JP5932181B1 - リング成形体の製造方法、及びリング素材 - Google Patents

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Abstract

デッドメタル領域を減少させたリング成形体を確実かつ効率的に作製可能なリング成形体の製造方法、並びに当該リング成形体の作製に用いられるリング素材を提供する。本発明は、リング成形体の中心軸線方向両側にそれぞれ突出すると共にリング成形体の周方向に沿って延びる２つの凸部を有するリング成形体の製造方法に関する。かかる製造方法は、凸部に対応する凹部をそれぞれ形成した２つの型内に、リング素材を、２つの型の一方における凹部の外周側角部から外周側の領域、及び２つの型の他方における凹部の内周側角部から内周側の領域によって支持するように配置し、その後、２つの型によってリング素材を該リング素材の中心軸線方向に押圧するようにリング素材に鍛造を施して、リング成形体を作製する。また、本発明は、当該リング成形体の作製に用いられるリング素材に関する。

Description

本発明は、鍛造を用いたリング成形体の製造方法に関する。また、本発明は、当該リング成形体を作製するために鍛造を施すリング素材に関する。
例えば、航空機等に用いられるエンジンにおいては、複数のタービンディスクがその中心軸線に沿って並んで配置され、各タービンディスクには周方向に間隔を空けて複数のタービン翼が取り付けられている。特に、航空機に用いられるエンジンにおいては、エンジン内部で発生する高温かつ高圧の燃焼ガスが、複数のタービンディスクの外周部にて、中心軸線方向の前段側から後段側に向かう方向に流れて、複数のタービン翼と共に複数のタービンディスクがその中心軸線回りにて高速回転する。この回転により生ずる駆動力が、複数のタービンディスクに対して中心軸線方向の前段側に位置するコンプレッサー及びファンに伝達されて、ガスの連続的な燃焼に必要とされる圧縮空気、及び推進力が得られるようになっている。
一般的に、タービンディスクは、略リング形状に形成された成形体（以下、「リング成形体」という）に切削加工等を施すことによって作製される。このリング成形体においては、典型的には、その中心軸線方向両側にそれぞれ突出する凸部が形成され、さらに、この凸部がリング成形体の周方向に延びるように形成されている。
タービンディスクの外周部は、燃焼ガスに晒されるために約６００℃〜７００℃の高温となる一方で、タービンディスクの内周部は、外周部に対して低温に抑えられている。このようなタービンディスクの内部では、エンジンの起動及び停止を繰り返すことによって熱応力が生ずるので、タービンディスクは優れた低サイクル疲労特性を有することが要求されている。さらに、タービンディスクの外周部は、高温下にて上述の高速回転により遠心力を受けるので、タービンディスクは高いクリープ強度特性をさらに有することが要求されている。加えて、タービンディスクは高い引張強度及び高い降伏強度を有することが要求されている。よって、タービンディスクに用いられるリング成形体は、このような要求に応じた十分な機械的強度を有することが必要とされている。
そこで、リング成形体の製造方法の一例では、リング成形体の機械的強度を確保するために、略リング形状に形成された素材（以下、「リング素材」という）を、鍛造（鍛造プレス）によってリング成形体に成形することが行われている。具体的には、リング成形体の凸部に対応する凹部をそれぞれ形成した２つの型内に、リング素材を配置し、その後、リング素材を２つの型によって挟み込みかつ押圧する鍛造加工を施す。鍛造工程において、流動したリング素材が２つの型の凹部に充満して、リング成形体の凸部が形成され、リング成形体が得られる。（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）かかる鍛造においては、リング成形体にひずみが与えられて、リング成形体を形成する結晶粒が微細化するので、特に、引張強度、疲労強度等の機械的強度を向上させることができる。なお、鍛造に用いられる設備としては、鍛造速度の厳密な制御を可能とする油圧制御鍛造プレス機が用いられることが多くなっている。また、上述した製造方法の一例にて作製されるリング成形体は、特に、大型のタービンディスクの作製に用いられることが多くなっている。
特開昭５２−１３１９６７号公報 特開２０１１−０７９０４３号公報
ここで、鍛造工程にて、特に鍛造初期段階で型と接触するリング素材の表面領域においては、型に材料が固着するために、ひずみが与えられ難くなる。また、鍛造工程において、型と接触するリング素材の表面領域の温度は、主に金属製である型への抜熱の影響によって、リング素材の中心領域の温度と比較して低下する。これらの要因のために、リング成形体の特に鍛造初期段階で型と接触する表面領域に相当する領域は、その中心領域と比較して粗大な組織を有することとなって、所望の機械的特性を得ることが難しい領域となる。このような領域は、いわゆるデッドメタルと呼ばれるものであり、リング成形体にてタービンディスクとして用いられる領域（以下、「タービンディスク領域」という）に、このようなデッドメタルが残存することを回避することが求められている。そこで、デッドメタル領域がタービンディスク領域に含まれないようにするために、リング成形体に予め余肉を多く設定し、鍛造後に余肉部分を切削加工等により取り除いている。
しかしながら、上述したリング成形体の製造方法の一例においては、鍛造開始時及び鍛造初期段階にて、２つの型内のリング素材が、型の凹部の開口から該凹部の内外周両側にそれぞれ位置する領域全体に接触する。その結果、リング素材の表面領域の広い範囲にてひずみが与えられ難くなり、かつリング素材の表面領域の広い範囲における温度が低下し易くなり、このように作製されたリング成形体のデッドメタル領域が増加するおそれがある。そのため、デッドメタル領域に対応するリング成形体の余肉部分を増加させて、多くの余肉部分を除去する必要がある。そこで、このようなデッドメタル領域を減少させて、余肉部分を減少させたニアネットシェイプ鍛造を実現することが望まれている。
さらに、上述したリング成形体の製造方法の一例においては、特に、作製されるリング成形体の２つの凸部がリング成形体の径方向にズレて配置されている場合に、鍛造工程にて、流動したリング素材が型の凹部内に充満し難くなっている。その結果、リング成形体の凸部が形成され難くなって、リング成形体の作製が難しくなるので、このことは問題である。
本発明は、上記実情を鑑みて想到されたものであり、本発明の目的は、デッドメタル領域を減少させたリング成形体を確実かつ効率的に作製可能とするリング成形体の製造方法を提供することにある。さらに、本発明の目的は、デッドメタル領域を減少させたリング成形体を作製するために鍛造されるリング素材を提供することにある。
課題を解決するために、本発明の一態様に係るリング成形体の製造方法は、リング成形体の中心軸線方向両側にそれぞれ突出すると共にリング成形体の周方向に沿って延びる２つの凸部を有するリング成形体の製造方法であって、前記凸部に対応する凹部をそれぞれ形成した２つの型内に、リング素材を、前記２つの型の一方における前記凹部の外周側角部から外周側の領域、及び前記２つの型の他方における前記凹部の内周側角部から内周側の領域によって支持するように配置した後に、前記２つの型によって前記リング素材を該リング素材の中心軸線方向に押圧するように前記リング素材に鍛造を施して、前記リング成形体を作製するステップを含む。また、本発明の一態様に係るリング素材は、リング成形体の中心軸線方向両側にそれぞれ突出すると共にリング成形体の周方向に沿って延びる２つの凸部を有するリング成形体を作製するために鍛造を施すリング素材であって、リング素材の片側断面を、リング素材の中心軸線方向における最大高さ中央を基準としてリング素材の中心軸線方向の一方側領域及び他方側領域に分けたと想定した場合に、前記一方側領域の重心と前記他方側領域の重心とを結んだ直線を、リング素材の中心軸線に対して７度以上かつ４０度以下の角度範囲で傾けて形成している。
本発明の一態様に係るリング成形体の製造方法によれば、デッドメタル領域を減少させたリング成形体を確実かつ効率的に作製することができる。また、本発明の一態様に係るリング素材によれば、当該リング素材を鍛造することによって、デッドメタル領域を減少させたリング成形体を作製することができる。
本発明の第１実施形態に係る製造方法によって作製されるリング成形体を概略的に示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る製造方法によって作製されるリング成形体の片側断面図である。 本発明の第１実施形態に係る製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る製造方法の荒地鍛造を施すビレットを概略的に示す全断面図である。 本発明の第１実施形態に係る製造方法における荒地鍛造により作製された荒地鍛造体を概略的に示す全断面図である。 本発明の第１実施形態に係る製造方法における穿孔加工により作製された穿孔体を概略的に示す全断面図である。 本発明の第１実施形態に係る製造方法におけるリング圧延を説明するための図である。 （ａ）本発明の第１実施形態に係る製造方法における仕上げ鍛造開始直前のリング圧延体の配置状態を概略的に示す片側断面図である。（ｂ）当該仕上げ鍛造終了直後の状態を概略的に示す片側断面図である。 図８（ａ）のリング圧延体を概略的に示す片側断面図である。
本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係るリング成形体の製造方法、及び当該リング成形体の作製に用いられるリング素材について、図１〜図９を参照しながら以下に説明する。なお、本発明の第１実施形態〜第３実施形態では、中心軸線を基準として略対称である物体（以下、「対称物体」という）の断面、及びかかる断面を示す図について以下のような名称を用いる。中心軸線を通る平面により対称物体を切断した断面のうち中心軸線に対して一方側のものを「片側断面」と呼び、例えば、図２、図８、及び図９のように、片側断面を示す図を「片側断面図」と呼ぶ。また、中心軸線を通る平面により対称物体を切断した断面のすべてを「全断面」と呼び、例えば、図４〜図６のように、全断面を示す図を「全断面図」と呼ぶ。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る製造方法により作製されるリング成形体について説明する。リング成形体は、航空機等のエンジンのタービンディスクを作製するために用いられるものであり、さらに、成形後のリング成形体に熱処理を施すこと、リング成形体の余肉部分を切削加工により除去すること等によってタービンディスクが作製される。典型的には、このリング成形体は金属製となっており、本実施形態では、リング成形体を、Ｎｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８を用いて作製する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、高温強度に優れたリング成形体を作製可能とするような金属が用いられていればよい。一例として、リング成形体が、高温強度に優れるＮｉ基合金、Ｆｅ基合金、Ｃｏ基合金等を用いて作製されるとよい。
図１及び図２に示すように、このようなリング成形体１は、その中心軸線１ａ中心に略リング形状に形成された基部１ｂを有している。リング成形体１は、基部１ｂから中心軸線方向の両側にそれぞれ突出する一方側凸部１ｃ及び他方側凸部１ｄを有しており、これら２つの凸部１ｃ，１ｄは、リング成形体１の周方向に沿って延びるように形成されている。なお、図２では、リング成形体１における一方側凸部１ｃと他方側凸部１ｄとがリング成形体１の径方向にて一致して配置されているが、リング成形体１における一方側凸部１ｃと他方側凸部１ｄとをリング成形体１の径方向にてズレて配置することもできる。
このようなリング成形体１の製造方法の概略について図３を参照して説明する。ビレット２（図４に示す）に第１鍛造として荒地鍛造を施して、第１鍛造体として荒地鍛造体３（図５に示す）を作製する。（荒地鍛造ステップ（第１鍛造ステップ）Ｓ１）荒地鍛造体３に穿孔加工を施して、穿孔体４（図６に示す）を作製する。なお、必要に応じて、穿孔体４に中間リング圧延を施してもよい。（穿孔ステップＳ２）穿孔体４にリング圧延を施して、リング素材として構成されたリング圧延体５（図８（ａ）及び図９に示す）を作製する。（リング圧延ステップＳ３）リング圧延体５に第２鍛造として仕上げ鍛造を施して、第２鍛造体として上述のリング成形体１を作製する。（仕上げ鍛造ステップ（第２鍛造ステップ）Ｓ４）
リング成形体１の製造方法における各ステップの詳細について以下に説明する。
［荒地鍛造ステップＳ１について］
荒地鍛造ステップＳ１の詳細について説明する。図４に示すように、荒地鍛造を施す素材として、中心軸線２ａ中心に略円柱形状に形成されたビレット２を、Ｎｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８を用いて作製する。その後、ビレット２を型等によって押圧して、図５に示すような荒地鍛造体３を作製する。一例として、ビレット２がＮｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８を用いて作製される場合には、荒地鍛造ステップＳ１にて用いられるビレット２の加熱温度は、９００度以上かつ１０７５度以下の範囲となっていると好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、ビレット２がＮｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８以外の金属を用いて作製される場合、加熱温度は、このようなビレットに荒地鍛造を施すことに適合するように設定されるとよい。
図５に示すように、荒地鍛造体３は、中心軸線３ａ中心に略円板形状に形成された底部３ｂと、該底部３ｂの外周から底部３ｂの中心軸線方向一方に向かうに従って底部３ｂの中心から外周に向かう方向に傾斜する周壁部３ｃとを有するように形成されている。なお、図５において、底部３ｂと周壁部３ｃとの境界線を破線により示す。後述する穿孔加工では、この破線に沿って底部３ｂが除去されることとなる。このような荒地鍛造体３においては、周壁部３ｃの片側断面を、荒地鍛造体３の中心軸線方向における最大高さｈ１の中央線３ｄを基準として荒地鍛造体３の中心軸線方向の一方側領域３ｅ及び他方側領域３ｆに分けたと想定した場合に、一方側領域３ｅの重心３ｇと他方側領域３ｆの重心３ｈとを結んだ直線３ｉを、荒地鍛造体３の中心軸線３ａの平行線３ｊ、すなわち、荒地鍛造体３の中心軸線３ａに対して角度θ１傾けている。この角度θ１は、７度以上かつ４０度以下の範囲内であるとよい。
［穿孔ステップＳ２について］
穿孔ステップＳ２の詳細について説明する。図５に示した荒地鍛造体３の底部３ｂを除去するように、荒地鍛造体３に対して、プレス加工による抜き落とし、ウォーターカッターによる切削等により穿孔加工を施す。その結果、図６に示すように、中心軸線４ａに沿った貫通孔４ｂを有する穿孔体４が作製されることとなる。かかる穿孔体４は、荒地鍛造体３の周壁部３ｃに相当する周壁部４ｃを有している。また、必要に応じて、穿孔体４に中間リング圧延を施すとよい。
［リング圧延ステップＳ３について］
リング圧延ステップＳ３について説明する。リング圧延ステップＳ３においては、一例として、図７に示すようなリング圧延装置１１を用いる。かかるリング圧延装置１１は、穿孔体４の外周側及び内周側にそれぞれ位置するメインロール１２及びマンドレルロール１３を有している。メインロール１２及びマンドレルロール１３の外周面は互いに対向している。メインロール１２は、その中心を通ると共に穿孔体４の中心軸線４ａと略平行に延びる回転軸線１２ａ周りに回転可能に構成されており、メインロール１２の外周面は、作製されるリング圧延体５の外周面に対応して傾斜して形成されている。マンドレルロール１３もまた、その中心を通ると共に穿孔体４の中心軸線４ａと略平行に延びる回転軸線１３ａ周りに回転可能に構成されており、マンドレルロール１３の外周面は、作製されるリング圧延体５の内周面に対応して傾斜して形成されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、メインロール及びマンドレルロールが略円柱形状に形成されて、メインロール及びマンドレルロールの回転軸線が、それぞれ、作製されるリング圧延体５の外周面及び内周面に対応して傾斜して配向されていてもよい。また、リング圧延装置１１は、穿孔体４の中心軸線方向両側に位置する一対のアキシャルロール１４，１５を有している。一対のアキシャルロール１４，１５の外周面は互いに対向している。一対のアキシャルロール１４，１５は、それぞれ、それらの中心を通る回転軸線１４ａ，１５ａ周りに回転可能に構成されている。
このようなリング圧延装置１１を用いたリング圧延ステップＳ３においては、最初に、リング圧延装置１１に穿孔体４を投入する。一例として、穿孔体４がＮｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８を用いて作製される場合には、リング圧延装置１１に投入される穿孔体４の加熱温度は、９００度以上かつ１０５０度以下の範囲内となっていると好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、穿孔体４がＮｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８以外の金属を用いて作製される場合、加熱温度は、このような穿孔体４にリング圧延を施すことに適合するように設定されるとよい。メインロール１２及びマンドレルロール１３の外周面をそれぞれ穿孔体４の外周面及び内周面に当接させ、さらに、一対のアキシャルロール１４，１５の外周面をそれぞれ穿孔体４の中心軸線方向両側面に当接させる。メインロール１２及びマンドレルロール１３を回転軸線１２ａ，１３ａ周りに回転させながら、メインロール１２及びマンドレルロール１３によって穿孔体４を該穿孔体４の径方向にて挟み込みかつ押圧する。また、一対のアキシャルロール１４，１５を回転軸線１４ａ，１５ａ周りに回転させながら、一対のアキシャルロール１４，１５によって穿孔体４を該穿孔体４の中心軸線方向にて挟み込みかつ押圧する。その結果、リング圧延体５が作製される。
かかるリング圧延体５は、リング圧延体５の中心軸線５ａ中心に略リング形状に形成されており、リング圧延体５の片側断面は傾斜して形成されている。具体的には、図９に示すように、リング圧延体５の片側断面を、リング圧延体５の中心軸線方向における最大高さｈ２の中央線５ｂを基準としてリング圧延体５の中心軸線方向の一方側領域５ｃ及び他方側領域５ｄに分けたと想定した場合に、一方側領域５ｃの重心５ｅと他方側領域５ｄの重心５ｆとを結んだ直線５ｇを、リング圧延体５の中心軸線５ａの平行線５ｈ、すなわち、リング圧延体５の中心軸線５ａに対して角度θ２傾ける。この角度θ２は、７度以上かつ４０度以下の範囲内であるとよい。さらには、角度θ２は、１０度以上かつ２５度以下の範囲内であるとより好ましい。後述の仕上げ鍛造ステップＳ４において、特に、航空機用タービンディスクの素材として適するように十分なひずみを入れることができるためである。リング圧延体５における片側断面の角度θ２は、荒地鍛造体３における周壁部３ｃの片側断面の角度θ１と同一であっても、異なっていてもよい。角度θ２が角度θ１と異なる場合、このような角度を変化させるように穿孔体４をリング圧延するとよい。
また、一例として、リング圧延体５の外周面を、該リング圧延体５の内周から外周に向かう方向に突出する略円弧形状に形成してもよく、このような略円弧形状のリング圧延体５の外周面を形成するために、メインロール１２の外周面を、リング圧延体５の外周面に対応してリング圧延体５の内周から外周に向かう方向に凹む略円弧形状に形成してもよい。リング圧延体５の内周面を、該リング圧延体５の外周から内周に向かう方向に突出する略円弧形状に形成してもよく、このような略円弧形状のリング圧延体５の内周面を形成するために、マンドレルロール１３の外周面を、リング圧延体５の内周面に対応してリング圧延体５の外周から内周に向かう方向に凹む略円弧形状に形成してもよい。
［仕上げ鍛造ステップＳ４について］
仕上げ鍛造ステップＳ４について説明する。仕上げ鍛造ステップＳ４においては、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すような一方側型１６及び他方側型１７を用いる。一方側型１６は、リング成形体１の一方側凸部１ｃに対応した凹部１６ａと、リング成形体１の基部１ｂの一方側領域に対応した開口側凹部１６ｂとを有している。他方側型１７は、リング成形体１の他方側凸部１ｄに対応した凹部１７ａと、リング成形体１の基部１ｂの他方側領域に対応した開口側凹部１７ｂとを有している。
仕上げ鍛造ステップＳ４では、このような２つの型１６，１７内にリング圧延体５を配置し、その後、リング圧延体５を２つの型１６，１７によってリング圧延体５の中心軸線方向に挟み込みかつ押圧する。一例として、リング圧延体５がＮｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８を用いて作製される場合には、２つの型１６，１７に配置されるリング圧延体５の加熱温度は、９００度以上かつ１０５０度以下の範囲内となっていると好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、リング圧延体５がＮｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８以外の金属を用いて作製される場合、加熱温度は、このようなリング圧延体５に仕上げ鍛造を施すことに適合するように設定されるとよい。
上述のリング圧延体５の配置状態では、リング圧延体５が、一方側型１６における凹部１６ａの外周側角部１６ｃから外周側の領域（以下、「外周側支持領域」という）と、他方側型１７における凹部１７ａの内周側角部１７ｃから内周側の領域（以下、「内周側支持領域」という）とによって支持されている。なお、ここで述べた「凹部１６ａの外周側角部１６ｃ」は、一方側型１６における凹部１６ａの外周面１６ａ１及び開口側凹部１６ｂの外周側底面１６ｂ１間の角部を意味し、かつ「凹部１７ａの内周側角部１７ｃ」は、他方側型１７における凹部１７ａの内周面１７ａ１及び開口側凹部１７ｂの内周側底面１７ｂ１間の角部を意味するものとする。さらに、リング圧延体５は、一方側型１６における外周側支持領域、及び他方側型１７における内周側支持領域以外の領域と間隔を空けて配置されていると好ましい。言い換えれば、リング圧延体５における傾斜した直線５ｇの方向の両端部が、それぞれ、２つの型１６，１７に当接して、リング圧延体５が２つの型１６，１７によってリング圧延体５の中心軸線方向及び径方向に拘束されている。
特に、本実施形態では、図８（ａ）に示されるように、リング圧延体５が、一方側型１６における開口側凹部１６ｂの外周側底面１６ｂ１及び外周面１６ｂ２と、他方側型１７における開口側凹部１７ｂの内周側底面１７ｂ１及び内周面１７ｂ２とによって支持されている。さらに、リング圧延体は、一方側型１６における開口側凹部１６ｂの外周側底面１６ｂ１及び外周面１６ｂ２並びに他方側型１７における開口側凹部１７ｂの内周側底面１７ｂ１及び内周面１７ｂ２以外の領域と間隔を空けて配置されていると好ましい。
また、仕上げ鍛造時には、流動したリング圧延体５が、一方側型１６の凹部１６ａ及び開口側凹部１６ｂ、並びに他方側型１７の凹部１７ａ及び開口側凹部１７ｂに充満する。その結果、リング成形体１が作製されることとなる。
このような本実施形態に係るリング成形体１の製造方法においては、仕上げ鍛造ステップＳ４にて、２つの型１６，１７内に、リング圧延体５を配置する際に、リング圧延体５を、一方側型１６における外周側支持領域と、他方側型１７における内周側支持領域とによって支持し、さらに、リング圧延体５を、一方側型１６における外周側支持領域及び他方側型１７における内周側支持領域以外の領域と間隔を空けて配置している。そのため、仕上げ鍛造ステップＳ４において、リング圧延体５と２つの型１６，１７との接触面積を減少させることができて、その結果、仕上げ鍛造の開始時及び初期段階において、２つの型１６，１７にリング圧延体５の材料が固着する領域が少なくなるため、作製されるリング成形体１に十分にひずみを与えることができる。また、リング圧延体５の表面領域の温度が２つの型１６，１７への抜熱の影響によって低下することを防止できるので、作製されたリング成形体１の表面領域における金属組織の結晶が粗大化することを防止できる。よって、デッドメタル領域を減少させたリング成形体１を確実かつ効率的に作製することができる。ひいては、デッドメタル領域に対応したリング成形体１の余肉部分を減少させて、ニアネットシェイプ鍛造を実現することができる。さらに、リング成形体１における一方側凸部１ｃと他方側凸部１ｄとがリング成形体１の径方向にズレて配置される場合においても、流動したリング圧延体５が２つの型１６，１７の凹部１６ａ，１７ａに確実に充満して、リング成形体１の２つの凸部１ｃ，１ｄを確実に形成できる。
本実施形態に係るリング成形体１の製造方法、及び本実施形態に係るリング素材としてのリング圧延体５においては、仕上げ鍛造の開始時及び初期段階に、２つの型１６，１７内に配置されたリング圧延体５の傾斜角度θ２が、７度以上かつ４０度以下の範囲内となっている。そのため、傾斜角度θ２を７度以上とすることによって、仕上げ鍛造ステップＳ４において、リング圧延体５が座屈することを防止できる。さらに、傾斜角度θ２を４０度以下とすることによって、仕上げ鍛造ステップＳ４において、リング圧延体５の回転により仕上げ鍛造が不安定になる結果、所望の形状が得られない現象（以下、「リング圧延体５の回転現象」という）を防止できる。よって、デッドメタル領域を減少させたリング成形体１を確実かつ効率的に作製することができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るリング成形体の製造方法、及び当該リング成形体の作製に用いられるリング素材について説明する。本実施形態に係るリング成形体の製造方法、及び当該リング成形体の作製に用いられるリング素材は、基本的には第１実施形態に係るものと同様である。しかしながら、本実施形態に係るリング成形体の製造方法、及び当該リング成形体の作製に用いられるリング素材は、以下の点で、第１実施形態に係るものと異なっている。
特に図示はしないが、リング素材としてのリング圧延体に、一方側型における凹部の外周側角部に対応した窪み部が形成されている。一例として、窪み部は、リング圧延の後に、切削加工、プレス加工等の機械加工によって形成されるとよい。仕上げ鍛造ステップにおいて、このようなリング圧延体が、その窪み部と嵌合する一方側型における凹部の外周側角部によって支持され、かつ他方側型における開口側凹部の内周側底面及び内周面によって支持される。さらに、リング圧延体は、一方側型における凹部の外周側角部並びに他方側型における開口側凹部の内周側底面及び内周面以外の領域と間隔を空けて配置されると好ましい。
このような本実施形態に係るリング成形体の製造方法、及び本実施形態に係るリング素材としてのリング圧延体においては、第１実施形態にて得られる効果に加えて、一方側型における凹部の外周側角部に嵌合するリング圧延体の窪み部によって、リング圧延体を２つの型内にて安定して支持することができる。よって、デッドメタル領域を減少させたリング成形体を確実かつ効率的に作製することができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係るリング成形体の製造方法、及び当該リング成形体の作製に用いられるリング素材について説明する。本実施形態に係るリング成形体の製造方法、及び当該リング成形体の作製に用いられるリング素材は、基本的には第１実施形態に係るものと同様である。しかしながら、本実施形態に係るリング成形体の製造方法、及び当該リング成形体の作製に用いられるリング素材は、以下の点で、第１実施形態に係るものと異なっている。
特に図示はしないが、リング素材としてのリング圧延体には、一方側型における凹部の外周側角部及び他方側型における凹部の内周側角部にそれぞれ対応した窪み部が形成されている。一例として、窪み部は、リング圧延の後に、切削加工、プレス加工等の機械加工によって形成されるとよい。仕上げ鍛造ステップにおいて、このようなリング圧延体が、２つの窪み部にそれぞれ嵌合する一方側型における凹部の外周側角部及び他方側型における凹部の内周側角部によって支持される。さらに、リング圧延体は、一方側型における凹部の外周側角部及び他方側型における凹部の内周側角部以外の領域と間隔を空けて配置されていると好ましい。
このような本実施形態に係るリング成形体の製造方法、及び本実施形態に係るリング素材としてのリング圧延体においては、第１実施形態にて得られる効果に加えて、一方側型における凹部の外周側角部及び他方側型における凹部の内周側角部にそれぞれ嵌合するリング圧延体の窪み部によって、リング圧延体を２つの型内にて安定して支持することができる。よって、デッドメタル領域を減少させたリング成形体を確実かつ効率的に作製することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、その技術的思想に基づいて変形可能であり、かつ変更可能である。
例えば、本発明の変形例として、リング成形体１における径方向にズレて配置された一方側凸部１ｃ及び他方側凸部１ｄに対応して、仕上げ鍛造ステップＳ４に用いられる２つの型１６，１７の凹部１６ａ，１７ａがリング成形体１の径方向にズレて配置されている場合に、リング圧延体５の片側断面を傾けない状態、すなわち、片側断面の傾斜角度θ２を０度とした状態で、リング圧延体５を支持することもできる。一例として、リング圧延体５の片側断面を略矩形状に形成し、さらに、２つの型１６，１７の凹部１６ａ，１７ａ同士におけるリング圧延体５の径方向のズレ量を、リング圧延体５における径方向の片側断面の肉厚未満とするとよい。この場合、リング圧延体５を、一方側型１６における外周側支持領域と他方側型１７における内周側支持領域とによって支持することができる。かかる構成においてもまた、デッドメタルを抑制した鍛造が可能である。ただし、リング圧延体５の安定的な配置、及びリング圧延体５の形状の自由度に関する観点からは、リング圧延体の片側断面を傾ける構成がより好ましい。
本発明の実施例について説明する。本実施例においては、最大外径を１０９０ｍｍとし、径方向の最大肉厚を１２０ｍｍとし、かつ中心軸線方向の最大高さを１１０ｍｍとするような大きさを有するリング成形体１を作製する。このようなリング成形体１の作製に用いられる仕上げ鍛造ステップＳ４においては、リング圧延体５における傾斜した片側断面の傾斜角度θ２を５度、７度、１０度、２０度、２５度、３０度、４０度、４５度、及び５０度とする複数の配置状態で、仕上げ鍛造ステップＳ４をそれぞれ実施する。そして、各配置状態の鍛造ステップにおいて、リング圧延体５の座屈が発生するか否かを確認する。また、各配置状態の鍛造ステップにおいて、リング圧延体５の回転現象が発生するか否かを確認する。
この確認によれば、傾斜角度θ２が５度の場合に、リング圧延体５の座屈が発生する。傾斜角度θ２が４５度及び５０度の場合に、リング圧延体５の回転現象が発生する。その一方で、傾斜角度θ２が７度、１０度、２０度、３０度、及び４０度の場合には、デッドメタル領域を減少させたリング成形体１を確実かつ効率的に作製することができる。また、傾斜角度θ２が１０度、２０度、及び２５度の場合には、特に、航空機用タービンディスクの素材として適するように十分なひずみが入ると共にデッドメタル領域が減少した、リング成形体１をより確実かつより効率的に作製することができる。
１ リング成形体
１ａ 中心軸線
１ｃ 一方側凸部
１ｄ 他方側凸部
５ リング圧延体（リング素材）
５ａ 中心軸線
５ｂ 中央線
５ｃ 一方側領域
５ｄ 他方側領域
５ｅ，５ｆ 重心
５ｇ 直線
５ｈ 平行線
１６ 一方側型
１６ａ 凹部
１６ｃ 凹部の外周側角部
１７ 他方側型
１７ａ 凹部
１７ｃ 凹部の内周側角部
ｈ１，ｈ２ 最大高さ
θ１，θ２ 角度
Ｓ１ 荒地鍛造ステップ（第１鍛造ステップ）
Ｓ２ 穿孔ステップ
Ｓ３ リング圧延ステップ
Ｓ４ 仕上げ鍛造ステップ（第２鍛造ステップ）

Claims (3)

  1. リング成形体の中心軸線方向両側にそれぞれ突出すると共にリング成形体の周方向に沿って延びる２つの凸部を有するリング成形体の製造方法であって、
    前記凸部に対応する凹部をそれぞれ形成した２つの型内に、リング素材を、前記２つの型の一方における前記凹部の外周側角部から外周側の領域、及び前記２つの型の他方における前記凹部の内周側角部から内周側の領域によって支持するように配置した後に、前記２つの型によって前記リング素材を該リング素材の中心軸線方向に押圧するように前記リング素材に鍛造を施して、前記リング成形体を作製するステップを含むリング成形体の製造方法。
  2. 前記２つの型内に配置される前記リング素材の片側断面を、前記リング素材の中心軸線方向における最大高さ中央を基準として前記リング素材の中心軸線方向の一方側領域及び他方側領域に分けたと想定した場合に、前記一方側領域の重心と前記他方側領域の重心とを結んだ直線を、前記リング素材の中心軸線に対して７度以上かつ４０度以下の角度範囲で傾ける請求項１に記載のリング成形体の製造方法。
  3. リング成形体の中心軸線方向両側にそれぞれ突出すると共にリング成形体の周方向に沿って延びる２つの凸部を有するリング成形体を作製するために鍛造を施すリング素材であって、
    リング素材の片側断面を、リング素材の中心軸線方向における最大高さ中央を基準としてリング素材の中心軸線方向の一方側領域及び他方側領域に分けたと想定した場合に、前記一方側領域の重心と前記他方側領域の重心とを結んだ直線を、リング素材の中心軸線に対して７度以上かつ４０度以下の角度範囲で傾けて形成しているリング素材。
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