JPH0776432B2

JPH0776432B2 - 熱間塑性加工用素材のコ−ティング方法

Info

Publication number: JPH0776432B2
Application number: JP62184891A
Authority: JP
Inventors: 賢資黒川; 光雄桑原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1987-07-24
Filing date: 1987-07-24
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPS6428383A

Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的（１）産業上の利用分野本発明は、熱間塑性加工用素材へのコーティング材のコ
ーティング方法に関する。

（２）従来の技術従来、金属を熱間鍛造する際に使用する鍛造素材へのコ
ーティング材としては、黒鉛粉末を水や有機溶剤に混合
したもの（特公昭57−13598号公報）、黒鉛、二硫化モ
リブデンを硼酸などとともに水に混合したもの（特開昭
56−109128号公報）、および表面にリン酸被膜処理を施
すものなどがある。

また、ガラス質のものとしては、金属又は合金粉を混合
したもの（特開昭57−209736号公報）および水溶性ガラ
スを用いたもの（特公昭56−17297号公報）などがあ
る。

そして、これらのコーティング材の塗布方法としては、
スプレー吹付け、各コーティング材浴への浸漬といった
方法がある。

（３）発明が解決しようとする問題点前記従来の黒鉛粉末を使用したコーティング材は、鍛造
温度が200℃以上を越える高温で鍛造を行う際には、そ
の予熱過程で水や有機溶剤の激しい気化現象が生じ、黒
鉛粒子の塗布面への付着が妨げられ、均質な黒鉛粒子に
よる被膜を形成することが困難であった。

また、二硫化モリブデンを使用したコーティング材につ
いても同様の問題があった。

そして、前記従来のいずれのコーティング材において
も、鍛造素材の高温での加熱鍛造過程における酸化防止
を行うことができず、寸法精度の良好な鍛造品を得るこ
とができない、酸化物（スケール）のため型寿命が短
い、金型からのスケールの排出が困難である、といった
実作業上の問題点があった。

また、これらのコーティング材の塗布においては、黒鉛
粉末、二硫化モリブデン粒子を水または油脂に混合した
懸濁液を使用するので、鍛造素材の表面にこれらの粉
末、粒子を均一に付着させることが困難であり、鍛造素
材の表面にこれらの粉末や粒子が部分的に付着した状態
で鍛造を行うことになり、部分的に成形が困難な箇所が
生じるという問題があった。

また上記の各問題は、例えば特開昭57−209736号公報に
開示される如く溶融状態のガラス質コーティング材に熱
間塑性加工用素材を浸漬して、その素材の表面にガラス
質の被膜を形成した後で、該素材に対し熱間鍛造を行う
ようにすれば解決することができ、即ち、上記公報記載
のものは、鍛造素材表面におけるガラス質の被膜効果に
より鍛造時における素材の酸化防止が図られてスケール
発生が抑えられる上、該被膜が鍛造時に溶融状態となっ
て素材に良好な潤滑性を付与し得る等の効果が期待でき
るが、そのガラス質コーティング材に、ガラスのバイン
ダとして非酸化状態の金属又は金属粉を含有させるよう
にしているため、次のような問題もある。即ち、そのも
のでは、ガラス質コーティング材に含まれる非酸化状態
の金属又は金属粉が熱間鍛造時に鍛造素材表面と合金反
応を起こすことにより、同表面に付着一体化して鍛造加
工終了後に部分的に残ってしまい、鍛造品表面の均質化
を図り得ない等の問題があり、また溶融状態のガラス質
コーティング材に熱間鍛造用素材を浸漬させる前に該素
材を特別に予熱してはいないので、該素材とガラス質コ
ーティング材とのなじみが比較的悪く、その両者間のぬ
れ性が十分ではないために、素材表面に均質な被膜を形
成する上で不利である。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、ガラス
質コーティング材を用いても上記従来のものの問題がな
い、熱間塑性加工用素材のコーティング方法を提供する
ことを目的とするものである。

B.発明の構成（１）問題点を解決するための手段前記目的を達成するために、本発明は、B₂O₃、SiO₂、Na
₂Oを主成分とするガラス成分を有するガラス質コーティ
ング材を溶融し、このコーティング材に、予め加熱され
た熱間塑性加工用素材を浸漬して、その熱間塑性加工用
素材の表面に均質なガラス質の被膜を形成するように
し、前記ガラス質コーティング材としては、800〜1300℃に
加熱した際に溶融状態となり、且つその時の粘度が0.1
〜150cP（センチポアズ）であり、且つまた、ｉ）Cu、Ag、Au、Cs、Zn、Ba、Ti、Ｖ、Ta、Mo、Mn、F
e、Co、Niから選ばれた１種、または２種以上の金属の
酸化物0.1〜20重量％と、 ii）Li、Ｋ、Rb、Mg、Ca、Sr、La、Al、Ｐ、Seから選ば
れた１種または２種以上の金属の酸化物0.1〜30重量％
とを含有するものが使用されることを特徴とする。

前記ガラス成分の好ましい含有割合は、B₂O₃ 20〜60重
量％、SiO₂ 24〜70重量％、Na₂O 10〜50重量％の範囲に
あるものである。SiO₂が70％を超えた場合には、コーテ
ィング材の粘度が高くなりすぎ塗布が困難になって適当
な膜厚の塗膜が得られず、また塗膜の強度が高くなりす
ぎ、冷却過程での鍛造品からの剥離が困難になる。B₂O₃
が60％を超えた場合には、ガラスが液状ではなく固形状
となり、塗布が困難になる上、塗膜の強度も低下してし
まう。更にNa₂Oが50％を超えた場合には、ガラスが水と
反応しやすくなり、耐候性、吸湿性等が問題となる。前
記各ガラス成分の下限値以下では、粘性、熱膨張性、ガ
ラスの変形能等が低下し、熱間鍛造のコーティング材と
して使用することが困難になる。

また、金属酸化物としては、前記特徴とされる如く、
ｉ）Cu、Ag、Au、Cs、Zn、Ba、Ti、Ｖ、Ta、Mo、Mn、F
e、Co、Ni（以下「第１群」という）から選ばれた１種
または２種以上の金属の酸化物0.1〜20重量％、およ
び、ii）Li、Ｋ、Rb、Mg、Ca、Sr、La、Al、Ｐ、Se（以
下、「第II群」という）から選ばれた１種または２種以
上の金属の酸化物0.1〜30重量％をコーティング材に含
有させるが、特に第Ｉ群の金属の酸化物は、主としてコ
ーティング材と素材のぬれ性の向上に寄与し、また第II
群の金属の酸化物は、熱膨張性と粘度に寄与するもので
ある。これらの金属の酸化物をコーティング材に含有さ
せることによって、熱間塑性加工用素材上に均質な薄い
被膜を形成することが可能になる。

これらの金属の酸化物の含有量が下限値以下の場合に
は、均質な薄い被膜を得ることができず、また、含有量
が上限値以上である場合には、鍛造等の熱間塑性加工後
の冷却過程において、このガラス質のコーティング被膜
が素材との熱膨張差の関係で、加工品から剥離しなくな
る。

本発明のコーティング材においては、加工温度である80
0〜1300℃に加熱した際に、コーティング材が溶融状態
となり、その時の粘度が0.1〜150cP（センチポアズ）と
なるように前記の範囲内で各成分の含有割合が調整され
る。而して粘度が0.1cP以下の場合には、素材の予熱過
程でコーティング材が滴下し、均質な被膜を得ることが
できないので、酸化防止性、断熱性、潤滑性が得られな
い。また、粘度が150cP以上の場合には、被膜が厚くな
り、素材上のコーティング材を溶融状態にするために予
熱温度を高くすることが必要となるとともに、加工品の
寸法精度も悪化する。

更にコーティング材は、好ましくは熱膨張係数が0.8〜2
0×10^-6となるように各成分の含有割合を調整すること
が望ましい。即ち、鍛造後の冷却過程で、加工品とガラ
スコーティング材との熱膨張差を利用して、加工品の表
面に形成されているガラスコーティング層を剥離させる
ので、熱膨張係数が前記範囲内にあれば、コーティング
層の剥離が容易となるからである。

また、熱間塑性加工用素材として、表面にサンドブラス
トのような物理的処理、もしくはリン酸被膜処理等の化
学的処理をあらかじめ施した素材を使用し、これをガラ
ス質コーティング材浴中に浸漬すれば、さらに密着性の
良い均質な被膜を形成することができる。

（２）作用前述の構成を備えた本発明の熱間塑性加工用素材のコー
ティング方法によれば、ガラス質コーティング材を溶融
し、このコーティング材に熱間塑性加工用素材を浸漬し
て、その素材表面に均質なガラス質の被膜を形成するよ
うにしているため、熱間塑性加工時の素材の酸化を防止
するとともに、予熱から塑性加工までの温度降下を抑制
することができる。そして、このガラス質の被膜は、熱
間塑性加工温度では再度溶融状態となるので、良好な潤
滑性が得られて該素材の塑性加工性が改善される。また
上記の如く素材の酸化防止が図られることによって、ス
ケールの発生が抑えられて加工品の寸法精度が向上し、
金型からのスケール排出の手間も省かれ、更にスケール
がついた状態での塑性加工が回避される。更に熱間塑性
加工後の素材冷却に伴い、素材表面に残存する上記被膜
は固化して素材表面より容易に剥離し得る。

また特に上記コーティング材には特定の金属酸化物を特
定割合で含有するので、その金属酸化物の含有効果に基
づいてコーティング材と素材とのぬれ性が向上すると共
にコーティング材に粘度が適度に付与されて、素材上に
均質な薄い被膜を容易に形成することが可能となり、ま
た熱間塑性加工後の冷却過程でのコーティング被膜の、
素材との熱膨張差が適度に確保されて、該被膜を素材表
面から無理なく確実に剥離させることができる。しかも
斯かる金属酸化物は比較的安定な状態にあって、それの
コーティング材への添加によるも熱間塑性加工の際に素
材表面との間で合金反応を起こして該表面に付着一体化
してしまう虞れはなく、コーティング被膜を前述の如く
素材表面より剥離させる際に該被膜と共に簡単に除去す
ることができるから、加工終了後も加工品の表面に残っ
て該表面の均質化の妨げとなるような心配はない。

更に熱間塑性加工用素材を溶融状態のガラス質コーティ
ング材中に浸漬する前に、予め該素材を加熱（例えば20
0〜700℃）しておくことにより、該素材とガラス質コー
ティング材とのなじみが良くなって、その両者間のぬれ
性を一層向上させることができる。

（３）実施例本発明をより一層明らかにするために、以下に実施例を
掲げる。各実施例中、％は重量％を表す。

実施例１ SiO₂ 28.1％、B₂O₃ 35.2％、Na₂O 15.1％、Al₂O₃ 8.5
％、MgO 6.5％、BaO 0.2％、FeO 0.4％、MnO 1.2％、K₂
O 4.8％からなる組成を有するガラス質コーティング材
を900℃に加熱し溶融した。このコーティング材の粘度
は、1000℃で3cP、熱膨張係数は2.5×10^-6である。

鍛造素材として、SCM415（JIS材）のクロムモリブデン
鋼からなる、φ40×120mmの丸棒形状のビレットを使用
し、このビレットを700℃まで非酸化性雰囲気中で予熱
した後に、溶融コーティング材中に投入してコーティン
グした（このビレットを冷却後、室温で測定した被膜の
厚さは、30μｍ以下であった。）。

コーティング後、ビレットを1200℃で１分間予熱し、16
0kg/cm²の加圧力で鍛造した。鍛造までの待ち時間は20
秒とした。

比較のために、コーティングならびに非酸化予熱を省略
したビレットを同様に鍛造した。

鍛造後の排出スケールは、コーティング物では観測され
ず、コーティングしたガラス層は冷却に伴い、約１分後
に約１〜2mmの細片として排出された。一方、コーティ
ングを省略したビレットからは、約30秒後にスケールが
剥離した。スケールの厚さは約0.1〜0.5mmで、30×60mm
に及ぶ大きな剥離片もみられ、これらのスケールは鍛造
後に鍛造品を傷つける可能性が大きいものであった。

コーティング物の酸化はほとんどみられず、コーナー部
に粉末状の酸化物がわずかに観測されたのみであった。

実施例２ SiO₂ 27.8％、B₂O₃ 34.1％、Na₂O 16.0％、Al₂O₃ 5.2
％、MgO 8.0％、K₂O 5.0％、Cs₂O 2.2％、FeO 0.4％、M
nO 1.3％からなる組成を有するガラス質コーティング材
を900℃に加熱し溶融した。このコーティング材の粘度
は1000℃で3cP、熱膨張係数は1.2×10^-6である。実施例
１と同様のビレットを200〜400℃に予熱した後に、溶融
コーティング材中にデイッピングしてコーティングし
た、コーティング層の厚さは、約0.1mmであった。

このビレットを実施例１と同一の条件下で予熱、鍛造し
た。コーティング層は鍛造後も均一であり、鍛造中にお
けるコーティング層の塑性変形むらもなく良好な状態で
工程が終了した。

鍛造後ビレットを水中に投入すると、コーティング層は
成形体からきれいに剥離し、型離れも良好であった。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実
施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲記載さ
れた本発明を逸脱することなく、例えば、ガラス質コー
ティング材に通常使用される添加剤を適宜混合する等の
変更を行うことが可能である。

C.発明の効果以上のように、本発明の熱間塑性加工用素材のコーティ
ング方法によれば、ガラス質コーティング材を溶融し、
このコーティング材に熱間塑性加工用素材を浸漬して、
その素材表面に均質なガラス質の被膜を形成するように
したので、鍛造等の熱間塑性加工時の素材の酸化を防止
し得ると共に、予熱から塑性加工までの温度降下を抑制
することができ、しかも此のガラス質の被膜は、熱間塑
性加工温度では再度溶融状態となるため、良好な潤滑性
が得られて素材の塑性加工性を改善することができる。
また上記のように素材の酸化防止が図られることによっ
て、スケールの発生が抑えられて、加工品の寸法精度向
上に寄与し得るばかりか、金型からのスケール排出の手
間を省くことができ、しかもスケールがついた状態での
塑性加工が回避されるから、型寿命の向上にも寄与し得
る。更に熱間塑性加工後の素材冷却に伴い、素材表面に
残存する上記被膜は固化して素材表面より容易に剥離し
得る。

また特に上記コーティング材には特定の金属酸化物を特
定割合で含有するので、その金属酸化物の含有効果に基
づいてコーティング材と素材とのぬれ性を向上させるこ
とができると共にコーティング材に粘度を適度に付与す
ることができて、素材上に均質な薄い被膜を容易に形成
することが可能となり、また熱間塑性加工後の冷却過程
でのコーティング被膜の、素材との熱膨張差を適度に確
保することができて、該被膜を素材表面から無理なく確
実に剥離させることができる。しかも斯かる金属酸化物
は比較的安定な状態にあって、それのコーティング材へ
の添加によるも熱間塑性加工の際に素材表面との間で合
金反応を起こして該表面に付着一体化してしまう虞れは
なく、コーティング被膜を前述の如く素材表面より剥離
させる際に該被膜と共に簡単に除去することができるか
ら、加工品の表面の均質化を図る上で有利である。更に
コーティング材としては、熱間塑性加工温度に対応する
800〜1300℃に加熱した際に溶融状態となり、且つその
時の粘度が0.1〜150cP（センチポアズ）であるものが使
用されることから、塑性加工直前の素材の予熱過程でコ
ーティング材を素材表面より無駄に滴下させることな
く、且つ予熱温度を特別高くすることなく素材表面に均
質な被膜を維持することができる。

更に熱間塑性加工用素材を溶融状態のガラス質コーティ
ング材中に浸漬する前に、該素材を予熱するようにした
ので、該素材とガラス質コーティング材とのなじみが良
くなって、その両者間のぬれ性を一層向上させることが
でき、従って一層均質な被膜を形成することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】B₂O₃、SiO₂、Na₂Oを主成分とするガラス成
分を有するガラス質コーティング材を溶融し、このコー
ティング材に、予め加熱された熱間塑性加工用素材を浸
漬して、その熱間塑性加工用素材の表面に均質なガラス
質の被膜を形成するようにし、前記ガラス質コーティング材としては、800〜1300℃に
加熱した際に溶融状態となり、且つその時の粘度が0.1
〜150cP（センチポアズ）であり、且つまた、ｉ）Cu、Ag、Au、Cs、Zn、Ba、Ti、Ｖ、Ta、Mo、Mn、F
e、Co、Niから選ばれた１種、または２種以上の金属の
酸化物0.1〜20重量％と、 ii）Li、Ｋ、Rb、Mg、Ca、Sr、La、Al、Ｐ、Seから選ば
れた１種または２種以上の金属の酸化物0.1〜30重量％
とを含有するものが使用されることを特徴とする、熱間塑
性加工用素材のコーティング方法。
【請求項２】B₂O₃ 20〜60重量％、SiO₂ 24〜70重量％、
Na₂O 10〜50重量％を含有するガラス質コーティング材
を使用することを特徴とする、特許請求の範囲第項記
載の熱間塑性加工用素材のコーティング方法。
【請求項３】熱膨張係数が0.8〜20×10^-6であるガラス
質コーティング材を使用することを特徴とする、特許請
求の範囲第又は項記載の熱間塑性加工用素材のコー
ティング方法。
【請求項４】熱間塑性加工用素材として、前処理を施し
た熱間塑性加工用素材を使用することを特徴とする、特
許請求の範囲第〜項の何れか１項記載の熱間塑性加
工用素材のコーティング方法。
【請求項５】サンドブラスト処理を施した熱間塑性加工
用素材を使用することを特徴とする、特許請求の範囲第
項記載の熱間塑性加工用素材のコーティング方法。
【請求項６】リン酸被膜処理を施した熱間塑性加工用素
材を使用することを特徴とする、特許請求の範囲第項
記載の熱間塑性加工用素材のコーティング方法。