JPH03107462A - 恒温鍛造用金型 - Google Patents
恒温鍛造用金型Info
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- JPH03107462A JPH03107462A JP24612389A JP24612389A JPH03107462A JP H03107462 A JPH03107462 A JP H03107462A JP 24612389 A JP24612389 A JP 24612389A JP 24612389 A JP24612389 A JP 24612389A JP H03107462 A JPH03107462 A JP H03107462A
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Landscapes
- Forging (AREA)
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野１
本発明は、恒温鍛造用金型の表面処理に関する。
［発明の概要］
本発明は、恒温鍛造において潤滑剤の塗布が困難であり
また、高温中での潤滑性の維持が困難であるという問題
点を、セラミックスコーティングを金型に施すことによ
り、潤滑剤を施すことなく恒温鍛造するようにしたもの
である。
また、高温中での潤滑性の維持が困難であるという問題
点を、セラミックスコーティングを金型に施すことによ
り、潤滑剤を施すことなく恒温鍛造するようにしたもの
である。
〔従来の技術］
従来、恒温鍛造においての潤滑剤は、固体系のＢＮやＭ
ｏ Ｓ ２あるいはカーボンを金型表面に塗布してい
た。恒温鍛造は、チタンでは７００℃〜１０００℃、ニ
ッケルでは８００〜１０００℃、ステンレスでは８００
℃〜１０００°Ｃで一般には行われ、高温中での潤滑剤
の塗布は困難であり、金型を４００℃以下に冷却してか
ら潤滑剤を塗布していた。また、ガラス系の潤滑剤を被
加工材に塗布して行われていた。
ｏ Ｓ ２あるいはカーボンを金型表面に塗布してい
た。恒温鍛造は、チタンでは７００℃〜１０００℃、ニ
ッケルでは８００〜１０００℃、ステンレスでは８００
℃〜１０００°Ｃで一般には行われ、高温中での潤滑剤
の塗布は困難であり、金型を４００℃以下に冷却してか
ら潤滑剤を塗布していた。また、ガラス系の潤滑剤を被
加工材に塗布して行われていた。
〔発明が解決しようとする課題１
チタン、ニッケル、ステンレス等の難加工材を恒温鍛造
する場合には、金型な７００℃以上に加熱して行われる
。高温中での加工なので、被加工材と金型は焼き付きや
すく、高温中においても潤滑性を維持できる潤滑剤を選
択しなければならない。このような高渦中での金型への
潤滑剤の塗布は、固体系のＢＮやＭ ｏ Ｓ ２やカー
ボン等の粉末にバインダー′掻混合して金型に吹き付け
ると金型に潤滑剤が到達する前にバインダーが燃焼して
しまい、金型に潤滑剤が付着しない。したがって、潤滑
剤を金型に塗布するには、金型を冷却して、４００℃以
下の状態で前記バインダーを混合した潤滑剤を塗布しな
ければならない。この場合は、金型の冷却や加熱に多く
の時間を要してしまい成形コストが高くなってしまう。
する場合には、金型な７００℃以上に加熱して行われる
。高温中での加工なので、被加工材と金型は焼き付きや
すく、高温中においても潤滑性を維持できる潤滑剤を選
択しなければならない。このような高渦中での金型への
潤滑剤の塗布は、固体系のＢＮやＭ ｏ Ｓ ２やカー
ボン等の粉末にバインダー′掻混合して金型に吹き付け
ると金型に潤滑剤が到達する前にバインダーが燃焼して
しまい、金型に潤滑剤が付着しない。したがって、潤滑
剤を金型に塗布するには、金型を冷却して、４００℃以
下の状態で前記バインダーを混合した潤滑剤を塗布しな
ければならない。この場合は、金型の冷却や加熱に多く
の時間を要してしまい成形コストが高くなってしまう。
金型に潤滑せずに被加工材に潤滑すれば高温中で潤滑剤
を塗布する必要がない。その時の潤滑剤は、固体系では
被加工材の変形に潤滑剤が追従できず潤滑剤が途切れて
金型と被加工材は焼き付いてしまうので、追従性の良い
ガラス系の潤滑剤が使われている。しかし、ガラス系の
潤滑剤は、金型の角部に溜まりやすく精密品の鍛造には
、精度がでにくく後加工が必要になる。
を塗布する必要がない。その時の潤滑剤は、固体系では
被加工材の変形に潤滑剤が追従できず潤滑剤が途切れて
金型と被加工材は焼き付いてしまうので、追従性の良い
ガラス系の潤滑剤が使われている。しかし、ガラス系の
潤滑剤は、金型の角部に溜まりやすく精密品の鍛造には
、精度がでにくく後加工が必要になる。
［課題を解決するための手段］
そこで本発明ではこれらの問題点を解決するために、ニ
ッケル基合金よりなる恒温鍛造用金型へのセラミックス
コーティングにおいて、ＳｉＣをコーティングする場合
、アンダーコーティングとしてＴｉＮとＴｉＣの２層の
コーティングを施し、また５ｉａＮイなコーティングす
る場合、アンダーコーティングとしてＴｉＮを施すこと
により問題を解決するものである。
ッケル基合金よりなる恒温鍛造用金型へのセラミックス
コーティングにおいて、ＳｉＣをコーティングする場合
、アンダーコーティングとしてＴｉＮとＴｉＣの２層の
コーティングを施し、また５ｉａＮイなコーティングす
る場合、アンダーコーティングとしてＴｉＮを施すこと
により問題を解決するものである。
［作用］
恒温鍛造用金型にニッケル基合金を使用した場合、セラ
ミックスコーティングとして耐酸化性の良好なＳｉＣや
５ｉｓＮ４を用いる。この場合、ニッケル基合金とＳｉ
ＣやＳｉ３Ｎ４の密着性は、熱膨張係数の差が大きいこ
とと拡散性が良くないことから、悪い。したがって、ニ
ッケル基合金とＳｉＣや５ｉｉＮ４の密着性を向上させ
るために、熱膨張係数が中間であり、ニッケル基合金と
拡散性が良好なＴｉＣやＴｉＮをアンダーコーティング
することにより、潤滑剤を鍛造ごとに塗布することなく
恒温鍛造が可能になる。
ミックスコーティングとして耐酸化性の良好なＳｉＣや
５ｉｓＮ４を用いる。この場合、ニッケル基合金とＳｉ
ＣやＳｉ３Ｎ４の密着性は、熱膨張係数の差が大きいこ
とと拡散性が良くないことから、悪い。したがって、ニ
ッケル基合金とＳｉＣや５ｉｉＮ４の密着性を向上させ
るために、熱膨張係数が中間であり、ニッケル基合金と
拡散性が良好なＴｉＣやＴｉＮをアンダーコーティング
することにより、潤滑剤を鍛造ごとに塗布することなく
恒温鍛造が可能になる。
［実施例］
まず、本発明の構成要件の必要性について述べると、恒
温鍛造は、高温での加工であり、鍛造設備や量産性を考
えるとセラミックスコーティングには、耐酸化性が必要
となる。耐酸化性が良好なセラミックスコーティングに
は、ＳｉＣやＳ １ｘＮ４がある。７００℃以上の恒′
温鍛造には、ニッケル基合金が使用されるが、高温中の
高荷重での使用なので鍛造中にＳｉＣやＳ’Ｌｓ Ｎ４
のコーティングでは、熱膨張係数や拡散性の点から剥離
しやすいので、コーテイング材や金型材の熱膨張係数の
考慮、コーテイング材と金型材との拡散性を考慮に入れ
てコーテイング材を選択しなければならない。金型材と
コーテイング材の拡散性を向上させるには、金型材がニ
ッケル基合金の場合は窒素やチタンが拡散しやすいので
、′金型材とコーテイング材との間にアンダーコーティ
ングとしてチタンや窒素が含まれているコーティングを
施せば良い。金型材とコーテイング材の熱膨張係数の差
によるコーテイング膜の割れの発生を防止するためにニ
ッケル基合金と熱膨張係数が近いコーティングなアンダ
ーコーティングとして施すのが良い。
温鍛造は、高温での加工であり、鍛造設備や量産性を考
えるとセラミックスコーティングには、耐酸化性が必要
となる。耐酸化性が良好なセラミックスコーティングに
は、ＳｉＣやＳ １ｘＮ４がある。７００℃以上の恒′
温鍛造には、ニッケル基合金が使用されるが、高温中の
高荷重での使用なので鍛造中にＳｉＣやＳ’Ｌｓ Ｎ４
のコーティングでは、熱膨張係数や拡散性の点から剥離
しやすいので、コーテイング材や金型材の熱膨張係数の
考慮、コーテイング材と金型材との拡散性を考慮に入れ
てコーテイング材を選択しなければならない。金型材と
コーテイング材の拡散性を向上させるには、金型材がニ
ッケル基合金の場合は窒素やチタンが拡散しやすいので
、′金型材とコーテイング材との間にアンダーコーティ
ングとしてチタンや窒素が含まれているコーティングを
施せば良い。金型材とコーテイング材の熱膨張係数の差
によるコーテイング膜の割れの発生を防止するためにニ
ッケル基合金と熱膨張係数が近いコーティングなアンダ
ーコーティングとして施すのが良い。
以上説明し７た背景により、恒温鍛造用金型に対するセ
ラミックスコーティングによる表面処理の実施例の説明
をする。第１表は、本発明のセラミックスコーティング
の例である。
ラミックスコーティングによる表面処理の実施例の説明
をする。第１表は、本発明のセラミックスコーティング
の例である。
第１表
本発明のセラミックスコーティングの倒木発明で使用し
た金型の母材は、ニッケル基合金であり、その化学成分
を第２表に示す。
た金型の母材は、ニッケル基合金であり、その化学成分
を第２表に示す。
第２表
ニッケル基合金の化学成分（ｗｔ、％）■はニッケル基
合金にＴｉＮ、ＴｉＣ，ＳｉＣの順に、ＣＶＤ法により
３層のセラミックスコーティングを施した。■はニッケ
ル基合金上にＴＩＮ、５ｉｓＮ＜の順に、ＣＶＤ法によ
り２層のセラミックスコーティングを施した。
合金にＴｉＮ、ＴｉＣ，ＳｉＣの順に、ＣＶＤ法により
３層のセラミックスコーティングを施した。■はニッケ
ル基合金上にＴＩＮ、５ｉｓＮ＜の順に、ＣＶＤ法によ
り２層のセラミックスコーティングを施した。
第３表
チタン合金の化学成分（ｗｔ ％）
■、■のセラミックスコーティングを施した金型を用い
て、第３表に示す組成α＋β型チタン合金材のブロック
を、７５０℃の温度で恒温鍛造し、時計ケースを成形し
た。その結果、恒温鍛造を１０回行った後の顕微鏡写真
による評価では条件■、■ともそれぞれ、セラミックス
コーティングの剥離は生じなかった。
て、第３表に示す組成α＋β型チタン合金材のブロック
を、７５０℃の温度で恒温鍛造し、時計ケースを成形し
た。その結果、恒温鍛造を１０回行った後の顕微鏡写真
による評価では条件■、■ともそれぞれ、セラミックス
コーティングの剥離は生じなかった。
次に、■、■のセラミックスコーティングを金型のニッ
ケル基合金に施した理由について示す。
ケル基合金に施した理由について示す。
第４表
ニッケル基合金の熱膨張係数
第５表
コーティングの熱膨張係数
第４表は、第２表で示す組成のニッケル基合金の熱膨張
係数である。第５表は、様々なセラミックスコーティン
グの熱膨張係数である。熱膨張係数は、Ｓｉ３Ｎ４ ＜
ＳｉＣ＜ＴｉＣ＜ＴｉＮ＜ニッケル基合金の順に熱膨張
係数は太き（なる。ニッケル基合金上にＳｉ３Ｎ４やＳ
ｉＣのコーティングを施した場合、熱膨張係数の差は５
倍以上と非常に太き（、チタン合金の恒温鍛造は、７０
０℃以上になるので金型の加熱、冷却を繰り返すと熱応
力が発生して、コーティングに割れが生じる。したがっ
て、熱膨張係数がニッケル基合金と５ｉｉＮ＋やＳｉＣ
の中間に位置するＴｉＮやＴｉＣを中間材としてコーテ
ィングすることによって熱応力の緩和が図られ、コーテ
ィングに割れが生じなかった。
係数である。第５表は、様々なセラミックスコーティン
グの熱膨張係数である。熱膨張係数は、Ｓｉ３Ｎ４ ＜
ＳｉＣ＜ＴｉＣ＜ＴｉＮ＜ニッケル基合金の順に熱膨張
係数は太き（なる。ニッケル基合金上にＳｉ３Ｎ４やＳ
ｉＣのコーティングを施した場合、熱膨張係数の差は５
倍以上と非常に太き（、チタン合金の恒温鍛造は、７０
０℃以上になるので金型の加熱、冷却を繰り返すと熱応
力が発生して、コーティングに割れが生じる。したがっ
て、熱膨張係数がニッケル基合金と５ｉｉＮ＋やＳｉＣ
の中間に位置するＴｉＮやＴｉＣを中間材としてコーテ
ィングすることによって熱応力の緩和が図られ、コーテ
ィングに割れが生じなかった。
第１図は、第２表の組成を持つニッケル基合金を、Ｎ２
ガス雰囲気中で固体浸炭を行った後のＡＥＳ分析である
。第２図は、第２表の組成のニッケル基合金の処理を行
っていない場合のＡＥＳ分析である。固体浸炭を行った
にもかかわらず、Ｃは拡散せず、ガス雰囲気であるＮが
拡散している。このＮはＴｉと同じ挙動を示すことから
、ＴｉＮとなって拡散しているといえる。したがって、
ニッケル基合金に、Ｔｉが含まれていれば、Ｎを拡散し
やすい。このことより、上記ニッケル基合金上にＴｉＮ
をコーティングすることによって、上記ニッケル基合金
とＴｉＮはＴｉとＮが相互に拡散して強固な密着が得ら
れる。上層にＳｉＣをコーティングする場合は、ＴｉＮ
との間に中間層としてＴｉＣをコーティングすることに
より、下層と中間層はＴｉの拡散により密着性が向上し
、中間層と上層はＮの拡散により密着性が向上した。上
層に３１ｘＮ４をコーティングする場合は、下層と上層
はＮの拡散により密着性が向上した。
ガス雰囲気中で固体浸炭を行った後のＡＥＳ分析である
。第２図は、第２表の組成のニッケル基合金の処理を行
っていない場合のＡＥＳ分析である。固体浸炭を行った
にもかかわらず、Ｃは拡散せず、ガス雰囲気であるＮが
拡散している。このＮはＴｉと同じ挙動を示すことから
、ＴｉＮとなって拡散しているといえる。したがって、
ニッケル基合金に、Ｔｉが含まれていれば、Ｎを拡散し
やすい。このことより、上記ニッケル基合金上にＴｉＮ
をコーティングすることによって、上記ニッケル基合金
とＴｉＮはＴｉとＮが相互に拡散して強固な密着が得ら
れる。上層にＳｉＣをコーティングする場合は、ＴｉＮ
との間に中間層としてＴｉＣをコーティングすることに
より、下層と中間層はＴｉの拡散により密着性が向上し
、中間層と上層はＮの拡散により密着性が向上した。上
層に３１ｘＮ４をコーティングする場合は、下層と上層
はＮの拡散により密着性が向上した。
中間層を介在せず第２表で示すニッケル基合金上にＳｉ
３Ｎ＜のコーティングを直接族した後の７００°Ｃに加
熱、冷却した後ではコーテイング膜全面にひび割れが発
生した。これは、ニッケル基合金と５ｉ−Ｎ−どの熱膨
張係数が約５倍違うために熱収縮の違いにより発生した
ものである。さらにその金型で恒温鍛造を行った場合の
恒温鍛造後のコーティングの表面はひび割れのみならず
、剥離が発生した。ニッケル基合金上にＳｉＣを直接コ
ーティングした場合も同様の結果となった。
３Ｎ＜のコーティングを直接族した後の７００°Ｃに加
熱、冷却した後ではコーテイング膜全面にひび割れが発
生した。これは、ニッケル基合金と５ｉ−Ｎ−どの熱膨
張係数が約５倍違うために熱収縮の違いにより発生した
ものである。さらにその金型で恒温鍛造を行った場合の
恒温鍛造後のコーティングの表面はひび割れのみならず
、剥離が発生した。ニッケル基合金上にＳｉＣを直接コ
ーティングした場合も同様の結果となった。
このように熱膨張係数と拡散性を考慮して、ニッケル基
合金にＳｉＣあるいはＳｉ３Ｎ４をコーティングする場
合に、中間層としてＴｉＣおよびＴｉＮをコーティング
することにより鍛造ごとに潤滑剤を塗布しなくても、恒
温鍛造が可能になった。このために、金型を鍛造ごとに
潤滑剤を塗布するため冷却をしなくても、成形温度に保
ったままの状態で、連続成形が可能になり成形時間の大
幅な短縮が可能になった。また、ＳｉＣあるいは５ｉｘ
Ｎ＋は高温中でも耐酸化性が良好であり、大気中での成
形も可能になり加工設備の簡略化が実現できた。アルゴ
ンガスや真空中で加工すれば、成形品の表面は、鍛造上
がりでも鏡面状態であり、鍛造後の後処理としての鏡面
研磨が省略できた。特にチタン合金の鏡面研磨は非常に
困難であり、従来、なし地模様あるいはオーバーコート
を施して装飾品に使用していたが、本発明による金型を
用いてチタン合金を成形すると、鏡面状態が得られ装飾
品としてのバラエティが増えた。
合金にＳｉＣあるいはＳｉ３Ｎ４をコーティングする場
合に、中間層としてＴｉＣおよびＴｉＮをコーティング
することにより鍛造ごとに潤滑剤を塗布しなくても、恒
温鍛造が可能になった。このために、金型を鍛造ごとに
潤滑剤を塗布するため冷却をしなくても、成形温度に保
ったままの状態で、連続成形が可能になり成形時間の大
幅な短縮が可能になった。また、ＳｉＣあるいは５ｉｘ
Ｎ＋は高温中でも耐酸化性が良好であり、大気中での成
形も可能になり加工設備の簡略化が実現できた。アルゴ
ンガスや真空中で加工すれば、成形品の表面は、鍛造上
がりでも鏡面状態であり、鍛造後の後処理としての鏡面
研磨が省略できた。特にチタン合金の鏡面研磨は非常に
困難であり、従来、なし地模様あるいはオーバーコート
を施して装飾品に使用していたが、本発明による金型を
用いてチタン合金を成形すると、鏡面状態が得られ装飾
品としてのバラエティが増えた。
また、金型の組成として第２表の組成を持つニラ１
〔発明の効果］
以上説明したように、ニッケル基合金よりなる恒温鍛造
金型にＳｉＣやＳｉ３Ｎ４をコーティングする場合、下
地にＴｉＮやＴｉＣをコーティングすることにより、セ
ラミックスコーティングの密着性が向上し、潤滑剤を１
回ごとに塗布することなく恒温鍛造が可能になった。そ
のために、成形時間の大幅な短縮が可能になった。また
、ＳｉＣや５ｉｘＮ＜は耐酸化性も良好であり、大気雰
囲気中での恒温鍛造が可能になり加工設備の簡略化、加
工作業性の向上が図られた。また、潤滑剤を使用しない
ので、恒温鍛造後の成形品の表面は鏡面状態が得られ、
鏡面研磨することなくそのまま装飾品に使用できた。
金型にＳｉＣやＳｉ３Ｎ４をコーティングする場合、下
地にＴｉＮやＴｉＣをコーティングすることにより、セ
ラミックスコーティングの密着性が向上し、潤滑剤を１
回ごとに塗布することなく恒温鍛造が可能になった。そ
のために、成形時間の大幅な短縮が可能になった。また
、ＳｉＣや５ｉｘＮ＜は耐酸化性も良好であり、大気雰
囲気中での恒温鍛造が可能になり加工設備の簡略化、加
工作業性の向上が図られた。また、潤滑剤を使用しない
ので、恒温鍛造後の成形品の表面は鏡面状態が得られ、
鏡面研磨することなくそのまま装飾品に使用できた。
第１図と第２図はニッケル基合金のＡＥＳ分析であり、
本発明の表面処理の有効性を説明する特性図である。
本発明の表面処理の有効性を説明する特性図である。
Claims (2)
- （１）ニッケル基合金よりなる恒温鍛造用金型へのセラ
ミックスコーティングにおいて、ＳｉＣをコーティング
する場合、アンダーコーティングとしてＴｉＮとＴｉＣ
の２層のコーティングを施すことを特徴とする恒温鍛造
用金型。 - （２）特許請求の範囲第１項においてＳｉ＿３Ｎ＿４を
コーティングする場合、アンダーコーティングとしてＴ
ｉＮを施すことを特徴とする恒温鍛造用金型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24612389A JPH03107462A (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 恒温鍛造用金型 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24612389A JPH03107462A (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 恒温鍛造用金型 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03107462A true JPH03107462A (ja) | 1991-05-07 |
Family
ID=17143826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24612389A Pending JPH03107462A (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 恒温鍛造用金型 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03107462A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07227638A (ja) * | 1994-02-22 | 1995-08-29 | Akamatsu Fuooshisu Kk | 鍛造・圧造用組み工具 |
| JP2002292442A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-08 | Hitachi Metals Ltd | 潤滑剤付着性および耐摩耗性に優れた温熱間加工用被覆工具 |
| JPWO2018003887A1 (ja) * | 2016-06-28 | 2019-05-16 | 日本製鉄株式会社 | オーステナイト合金材およびオーステナイト合金管 |
-
1989
- 1989-09-21 JP JP24612389A patent/JPH03107462A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07227638A (ja) * | 1994-02-22 | 1995-08-29 | Akamatsu Fuooshisu Kk | 鍛造・圧造用組み工具 |
| JP2002292442A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-08 | Hitachi Metals Ltd | 潤滑剤付着性および耐摩耗性に優れた温熱間加工用被覆工具 |
| JP4547656B2 (ja) * | 2001-03-30 | 2010-09-22 | 日立金属株式会社 | 潤滑剤付着性および耐摩耗性に優れた温熱間加工用被覆工具 |
| JPWO2018003887A1 (ja) * | 2016-06-28 | 2019-05-16 | 日本製鉄株式会社 | オーステナイト合金材およびオーステナイト合金管 |
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