WO2016035664A1 - リング成形体の製造方法 - Google Patents

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molded body
forging
center
central axis
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石割　雄二
淳 大曽根
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日立金属Ｍｍｃスーパーアロイ株式会社
日立金属株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a ring molded body using forging.
  • a plurality of turbine disks are arranged along the central axis, and a plurality of turbine blades are attached to each turbine disk at intervals in the circumferential direction.
  • high-temperature and high-pressure combustion gas generated inside the engine flows in a direction from the front side to the rear side in the central axis direction at the outer peripheral portion of a plurality of turbine disks.
  • a plurality of turbine disks together with the turbine blades rotate at high speed around the central axis.
  • the driving force generated by this rotation is transmitted to the compressor and the fan located on the upstream side in the central axis direction with respect to the plurality of turbine disks, and the compressed air and the propulsive force required for continuous combustion of the gas are generated. It has come to be obtained.
  • a turbine disk is manufactured by subjecting a molded body (hereinafter referred to as a “ring molded body”) formed in a substantially ring shape to cutting or the like.
  • a molded body hereinafter referred to as a “ring molded body”
  • convex portions that protrude from both sides in the central axis direction are formed, and the convex portions are formed to extend in the circumferential direction of the ring molded body.
  • the outer peripheral portion of the turbine disk is exposed to the combustion gas and thus has a high temperature of about 600 ° C. to 700 ° C., while the inner peripheral portion of the turbine disk is kept at a low temperature relative to the outer peripheral portion.
  • thermal stress is generated by repeatedly starting and stopping the engine, so that the turbine disk is required to have excellent low cycle fatigue characteristics.
  • the turbine disk since the outer peripheral portion of the turbine disk receives a centrifugal force due to the above-described high-speed rotation at a high temperature, the turbine disk is required to further have a high creep strength characteristic.
  • turbine disks are required to have high tensile strength and high yield strength. Therefore, the ring molded body used for the turbine disk is required to have sufficient mechanical strength in response to such a requirement.
  • the following is performed in order to ensure the mechanical strength of the ring molded body.
  • the first billing is performed on the columnar billet so as to be pressed by two dies from the direction of the central axis, thereby producing a disc-shaped first forged body.
  • This first forged body is drilled so as to form a through hole along the axial direction thereof, and a drilled body is manufactured.
  • the perforated body is subjected to ring rolling to produce a material formed in a substantially ring shape (hereinafter referred to as “ring material”).
  • the ring material is placed in two molds each having a concave portion corresponding to the convex portion of the ring molded body, and then the second forging is performed in which the ring material is sandwiched and pressed by the two molds.
  • the ring material that has flowed fills the concave portions of the two molds to form the convex portions of the ring molded body, thereby obtaining the ring molded body.
  • strain is applied to the ring molded body, and crystal grains forming the ring molded body are refined. Mechanical strength such as strength can be improved.
  • a hydraulically controlled forging press machine that enables strict control of the forging speed is often used.
  • the ring molded body produced by an example of the manufacturing method mentioned above is increasingly used especially for production of a large turbine disk.
  • the material is fixed to the die, so that it is difficult to give strain.
  • the temperature of the surface region of the ring material that comes into contact with the die is lowered compared to the temperature of the central region of the ring material due to the influence of heat removal on the die that is mainly made of metal. Because of these factors, the region corresponding to the surface region in contact with the die in the initial stage of the second forging, in particular, has a coarser structure than the central region, and the desired machine It is a difficult area to obtain the desired characteristics.
  • Such a region is a so-called dead metal, and avoids such dead metal remaining in a region used as a turbine disk in a ring molded body (hereinafter referred to as “turbine disk region”). It is demanded. Therefore, in order to prevent the dead metal region from being included in the turbine disk region, a large amount of surplus is set in advance in the ring molded body, and the surplus portion is removed by cutting or the like after the second forging.
  • the ring materials in the two molds are respectively positioned on the inner and outer peripheral sides of the recess from the opening of the recess of the mold. Touch the entire area.
  • the metal area may increase. Therefore, it is necessary to increase a surplus portion of the ring molded body corresponding to the dead metal region and to remove a lot of surplus portions. Therefore, it is desired to reduce such a dead metal region so that the second forging is a near net shape forging that reduces the surplus portion.
  • the second forging step is performed. Therefore, it is difficult for the ring material that has flowed to fill the concave portion of the mold. As a result, it is difficult to form the convex portion of the ring molded body, and it is difficult to produce the ring molded body, which is a problem.
  • the present invention has been conceived in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ring molded body that can reliably and efficiently produce a ring molded body with a reduced dead metal region. There is to do.
  • a manufacturing method of a ring molded body includes a disc-shaped bottom portion, and an outer periphery from the center of the bottom portion toward the center axial direction of the bottom portion from the outer periphery of the bottom portion.
  • a ring molded body with a reduced dead metal region can be reliably and efficiently produced.
  • a cross section of an object that is substantially symmetric with respect to the central axis (hereinafter referred to as “symmetric object”) and a diagram showing such a cross section are named as follows: Is used.
  • the cross sections obtained by cutting a symmetrical object by a plane passing through the central axis the one on the one side with respect to the central axis is called a “single side cross section”.
  • the single side cross section For example, as shown in FIG. 2, FIG. 8, and FIG.
  • the figure is called “one-side cross-sectional view”.
  • all the cross sections obtained by cutting the symmetrical object along the plane passing through the central axis are called “full cross sections”, and for example, as shown in FIGS.
  • a ring molded body manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described.
  • the ring molded body is used for producing a turbine disk of an engine such as an aircraft. Further, the ring molded body after the molding is subjected to a heat treatment, and a surplus portion of the ring molded body is removed by cutting. Thus, a turbine disk is manufactured.
  • this ring molded body is made of metal, and in this embodiment, the ring molded body is manufactured using a Ni-based alloy alloy 718.
  • the present invention is not limited to this, and it is only necessary to use a metal that makes it possible to produce a ring molded article excellent in high-temperature strength.
  • the ring molded body may be manufactured using a Ni-based alloy, an Fe-based alloy, a Co-based alloy, or the like that is excellent in high-temperature strength.
  • such a ring molded body 1 has a base portion 1b formed in a substantially ring shape at the center axis 1a thereof.
  • the ring molded body 1 has a first convex portion 1c and a second convex portion 1d that protrude from the base portion 1b to both sides in the central axis direction.
  • the two convex portions 1c and 1d are formed on the ring molded body 1 respectively. It is formed so as to extend along the circumferential direction.
  • the one side convex portion 1 c and the other side convex portion 1 d in the ring molded body 1 are arranged in the radial direction of the ring molded body 1.
  • the part 1c and the other-side convex part 1d can be arranged so as to be shifted in the radial direction of the ring molded body 1.
  • the billet 2 (shown in FIG. 4) is subjected to wasteland forging as the first forging to produce the wasteland forged body 3 (shown in FIG. 5) as the first forged body.
  • a drilled body 4 (shown in FIG. 6) is produced by drilling the wasteland forged body 3.
  • the rolled body 4 is subjected to ring rolling to produce a rolled ring body 5 (shown in FIGS. 8A and 9) configured as a ring material.
  • the ring rolling body 5 is subjected to finish forging as the second forging, and the above-described ring molded body 1 is produced as the second forging body.
  • a billet 2 formed in a substantially cylindrical shape at the center of the central axis 2 a is produced using a Ni-based alloy alloy 718 as a material to be subjected to wasteland forging. Thereafter, the billet 2 is pressed by a die or the like to produce a waste ground forged body 3 as shown in FIG.
  • the heating temperature of the billet 2 used in the wasteland forging step S1 is preferably in the range of 900 ° C. or more and 1075 ° C. or less.
  • the present invention is not limited to this, and when the billet 2 is made using a metal other than the Ni-based alloy alloy 718, the heating temperature is set to be suitable for subjecting such a billet to wasteland forging. Good.
  • the rough ground forged body 3 includes a bottom 3b formed in a substantially disc shape at the center of the center axis 3a, and the center of the bottom 3b from the outer periphery of the bottom 3b toward one side in the center axis direction of the bottom 3b. And a peripheral wall portion 3c that inclines in a direction toward the outer periphery.
  • the boundary line between the bottom 3b and the peripheral wall 3c is indicated by a broken line. In the drilling process described later, the bottom 3b is removed along the broken line.
  • the straight line 3i connecting the center of gravity 3g of the one side region 3e and the center of gravity 3h of the other side region 3f is a parallel line 3j of the central axis 3a of the waste ground forging body 3, That is, the angle ⁇ 1 is inclined with respect to the central axis 3a of the wasteland forged body 3.
  • This angle ⁇ 1 is preferably in the range of 7 degrees or more and 40 degrees or less.
  • the ring rolling step S3 will be described.
  • a ring rolling device 11 as shown in FIG. 7 is used.
  • the ring rolling device 11 includes a main roll 12 and a mandrel roll 13 that are positioned on the outer peripheral side and the inner peripheral side of the punched body 4, respectively.
  • the outer peripheral surfaces of the main roll 12 and the mandrel roll 13 are opposed to each other.
  • the main roll 12 is configured to be rotatable around a rotation axis 12a that passes through the center and extends substantially parallel to the central axis 4a of the perforated body 4, and the outer peripheral surface of the main roll 12 is a ring-rolled body 5 to be produced.
  • the mandrel roll 13 is also configured to be rotatable around a rotation axis 13a that passes through the center of the mandrel roll 13 and extends substantially in parallel with the center axis 4a of the punched body 4.
  • 5 is formed so as to be inclined corresponding to the inner peripheral surface.
  • the present invention is not limited to this, the main roll and the mandrel roll are formed in a substantially cylindrical shape, and the rotation axes of the main roll and the mandrel roll are respectively the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the ring rolled body 5 to be produced. It may be oriented with an inclination corresponding to the surface.
  • the ring rolling device 11 has a pair of axial rolls 14 and 15 located on both sides in the central axis direction of the punched body 4.
  • the outer peripheral surfaces of the pair of axial rolls 14 and 15 face each other.
  • the pair of axial rolls 14 and 15 are configured to be rotatable around rotation axes 14a and 15a passing through the centers thereof, respectively.
  • the perforated body 4 is first put into the ring rolling device 11.
  • the heating temperature of the perforated body 4 put into the ring rolling device 11 is in the range of 900 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower. It is preferable.
  • the present invention is not limited to this, and when the perforated body 4 is made using a metal other than the Ni-based alloy alloy 718, the heating temperature is adapted to ring-roll such a perforated body 4. It is good to set to.
  • the outer peripheral surfaces of the main roll 12 and the mandrel roll 13 are brought into contact with the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the perforated body 4, respectively, and the outer peripheral surfaces of the pair of axial rolls 14 and 15 are both side surfaces in the central axis direction of the perforated body 4, respectively. Abut. While the main roll 12 and the mandrel roll 13 are rotated around the rotation axes 12 a and 13 a, the punched body 4 is sandwiched and pressed in the radial direction of the punched body 4 by the main roll 12 and the mandrel roll 13.
  • the punched body 4 is sandwiched and pressed by the pair of axial rolls 14 and 15 in the central axis direction of the punched body 4. As a result, the ring rolled body 5 is produced.
  • the ring-rolled body 5 is formed in a substantially ring shape around the center axis 5a of the ring-rolled body 5, and the one-side cross section of the ring-rolled body 5 is formed to be inclined. Specifically, as shown in FIG. 9, the one-side cross-section of the ring rolled body 5 is taken in the direction of the central axis of the ring rolled body 5 with reference to the center line 5 b having the maximum height h2 in the center axial direction of the ring rolled body 5.
  • a straight line 5g connecting the center of gravity 5e of the one side region 5c and the center of gravity 5f of the other side region 5d is parallel to the central axis 5a of the ring rolled body 5.
  • the angle ⁇ 2 is inclined with respect to the line 5h, that is, the center axis 5a of the ring rolled body 5.
  • This angle ⁇ 2 is preferably in the range of 7 degrees or more and 40 degrees or less.
  • the angle ⁇ 2 is more preferably in the range of 10 degrees or more and 25 degrees or less. This is because, in the finish forging step S4 described later, a sufficient strain can be applied so as to be particularly suitable as a material for an aircraft turbine disk.
  • the angle ⁇ 2 of the one-side cross section in the ring rolled body 5 may be the same as or different from the angle ⁇ 1 of the one-side cross section of the peripheral wall portion 3c in the waste ground forged body 3.
  • the perforated body 4 may be ring-rolled so as to change such an angle.
  • the outer peripheral surface of the ring rolled body 5 may be formed in a substantially arc shape protruding in a direction from the inner periphery to the outer periphery of the ring rolled body 5, and such a substantially arc shaped ring rolled body.
  • the outer peripheral surface of the main roll 12 is formed in a substantially arc shape that is recessed in the direction from the inner periphery to the outer periphery of the ring rolled body 5 corresponding to the outer peripheral surface of the ring rolled body 5. Also good.
  • the inner peripheral surface of the ring rolled body 5 may be formed in a substantially arc shape protruding in the direction from the outer periphery to the inner periphery of the ring rolled body 5, and the inner periphery of such a substantially arc shaped ring rolled body 5
  • the outer peripheral surface of the mandrel roll 13 may be formed in a substantially arc shape that is recessed in the direction from the outer periphery of the ring rolled body 5 toward the inner periphery corresponding to the inner peripheral surface of the ring rolled body 5. .
  • the finish forging step S4 will be described.
  • the one-side mold 16 and the other-side mold 17 as shown in FIGS. 8A and 8B are used.
  • the one-side mold 16 has a concave portion 16 a corresponding to the one-side convex portion 1 c of the ring molded body 1 and an opening-side concave portion 16 b corresponding to one side region of the base portion 1 b of the ring molded body 1.
  • the other side mold 17 has a concave portion 17 a corresponding to the other convex portion 1 d of the ring molded body 1 and an opening side concave portion 17 b corresponding to the other side region of the base portion 1 b of the ring molded body 1.
  • the ring rolled body 5 is disposed in the two molds 16 and 17, and then the ring rolled body 5 is sandwiched between the two molds 16 and 17 in the central axis direction of the ring rolled body 5 and Press.
  • the heating temperature of the ring-rolled body 5 arranged in the two molds 16 and 17 is in the range of 900 degrees or more and 1050 degrees or less. It is preferable to be inside.
  • the present invention is not limited to this, and when the ring rolled body 5 is manufactured using a metal other than the Ni-based alloy alloy 718, the heating temperature is suitable for performing finish forging on the ring rolled body 5. It is good to set so as to.
  • the ring rolled body 5 includes an outer peripheral side region (hereinafter referred to as an “outer peripheral side support region”) from the outer peripheral side corner portion 16c of the concave portion 16a in the one side mold 16 and the other side.
  • the mold 17 is supported by an inner peripheral side region (hereinafter referred to as “inner peripheral side support region”) from the inner peripheral side corner portion 17c of the concave portion 17a.
  • the “outer peripheral corner 16c of the concave portion 16a” described here means a corner between the outer peripheral surface 16a1 of the concave portion 16a and the outer peripheral side bottom surface 16b1 of the opening-side concave portion 16b in the one-side mold 16, and “recessed portion”.
  • the “inner peripheral side corner portion 17c of 17a” means a corner portion between the inner peripheral surface 17a1 of the concave portion 17a and the inner peripheral side bottom surface 17b1 of the opening side concave portion 17b in the other side mold 17. Furthermore, it is preferable that the ring-rolled body 5 is arranged with a space from the outer peripheral side support region in the one side mold 16 and the region other than the inner peripheral side support region in the other side mold 17. In other words, both ends of the ring rolled body 5 in the direction of the inclined straight line 5g are in contact with the two molds 16 and 17, respectively, and the ring rolled body 5 is centered on the ring rolled body 5 by the two molds 16 and 17. Restrained in the axial direction and radial direction.
  • the ring-rolled body 5 includes an outer peripheral side bottom surface 16 b 1 and an outer peripheral surface 16 b 2 of the opening side recess 16 b in the one side mold 16, and an opening in the other side mold 17. It is supported by the inner peripheral side bottom surface 17b1 and the inner peripheral surface 17b2 of the side recess 17b. Further, the ring rolled body includes regions other than the outer peripheral side bottom surface 16b1 and the outer peripheral surface 16b2 of the opening side concave portion 16b in the one side mold 16 and the inner peripheral side bottom surface 17b1 and the inner peripheral surface 17b2 of the opening side concave portion 17b in the other side mold 17. It is preferable to arrange them at intervals.
  • the ring-rolled body 5 that has flowed fills the recess 16a and the opening-side recess 16b of the one-side mold 16 and the recess 17a and the opening-side recess 17b of the other-side mold 17. As a result, the ring molded body 1 is produced.
  • the billet 2 is subjected to wasteland forging so as to have a shape having a peripheral wall portion 3c that is inclined in the direction of travel, thereby producing a wasteland forged body 3, and the bottom 3b of the wasteland forged body 3 is perforated.
  • the ring rolled body 5 is arranged in two molds 16 and 17 in which concave portions 16a and 17a corresponding to the convex portions 1c and 1d of the ring molded body 1 are formed, respectively.
  • the ring formed body 1 is manufactured by subjecting the rolled body 5 to forging so that the rolled body 5 is pressed in the direction of the central axis of the ring rolled body 5.
  • the finish forging step S4 when the ring rolled body 5 is disposed in the two molds 16 and 17, the ring rolled body 5 is divided into an outer peripheral side support region in the one side mold 16 and an inner circumference in the other side mold 17.
  • the ring-rolled body 5 is further supported by the side support region, and spaced from the region other than the outer periphery side support region in the one side die 16 and the inner periphery side support region in the other side die 17.
  • the outer peripheral shape of the wasteland forged body 3 decreases from the top toward the bottom 3b, the area of the bottom 3b can be reduced. As a result, the amount of the bottom 3b to be removed can be reduced in the punching step S2. Therefore, the ring molded body 1 can be produced efficiently. Further, in the finish forging step S4, the contact area between the ring rolled body 5 and the two dies 16, 17 can be reduced. As a result, the two dies 16, 17 are started at the start of the finish forging and at the initial stage. Further, since the region where the material of the ring rolled body 5 is fixed is reduced, the produced ring molded body 1 can be sufficiently strained.
  • region of the produced ring molded object 1 is coarse. Can be prevented. Therefore, it is possible to reliably and efficiently produce the ring molded body 1 with a reduced dead metal region. As a result, the near net shape forging can be realized by reducing the surplus portion of the ring molded body 1 corresponding to the dead metal region.
  • the fluidized ring rolled body 5 has two dies 16,17.
  • the recesses 16a and 17a of the ring molded body 1 can be reliably filled and the two projections 1c and 1d of the ring molded body 1 can be reliably formed.
  • the inclination angle ⁇ 1 of the one-side cross section of the peripheral wall portion 3c in the waste ground forged body 3 is in the range of 7 degrees or more and 40 degrees or less. Therefore, by setting the inclination angle ⁇ 1 to 7 degrees or more, the ring rolled body 5 can be prevented from buckling in the subsequent finish forging step S4. Further, by setting the inclination angle ⁇ 1 to 40 degrees or less, the wasteland forged body 3 can be reduced in size, and the final forging is unstable due to the rotation of the ring rolled body 5 in the subsequent finishing forging step S4.
  • rotation phenomenon of the ring rolled body 5 a phenomenon in which a desired shape cannot be obtained (hereinafter referred to as “rotation phenomenon of the ring rolled body 5”) can be prevented. Therefore, it is possible to reliably and efficiently produce the ring molded body 1 with a reduced dead metal region.
  • the inclination angle ⁇ 2 of the ring rolled body 5 disposed in the two dies 16 and 17 is 7 degrees or more at the start and initial stage of finish forging. It is within the range of 40 degrees or less. Therefore, by setting the inclination angle ⁇ 2 to 7 degrees or more, it is possible to prevent the ring rolled body 5 from buckling in the finish forging step S4. Furthermore, the rotation phenomenon of the ring-rolled body 5 can be prevented in the finish forging step S4 by setting the inclination angle ⁇ 2 to 40 degrees or less. Therefore, it is possible to reliably and efficiently produce the ring molded body 1 with a reduced dead metal region.
  • the manufacturing method of the ring fabrication object concerning a 2nd embodiment of the present invention is explained.
  • the ring material used in the method for manufacturing a ring molded body according to the present embodiment is basically the same as that according to the first embodiment.
  • the ring molded body manufacturing method according to the present embodiment is different from that according to the first embodiment in the following points.
  • a hollow portion corresponding to the outer peripheral side corner of the concave portion in the one-side mold is formed in the ring rolled body as the ring material.
  • the recess may be formed by machining such as cutting or pressing after ring rolling.
  • the finish forging step such a ring-rolled body is supported by the outer peripheral side corners of the recesses in the one-side mold fitted to the recesses, and the inner peripheral side bottom surface and inner periphery of the opening-side recesses in the other mold Supported by face.
  • the ring-rolled body is disposed with a gap from the outer peripheral side corners of the recesses on the one side mold and the areas other than the inner peripheral side bottom surface and the inner peripheral surface of the opening side recesses on the other side mold.
  • a hollow portion of a ring rolled body that fits in the outer peripheral side corner of the recess in the one-side mold.
  • the ring rolled body can be stably supported in the two molds. Therefore, it is possible to reliably and efficiently produce a ring molded body with a reduced dead metal region.
  • the manufacturing method of the ring fabrication object concerning a 3rd embodiment of the present invention is explained.
  • the manufacturing method of the ring molded body according to the present embodiment is basically the same as that according to the first embodiment.
  • the ring molded body manufacturing method according to the present embodiment is different from that according to the first embodiment in the following points.
  • the ring rolled body as the ring material has recesses corresponding to the outer peripheral side corners of the recesses on the one side mold and the inner peripheral side corners of the recesses on the other side mold, respectively.
  • the recess may be formed by machining such as cutting or pressing after ring rolling.
  • such a ring-rolled body is supported by the outer peripheral side corners of the recesses in the one-side mold and the inner peripheral side corners of the recesses in the other-side mold, which are respectively fitted in the two depressions.
  • the ring-rolled body is disposed at a distance from regions other than the outer peripheral side corners of the recesses on the one side mold and the inner peripheral side corners of the recesses on the other side mold.
  • the outer peripheral side corner of the concave portion in the one-side mold and the inner peripheral side of the concave portion in the other-side mold can be stably supported in the two molds by the recessed portions of the ring-rolled body respectively fitted to the corner portions. Therefore, it is possible to reliably and efficiently produce a ring molded body with a reduced dead metal region.
  • two molds 16 used in the finish forging step S4 corresponding to the one-side convex part 1c and the other-side convex part 1d arranged in a radial direction in the ring molded body 1
  • the concave portions 16a, 17a of 17 are displaced in the radial direction of the ring molded body 1
  • the one-side section of the ring-rolled body 5 is not inclined, that is, the inclination angle ⁇ 2 of the one-side section is 0 degree.
  • the ring rolling body 5 can also be supported.
  • the one-side cross-section of the ring rolled body 5 is formed in a substantially rectangular shape, and the radial displacement of the ring rolled body 5 between the recesses 16a and 17a of the two molds 16 and 17 is The thickness is preferably less than the thickness of the one-side cross section in the radial direction.
  • the ring-rolled body 5 can be supported by the outer peripheral side support region in the one side mold 16 and the inner peripheral side support region in the other side mold 17. Also in such a configuration, forging while suppressing dead metal is possible.
  • positioning of the ring rolling body 5 and the freedom degree of the shape of the ring rolling body 5 is more preferable.
  • the ring molded body 1 having such a size that the maximum outer diameter is 1090 mm, the maximum radial thickness is 120 mm, and the maximum height in the central axis direction is 110 mm is manufactured.
  • the finish forging step S4 used for the production of such a ring molded body 1 the inclination angle ⁇ 2 of the inclined one side cross section in the ring rolled body 5 is 5 degrees, 7 degrees, 10 degrees, 20 degrees, 25 degrees, 30 degrees.
  • the finish forging step S4 is performed in a plurality of arrangement states of 40 degrees, 45 degrees, and 50 degrees. And it is confirmed whether the buckling of the ring rolling body 5 generate
  • the buckling of the ring rolled body 5 occurs when the inclination angle ⁇ 2 is 5 degrees.
  • the inclination angle ⁇ 2 is 45 degrees and 50 degrees, a rotation phenomenon of the ring rolled body 5 occurs.
  • the ring molded body 1 with a reduced dead metal region can be reliably and efficiently manufactured.
  • the ring molded body 1 that has sufficient strain to be suitable as a material for an aircraft turbine disk and that has a reduced dead metal region, in particular. It can be produced more reliably and more efficiently.

Abstract

　デッドメタル領域を減少させたリング成形体を確実かつ効率的に作製可能とするリング成形体の製造方法を提供する。本発明では、円板形状の底部、及び底部の外周から底部の中心軸線方向一方に向かうに従って底部の中心から外周に向かう方向に傾斜する周壁部を有する形状とするように、素材に第１鍛造を施し、第１鍛造により得られた第１鍛造体の底部を穿孔し、穿孔体にリング圧延を施し、リング圧延により得られたリング素材を２つの型内に配置し、その後、２つの型によってリング素材をリング素材の中心軸線方向に押圧するようにリング素材に第２鍛造を施して、リング成形体を作製する。

Description

リング成形体の製造方法
　本発明は、鍛造を用いたリング成形体の製造方法に関する。
　例えば、航空機等に用いられるエンジンにおいては、複数のタービンディスクがその中心軸線に沿って並んで配置され、各タービンディスクには周方向に間隔を空けて複数のタービン翼が取り付けられている。特に、航空機に用いられるエンジンにおいては、エンジン内部で発生する高温かつ高圧の燃焼ガスが、複数のタービンディスクの外周部にて、中心軸線方向の前段側から後段側に向かう方向に流れて、複数のタービン翼と共に複数のタービンディスクがその中心軸線回りにて高速回転する。この回転により生ずる駆動力が、複数のタービンディスクに対して中心軸線方向の前段側に位置するコンプレッサー及びファンに伝達されて、ガスの連続的な燃焼に必要とされる圧縮空気、及び推進力が得られるようになっている。
　一般的に、タービンディスクは、略リング形状に形成された成形体（以下、「リング成形体」という）に切削加工等を施すことによって作製される。このリング成形体においては、典型的には、その中心軸線方向両側にそれぞれ突出する凸部が形成され、さらに、この凸部がリング成形体の周方向に延びるように形成されている。
　タービンディスクの外周部は、燃焼ガスに晒されるために約６００℃～７００℃の高温となる一方で、タービンディスクの内周部は、外周部に対して低温に抑えられている。このようなタービンディスクの内部では、エンジンの起動及び停止を繰り返すことによって熱応力が生ずるので、タービンディスクは優れた低サイクル疲労特性を有することが要求されている。さらに、タービンディスクの外周部は、高温下にて上述の高速回転により遠心力を受けるので、タービンディスクは高いクリープ強度特性をさらに有することが要求されている。加えて、タービンディスクは高い引張強度及び高い降伏強度を有することが要求されている。よって、タービンディスクに用いられるリング成形体は、このような要求に応じた十分な機械的強度を有することが必要とされている。
　そこで、リング成形体の製造方法の一例では、リング成形体の機械的強度を確保するために、次のようなことが行われている。円柱形状のビレットに、その中心軸線方向から２つの型により押圧するように第１鍛造を施して、円板形状の第１鍛造体を作製する。この第１鍛造体を、その軸線方向に沿った貫通孔を形成するように穿孔して、穿孔体を作製する。この穿孔体にリング圧延を施して、略リング形状に形成された素材（以下、「リング素材」という）を作製する。次に、リング成形体の凸部に対応する凹部をそれぞれ形成した２つの型内にリング素材を配置し、その後、リング素材を２つの型によって挟み込みかつ押圧する第２鍛造を施す。第２鍛造工程において、流動したリング素材が２つの型の凹部に充満して、リング成形体の凸部が形成され、リング成形体が得られる。（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）第２鍛造においては、リング成形体にひずみが与えられて、リング成形体を形成する結晶粒が微細化するので、特に、引張強度、疲労強度等の機械的強度を向上させることができる。なお、第２鍛造に用いられる設備としては、鍛造速度の厳密な制御を可能とする油圧制御鍛造プレス機が用いられることが多くなっている。また、上述した製造方法の一例にて作製されるリング成形体は、特に、大型のタービンディスクの作製に用いられることが多くなっている。
特開昭５２－１３１９６７号公報 特開２０１１－０７９０４３号公報
　しかしながら、上述のリング成形体の製造方法の一例では、円板形状の第１鍛造体に貫通孔を形成するために多くの第１鍛造体の材料を除去する必要がある。このことは、リング成形体を効率的に作製するという観点において問題である。
　また、第２鍛造工程にて、特に第２鍛造初期段階で型と接触するリング素材の表面領域においては、型に材料が固着するために、ひずみが与えられ難くなる。また、第２鍛造工程において、型と接触するリング素材の表面領域の温度は、主に金属製である型への抜熱の影響によって、リング素材の中心領域の温度と比較して低下する。これらの要因のために、リング成形体の特に第２鍛造初期段階で型と接触する表面領域に相当する領域は、その中心領域と比較して粗大な組織を有することとなって、所望の機械的特性を得ることが難しい領域となる。このような領域は、いわゆるデッドメタルと呼ばれるものであり、リング成形体にてタービンディスクとして用いられる領域（以下、「タービンディスク領域」という）に、このようなデッドメタルが残存することを回避することが求められている。そこで、デッドメタル領域がタービンディスク領域に含まれないようにするために、リング成形体に予め余肉を多く設定し、第２鍛造後に余肉部分を切削加工等により取り除いている。
　しかしながら、上述したリング成形体の製造方法の一例においては、第２鍛造の開始時及び初期段階に、２つの型内のリング素材が、型の凹部の開口から該凹部の内外周両側にそれぞれ位置する領域全体に接触する。その結果、リング素材の表面領域の広い範囲にてひずみが与えられ難くなり、かつリング素材の表面領域の広い範囲における温度が低下し易くなっており、このように作製されたリング成形体のデッドメタル領域が増加するおそれがある。そのため、デッドメタル領域に対応するリング成形体の余肉部分を増加させて、多くの余肉部分を除去する必要がある。そこで、このようなデッドメタル領域を減少させて、第２鍛造を、余肉部分を減少させるようなニアネットシェイプ鍛造とすることが望まれている。
　さらに、上述したリング成形体の製造方法の一例においては、特に、作製されるリング成形体の２つの凸部がリング成形体の径方向にズレて配置されている場合に、第２鍛造工程にて、流動したリング素材が型の凹部内に充満し難くなっている。その結果、リング成形体の凸部が形成され難くなって、リング成形体の作製が難しくなるので、このことは問題である。
　本発明は、上記実情を鑑みて想到されたものであり、本発明の目的は、デッドメタル領域を減少させたリング成形体を確実かつ効率的に作製可能とするリング成形体の製造方法を提供することにある。
　課題を解決するために、本発明の一態様に係るリング成形体の製造方法は、円板形状の底部、及び前記底部の外周から前記底部の中心軸線方向一方に向かうに従って前記底部の中心から外周に向かう方向に傾斜する周壁部を有する形状とするように、素材に第１鍛造を施すステップと、前記第１鍛造を施すステップにより得られた第１鍛造体の底部を穿孔するステップと、前記穿孔するステップにより得られた穿孔体にリング圧延を施すステップと、前記リング圧延を施すステップにより得られたリング素材を２つの型内に配置した後に、前記２つの型によって前記リング素材を該リング素材の中心軸線方向に押圧するように前記リング素材に第２鍛造を施して、前記リング成形体を作製するステップとを含む。
　本発明の一態様に係るリング成形体の製造方法によれば、デッドメタル領域を減少させたリング成形体を確実かつ効率的に作製することができる。
本発明の第１実施形態に係る製造方法によって作製されるリング成形体を概略的に示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る製造方法によって作製されるリング成形体の片側断面図である。 本発明の第１実施形態に係る製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る製造方法の荒地鍛造を施すビレットを概略的に示す全断面図である。 本発明の第１実施形態に係る製造方法における荒地鍛造により作製された荒地鍛造体を概略的に示す全断面図である。 本発明の第１実施形態に係る製造方法における穿孔加工により作製された穿孔体を概略的に示す全断面図である。 本発明の第１実施形態に係る製造方法におけるリング圧延を説明するための図である。 （ａ）本発明の第１実施形態に係る製造方法における仕上げ鍛造開始直前のリング圧延体の配置状態を概略的に示す片側断面図である。（ｂ）当該仕上げ鍛造終了直後の状態を概略的に示す片側断面図である。 図８（ａ）のリング圧延体を概略的に示す片側断面図である。
　本発明の第１実施形態～第３実施形態に係るリング成形体の製造方法について、図１～図９を参照しながら以下に説明する。なお、本発明の第１実施形態～第３実施形態では、中心軸線を基準として略対称である物体（以下、「対称物体」という）の断面、及びかかる断面を示す図について以下のような名称を用いる。中心軸線を通る平面により対称物体を切断した断面のうち中心軸線に対して一方側のものを「片側断面」と呼び、例えば、図２、図８、及び図９のように、片側断面を示す図を「片側断面図」と呼ぶ。また、中心軸線を通る平面により対称物体を切断した断面のすべてを「全断面」と呼び、例えば、図４～図６のように、全断面を示す図を「全断面図」と呼ぶ。
　［第１実施形態］
　本発明の第１実施形態に係る製造方法により作製されるリング成形体について説明する。リング成形体は、航空機等のエンジンのタービンディスクを作製するために用いられるものであり、さらに、成形後のリング成形体に熱処理を施すこと、リング成形体の余肉部分を切削加工により除去すること等によってタービンディスクが作製される。典型的には、このリング成形体は金属製となっており、本実施形態では、リング成形体を、Ｎｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８を用いて作製する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、高温強度に優れたリング成形体を作製可能とするような金属が用いられていればよい。一例として、リング成形体が、高温強度に優れるＮｉ基合金、Ｆｅ基合金、Ｃｏ基合金等を用いて作製されるとよい。
　図１及び図２に示すように、このようなリング成形体１は、その中心軸線１ａ中心に略リング形状に形成された基部１ｂを有している。リング成形体１は、基部１ｂから中心軸線方向の両側にそれぞれ突出する一方側凸部１ｃ及び他方側凸部１ｄを有しており、これら２つの凸部１ｃ，１ｄは、リング成形体１の周方向に沿って延びるように形成されている。なお、図２では、リング成形体１における一方側凸部１ｃと他方側凸部１ｄとがリング成形体１の径方向にて一致して配置されているが、リング成形体１における一方側凸部１ｃと他方側凸部１ｄとをリング成形体１の径方向にてズレて配置することもできる。
　このようなリング成形体１の製造方法の概略について図３を参照して説明する。ビレット２（図４に示す）に第１鍛造として荒地鍛造を施して、第１鍛造体として荒地鍛造体３（図５に示す）を作製する。（荒地鍛造ステップＳ１）荒地鍛造体３に穿孔加工を施して、穿孔体４（図６に示す）を作製する。なお、必要に応じて、穿孔体４に中間リング圧延を施してもよい。（穿孔ステップＳ２）穿孔体４にリング圧延を施して、リング素材として構成されたリング圧延体５（図８（ａ）及び図９に示す）を作製する。（リング圧延ステップＳ３）リング圧延体５に第２鍛造として仕上げ鍛造を施して、第２鍛造体として上述のリング成形体１を作製する。（仕上げ鍛造ステップＳ４）
　リング成形体１の製造方法における各ステップの詳細について以下に説明する。
　［荒地鍛造ステップＳ１について］
　荒地鍛造ステップＳ１の詳細について説明する。図４に示すように、荒地鍛造を施す素材として、中心軸線２ａ中心に略円柱形状に形成されたビレット２を、Ｎｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８を用いて作製する。その後、ビレット２を型等によって押圧して、図５に示すような荒地鍛造体３を作製する。一例として、ビレット２がＮｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８を用いて作製される場合には、荒地鍛造ステップＳ１にて用いられるビレット２の加熱温度は、９００度以上かつ１０７５度以下の範囲となっていると好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、ビレット２がＮｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８以外の金属を用いて作製される場合、加熱温度は、このようなビレットに荒地鍛造を施すことに適合するように設定されるとよい。
　図５に示すように、荒地鍛造体３は、中心軸線３ａ中心に略円板形状に形成された底部３ｂと、該底部３ｂの外周から底部３ｂの中心軸線方向一方に向かうに従って底部３ｂの中心から外周に向かう方向に傾斜する周壁部３ｃとを有するように形成されている。なお、図５において、底部３ｂと周壁部３ｃとの境界線を破線により示す。後述する穿孔加工では、この破線に沿って底部３ｂが除去されることとなる。このような荒地鍛造体３においては、周壁部３ｃの片側断面を、荒地鍛造体３の中心軸線方向における最大高さｈ１の中央線３ｄを基準として荒地鍛造体３の中心軸線方向の一方側領域３ｅ及び他方側領域３ｆに分けたと想定した場合に、一方側領域３ｅの重心３ｇと他方側領域３ｆの重心３ｈとを結んだ直線３ｉを、荒地鍛造体３の中心軸線３ａの平行線３ｊ、すなわち、荒地鍛造体３の中心軸線３ａに対して角度θ１傾けている。この角度θ１は、７度以上かつ４０度以下の範囲内であるとよい。
　［穿孔ステップＳ２について］
　穿孔ステップＳ２の詳細について説明する。図５に示した荒地鍛造体３の底部３ｂを除去するように、荒地鍛造体３に対して、プレス加工による抜き落とし、ウォーターカッターによる切削等により穿孔加工を施す。その結果、図６に示すように、中心軸線４ａに沿った貫通孔４ｂを有する穿孔体４が作製されることとなる。かかる穿孔体４は、荒地鍛造体３の周壁部３ｃに相当する周壁部４ｃを有している。また、必要に応じて、穿孔体４に中間リング圧延を施すとよい。
　［リング圧延ステップＳ３について］
　リング圧延ステップＳ３について説明する。リング圧延ステップＳ３においては、一例として、図７に示すようなリング圧延装置１１を用いる。かかるリング圧延装置１１は、穿孔体４の外周側及び内周側にそれぞれ位置するメインロール１２及びマンドレルロール１３を有している。メインロール１２及びマンドレルロール１３の外周面は互いに対向している。メインロール１２は、その中心を通ると共に穿孔体４の中心軸線４ａと略平行に延びる回転軸線１２ａ周りに回転可能に構成されており、メインロール１２の外周面は、作製されるリング圧延体５の外周面に対応して傾斜して形成されている。マンドレルロール１３もまた、その中心を通ると共に穿孔体４の中心軸線４ａと略平行に延びる回転軸線１３ａ周りに回転可能に構成されており、マンドレルロール１３の外周面は、作製されるリング圧延体５の内周面に対応して傾斜して形成されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、メインロール及びマンドレルロールが略円柱形状に形成されて、メインロール及びマンドレルロールの回転軸線が、それぞれ、作製されるリング圧延体５の外周面及び内周面に対応して傾斜して配向されていてもよい。また、リング圧延装置１１は、穿孔体４の中心軸線方向両側に位置する一対のアキシャルロール１４，１５を有している。一対のアキシャルロール１４，１５の外周面は互いに対向している。一対のアキシャルロール１４，１５は、それぞれ、それらの中心を通る回転軸線１４ａ，１５ａ周りに回転可能に構成されている。
　このようなリング圧延装置１１を用いたリング圧延ステップＳ３においては、最初に、リング圧延装置１１に穿孔体４を投入する。一例として、穿孔体４がＮｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８を用いて作製される場合には、リング圧延装置１１に投入される穿孔体４の加熱温度は、９００度以上かつ１０５０度以下の範囲内となっていると好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、穿孔体４がＮｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８以外の金属を用いて作製される場合、加熱温度は、このような穿孔体４にリング圧延を施すことに適合するように設定されるとよい。メインロール１２及びマンドレルロール１３の外周面をそれぞれ穿孔体４の外周面及び内周面に当接させ、さらに、一対のアキシャルロール１４，１５の外周面をそれぞれ穿孔体４の中心軸線方向両側面に当接させる。メインロール１２及びマンドレルロール１３を回転軸線１２ａ，１３ａ周りに回転させながら、メインロール１２及びマンドレルロール１３によって穿孔体４を該穿孔体４の径方向にて挟み込みかつ押圧する。また、一対のアキシャルロール１４，１５を回転軸線１４ａ，１５ａ周りに回転させながら、一対のアキシャルロール１４，１５によって穿孔体４を該穿孔体４の中心軸線方向にて挟み込みかつ押圧する。その結果、リング圧延体５が作製される。
　かかるリング圧延体５は、リング圧延体５の中心軸線５ａ中心に略リング形状に形成されており、リング圧延体５の片側断面は傾斜して形成されている。具体的には、図９に示すように、リング圧延体５の片側断面を、リング圧延体５の中心軸線方向における最大高さｈ２の中央線５ｂを基準としてリング圧延体５の中心軸線方向の一方側領域５ｃ及び他方側領域５ｄに分けたと想定した場合に、一方側領域５ｃの重心５ｅと他方側領域５ｄの重心５ｆとを結んだ直線５ｇを、リング圧延体５の中心軸線５ａの平行線５ｈ、すなわち、リング圧延体５の中心軸線５ａに対して角度θ２傾ける。この角度θ２は、７度以上かつ４０度以下の範囲内であるとよい。さらには、角度θ２は、１０度以上かつ２５度以下の範囲内であるとより好ましい。後述の仕上げ鍛造ステップＳ４において、特に、航空機用タービンディスクの素材として適するように十分なひずみを入れることができるためである。リング圧延体５における片側断面の角度θ２は、荒地鍛造体３における周壁部３ｃの片側断面の角度θ１と同一であっても、異なっていてもよい。角度θ２が角度θ１と異なる場合、このような角度を変化させるように穿孔体４をリング圧延するとよい。
　また、一例として、リング圧延体５の外周面を、該リング圧延体５の内周から外周に向かう方向に突出する略円弧形状に形成してもよく、このような略円弧形状のリング圧延体５の外周面を形成するために、メインロール１２の外周面を、リング圧延体５の外周面に対応してリング圧延体５の内周から外周に向かう方向に凹む略円弧形状に形成してもよい。リング圧延体５の内周面を、該リング圧延体５の外周から内周に向かう方向に突出する略円弧形状に形成してもよく、このような略円弧形状のリング圧延体５の内周面を形成するために、マンドレルロール１３の外周面を、リング圧延体５の内周面に対応してリング圧延体５の外周から内周に向かう方向に凹む略円弧形状に形成してもよい。
　［仕上げ鍛造ステップＳ４について］
　仕上げ鍛造ステップＳ４について説明する。仕上げ鍛造ステップＳ４においては、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すような一方側型１６及び他方側型１７を用いる。一方側型１６は、リング成形体１の一方側凸部１ｃに対応した凹部１６ａと、リング成形体１の基部１ｂの一方側領域に対応した開口側凹部１６ｂとを有している。他方側型１７は、リング成形体１の他方側凸部１ｄに対応した凹部１７ａと、リング成形体１の基部１ｂの他方側領域に対応した開口側凹部１７ｂとを有している。
　仕上げ鍛造ステップＳ４では、このような２つの型１６，１７内にリング圧延体５を配置し、その後、リング圧延体５を２つの型１６，１７によってリング圧延体５の中心軸線方向に挟み込みかつ押圧する。一例として、リング圧延体５がＮｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８を用いて作製される場合には、２つの型１６，１７に配置されるリング圧延体５の加熱温度は、９００度以上かつ１０５０度以下の範囲内となっていると好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、リング圧延体５がＮｉ基合金ａｌｌｏｙ７１８以外の金属を用いて作製される場合、加熱温度は、このようなリング圧延体５に仕上げ鍛造を施すことに適合するように設定されるとよい。
　上述のリング圧延体５の配置状態では、リング圧延体５が、一方側型１６における凹部１６ａの外周側角部１６ｃから外周側の領域（以下、「外周側支持領域」という）と、他方側型１７における凹部１７ａの内周側角部１７ｃから内周側の領域（以下、「内周側支持領域」という）とによって支持されている。なお、ここで述べた「凹部１６ａの外周側角部１６ｃ」は、一方側型１６における凹部１６ａの外周面１６ａ１及び開口側凹部１６ｂの外周側底面１６ｂ１間の角部を意味し、かつ「凹部１７ａの内周側角部１７ｃ」は、他方側型１７における凹部１７ａの内周面１７ａ１及び開口側凹部１７ｂの内周側底面１７ｂ１間の角部を意味するものとする。さらに、リング圧延体５は、一方側型１６における外周側支持領域、及び他方側型１７における内周側支持領域以外の領域と間隔を空けて配置されていると好ましい。言い換えれば、リング圧延体５における傾斜した直線５ｇの方向の両端部が、それぞれ、２つの型１６，１７に当接して、リング圧延体５が２つの型１６，１７によってリング圧延体５の中心軸線方向及び径方向に拘束されている。
　特に、本実施形態では、図８（ａ）に示されるように、リング圧延体５が、一方側型１６における開口側凹部１６ｂの外周側底面１６ｂ１及び外周面１６ｂ２と、他方側型１７における開口側凹部１７ｂの内周側底面１７ｂ１及び内周面１７ｂ２とによって支持されている。さらに、リング圧延体は、一方側型１６における開口側凹部１６ｂの外周側底面１６ｂ１及び外周面１６ｂ２並びに他方側型１７における開口側凹部１７ｂの内周側底面１７ｂ１及び内周面１７ｂ２以外の領域と間隔を空けて配置されていると好ましい。
　また、仕上げ鍛造時には、流動したリング圧延体５が、一方側型１６の凹部１６ａ及び開口側凹部１６ｂ、並びに他方側型１７の凹部１７ａ及び開口側凹部１７ｂに充満する。その結果、リング成形体１が作製されることとなる。
　このような本実施形態に係るリング成形体１の製造方法においては、略円板形状の底部３ｂ、及び前記底部３ｂの外周から底部３ｂの中心軸線方向一方に向かうに従って底部３ｂの中心から外周に向かう方向に傾斜する周壁部３ｃを有する形状とするように、ビレット２に荒地鍛造を施して、荒地鍛造体３を作製し、この荒地鍛造体３の底部３ｂを穿孔している。さらに、リング成形体１の凸部１ｃ，１ｄに対応する凹部１６ａ，１７ａをそれぞれ形成した２つの型１６，１７内に、リング圧延体５を配置し、その後、２つの型１６，１７によってリング圧延体５を該リング圧延体５の中心軸線方向に押圧するようにリング圧延体５に仕上げ鍛造を施して、リング成形体１を作製している。特に、仕上げ鍛造ステップＳ４では、２つの型１６，１７内に、リング圧延体５を配置する際に、リング圧延体５を、一方側型１６における外周側支持領域と他方側型１７における内周側支持領域とによって支持し、さらに、リング圧延体５を、一方側型１６における外周側支持領域及び他方側型１７における内周側支持領域以外の領域と間隔を空けて配置している。そのため、荒地鍛造体３の外周形状が頂部から底部３ｂに向かって減少しているので、底部３ｂの面積を減少させることができる。その結果、穿孔工程Ｓ２にて、除去する底部３ｂの量を減少させることができる。よって、リング成形体１を効率的に作製することができる。また、仕上げ鍛造ステップＳ４において、リング圧延体５と２つの型１６，１７との接触面積を減少させることができて、その結果、仕上げ鍛造の開始時及び初期段階において、２つの型１６，１７にリング圧延体５の材料が固着する領域が少なくなるため、作製されるリング成形体１に十分にひずみを与えることができる。また、リング圧延体５の表面領域の温度が２つの型１６，１７への抜熱の影響によって低下することを防止できるので、作製されたリング成形体１の表面領域における金属組織の結晶が粗大化することを防止できる。よって、デッドメタル領域を減少させたリング成形体１を確実かつ効率的に作製することができる。ひいては、デッドメタル領域に対応したリング成形体１の余肉部分を減少させて、ニアネットシェイプ鍛造を実現することができる。さらに、リング成形体１における一方側凸部１ｃと他方側凸部１ｄとがリング成形体１の径方向にズレて配置される場合においても、流動したリング圧延体５が２つの型１６，１７の凹部１６ａ，１７ａに確実に充満して、リング成形体１の２つの凸部１ｃ，１ｄを確実に形成できる。
　本実施形態に係るリング成形体１の製造方法においては、荒地鍛造体３における周壁部３ｃの片側断面の傾斜角度θ１が７度以上かつ４０度以下の範囲内となっている。そのため、傾斜角度θ１を７度以上とすることによって、後の仕上げ鍛造工程Ｓ４にて、リング圧延体５が座屈することを防止できる。また、傾斜角度θ１を４０度以下とすることによって、荒地鍛造体３を小型化することができ、さらには、後の仕上げ鍛造工程Ｓ４にて、リング圧延体５の回転により仕上げ鍛造が不安定になる結果、所望の形状が得られない現象（以下、「リング圧延体５の回転現象」という）を防止できる。よって、デッドメタル領域を減少させたリング成形体１を確実かつ効率的に作製することができる。
　本実施形態に係るリング成形体１の製造方法においては、仕上げ鍛造の開始時及び初期段階に、２つの型１６，１７内に配置されたリング圧延体５の傾斜角度θ２が、７度以上かつ４０度以下の範囲内となっている。そのため、傾斜角度θ２を７度以上とすることによって、仕上げ鍛造ステップＳ４において、リング圧延体５が座屈することを防止できる。さらに、傾斜角度θ２を４０度以下とすることによって、仕上げ鍛造ステップＳ４において、リング圧延体５の回転現象を防止できる。よって、デッドメタル領域を減少させたリング成形体１を確実かつ効率的に作製することができる。
　［第２実施形態］
　本発明の第２実施形態に係るリング成形体の製造方法について説明する。本実施形態に係るリング成形体の製造方法に用いられるリング素材は、基本的には第１実施形態に係るものと同様である。しかしながら、本実施形態に係るリング成形体の製造方法は、以下の点で、第１実施形態に係るものと異なっている。
　特に図示はしないが、リング素材としてのリング圧延体に、一方側型における凹部の外周側角部に対応した窪み部が形成されている。一例として、窪み部は、リング圧延の後に、切削加工、プレス加工等の機械加工によって形成されるとよい。仕上げ鍛造ステップにおいて、このようなリング圧延体が、その窪み部と嵌合する一方側型における凹部の外周側角部によって支持され、かつ他方側型における開口側凹部の内周側底面及び内周面によって支持される。さらに、リング圧延体は、一方側型における凹部の外周側角部並びに他方側型における開口側凹部の内周側底面及び内周面以外の領域と間隔を空けて配置されると好ましい。
　このような本実施形態に係るリング成形体の製造方法においては、第１実施形態にて得られる効果に加えて、一方側型における凹部の外周側角部に嵌合するリング圧延体の窪み部によって、リング圧延体を２つの型内にて安定して支持することができる。よって、デッドメタル領域を減少させたリング成形体を確実かつ効率的に作製することができる。
　［第３実施形態］
　本発明の第３実施形態に係るリング成形体の製造方法について説明する。本実施形態に係るリング成形体の製造方法は、基本的には第１実施形態に係るものと同様である。しかしながら、本実施形態に係るリング成形体の製造方法は、以下の点で、第１実施形態に係るものと異なっている。
　特に図示はしないが、リング素材としてのリング圧延体には、一方側型における凹部の外周側角部及び他方側型における凹部の内周側角部にそれぞれ対応した窪み部が形成されている。一例として、窪み部は、リング圧延の後に、切削加工、プレス加工等の機械加工によって形成されるとよい。仕上げ鍛造ステップにおいて、このようなリング圧延体が、２つの窪み部にそれぞれ嵌合する一方側型における凹部の外周側角部及び他方側型における凹部の内周側角部によって支持される。さらに、リング圧延体は、一方側型における凹部の外周側角部及び他方側型における凹部の内周側角部以外の領域と間隔を空けて配置されていると好ましい。
　このような本実施形態に係るリング成形体の製造方法においては、第１実施形態にて得られる効果に加えて、一方側型における凹部の外周側角部及び他方側型における凹部の内周側角部にそれぞれ嵌合するリング圧延体の窪み部によって、リング圧延体を２つの型内にて安定して支持することができる。よって、デッドメタル領域を減少させたリング成形体を確実かつ効率的に作製することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、その技術的思想に基づいて変形可能であり、かつ変更可能である。
　例えば、本発明の変形例として、リング成形体１における径方向にズレて配置された一方側凸部１ｃ及び他方側凸部１ｄに対応して、仕上げ鍛造ステップＳ４に用いられる２つの型１６，１７の凹部１６ａ，１７ａがリング成形体１の径方向にズレて配置されている場合に、リング圧延体５の片側断面を傾けない状態、すなわち、片側断面の傾斜角度θ２を０度とした状態で、リング圧延体５を支持することもできる。一例として、リング圧延体５の片側断面を略矩形状に形成し、さらに、２つの型１６，１７の凹部１６ａ，１７ａ同士におけるリング圧延体５の径方向のズレ量を、リング圧延体５における径方向の片側断面の肉厚未満とするとよい。この場合、リング圧延体５を、一方側型１６における外周側支持領域と他方側型１７における内周側支持領域とによって支持することができる。かかる構成においてもまた、デッドメタルを抑制した鍛造が可能である。ただし、リング圧延体５の安定的な配置、及びリング圧延体５の形状の自由度に関する観点からは、リング圧延体の片側断面を傾ける構成がより好ましい。
　本発明の実施例について説明する。本実施例においては、最大外径を１０９０ｍｍとし、径方向の最大肉厚を１２０ｍｍとし、かつ中心軸線方向の最大高さを１１０ｍｍとするような大きさを有するリング成形体１を作製する。このようなリング成形体１の作製に用いられる仕上げ鍛造ステップＳ４においては、リング圧延体５における傾斜した片側断面の傾斜角度θ２を５度、７度、１０度、２０度、２５度、３０度、４０度、４５度、及び５０度とする複数の配置状態で、仕上げ鍛造ステップＳ４をそれぞれ実施する。そして、各配置状態の鍛造ステップにおいて、リング圧延体５の座屈が発生するか否かを確認する。また、各配置状態の鍛造ステップにおいて、リング圧延体５の回転現象が発生するか否かを確認する。
　この確認によれば、傾斜角度θ２が５度の場合に、リング圧延体５の座屈が発生する。傾斜角度θ２が４５度及び５０度の場合に、リング圧延体５の回転現象が発生する。その一方で、傾斜角度θ２が７度、１０度、２０度、３０度、及び４０度の場合には、デッドメタル領域を減少させたリング成形体１を確実かつ効率的に作製することができる。また、傾斜角度θ２が１０度、２０度、及び２５度の場合には、特に、航空機用タービンディスクの素材として適するように十分なひずみが入ると共にデッドメタル領域が減少した、リング成形体１をより確実かつより効率的に作製することができる。
１　リング成形体
１ａ　中心軸線
１ｃ　一方側凸部
１ｄ　他方側凸部
２　ビレット
３　荒地鍛造体（第１鍛造体）
３ａ　中心軸線
３ｂ　底部
３ｃ　周壁部
３ｄ　中央線
３ｅ　一方側領域
３ｆ　他方側領域
３ｇ，３ｈ　重心
３ｉ　直線
３ｊ　平行線
４　穿孔体
５　リング圧延体（リング素材）
５ａ　中心軸線
５ｂ　中央線
５ｃ　一方側領域
５ｄ　他方側領域
５ｅ，５ｆ　重心
５ｇ　直線
５ｈ　平行線
１６　一方側型
１６ａ　凹部
１６ｃ　凹部の外周側角部
１７　他方側型
１７ａ　凹部
１７ｃ　凹部の内周側角部
ｈ１，ｈ２　最大高さ
θ１，θ２　角度
Ｓ１　荒地鍛造ステップ（第１鍛造ステップ）
Ｓ２　穿孔ステップ
Ｓ３　リング圧延ステップ
Ｓ４　仕上げ鍛造ステップ（第２鍛造ステップ）
 

Claims (4)

  1. 　円板形状の底部、及び前記底部の外周から前記底部の中心軸線方向一方に向かうに従って前記底部の中心から外周に向かう方向に傾斜する周壁部を有する形状とするように、素材に第１鍛造を施すステップと、
    　前記第１鍛造を施すステップにより得られた第１鍛造体の底部を穿孔するステップと、
    　前記穿孔するステップにより得られた穿孔体にリング圧延を施すステップと、
    　前記リング圧延を施すステップにより得られたリング素材を２つの型内に配置した後に、前記２つの型によって前記リング素材を該リング素材の中心軸線方向に押圧するように前記リング素材に第２鍛造を施して、リング成形体を作製するステップと
    　を含むリング成形体の製造方法。
  2. 　前記リング成形体に、前記リング成形体の中心軸線方向両側にそれぞれ突出すると共に前記リング成形体の周方向に沿って延びる２つの凸部を設け、
    　前記２つの型に前記リング成形体の凸部に対応する凹部をそれぞれ形成し、
    　前記２つの型内に配置される前記リング素材を、前記２つの型の一方における前記凹部の外周側角部から外周側の領域、及び前記２つの型の他方における前記凹部の内周側角部から内周側の領域によって支持する請求項１に記載のリング成形体の製造方法。
  3. 　前記第１鍛造を施すステップにて、前記周壁部の片側断面を、前記第１鍛造体の中心軸線方向における最大高さ中央を基準として前記第１鍛造体の中心軸線方向の一方側領域及び他方側領域に分けたと想定した場合に、前記一方側領域の重心と前記他方側領域の重心とを結んだ直線を、前記第１鍛造体の中心軸線に対して７度以上かつ４０度以下の角度範囲で傾けるように形成する請求項１に記載のリング成形体の製造方法。
  4. 　前記２つの型内に配置される前記リング素材の片側断面を、前記リング素材の中心軸線方向における最大高さ中央を基準として前記リング素材の中心軸線方向の一方側領域及び他方側領域に分けたと想定した場合に、前記一方側領域の重心と前記他方側領域の重心とを結んだ直線を、前記リング素材の中心軸線に対して７度以上かつ４０度以下の角度範囲で傾ける請求項１に記載のリング成形体の製造方法。
     
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