JPS6127134B2

JPS6127134B2 -

Info

Publication number: JPS6127134B2
Application number: JP53099452A
Authority: JP
Inventors: Futsukusu Uarutaa; Haa Getsushingaa Gerunooto; Kyuntsuri Roorando; Sheenfueruto Eruin
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1977-09-01
Filing date: 1978-08-15
Publication date: 1986-06-24
Also published as: CH621952A5; FR2401720B1; FR2401720A1; JPS5443156A; BR7805638A; US4212189A; PL209288A1; DE7730288U1; NO782925L; GB2003412B; PL124106B1; DK379778A; DE2744033C2; GB2003412A; DE2744033A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、２つの半型より成り、その場合少く
とも１方の半型が最低１回分割された恒温鍛造用
金型およびその製造法に関する。

恒温鍛造用の金型は、素材を超塑性の温度範囲
内で比較的緩慢に塑性変形させるために使用され
る。この場合、金型は、変形すべき加工部材と実
際に同じ高い鍛造温度に曝されかつ、全ての場合
はじめの加工部材にも終りの加工部材にも均質で
十分な加熱が配慮される必要がある。金型および
部分的に加工部材をも加熱し、並びに作業温度を
不断に維持するため、一般に誘導加熱装置が使用
される。従来より金型の設計は、２つの半金型
が、それぞれ、モリブデンまたはニツケルをベー
スとする耐熱合金より成る部材から製造されるよ
うに行なわれた。大てい、しばしば複雑な金型
は、電食の使用下にことごとく金型素材からつく
り出されなければならなかつた。このような恒温
鍛造用の装置は刊行物から公知である（例えば、
D.J.アブソン（Abson）、F.J.ガーネー
（Gurney）、“Heated dies for forging and
friction studies on ａ modified hydraulic
forge press”、Metals and Materials、1973年12
月号；英国特許明細書第699687号；米国特許明細
書第3698219号）。

従来法により製造された、恒温鍛造用の一体型
は高価である、それというのもこれが、材料費の
大きい、部分的に難加工性の耐熱合金を前提とす
るからである。深い溝、小さい曲率半径並びに縁
が鋭くかつ湾曲せる隅角部を有する複雑な金型は
常用の機械的加工法により製造されることができ
ず、かつ例えば電食のような極めて高価な方法が
使用されなければならない。さらに、加工部材お
よび型間が部分的に溶着されることにより使用不
能になつた金型は、侵食位置で使用が阻止される
ことにより、大きい費用を使用して補修すること
ができるにすぎず、かつしばしば全く補修するこ
とができない。このような場合金型全体の全損失
が、複雑な製品を製造するのに加算する必要があ
る原価要因を表わす。

本発明の根底をなす課題は、大きい材料費およ
び加工費の回避下に複雑な型をつくる場合でさえ
簡単な方法で従来法を使用し製造されることがで
きる恒温鍛造用金型を得ることである。この金型
は、長い寿命を有し、簡単な方法で維持および修
理することができ、かつできるだけ長い耐用年数
を有するべきである。さらにこの金型は、作動中
に誘導加熱を使用してできるだけ迅速かつ均質に
全ての断面を鍛造温度となし、かつ同じ温度に不
断に維持できなければならない。

このことは、本発明によれば、前記せる種類の
金型において、分割された半型がそれぞれの構成
部材から形成され、そのうち少くとも、鍛造すべ
き加工部材に対向するそれぞれの構成部材のその
接触面または全面に薄い電気絶縁層が設けられる
ことにより達成される。

殊に有利な１実施例において、電気絶縁層が設
けられた、鍛造すべき加工部材に対向する構成部
材が、鍛造すべき加工部材と反対側の構成部材よ
りも耐熱性および耐摩耗性の大きい材料より成
る。

本発明の根底をなす基本的な着想は、金型を
別々に易加工部材でつくり、その場合素材がそれ
ぞれの作業条件に最適に適合されることができ、
かつそれぞれの構成部材に絶縁層を設け、その結
果誘導加熱せる際に部分的に溶着しかつそのため
不均質に温度が分布するおそれがないことであ
る。

以下に本発明を図面実施例につき詳説する。

第１図に、分割された半型の縦断面図を略示す
る。この場合この半型は上型としても下型として
も使用されることができる。加工部材の例とし
て、中心対称に半径方向に配置されたリブを有す
る機体（圧縮機インペラ）が挙げられる。それぞ
れのセグメント２より成り、鍛造位置で、鍛造す
べき加工部材に直接に対向する高耐熱および耐摩
耗性の構成部材はその側面に切欠溝を有し、その
結果２つの隣接するセグメント２がそれぞれ１つ
の、半径方向に延びる溝を形成する。セグメント
２の全面に絶縁層３が設けられ、その結果これら
は相互に電気的接触を有しない。セグメント２の
全体がリング１によりまとめられる。また絶縁層
３は、セグメント２自体下の接触面およびリング
１との接触面に制限されることができる。制限
は、それぞれのセグメントが鍛造工程中に誘導電
流により自体加熱され、かつ、溶着を生じること
がある有害な橋絡が、金型の隣接構成部材または
部材および加工部材間に生じないことだけであ
る。このような溶着が、金型の不均質な加熱およ
び間接的には加工部材の不均質な加熱をも生じ
る。加工部材の鍛造中の侵食が全ての条件下で回
避される必要がある。

第２図は、部分的に断面図として示した扇形部
を有する、第１図に相応する平面図である。４
が、隣接するセグメント２の半径方向の接触面で
ある。他の記号は第１図から明白である。セグメ
ント２が相互に同じであることを要せず、例えば
異なる中心角を有することもできる。また半径方
向の接触面４は軸方向に多段に形成されることが
でき、その結果接線方向に、隣接するセグメント
２の重複部が得られる。それぞれの場合、半型の
分割が任意であることができ、かつ加工部材の型
内の形状に最適に適合されることができる。

第３図および第４図は、それぞれ、分割された
半型の他の実施例を示す平面図である。セグメン
ト２は、斜めに配置されるかないしは弓形に延び
る側面を有し、それによりそのような接触面５な
いしは６が得られる。例えばこのような形状は、
非半径方向に延びる羽根を有するタービン−およ
び圧縮機インペラで見られる。これらは簡単な方
法で、倣いフライス盤および倣い研削盤で製造さ
れることができる。隣接するセグメント２の非半
径方向にある接触面の特別な利点は、これらが、
熱膨張率が異なる場合に締め付けられずに任意に
可動であることである。

第５図は、上方および下方の半型を示す縦断面
図である。圧縮インペラの複雑な雌型である上部
半型は、半径方向にも軸前進方向にも多数に分割
されている。セグメント２は、外周でリング１に
よりまとめられるとともに、側面部がスリーブ７
およびエゼクタ８により制限される。軸方向に引
続く、詳細に図示せざる型キヤリヤが同じく分割
され、その場合、所要の断熱性を考慮し、本発明
とは密接な関係はないが種々の材料が使用され
る。下部半型９は、加工部材の単純平面の境界面
に相応に唯一の部材より成り、これが架台１０に
支持される。所望により、下部半型が同じく分割
して形成されうることは明白である。

第６図は、第５図による分割された半型に相応
する個々の扇形状構成部材を示す斜視図である。
この側面で、半径方向に延びる平らな接触面４
が、圧縮インペラの断面を形成する翼面１１（雌
型）へ移行する。隣接するセグメント２のそれぞ
れ２つのこのような面１１が溝を形成し、この溝
中へ加工部材の材料が鍛造工程に際し流動する。

全ての場合有利に、電気絶縁層３は、アルミニ
ウム、マグネシウム、珪素、セリウムまたはイツ
トリウムの酸化物もしくは、最低２つの前記酸化
物の混合物より成り、かつ0.01〜500μの厚さを
有する。この絶縁層３は、プラズマ放射、火炎放
射または陰極スパツタリングによりそれぞれの構
成部材（例えばセグメント２）に施されることが
できる。

リング１が同じく型の成形部材に属する（第１
図および第５図と反対）場合、これらが有利にセ
グメント２と同じ材料から製造され、その結果全
ての構成部材が唯一の素材より成る。しかしなが
ら、型が複雑な形状より成りかつ、実際に成形す
る構成部材およびただ支持するのに役立つ構成部
材間に別々の課題がある場合、有利な方法で、前
者には、鍛造すべき加工部材と反対側の構成部材
よりも高い耐熱性および大きい耐摩耗性の材料が
選択される。

有利に、熱的機械的に最大の応力を受ける構成
部材はTZM型のモリブデン合金から製造され
る。大ていこのような合金はTi0.4〜0.55％，
Zr0.06〜0.12％およびC0.01％〜0.04％、残分Mo
を含有する。さらにこれには、Hf1.0〜1.12％，
C0.06〜0.0675％、残分Moを有する合金が適当で
ある。モリブデンは高い温度で極めて酸化される
傾向があるので、一般にこのような金型は、酸素
が少ないかもしくは不含の雰囲気中で使用され
る。有利に、アルゴンが保護ガスとして使用され
る。

金型の高応力構成部材には、TZNとともに安
価であることによりさらに有利に長い耐久性と寿
命のニツケル合金が使用される。例えば、IN100
または713LC型のこのようなニツケル合金は以下
の組成を有する：Ｃ 0.18％Ｃ 0.05％ Cr 10.0％ Cr 12.0％ Mo 3.0％ Mo 4.5％ Co 15.0％ Nb 2.0％ Ti 4.7％ Ti 0.6％ Al 5.5％ Al 5.9％Ｂ 0.014％Ｂ 0.01％ Zr 0.06％ Zr 0.1％Ｖ 1.0％ Ni 残分 Ni 残分わずかな摩耗かつまたわずかな機械的比応力に
曝される型の、鍛造すべき加工部材と反応側の構
成部材には、高度な要求に対し、有利に以下の組
成のNi 115またはInc 625型のニツケル合金が使
用される：Ｃ 0.15％Ｃ 0.05％ Cr 15％ Mn 0.15％ Co 15％ Si 0.3％ Mo 3.5％ Cr 22％ Ti 4.0％ Mo ９％ Al 5.0％ Nb ４％ Ni 残分 Fe ３％ Ti 0.2％ Al 0.2％ Ni 残分軽度な要求と低い鍛造温度には、型の、加工部
材と反対側の構成部材が、ステンレスのオーステ
ナイトまたはフエライト鋼より成ることも、もし
くはCr／Ｗ型、Cr／Mo型またはCr／Ｎ型の熱鍛
造鋼より成ることができる。例えば、ステンレス
鋼の組成には以下が挙げられる：オーステナイト系：フエライト系：Ｃ最高0.1％Ｃ 0.2〜0.26％ Si 最高1.0％ Si 0.1〜0.5％ Mn 最高2.0％ Mn 0.3〜0.8％Ｐ最高0.045％Ｐ最高0.035％Ｓ最高0.030％Ｓ最高0.035％ Cr 17〜19％ Cr 11〜12.5％ Ni ９〜11.5％ Ni 0.3〜0.8％ Ti 最低Ｃ（％）×５％ Mo 0.8〜1.2％ Nb 最低Ｃ（％）×８％Ｖ 0.25〜0.35％ Fe 残分Ｗ最高0.6％ Nb 最高0.05％ Fe 残分 Cr／Mo系の熱鍛造鋼の例として、以下の組成
が挙げられる：Ｃ 0.4％ Si 1.0％ Cr 5.3％ Mo 1.4％Ｖ 1.0％ Fe 残分製造法の実施例：第５図に相応する、圧縮インペラをTi ６ Al
4Vのチタン合金から恒温鍛造するための型を以
下のように製造した：大きい熱機械的応力に曝される型上部の全ての
構成部材に、以下の組成のTZM型モリブデン合
金を選択した： Ti 0.5％ Zr 0.08％Ｃ 0.02％ Mo 残分リング１およびスリーブ７を旋削により、セグ
メント２を旋削およびフライスにより加工した。
なかんずく、切欠せる翼面１１（第６図）を倣い
フライスにより製造した。セグメント２は、半径
方向に延びる接触面（第２図および第６図）を有
する。精密加工せる後、構成部材の表面を研摩
し、引続きアルコール下に超音波浴中で脱脂およ
び洗浄した。引続いて、リング１およびスリーブ
７の、セグメント面と接触する絶縁すべき面、並
びにセグメント２の全面に絶縁層３（第１図およ
び第２図）を設けた。この操作工程を、酸化アル
ミニウムを陰極スパツタリングさせることにより
実施した。理論値の98％の密度を有する高純度の
99.98パーセントAl₂O₃より成る対陰極を、陰極ス
パツタリング装置中でアルゴン雰囲気および
10^-4Torrの圧力下に0.17KW／cm²（対陰極面積）
の電力密度でスパツタリングした。被覆すべき構
成部材の、対陰極からの距離は30cmであつた。１
時間後に、施されたAl₂O₃絶縁層の厚さは30.1μ
であつた。またこの技術と方法で、大きい層厚、
例えば１μを得ることができる、これは10時間の
スパツタリング時間を必要とする。所要の層厚
は、型のそれぞれの構成部材の形状および仕上げ
精度並びに、得ることができる表面等級に関連す
る。絶縁層３の被覆が完結せる後、それぞれの部
材が直ちに表面加工され、金型の組立ておよび使
用の準備ができた。

金型の形状は、第１図〜第６図に示した実施例
に制限されない。また他の寸法形状の型がこの原
理で形成されうることは自明である。なかんず
く、正方形、矩形、六角形および八角形の輪郭を
有する金型をつくることもできる。さらに、鍛造
製品は中心対称であることを要しない。

原則としてこの金型は、超塑性の状態および温
度を有しかつ経済的に恒温成形されることができ
る全ての金属材料に使用されることができる。こ
のことは、全く異なつた程度で、チタン合金、さ
らに耐熱性ニツケル合金に該当する。しかしなが
らまた、アルミニウム合金のような軽金属合金
が、有利な方法で前述の金型を使用し恒温で鍛造
されることができる。

本発明による新規な恒温鍛造用金型により、全
ての工業的使用条件に十分に応じられる金属材料
を熱成形する装置がつくり出された。半型が最適
に分割され、それぞれの構成部材に必要な素材が
同様に規則的に変形されかつその表面に電気絶縁
層が施されることにより、均質に十分な加熱が金
型にも加工部材にも保証される。本発明による金
型の構造は、安価で簡単な製造、作動中の隣接す
る金型部材の破壊的な溶着および侵食の回避、簡
単な維持、経済的な補修、大きい耐久性および長
い寿命を保証する。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施例に関するもの
で、第１図は半径方向に分割せる半型の略示縦断
面図、第２図は、第１図の部分的な横断面を含む
平面図、第３図および第４図は他の実施例を示す
それぞれ分割半型の平面図、第５図は上部および
下部半型の取付構造を示す縦断面図、および第６
図は分割半型の扇形部材の１実施例を示す斜視図
である。１……リング、２……セグメント、３……電気
絶縁層、４……隣接するセグメントの半径方向接
触面、５……隣接するセグメントの斜めの接触
面、６……隣接するセグメントの弓形の接触面、
７……スリーブ、８……エゼクタ、９……下部の
一体半型、１０……架台、１１……切欠翼面（雌
型）。

Claims

【特許請求の範囲】１２つの半型より成り、その場合少くとも１方
の半型が最低１回分割された鍛造用金型におい
て、分割された半型がそれぞれの構成部材からさ
れ、少くとも１部分のそれぞれの構成部材が、半
径方向にまたは傾斜しもしくは弓形に延びる側面
を有する、同じかまたは異なる形の扇形部材より
成り、かつ、そのうち少くとも、鍛造すべき加工
部材に対向するそれぞれの構成部材のその接触面
または全面に薄い電気絶縁層が設けられているこ
とを特徴とする恒温鍛造用金型。２電気絶縁層が、Al₂O₃，MgO，SiO₂，
CeO₂、またはY₂O₃もしくは最低２つの前記物質
の混合物より成りかつ0.01〜500μの厚さと有す
ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載
の恒温鍛造用金型。３分割された半型のそれぞれの構成部材が同じ
素材より成ることを特徴とする、特許請求の範囲
第１項記載の恒温鍛造用金型。４鍛造すべき加工部材に対向する構成部材が、
鍛造すべき加工部材と反対側の構成部材よりも大
きい耐熱性および大きい耐摩耗性の素材より成る
ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の
恒温鍛造用金型。５鍛造すべき部材に対向する、分割された半型
の構成部材がモリブデン合金より成ることを特徴
とする、特許請求の範囲第４項記載の恒温鍛造用
金型。６モリブデン合金が、Ti0.4〜0.55％，Zr0.06
〜0.12％およびC0.01〜0.04％を含有することを
特徴とする、特許請求の範囲第５項記載の恒温鍛
造用金型。７モリブデン合金が、Ti1.0〜1.4％，Zr0.25〜
0.35％およびC0.07〜0.13％を含有することを特
徴とする、特許請求の範囲第５項記載の恒温鍛造
用金型。８モリブデン合金がHf1.0〜1.12％およびC0.06
〜0.0675％を含有することを特徴とする、特許請
求の範囲第５項記載の恒温鍛造用金型。９分割された半型の、鍛造すべき加工部材に対
向する構成部材が高耐熱性ニツケル合金より成る
ことを特徴とする、特許請求の範囲第４項記載の
恒温鍛造用金型。１０ニツケル合金が、Ｃ 0.16〜0.20％ Cr ９〜11％ Co 14〜16％ Mo 2.6〜3.5％ Ti 4.2〜5.0％ Al ５〜６％Ｂ 0.012〜0.014％ Zr 0.05〜0.07％Ｖ 0.9〜1.1％ Ni 残分を含有することを特徴とする、特許請求の範囲第
９項記載の恒温鍛造用金型。１１ニツケル合金が、Ｃ 0.04〜0.06％ Cr 11〜13％ Mo ４〜５％ Nb 1.8〜2.2％ Ti 0.5〜0.7％ Al 5.5〜6.4％Ｂ 0.008〜0.012％ Zr 0.08〜0.12％ Ni 残分を含有することを特徴とする、特許請求の範囲第
９項記載の恒温鍛造用金型。１２分割された半型の、鍛造すべき加工部材と
反対側の構成部材がニツケル合金より成ることを
特徴とする、特許請求の範囲第４項記載の恒温鍛
造用金型。１３ニツケル合金が、Ｃ 0.13〜0.17％ Cr 14〜16％ Co 14〜16％ Mo ３〜４％ Ti 3.5〜4.5％ Al 4.5〜5.5％ Ni 残分を含有することを特徴とする、特許請求の範囲第
１２項記載の恒温鍛造用金型。１４ニツケル合金が、Ｃ 0.04〜0.06％ Mn 0.13〜0.17％ Si 0.25〜0.35％ Cr 20〜24％ Mo ８〜10％ Nb 3.5〜4.5％ Fe 2.5〜3.5％ Ti 0.18〜0.22％ Al 0.18〜0.22％ Ni 残分を含有することを特徴とする、特許請求の範囲第
１２項記載の恒温鍛造用金型。１５分割された半型の、鍛造すべき加工部材と
反対側の構成部材がオーステナイト系ステンレス
鋼より成ることを特徴とする、特許請求の範囲第
４項記載の恒温鍛造用金型。１６オーステナイト系ステンレス鋼が、Ｃ最高0.1％ Si 最高1.0％ Mn 最高2.0％Ｐ最高0.045％Ｓ最高0.030％ Cr 17〜19％ Ni ９〜11.5％ Ti 最低Ｃ（％）×５％ Nb 最低Ｃ（％）×８％ Fe 残分を含有することを特徴とする、特許請求の範囲第
１５項記載の恒温鍛造用金型。１７分割された半型の、鍛造すべき部材の反対
側の構成部材がフエライト系ステンレス鋼より成
ることを特徴とする、特許請求の範囲第４項記載
の恒温鍛造用金型。１８フエライト系ステンレス鋼が、Ｃ 0.2〜0.26％ Si 0.1〜0.5％ Mn 0.3〜0.8％Ｐ最高0.035％Ｓ最高0.035％ Cr 11〜12.5％ Ni 0.3〜0.8％ Mo 0.8〜1.2％Ｖ 0.25〜0.35％Ｗ最高0.6％ Nb 最高0.05％ Fe 残分を含有することを特徴とする、特許請求の範囲第
１７項記載の恒温鍛造用金型。１９分割された半型の、鍛造すべき加工部材と
反対側の構成部材が、Cr／Ｗ系、Cr／Mo系また
はCr／Ni系の熱間鍛造鋼より成ることを特徴と
する、特許請求の範囲第４項記載の恒温鍛造用金
型。２０熱間鍛造鋼が、Ｃ 0.35〜0.45％ Si 0.8〜1.2％ Cr 5.0〜5.5％ Mo 1.2〜1.6％Ｖ 0.8〜1.2％ Fe 残分を含有することを特徴とする、特許請求の範囲第
１９項記載の恒温鍛造用金型。２１２つの半型より成り、その場合少なくとも
１方の半型が最低１回分割され、分割された半型
がそれぞれの構成部材から形成され、少くとも１
部分のそれぞれの構成部材が、半径方向にまたは
傾斜しもしくは弓形に延びる側面を有する、同じ
かまたは異なる形の扇形部材より成り、かつ、そ
のうち少くとも、鍛造すべき加工部材に対向する
それぞれの構成部材のその接触面または全面に薄
い電気絶縁層が設けられた鍛造用金型を製造する
に当たり、半型のこれら部材が鋳造および／また
は鍛造されることにより粗形とされかつ機械加工
されることにより最終的形状とされ、かつ、鍛造
すべき加工部材に対向する構成部材に、それぞ
れ、研削および／または研摩による仕上げ加工が
施されかつその後に、プラズマ放射、火炎放射ま
たは陰極スパツタリングにより施される0.01〜
500μ厚の電気絶縁層が設けられることを特徴と
する恒温鍛造用金型の製造法。