JPH04224039A - 変形抵抗の大きい合金材料からなる鍛造品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、変形抵抗の大きい合
金材料を圧縮加工して鍛造品を得る、鍛造品の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、オーステナイト鋼、Ｎｉ　基合
金、超合金などのように、変形抵抗が大きい合金材料は
、加工が容易ではなく、例えば、据込み鍛造する場合に
も、材料を高温に加熱して変形抵抗が小さい状態にして
おき、さらに、相当に大きな圧縮力で変形させることが
必要とされる。また、上記材料の中でも、超合金は、特
に、変形抵抗が大きく、しかも、鍛造温度幅は、１００
〜２００℃と狭い。

【０００３】この超合金を用いた鍛造品としては、比較
的小型の製品が実用化されており、１万トン程度の大容
量のプレス機械を用い、図３，４に示すように、被加工
材１０の全面をカバーできる鍛造工具１１，１２を、被
加工材１０の上下にセットして圧縮加工することによっ
て、被加工材１０の温度低下が進行する前に、短時間で
加工を行って鍛造品１３を得ている。また、この製造方
法を、小型製品に止まらず、ガスタービンのディスク材
などに使用される大型の鍛造品に応用することが要望さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
、大型の製品を製造する場合には、鍛造工具と被加工材
との接触面積が増大するので、さらに、大容量のプレス
機械が必要になる。例えば、外径が１ｍを超えるような
大型の超合金ディスク材を据込み鍛造する場合には、５
〜７万トンの力量を有するような、きわめて大容量のプ
レス機械が必要となり、設備費が嵩むため実用化が困難
であるという問題点がある。

【０００５】また、小型の超合金鍛造品を製造する場合
でも、前述したように鍛造は可能であるが、材料の変形
抵抗が大きいため、鍛造品１３の中央表面部に大きな不
変形領域（デッドゾ−ン）１４が形成される。この領域
１４では、組織の微細化などの鍛錬効果は不十分であり
、他部に比べ機械的性質が劣っている。このため、従来
は、予め中央部に余肉を設けておき、鍛造後これを排除
することによって解決しており、歩留りが悪いという問
題点がある。

【０００６】この発明は、上記課題を解決することを基
本的な目的とし、変形抵抗の大きい合金材料を、容易、
かつ効率よく鍛造できる、鍛造品の製造方法を提供する
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本願発明のうち第１の発明は、加熱した被加工材の周
囲に、高温の保温部材を配置しておき、前記被加工材を
部分的に圧縮する加工を、部位を変えつつ同一の圧縮方
向で繰返し行って、被加工材の全面にわたり圧縮加工を
施すことを特徴とするものである。

【０００８】また、第２の発明は、鍛造工具と、被加工
材との間に、潤滑材として水ガラスを介在させて、被加
工材を圧縮加工することを特徴とするものである。

【０００９】本発明に用いられる合金材料としては、変
形抵抗が大きくて、従来のプレス機械などでは負担が大
きいものが好適であり、オーステナイト鋼、Ｎｉ　基合
金、超合金などからなる大型素材を例示することができ
る。なお、上記合金材料からなる被加工材の加熱温度は
、従来の鍛造方法と同様に、材料の組成などにしたがっ
て、最適な数値に定められる。

【００１０】この被加工材の周囲に配置する保温部材は
、十分な保温効果を有するように、被加工材の加熱温度
と同等またはそれ以上の温度を有するのが望ましい。 但し、保温材の温度が高すぎると、被加工材の温度が上
昇して、鍛造温度を超えるので、保温材の温度は、過度
に高い温度とならないように設定する。その上限は、被
加工材の寸法や、保温部材の位置、高さなどによって異
なるが、例えば、被加工材の加熱温度＋１００℃を上限
として定めることができる。

【００１１】なお、保温部材は、被加工材の周囲に、保
温部材を囲むように配置されるので、リング形状を有す
るものが望ましい。但し、本願発明としては、この形状
に限定されるものではなく、枠状のものであってもよく
、さらに、複数の部材で被加工材を囲むものであっても
よい。なお、保温部材は、保温効果が良好であるように
、十分な高さを有するのが望ましく、さらには、被加工
材の厚さを超えるのが望ましい。

【００１２】そして、部分圧縮は、適当な圧縮面を有す
る鍛造工具で行う。この鍛造工具は、部分圧縮を効率よ
く、また、良好に圧縮できるように、被加工材の幅を超
える長さを有するものが望ましい。部分圧縮は、同一位
置での圧縮を繰返してもよく、さらに、被加工材の部位
を変えて繰返すものであり、工具または被加工材、もし
くは両者を適当に移動させて行う。これらの移動は、平
行移動、回転移動などを単独で、または複合して行うこ
とができる。

【００１３】次に、第２の発明では、被加工材と鍛造工
具との間に、塗布などの適当な方法によって水ガラスを
介在させる。なお、第２の発明は、全面を据込み鍛造す
る場合に好適であるが、これに限定されず、例えば、第
１の発明に応用することも可能である。

【００１４】

【作用】すなわち、第１の発明によれば、被加工材の周
囲に高温の保温部材を配置することにより、被加工材の
熱放射が抑制されるとともに、保温部材が発する輻射対
流熱によって、被加工材の温度が低下するのが抑制され
て、被加工材が、鍛造温度の下限にまで冷却する時間が
延び、鍛造可能な時間が長くなる。さらに、被加工材を
部分的に圧縮することにより、工具と被加工材との接触
面積が低減し、単位面積あたりの圧縮力を増加させる。 したがって、変形抵抗が大きな材料でも、全面を一度に
圧縮する場合よりも、小さな容量のプレス機械で圧縮す
ることができる。この部分圧縮を部位を変えて繰返すこ
とによって、一度に全面を圧縮する場合と同様に、全面
を一様に圧縮加工することができる。なお、部分圧縮に
よって、作業時間は延びるが、保温部材によって被加工
材の冷却が抑制されているので、鍛造温度範囲内で作業
を行うことが可能である。

【００１５】また、第２の発明によれば、圧縮加工に伴
って被加工材が増径されるが、潤滑材である水ガラスは
、従来の潤滑材と異なり、この増径に追随することがで
きる。また、水ガラスは、工具および被加工材とのぬれ
が良好であるので、十分な潤滑作用が確保され、被加工
材の一部に不変形領域が形成されるのを抑制する。

【００１６】

【実施例】（実施例１）先ず、第１の発明の実施例を、
図１および図２に基づいて説明する。変形抵抗の大きい
合金材料として、超合金であるインコネル７０６（商標
名）合金を用いて、径９００ｍｍ、厚さ４００ｍｍのデ
ィスク材１（被加工材）を用意した。次に実施例に用い
る鍛造装置を説明する。上記ディスク材１を圧縮する上
金型２は、直方体形状を有し、長辺側が水平方向に位置
しており、その長さは、ディスク材１の径を十分に超え
ている。この長辺角部には、下面側に面取り１ａまたは
丸みを設けておく。なお、上金型２の幅は、ディスク材
１の径に比べて十分に小さく、したがって、上金型２は
ディスク材１とは、部分的にのみ接触することができる
。

【００１７】この上金型２は、３，０００トンの力量を
有するプレス機械の駆動装置（図示しない）に連結され
ており、上下に移動可能とされている。なお、上金型２
の材質としては、耐摩耗性、耐熱性に優れた耐熱鋼が望
ましく、変形抵抗が大きいものほど望ましい。本実施例
ではインコネル７１８（商標名）合金を用いた。

【００１８】さらに、上金型２に対向して、下金型３が
、ラム４上に固定配置されている。下金型３は、ディス
ク材１の面積に対し、十分に大きな面積を有している。 なお、下金型３には、耐熱材を用いるのが望ましい。前
記ラム４は、回転装置（図示しない）に連結されており
、下金型３とともに、回転可能とされている。

【００１９】次いで、製造工程を説明すると、先ず、前
記下金型３上に、予め加熱してあるリング状の保温部材
５を設置する。この保温部材５の内径は、ディスク材１
の外径よりも５００〜１０００ｍｍ大きく、上金型２の
長辺長さを超える寸法を有しており、また高さは、ディ
スク材１の厚さを若干上回っている。なお、保温部材５
は、ディスク材１の加熱温度以上で、この加熱温度＋１
００℃以下の範囲内に加熱してある。ディスク材１は、
加熱炉（図示しない）で所望の温度に加熱し、上記した
保温部材５の設置後に出炉して、保温部材５の内周側に
位置する、下金型３の中央上部に設置する。

【００２０】次いで、上金型２を、駆動装置によって下
降させ、ディスク材１に押し当てて部分的な圧縮加工を
行い、その後、上金型２を上昇させる。上金型２を上昇
させる間に、回転装置によって下金型３を適当量回転さ
せ、回転停止後に、上金型２を再度下降させて引き続き
、部分圧縮を行う。この動作を繰返すことによって、上
金型２によって、ディスク材１の上面全面にわたって、
一様な圧縮加工を行う。所定量の加工が終了した後は、
ディスク材１を上下に反転させ、同様の作業を繰り返し
て、ディスク材１が１２５０ｍｍの外径を有するに至る
まで圧縮加工を施した。なお、加工時に、ディスク材１
の温度が、鍛造温度を下回った場合には、再度、加熱炉
で加熱して作業を続行した。

【００２１】また、比較のために、実施例と同材のディ
スク材を用いて、従来と同様に、全面据込み鍛造を行っ
たところ、１０，０００トンの容量を有するプレス機械
を用いた場合でも、ディスク材が１０５０ｍｍの外径と
なった状態で、プレス力量とディスク材の変形抵抗とが
バランスして、それ以上圧縮することは困難であった。

【００２２】なお、実施例の圧縮加工中には、保温部材
５の作用により、ディスク材１の冷却が抑制されていた
ので、鍛造温度下限まで冷却される時間は、保温部材を
使用しない場合の約２倍に延びた。このため、ディスク
材の再加熱回数を減らすことができ、合計した加熱時間
も、保温部材を用いない場合に比べて２５％減少し、作
業効率が大幅に向上した。なお、小型の被加工材や、鍛
造可能温度が広い被加工材では、再加熱を要することな
く鍛造することも可能である。

【００２３】なお、上記実施例では、予め保温部材を加
熱しておいたが、上記製造工程後、同様の工程を繰返す
場合には、保温部材の温度が十分に高ければ、再加熱を
要することなく作業を行うことができる。要は、被加工
材の周囲に配置されている保温部材が十分に高温であれ
ばよく、保温部材の加熱工程が必ずしも必須とされるも
のではない。

【００２４】（実施例２）次に、第２の発明の実施例を
、図３を参考にして説明する。この実施例では、インコ
ネル７０６（商標名）合金からなり、径５５０ｍｍ、厚
さ５００ｍｍのディスク材１０（被加工材）を用いて、
全面据込み鍛造を行った。なお、鍛造に先立って、鍛造
工具である型１１，１２およびディスク材１０の接触面
には、水ガラス（けい酸ソーダ；図示しない）を塗布し
た。

【００２５】上記ディスク材１０を１０，０００トンの
プレス機械で圧縮加工を行ったところ、得られた鍛造品
１３の中央の表面部近傍には、図４に示すように、１０
〜２０ｍｍ深さの不変形領域１５が形成された。これに
対し、水ガラスを用いずに、従来の潤滑材を用いた場合
に形成される不変形領域１４は、３０〜４０ｍｍの深さ
であるので、実施例によってその深さは、半減以下とな
り、潤滑性が著しく向上していることが明白である。し
たがって、不変形領域を残さないために、被加工材に設
けていた余肉を減少させることができ、前記実施例のデ
ィスク材では、従来、上下に５０〜７０ｍｍの余肉部を
設けていたのに対し、実施例によれば、２０〜４０ｍｍ
の余肉部で足り、歩留りが大きく向上する。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明によれ
ば、被加工材の周囲に高温の保温部材を配置し、被加工
材を刻みながら圧縮加工して全面を一様に圧縮するもの
としたので、必要とされるプレス機械の容量が小さくな
り、設備費を低減することができる。また、大型で、特
に変形抵抗が大きい材料の鍛造も容易となり、応用範囲
が広がる効果がある。

【００２７】また、第２の発明によれば、工具と、被加
工材との潤滑性が向上するので、鍛造品の不変形領域が
減少し、機械的特性を向上させるとともに、必要とされ
る余肉を減少させることができ、歩留りが向上する効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に用いる鍛造機械の断面図である。

【図２】同じく、上金型の斜視図である。

【図３】全面据込み鍛造に用いる鍛造装置の斜視図であ
る。

【図４】同じく、得られた鍛造品の正面図である。

【符号の説明】

１　　ディスク材 ２　　上金型 ３　　下金型 ５　　保温部材 １０　　ディスク材 １３　　鍛造品 １４　　不変形領域 １５　　不変形領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　加熱した被加工材の周囲に、高温の保
   温部材を配置しておき、前記被加工材を部分的に圧縮す
   る加工を、部位を変えつつ同一の圧縮方向で繰返し行っ
   て、被加工材の全面にわたり圧縮加工を施すことを特徴
   とする変形抵抗の大きい合金材料からなる鍛造品の製造
   方法
2. 【請求項２】　　鍛造工具と、被加工材との間に、水ガ
   ラスを潤滑材として介在させて、被加工材を圧縮加工す
   ることを特徴とする変形抵抗の大きい合金材料からなる
   鍛造品の製造方法