JPH0788586A - 熱間据込鍛造法 - Google Patents

熱間据込鍛造法

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JPH0788586A
JPH0788586A JP23354093A JP23354093A JPH0788586A JP H0788586 A JPH0788586 A JP H0788586A JP 23354093 A JP23354093 A JP 23354093A JP 23354093 A JP23354093 A JP 23354093A JP H0788586 A JPH0788586 A JP H0788586A
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Takemitsu Honjo
Osamu Matsumoto
Masayoshi Takano
武光 本庄
修 松本
正義 高野
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Kobe Steel Ltd
株式会社神戸製鋼所
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 L/Dが2.5以上の細長い素材を用いて
も、座屈を生じさせることなく、据込鍛造を終了するこ
とができる方法を提供する。 【構成】 加熱された軸状素材を軸方向に加圧し、素材
の中央部を径外方向に膨出状に塑性変形させつつ長さ方
向に短縮する熱間据込鍛造法である。鍛造中に素材に座
屈変形が生じないように鍛造直前の素材表面の中央部が
その両端部よりも50〜150℃高温となるように温度
分布を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自由鍛造の基本的作業
の一種である据込鍛造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、発電機、ガスタービン、蒸気ター
ビン等の回転子等の部品は、主として熱間自由鍛造によ
り大略成形される。この際、最終製品の品質を向上させ
るために、素材となる鉄鋼材料や非鉄金属材料等の鋳塊
を溶製した後、熱間で据込鍛造及び鍛伸鍛造を施し、こ
れによって結晶粒を微細化して組織の均一化が図られて
いる。特に、数トンを越えるような大型部品の場合、鋳
塊の凝固時の冷却速度は非常に遅く、大きな凝固結晶が
生成するので、据込及び鍛伸を繰り返して実施し、この
繰り返しの鍛造と加熱とにより、均質化を図る必要があ
る。
【0003】据込鍛造とは、周知の通り、軸状素材を加
熱して軸方向に加圧し、素材の中央部を膨出状に塑性変
形しつつ縮長する熱間加工法であり、品質の向上におい
て特に重要で、粗大な凝固結晶を微細化するのに有効で
ある。そして、圧縮比(据込鍛造前の軸状素材の高さ/
据込鍛造後の軸状素材の高さ)が大きいほど凝固組織の
微細化効果は大きい。結晶粒の微細化は、鍛造により蓄
積される歪エネルギーが駆動力となり、転位のない新し
い再結晶粒の核生成、成長によってもたらされる。この
鍛造後の結晶粒度は加工温度が低いほど、加工速度(歪
速度)や歪量が大きいほど微細になる。従って、1回の
鍛造加熱において、できるだけ大きい歪速度及び歪量を
均一に付与することが結晶粒微細化に有効である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】叙上の通り、結晶粒微
細化のためには、据込鍛造において、できるだけ大きな
歪を与えることが望ましく、そのためには圧縮比を大き
くすることが有効である。ところが、据込後に鍛伸を行
う場合、鍛伸により軸中心まで大きな歪を付与するに
は、据込後の素材長さ(軸長)をある程度長くする必要
がある。また、据込後の形状が製品近似形状となる場
合、製品によっては据込後の素材長さが制約される。従
って、鋳塊や鍛伸後の据込鍛造用素材としては、直径に
対して軸方向長さの長い、すなわち細長い形状のものが
望ましい。
【0005】しかし、素材の長さLと直径Dの比L/D
が大きくなると、据込の際、素材に座屈が生じる。これ
は、図3に示すように、一対の金敷11、11により軸
方向から加圧された素材1の中央部ないしその近傍に局
部的な屈曲Kが生じる現象である。そのまま鍛造を続け
ると屈曲が大きくなるため、鍛造後にガウジングやグラ
インディングにより、屈曲(傷)の生じた素材表面を平
滑にしなければならず、歩留りの低下を生じる。また、
傷取り作業により、軸直径が減少するため、更に座屈の
危険性が高くなる。更にまた、1回の鍛造加熱により据
込ができないため、所期の結晶粒微細化を達成すること
ができず、素材ひいては製品の内部品質の劣化を招来す
る。このため、座屈を生じない素材形状の条件として、
『プレス便覧』(塑性加工研究会プレス便覧編集委員会
編)では、L/Dが3未満が推奨されており、実際に
は、据込鍛造に供する素材はL/Dが2.5未満のもの
が使用されている。
【0006】本発明はかかる問題に鑑みなされたもので
あり、L/Dが2.5以上の細長い素材を用いても、座
屈を生じさせることなく、鍛造を終了することができる
熱間据込鍛造法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、加熱された軸
状素材を軸方向に加圧し、素材の中央部を径外方向に膨
出状に塑性変形させつつ長さ方向に短縮する熱間据込鍛
造法において、鍛造中に素材に座屈変形が生じないよう
に鍛造直前の素材表面の中央部がその両端部よりも50
〜150℃高温となるようにして鍛造する。
【0008】
【作用】素材にその中央部から両端部にかけて表面温度
が漸減する温度分布を与えると、軸方向の各位置におけ
る変形抵抗は該温度分布とは逆に両端部から中央部にか
けて漸減する分布となる。このため、所定の温度分布を
有する素材を据込鍛造すると、鍛造の初期においては、
変形抵抗の低い中央部が優先的にバルジング変形し、中
央部が拡径する。その後、素材の温度が略一様になる
と、中央部の曲げ抵抗性は拡径した分だけ強くなるた
め、座屈荷重が大きくなり、座屈による屈曲が生じ難く
なり、欠陥を生じることなく据込鍛造を終了することが
できる。この際、素材の中央部の温度が両端部よりも5
0℃未満では、中央部における拡径量が十分得られず、
L/Dが2.5以上の細長い素材では、座屈が生じるお
それがある。一方、150℃を越えると、中央部の変形
抵抗が著しく低下し、却って座屈が生じ易くなる。従っ
て、本発明によれば、細長い素材を用いても、座屈を生
じることなく、高い圧縮比で鍛造することができ、結晶
粒の微細化により、最終製品に良好な機械的性質を付与
することができる。
【0009】
【実施例】図1は、熱間据込鍛造直前の素材及びその表
面の温度分布A、変形抵抗分布Bを示しており、素材1
の中央部2は両端部3、3より50〜150℃高温に加
熱されている。かかる素材を用いて、通常のように放冷
状態で熱間据込鍛造すると、鍛造初期においては、図2
(A)に示すように、中央部2が優先的にバルジング変
形すると共に熱伝導により素材各部における温度差は速
やかに解消し、各部の温度差が50℃未満の略一様な温
度分布になる。中央部2が拡径した素材1は、中央部2
における変形抵抗性が向上するため、座屈が生じること
なく、同図(B)に示すように、樽状に変形し、据込鍛
造を終了することができる。尚、中央部とは、素材の全
長に対して、素材の長さ方向の中心位置を中心として
(1/3〜2/3)L程度の領域をいう。
【0010】素材1の中央部2の温度が両端部3、3に
比べて高くなるように強制的に温度分布を与えるには、
素材を加熱した後、中央部表面に断熱材を巻き、両端部
に比して中央部の放熱ひいては温度低下を妨げるように
して放冷すればよい。この場合、素材中央部への断熱材
の付着は素材の加熱前でもよい。また、加熱後、両端部
を強制空冷したり、金敷と接触させたりして、中央部に
比して両端部の冷却を促進することにより所期の温度分
布を付与することができる。また、炉内に遮蔽板を取付
け、炉内雰囲気自体に温度分布を持たせた加熱炉を用い
たり、高周波加熱などによる局部加熱方法によって、素
材の加熱段階で温度分布を付与してもよい。
【0011】次に、具体的実施例を掲げる。下記組成A
からなる、直径φ750×長さ2300mm(L/D=
3.06)の耐熱合金インゴット素材を加熱炉に装入
し、約1150℃に加熱した後、加熱炉から取り出すと
共に素材の中央部に長さ1200mmに渡ってグラスウー
ル製の断熱シートを巻いて、表面からの放熱を阻止し、
中央部が両端部に対して高温になるようにして、鍛造プ
レスに設置した。中央部の中心位置における表面温度が
1010℃のとき、端部の表面温度は920℃であり、
その差が90℃になった時点で、据込鍛造を開始すると
同時に断熱シートを取り除き、元の長さに対して1/2
になるまで据込を行った。
【0012】尚、比較のため、従来例として、下記組成
Bからなる耐熱合金インゴット素材(直径φ790×長
さ2400mm、L/D=3.03)を1150℃に加熱
し、断熱シートを付設することなく、これを鍛造プレス
に設置し、鍛造を開始した。 ・インゴット組成A(単位 wt%) Ni:25.5%、 Cr:15.2%、 Mo:1.
2%、Ti: 2.0%、 Al: 0.3%、 残部
実質的にFe ・インゴット組成B(単位 wt%) Ni:25.2%、 Cr:14.8%、 Mo:1.
2%、Ti: 2.1%、 Al: 0.3%、 残部
実質的にFe その結果、実施例、従来例とも素材の組成、寸法は略同
じであったが、従来例では座屈が生じたにもかかわら
ず、実施例では座屈による屈曲、しわ傷を生じることな
く鍛造を完了することができた。鍛造後の寸法は、長さ
1150mm(圧縮比2)で、最大直径は1200mmであ
った。
【0013】
【発明の効果】以上説明した通り、 本発明の熱間据込
鍛造法は、鍛造中に素材に座屈変形が生じないように鍛
造直前の素材表面の中央部がその両端部よりも50〜1
50℃高温となるようにしたので、据込鍛造の初期にお
いては、変形抵抗の低い中央部が優先的にバルジング変
形し、中央部が拡径し、曲げ抵抗性が向上するため、座
屈による屈曲が生じ難くなり、欠陥を生じることなく据
込鍛造を終了することができる。従って、本発明によれ
ば、L/Dが2.5以上の細長い素材を用いても、座屈
を生じることなく、高い圧縮比で据込鍛造することがで
き、結晶粒の微細化により、最終製品に良好な機械的性
質を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の据込鍛造に供される素材の温度分布お
よび変形抵抗分布を示す模式図である。
【図2】本発明の据込鍛造過程における鍛造初期
(A)、終了時(B)における模式図である。
【図3】据込鍛造過程における座屈発生状態を示す模式
図である。
【符号の説明】
1 素材 2 中央部 3 端部 K 座屈による屈曲

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加熱された軸状素材を軸方向に加圧し、
    素材の中央部を径外方向に膨出状に塑性変形させつつ長
    さ方向に短縮する熱間据込鍛造法において、 鍛造中に素材に座屈変形が生じないように鍛造直前の素
    材表面の中央部がその両端部よりも50〜150℃高温
    となるようにして鍛造することを特徴とする熱間据込鍛
    造法。
  2. 【請求項2】 素材を加熱し、素材の中央部に付着した
    断熱材により該中央部の放熱を防止しつつ冷却し、鍛造
    直前の素材表面の中央部がその両端部よりも50〜15
    0℃高温となるようにする請求項1に記載した熱間据込
    鍛造法。
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