(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フエライト組織にバナジウム炭化物を析出させたフエライト・パーライト組織からなるＨＲＣ２３〜２８の非調質鋼を用いて、１２００℃前後の高温になるまで加熱して熱間鍛造を行い、６００℃前後となった鍛造品を空気の流れに接触させずに大気中で自然に冷却し、その後表面の洗浄を行うことを特徴とする熱間鍛造品の製造方法。
【請求項２】
フエライト組織にバナジウム炭化物を析出させたフエライト・
パーライト組織からなるＨＲＣ２３〜２８の非調質鋼を用いてその一部を１２００℃前後の高温になるまで部分加熱してその加熱部分の熱間鍛造を行い、６００℃前後となった鍛造品を空気の流れに接触させずに大気中で自然に冷却し、その後表面の洗浄処理を行うことを特徴とする熱間鍛造品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、熱間鍛造品の製造方法に関し、特に、例えば携帯用作業機等の原動機として用いられる小形で軽量な内燃エンジンのクランク軸等を製造する際に好適な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
例えば前記クランク軸のような熱間鍛造品の製造に当っては、一般に、素材として例えばＳ４３Ｃ等の炭素鋼を用いていた。そして、切断工程、加熱工程を経て、適宜の方法で鍛造を行い、その後冷却し、最後に熱処理を行うことによって所望の機械的性質を得ていた。
【０００３】
しかしながら、図３に示す如く、炭素鋼は質量効果を受け易いために、焼入れ方案が難しいという欠点を有し、近年、所定温度に加熱した後に空中放冷するだけで所定の機械的性質が得られる非調質鋼が使用されだしたが、調質鋼に比し衝撃値が低いという欠点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、前記のような従来一般の製造方法における製造工程を簡素化し、しかも従来品に劣らない機械的性質を備えた熱間鍛造品を得ることができる新規な方法を提供することをその課題としている。
【０００５】
【問題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明に係る熱間鍛造品の製造方法は、フエライト組織にバナジウム炭化物を析出させたフエライト・パーライト組織からなるＨＲＣ２３〜２８の非調質鋼を用いて、１２００℃前後の高温になるまで加熱して熱間鍛造を行い、６００℃前後となった鍛造品を空気の流れに接触させずに大気中で自然に冷却し、その後表面の洗浄を行うものである。
【０００６】
また、前記非調質鋼を用い、その一部を１２００℃前後の高温になるまで部分加熱してその加熱部分の熱間鍛造を行い、６００℃前後となった鍛造品を空気の流れに接触させずに大気中で自然に冷却し、その後表面の洗浄処理を行うものである。
【０００７】
【作用】
本発明方法では、従来一般に用いられていた調質鋼に代えて、フエライト組織にバナジウム炭化物を析出させたフエライト・パーライト組織からなるＨＲＣ２３〜２８の非調質鋼を用いる。
【０００８】
その結果、鍛造工程の後に熱処理をしなくとも、従来品に劣らない機械的性質を備えた鍛造品が製造できた。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明方法の実施例を説明する。
【００１０】
いま、例えば携帯用作業機等の原動機として用いられる小形で軽量な内燃エンジンのクランク軸１（図２参照）を製造する場合を考える。このようなクランク軸１を製造するに当っては、当初からクランクピン２とクランクアーム３と軸部４とを一体に成形する手法のほか、成形の簡易化の観点から、軸部４とクランクアーム３のみを互いに一体に成形し、これを別体に成形したクランクピン２と結合させることによってクランク軸１を組立式で製造する手法が知られている。
【００１１】
そこで、前記組立式クランク軸における軸部４とクランクアーム３との一体品５を成形する場合を例に挙げて、本発明方法の実施例を説明する。
【００１２】
＜第一実施例＞
第一実施例は、切断された素材の全体を加熱して熱間鍛造を行う場合である。
【００１３】
まず、素材として、従来の一般的な熱間鍛造法の場合と異なり、ＨＲＣ２３〜２８の非調質鋼を準備する。従来の方法で用いる調質鋼がソルバイト組織であるのに対し、本発明で用いる非調質鋼は、フエライト・パーライト組織である。このパーライト組織は、従来の調質鋼のソルバイト組織と機械的性質が類似しており、ソルバイト組織に比して機械的性質が著しく劣るフエライト組織にバナジウム炭化物を析出させたフエライト・パーライト組織とすることにより、調質鋼並の機械的性質を得ることができる。
【００１４】
前記非調質鋼を、所望のサイズに切断（切断工程）された後、重油炉、電気炉、高周波炉等の適宜の加熱炉において、その全体を、１２００℃前後の高温になるまで加熱される（加熱工程）。
【００１５】
次いで、適宜の鍛造機械を用いて、各種の自由鍛造法や型鍛造法等、所定の鍛造方法に則って熱間鍛造が行われ（鍛造工程）、クランク軸１の軸部４の部分とクランクアーム３の部分の形状が与えられる。
【００１６】
前記切断工程，加熱工程及び鍛造工程の詳細については、従来公知の製造方法による場合と何ら異なるところはない。
【００１７】
その後、必要に応じてバリ取りや矯正等の後処理が施されて、冷却される（冷却工程）。
【００１８】
本発明では、冷却に当たって、空冷や水冷等の意図的な冷却を排除することは勿論のこと、非意図的なものであっても強制的に送られる空気の流れに接触させることなく、自然に冷ますようにする点に注意を要する。例えば、熱間鍛造作業現場には作業者を高温から保護するため、扇風機等が配置されている。こうした扇風機の風は、作業者のみならず、鍛造品にも非意図的に当たっているのが通常である。本発明では、このような非意図的な空気の流れにさえ接触しないように前記鍛造品を保護しながら、大気中で自然に冷却する。
【００１９】
その理由を述べると、実施例のクランク軸１の軸部４は、例えば直径が８〜１２ｍｍ程度というように小径のものである。このため、前記扇風機の風に触れただけでも強制冷却作用が奏され、不測に品質に変化が生ずる場合がある。よって、たとえ少量であっても強制的な空気の流れが前記鍛造品に当たらないように留意しなければならないのである。
【００２０】
具体的な手段としては、例えば、前記鍛造品の火色が消える６００°Ｃ前後となった時に、上部が開口した金属製の容器の中に前記鍛造品を収容し、そのまま放置して冷めるのを待つ。前記容器の側壁が前記扇風機等による強制的な空気の流れを遮断するので、前記容器内の前記鍛造品に強制的な空気の流れが接触することが防止される。
【００２１】
なお、鍛造品が、冷却風を浴びてもその品質に変化が生じないほど十分大きい場合には、冷却工程において前記のような特別な配慮を行う必要はなく、従来方法と同様にして冷却することとしてもよい。
【００２２】
最後に、ショットブラスト等により鍛造品の表面の清浄処理を行う。従来の方法において必要されていた冷却工程後の熱処理工程は不要である。
【００２３】
以上の各工程を経て得られた熱間鍛造品は、硬度がＨＲＣ２３〜２８で、粗大結晶粒の少ない、硬度，粘り強さとも、従来方法によって得られる鍛造品に比べて遜色のないものであった。
【００２４】
前記本発明の製造方法によれば、従来必要不可欠とされていた冷却後の熱処理工程を省くことができ、しかも、従来品に劣らない機械的性質を備えた熱間鍛造品が得られる。
【００２５】
＜第二実施例＞
第二実施例は、切断された素材の一部を部分加熱してこの加熱部分について熱間鍛造を行う場合である。素材として、前記のフエライト組織にバナジウム炭化物を析出させたフエライト・パーライト組織からなるＨＲＣ２３〜２８の非調質鋼を用いる点は前記第一実施例と同様である。
【００２６】
非調質鋼よりなる素材は、所望のサイズに切断（切断工程）された後、その一部（要鍛造処理部分）を加熱しながら予備成形される（加熱・鍛造予備成形工程）。
【００２７】
具体的には、例えば図１に示す如く、切断された直径８〜１２ｍｍ程度の第一実施例と同じ非調質鋼のうちの要鍛造処理部分３ａ（具体的には、クランクアーム３となる部分）を電気抵抗加熱するように固定電極６と可動電極７とを配置して、前記要鍛造処理部分３ａを例えば１２００℃前後の高温になるまで加熱する。同時に、非加熱側の端部から軸方向に所定の圧力Ｐを加え、前記要鍛造処理部分３ａを、当該部分３ａを受け止めている耐熱性の前記固定電極６に押し当てることによって、クランクアーム３の部分を予備成形する。
【００２８】
次いで、例えばアップセッターを用いて前記要鍛造処理部分３ａについて熱間鍛造主成形を行い、クランクアーム３の部分の形状を得る（鍛造主成形工程）。クランク軸１の軸部４に相当する部分４ａは加熱されることなく、素材の原形のまま直線的に残される。
【００２９】
その後、必要に応じてバリ取りや矯正等の後処理が施されて、冷却される（冷却工程）。この冷却工程は、前記第一実施例と同様にして行われる。
【００３０】
最後に、ショットブラスト等により鍛造品の表面の清浄処理を行う。従来の方法において必要されていた冷却後の熱処理工程は不要である。
【００３１】
以上の工程を経て得られた鍛造品は、硬度がＨＲＣ２３〜２８（熱影響部はＨＲＣ２０〜２３）で、硬度，粘り強さとも、従来方法によって得られる鍛造品に比べて遜色のないものであった。
【００３２】
なお、本実施例による方法の如く、切断した素材のうちの一部のみを加熱してその加熱部分について鍛造処理を施す方法によれば、必然的に、鍛造品に昇温部分と常温部分との熱境界部分が残る。この熱境界部分の金属組織は、加熱した部分と非加熱の部分との中間的な組織となっている。したがって、旧来の伝統的な考え方によれば、冷却後に熱処理を繰り返して行う等の手段によって、前記熱境界部分を無くして金属組織の均質化を図る必要があるとされていた。
【００３３】
これに対し、本実施例に係る製造方法では、前記熱境界部分を無くするための熱処理工程を設けていない。これは、我国の製鋼技術の進歩により不純物をほとんど含まない良質の鋼材が得られるようになってきたことに鑑み、そのような良質の鋼材を素材として用いれば、鍛造品に熱境界部分を残したままとしても、従来品に劣らない機械的性質を保証できるとの新たな認識に基づくものである。
【００３４】
本実施例に係る製造方法によれば、前記第一実施例と同様に、従来必要不可欠とされていた冷却後の熱処理工程を省くことができ、しかも、従来品に劣らない機械的性質を備えた熱間鍛造品が得られる。
【００３５】
本第二実施例に係る製造方法は、前記第一実施例に係る製造方法に比べて、素材の投入から完成までに比較的長時間を要する。しかし、本第二実施例の方法は、段取り変更時間が短くて済む等の理由から、今日の生産方式の主流である多品種少量生産にも適している。
【００３６】
また、本第二実施例に係る方法で得られた鍛造品によれば、冷却工程後の機械加工工程に投入した場合に、その機械加工工程におけるトラブルの発生が少ないという利点がある。
【００３７】
すなわち、切断した素材の全体を加熱した上で前記軸部４と前記クランクアーム３との一体品５を型鍛造する場合には、金型からの抜き易さを考慮して、前記軸部にテーパーが形成されるように成形された金型を使用するのが一般的である。従来、このようにして得られた軸部とクランクアームとの一体品を自動ラインよりなる前記機械加工工程に投入した場合、前記軸部４となる部分にテーパーが形成されていることから、つかみ損ないが生じ易かった。
【００３８】
この点、前記第二実施例の方法によれば、クランク軸１の軸部となる部分４ａにテーパーを形成する必要がなく、軸部４に相当する部分４ａを素材の原形のまま直線的に残すことができる。このため、自動ラインによる機械加工工程等でつかみ損ないを生ずる等の問題がないほか、トラブルが発生しないのと、テーパー部の削除加工の必要がないので、加工費及び材料費のロスも少なく合理的である。
【００３９】
以上の如くの本発明方法により処理された非調質鋼製軸を、ＡＮＳＩ試験法に基づき、３０００ｒｐｍで回転している翼車の軸に用いて、衝撃テストを何度も行ったが、亀裂が全く認められなかった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、従来必要不可欠とされていた冷却後の熱処理工程を省くことができ、しかも、従来品に劣らない機械的性質を備えた熱間鍛造品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る製造方法における加熱・鍛造予備成形工程を示す説明図である。
【図２】本発明方法によって得られる鍛造品の一例としての組立式クランク軸を示す正面図である。
【図３】調質鋼と非調質鋼の熱処理性状を示す硬度比較図である。
【符号の説明】
３ａ  要鍛造処理部分
６    固定電極
７    可動電極
【図１】
0003671205.tif 000002
【図２】
0003671205.tif 000003
【図３】
0003671205.tif 000004