JPH07284874A - 超高温熱間鍛造方法 - Google Patents

超高温熱間鍛造方法

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JPH07284874A
JPH07284874A JP8167694A JP8167694A JPH07284874A JP H07284874 A JPH07284874 A JP H07284874A JP 8167694 A JP8167694 A JP 8167694A JP 8167694 A JP8167694 A JP 8167694A JP H07284874 A JPH07284874 A JP H07284874A
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JP
Japan
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temperature
heating
furnace
steel material
sec
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JP8167694A
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Osamu Kada
修 加田
Masahiro Toda
正弘 戸田
Takeshi Miki
武司 三木
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 加熱に均熱炉を用いた場合には炉体破損を防
止し、加熱に急速加熱炉を用いた場合には酸化膜生成を
十分に抑制した超高温熱間鍛造方法を提供する。 【構成】 重量%で0.1%以上1%未満の炭素量を含
有した鋼材を、均熱炉加熱では200℃以上800℃未
満に、または急速加熱炉加熱では400℃以上800℃
未満に予加熱して無酸化雰囲気の加熱炉に挿入し、鋼材
の平衡状態図における固相線温度−45℃又は1250
℃のいずれか高い方を下限とし鋼材の平衡状態図におけ
る液相線温度−20℃を上限とした温度に加熱すること
を特徴とする超高温熱間鍛造方法であり、上記温度域に
加熱した鋼材の加工の平均歪速度は200℃以上に予加
熱した金型では5/秒以上とし、予加熱しない金型では
10/秒とすることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車や建設機械の足廻
りに使用される高強度を必要とする部品や、コネクティ
ングロッド等の複雑形状を有する部品の超高温熱間鍛造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】これまで、機械部品を鋼材から鍛造する
方法として、冷間鍛造、温間鍛造、熱間鍛造が用いられ
ており、比較的小物で単純な形状を有する部品は冷間鍛
造で、比較的大物で複雑な形状を有する部品は熱間鍛造
で成形され、温間鍛造はその中間に位置するものであ
る。
【0003】しかしながら、近年の自動車業界において
は環境問題に端を発する小型・軽量化が指向されるにあ
たって、素材を高強度化しようとすると加工中の変形抵
抗の増加を招き工具寿命の低下をもたらす。しかも小型
・軽量化による剛性の低下を断面係数により確保するた
め複雑な形状を有する部品を成形する必要があり、工具
負荷が一層大きいものとなる。
【0004】これらを解決するには従来1000℃から
1200℃の温度範囲で行われている熱間鍛造の加熱温
度を高めて、超高温に鋼材を加熱することにより鋼材の
変形抵抗を低下させることが考えられる。しかしなが
ら、鋼材の加熱手段として電気抵抗加熱炉等の均熱炉を
用いて超高温鍛造を実施しようとすると、常温の鋼材を
超高温に加熱した均熱炉内に挿入するため、鋼材と加熱
炉の温度差が大きく均熱炉炉体が破損する恐れがあり、
均熱炉を用いた超高温鍛造の実施は困難であるという問
題があった。
【0005】また鋼材の加熱手段に急速加熱炉を用いた
方法として、特開平5−15935号公報において、鋼
材を超高温に加熱した際に生じる酸化膜の生成を抑制す
るために、平均3℃/秒以上20℃/秒以下の昇温速度
で超高温に加熱し、鍛造を行う方法が明らかにされてい
る。しかしながら、急速加熱の際に生じる鋼材内部温度
の不均一により局部的に溶融する危険があるため昇温速
度を平均20℃/秒以下に制限しており、酸化膜の抑制
は充分とはいえない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、均熱炉を用
いた場合には炉体を破損することなく超高温熱間鍛造を
可能とし、急速加熱炉を用いた場合には従来以上に昇温
速度を高めて加熱時の酸化膜を最大限に抑制し加熱時間
の効率化を図ることができる超高温熱間鍛造方法を提供
することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】即ち本発明の要旨とする
ところは、 (1)重量%で0.1%以上1%未満の炭素量を含有
し、かつ200℃以上800℃未満に加熱保持された鋼
材を、アルゴン、窒素等で無酸化雰囲気とした電気抵抗
加熱炉等の均熱炉内に挿入し、鋼材の平衡状態図におけ
る固相線温度−45℃または1250℃のいずれか高い
方を下限とし鋼材の平衡状態図における液相線温度−2
0℃を上限とした温度に加熱することを特徴とする超高
温熱間鍛造方法。 (2)重量%で0.1%以上1%未満の炭素量を含有
し、かつ400℃以上800℃未満に加熱保持された鋼
材を、アルゴン、窒素等で無酸化雰囲気とした誘導電気
加熱炉あるいは直接通電加熱炉などの急速加熱炉内に装
着し、鋼材の平衡状態図における固相線温度−45℃ま
たは1250℃のいずれか高い方を下限とし鋼材の平衡
状態図における液相線温度−20℃を上限とした温度に
平均20℃/秒以上50℃/秒未満の昇温速度で加熱す
ることを特徴とする超高温熱間鍛造方法。 (3)上記(1)または(2)記載の超高温加熱された
鋼材を、金型内で平均歪速度10/秒以上の加工速度で
成形するか、または予め200℃以上に加熱された金型
内で平均歪速度5/秒以上の加工速度で成形することを
特徴とする上記(1)または(2)記載の超高温熱間鍛
造方法にある。
【0008】
【作用】以下に本発明を詳細に説明する。図1は本発明
の一態様を示す図である。200℃以上800℃未満の
温度に加熱保持した鋼材2を同図(a)のアルゴン、窒
素などで無酸化雰囲気に置換した均熱炉1に挿入し、鋼
材の平衡状態図における固相線温度−45℃または12
50℃のいずれか高い方を下限とし鋼材の平衡状態図に
おける液相線温度−20℃を上限とした温度に加熱す
る。または400℃以上800℃未満の温度に加熱保持
した鋼材4を同図(b)のアルゴン、窒素などで無酸化
雰囲気に置換した急速加熱炉3に装着し、鋼材の平衡状
態図における固相線温度−45℃または1250℃のい
ずれか高い方を下限とし鋼材の平衡状態図における液相
線温度−20℃を上限とした温度に加熱する。その後、
同図(c)において金型5内で平均歪速度10/秒以上
の加工速度で成形するか、または予め200℃以上に加
熱された型内で平均歪速度5/秒以上の加工速度で成形
する。
【0009】鋼材の炭素量を0.1%以上としたのは、
0.1%未満では通常の熱間鍛造の温度域である120
0℃程度の温度でも十分に変形抵抗が低く、超高温鍛造
の必要がないからである。鋼材の炭素量を1%未満とし
たのは、1%以上の炭素量を含む鋼材を用いた場合、製
品の靱性が低いため自動車の重要保安部品等に適用でき
ないからである。
【0010】電気抵抗加熱炉などの均熱炉を用いて超高
温加熱を行う場合に、鋼材を予め加熱保持する温度を2
00℃以上としたのは、200℃未満の温度では、鋼材
の平衡状態図における固相線温度−45℃または125
0℃のいずれか高い方を下限とし鋼材の平衡状態図にお
ける液相線温度−20℃を上限とした温度に加熱した均
熱炉に鋼材を挿入する際に生じる均熱炉炉体破損を防止
できないためである。
【0011】誘導電気加熱炉あるいは直接通電加熱炉な
どの急速加熱炉を用いて超高温加熱を行う場合に、予め
鋼材を加熱保持する温度を400℃以上としたのは、4
00℃未満の温度では、平衡状態図における固相線温度
−45℃または1250℃のいずれか高い方を下限とし
鋼材の平衡状態図における液相線温度−20℃を上限と
した温度に平均20℃/秒以上50℃/秒以下の昇温速
度で急速加熱した際に鋼材の内部温度が不均一となり局
部的に溶け落ちる危険があるからである。
【0012】また予め鋼材を加熱保持する温度を800
℃未満としたのは、均熱炉あるいは急速加熱炉に挿入あ
るいは装着する以前の酸化膜生成を軽減するためであ
る。加熱温度を鋼材の平衡状態図における固相線温度−
45℃または1250℃のいずれか高い方を下限とした
のは、それ以下の温度では、変形抵抗低減の効果が小さ
いからである。加熱温度を鋼材の平衡状態図における液
相線温度−20℃を上限としたのは、それ以上の温度で
は、わずかな鋼材内部温度の不均一により鋼材が部分的
に溶け落ちる可能性があるためである。
【0013】鍛造時に型内で平均歪速度10/秒以上の
加工速度で成形するのは、それ以下の速度では金型によ
る冷却のため鋼材の温度が低下し変形抵抗低減の効果が
小さいからである。一方、金型温度を200℃以上に予
め加熱しておく方法を用いれば金型による冷却が抑制さ
れるので、平均歪速度5/秒以上の加工速度で十分であ
る。
【0014】以下に本発明の実施例に基づいてさらに説
明する。
【0015】
【実施例】
実施例1 均熱炉を用いた本発明の実施例として、図1(a)に示
す加熱を実施した。供試材として、表1に示す成分から
なるA鋼及びB鋼を直径20mm×高さ30mmに機械加工
したものを用いた。
【0016】
【表1】
【0017】同表にA鋼及びB鋼の固相線温度及び液相
線温度を記す。実験は、表2および表3に示す温度で加
熱保持した供試材を、均熱炉に挿入し同表の温度に加熱
して、炉体の破損に至るまでの加熱回数及び加熱後の酸
化膜厚さを調査した。
【0018】
【表2】
【0019】
【表3】
【0020】同表から、本発明法を用いるといずれの場
合も均熱炉は10000回の加熱では炉体破損が生じな
かったのに対し、予め加熱保持しない比較法1,11、
では加熱回数がそれぞれ35,109回で、また予め加
熱保持する温度が低い比較法2,12では加熱回数がそ
れぞれ67,132回で、均熱炉が炉体破損を生じてお
り、炉体寿命の差は顕著であった。
【0021】加熱後の酸化膜厚さは、本発明法ではいず
れの場合も80μm以下であったのに対し、予め加熱保
持する温度の高い比較法3,13ではそれぞれ159,
138μm、均熱炉が空気雰囲気であった比較法6,1
6ではそれぞれ253,245μmにも達していた。
【0022】実施例2 急速加熱炉を用いた本発明の実施例として、図1(b)
に示す加熱を実施した。供試材として、表1に示すA鋼
及びB鋼を直径20mm×高さ30mmに機械加工したもの
を用いた。実験は、表4および表5に示す温度で加熱保
持した供試材を、誘導電気加熱炉に装着し同表の昇温温
度で加熱して、供試材の溶け落ち及び加熱後の酸化膜厚
さを調査した。
【0023】
【表4】
【0024】
【表5】
【0025】同表から、本発明法ではいずれの場合も局
部あるいは全体の溶け落ちを起こさなかったのに対し、
予め鋼材を加熱保持する温度の低い比較法21,31、
昇温速度の速い比較法24,34は供試材が局部的に溶
け落ち、加熱温度が液相線温度を超えている比較法2
6,36は全体が溶け落ちていた。加熱後の酸化膜厚さ
は、本発明法ではいずれの場合も15μm以下であった
のに対し、予め加熱保持する温度の高い比較法22,3
2では100μm以上、昇温速度の遅い比較法23,3
3では17μm以上、急速加熱炉が空気雰囲気であった
比較法27,37では175μm以上の酸化膜が生成し
ており、本発明法の酸化低減の効果は大きい。
【0026】実施例3 成形性の実施例として、図1(c)に示す鍛造を実施し
た。上記実施例1及び実施例2で超高温加熱した鋼材を
用い、表6および表7に示す金型温度及び加工速度で鍛
造後の供試材高さが10mmになるよう鍛造を行い、鍛造
荷重を調査した。
【0027】
【表6】
【0028】
【表7】
【0029】同表から、鍛造後の供試材高さを10mmに
するために必要な鍛造荷重は、本発明法ではいずれも1
0tonf以下であったのに対し、加熱温度の低い比較法
4,14,25,35では20tonf以上、加工速度の遅
い比較法7,8,17,18,28,29,38,39
ではいずれも10tonf以上であった。なお、本発明の超
高温熱間鍛造法は、実施例にあるように1300〜14
50℃の温度域の加熱によってなされるもので、従来の
一般的な熱間鍛造温度である1000〜1200℃より
かなり高温での鍛造を意味する。本実施例の鍛造荷重
は、実際の鍛造に必要な鍛造力を意味し、これは実加工
の際、製品の投影面積、型の拘束条件等によって変化す
るもので、これは必要機械容量、型寿命、製品精度等の
鍛造作業に大きく影響する重要なる因子である。また、
本発明の対象とする鍛造方法は型鍛造に限定するもので
はなく、ロール鍛造法または回転鍛造法等にも適用可能
であり、またそれらを組み合わせた各種鍛造加工法にも
適用できることは当然である。
【0030】
【発明の効果】上記実施例からも明らかのごとく、本発
明を用いれば、電気抵抗加熱炉等の均熱炉を用いた場合
には均熱炉炉体を破損することなく超高温熱間鍛造が可
能であり、誘導電気加熱炉あるいは直接通電加熱炉等の
急速加熱炉を用いた場合には酸化膜生成を極限まで抑制
し、加熱効率を向上した超高温熱間鍛造が可能であり、
工業的価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一態様を示す図である。
【符号の説明】
1…均熱炉 2…200℃以上800℃未満に予め加熱された鋼材 3…急速加熱炉 4…400℃以上800℃未満に予め加熱された鋼材 5…金型 6…パンチ 7…予加熱装置 8…製品 9…雰囲気制御用センサー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で0.1%以上1%未満の炭素量
    を含有し、かつ200℃以上800℃未満に加熱保持さ
    れた鋼材を、アルゴン、窒素等で無酸化雰囲気とした電
    気抵抗加熱炉等の均熱炉内に挿入し、鋼材の平衡状態図
    における固相線温度−45℃または1250℃のいずれ
    か高い方を下限とし鋼材の平衡状態図における液相線温
    度−20℃を上限とした温度に加熱することを特徴とす
    る超高温熱間鍛造方法。
  2. 【請求項2】 重量%で0.1%以上1%未満の炭素量
    を含有し、かつ400℃以上800℃未満に加熱保持さ
    れた鋼材を、アルゴン、窒素等で無酸化雰囲気とした誘
    導電気加熱炉あるいは直接通電加熱炉などの急速加熱炉
    内に装着し、鋼材の平衡状態図における固相線温度−4
    5℃または1250℃のいずれか高い方を下限とし鋼材
    の平衡状態図における液相線温度−20℃を上限とした
    温度に平均20℃/秒以上50℃/秒未満の昇温速度で
    加熱することを特徴とする超高温熱間鍛造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の超高温加
    熱された鋼材を、金型内で平均歪速度10/秒以上の加
    工速度で成形するか、または予め200℃以上に加熱さ
    れた金型内で平均歪速度5/秒以上の加工速度で成形す
    ることを特徴とする請求項1または請求項2記載の超高
    温熱間鍛造方法。
JP8167694A 1994-04-20 1994-04-20 超高温熱間鍛造方法 Withdrawn JPH07284874A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102218499A (zh) * 2011-05-17 2011-10-19 陕西宏远航空锻造有限责任公司 一种等温锻造用模具加热炉
CN105499458A (zh) * 2015-12-04 2016-04-20 中铝洛阳铜业装备技术有限公司 直线加速器压芯锻件的锻造方法

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