JPH01299732A - 熱間型鍛造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱間型鍛造方法に関し、詳細には、難鍛造性の
高合金や特殊金属材料を、ハンマー等の高速鍛造装置に
て、熱間型鍛造する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の熱間型鍛造方法は、その鍛造過程における金型温
度と、素材温度と、金型と素材の加圧接触時間との関係
から、刊行文献ｒＷｅｒｋｓｔａｔｔ　ｕｎｄＢｅＬｒ
ｉｅｂ　１１３　（１９８０）ＩＩＪの第７６５頁乃至
第７６５頁に紹介されているように、通常型（Ｃｏｎｖ
ｅｎｔｉｏｎａｌ型）、近恒温型（Ｎｅａｒ　−ｉｓｏ
ｔｈｅｒｍａｌ型）、恒温型（Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ型
）に分類することができる。

第５図は、上記従来の熱間型鍛造方法における金型温度
／素材温度の比と、金型と素材との加圧接触時間の関係
を示すグラフであって、該グラフ中のＡで示す斜線部の
範囲は通常型、Ｂで示す斜線部の範囲は近恒温型、Ｃで
示す斜線部の範囲は恒温型の熱間型鍛造方法において適
用される領域を、それぞれ示す。

近来、工業技術の進歩に伴い、難加工性の高合金や特殊
金属材料からなる製品が増加しており、これらは最終製
品により近い形状に型鍛造することが求められるが、し
かしまた、これら金属材料の多くは難鍛造性のものが占
めている。

従来、これら難鍛造性の金属材料を最終製品に近い形状
に型鍛造するについては、上記の通常型から近恒温型、
恒温型へと移行することで対処されている。すなわち、
従来はＨ＠造性のものほど、第５図中のＣに示すｉｌ域
のように、金型と素材との加圧接触時間が長く、金型温
度／素材温度の比を１に近づけ、金型と素材の温度が等
しくなるような領域にて熱間型鍛造がなされている。

これは、周知のように、一般に金属材料は、その温度が
高いほど、また歪速度が低いほど、その変形抵抗が小さ
くなるという性質を有するので、その歪速度を低くした
領域で型鍛造し、かつまた、金型温度を素材温度に近づ
けて、素材の温度低下を抑制することにより、難鍛造性
の材料についても、容易に最終製品に近い形状のものと
し得るからである。

上記観点より、従来の熱間型鍛造方法は、難鍛造性の金
属材料を最終製品に近い形状に型鍛造するについて、そ
の歪速度を次第に低くし、かつ、金型温度を次第に素材
温度に近づける方向、すなわち通常型から近恒温型、恒
温型へと向かう方向に発展してきている。

そしてまた、これら近恒温型や恒温型の熱間型鍛造には
、油圧プレス等の低速加圧の可能な鍛造設備が用いられ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、難鍛造性の高合金や特殊金属材料は、例えば、
Ｔｉ合金等では９００℃〜ｌ０００℃、Ｎｉ基合金等で
は１０００″Ｃ〜１１００’Ｃと、その最適鍛造温度範
囲が高くて狭いものが多い。

そして、これらに前記従来の恒温型の熱間型鍛造方法を
適用する場合、まず、金型用の材料として、１０００゛
Ｃ前後の高温域での強度・耐熱性に優れるＮｉ基やＭｏ
基耐熱合金等を用いることが必要となるが、これらＮｉ
基やＭｏ基耐熱合金等は、比較的に高価で、かつ難加工
性であるため、これらの金型は製作に多くの工数と費用
を要するものとなる。

さらに、これら金型を１０００”Ｃ前後の高温に加熱す
ると共に所定温度範囲内に保温する装置を設けることが
必要であるが、周知のように、これらの加熱・保温装置
は、その対象温度が高くなるほど、等比級数的に複雑で
大掛かりなものとなる。

従って、これら恒温型の熱間型鍛造方法は、工具および
付帯装置に多くの費用を要する比較的に経済性の劣るも
のとなる。

そしてまた、近恒温型や恒温型の熱間型鍛造は、低い歪
速度にて行うことが前提であり、用いられる鍛造設備と
しては、前述のように油圧プレス等の低速鍛造装置に限
定されるが、これら低速鍛造装置は、同等の加圧容量の
ハンマー等の高速鍛造装置に比較して大規模なものとな
り、また作業速度・効率に劣るものとなる。

一方、これら難鍛造性の高合金や特殊金属材料の熱間型
鍛造に、ハンマー等の高速鍛造装置による前記従来の通
常型の熱間型鍛造方法を適用する場合、金型と素材の温
度差による素材の温度低下と、それに伴う変形抵抗の増
加は避けられず、最終製品に近い形状とするに、再加熱
回数が増加し、素材の内部品質および効率面で好ましい
結果が得られない。

本発明は上記問題点に鑑み、従来の熱間鍛造方法が指向
していなかった方向について新たな検討を加え、従来の
熱間型鍛造方法においては油圧プレス等の低速鍛造装置
でしかなし得なかった範囲の高合金や特殊金属材料等の
熱間型鍛造についても、ハンマー等の高速鍛造装置を用
いることができて、その速度・効率の向上が図り得、し
かも、金型温度を比較的に低く設定できて、その工具・
付帯装置に要する費用を抑制し得、もって、その生産性
を高め得る熱間型鍛造方法の提供を目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は以下を要旨としてい
る。すなわち、本発明に係る熱間型鍛造方法は、加熱し
た金属素材を、金型を用いて、繰り返し衝撃加圧を加え
、所定形状に鍛造する熱間型鍛造方法において、金型温
度／素材温度の比を０．６〜０．８以内とし、かつ、金
型と素材との加圧接触時間を１０−１秒以下とする範囲
内にて鍛造するものである。

〔作用〕

熱間型鍛造における金属素材の温度低下は、金型温度と
素材との温度差と、加圧接触時間とに大きく左右される
。

第２図は、Ｔｉ合金素材を９４０°Ｃに加熱し、これを
６００°Ｃに加熱した金型を用いて型鍛造したときの素
材と金型の温度変化を示すグラフである。

グラフ中の実線で示した曲線は相撃型のハンマーにて繰
返し衝撃加圧を加えて型鍛造した例を、点線で示した曲
線はプレスにて連続加圧を加えて型鍛造した例を示し、
また、Ｍおよびｍは素材温度を、Ｄおよびｄは金型温度
をそれぞれ示す。

なお、双方の例の素材は同一形状とし、金型は同一のも
のを用いた。また、素材の金型へのセットは、双方の例
共に、１０秒間要している。

第２図のグラフに示すように、点線で示すプレスによる
型鍛造の例においては、金型は素材の熱を奪って急速に
昇温し、素材は金型に熱を奪われて金型温度近くまで急
速に温度低下するが、一方、実線で示すハンマーによる
型鍛造の例においては、金型は昇温するものの、その昇
温は緩やかな漸増を示し、また、素材は温度低下の傾向
にあるものの、その低下は緩やかで、かつ金型とある温
度差をもって推移する傾向を示している。

このことは、プレスによる型鍛造においては、素材は金
型と常に加圧接触しているので、金型との熱交換がスム
ースに行われて温度低下が促進され、一方、ハンマーに
よる型鍛造においては、素材は金型との加圧接触が断続
的で、かつ短時間であるため金型との熱交換が抑制され
、しかも高速歪みに起因する加工発熱により熱を与えら
れるという温度低下抑制因子が加わるからである。

従って、ハンマー等による高速型鍛造おいては、金型と
素材との加圧接触時間を制御して金型と素材との熱交換
を抑制させると共に、金型温度を素材温度にある程度近
づけることで、素材を所定温度範囲内にて型鍛造するこ
とができる。

第３図は、ハンマーによる高速型鍛造の例における素材
温度と、金型と素材との加圧接触時間の関係を示すグラ
フであって、グラフ中の各曲線は金型温度／素材温度の
比をそれぞれ変えた例についての素材温度の変化を示す
ものである。

なお、グラフ中のＡで示す点は、型鍛造開始時点を示し
、Ａ点までの素材の温度低下は、加熱炉から金型に搬送
する過程における放熱によるものである。

また、グラフ中の各曲線に付した数値は、それぞれの金
型温度／素材温度の比を示す。

第３図のグラフに示すように、金型と素材との加圧接触
時間が０．１秒、すなわち、１Ｏ−１秒を超えると、素
材の温度低下が激しくなる傾向にあり、また、金型温度
／温度の比を０．６未満とした例においては、金型と素
材との加圧接触時間が１０−’秒以内であっても、素材
の温度が低下が激しい。

従って、本発明においては、金型と素材との加圧接触時
間を１０−１秒以下、金型温度／温度の比を０．６以上
と限定した。

そして、金型温度／温度の比が０．８を超える例におい
は、素材の温度低下は抑制されるものの、逆に加工発熱
により加熱温度より高くなる傾向が認められ、実施にあ
たり素材が所定鍛造温度範囲の上限を逸脱する範囲まで
昇温しで品質を損なう懸念があり、かつまた、金型温度
を低く設定せんとする本発明の主旨より、金型温度／温
度の比の上限を０．８と限定した。

なお、本発明における金型と素材との加圧接触時間とは
、１回の型鍛造において素材と金型とが加圧されながら
接触している時間の合計をいう。

本発明に係る熱間型鍛造方法の金型温度／素材温度の比
と、金型と素材との加圧接触時間の関係における鍛造領
域を、従来の熱間型鍛造方法の鍛造領域と対比させて第
１図のグラフに示す。

第１図のグラフにおいて、実線で囲み斜線を入れた範囲
は、本発明に係る鍛造領域であり、点線で囲んだ範囲は
、前述の第５図で示した従来の熱間型鍛造方法に係る鍛
造領域である。

〔実施例〕

最適鍛造温度範囲を９００〜１０００’Ｃとする６Ａ１
−４ＶのＴ＋金合金らなる素材を、相撃型のハンマーに
て熱間型鍛造して、タービンエンジン用のタービンディ
スクを製造した。

本実施例においては、第４図に示すように、耐熱合金（
ＡＳＴＭ：Ａ−２８６）製の対の主金型（１）、（２）
と、これら主金型（１）、（２）をバックアップする熱
間型用鋼（Ｊ　Ｉｓ　：　５ＫＴ４）製の対の補助金型
（３）、（４）とからなる入子型の金型を用い、また、
ハンマーは、１プロー当たりの加圧接触時間をｓ　ｘ　
ｔｏ−！秒とし、衝撃加重容量を４０Ｍ−Ｔｏ口とする
相撃型のものを用いた。

まず、５５０℃に予加熱した対の金型をハンマーに取り
付け、該ハンマーに設けた金型加熱装置にて、金型の主
金型（１）、（２）を６００〜７００°Ｃの温度範囲内
に加熱した後、９５０°Ｃに加熱した前記のＴｉ合金素
材を金型間にセットして熱間型鍛造した。

そして、この熱間型鍛造におけるハンマーのブロー数は
１０回以下として、金型と素材との加圧接触時間を１０
−’秒以下に制御した。

この熱間型鍛造の終了直後の素材表面温度は、８７０°
Ｃであり、また、冷却後の製品は、欠肉もなく所定の寸
法・形状のものであった。

さらに、この製品を破断して調査したところ、その内部
組織は、当該Ｔｉ合金を最適鍛造温度範囲内にて鍛造し
たものと同じ金属組織を示し、本発明の熱間型鍛造方法
の有効性が確認された。

一方、金型および素材の加熱温度を、上記と同一条件と
し、ハンマーのブロー数を増して、金型と素材との加圧
接触時間を１０−’秒を超えて型鍛造した例においては
、素材の温度が低下するのみで、ブロー数を増した効果
が認められず、さらにまた、素材の加熱温度およびハン
マーのブロー数を、上記と同一条件とし、金型温度を余
加熱温度のまま、すなわち５５０°Ｃとした例において
は、型鍛造終了直後の素材表面温度が８５０°Ｃ以下と
なり、冷却後の製品の一部に欠肉が認められた。

そしてまた、上記の金型を用い、その最適鍛造温度範囲
を１０００〜１１００°ＣとするＮｉ基合金からなる素
材を、該素材の加熱温度を１（１５０’ｃ、主金型（１
）、（２）の温度を７００〜８００’Ｃとした条件下に
て熱間型鍛造した例においては、前記Ｔｉ合金の例と同
様に、良好な結果が得られた。

なお、本実施例に用いた前記の入子型金型は、耐熱合金
（ＡＳＴＭ　：Ａ−２８６）からなる主金型と、熱間型
用ｉｌｌ　（Ｊ　Ｉｓ　：　５ＫＴ４）からなる補助金
型との熱膨張率の差を利用して、常温においては、互い
に容易に着・脱させることができ、かつ、その加熱温度
域においては、互いに強固な締まりばめ状態となるもの
とされてあり、熱間強度を高める一方、そのコストを比
較的に低くし得る構成とされである。

〔発明の効果〕

本発明に係る熱間型鍛造方法によれば、従来、油圧プレ
ス等の低速鍛造可能な装置でしか行えなかった範囲の熱
間型鍛造についても、ハンマーやスクリュープレス等の
高速鍛造装置を用いて効率良く行うことが可能となり、
しかも、金型温度を比較的に低いものとし得て、金型お
よび金型加熱装置に要する費用を抑制できるので、難鍛
造性の高合金や特殊材料の熱間型鍛造を、従来の方法に
比較し、格段に高い経済性のもとで行い得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱間型鍛造方法の金型温度／素材
温度の比と、金型と素材との加圧接触時間の関係におけ
る鍛造領域を、従来の熱間型鍛造方法における鍛造領域
との対比にて示すグラフ、第２図は本発明に係る素材と
金型の温度変化を例示するグラフ、 第３図は本発明に係る素材温度と、金型と素材との加圧
接触時間と、金型温度／素材温度の比との関係を示すグ
ラフ、 第４図は本発明に係る金型の正断面図、第５図は従来の
熱間型鍛造方法の金型温度／素材温度の比と、金型と素
材との接触時間の関係における鍛造領域を示すグラフで
ある。 （１）、（２）−主金型、（３）、（４）−補助金型。 特許出願人　　株式会社　神戸製鋼所 代　理　人　　弁理士　　金丸　章− 第１図 加圧接触時間（秒） 時間（秒） 第３図 加圧接触時間（秒）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加熱した金属素材を、金型を用いて、繰り返し衝撃加圧
   を加え、所定形状に鍛造する熱間型鍛造方法において、
   金型温度／素材温度の比を０．６〜０．８以内とし、か
   つ、金型と素材との加圧接触時間を１０＾−＾１秒以下
   とする範囲内にて鍛造することを特徴とする熱間型鍛造
   方法。