(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、液体潤滑剤を被加工材の表面に塗布することによって被加工材の表面に潤滑被膜を形成するに際し、潤滑被膜が０．５ｍｍを超えないように液体潤滑剤を塗布し、被加工材を６００℃以上の温度で保持する保持時間（hr）を「５×潤滑被膜の厚み（mm）」で求められる時間以上とした後、被加工材を据え込み鍛造する。被加工材を保持する温度は、「鍛造温度−２００℃」以上とする。【選択図】図１
2014213362.tif 000002
【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、加熱された被加工材を据え込み鍛造する熱間鍛造方法において、
前記被加工材に液体潤滑剤を塗布するに際しては、当該被加工材の表面に形成される潤滑被膜が０．５ｍｍを超えないように前記液体潤滑剤を塗布し、
前記液体潤滑剤を塗布した被加工材を加熱するに際しては、前記被加工材を６００℃以上の温度で保持する保持時間（hr）を「５×潤滑被膜の厚み（mm）」で求められる時間以上とすることを特徴とする熱間鍛造方法。
【請求項２】
前記被加工材を保持する温度が、「鍛造温度−２００℃」以上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、加熱された被加工材を据え込み鍛造する熱間鍛造方法において、前記被加工材に液体潤滑剤を塗布するに際しては、当該被加工材の表面に形成される潤滑被膜が０．５ｍｍを超えないように前記液体潤滑剤を塗布し、前記液体潤滑剤を塗布した被加工材を加熱するに際しては、前記被加工材を６００℃以上の温度で保持する保持時間（hr）を「５×潤滑被膜の厚み（mm）」で求められる時間以上とすることを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、前記被加工材を保持する温度は、「鍛造温度−２００℃」以上であるとよい。
【発明の効果】
【０００８】
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】
【０００９】
【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】
【００１０】
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（ｅ）〜図１（ｇ）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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。  
【００１４】
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。
【００１５】
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（ｄ））、前処理の終了後に荒地２を鍛造している（図１（ｅ）〜図１（ｇ））。
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を取り出した後、据え込み鍛造を行う。
【００１６】
本発明の据え込み鍛造方法では、特に、荒地２の表面に塗布した液体潤滑剤１２が鍛造中に十分に作用するように、プレコート工程や加熱工程の方法を規定している。
次に、プレコート工程、加熱工程について詳しく説明する。
プレコート工程で用いる液体潤滑剤１２は、ＳｉＯ２やＢ２Ｏ３等を含有するガラス（液体ガラス潤滑剤という）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。
【００１７】
プレコート工程では、脱脂後の荒地２を予め８０〜１００℃に予熱しておき、予熱後の荒地２の表面全体に、液体ガラス潤滑剤１２を塗布する。
荒地２の表面に液体ガラス潤滑剤１２を塗布すると、当該液体ガラス潤滑剤１２に含まれる水分等は蒸発し、その後、荒地２の表面には、ガラスを主成分とした潤滑被膜（ガラス潤滑被膜）１２ａが形成される。言い換えれば、液体ガラス潤滑剤１２を荒地２の表面に塗布した後、塗布した部分が乾燥すると、ガラス潤滑被膜１２ａが形成される。なお、上述したように、液体ガラス潤滑剤１２を荒地２に塗布する前に予め荒地２を予熱しているため、当該液体ガラス潤滑剤１２の塗布後に予熱後の熱によって、塗布部分が乾燥装置等を設けなくても自然に乾燥する。なお、液体ガラス潤滑剤１２を荒地２に塗布後、乾燥装置を用いて強制的に乾燥をさせてもよい。
【００１８】
このプレコート工程においては、乾燥後のガラス潤滑被膜１２ａの厚みは、出来る限り厚くした方が好ましく、ガラス潤滑被膜１２ａを厚くするために、例えば、液体ガラス潤滑剤１２の塗布と、乾燥とを繰り返し行うことが望ましい。
例えば、乾燥後に荒地２の表面に形成されたガラス潤滑被膜１２ａの厚みが可能な限り０．５ｍｍに近づくように、液体ガラス潤滑剤１２の塗布と乾燥とを繰り返し行う。ただし、ガラス潤滑被膜１２ａの厚みが余りにも大きすぎると、加熱工程や以降の工程にてガラス潤滑被膜１２ａが剥がれたり、気泡が発生し易くなり、結果的に、潤滑性が低下する虞がある。そのため、本発明では、プレコート工程において、ガラス潤滑被膜１２ａが０．５ｍｍを超えないように液体ガラス潤滑剤１２の塗布を行うこととしている。好ましくは、ガラス潤滑被膜１２ａは０．４５ｍｍを超えないようにするのがよい。
【００１９】
上述したように、プレコート工程において、荒地２の表面にガラス潤滑被膜１２ａを形成すると、荒地２を加熱炉等に移動させて加熱工程にて、荒地２を６００℃以上の温度に加熱する。荒地２を６００℃以上に加熱すると、ガラス潤滑被膜１２ａに含まれるバインダー等の有機成分の多くが揮発を促される。
加熱工程において、荒地２の加熱時間を十分に確保していないと、鍛造時に潤滑性に優れ且つ均一性の高いガラス潤滑被膜１２ａを形成することができない。そのため、加熱工程では、プレコート工程において形成したガラス潤滑被膜１２ａを元に荒地２の保持時間（６００℃以上で保持する時間）を規定している。具体的には、加熱工程において、荒地２を６００℃以上の温度で保持する保持時間（hr）を、「５×ガラス潤滑被膜の厚み（mm）」で求められる時間以上としている。例えば、乾燥時のガラス潤滑被膜の厚みが０．４ｍｍである場合、２hr以上、荒地２を６００℃以上で保持する。
【００２０】
なお、加熱工程において、荒地２を保持する温度は、鍛造時における温度（鍛造温度）であることが望ましいが、少なくとも鍛造温度を基準として、「鍛造温度−２００℃」以上であればよい。鍛造温度での粘度特性に適した液体ガラス潤滑剤１２を使用している場合、概ね「鍛造温度−２００℃」以上であれば、液体ガラス潤滑剤１２に含まれるガラス質成分が軟化（溶融）し、均一性の高いガラス潤滑被膜１２ａを形成することができる。さらに好ましくは、荒地２を６００℃以上の温度で保持する保持時間（hr）を、「１０×ガラス潤滑被膜の厚み（mm）」以上とするとよい。
【００２１】
以上、プレコート工程においては、予熱した荒地２に液体ガラス潤滑剤１２を塗布した後、乾燥して水分等を除去し、適宜、塗布・乾燥を繰り返して荒地２の表面に０．５ｍｍ以下（好ましくは０．４５ｍｍ以下）の乾燥したガラス潤滑被膜１２ａを形成している。さらに、加熱工程においては、荒地２を６００℃以上で保持する保持時間（hr）を「５×ガラス潤滑被膜の厚み（mm）」で求められる値以上としている。
【００２２】
このようなプレコート工程や加熱工程を経ることよって、荒地２の加熱後のガラス潤滑被膜１２ａの被覆不良（剥がれ、気泡発生等）を抑制することができるとともに、ガラス潤滑被膜１２ａに含まれる微量の水分・空気やバインダー等の有機成分の揮発を促して、鍛造時の潤滑性に優れる均一性の高いガラス潤滑被膜１２ａを得ることができる。なお、ガラス潤滑被膜１２ａが塗布される荒地２の表面は、例えばショット肌のように、適度に粗度の大きい表面状態とする方が、容易に剥離しない被膜を形成し易く、粗度の小さい表面状態よりも被覆不良を抑制できるため望ましい。
【００２３】
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。
係る前処理の終了後、ガラス潤滑被膜１２ａを形成した荒地２を据え込み鍛造装置１に装入する。即ち、図１（ｅ）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（ｆ）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。
【００２４】
図１（ｇ）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、プレコート工程にて荒地２の表面に形成するガラス潤滑被膜１２ａを適正にすると共に、加熱工程によって、荒地２を所定温度以上（例えば、６００℃以上）に保持する保持時間を適正にすることによって、金型３と荒地２との間に良好な潤滑性を確保することができる。即ち、加熱後（鍛造前）における被覆剤（液体潤滑剤）による荒地２の被覆不良（剥がれ、気泡発生等）を抑制することができる。また、荒地２の表面に潤滑性に優れる均一性の高い被覆を行うことができる。
【００２５】
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。
【００２６】
上述実施形態では、荒地２の表面にガラス潤滑被膜１２ａを形成しているが、これに加え、加熱処理後（鍛造前）に、荒地２の表面に粉末ガラス潤滑剤を塗布することにより荒地２の表面の被覆をさらに強固にしてもよい。また、据え込み鍛造装置１（下金型４）に荒地２を載置する際に、荒地２と下金型４との間に、鍛造後の荒地２が下金型４から離れやすくする離型剤を設けた後に、鍛造を行ってもよい。
【符号の説明】
【００２７】
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）
１２ａ  潤滑被膜（ガラス潤滑被膜）
Ｗ  鍛造品
【図１】
2014213362.tif 000003