(57)【要約】【課題】金型と被加工材との間に良好な潤滑性を確保することができるようにする。【解決手段】本発明の熱間鍛造方法は、被加工材に液体潤滑剤を塗布した後、液体潤滑剤を塗布した被加工材を加熱し、加熱後の被加工材に粉末潤滑剤を塗布し、粉末潤滑剤を塗布した被加工材を据え込み鍛造することを特徴とする。また、粉末潤滑剤は、粒度が０．０１〜２ｍｍのガラス粉末とする。また、粉末潤滑剤は、鍛造温度での粘度が１００〜２０００ｐｏｉｓｅとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材に液体潤滑剤を塗布した後、前記液体潤滑剤を塗布した被加工材を加熱し、加熱後の被加工材に粉末潤滑剤を塗布し、前記粉末潤滑剤を塗布した被加工材を据え込み鍛造することを特徴とする熱間鍛造方法。
【請求項２】
前記粉末潤滑剤は、粒度が０．０１〜２ｍｍであるガラス粉末であることを特徴とする請求項１に記載の熱間鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、チタン製の鍛造品を金型を用いて鍛造する際に、金型と鍛造品とに対して潤滑性を付与しつつ鍛造を行う熱間鍛造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、純チタンやTi-6Al-4Vなどのチタン合金は、優れた機械特性や耐食性を有することから、航空機や車両などの輸送機器のエンジン部材、あるいはシャーシなどの構造部材に用いられている。
このような純チタンやチタン合金を用いて上述した鍛造品を鍛造する際には、一般に金型を用いた熱間の据え込み鍛造方法が用いられる。据え込み鍛造方法は、予め製品形状を模して形成された金型内に加熱された被加工材を装入し、被加工材を高温状態に保持したまま金型に沿った形状に引き伸ばすように変形させながら鍛造するものである。据え込み鍛造方法を用いれば、鍛造中の変形において製品形状に沿ったメタルフローが得られるため他の加工方法に比べてより粘り強く、耐衝撃破壊性に優れた鍛造品を得ることができる。この据え込み鍛造方法では、所望とする被加工材の変形及びメタルフローを実現するために、金型と被加工材との間に潤滑性をもたらす潤滑剤を使用することしている。潤滑剤を用いた据え込み鍛造方法として特許文献１及び特許文献２に示すものがある。
【０００３】
これら特許文献１や特許文献２には、黒鉛や窒化ホウ素の固体潤滑成分とガラス質成分を含む潤滑剤を被加工材に予め被覆し、鍛造を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５５−１９４９４号公報
【特許文献２】特開平３−１０９４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２では、鍛造する前に、潤滑剤を被加工材に被覆することが開示されているものの、これらの方法を用いても、鍛造時に潤滑性を確保することが難しいことが実情であり、十分に潤滑性を確保することができる新たな技術が必要であった。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、金型と被加工材との間に良好な潤滑性を確保しつつ据え込み鍛造を行うことができる熱間鍛造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る熱間鍛造方法では、被加工材に液体潤滑剤を塗布した後、前記液体潤滑剤を塗布した被加工材を加熱し、加熱後の被加工材に粉末潤滑剤を塗布し、前記粉末潤滑剤を塗布した被加工材を据え込み鍛造することを特徴とする。
好ましくは、前記粉末潤滑剤は、粒度が０．０１〜２ｍｍであるガラス粉末であるとよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の熱間鍛造方法によれば、金型と被加工材との間に良好な潤滑性を確保しつつ据え込み鍛造を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の熱間鍛造方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の熱間鍛造方法について、図面に基づき詳しく説明する。
本発明の熱間鍛造方法（据え込み鍛造方法）は、図１に示すような据え込み鍛造装置を用いて行われる。
図１（ｆ）〜図１（ｈ）に示すように、据え込み鍛造装置１は、加熱された被加工材（以降、荒地と呼ぶ）２を金型３内に装入して、金型３の形状に沿って荒地２を熱間状態で変形させることにより、所望の形状の鍛造品Ｗを成形するものである。具体的には、この据え込み鍛造装置１は、鍛造品Ｗを成形するための金型３が上下２つに分割できるようになっていて、荒地２が載置される下金型４と、この下金型４に載置された荒地を上方から圧下する上金型５と、を有している。
【００１０】
荒地２は、純チタンやTi-6Al-4Vなどのチタン合金を用いて、上下方向に長尺とされた略円柱状であると共に、上端や下端の縁が斜めに面取りされたような形状に形成されている。
下金型４は、荒地２を内部に収容可能な円筒状の型上部６と、この型上部６の下側に設けられて荒地２を下方より支持する型下部７とを有している。型上部６の中央には、その内径が荒地４の外径より大きく形成された孔部８が上下方向に向かって貫通状に形成されており、この孔部８の内部に荒地２を上方から下方に向かって挿入可能となっている。
【００１１】
型下部７の中央部側であって、孔部８の下方側は、荒地２（孔部８の内径）よりも小径な縦穴状の貫通孔９が形成されている。詳しくは、型下部７の中央部には、孔部８に引き続いて下に向かうにしたがって内径が徐々に小さくなると共に、中途部から内径が一定となる貫通孔９が形成されている。貫通孔９を形成する内側傾斜面９ａに荒地２を載置することができるようになっている。
【００１２】
また、型下部７の下側には、金型支持機構（図示略）が設けられており、金型支持機構によって下金型４を床面などに対して支持できるようになっている。さらに、下金型４の下側には、鍛造が終了した鍛造品Ｗを排出するノックアウト棒１０と、このノックアウト棒１０を上下方向に移動させるシリンダ機構（図示略）とが設けられている。ノックアウト棒１０は、下金型４の貫通孔９に対応した位置に上下方向に移動可能に配備されており、シリンダ機構によってノックアウト棒１０を上方に移動させて鍛造後の荒地２（鍛造品Ｗ）を押し上げることで鍛造品Ｗをダイスから引き剥がせるようになっている。  
【００１３】
上金型５は、下金型４の上方に位置しており、下金型４に載置された荒地２に対して上方から近接離反とされており、上金型５を下降させることで荒地２を上方から押しつぶすように圧下可能となっている。上金型５の中央部には、荒地２を圧下するためのポンチ１１が形成されている。
ポンチ１１は、型上部６の孔部８の開口径に比べてやや小さな外径を備えており、上金型５が下金型４に衝合するまで下降した際に型上部６の孔部８に上方から嵌り込むようになっていて、荒地２の上部を上方から圧下可能となっている。
【００１４】
次に、上記した据え込み鍛造装置による鍛造について詳しく説明する。
本発明の据え込み鍛造方法では、まず、据え込み鍛造装置１によって荒地２を鍛造する前に、荒地２の表面等に対して前処理を行い（図１（ａ）〜図１（ｅ））、前処理の終了後に荒地２を鍛造している（図１（ｆ）〜図１（ｈ））。
詳しくは、図１（ａ）に示すように、前処理では、まず、脱脂工程にて鍛造前の荒地の表面を脱脂する。その後、図１（ｂ）に示すように、プレコート工程にて脱脂後の荒地２に液体潤滑剤（液体ガラス潤滑剤）１２を塗布（プレコート）し、図１（ｃ）に示すように、加熱工程にてプレコート後の荒地２を加熱炉等に装入して当該荒地全体を加熱する。荒地の加熱が終了すると、図１（ｄ）に示すように、取出工程にて加熱した荒地２を取り出し、図１（ｅ）に示すように、粉末塗布工程にて取り出した加熱後の荒地２に粉末潤滑剤１３（粉末ガラス潤滑剤、詳しくは後述する）を塗布する。なお、液体潤滑剤１２は、ＳｉＯ２やＢ２Ｏ３等を含有するものであって、主に数μｍ〜数十μｍのガラス粒子を含有するものである。
【００１５】
このように、据え込み鍛造方法では、荒地２を鍛造する前にプレコート工程及び加熱工
程を行うだけでなく、さらに、粉末塗布工程を行って荒地（チタン合金・ニッケル合金・ステンレス鋼など難加工材）２の表面を粉末潤滑剤１３によって被覆することにより、鍛造時において金型３と荒地（被加工材）２との間での潤滑性を向上させ、鍛造時における焼付発生を抑制したり、鍛造品の割れや疵を防止している。
【００１６】
具体的には、加熱工程にて、鍛造温度に加熱した荒地２、例えば１０００℃に加熱した荒地２を取り出し、粉末塗布工程において、約１０００℃となった状態（加熱状態）の荒地２の表面に粉末潤滑剤１３を塗布する。即ち、粉末塗布工程では、荒地２の表面が鍛造温度に近い温度である状態で粉末潤滑剤１３を塗布する。
なお、粉末塗布工程では、特に、鍛造時に変形する部分に粉末潤滑剤１３を塗布することが好ましい。例えば、図１（ｆ）〜図１（ｈ）に示すように、鍛造において荒地２の下側が大きく変形させる場合、粉末塗布工程では、変形が大きな箇所である荒地２の下側の表面全体に粉末潤滑剤１３を塗布する。ここで「粉末潤滑剤を塗布する」という記載には、「粉末潤滑剤を吹き付ける」ことや「粉末潤滑剤を荒地に押しつける」ことも含むものとする。
【００１７】
荒地２の表面に塗布する粉末潤滑剤１３は、ＳｉＯ２やＢ２Ｏ３等を含有するガラス粉末（粉末ガラス潤滑剤という）であって、主たる粒度は０．０１〜２ｍｍである。即ち、粉末ガラス潤滑剤の粒径分布において、例えば±３σの範囲における粒度（主たる粒度）が０．０１〜２ｍｍとしている。
粉末ガラス潤滑剤１３の主たる粒度が０．０１ｍｍ未満である場合、荒地２の表面には粉末ガラス潤滑剤１３が付着し易くなり付着量が増加するものの、粒度が小さいために均一性が低下する。一方、粉末ガラス潤滑剤１３の主たる粒度が２ｍｍを超えた場合は、荒地２に付着した粉末ガラス潤滑剤１３の均一性が向上するものの、粒度が大きすぎるために付着がし難くなる。粉末ガラス潤滑剤１３の粒度を、０．０１〜２ｍｍにすることにより付着量と均一性のバランスに優れた被覆状態を実現することができる。
【００１８】
また、荒地２の表面に粉末潤滑剤（粉末ガラス潤滑剤）１３を塗布するにあたって、粉末ガラス潤滑剤１３の粘度が低すぎると、潤滑切れによる焼付発生を誘発し易くなり、粘度が高すぎると潤滑性が悪化し荒地の疵発生を誘発し易くなる。それゆえ、粉末ガラス潤滑剤１３の鍛造時における粘度は、低すぎず高すぎないようにすることが望ましい。本発明では、粉末ガラス潤滑剤１３の鍛造温度での粘度が１００〜２０００ｐｏｉｓｅ、さらには、２００〜１０００ｐｏｉｓｅとしている。この範囲にすることにより、潤滑切れになりにくく、潤滑性を向上させて、焼付発生の防止と荒地の疵発生を防止している。
【００１９】
以上のように、本発明では、プレコート工程にて荒地に液体ガラス潤滑剤１２を塗布した後、この液体ガラス潤滑剤１２を塗布した荒地２を加熱工程にて加熱し、加熱後の荒地２に粉末塗布工程にて粉末ガラス潤滑剤１３を塗布し、粉末ガラス潤滑剤１３を塗布した荒地２を据え込み鍛造装置１を用いて鍛造を行っている。
次に、据え込み鍛造装置による鍛造について詳しく説明する。
【００２０】
係る前処理の終了後、粉末ガラス潤滑剤１３を塗布した荒地２を据え込み鍛造装置１に装入する。即ち、図１（ｆ）に示すように、上金型５と下金型４の間に荒地２を挿入し、ポンチ１１が荒地の上面に接触するまで上金型５を押し下げる。その後、図１（ｇ）に示すように、荒地２の圧下を行う。すなわち、据え込み鍛造のポンチ１１が荒地２に接触するまで上金型５を押し下げた後、さらに下方に向かって上金型５を移動させると、上金型５のポンチ１１が孔部８内に収容されていた荒地２を下方に向かって押しつぶし、押しつぶされて変形した材料が広がって型上部６の内部を充填する。そして、型上部６（孔部８）の内部を充填しても余りのある材料が貫通孔９に流れ込む。その結果、荒地２を構成していた材料が、孔部８と貫通孔９との双方に広がって、径が大きな円柱体の下側に径が小さな円柱体を同軸状に重ね合わせたような形状（略ボルト形状）の鍛造品Ｗが成形される。
【００２１】
図１（ｈ）に示すように、上述した鍛造が終了したら、ノックアウト棒１０を上方に移動させ、ノックアウト棒１０で鍛造品Ｗを押し上げる。そうすると、型下部７に固着していた鍛造品Ｗが型下部７から剥がれて、鍛造品Ｗを金型３内から取り出すことが可能とな
る。
以上、本発明によれば、プレコート工程によって荒地２の表面を被覆するのに加え、粉末塗布工程によって、さらに、加熱後の荒地２に粉末ガラス潤滑剤１３を塗布しているため、鍛造時の潤滑切れによる焼付発生を抑制することができる。即ち、プレコート工程において、荒地２の表面を液体ガラス潤滑剤１２によって被覆した場合、加熱後のガラス膜厚（室温まで冷却した際の測定値）は最大で０．２ｍｍ程度になっていたが、鍛造直前に粉末ガラス潤滑剤１３も塗布しているためガラス膜厚を１ｍｍ以上にすることが可能となり、これにより、鍛造時の潤滑切れを防止し、焼付発生を抑制することができる。
【００２２】
また、荒地２を治具やマニ等で把持して移動させる場合、液体ガラス潤滑剤（プレコート剤）１２が部分的に剥離することがあるが、鍛造直前に粉末ガラス潤滑剤１３を塗布しているため、プレコート剤１２が剥離した部分を補修することができ、潤滑切れによる焼付発生を抑制することができる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００２３】
１  据え込み鍛造装置
２  被加工材（荒地）
３  金型
４  下金型
５  上金型
６  型上部
７  型下部
８  孔部
９  貫通孔
９ａ  内側傾斜面
１０  ノックアウト棒
１１  ポンチ
１２  液体潤滑剤（液体ガラス潤滑剤）
１３  粉末潤滑剤（粉末ガラス潤滑剤）
Ｗ  鍛造品
【図１】
2014213361.tif 000003