JP3755174B2

JP3755174B2 - Ｔｉ合金の鍛造加工方法

Info

Publication number: JP3755174B2
Application number: JP33277895A
Authority: JP
Inventors: 幸宏五十川; 茂糟屋
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JPH09150231A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＴｉ合金を鍛造加工するに際して加工中に金型との焼付きを防止し、パーツフォーマ等による連続生産も可能とするＴｉ合金の鍛造加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、コイル又はバー材を所定寸法に切断してスラグとし、パーツフォーマにてパンチとダイスにより連続的に鍛造加工して材料を段階的に成形し、ボルトその他の部品を連続的に生産することが行われている。
【０００３】
ところでＴｉ合金をパーツフォーマにて連続的に鍛造加工することを考えた場合、そのＴｉ合金、特にα＋β型のＴｉ合金は難加工性の材料であって室温における加工性が低く、変形抵抗が大きいため、パーツフォーマによる連続生産は困難であった。
具体的に述べると、Ｔｉ合金スラグに対して前方或いは後方押出しを施したときに容易に金型との間で焼付きが生じてしまい、加工を続行できない状態となる。
【０００４】
この場合、通常はスラグ表面に被膜形成してその被膜により加工時の潤滑を行うが、特にＴｉ合金の場合、被膜の付着強度が弱いのに加えてスラグ形成の段階で生じたバリや端面エッジが被膜切れの原因となり、加工中に容易に被膜が剥がれたり或いは消失してしまい、加工を行うことができなくなる。
【０００５】
このため、従来にあっては例えばＴｉ合金にてボルトを製造する場合、黒鉛潤滑を金型に施し、熱間鍛造により頭部の六角形状を据込加工により成形し、その後成形時に生じたバリをトリミング或いは機械切削により取り除くのが限度であり、或いはまた航空機用のファスナーの加工に際して、二硫化モリブデンをスラグに塗布した状態で４００〜６００℃の温度に加熱して、やはり頭部のみを据込みによって成形する程度のことが限度であった。
【０００６】
しかしながら同一サイズのスラグより寸法，形状の異なるボルトを製造する場合は、前方押出し或いは後方押出しによる穴開け加工等の強加工が不可避であって、このため従来にあってはＴｉ合金にてボルトをパーツフォーマにより連続生産するといったことは実際上実現困難であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の発明はこのような課題を解決するためになされたものである。
而して本願の発明は、Ｔｉ合金から成るコイル若しくはバー材を切断してスラグを得た後、該スラグに対して該Ｔｉ合金よりも硬質の研磨材を用いた研磨処理による表面肌荒らし処理を施して、該切断時に該スラグに生じたバリ及び端面エッジの除去を行うと同時に表面を凹凸形状化し、しかる後該スラグ表面に被膜を形成して押出及び据込加工を含む鍛造加工を施すことを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
次に請求項２の加工方法は、請求項１において、前記表面肌荒らし処理としてＴｉ合金よりも硬質の研磨石を用いたバレル研磨処理を施すことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の加工方法は、請求項１又は２において、前記Ｔｉ合金から成るスラグに対して前記被膜を形成するに際し、該被膜として黒鉛単体若しくは二硫化モリブデン単体被膜又は硫酸カリを主成分とする無機塩の下地被膜及び二硫化モリブデン被膜の組合せから成る二重被膜を形成することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の加工方法は、請求項１，２，３の何れかにおいて、前記Ｔｉ合金がα＋β型のＴｉ合金であって、該α＋β型Ｔｉ合金を４００〜９８０℃の温度範囲に加熱し、潤滑油を施した上で該温度範囲内で鍛造加工を行うことを特徴とする。
【００１１】
【作用及び発明の効果】
上記のように本発明では、Ｔｉ合金のコイル又はバー材を切断してスラグを得た後、研磨処理による表面肌荒らし処理を施してスラグのバリ及び切断端面のエッジの除去を行い、同時に切断端面を含む表面を凹凸形状化する。しかる後にその凹凸形状化した表面に対して被膜形成を行い、その後押出加工及び据込加工を含む鍛造加工を行う。
【００１２】
本発明に従ってスラグ表面に被膜形成した場合、予めスラグ表面に形成した凹凸によって被膜がスラグ表面に強固に密着保持され、しかもバリや端面エッジが除かれているため、加工中に被膜が剥がれたり消失したりするのが防止される。
【００１３】
従ってその後において押出加工等の強加工を含む鍛造加工を行った場合にも、良好に加工を行うことが可能となる。
また押出し等の強加工が可能であることから、同一サイズのスラグより各種寸法，形状のボルト等をパーツフォーマにて連続生産することも可能となる。
【００１４】
本発明においては、上記表面肌荒らし処理として硬質の研磨石（メディア）を用いたバレル研磨処理を行うことが望ましく、これによりスラグの切断端面のバリやエッジの除去と表面の凹凸形状化とを良好に行うことができる（請求項２）。
またスラグ表面に形成する被膜としては、黒鉛単体若しくは二硫化モリブデン単体又は硫酸カリを主成分とする無機塩の下地被膜及び二硫化モリブデン被膜の組合せから成る二重被膜が良好である（請求項３）。
【００１５】
上記Ｔｉ合金の中でも６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉで代表されるα＋β型のＴｉ合金は室温における加工性が劣るものであるが、これを鍛造加工するに際して４００〜９８０℃に加熱し、潤滑油を施すことで加工性が上がり、加工に際して金型の焼付きが生じ難くなって、パーツフォーマ等の連続多段成形機による加工も可能となり、Ｔｉ合金の生産性を飛躍的に高めることができる。
尚ここで加工温度を４００〜９８０℃としているのは、４００℃よりも低いと変形能が大幅に低下し、また９８０℃を超えると材料の組織が変わってしまうことによる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明においては、コイル又はバー材を剪断機等にて所定の長さごとに切断し、スラグを得る。そしてこれを研磨処理により表面肌荒らし処理する。その研磨処理としては、アルミナ等の研磨石を用いたバレル研磨処理を用いることができる。
この研磨処理において、コイル或いはバー材の切断時に生じたバリ及び切断端面のエッジを同時に除去する。
尚この研磨処理は、一定量のスラグをバレル槽内に投入してバッチ処理するのが一般的である。
【００１７】
次に、表面肌荒らし処理したスラグに対して被膜形成処理を行う。この被膜形成処理は例えば次のようにして行うことができる。
即ち、硫酸カリを主成分とした無機塩が溶解している処理槽内にスラグをバッチにて例えば約１０分程度浸漬処理し、そしてこれを乾燥した後、二硫化モリブデンが溶解してある槽内に数分間浸漬する。
【００１８】
その後被膜形成したスラグをスラグ供給装置に装填し、そして鍛造プレスの回転数に同期した送り機構にてスラグを逐次鍛造機内に送り込むことで、スラグに対する逐次的鍛造加工を連続的に行うことができる。
尚、Ｔｉ合金としてα＋β型のＴｉ合金、代表的には６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉ合金を用いることができ、この場合において４００℃〜９８０℃の温度範囲に例えば高周波加熱装置にて加熱した上で鍛造成形を行うことができ、その場合金型の潤滑兼冷却を兼ねて潤滑油として鉱油ベースのオイルを用いることができる。
【００１９】
【実施例】
次に本発明の実施例を以下に詳述する。
表１に示す成分を有する等軸α＋β組織（ＡＳＴＭＢ３４８−ＧＲ５）の棒材を素材として用いた。ここで素材は、途中の熱処理等による表面の酸化スケールを取り除くためにブローチ加工が施してあり、そのため表面は加工の影響を受けて表２に示す粗さとなっていた。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
この素材から以下の工程に従って鍛造用スラグを用意した。即ち、素材をパーツフォーマにて所定寸法ごとに切断してスラグを得、そしてこれをアルミナを研磨石としてバッチ的にバレル研磨処理を行った。尚このとき、比較のためにショットブラスト処理及び研磨石を用いないバレル研磨処理、即ちスラグ自体の擦れを利用したバレル研磨を併せて実施した。
【００２３】
その際のバレル研磨，ショットブラスト研磨の条件は表３の通りとした。但し表３中ＳＢはショットブラスト処理を、Ｂ１は研磨石を用いないバレル研磨処理を、Ｂ２は研磨石としてアルミナを用いたバレル研磨処理を示す。
【００２４】
【表３】

【００２５】
次に表４に示す条件でスラグ表面に被膜形成処理を施した。尚、表４中Ｃ１の黒鉛被膜の場合、５０℃の湯に溶かした黒鉛にスラグを浸漬することにより行い、またＣ３の被膜処理は、硫酸カリを主成分とする無機塩の被膜溶液を８０℃に加熱してそこにスラグを１０分間浸漬処理したうえ乾燥し、その後二硫化モリブデンのスプレー塗布或いは二硫化モリブデン粉末と研磨石とともにバレル装置へ装入し、バレル処理することにより、最終的に無機塩の被膜と二硫化モリブデンの二重被膜を形成する方法を採用した。
【００２６】
【表４】

【００２７】
次に、上記にて得たスラグを図１に示す工程（Ｉ），（II），（III）に従い、パーツフォーマ中にて油潤滑を施して室温にて端面矯正（両端面の平行度出し）及びコーナーの面取り（通常圧造Ｒと称し、０．２−０．４Ｒ）を行った。
尚、切断ままのスラグを使用した場合、数個の鍛造でダイス面に焼付きを発生し、連続の圧造が不可能であった。
【００２８】
このようにして製造したスラグは、両端面の平行度が確保されており、またその表面状態は各製造方法に準拠して表５に示すような表面粗さに変化していた。
【００２９】
【表５】

【００３０】
表５に示しているように、アルミナを研磨石として用いたバレル研磨を施した場合、スラグの表面が良好に凹凸化していることが分かる（Ａ７〜Ａ９）。
尚、スラグ表面に形成すべき凹凸形状は、平均値Ｒａで１．５〜５μｍが好ましい範囲である。スラグ表面をこの範囲内で凹凸化した場合、その表面に被膜を形成した場合、被膜の密着保持強度が高くなる。
【００３１】
尚、図１に示す工程に従ってスラグ成形を行ったところ、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６の場合１００個以内で全てダイスとの焼付きが発生し、その後の製品の試作工程に進めることができなかった。
【００３２】
次にＡ７，Ａ８，Ａ９のスラグを用いて量産ラインにおける被膜の効果を確認した。尚、図１のスラグ成形工程にて塗布した被膜は一旦洗浄して洗い流し、新たに付け直した。結果が表６に示してある。但し表６中の＃２，＃３，＃４，は図２中の各工程を表わしている。
ここで図２は、被膜の効果を確認するために行った製品鍛造工程を示すものである。
【００３３】
【表６】

【００３４】
この図２に示す製造ラインにおいては、一旦スラグを表６に示す各加熱温度に高周波誘導加熱にて加熱後、鍛造直前まで自動的に送給した。この場合、直前の温度を表６に示している。
ここで加熱温度を高めに保持するのは、スラグの搬送ラインでの温度低下を防ぐ意味がある。また鍛造直前の温度を高めに設定するほど連続鍛造時の加工度を上げることが可能である。
尚、図２に示す製造工程において絞り率は５１．３％である。
【００３５】
以上の結果から、難加工材であるα＋β型Ｔｉ合金である６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉにおいても、スラグ段階でバレル研磨によりバリ取り及び端面エッジの除去と同時に表面肌荒らしを行い、しかる後被膜形成した上で且つ４００〜９８０℃の温度範囲に加熱した上で鍛造加工を施すことにより、ボルトをパーツフォーマにて連続的に成形することが可能である。
【００３６】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるスラグ成形工程の説明図である。
【図２】図１で得たスラグからボルトを鍛造成形する際の工程説明図である。

Claims

Ｔｉ合金から成るコイル若しくはバー材を切断してスラグを得た後、該スラグに対して該Ｔｉ合金よりも硬質の研磨材を用いた研磨処理による表面肌荒らし処理を施して、該切断時に該スラグに生じたバリ及び端面エッジの除去を行うと同時に表面を凹凸形状化し、しかる後該スラグ表面に被膜を形成して押出及び据込加工を含む鍛造加工を施すことを特徴とするＴｉ合金の鍛造加工方法。
請求項１において、前記表面肌荒らし処理としてＴｉ合金よりも硬質の研磨石を用いたバレル研磨処理を施すことを特徴とするＴｉ合金の鍛造加工方法。
請求項１又は２において、前記Ｔｉ合金から成るスラグに対して前記被膜を形成するに際し、該被膜として黒鉛単体若しくは二硫化モリブデン単体被膜又は硫酸カリを主成分とする無機塩の下地被膜及び二硫化モリブデン被膜の組合せから成る二重被膜を形成することを特徴とするＴｉ合金の鍛造加工方法。
請求項１，２，３の何れかにおいて、前記Ｔｉ合金がα＋β型のＴｉ合金であって、該α＋β型Ｔｉ合金を４００〜９８０℃の温度範囲に加熱し、潤滑油を施した上で該温度範囲内で鍛造加工を行うことを特徴とするＴｉ合金の鍛造加工方法。