JPS5819373B2 - 金属材料の鍛錬法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属材料の鍛錬法に関するものであって、材料
内部に存在する欠陥を消去し、かつ所望とする形状を得
ることを目的とする鍛錬方法に関するものである。

従来、一般に行なわれている熱間鍛錬法では、先ず材料
を許容最高温度にまで充分かつ均一に加熱した後、第１
図ａ、ｂに示すように、材料１を上下対称な金敷２，２
′によって鍛錬圧下を行なう。

このような従来の鍛錬法においては、特に大型鋼塊の凝
固時に生成しやすい、ザク性欠陥といわれる中心部の空
隙を閉鎖、圧着するのに望ましい応力状態が得られず、
従って中心部付近に存在する空隙を鍛圧着することが出
来ず、製品となった後、超音波探傷、中心孔検査等の高
精度な検査によって欠陥が初めて発見されることが、し
ばしば生ずる。

かかる方法に対し、いわゆる「温間鍛錬法」なるものが
特許公報昭３７−１３７６１に公示されて、鋼材を通常
の熱間鍛錬法における許容最高温度にまで均一に加熱し
た後、これを表面層のみ冷却して、外周部に７００〜８
５０℃の変形抵抗の大きいシェル層を形成し、内部は１
０００〜１１５０℃となり、内外の温度差を２５０〜３
５０℃に維持して、鋼材の全幅の約７０％前後の幅を有
する金敷を用いて強圧を加える方法が知られている。

このような方法によって、ザク性の空隙欠陥を鍛圧着す
ることができるとされているが、一方このような温間鍛
錬法によっては、材料の平均温度が低いために、鍛錬荷
重は著しく大きくなる欠点がある。

また表面層を冷却するための待ち時間が必要であり、特
に大型材では作業能率が非常に悪い。

さらに、中心部の温度は通常の場合より低いので、空隙
の鍛圧着には不利である。

本発明は、かかる従来の鍛錬法および温間鍛錬法の欠点
をなくすために成されたものである。

すなわち金属材料を通常の熱間鍛練法における鍛錬温度
に加熱しなる後、材料内に特に温度差をつけることなく
、前記金属材料幅の少なくともほぼ６０％以上の幅を有
する金敷と、前記金属材料幅以上の幅を有するとともに
、金属材料長さ方向において、前記の金敷寸法のほぼ２
倍以上の長さを有する他の金敷とを用いて、上記金属材
料を熱間鍛錬することを特徴とする金属材料の鍛錬法で
ある。

次に本発明について詳細に説明する。

なお、説明では、下金敷巾が上金敷中以上の場合につい
て述べるが、逆の場合にも同じ効果が得られるものであ
る。

すなわち、本発明は第２図ａ、ｂに示すように材料長さ
方向での下金敷幅ｌ、は上金敷幅１４の２倍以上であり
、材料幅方向では材料幅０以上の幅ω４．ω、を持つ上
下金敷を用いて、あるいは第３図ａｙｂに示すように材
料長さ方向では、第２図と同様な下金数と材料幅方向で
は材料幅ωの約６０％以上の幅ω７を持つ上金敷および
材料幅０以上の幅ω８を持つ下金数を用いて、鍛圧下を
行なう方法である。

本発明においては、材料は鍛造温度にまで均一に加熱さ
れ、加熱終了後直ちに鍛造してよく、材料内部に特に温
度差をつける必要はない。

本発明の原理を以下に簡単に述べる。

第４図ａには塑性加工理論上知られている上下対称な工
具を用いて圧縮する場合のｂには十分に広い下工具を用
いて圧縮する場合のすべり線Ｓと応力の方向を矢印でそ
れぞれ示す。

本発明の原理は基本的には以上の事実に基く。

すなわち、普通鍛錬法における如く、上下対称な金敷を
用いる場合には、第４図ａの矢印で示すように、中心部
にマンネスマン効果といわれる引張応力が生成するが、
下金敷巾が十分に広い場合には、第４図すに示すように
、下端面付近にマンネスマン効果が現われ、中心部には
圧縮応力が生成する。

すなわち、材料中心部に存在するザク性欠陥を閉鎖、圧
着せしめるには、このようなマンネスマン効果が現われ
る位置を、中心部付近からずらし、中心部に材料長さ方
向の圧縮応力を生成すればよく、基本的には第４図Ｃに
示す工具と材料の関係を満たせばよい。

このとき、実際の鍛造においては、材料長さおよび幅方
向で両者の関係を決定することが必要であり、ザク性欠
陥の閉鎖、圧着効果を高め、鍛造力を必要最小に留め、
かつ作業性を阻害しないためには、材料長さ方向の下金
敷幅は上金敷幅の約２倍以上が必要であること、また、
中心部のザク性欠陥をより一層閉鎖圧着するためには、
材料幅方向にも圧縮応力を生成することが必要があり、
そのためには、材料幅方向の上金敷幅は材料幅の約６０
％以上が必要であることを、多くの実験で確かめた。

とくに、上金敷の幅を材料幅より狭くすると全幅を圧下
する場合よりも、荷重は小さくてすみ、鍛圧力を材料内
部に集中することが出来る。

なお、中心部は高温のままであるので空隙の圧着プロセ
スには非常に有効となる。

かくして、本発明の方法においては、中心部に３軸方向
の圧縮応力が生成し、空隙の閉鎖、圧着には非常に有利
となる。

本発明は、第４図に示す塑性加工理論上知られた事実に
基くものであるが、従来の理論では単にすべり線の方向
と応力を記述したたけであり、本発明はこれらの事実か
ら、鍛造におけるザク性欠陥の閉鎖と圧着の問題に発展
させ、多くの実験から、幅および長さ方向における材料
と工具の最適な寸法を見出した点に発明の根拠をおくも
のである。

また、温間鍛錬法（特許公報昭３７−１３７６１）では
、材料内に温度差をつけることによる型鍛造効果によっ
て、中心部に圧縮応力を生成しようとしたものであるが
、本発明の方法では、材料内に特に温度差をつけること
なく、非対称な圧下による応力分布によって、中心部に
圧縮応力を生成しようとしたものであり本質的に異なる
。

また、材料は鍛錬温度に均一加熱された後、直ちに鍛造
されるので、材料の変形抵抗は小さく、鍛造に要する荷
重は小さくてすむ。

本発明を更に良く理解するために、以下に本発明の実施
例と効果について説明する。

犬施例 断面３００Ｘ３００７Ｘｍ、長さ１１００！ＩＸのＮｉ
−ＣｒＭｏＶ鋼に２５．４φｍｍの中心孔を開け、両端
を溶接でふさぎ、１２５０℃に均一加熱した。

炉出し後、直ちに第１〜３図に示す従来法と本発明によ
る２法の３種類の方法で、２０％の圧下を行ない、さら
に材料の一部は最初の圧下方向に直角な方向から１０％
の圧下を行なった。

第２図および第３図に示す本発明の方法では最初の２０
％川下だけでも、中心孔は完全に圧着していたが、第１
図のような普通の鍛錬法では、最初の２０％圧下および
次の１０％圧下のいずれも中心孔は閉鎖しなかった。

なお、このときの圧下荷重は、本発明の第２図の方法で
は約２８０１１第３図の方法では約２７０ｔであり、−
第１図の普通鍛錬法では約３１０ｔであった。

以上は本発明の効果が明確になる１例であるが、本発明
は軸材用およびスラブ用などの鋼塊の鍛造に適用され、
前記同様の効果が確認されている。

以上説明したごとく、本鍛錬法によるときは大型材料の
中心部付近に存在し、しばしば製品の致命的欠陥となる
空隙を鍛圧蓋し、超音波探傷、中心孔検査等の高精度な
検査によっても無欠陥な高級大型鍛造品を製造すること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常の鍛錬法における金敷と材料の配置の関係
を示す図でａは側面からみた中心断面図、ｂは正面から
みた中心断面図、第２図ａ、ｂおよび第３図ａ）ｂは本
発明における金敷の使用状況を示す断面図で、第４図ａ
は上下対称な工具を用いて圧縮する場合のすべり線およ
び応力の方向をｂは下敷が十分に広い場合のすべり線と
応力の方向を示す図である。 １．３，６，９，１１・・・・・・材料、２，４，７゜
１０．１２・・・・・・上金敷、２，５，８，１０’、
１３・・・・・・下金数、１３４．ＩＩ７・・・・・・
上金敷の材料長さ方向の長さ、ｌ３．ｉ！８・・・・・
・下金数の材料長さ方向の長さ、ω４．ω７・・・・・
・上金敷の材料幅方向の長さ、ω５．ω８・・・・・・
下金数の材料幅方向の長さ、ｌ・・・・・・材料の長さ
、ω・・・・・・材料の幅、Ｓ・・・・・・すべり線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属材料を通常の熱間鍛練法における鍛錬温度に加
   熱した後、材料内に特に温度差をつけることなく、前記
   金属材料幅の少な（ともほぼ６０％以上の幅を有する金
   敷と、前記金属材料幅以上の幅を有するとともに、金属
   材料長さ方向において、前記の金敷寸法のほぼ２倍以上
   の長さを有する他の金敷とを用いて、上記金属材料を熱
   間鍛錬することを特徴とする金属材料の鍛錬法。