JPS62207526A - 加工歪速度を制御した超塑性鍛造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は超塑性を利用した鍛造方法に関し、更に詳しく
はＮｉ基超合金のような難加工材の鍛造において、鍛造
能率が改善され、プレス容量の小さい設備で、かつミク
ロ欠陥の存在しない鍛造品の製作が可能な超塑性鍛造方
法に関するものである。

（従来の技術） Ｎｉ基耐熱超合金は高温強度の大きい合金であることか
ら鍛造は難しいが、かかる難加工材を超塑性を利用して
最終製品形状あるいはそれに近い形状まで精度よく鍛造
する超塑性鍛造技術が開発され、鍛造の低価格化の観点
から注目されている。

（特公昭５１−３８６６５号公報参照）この鍛造技術は
材料の微細結晶組織によって発現する超塑性、即ち、低
応力で巨大な延性を示す現象を利用したもので、鍛造用
素材のミクロ組織をいかに１０μｍ以下の微細結晶組織
にするかが重要なポイントとなる。かかる技術に関して
は粉末押出し法や、粉末にロールで冷間加工を加えて再
結晶させる方法などが既に知られており、本発明者らも
高温等方静水圧プレス（ＨＩ　Ｐ）を使用した素材製作
方法を別途発明している。

ところで、前記微細結晶粒超塑性では恒温状態の加工が
一般であるが、恒温型を使用した超塑性鍛造の特徴は、
機械加工を大幅に省略できること。

材料歩留りを向上できること、低荷重の鍛造が可能なこ
となどである。

しかし、反面、超塑性変形を利用して加工を行う場合に
は温度、歪速度、静水圧２表面状態、応力及び歪状態と
それらの履歴など加工に関係の深い多くの因子に対して
何れも敏感であり、超塑性物性は素材の結晶粒度と鍛造
時の歪速度依存性が強く一般には通常の型鍛造と比較し
て加工（歪）速度は著しく小さくなる。

また、鍛造終期の受圧面積の増大に伴い、急激な荷重増
加が発生し、プレスの容量が大きくなるという問題があ
る。

従って、超塑性鍛造方法をコスト的にも、又、技術的に
も優れた工業技術として確立するためには加工速度を上
昇させること、鍛造終期の荷重増加を抑制できる微細結
晶組織の生成を促進させる鍛造方法を開発することが強
く望まれている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上述の如き実状に即応し、上記加工速度の上昇
と、鍛造終期の荷重増加を抑制できる微細結晶粒組織の
生成促進を問題点とし、これに適した鍛造方法を見出す
ことにより前記要望に応えることを目的とするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） しかして、上記目的に適合する本発明鍛造方法の特徴は
鍛造の初期〜中期の素材の受圧面積の比較的小さい時期
にマクロ割れの発生しない全範囲で５Ｘ１０−’／Ｓ〜
５Ｘ１０−ｔ／Ｓの高歪速度の加工を行うことにより素
材のミクロ組織の微細化を促進し鍛造終期〜完了までの
急激な荷重増加を抑制する。

そして、鍛造の中期〜終期〜完了までの歪速度を前記初
期段階での歪速度よりも低下させることにより鍛造過程
で発生することのあるミクロボイドなどの欠陥を消滅さ
せる点にある。

ここで、高歪速度の加工を行う鍛造の初期〜中期とは特
に臨界的な範囲ではないが、通常、圧下率５０％位まで
である。

そして、上記高歪速度での加工と、低歪速度での加工は
一度に限らず、複数回、繰り返して行ってもよく、又、
高歪速度から急激に低歪速度に低下させることなく、漸
次歪速度を減じながら鍛造を進めるようにしてもよい。

（実施例） 以下、上記本発明の特徴とする点が前記目的を達成する
上に極めて有効であることを本発明者らの試みた実験を
示す実施例にもとづいて明らかにする。

先ず、試験試料となったＮｉ基合金の中でも代表的なＩ
Ｎ　１００についての超塑性特性を第１図（イ）に示す
。

同図は直径４Ｍ、平行部長さ１６ｍの丸棒試験片（第１
図（ロ）参照）を１０５０℃の引張温度で引っ張った時
の変形抵抗と引張歪速度、結晶粒径（ＧＳ）との関係を
表している。

同図より歪速度が小さい程、また結晶粒径（Ｇ８）が小
さい程、変形抵抗が小さくなり、同一容量のプレスにて
大型の鍛造品の製作が可能なことが理解される。

又、実際の鍛造時における圧下量（ストローク）と、荷
重との関係の１例を第２図（イ）に示す。

同図は下記化学組成、即ち、 ζ−ノ ｐ、ｐ、ｍ をもつＩＮ　１００の円柱素材（第２図（ＩＩ）参照）
より第２図（ＩＩ＋）に示すような直径１５０　ｔｍの
ディスクを鍛造した時に得られたものである。この場合
、円柱素材は直径１５０μｍ以下の上記材料粉末を１０
００’ＣＸ　１７００ｃ＋Ｊ　Ｘ　１　ｈｒでＨＩＰ処
理して得られたもので第３図に示すように微細な再結晶
粒と比較的粗い結晶粒の混在した組織からなっている。

そして、鍛造はアルゴンガス雰囲気下で１０５０℃。

歪速度Ｉ　Ｘｌ０−３／Ｓで行った。

同第２図（イ）よりストローク（圧下量）が４５１１（
圧下率５０％）付近を過ぎると急激に荷重が増大してく
ることが分かる。これは鍛造が進み、鍛造品と金型の接
触面積、即ち受圧面積が急増するためである。従って、
この時期の荷重増加を抑制するためには、この時期まで
にミクロ組織を出来るだけ微細化しておくことと、荷重
がプレス容量を越えないように、また金型の耐荷重を越
えないように歪速度を低下させることが必要となる。

ところで、材料のミクロ組織であるが、これは鍛造過程
中にも刻々変化している。第４図はその１例を示す。

同図は直径８ｍ、長さ１２龍の円柱を圧縮したときの応
力、即ち、変形荷重／受圧面積と歪との関係を表し、か
つ、歪速度を５＝　１　ｘｌｏ−３／Ｓ　（ε＝−０，
７）と一定にした場合（ケースＡ）と、初期に圧下率ほ
ぼ５０％位まで高歪速度の５Ｘ１０−’／Ｓ（ε＝−０
，１５）で圧下し、その後、Ｉ　Ｘｌ０−３／Ｓ（ε＝
−０，７）に低下させて圧下した場合（ケースＢ）を示
してしる。前者のケースＡよりある限界歪（εＣ）を越
えると応力は徐々に低下していることが観察されるが、
これは第３図に示したようなミクロ組織が変形と共に第
５図（圧下率７０％後のミクロ組織）に示すように微細
化されてゆくためである。

また、ケースＡとケースＢを比較すると、最終的な変形
は同一でも最初に高歪速度の加工を行ったケースＢの方
が組織が微細化され始める限界歪（εＣ）は大きくなる
が最終的な応力は低くなりケースＡよりも一層微細化さ
れた組織となることが理解される。

以上のことから、受圧面積の小さい鍛造の初期〜中期に
かけて高歪速度で加工を行うとそれによって生成される
組織がより一層微細化され、鍛造終期に必要となる荷重
増加に対して有利となることが分かる。

ところが、一方、歪速度を早くすると第６図に示すよう
なミクロボイドが発生することがある。

また、より一層、高歪速度で大きな歪を与えると、マク
ロ割れの発生につながり、従って歪速度と、連続して与
える歪量にはおのずと限界がある。

しかし、歪速度を小さくすれば、ミクロボイドは再び圧
着されて消滅する。

従って、高歪速度と低歪速度を繰り返しながらあるいは
歪速度を漸減させながら鍛造を行えば、鍛造能率を上げ
、プレス容量の小さな設備で、かつミクロ欠陥の存在し
ない鍛造品の製作が可能となることが首肯される。

かくして、以上のようにして超塑性を利用した鍛造の問
題点を解消し、同鍛造方法の工業化への進展が期待され
る。

（発明の効果） 本発明は以上のように超塑性鍛造において加工歪速度を
制御し、当初の圧下率ほぼ５０％までの鍛造の初期〜中
期の素材の受圧面積の比較的小さい時期は比較的高歪速
度で加工を行い、その後、歪速度を低下させ鍛造を進め
る方法であり、初めに高歪速度の加工を行うことにより
素材のミクロ組−９＝ 織の微細化を促進し、その後における急激な荷重増加を
抑制してプレス容量を小さくすることが可能となり、従
ってプレス容量の小さい設備で大型品の成形を可能なら
しめると共に、高歪速度に続いて低歪速度で加工を進め
るため鍛造中に生じたミクロボイドを鍛造中に消滅する
こともでき、ミクロ欠陥のない良質の鍛造品の製作が可
能となり、高歪速度で加工を行うことによる鍛造効率の
向上と相俟って超塑性鍛造方法のコスト面、技術面での
難を解消し、工業技術として今後における適用可能範囲
の拡大が大いに期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は試験片による歪速度と変形抵抗との関係
を示す図表で、第１図（ＩＩ）はその試験片の形状を示
す。第２図（イ）は超塑性鍛造時の荷重の推移を示す図
表で、第２図（ｒｌ）は該鍛造における素材と製品の形
態を示す。第３図はＨＩＰした素・材のミクロ組織を示
す顕微鏡写真、第４図は円柱圧縮試験時の応カー歪関係
図表、第５図は圧下率７０％後の状態におけるミクロ組
織を示す顕微鏡写真、第６図は鍛造時に発生するミクロ
ボイドの状況を示す顕微鏡写真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｎｉ基超合金の如き難加工材を超塑性を利用して鍛
   造するにあたり、鍛造初期〜中期の圧下率ほぼ５０％位
   までをマクロ割れの発生しない範囲で、５×１０＾−＾
   ４／Ｓ〜５×１０＾−＾２／Ｓの高歪速度で加工を行い
   、その後、歪速度を低下させて鍛造することを特徴とす
   る加工歪速度を制御した超塑性鍛造方法。 ２、高歪速度と低歪速度とを順次、繰り返しながら鍛造
   を進める特許請求の範囲第１項記載の加工歪速度を制御
   した超塑性鍛造方法。 ３、高歪速度から次第に低歪速度に歪速度を漸減させな
   がら鍛造を進める特許請求の範囲第１項記載の加工歪速
   度を制御した超塑性鍛造方法。