛造を行うことができる。
把握された条件に基づいて定量化されたもので、金型イ
ンプレッションの各コーナＲの半径を 3mm以上とし、か
つ、金型に作用する最大負荷面圧を 250MPa 以下とする
ことによって、当該金型のコーナからの金型破壊を抑制
して耐用寿命を長く維持でき、ニッケル基耐熱合金から
なる一体型の上下金型を用いて、大気雰囲気下で、前記
金型および前記難塑性加工材料の温度を1100℃〜1200℃
の温度範囲として恒温型鍛造を行うことができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。〔図１〕は本発明の実施例の恒温型鍛造方
法に用いた金型および恒温鍛造装置の概要構成を示す図
面である。
て説明する。〔図１〕は本発明の実施例の恒温型鍛造方
法に用いた金型および恒温鍛造装置の概要構成を示す図
面である。
【００１４】〔図１〕において、(1) は上金型、(2) は
下金型であって、これら上・下金型(1),(2) は、通常の
型鍛造に用いられる一体型（本例では、外径約 300mm、
高さ約 150mm）のもので、対向するキス面側に鍛造品
（本例ではタービンデイスク）を成形する対のインプレ
ッションを設け、かつそのインプレッションの各コーナ
Ｒの半径(r) は、全て 3.5mmとしたものである。また、
これら上・下金型(1),(2) は、Al： 5.5〜 8.0wt％、M
o：10.0〜20.0wt％、Hf：0.03〜 3.0wt％を含有し、残
部実質的にNiからなり、かつ、γ相が30〜75vol％、
γ’相が25〜 60vol％、α相が 2.5〜 11vol％の相を有
するニッケル基超耐熱合金からなるものである。
下金型であって、これら上・下金型(1),(2) は、通常の
型鍛造に用いられる一体型（本例では、外径約 300mm、
高さ約 150mm）のもので、対向するキス面側に鍛造品
（本例ではタービンデイスク）を成形する対のインプレ
ッションを設け、かつそのインプレッションの各コーナ
Ｒの半径(r) は、全て 3.5mmとしたものである。また、
これら上・下金型(1),(2) は、Al： 5.5〜 8.0wt％、M
o：10.0〜20.0wt％、Hf：0.03〜 3.0wt％を含有し、残
部実質的にNiからなり、かつ、γ相が30〜75vol％、
γ’相が25〜 60vol％、α相が 2.5〜 11vol％の相を有
するニッケル基超耐熱合金からなるものである。
【００１５】(3) は恒温鍛造装置であって、この恒温鍛
造装置(3) は、その作業部を囲撓するヒータ(4) を備え
た大気開放型のプレス装置である。ここで、下金型(2)
は、この恒温鍛造装置(3) の下アンビル(3b)に取り付け
られて、ヒータ(4) の内下部に位置させられ、上金型
(1) は、圧下アンビル(3a)に取り付けられて下金型(2)
に向けて圧下され、ヒータ(4) による恒温下において、
下金型(2) との間のインプレッション内に配置された被
鍛造材を低歪速度で加圧成形する。
造装置(3) は、その作業部を囲撓するヒータ(4) を備え
た大気開放型のプレス装置である。ここで、下金型(2)
は、この恒温鍛造装置(3) の下アンビル(3b)に取り付け
られて、ヒータ(4) の内下部に位置させられ、上金型
(1) は、圧下アンビル(3a)に取り付けられて下金型(2)
に向けて圧下され、ヒータ(4) による恒温下において、
下金型(2) との間のインプレッション内に配置された被
鍛造材を低歪速度で加圧成形する。
【００１６】本実施例では上記構成のもとで、ニッケル
基粉末超合金からなる被鍛造材を、大気雰囲気下で恒温
型鍛造して、所期のタービンデイスク材に成形した。ま
た、その恒温型鍛造における被鍛造材の加圧成形は、10
-2〜10-4/sec範囲内から選ばれた低歪速度に設定する一
方、ヒータ(4) による加圧成形時の保持温度は1100℃、
1150℃および1175℃と変化させたが、これら全ての恒温
型鍛造では、良好なタービンデイスク材が得られた。ま
た、数次の恒温型鍛造を繰り返した後の金型も極めて良
好な状態に保たれており、これらのことから本発明方法
の優れた効果を確認することができた。
基粉末超合金からなる被鍛造材を、大気雰囲気下で恒温
型鍛造して、所期のタービンデイスク材に成形した。ま
た、その恒温型鍛造における被鍛造材の加圧成形は、10
-2〜10-4/sec範囲内から選ばれた低歪速度に設定する一
方、ヒータ(4) による加圧成形時の保持温度は1100℃、
1150℃および1175℃と変化させたが、これら全ての恒温
型鍛造では、良好なタービンデイスク材が得られた。ま
た、数次の恒温型鍛造を繰り返した後の金型も極めて良
好な状態に保たれており、これらのことから本発明方法
の優れた効果を確認することができた。
【００１７】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係る恒温
型鍛造方法によれば、塑性加工を施すにあたり、1100℃
〜1200℃の温度範囲で該塑性加工を行うことが必要な難
塑性加工材料をニッケル基耐熱合金からなる一体型の上
下金型を用いて、大気雰囲気下で、前記金型および前記
難塑性加工材料の温度を1100℃〜1200℃の温度範囲とし
て恒温型鍛造を行うことができ、もって、難塑性加工性
のニッケル基合金や金属間化合物等からなる耐熱高合金
部材の恒温型鍛造に適用して、その生産性の向上に大き
く寄与することができる。
型鍛造方法によれば、塑性加工を施すにあたり、1100℃
〜1200℃の温度範囲で該塑性加工を行うことが必要な難
塑性加工材料をニッケル基耐熱合金からなる一体型の上
下金型を用いて、大気雰囲気下で、前記金型および前記
難塑性加工材料の温度を1100℃〜1200℃の温度範囲とし
て恒温型鍛造を行うことができ、もって、難塑性加工性
のニッケル基合金や金属間化合物等からなる耐熱高合金
部材の恒温型鍛造に適用して、その生産性の向上に大き
く寄与することができる。
【図１】本発明の実施例の恒温型鍛造方法に用いた金型
および恒温鍛造装置の概要構成を示す面図である。
および恒温鍛造装置の概要構成を示す面図である。
【図２】本発明に関わる金型インプレッションのコーナ
Ｒの半径と金型破壊寿命との関係を示すグラフである。
Ｒの半径と金型破壊寿命との関係を示すグラフである。
【図３】本発明に関わる金型に作用する負荷面圧と金型
破壊寿命との関係を示すグラフである。
破壊寿命との関係を示すグラフである。
(1) --上金型 (2) --下金型 (3) --恒温鍛造装置 (3a)--上アンビル (3b)--下アンビル (4) --ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−50429（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−41642（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−299732（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−16828（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−133133（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B21J 1/00 - 13/14 B21J 17/00 - 19/04 B21K 1/00 - 31/00
Claims (1)
- 【請求項１】 塑性加工を施すにあたり、1100℃〜1200
℃の温度範囲で該塑性加工を行うことが必要な難塑性加
工材料をニッケル基耐熱合金からなる一体型の上下金型
を用いて恒温型鍛造するについて、前記ニッケル基耐熱
合金がAl： 5.5〜 8.0wt％、Mo：10.0〜20.0wt％、Hf：
0.03〜 3.0wt％を含有し、残部実質的にNiからなり、か
つ、γ相が30〜 75vol％、γ’相が25〜 60vol％、α相
が 2.5〜 11vol％の相を有するものであって、金型イン
プレッションの各コーナＲの半径を 3mm以上とし、か
つ、金型に作用する最大負荷面圧を 250MPa 以下とし
て、大気雰囲気下で、前記金型および前記難塑性加工材
料の温度を1100℃〜1200℃の温度範囲として恒温型鍛造
することを特徴とする恒温型鍛造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26622792A JP3227223B2 (ja) | 1992-10-05 | 1992-10-05 | 恒温型鍛造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26622792A JP3227223B2 (ja) | 1992-10-05 | 1992-10-05 | 恒温型鍛造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06114483A JPH06114483A (ja) | 1994-04-26 |
| JP3227223B2 true JP3227223B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=17428039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26622792A Expired - Lifetime JP3227223B2 (ja) | 1992-10-05 | 1992-10-05 | 恒温型鍛造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3227223B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103831380A (zh) * | 2013-12-15 | 2014-06-04 | 无锡透平叶片有限公司 | 一种gh4169合金锻件的模锻成型工艺 |
| WO2019065542A1 (ja) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | 日立金属株式会社 | 熱間鍛造材の製造方法 |
| WO2019065543A1 (ja) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | 日立金属株式会社 | 熱間鍛造材の製造方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6230539B1 (en) * | 1999-09-03 | 2001-05-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Ultra precision net forming process employing controlled plastic deformation of metals at elevated temperatures |
| WO2008106858A1 (fr) * | 2007-03-05 | 2008-09-12 | Guizhou Anda Aviation Forging Co., Ltd. | Procédé de forgeage quasi-isothermique, à l'air, d'une pièce forgée en forme de disque de superalliages à base de nickel |
| CN102303083B (zh) * | 2011-06-30 | 2013-05-29 | 钢铁研究总院 | 制备难变形合金饼坯的快速等温锻造方法和装置 |
-
1992
- 1992-10-05 JP JP26622792A patent/JP3227223B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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