WO2013146309A1 - 鍛造方法及び鍛造用金型 - Google Patents

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forging
die
mold
work
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博己 三浦
村松　尚国
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日本碍子株式会社
国立大学法人電気通信大学
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Definitions

  • the present invention relates to a forging method and a forging die.
  • the present invention has been made in view of such problems, and a main object of the present invention is to provide a forging method and a forging die that can more efficiently execute a forging process of a workpiece.
  • the forging method of the present invention is A rectangular hexahedron is formed in the work space of the forging die having a rectangular opening, formed by a wall portion that is a rectangular plane, and formed with a work space into which the work is placed.
  • a placing process for placing the workpiece; A process of applying plastic strain to the workpiece by deforming the workpiece placed above into a second shape that is a rectangular hexahedron, The placing step and the processing step are performed twice or more.
  • the forging die of the present invention is A forging die used in a forging method for applying plastic strain to a work by deforming the work from a first shape that is a rectangular hexahedron to a second shape that is a rectangular hexahedron, An outer mold having a circular opening and an inner peripheral surface of the circle formed; An inner mold in which a work space into which the workpiece is placed is formed by a wall having a rectangular opening and a rectangular plane in a state in which a plurality of combined mold parts are fitted into the inner periphery of the outer mold And.
  • the forging process of the workpiece can be executed more efficiently. This is because, for example, since the workpiece is pressure-deformed in the workpiece space of the forging die, the shape stability can be further ensured.
  • the forging die has a structure in which a plurality of mold parts are fitted into the inner periphery of the outer mold, for example, the stress applied to the inner mold when pressurizing a work is more evenly distributed on the outer periphery side by the plurality of mold parts It can disperse
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of a forging die 20.
  • Explanatory drawing which shows an example of the forging method.
  • FIG. Explanatory drawing of the change of the workpiece structure by a forging method.
  • FIG. 1 An enlarged photograph of the structure of a copper alloy bulk body. The measurement result of the ultrasonic deep wound test of a copper alloy bulk body. An external view of a sample that has been freely forged. An external view of a sample using a forging die.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating an example of a forging die 20
  • FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of the forging die 20
  • FIG. 3 is a perspective view of the forging die 20.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a mold unit 40.
  • the forging die 20 is used in a forging method in which a plastic strain is applied to a workpiece by deforming the workpiece from a first shape that is a rectangular hexahedron into a second shape that is a rectangular hexahedron. It is. As shown in FIGS. 1 and 2, the forging die 20 includes an upper die 21 that pressurizes and deforms the workpiece W from above, and a lower die 30 that stores the workpiece W in a workpiece space 45 that is a rectangular parallelepiped space. And.
  • the upper die 21 is a member that is fixed to a slide knockout beam of a cold forging press device (not shown), moves in the vertical direction, and presses the workpiece W placed on the lower die 30 by the upper die indenter 22. .
  • the upper mold 21 is provided with an upper indenter 22 that pressurizes and deforms the workpiece W on the lower surface of a disk-shaped member.
  • the upper die indenter 22 is formed in a prismatic shape having a rectangular flat surface at the tip.
  • the alignment jig 28 is a jig used for alignment between the upper mold indenter 22 and the work space 45. This alignment jig 28 is used by being placed on top of the mold unit 40.
  • the lower mold 30 is a disk-shaped member, and is a member fixed to a bottom knockout beam of a cold forging press apparatus (not shown).
  • the lower mold 30 includes a first lower mold 31 that serves as a pedestal, a second lower mold 36 that is fixed above the first lower mold 31, and a slidable slide that forms the bottom surface of the work space 45.
  • a pedestal 35 and a mold unit 40 in which a work space 45 is formed and sandwiched between a first lower mold 31 and a second lower mold 36 and fixed in the lower mold 30 are provided.
  • the first lower mold 31 is a disk-like member, and a slide groove 32 into which a plate-like slide base 35 is slidably inserted is formed on the upper surface of the first lower mold 31 from the center to the outer periphery of the disk.
  • a communication space 33 that communicates with a work space 45 formed in the mold unit 40 is formed at the center of the disk. That is, the lower mold 30 is configured such that when the slide base 35 is slid, the work space 45 and the communication space 33 communicate with each other, and the work space 45 communicates with the outside. Accordingly, in the lower mold 30, the work W can be moved from the work space 45 to the communication space 33 by sliding the slide base 35.
  • the slide base 35 forms a bottom surface of the work space 45 and is a member on which the work W is placed.
  • the slide base 35 has a strength capable of withstanding the pressing force in the forging process on the workpiece W.
  • the second lower mold 36 is a disk-shaped member having the same diameter as the first lower mold 31, and a mounting space 37 in which a mold unit 40 is mounted having a circular opening is formed at the center. ing.
  • the first lower mold 31 and the second lower mold 36 are firmly fixed by bolts (not shown).
  • the first lower mold 31 has a through hole 34 communicating with the communication space 33 and the outside (see FIG. 2).
  • the mold unit 40 includes an outer mold 41 having a circular opening and an inner peripheral surface 42 of the circle, and a plurality of mold parts combined with each other. And an inner mold 50 in which a work space 45 is formed.
  • the inner mold 50 is set on the inner periphery of the heated outer mold 41 and cooled, so that the inner mold 50 is shrink-fitted inside the outer mold 41.
  • the outer mold 41 is a ring-shaped member having an inner peripheral surface 42 formed therein, and the inner mold 50 is fitted therein.
  • the outer mold 41 is provided with a step on the outer periphery thereof, and is fixed in the mounting space 37 by the step being caught on the inner periphery of the second lower mold 36.
  • the inner mold 50 has a disk-shaped outer shape with a stepped outer shape, and includes a plurality of members each separated by a corner portion 46 formed by two surfaces of the work space 45, and a rectangular opening at the center thereof Is a member formed with a work space 45 having
  • the inner mold 50 is composed of two first mold members 51 and two second mold members 55.
  • the first mold member 51 has a wall portion 54 that is a rectangular plane on the center side of the inner mold 50, and convex portions 52 are formed at both ends thereof, and the second mold member is formed by a connection surface 53 that is a side surface. 55 is connected.
  • the second mold member 55 has two recesses 56 formed at the center thereof, the outer side partitioned by the recesses 56 is a connection surface 57 that contacts the first mold member 51, and the inner side is a rectangular plane. It is the wall part 58 which is.
  • the convex portion 52 and the concave portion 56 are fitted into each other to form a disk-shaped member, and the movement of the first mold member 51 and the second mold member 55 is restricted.
  • the wall portion 54 of the first mold member 51 that is a rectangular plane orthogonal to the connection surface 53 and the wall portion of the second mold member 55 that is a rectangular plane parallel to the connection surface 57. 58, a work space 45 is formed.
  • the inner mold 50 is configured such that a corner portion 46 of the work space 45 is formed when a plurality of first mold members 51 and second mold members 55 are combined at the connection surface 53 and the connection surface 57. .
  • the workpiece W can be, for example, a copper alloy.
  • a copper alloy containing Ni, Sn and Cu a copper alloy containing Ti, Fe and Cu, Ni, Si, which have high work-hardening properties and high strength as well as this.
  • a copper alloy containing Cu and Cu may be used. That is, examples of the copper alloy include CuBeCo, CuBeNi, CuNiSn, and CuTiFe. Among these, CuBeCo and CuBeNi are more preferable.
  • the temperature and time of the homogenization treatment step, the solution treatment step, and the age hardening treatment step may differ depending on the selection range of elements and compositions, but the forging treatment of the present invention.
  • a process can be performed.
  • high-purity copper for example, 4N—Cu
  • the workpiece W may be used as the workpiece W.
  • a magnesium alloy AZ31; Mg—Al—Zn—Mn alloy, etc.
  • a steel material Fe-20Cr, SUS304, etc.
  • an aluminum alloy 7475Al; Al—Zn—).
  • An Mg—Cu alloy or the like may be used.
  • the forging die 20 configured in this manner has a structure in which a plurality of mold parts are fitted into the inner periphery of the outer die 41.
  • stress applied to the inner die 50 when the workpiece W is pressed is applied to the plurality of die parts.
  • the mold parts can be more evenly distributed on the outer peripheral side, and the destruction of the mold can be further suppressed.
  • the inner mold 50 is formed by a plurality of mold parts each separated by a corner portion 46 formed by two surfaces of the work space 45, a mold is formed at the corner portion 46 of the stressed work space 45. Can be prevented from occurring.
  • the slide pedestal 35 is slid, a space communicating from the work space 45 to the outside is formed, so that the processed workpiece W can be easily taken out from the communication space 33.
  • the forging method of the present invention can be applied to, for example, a copper beryllium-based alloy manufacturing process.
  • a method for producing a copper beryllium alloy will be described as a specific example.
  • (1) a homogenization treatment step, (2) a solution treatment step, (3) a cooling treatment step, (4) a forging treatment step which is a forging method of the present invention, ( 5) An age hardening treatment step may be included.
  • (1) Homogenizing treatment step In this step, Be (or a Be compound) is dissolved in a Cu matrix to perform a treatment for producing a copper alloy in which dislocations are not generated in crystal grains.
  • Cu 100- (a + b) Be a Co b (0.4% ⁇ a ⁇ 2.0%, 0.15% ⁇ b ⁇ 2.8%, a + b ⁇ 3.5%)
  • Mass ratio or mass of Cu 100- (c + d) Be c Ni d (0.05% ⁇ c ⁇ 0.6%, 1.0% ⁇ d ⁇ 2.4%, c + d ⁇ 3.0%)
  • the copper alloy constituted by the ratio is melted in a high-frequency melting furnace to produce an ingot.
  • Fe, S, and P as impurities can be limited to less than 0.01% by mass ratio.
  • the obtained ingot is heated and held for a predetermined holding time (1 hour to 24 hours) in a solid solution temperature range (in the range of 700 ° C. to 1000 ° C.), thereby generating non-equilibrium during casting. Remove and homogenize non-uniform structures that adversely affect subsequent processes such as segregation.
  • the obtained ingot is processed into a rectangular parallelepiped copper alloy (bulk body) having a desired size.
  • the oxide film formed on the surface of the copper alloy may be removed by cutting.
  • the bulk body may be a rectangular parallelepiped having sides extending along directions of three axes (X, Y, Z axes) orthogonal to each other.
  • the length ratio of each side (X side, Y side, Z side) is x: y: z (where x ⁇ y ⁇ z, 1.03x ⁇ y ⁇ 1.49x, 1.
  • Solid solution treatment step In this step, the bulk material obtained by the homogenization treatment is subjected to a predetermined solid solution retention time (1 hour to 24 hours) in the solid solution temperature range (in the range of 700 ° C to 1000 ° C). Then, heat treatment is performed to dissolve Be (or Be compound) in the Cu matrix.
  • the bulk body may be subjected to an overaging treatment in which the bulk body is maintained for a predetermined time (2 to 6 hours) in an overaging temperature range (within a range of 550 to 650 ° C.).
  • an average particle size of about 1 ⁇ m for example, an average particle size of about 1 ⁇ m.
  • the solution treatment and the overaging treatment may be performed independently (discontinuously) or continuously.
  • this overaging treatment it is possible to obtain an effect that the appropriately precipitated particles work suitably and are uniformly deformed to the inside. This suppresses the generation of a shear band structure that crosses multiple crystal grains and prevents cracks and fractures, so that it can maintain uniform hardness from the surface to the inside, has excellent fatigue life, and has a processing strain. It is possible to obtain a copper beryllium bulk body that is less likely to cause the occurrence of copper.
  • Cooling treatment step the bulk body that has undergone the solid solution treatment is cooled by water cooling, air cooling, or cooling so that the surface temperature of the copper alloy becomes, for example, 20 ° C or less.
  • the cooling rate varies depending on the size of the bulk body, but is preferably ⁇ 100 ° C./s or more (preferably ⁇ 200 ° C./s or more).
  • Forging process step In this process, the bulk body after cooling is used as a work W, and forging is performed from the X axis, Y axis, and Z axis directions of the rectangular parallelepipeds while cooling and heat removal.
  • the mounting step and the processing step are performed twice or more, including a processing step of applying plastic strain to the workpiece W by deforming it into the second shape which is a hexahedron.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing an example of the forging method of the present invention, in which FIG. 4 (a) is a placement step, FIG. 4 (b) is a machining step, FIG. 4 (c) is a launching step, and FIG. ) Is an explanatory diagram of the extraction process.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of changes in the work structure by the forging method of the present invention. In this forging process, the process of putting the workpiece W into the workpiece space 45, pressurizing and deforming it, and punching it out is repeated. When the forging die 20 is used, it is preferable to use a lubricant on the surface of the workpiece W, the walls 54 and 58 forming the workpiece space 45, and the like.
  • the forging process may be performed so that the lubricant is interposed between the workpiece W and the forging die 20.
  • the lubricant examples include gel bodies (such as metal soap), powders (such as MoS 2 and graphite), and liquids (such as mineral oil).
  • the workpiece W is used in which the volume ratio, which is the ratio of the volume of the workpiece space 45 to the volume of the workpiece W, has a predetermined relationship.
  • the volume ratio is preferably the workpiece W and the workpiece space 45 in the range of 1.20 to 3.50, and more preferably in the range of 1.22 to 2.20.
  • the volume ratio between the work space 45 and the work W is x: y: z where the length ratio of each side (X side, Y side, Z side) of the work W is (y / x) ⁇ (Z / y) ⁇ z (1 + ⁇ ) / z; where x ⁇ y ⁇ z and 0 ⁇ ⁇ 0.5, and the upper indenter 22 is moved from the upper surface of the workpiece W to (z ⁇ It is preferable to set the amount of x) to the pressurizing amount.
  • the work space 45 is A rectangular parallelepiped shape of y: z: z (1 + ⁇ ) is preferable.
  • the workpiece W has a length ratio x: y: z of each side (X side, Y side, Z side) of 1.10x ⁇ y ⁇ 1.20x, 1.21x ⁇ z ⁇ 1.44x.
  • Z (y / x) 2 x, preferably a rectangular parallelepiped shape.
  • ⁇ is also referred to as a top surface coefficient.
  • “pushing in the amount of (z ⁇ x)” includes pushing in an amount in which a predetermined margin amount is added to (z ⁇ x).
  • the actual pushing amount may be smaller than the set value due to thermal expansion of the material, rigidity of the entire apparatus, dimensional tolerance of the mold, and the like.
  • the upper indenter 22 includes one that pushes the amount of ⁇ z ⁇ x ⁇ ⁇ from the upper surface of the workpiece W.
  • This correction coefficient ⁇ is a mechanical tolerance correction coefficient, and includes a variation value of an indentation amount due to thermal expansion, a variation value of rigidity (elastic deformation) of the entire apparatus, a dimensional tolerance of a mold, etc. It may be 0 ⁇ 0.05.
  • a value of 0.05 for this correction coefficient ⁇ is that the thermal expansion coefficient of the steel material is about 12 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C., and when the temperature rises by 100 ° C., the coefficient of linear expansion is 0.12%. It is the value which was calculated.
  • the actual pushing amount may be smaller than the set value.
  • the correction coefficient may be larger than 1.0 ⁇ 0.05. Therefore, the correction coefficient may be appropriately set according to the material to be used. .
  • FIG. 5 is an explanatory view of the volume ratio between the work space 45 and the work W, FIG.
  • FIG. 5A is a top view of the work space 45 placed in the work space 45
  • FIG. FIG. 5C is a perspective view of the workpiece W.
  • the workpiece W is deformed in the workpiece space 45 with a sufficient pressing force.
  • forging is performed from the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions of the rectangular parallelepiped that are orthogonal to each other.
  • pressure it is preferable to apply pressure sequentially from the axial direction corresponding to the longest side among the sides of the workpiece W. For example, as shown in FIG. 6, a case will be described in which machining steps are executed in the order of the X axis, the Y axis, and the Z axis of the workpiece W.
  • the surface temperature of the workpiece W during pressurization is preferably maintained at 120 ° C. or less (more preferably within the range of 20 to 100 ° C.).
  • the pressurizing pressure is preferably 1200 MPa or less.
  • the amount of reduction (processing rate%) for one processing is preferably in the range of 18% or more and less than 33%.
  • the amount of plastic strain applied to the workpiece W (strain amount; ⁇ ) is preferably in the range of 0.2 to 0.36.
  • the strain rate of the plastic strain applied to the workpiece W is preferably in the range of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 (s ⁇ 1 ) to 1 ⁇ 10 +1 (s ⁇ 1 ) and is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 2 (s ⁇ 1). ) And a range of 1 ⁇ 10 +1 (s ⁇ 1 ) or less is more preferable.
  • the first shape workpiece W before deformation and the second shape workpiece after deformation have different X, Y, and Z axis lengths, but the first shape and the second shape are the same shape. It is preferable that the workpiece W is deformed. That is, the ratio of each side of the workpiece W is preferably maintained at 1: e: f before and after the deformation. In this way, uniform plastic strain can be applied to each axial direction.
  • the slide base 35 is slid along the slide groove 32 to form the communication space 33, and then the workpiece W in the workpiece space 45 is pressurized by the upper die indenter 22 from above. Is launched into the communication space 33.
  • a process of taking out the workpiece W that has been placed out from the communication space 33 is performed.
  • the workpiece W is taken out from the space from which the slide pedestal 35 is removed by pushing it out through the through hole 34 (see FIG. 2) with an extrusion rod or the like.
  • the cooling method may be any method such as air cooling, water cooling, and natural cooling, but considering the efficiency and efficiency of repetitive work, cooling by water cooling is desirable.
  • the cooling is preferably performed so that the surface temperature of the hot copper alloy generated from the copper alloy by pressurization is 20 ° C. or less.
  • the placing process, the machining process, the punching process, and the extracting process are performed up to a predetermined number of pressurization times.
  • the “number of pressurizations” refers to the number of times counted up when the pressure is applied to the workpiece W from any one of the directions of each axis (X axis, Y axis, Z axis).
  • the “predetermined number of pressurizations” refers to the number of times that the cumulative value of plastic strain applied to the copper alloy (cumulative strain amount; ⁇ total) is, for example, 1.8 or more, more preferably 4.0 or more. It may be a thing.
  • Age hardening treatment step In this step, the rectangular copper alloy is subjected to a predetermined age hardening time (1 hour to 24 hours) in the precipitation temperature region (within 200 ° C. to 550 ° C.) in the workpiece W (copper alloy) after the forging treatment. For a period of time), precipitation treatment of Be (or Be compound) contained in the copper alloy is performed. In this way, a copper beryllium alloy with improved properties such as hardness can be produced.
  • the forging die 20 since the workpiece W is pressure-deformed in the workpiece space 45 of the forging die 20, shape stability can be further ensured. Further, since the forging die 20 has a structure in which a plurality of mold parts are fitted into the inner periphery of the outer mold 50, for example, the stress applied to the inner mold 50 when the workpiece W is pressed is applied to the outer periphery by the plurality of mold parts. It is possible to disperse more uniformly on the side, and it is possible to further suppress the destruction of the mold. For this reason, for example, it is possible to further suppress the exchange of dies, and as a result, the work forging process can be executed more efficiently.
  • the inner mold 50 is formed by a plurality of mold parts that are separated from each other by the corner portions 46, it is possible to prevent the mold from cracking at the corner portions 46 of the stressed work space 45. As a result, the forging process of the workpiece can be executed more efficiently. Furthermore, since a space communicating from the work space 45 to the outside is formed when the slide base 35 is slid, the processed workpiece W can be easily taken out from the communication space 33, so that the forging process of the workpiece can be executed more efficiently. it can.
  • the forging process of the workpiece can be executed more efficiently.
  • the first shape workpiece W and the second shape workpiece W are deformed so that the first shape and the second shape have the same shape although the lengths of the X, Y, and Z axes are different. Therefore, uniform plastic strain can be applied to each axis.
  • the workpiece W is deformed in a range where the machining rate is 18% or more and less than 33%, so that the forging process of the workpiece can be executed more efficiently.
  • the workpiece W is an alloy containing Be and Cu, the significance of applying the present invention is high.
  • the mold unit 40 is mounted on the second lower mold 36, the mold unit 40 can be easily replaced, and the forging process can be more efficiently performed on the workpieces W having various shapes. Can do.
  • a lubricant may be applied to each surface of the bulk workpiece and the surface of each mold in contact therewith.
  • the lubricant at this time can be selected as required, such as gel, powder, liquid and the like. In that case, it is more preferable to select a lubricant that has high thermal conductivity and does not hinder heat transfer from the work W to the inner mold.
  • the forging die 20 including a plurality of die members in which the convex portions 52 and the concave portions 56 are formed is used.
  • the embodiment is not limited to this, and is shown in FIGS.
  • the forging die 20B may be used.
  • FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view of the forging die 20B
  • FIG. 8 is a perspective view of the forging die 20B.
  • the forging die 20B includes an inner die 50B in which four die members 51B formed in the same shape are combined.
  • the outer die 41 is omitted, and the second lower die 36 has a configuration corresponding to the outer die of the present invention.
  • the stress applied to the inner mold 50B when the workpiece W is pressed can be evenly distributed to the outer peripheral side by the plurality of mold parts 51B, and the destruction of the mold can be further suppressed.
  • the forging process can be executed more efficiently.
  • the forging die 20 including the inner die 50 composed of a plurality of die members is used.
  • the forging die 20C shown in FIGS. It may be used.
  • FIG. 9 is a plan view and a cross-sectional view of the forging die 20C
  • FIG. 10 is a perspective view of the forging die 20C.
  • the forging die 20C is provided with an inner die 50C in which the outer die 41 is omitted and is not divided. Even in this case, since the forging die 20C is used and the workpiece W is pressure-deformed in the rectangular parallelepiped workpiece space 45, the shape stability can be further ensured, and the forging process of the workpiece can be executed more efficiently. be able to.
  • the inner mold 50 is provided in which the work space 45 is formed in a state in which a plurality of mold parts are fitted into the inner periphery of the outer mold 41, but the present invention is not particularly limited thereto. It is good also as what is integrated in the inside of the outer type
  • a plurality of mold parts each separated by the corner portion 46 are provided, each may be separated by the corner portion 46, or each portion may be separated by a portion other than the corner portion 46. It is good.
  • the lower mold 30 is formed by the first lower mold 31, the mold unit 40, the slide pedestal 35, and the second lower mold 36. These members may be added, or any one or more of them may be omitted.
  • the slide pedestal 35 is provided, but the slide pedestal 35 may not be provided.
  • FIG. 11 is a plan view and a cross-sectional view of the forging die 20D.
  • the forging die 20 ⁇ / b> D includes a first lower die 31 (base) that forms the bottom surface of the work space 45, and a flow path 34 ⁇ / b> D through which a cooling medium flows is provided in the vicinity of the work space 45. Is formed. In some cases, the temperature rises when the workpiece W is deformed. If this is done, the workpiece W can be cooled to prevent its destruction and the forging process of the workpiece can be executed more efficiently.
  • FIGS. 12 and 13 are pressed to float the work. It is good also as a metal mold
  • FIG. 12 is an explanatory view of a forging die 20E provided with a levitation mechanism 60.
  • FIG. 12 (a) is an explanatory view of FIG. 12 (b) after the processing step shown in FIG. 4 (b) and
  • FIG. FIG. 12 (c) is an explanatory view of the workpiece W ejection.
  • the levitation mechanism 60 is formed on the slide pedestal 35 and includes a levitation member 61 that presses the bottom surface of the workpiece W and an operation rod 62 that operates the movement of the levitation member 61.
  • An operation space 63 into which the operation rod 62 is inserted is formed.
  • the slide pedestal 35 has a mortar-shaped opening having a larger opening area on the upper surface side in a region forming the work space 45, and the operation space 63 communicates with the opening to form the operation space 63 of the slide pedestal 35. It is formed in the sliding direction.
  • the operation space 63 is formed so as to communicate from the outside of the slide base 35 to the lower side of the floating member 61.
  • the floating member 61 is formed so that the upper surface thereof constitutes a part of the upper surface of the slide pedestal 35 in a state of being fitted into the mortar-shaped opening.
  • a rack 64 is disposed below the floating member 61.
  • the operation rod 62 is formed in such a length that it is inserted into the operation space 63 and reaches below the floating member 61, and a pinion 65 is disposed at the tip thereof.
  • the levitation mechanism 60 when the pinion 65 is rotated in a state where the pinion 65 is engaged with the rack 64, the levitation member 61 moves up and down (see the blow-out diagram in FIG. 12A).
  • the operator uses the forging die 20E to perform a processing step of pressurizing and deforming the workpiece W (FIG.
  • the workpiece W may be pressure-bonded to the slide base 35, and the workpiece W may not be smoothly taken out.
  • the levitation mechanism 60 is provided, and the workpiece W can be slightly pushed upward by the vertical movement of the levitation member 61. Thereby, the workpiece W that has been pressure-bonded to the slide pedestal 35 is detached, and the placing step of removing the slide pedestal 35 and taking out the workpiece W from the communication space 33 can be performed smoothly (FIG. 12C).
  • the levitation mechanism 60 is not limited to the rack-and-pinion configuration as long as the levitation member 61 is moved up and down.
  • the levitation mechanism 60 moves up and down via an operation direction conversion device such as a bevel gear or a worm wheel, or further through hydraulic pressure.
  • the floating member 61 may be pushed up by the moving mechanism.
  • a mechanism may be employed in which a fulcrum is provided at the tip of the operating rod 62 and near the bottom of the floating member 61 and the operating rod is used to push up the floating member 61 based on this principle. Even in this case, the workpiece W that has been pressure-bonded to the slide pedestal 35 is detached, and the placing step of removing the slide pedestal 35 and taking out the workpiece W from the communication space 33 can be performed smoothly.
  • FIG. 13 is an explanatory view of a forging die 20F provided with a levitation mechanism 70.
  • FIG. 13 (a) is an explanatory view in which FIG. 13 (b) floats the workpiece W after the processing step of FIG. 4 (b).
  • FIG. 13 (c) is an explanatory view of the workpiece W ejection.
  • the levitation mechanism 70 is formed on the slide pedestal 35, and is connected to the levitation member 71 and a levitation member 71 in which a plurality of injection ports 76 are formed to press the bottom surface of the work W with a fluid (for example, gas or liquid).
  • a fluid for example, gas or liquid
  • the slide base 35 is formed with an operation space 73 into which the flow pipe 72 is inserted.
  • a cylindrical opening is formed on the upper surface of the slide base 35 forming the work space 45, and an operation space 73 is formed in the slide direction of the slide base 35 in communication with the opening.
  • the operation space 73 is formed so as to communicate from the outside of the slide base 35 to the lower side of the floating member 71.
  • the floating member 71 is formed so that its upper surface constitutes a part of the upper surface of the slide pedestal 35 in a state of being inserted into the opening.
  • an escape space 74 is formed between the opening of the slide base 35 and the floating member 71 to discharge the fluid supplied from the flow hole 75.
  • the flow pipe 72 is inserted into the operation space 73 and connected below the floating member 71.
  • the flow hole 75 communicates with the injection port 76.
  • compressed gas as a fluid is supplied from the flow hole 75, the compressed gas presses the bottom surface of the workpiece W from the injection port 76 of the floating member 71.
  • the operator uses the forging die 20F and performs a processing step for pressurizing and deforming the workpiece W (FIG. 13A), and then supplies compressed gas from the flow pipe 72 to the injection port 76 of the floating member 71. Compressed gas is discharged from (FIG. 13B). Then, the workpiece W can be slightly pushed upward by the compressed gas from the floating member 71.
  • the gas discharged from the injection port 76 passes through the escape space 74 and is discharged from the operation space 73 to the outside. In this way, the workpiece W that has been pressure-bonded to the slide pedestal 35 is detached, and the placing step of removing the slide pedestal 35 and taking out the workpiece W from the communication space 33 can be performed smoothly (FIG. 13C).
  • the levitation mechanisms 60 and 70 may be formed on the first lower mold 31 (base) as long as the bottom surface of the workpiece W can be pressed. In addition, the levitation mechanisms 60 and 70 may adopt a configuration other than the above as long as the mechanism can separate the slide base 35 and the workpiece W.
  • the workpiece W has been described as an alloy containing Be and Cu.
  • the copper alloy containing Ni, Sn and Cu which has high work-hardening and high strength, Ti
  • the above-described steps may be performed using a copper alloy containing Fe, Cu, a copper alloy containing Ni, Si, and Cu as the workpiece W.
  • the temperature and time of the homogenization process, solution treatment process and age hardening process may differ from the alloy containing Be and Cu, but the forging process described above Can be executed. Or it is good also as what performs the process mentioned above by making high purity copper (for example, 4N-Cu) into the workpiece
  • the workpiece may be deformed within a range of a machining rate of 6% or more and less than 55%.
  • Experimental Examples 1 to 13 and 23 to 32 correspond to examples of the present invention
  • Experimental Examples 14 to 22 correspond to comparative examples.
  • the treatment was performed at 840 ° C. for 4 hours, and processed into a shape of 60 mm ⁇ 66 mm ⁇ 73 mm (1: 1.1: 1.21).
  • a bulk body obtained by performing the treatment at 800 ° C. for 1 hour and quenching at about 50 ° C./s was used as a workpiece W.
  • processing rate is 18% (1 strain amount is 0.2)
  • strain rate is about 1 ⁇ 10 0 (s ⁇ 1 )
  • total strain amount ⁇ is 2.4
  • predetermined pressurization The test was performed under the condition of 12 times.
  • the hardening by forging was first examined.
  • a workpiece W obtained by forging a Cu—Be—Co-based copper alloy with a forging die 20 is referred to as Example 1, and one not subjected to forging is referred to as Comparative Example 1.
  • Example 2 A workpiece W obtained by forging a Cu—Be—Ni-based copper alloy with a forging die 20 is referred to as Example 2, and one not subjected to forging is referred to as Comparative Example 2.
  • a SEALUB product manufactured by NOK Kluber was applied as the lubricant.
  • FIG. 14 is an enlarged photograph of the organization of Example 1.
  • FIG. 14A shows an electron microscope (SEM) photograph. It was found that the structure of the copper alloy becomes finer when the total strain amount ⁇ is increased. Moreover, although the structure
  • FIG. 15A and 15B show measurement results of an ultrasonic deep scratch test of a copper alloy bulk body.
  • FIG. 15A shows a measurement result of a bulk body before forging (Comparative Example 1)
  • FIG. 15B shows a bulk after forging. It is a measurement result (Example 1) of a body.
  • a surface layer of a cubic bulk body having a side of 100 mm was cut and processed into a cube having a side of 70 mm, and then ultrasonic waves were transmitted to the bulk body.
  • FIG. 15 (a) in the bulk body not subjected to the forging treatment, a bottom echo peak with a thickness of 70 mm appeared, but an echo peak due to multiple reflection did not appear near the thickness of 140 mm (peak).
  • a copper alloy composed of a mass ratio of Ni 9 Si 2 , a magnesium alloy (AZ31), steel composed of a mass ratio of Fe 80 Cr 20 , SUS304, and an aluminum alloy (7475Al) were also prepared and studied.
  • Shape evaluation In the shape evaluation, the presence or absence of cracks and rounded corners was visually examined, and those having good shapes were evaluated as ⁇ , and those having cracks and rounded corners were evaluated as ⁇ . In addition, for the linearity, whether or not each of the six surfaces is kept flat is visually checked for the presence or absence of a gap when placing a ruler on the plane. did. In addition, the maximum dimensional difference is determined by measuring the maximum value of the difference in dimension (length) of each side before and after forging. The maximum dimensional difference before and after forging is less than 2%. X. Tables 1 and 2 show the results for the Cu—Be—Co alloy, but the results were the same for the Cu—Be—Ni alloy.
  • Table 2 shows the results of the forging process for each workpiece.
  • Experimental Examples 14 and 15 in which the long side z and the middle side y are not relatively long with respect to the short side x, and the experiment in which the long side z and the middle side y are relatively long with respect to the short side x
  • the shape stability was poor.
  • Experimental Example 18 with a small number of cycles of cumulative strain
  • Experimental Example 19 with a large number of cycles
  • the shape stability was poor.
  • Experimental Example 20 having a large top surface coefficient ⁇ representing the gap of the top surface, the result was good, but it took time for the upper die to descend until the forging started, and the production efficiency was not good.
  • FIG. 16 is an appearance photograph of a sample (Experimental Example 22) subjected to free forging
  • FIG. 17 is an appearance photograph of Experimental Examples 1 to 13.
  • the plane of the rectangular parallelepiped shape becomes a curved surface when the pressure deformation is repeated, whereas in the samples of Experimental Examples 1 to 13 where the forging by the forging die 20 is performed, the pressure deformation is repeated. It was also found that the rectangular parallelepiped shape was maintained.
  • the top surface coefficient ⁇ is 0.01 to 0.5
  • the short side x the middle side y: the long side In side z (x ⁇ y ⁇ z), 1.22x ⁇ y ⁇ 1.49x, 1.49x ⁇ z ⁇ 2.22x
  • the volume ratio is 1.505 to 3.330, indicating good shape maintainability.
  • the aluminum alloy (7475Al) the top surface coefficient ⁇ is 0.01 to 0.5
  • the short side x the middle side y: the long side z (x ⁇ y ⁇ z), 1.03x ⁇ y ⁇ 1.
  • 06x 1.06x ⁇ z ⁇ 1.12x
  • the volume ratio of 1.07 to 1.68 good shape maintainability was exhibited.
  • the forging process could be executed with improved shape stability, even in the case of using a die whose inner die was not divided, such as the forging die 20C.
  • stress may be applied to the inner mold, and cracks may occur in the corners of the inner mold where the work space is formed.
  • the forging die 20 in which the inner die 50 is composed of a plurality of die members it has been found that such a crack does not occur and a stable forging process can be executed.
  • the present invention is a machine structural component that requires durability and reliability, such as an aircraft bearing, a submarine cable repeater casing, a ship rotor shaft, an oilfield drilling collar, an injection mold, and a welding electrode holder. It is possible to use it.

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Abstract

本発明の鍛造方法は、矩形の開口部を有し、 矩形状の平面である壁部により形成され、ワークを入れるワーク空間４５が形成された鍛造用金型２０の該ワーク空間４５に、矩形状の６面体である第１形状のワークＷを載置する載置工程と、載置されたワークＷを矩形状の６面体である第２形状に変形させることによりワークに塑性歪みを加える加工工程と、を含み、載置工程と加工工程とを２回以上行うことを特徴とする。例えば、鍛造用金型のワーク空間でワークを加圧変形させるため、形状安定性をより確保することができる。また、鍛造用金型２０は、複数の型部品が外型の内周に嵌め込まれた構造を有するため、例えば、ワークＷの加圧時に内型５０にかかる応力を複数の型部品によって外周側により均等に分散することができ、金型の破壊などをより抑制することができる。

Description

鍛造方法及び鍛造用金型
　本発明は、鍛造方法及び鍛造用金型に関する。
　従来、鍛造方法としては、銅ベリリウム合金からなる直方体のバルク体を、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸から加圧変形させ、塑性歪みを加えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によると、塑性歪みを加えることにより、表面から内部まで均一な硬さを保持し、加工歪みが生じにくいバルク体を提供することができる。
ＷＯ２００９／１１９２３７号公報
　しかしながら、この特許文献１に記載された鍛造方法では、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸から加圧変形させる工程を繰り返し行うことから、例えば、生産効率を考慮して加工速度を上げるなどすると、この繰り返しの間に、バルク体の直方体の形状が変形してしまうという課題があった。このように、ワークの鍛造処理をより効率よく実行することが求められていた。
　本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、ワークの鍛造処理をより効率よく実行することができる鍛造方法及び鍛造用金型を提供することを主目的とする。
　即ち、本発明の鍛造方法は、
　矩形の開口部を有し、 矩形状の平面である壁部により形成され、ワークを入れるワーク空間が形成された鍛造用金型の該ワーク空間に、矩形状の６面体である第１形状のワークを載置する載置工程と、
　前記載置されたワークを矩形状の６面体である第２形状に変形させることにより該ワークに塑性歪みを加える加工工程と、を含み、
　前記載置工程と前記加工工程とを２回以上行うことを特徴とするものである。
　また、本発明の鍛造用金型は、
　矩形状の６面体である第１形状のワークから矩形状の６面体である第２形状のワークに変形させることにより該ワークに塑性歪みを加える鍛造方法に用いられる鍛造用金型であって、
　円形の開口部を有し該円の内周面が形成された外型と、
　組み合わされた複数の型部品が前記外型の内周に嵌め込まれた状態で、矩形の開口部を有し矩形状の平面である壁部により、前記ワークを入れるワーク空間が形成される内型と、を備えたものである。
　本発明では、ワークの鍛造処理をより効率よく実行することができる。この理由は、例えば、鍛造用金型のワーク空間でワークを加圧変形させるため、形状安定性をより確保することができるためである。また、鍛造用金型は、複数の型部品が外型の内周に嵌め込まれた構造を有するため、例えば、ワークの加圧時に内型にかかる応力を複数の型部品によって外周側により均等に分散することができ、金型の破壊などをより抑制することができる。このため、例えば、金型の交換などをより抑制可能であり、ひいては、ワークの鍛造処理をより効率よく実行することができるのである。
鍛造用金型２０の一例を示す分解斜視図。 鍛造用金型２０の平面図及び断面図。 鍛造用金型２０の斜視図及び金型ユニット４０の分解斜視図。 鍛造方法の一例を示す説明図。 ワーク空間４５とワークＷとの体積比の説明図。 鍛造方法によるワーク組織の変化の説明図。 鍛造用金型２０Ｂの平面図及び断面図。 鍛造用金型２０Ｂの斜視図。 鍛造用金型２０Ｃの平面図及び断面図。 鍛造用金型２０Ｃの斜視図。 鍛造用金型２０Ｄの平面図及び断面図。 浮上機構６０を備えた鍛造用金型２０Ｅの説明図。 浮上機構７０を備えた鍛造用金型２０Ｆの説明図。 銅合金バルク体の組織の拡大写真。 銅合金バルク体の超音波深傷試験の測定結果。 自由鍛造を行ったサンプルの外観写真。 鍛造用金型を用いたサンプルの外観写真。
　次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに限定するものではない。まず、本発明の鍛造方法に利用する鍛造用金型２０から説明する。図１は、鍛造用金型２０の一例を示す分解斜視図であり、図２は、鍛造用金型２０の平面図及び断面図であり、図３は、鍛造用金型２０の斜視図及び金型ユニット４０の分解斜視図である。鍛造用金型２０は、矩形状の６面体である第１形状のワークから矩形状の６面体である第２形状のワークに変形させることにより該ワークに塑性歪みを加える鍛造方法に用いられるものである。この鍛造用金型２０は、図１，２に示すように、ワークＷを上方から加圧変形させる上金型２１と、直方体の空間であるワーク空間４５にワークＷを格納する下金型３０とを備えている。
　上金型２１は、図示しない冷間鍛造用プレス装置のスライドノックアウトビームに固定され、上下方向に移動して下金型３０に載置されたワークＷを上型圧子２２により押圧する部材である。この上金型２１は、円盤状の部材の下面にワークＷを加圧変形させる上型圧子２２が設けられている。この上型圧子２２は、先端が矩形状の平面を有する角柱状に形成されている。
　位置合せ治具２８は、上型圧子２２とワーク空間４５との位置合わせに用いられる治具である。この位置合せ治具２８は、金型ユニット４０の上部に載置して使用される。
　下金型３０は、円盤状の部材であり、図示しない冷間鍛造用プレス装置のボトムノックアウトビームに固定される部材である。この下金型３０は、台座となる第１下金型３１と、第１下金型３１の上方に固定される第２下金型３６と、ワーク空間４５の底面を形成するスライド可能なスライド台座３５と、ワーク空間４５が形成され第１下金型３１と第２下金型３６とに挟まれて下金型３０内に固定される金型ユニット４０と、を備えている。
　第１下金型３１は、円盤状の部材であり、その上面には、板状のスライド台座３５をスライド可能に挿入するスライド溝３２が、円盤の中央部から外周まで形成されている。また、円盤の中央には、金型ユニット４０に形成されたワーク空間４５に連通する連通空間３３が形成されている。即ち、この下金型３０では、スライド台座３５をスライドさせると、ワーク空間４５と連通空間３３とが連通し、ワーク空間４５が外部に連通するよう構成されている。したがって、下金型３０では、スライド台座３５をスライドさせると、ワーク空間４５からワークＷをこの連通空間３３へ移動可能となる。スライド台座３５は、ワーク空間４５の底面を形成し、ワークＷが載置される部材である。このスライド台座３５は、ワークＷへの鍛造処理での押圧力に耐えられる強度を有している。第２下金型３６は、第１下金型３１と同じ直径を有する円盤状の部材であり、その中央には、円形の開口を有し金型ユニット４０を装着する装着空間３７が形成されている。第１下金型３１と第２下金型３６とは、図示しないボルトにより強固に固定される。なお、第１下金型３１には、連通空間３３と外部と連通する貫通孔３４が形成されている（図２参照）。
　金型ユニット４０は、図３に示すように、円形の開口部を有しこの円の内周面４２が形成された外型４１と、組み合わされた複数の型部品が外型４１の内周に嵌め込まれた状態でワーク空間４５が形成される内型５０とを備えている。この金型ユニット４０では、加熱した外型４１の内周に内型５０をセットし、冷却することにより、内型５０が外型４１の内側に焼嵌められている。外型４１は、内周面４２が形成されたリング状の部材であり、その内部に内型５０が嵌め込まれる。外型４１は、その外周に段差が設けられており、この段差が第２下金型３６の内周に引っ掛かることによって、装着空間３７で固定される。内型５０は、外形が段差のある円盤状の外形を有し、ワーク空間４５の２面により形成される角部４６で各々が分離される複数の部材を備え、その中心に矩形の開口部を有するワーク空間４５が形成された部材である。この内型５０は、２個の第１型部材５１と、２個の第２型部材５５とにより構成されている。第１型部材５１は、内型５０の中心側に矩形状の平面である壁部５４を有し、その両端に凸部５２が形成されており、側面である接続面５３で第２型部材５５と接続する。第２型部材５５は、その中央側に２本の凹部５６が形成されており、凹部５６に区切られた外側が第１型部材５１と接触する接続面５７であり、内側が矩形状の平面である壁部５８となっている。この内型５０では、凸部５２と凹部５６とが嵌め込まれることにより、円盤状の部材となり、第１型部材５１及び第２型部材５５の移動が規制される。また、内型５０では、接続面５３に直交する矩形状の平面である第１型部材５１の壁部５４と、接続面５７と平行な矩形状の平面である第２型部材５５の壁部５８とによりワーク空間４５が形成されている。また、この内型５０は、複数の第１型部材５１及び第２型部材５５を、接続面５３及び接続面５７で組み合わせると、ワーク空間４５の角部４６が形成されるよう構成されている。
　ワークＷは、例えば、銅合金とすることができる。ワークＷには、Ｂｅ及びＣｕを含む合金のほか、これと同様に加工硬化性の高く高強度となるＮｉ、Ｓｎ及びＣｕを含む銅合金、Ｔｉ、Ｆｅ及びＣｕを含む銅合金、Ｎｉ、Ｓｉ及びＣｕを含む銅合金などを採用してもよい。即ち、銅合金としては、例えば、ＣｕＢｅＣｏ、ＣｕＢｅＮｉ、ＣｕＮｉＳｎ、ＣｕＴｉＦｅなどが挙げられ、このうちＣｕＢｅＣｏ、ＣｕＢｅＮｉなどがより好ましい。これらの合金は、詳しくは後述するが、元素や組成の選択範囲によって均質化処理工程、固溶化処理工程および時効硬化処理工程の温度や時間などがそれぞれ異なる場合があるが、本発明の鍛造処理工程を実行することができる。あるいは、高純度の銅（例えば４Ｎ-Ｃｕ）をワークＷとしてもよい。また銅合金以外では、例えば、ワークＷとして、マグネシウム合金（ＡＺ３１；Ｍｇ-Ａｌ-Ｚｎ-Ｍｎ系合金など）や、鉄鋼材（Ｆｅ－２０ＣｒやＳＵＳ３０４など）、アルミニウム合金（７４７５Ａｌ；Ａｌ-Ｚｎ-Ｍｇ-Ｃｕ系合金など）などを用いるものとしてもよい。
　このように構成された鍛造用金型２０では、複数の型部品が外型４１の内周に嵌め込まれた構造を有するため、例えば、ワークＷの加圧時に内型５０にかかる応力を複数の型部品によって外周側により均等に分散することができ、金型の破壊などをより抑制することができる。また、内型５０は、ワーク空間４５の２面で形成される角部４６で各々が分離される複数の型部品により形成されているため、応力のかかるワーク空間４５の角部４６で金型の割れが生じるのを防止することができる。更に、スライド台座３５をスライドさせるとワーク空間４５から外部に連通する空間が形成されるため、連通空間３３から加工後のワークＷを取り出しやすい。
　次に、本発明の鍛造方法について説明する。本発明の鍛造方法は、例えば、銅ベリリウム系合金の製造処理に適用することができる。以下、銅ベリリウム系合金の製造方法を具体例として説明する。本実施形態の製造方法では、（１）均質化処理工程と、（２）固溶化処理工程と、（３）冷却処理工程と、（４）本発明の鍛造方法である鍛造処理工程と、（５）時効硬化処理工程とを含むものとしてもよい。
（１）均質化処理工程
　この工程では、Ｃｕのマトリクス中にＢｅ（又はＢｅ化合物）を固溶させ、結晶粒に転位が生じていない銅合金を生成する処理を行う。具体的には、Ｃｕ100-(a+b)ＢｅaＣｏb（０．４％≦ａ≦２．０％，０．１５％≦ｂ≦２．８％，ａ＋ｂ≦３．５％）の質量比、またはＣｕ100-(c+d)ＢｅcＮｉd（０．０５％≦ｃ≦０．６％，１．０％≦ｄ≦２．４％，ｃ＋ｄ≦３．０％）の質量比で構成された銅合金を高周波溶解炉で溶解し、鋳塊を作製する。このとき、不純物となるＦｅ，Ｓ，Ｐを質量比で０．０１％未満に制限し得るのが好ましい。得られた鋳塊を、固溶温度域（７００℃～１０００℃の範囲内）で所定の保持時間（１時間～２４時間）に亘って加熱保持することにより、鋳造時に非平衡的に生成する偏析などの後工程に悪影響を及ぼす不均一な組織を除去して均質化する。次に、得られた鋳塊を、所望の大きさの直方体形状の銅合金（バルク体）に加工する。銅合金の表面に形成された酸化皮膜は切削により除去してもよい。バルク体は、互いに直交する３つの軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）方向に沿って延びる辺を有する直方体としてもよい。このバルク体は、各辺（Ｘ辺，Ｙ辺，Ｚ辺）の長さの比を、ｘ：ｙ：ｚ（但し、ｘ＜ｙ＜ｚ、１．０３ｘ≦ｙ≦１．４９ｘ、１．０６ｘ≦ｚ≦２．２２ｘ、ｚ＝（ｙ／ｘ）2ｘを満たす）とする直方体形状であることが好ましい（後述図５参照）。また、このとき、１．１０ｘ≦ｙ≦１．２０ｘ、１．２１ｘ≦ｚ≦１．４４ｘを満たす直方体形状とするのがより好ましい。
（２）固溶化処理工程
　この工程では、均質化処理で得られたバルク体を、固溶温度域（７００℃～１０００℃の範囲内）で所定の固溶保持時間（１時間～２４時間）に亘って加熱保持し、Ｃｕのマトリクス中にＢｅ（又はＢｅ化合物）を固溶させる処理を行う。固溶化処理工程ののち、このバルク体に対して、過時効温度域（５５０～６５０℃の範囲内）で所定の時間（２～６時間）保持する過時効処理を行うものとしてもよい。こうすれば、その後の各製造工程において悪影響を及ぼさない程度の大きさ（例えば平均粒径１μｍ程度）まで銅合金の析出粒子を成長させることができると考えられる。なお、固溶化処理と過時効処理は、それぞれ独立（不連続）に処理してもよいし、連続的に処理してもよい。この過時効処理により、適度に析出した粒子が好適に働いて内部まで効率よく均一に変形する効果が得られる。これにより複数の結晶粒を横断するようなせん断帯組織の生成が抑えられて割れや破壊等が生じることがないため、表面から内部まで均一な硬さを保持でき、疲労寿命に優れ、加工ひずみが生じにくい銅ベリリウムバルク体を得ることができる。
（３）冷却処理工程
　この工程では、固溶化処理を行ったバルク体を、水冷、空冷、又は放冷によって、銅合金の表面温度が例えば２０℃以下となるように冷却する。冷却速度はバルク体の大きさによって異なるが、－１００℃／ｓ以上（好ましくは－２００℃／ｓ以上）とするのが好ましい。
（４）鍛造処理工程
　この工程では、冷却後のバルク体をワークＷとし、冷却抜熱しながら直方体の互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向から鍛造する処理を行う。この鍛造処理工程では、例えば鍛造用金型２０のワーク空間４５に矩形状の６面体（直方体）である第１形状のワークＷを載置する載置工程と、載置されたワークを矩形状の６面体である第２形状に変形させることによりワークＷに塑性歪みを加える加工工程と、を含み、載置工程と加工工程とを２回以上行うものとする。図４は、本発明の鍛造方法の一例を示す説明図であり、図４（ａ）が載置工程、図４（ｂ）が加工工程、図４（ｃ）が打出工程、図４（ｄ）が取出工程の説明図である。図５は、本発明の鍛造方法によるワーク組織の変化の説明図である。この鍛造処理工程では、ワークＷをワーク空間４５に入れ、加圧変形させ、打ち出して取り出す処理を繰り返し行うのである。なお、鍛造用金型２０の使用時には、ワークＷの表面やワーク空間４５を形成する壁部５４，５８などに潤滑剤を用いることが好ましい。即ち、ワークＷと鍛造用金型２０との間に潤滑剤が介在するように鍛造処理を行うものとしてもよい。潤滑剤としては、例えば、ジェル体（金属石鹸など）、粉末（ＭｏＳ2、黒鉛など）、液体（鉱油など）を用いることができる。
　載置工程（図４（ａ））では、ワークＷの体積に対するワーク空間４５の体積の比である体積比が所定の関係となるワークＷを用いる。例えば、この体積比は、１．２０以上３．５０以下の範囲となるワークＷ及びワーク空間４５とすることが好ましく、１．２２以上２．２０以下の範囲がより好ましい。また、このワーク空間４５とワークＷとの体積比がワークＷの各辺（Ｘ辺，Ｙ辺，Ｚ辺）の長さの比をｘ：ｙ：ｚとしたとき、（ｙ／ｘ）×（ｚ／ｙ）×ｚ（１＋α）／ｚ；（但し、ｘ＜ｙ＜ｚであり、０＜α≦０．５）を満たすものとし、上型圧子２２をワークＷの上面から（ｚ－ｘ）の量を押し込んだ加圧量とすることが好ましい。即ち、ワークＷの各辺（Ｘ辺，Ｙ辺，Ｚ辺）の長さの比を、ｘ：ｙ：ｚ（但し、ｘ＜ｙ＜ｚ）の直方体形状としたとき、ワーク空間４５は、ｙ：ｚ：ｚ（１＋α）の直方体形状とすることが好ましい。このとき、ワークＷは、各辺（Ｘ辺，Ｙ辺，Ｚ辺）の長さの比ｘ：ｙ：ｚが、１．１０ｘ≦ｙ≦１．２０ｘ、１．２１ｘ≦ｚ≦１．４４ｘ、ｚ＝（ｙ／ｘ）2ｘを満たす直方体形状とすることが好ましい。なお、αは天面係数とも称する。ここで、「（ｚ－ｘ）の量を押し込む」とは、（ｚ－ｘ）に所定のマージン量を加味した量を押し込むことを含むものとする。例えば、材料の熱膨張、装置全体の剛性、金型の寸法公差などにより、設定値より実際の押し込み量が小さくなる場合がある。ここでは、上型圧子２２をワークＷの上面から｛ｚ－ｘ・β｝の量を押し込むものを含むものとする。この補正係数βは、機械トレランスの補正係数であり、熱膨張分による押し込み量の変動値、装置全体の剛性（弾性変形）分の変動値、金型等の寸法公差を含むものとし、例えば、１．０±０．０５としてもよい。この補正係数βの０．０５という値は、鋼材の熱膨張係数が約１２×１０-6／℃であり、１００℃上昇すると０．１２％線膨張することから、膨張率の５０倍として経験的に求めた値である。また、ワークＷの弾性変形分の戻り（スプリングバック）により、設定値より実際の押し込み量が小さくなる場合もある。例えば、ばね材として用いるワークＷなどでは、上記補正係数は１．０±０．０５よりも大きくなる場合があることから、この補正係数は、用いる材料に応じて適宜設定するものとすればよい。図５は、ワーク空間４５とワークＷとの体積比の説明図であり、図５（ａ）がワーク空間４５にワークＷを入れた上面図、図５（ｂ）がＡ－Ａ断面図、図５（ｃ）がワークＷの斜視図である。この体積比と加圧量とを採用することで１回の処理量を自動的に決めることができ、処理後に処理前と同じ各辺の長さの比が再現されるため、繰り返し処理するための効率がよくなる。この体積比と加圧量の範囲との組合せによって、より効率よくワークＷに塑性歪みを加えることができる。また、載置工程では、ワーク空間４５のいずれかの側壁部の２面と接触した状態でワークＷを載置することが好ましい。ここでは、ワークＷを載せるスライド台座３５の上面と、壁部５４及び壁部５８の３面に沿うようにワークＷを載置するのが好ましい。こうすれば、加工工程でワークＷの位置ずれを抑制可能であるため、より効率よくワークＷに塑性歪みを加えることができる。
　加工工程（図４（ｂ））では、十分な押圧力をもってワークＷをワーク空間４５内で変形させる。加工工程では、直方体の互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向からそれぞれ鍛造する。鍛造の順序は、ワークＷが有する辺のうち、最も長い辺に対応する軸方向から順に圧力を加えるのが好ましい。例えば、図６に示すように、ワークＷのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の順に加工工程を実行する場合について説明する。この加工工程では、加圧の際のワークＷの表面温度は、１２０℃以下（より好ましくは２０～１００℃の範囲内）を保つようにするのが好ましい。表面温度が１２０℃を超えると、複数の結晶粒を横断するようなせん断帯組織を生じやすくなるために割れや破壊等が生じ、加工前の形状を維持することができなくなり、好ましくない。加圧圧力は１２００ＭＰａ以下とするのが好ましい。加圧圧力が１２００ＭＰａ以下では、銅合金に複数の結晶粒を横断するようなせん断帯組織が生じるのをより抑制可能である。加工処理の１回分の圧下量（加工率％）は、１８％以上３３％未満の範囲内とするのが好ましい。また、ワークＷに加えられる塑性歪みの量（歪み量；ε）は、０．２以上０．３６以下の範囲内とするのが好ましい。なお、「圧下量」とは、加工変形量をもとの高さで除した割合（加工率）であり、歪み量ε＝ｌｎ（１－加工率）で示される。また、ワークＷに加えられる塑性歪みの歪み速度は、１×１０-3（ｓ-1）以上１×１０+1（ｓ-1）以下の範囲が好ましく、１×１０-2（ｓ-1）以上１×１０+1（ｓ-1）以下の範囲がより好ましい。この加工工程では、例えば、変形前の第１形状のワークＷと変形後の第２形状のワークとがＸ，Ｙ，Ｚ軸の長さは異なるが第１形状と第２形状とが同じ形状になる変形をワークＷに行うことが好ましい。即ち、ワークＷの各辺の比は、変形前と変形後で１：ｅ：ｆに保たれることが好ましい。こうすれば、各軸方向に対して均等な塑性歪みを与えることができる。
　打出工程（図４（ｃ））では、スライド台座３５をスライド溝３２に沿ってスライドさせ、連通空間３３を形成させたのち、上型圧子２２により上方から加圧してワーク空間４５内のワークＷを連通空間３３へ打ち出す処理を行う。
　取出工程（図４（ｄ））では、打ち出したワークＷを連通空間３３から取り出す処理を行う。例えば、スライド台座３５を取り外した空間から、貫通孔３４（図２参照）に押出棒などにより押し出してワークＷを取り出す。このとき、取り出したワークＷを冷却することが好ましい。冷却方法は、空冷、水冷、放冷などいずれの方法でも構わないが、繰り返し作業の効率性と能率を考慮すると、水冷による冷却が望ましい。冷却は、加圧により銅合金から発生する熱銅合金の表面温度が２０℃以下となるように行うのが好ましい。
　この鍛造処理工程では、載置工程、加工工程、打出工程及び取出工程を所定の加圧回数まで行うものとする。ここで、「加圧回数」とは、各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向のいずれか一方からワークＷに圧力が加えられた場合を１回としてカウントアップされる回数をいうものとする。また、「所定の加圧回数」とは、銅合金に加えられる塑性歪み量の累積値（累積歪み量；εｔｏｔａｌ）が、例えば１．８以上、より好ましくは４．０以上となる回数をいうものとしてもよい。
（５）時効硬化処理工程
　この工程では、鍛造処理後のワークＷ（銅合金）を析出温度域（２００℃～５５０℃の範囲内）で矩形銅合金が所定の時効硬化時間（１時間～２４時間）に亘って保持することにより、銅合金に含まれるＢｅ（又は、Ｂｅ化合物）を析出硬化させる処理を行う。このようにして、硬度などの特性をより向上した、銅ベリリウム合金を製造することができる。
　以上説明した実施形態の鍛造方法によれば、鍛造用金型２０のワーク空間４５でワークＷを加圧変形させるため、形状安定性をより確保することができる。また、鍛造用金型２０は、複数の型部品が外型５０の内周に嵌め込まれた構造を有するため、例えば、ワークＷの加圧時に内型５０にかかる応力を複数の型部品によって外周側により均等に分散することができ、金型の破壊などをより抑制することができる。このため、例えば、金型の交換などをより抑制可能であり、ひいては、ワークの鍛造処理をより効率よく実行することができる。また、内型５０が角部４６で各々が分離される複数の型部品により形成されているため、応力のかかるワーク空間４５の角部４６で金型の割れが生じるのを防止することができ、ひいては、ワークの鍛造処理をより効率よく実行することができる。更に、スライド台座３５をスライドさせるとワーク空間４５から外部に連通する空間が形成されるため、連通空間３３から加工後のワークＷを取り出しやすいため、ワークの鍛造処理をより効率よく実行することができる。更にまた、載置工程では、ワーク空間４５とワークＷとの体積比が（ｙ／ｘ）×（ｚ／ｙ）×ｚ（１＋α）／ｚ；（但し、ｘ＜ｙ＜ｚ、１．１０ｘ≦ｙ≦１．２０ｘ、１．２１ｘ≦ｚ≦１．４４ｘ、ｚ＝（ｙ／ｘ）2ｘ、０＜α≦０．５を満たす）となる範囲とし、上型圧子２２をワークＷの上面から（ｚ－ｘ）の量を押し込んだ加圧量とするワークを用いることが好ましい。この体積比と加圧量とを採ることで１回の処理量を自動的に決めることができ、処理後に処理前と同じ各辺の長さの比が再現されるため、繰り返し処理するための効率がよくなる。この体積比と加圧量との組合せによって、ワークの鍛造処理をより効率よく実行することができる。そして、加工工程では、第１形状のワークＷと第２形状のワークＷとがＸ，Ｙ，Ｚ軸の長さは異なるが第１形状と第２形状とが同じ形状になる変形をワークＷに行うため、各軸に均等な塑性歪みを加えることができる。そしてまた、加工工程では、加工率が１８％以上３３％未満の範囲でワークＷを変形させるため、ワークの鍛造処理をより効率よく実行することができる。そして更に、ワークＷは、Ｂｅ及びＣｕを含む合金であるため、本発明を適用する意義が高い。そして更にまた、金型ユニット４０を第２下型３６に装着する構造を有するため、金型ユニット４０の交換が行いやすく、様々な形状のワークＷに対して鍛造処理をより効率よく実行することができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。例えば、バルク体のワークの各面やこれに接する各金型の表面には、潤滑剤を塗ってもよい。この際の潤滑剤は、ジェル状、粉末状、液状など必要に応じて選択することができる。その際には熱伝導性が高く、ワークＷからの加工熱を内型へ熱伝達することを妨げない潤滑剤を選択することがより好ましい。
　例えば、上述した実施形態では、凸部５２や凹部５６が形成されている複数の型部材を備える鍛造用金型２０を用いるものとしたが、特にこれに限定されず、図７，８に示す鍛造用金型２０Ｂを用いるものとしてもよい。図７は、鍛造用金型２０Ｂの平面図及び断面図であり、図８は、鍛造用金型２０Ｂの斜視図である。鍛造用金型２０Ｂは、同一形状に形成された４個の型部材５１Ｂを組み合わせた内型５０Ｂを備えている。また、この鍛造用金型２０Ｂでは、外型４１が省略されており、第２下型３６が本発明の外型に相当する構成となっている。こうしても、ワークＷの加圧時に内型５０Ｂにかかる応力を複数の型部品５１Ｂによって外周側により均等に分散することができ、金型の破壊などをより抑制することができ、ひいては、ワークの鍛造処理をより効率よく実行することができる。なお、型部材５１Ｂの任意の位置に凸部５２や凹部５６を形成するものとしてもよい。
　あるいは、上述した実施形態では、複数の型部材からなる内型５０を備える鍛造用金型２０を用いるものとしたが、特にこれに限定されず、図９，１０に示す鍛造用金型２０Ｃを用いるものとしてもよい。図９は、鍛造用金型２０Ｃの平面図及び断面図であり、図１０は、鍛造用金型２０Ｃの斜視図である。鍛造用金型２０Ｃは、外型４１が省略されており、分割されていない内型５０Ｃを備えている。こうしても、鍛造用金型２０Ｃを用い、直方体形状のワーク空間４５でワークＷを加圧変形させるため、形状安定性をより確保することができ、ひいては、ワークの鍛造処理をより効率よく実行することができる。
　上述した実施形態では、複数の型部品が外型４１の内周に嵌め込まれた状態でワーク空間４５が形成される内型５０を備えているものとしたが、特にこれに限定されず、円周ではない外型の内部に組み込まれるものとしてもよい。また、角部４６で各々が分離される複数の型部品を備えているものとしたが、角部４６で各々が分離されてもよいし、角部４６以外の部分で各々が分離されるものとしてもよい。
　上述した実施形態では、第１下金型３１、金型ユニット４０、スライド台座３５及び第２下金型３６により下金型３０が形成されるものとしたが、特にこれに限定されず、他の部材を加えてもよいし、これらのうちいずれか１以上を省略するものとしてもよい。例えば、上述した実施形態では、スライド台座３５を備えているものとしたが、スライド台座３５を備えていないものとしてもよい。
　上述した実施形態では、鍛造処理工程において、ワークＷを取り出したあとに冷却するものとしたが、特にこれに限定されず、図１１に示すように鍛造用金型２０Ｄを用い、鍛造処理中にワークＷの冷却を図るものとしてもよい。図１１は、鍛造用金型２０Ｄの平面図及び断面図である。この鍛造用金型２０Ｄは、ワーク空間４５の底面を形成する第１下型３１（基部）を備え、この第１下型３１には、冷却媒体が流通する流通経路３４Ｄがワーク空間４５の近傍に形成されている。ワークＷの加工変形時に温度上昇が起きることがあるが、こうすれば、ワークＷを冷却してその破壊などをより抑制でき、ひいては、ワークの鍛造処理をより効率よく実行することができる。
　上述した実施形態では特に説明しなかったが、図１２、１３に示すように、ワーク空間の底面を形成する基部と、基部部に形成されワーク空間に挟まったワークの底面を押圧しワークを浮上させる浮上機構と、を備える鍛造用金型としてもよい。このとき、浮上機構は、基部としてのスライド台座３５に形成されているものとしてもよい。図１２は、浮上機構６０を備えた鍛造用金型２０Ｅの説明図であり、図１２（ａ）が図４（ｂ）の加工工程後、図１２（ｂ）がワークＷを浮上した説明図、図１２（ｃ）がワークＷの打出しの説明図である。この浮上機構６０は、スライド台座３５に形成されており、ワークＷの底面を押圧する浮上部材６１と、浮上部材６１の移動を操作する操作棒６２と、を備えており、スライド台座３５には操作棒６２が挿入される操作空間６３が形成されている。スライド台座３５には、上面側の開口面積がより大きいすり鉢状の開口部が、ワーク空間４５を形成する領域内に形成されており、この開口部に連通して操作空間６３がスライド台座３５のスライド方向に形成されている。この操作空間６３は、スライド台座３５の外部から浮上部材６１の下方まで連通するように形成されている。浮上部材６１は、上記すり鉢状の開口部に嵌った状態で、その上面がスライド台座３５の上面の一部を構成するよう形成されている。この浮上部材６１の下方には、ラック６４が配設されている。操作棒６２は、操作空間６３に挿入され浮上部材６１の下方まで届く長さに形成されており、その先端にピニオン６５が配設されている。浮上機構６０では、このピニオン６５をラック６４に噛合した状態でピニオン６５を回転すると浮上部材６１が上下動する（図１２（ａ）の吹出図参照）。操作者は、この鍛造用金型２０Ｅを用い、ワークＷを加圧変形する加工工程を行ったあと（図１２（ａ））、操作棒６２を操作して浮上部材６１を上下動させる（図１２（ｂ））。例えば、図４（ｂ）の加工工程を行うと、ワークＷがスライド台座３５と圧着してしまい、ワークＷを円滑に取り出せないことがある。ここでは、浮上機構６０を備え、浮上部材６１の上下動により、ワークＷを上方へ僅かに押し上げることができる。これにより、スライド台座３５に圧着していたワークＷが離脱し、スライド台座３５を取り外しワークＷを連通空間３３から取り出す打出工程を円滑に行うことができる（図１２（ｃ））。なお、浮上機構６０は、浮上部材６１を上下動させる構成であれば、上記ラックアンドピニオンの構成に限られず、例えば、かさ歯車やウオームホイールなどの動作方向変換装置、さらには油圧を介した上下動機構により浮上部材６１を押し上げてもよい。また、図１２において、操作棒６２の先、浮上部材６１の下近傍に支点を設け、操作棒を用い、てこの原理により浮上部材６１を押し上げる機構を採用するものとしてもよい。こうしても、スライド台座３５に圧着していたワークＷが離脱し、スライド台座３５を取り外しワークＷを連通空間３３から取り出す打出工程を円滑に行うことができる。
　あるいは、図１３に示すように、ワークＷ下面に圧縮空気や圧縮ガスを吐出してワークＷをスライド台座３５から浮上させるものとしてもよい。図１３は、浮上機構７０を備えた鍛造用金型２０Ｆの説明図であり、図１３（ａ）が図４（ｂ）の加工工程後、図１３（ｂ）がワークＷを浮上した説明図、図１３（ｃ）がワークＷの打出しの説明図である。
この浮上機構７０は、スライド台座３５に形成されており、複数の噴射口７６が形成されワークＷの底面を流体（例えば、気体や液体）により押圧する浮上部材７１と、浮上部材７１に接続され噴射口７６まで流体を送る流通孔７５が形成された流通管７２と、を備えている。また、スライド台座３５には、流通管７２が挿入される操作空間７３が形成されている。ワーク空間４５を形成するスライド台座３５の上面には、円柱形の開口部が形成されており、この開口部に連通して操作空間７３がスライド台座３５のスライド方向に形成されている。この操作空間７３は、スライド台座３５の外部から浮上部材７１の下方まで連通するように形成されている。浮上部材７１は、上記開口部に挿入された状態で、その上面がスライド台座３５の上面の一部を構成するよう形成されている。また、スライド台座３５の開口部と浮上部材７１との間には、流通孔７５から供給された流体が排出される逃がし空間７４が形成されている。流通管７２は、操作空間７３に挿入され浮上部材７１の下方に接続されている。浮上機構７０では、流通孔７５から噴射口７６までが連通しており、流通孔７５から流体としての圧縮ガスを供給すると、浮上部材７１の噴射口７６からこの圧縮ガスがワークＷの底面を押圧する。操作者は、この鍛造用金型２０Ｆを用い、ワークＷを加圧変形する加工工程を行ったあと（図１３（ａ））、流通管７２から圧縮ガスを供給し浮上部材７１の噴射口７６から圧縮ガスを吐出させる（図１３（ｂ））。すると、浮上部材７１からの圧縮ガスにより、ワークＷを上方へ僅かに押し上げることができる。なお、噴射口７６から吐出したガスは、逃がし空間７４を通って、操作空間７３から外部に排出される。こうして、スライド台座３５に圧着していたワークＷが離脱し、スライド台座３５を取り外しワークＷを連通空間３３から取り出す打出工程を円滑に行うことができる（図１３（ｃ））。なお、浮上機構６０，７０は、ワークＷの底面を押圧可能であれば、第１下型３１（基部）に形成されていてもよい。また、浮上機構６０、７０は、スライド台座３５とワークＷとを分離可能な機構であれば、上記以外の構成を採用することができる。
　上述した実施形態では、ワークＷを、Ｂｅ及びＣｕを含む合金として説明したが、Ｂｅ及びＣｕを含む合金と同様に加工硬化性の高く高強度となるＮｉ、Ｓｎ及びＣｕを含む銅合金、Ｔｉ、Ｆｅ及びＣｕを含む銅合金、Ｎｉ、Ｓｉ及びＣｕを含む銅合金などをワークＷとして、上述した工程を実行するものとしてもよい。この合金を用いる場合、元素や組成の選択範囲によって均質化処理工程、固溶化処理工程および時効硬化処理工程の温度と時間においてＢｅ及びＣｕを含む合金と異なる場合があるが、上述した鍛造処理工程を実行することができる。あるいは、高純度の銅（例えば４Ｎ-Ｃｕ）をワークＷとして、上述した工程を実行するものとしてもよい。また銅合金以外に適用しようとする場合、上述した鍛造処理工程において、マグネシウム合金（ＡＺ３１；Ｍｇ-Ａｌ-Ｚｎ-Ｍｎ系合金など）や鉄鋼材（Ｆｅ－２０ＣｒやＳＵＳ３０４など）においては、ワーク空間４５とワークＷとの体積比が（ｙ／ｘ）×（ｚ／ｙ）×ｚ（１＋α）／ｚ；（但し、ｘ＜ｙ＜ｚ、１．２２ｘ≦ｙ≦１．４９ｘ、１．４９ｘ≦ｚ≦２．２２ｘ、ｚ＝（ｙ／ｘ）2ｘ、０＜α≦０．５を満たす）となる範囲としてもよい。更に、アルミニウム合金（７４７５Ａｌ；Ａｌ-Ｚｎ-Ｍｇ-Ｃｕ系合金など）では、ワーク空間４５とワークＷとの体積比が（ｙ／ｘ）×（ｚ／ｙ）×ｚ（１＋α）／ｚ；（但し、ｘ＜ｙ＜ｚ、１．０３ｘ≦ｙ≦１．０６ｘ、１．０６ｘ≦ｚ≦１．１２ｘ、ｚ＝（ｙ／ｘ）2ｘ、０＜α≦０．５を満たす）となる範囲としてもよい。また、この合金を用いるときには、加工工程では、加工率が６％以上５５％未満の範囲で前記ワークを変形させるものとしてもよい。
　以下には、鍛造用金型２０を用い、鍛造処理工程を具体的に検討した例を説明する。なお、実験例１～１３，２３～３２が本発明の実施例に相当し、実験例１４～２２が比較例に相当する。
　バルク体としては、Ｃｕ100-(a+b)ＢｅaＣｏb（ａ＝１．８％，ｂ＝０．２％）の質量比で構成した銅合金、及び、Ｃｕ100-(c+d)ＢｅcＮｉd（ｃ＝０．２％，ｄ＝１．８％）の質量比で構成された銅合金を作製した。均質化処理工程では、８４０℃、４ｈで処理を行い、６０ｍｍ×６６ｍｍ×７３ｍｍ（１：１．１：１．２１）の形状に加工した。固溶化処理では、８００℃、１ｈで処理を行い、約５０℃／ｓで急冷させて得られたバルク体をワークＷとした。鍛造処理工程では、ワーク空間４５とワークＷとの体積比を、（６６／６０）×（７３／６６）×｛（７３／６６）＋０．５ｍｍ｝＝１．１×１．１×１．６＝１．９３６とし、加工率を１８％（１回のひずみ量０．２）、歪み速度を約１×１０0（ｓ-1）、全歪み量Σεを２．４、所定の加圧回数を１２とする条件で行った。ここでは、まず鍛造による硬化について検討した。Ｃｕ－Ｂｅ－Ｃｏ系の銅合金を鍛造用金型２０により鍛造処理したワークＷを実施例１とし、鍛造を行わないものを比較例１とした。また、Ｃｕ－Ｂｅ－Ｎｉ系の銅合金を鍛造用金型２０により鍛造処理したワークＷを実施例２とし、鍛造を行わないものを比較例２とした。潤滑剤は、ＮＯＫクリューバー社製のＳＥＡＬＵＢ製品を塗布した。
　図１４は、実施例１の組織の拡大写真である。図１４（ａ）に電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示すが、全歪み量Σεを増加すると、銅合金の組織がより微細となることがわかった。また、図１４（ｂ）に光学顕微鏡（比較例１）及びＳＥＭ（実施例１）による組織観察写真を示すが、鍛造用金型２０を用いて鍛造した実施例１の銅合金の組織は、鍛造処理を行わない比較例１に比してより微細であることがわかった。なお、実施例２及び比較例２においても結果は同様であった。
　図１５は、銅合金バルク体の超音波深傷試験の測定結果であり、図１５（ａ）が鍛造前のバルク体の測定結果（比較例１）、図１５（ｂ）が鍛造後のバルク体の測定結果（実施例１）である。この測定では、一辺が１００ｍｍの立方体形状のバルク体の表面層を切削し、一辺が７０ｍｍの立方体に加工した後に、このバルク体に超音波を送信した。図１５（ａ）に示すように、鍛造処理を行わないバルク体では、厚さ７０ｍｍの底面エコーのピークが表れたが、厚さ１４０ｍｍ付近では、多重反射によるエコーのピークは表れなかった（ピーク消失）。これは、このバルク体の内部組織が粗大で不均一であることを示している。また、図１５（ａ）に示すように、波形にノイズが多いことからも、バルク体の内部組織が粗大で不均一であることが推測される。一方、図１５（ｂ）に示すように、実施例のバルク体を試験した場合は、厚さ７０ｍｍの底面エコーのピークが表れているとともに、１４０ｍｍ付近にも二重反射によるエコーのピークが表れていることが分かる。これは、超音波がベリリウム銅鍛造バルク体の内部組織によって乱れたり減衰したりしていないことを示している。図１５（ａ）に示す場合に比べて、全体の波形にノイズも表れていないことから、内部組織がより緻密で均一になっていることが推測される。
［実験例１～２２］
　次に、鍛造用金型２０を用いた鍛造処理について検討した。ワークの形状、体積比、加工率などを表１、２に示すように変化させて鍛造前後の形状や直線性、最大寸法差などをその外形から評価した。上述したものと同様の工程で、Ｃｕ100-(a+b)ＢｅaＣｏb（ａ＝１．８％，ｂ＝０．２％）の質量比で構成した銅合金、及び、Ｃｕ100-(c+d)ＢｅcＮｉd（ｃ＝０．２％，ｄ＝１．８％）の質量比で構成された銅合金を作製した。なお、表１では、短辺ｘ、中辺ｙ、長辺ｚにおいて、短辺ｘを１に規格化した各辺の長さを示した。
［実験例２３～３２］
　また、Ｃｕ97.85Ｂｅ0.35Ｎｉ1.8の質量比で構成された銅合金、Ｃｕ78Ｎｉ15Ｓｎ7の質量比で構成した銅合金、Ｃｕ96.9Ｔｉ3Ｆｅ0.1の質量比で構成した銅合金、Ｃｕ89Ｎｉ9Ｓｉ2の質量比で構成した銅合金、マグネシウム合金（ＡＺ３１）、Ｆｅ80Ｃｒ20の質量比で構成した鉄鋼、ＳＵＳ３０４、アルミニウム合金（７４７５Ａｌ）なども作製し、検討した。
（形状評価）
　形状評価は、クラックや角の丸みなどの有無を目視で調べ、形状のよいものを○、クラックや角に丸みのあるものを×と評価した。また、直線性は、６つの各面が平面を保っているか否かを、平面に物差しを当てたときの隙間の有無を目視により調べ、隙間のないものを○、隙間のあるものを×とした。また、最大寸法差は、鍛造前後の各辺の寸法（長さ）の差異の最大値を測定し、鍛造前後で最大寸法差が２％以下であるものを○、２％を超えたものを×とした。なお、表１、２には、Ｃｕ－Ｂｅ－Ｃｏ合金の結果を示したが、Ｃｕ－Ｂｅ－Ｎｉ合金でも同様の結果であった。
　　表２に、各ワークの鍛造処理結果を示す。表２に示すように、長辺ｚや中辺ｙが短辺ｘに対して比較的長くない実験例１４、１５や、長辺ｚや中辺ｙが短辺ｘに対して比較的長い実験例１６、１７では、形状安定性が悪かった。また、累積歪みのサイクル数の少ない実験例１８や、サイクル数の多い実験例１９では、形状安定性が悪かった。また、天面のギャップを表す天面係数αの大きい実験例２０では、結果が良好であったが、鍛造開始までの上型圧子の降下時間がかかり、生産効率が良好とはいえなかった。また、天面係数αがない実験例２１では、上型圧子の挿入時のがたつきによるぶれが懸念されたため、鍛造を行わなかった。また、鍛造用金型２０を用いず、自由鍛造を行った実験例２２では、形状安定性が極めてよくなかった。図１６は、自由鍛造を行ったサンプル（実験例２２）の外観写真であり、図１７は、実験例１～１３の外観写真である。自由鍛造では、加圧変形を繰り返すと直方体形状の平面が曲面になってしまうのに対して、鍛造用金型２０による鍛造を行った実験例１～１３のサンプルでは、加圧変形を繰り返しても直方体形状が維持されていることがわかった。表１、２に示すように、Ｃｕ－Ｂｅ合金では、天面係数αが０．０１～０．５、短辺ｘ：中辺ｙ：長辺ｚ（ｘ＜ｙ＜ｚ）において、１．１０ｘ≦ｙ≦１．２０ｘ、１．２１ｘ≦ｚ≦１．４４ｘ、体積比が１．２２～２．１６であるものについては、良好な形状維持性を示した。また、上述した実験例１～２２に対して鍛造処理を行ったあとに、時効硬化処理を実行したところ、実験例１～１３については、実験例１４～２２に比して、ＪＩＳＺ２２４４に準じた方法で測定したビッカース硬さや、ＪＩＳＺ２２４１に準じた方法で測定した引張強さなどが向上していた。
　また、表１、２に示すように、マグネシウム合金（ＡＺ３１）や鉄鋼材（Ｆｅ－２０Ｃｒ，ＳＵＳ３０４）では、天面係数αが０．０１～０．５、短辺ｘ：中辺ｙ：長辺ｚ（ｘ＜ｙ＜ｚ）において、１．２２ｘ≦ｙ≦１．４９ｘ、１．４９ｘ≦ｚ≦２．２２ｘ、体積比が１．５０５～３．３３０で、良好な形状維持性を示した。また、アルミニウム合金（７４７５Ａｌ）では、天面係数αが０．０１～０．５、短辺ｘ：中辺ｙ：長辺ｚ（ｘ＜ｙ＜ｚ）において、１．０３ｘ≦ｙ≦１．０６ｘ、１．０６ｘ≦ｚ≦１．１２ｘ、体積比が１．０７～１．６８では、良好な形状維持性を示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　なお、鍛造用金型２０Ｃのように、内型が分割されていない金型を用いても上記実施例と同様に、形状安定性を高めた状態で鍛造処理を実行することができた。しかしながら、内型に応力が掛かり、ワーク空間が形成される内型の角部に亀裂が生じる場合もあった。一方、内型５０が複数の型部材からなる鍛造用金型２０では、このような亀裂が生じず、安定した鍛造処理を実行することができることがわかった。
　本出願は、２０１２年３月２７日に出願された日本国特許出願第２０１２－０７２２５９号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
　本発明は、耐久性と信頼性の要求される機械構造用部品、例えば航空機用ベアリング・海底ケーブル中継器のケーシング・船舶のローターシャフト・油田掘削ドリルのカラー・射出成形用金型・溶接電極ホルダーなどに利用可能である。
２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ　鍛造用金型、２１　上金型、２２　上型圧子、２８　位置合せ治具、３０　下金型、３１　第１下金型、３２　スライド溝、３３　連通空間、３４　貫通孔、３４Ｄ　流通経路、３５　スライド台座、３６　第２下金型、３７　装着空間、４０　金型ユニット、４１　外型、４２　内周面、４５　ワーク空間、４６　角部、５０，５０Ｂ，５０Ｃ　内型、５１　第１型部材、５１Ｂ　型部材、５２　凸部、５３　接続面、５４　壁部、５５　第２型部材、５６　凹部、５７　接続面、５８　壁部、６０　浮上機構、６１　浮上部材、６２　操作棒、６３　操作空間、６４　ラック、６５　ピニオン、７０　浮上機構、７１　浮上部材、７２　流通管、７３　操作空間、７４　逃がし空間、７５　流通孔、７６　噴射口、Ｗ　ワーク。

Claims (17)

  1. 　矩形の開口部を有し、 矩形状の平面である壁部により形成され、ワークを入れるワーク空間が形成された鍛造用金型の該ワーク空間に、矩形状の６面体である第１形状のワークを載置する載置工程と、
    　前記載置されたワークを矩形状の６面体である第２形状に変形させることにより該ワークに塑性歪みを加える加工工程と、を含み、
    　前記載置工程と前記加工工程とを２回以上行う、鍛造方法。
  2. 　前記鍛造用金型は、円形の開口部を有し該円の内周面が形成された外型と、組み合わされた複数の型部品が前記外型の内周に嵌め込まれた状態で前記ワーク空間が形成される内型と、を備えている、請求項１に記載の鍛造方法。
  3. 　前記鍛造用金型は、前記内型が前記ワーク空間の２面で形成される角部により各々が分離される前記複数の型部品により形成されている、請求項１又は２に記載の鍛造方法。
  4. 　前記鍛造用金型は、前記ワーク空間の底面を形成するスライド可能な台座部を備えており、
    　前記台座部をスライドさせると前記ワーク空間から外部に連通する空間が形成される、請求項１～３のいずれか１項に記載の鍛造方法。
  5. 　前記鍛造用金型は、前記ワーク空間の底面を形成する基部を備えており、
    　前記基部には、冷却媒体が流通する流通経路が形成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の鍛造方法。
  6. 　前記載置工程では、前記ワークの体積に対する前記ワーク空間の体積の比である体積比が、１．２０以上３．５０以下の範囲となる前記ワーク及び前記ワーク空間とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の鍛造方法。
  7. 　前記載置工程では、前記ワーク空間と前記ワークとの体積比が、ワーク各辺（Ｘ辺，Ｙ辺，Ｚ辺）の長さの比をｘ：ｙ：ｚとしたとき、（ｙ／ｘ）×（ｚ／ｙ）×ｚ（１＋α）／ｚ；（但し、ｘ＜ｙ＜ｚ、１．０３ｘ≦ｙ≦１．４９ｘ、１．０６ｘ≦ｚ≦２．２２ｘ、ｚ＝（ｙ／ｘ）2ｘ、０＜α≦０．５を満たす）となる範囲とし、
    　前記加工工程では、ワークの上面から（ｚ－ｘ）の量を押し込んだ加圧をする、請求項１～６のいずれか１項に記載の鍛造方法。
  8. 　前記載置工程では、１．１０ｘ≦ｙ≦１．２０ｘ、１．２１ｘ≦ｚ≦１．４４ｘを満たす範囲とする、請求項７に記載の鍛造方法。
  9. 　前記加工工程では、加工率が６％以上５５％未満の範囲で前記ワークを変形させる、請求項１～７のいずれか１項に記載の鍛造方法。
  10. 　前記加工工程では、加工率が１８％以上３３％未満の範囲で前記ワークを変形させる、請求項１～６及び８のいずれか１項に記載の鍛造方法。
  11. 　前記ワークは、Ｂｅ及びＣｕを含む合金である、請求項１～６，８及び１０のいずれか１項に記載の鍛造方法。
  12. 　前記加工工程では、前記第１形状のワークと前記第２形状のワークとがＸ，Ｙ，Ｚ軸の長さは異なるが該第１形状と第２形状とが同じ形状になる変形を前記ワークに行う、請求項１～１１のいずれか１項に記載の鍛造方法。
  13. 　矩形状の６面体である第１形状のワークから矩形状の６面体である第２形状のワークに変形させることにより該ワークに塑性歪みを加える鍛造方法に用いられる鍛造用金型であって、
    　円形の開口部を有し該円の内周面が形成された外型と、
    　組み合わされた複数の型部品が前記外型の内周に嵌め込まれた状態で、矩形の開口部を有し矩形状の平面である壁部により、前記ワークを入れるワーク空間が形成される内型と、
    　を備えた鍛造用金型。
  14. 　前記内型は、前記ワーク空間の２面で形成される角部で各々が分離される前記複数の型部品により形成されている、請求項１３に記載の鍛造用金型。
  15. 　請求項１３又は１４に記載の鍛造用金型であって、
    　前記ワーク空間の底面を形成するスライド可能な台座部、を備え、
    　前記台座部をスライドさせると前記ワーク空間から外部に連通する空間が形成される、鍛造用金型。
  16. 　請求項１３～１５のいずれか１項に記載の鍛造用金型であって、
    　前記ワーク空間の底面を形成する基部、を備え、
    　前記基部には、冷却媒体が流通する流通経路が形成されている、鍛造用金型。
  17. 　請求項１３～１６のいずれか１項に記載の鍛造用金型であって、
    　前記ワーク空間の底面を形成する基部と、
    　前記基部部に形成され前記ワーク空間に挟まった前記ワークの底面を押圧し該ワークを浮上させる浮上機構と、
    　を備えた鍛造用金型。
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