JP2006289394A - Ｍｎ−Ｃｕ系合金製リングの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料から寸法精度のよいリングを経済的に製造することができる方法を提供する。
【解決手段】
Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料からリングを製造する方法において、Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料を据え込み、成形及び打ち抜きの冷間鍛造に供してリング素材とした後、該リング素材を冷間転造に供して所要の大きさのリングとした。
【選択図】 図１

Description

本発明はＭｎ−Ｃｕ系合金製リングの製造方法に関し、更に詳しくはＭｎ−Ｃｕ系合金材料から塑性加工によりリングを製造する方法の改良に関する。

従来、合金材料、例えば合金製丸棒の切断物からリングを製造する場合、該切断物を据え込み、成形及び打ち抜きの熱間鍛造に供して所要の大きさのリングとする方法が知られている（例えば特許文献１参照）。また従来、合金製リング素材からリングを製造する場合、該合金製リング素材を冷間転造（Ｃｏｌｄ Ｒｉｎｇ Ｆｏｒｍｉｎｇ、略称ＣＲＦ）に供して所要の大きさのリングとする方法も知られている（例えば特許文献２参照）。

しかし、合金材料を前記のような熱間鍛造に供して所要の大きさのリングとする従来法には、該合金材料が鉄系合金材料である場合には比較的問題は少ないが、該合金材料がＭｎ−Ｃｕ系合金材料である場合には、鉄系合金材料に比べて熱間鍛造の可能な温度範囲が狭いこともあるため、これを前記のような据え込み、成形及び打ち抜きの熱間鍛造に供して所要の大きさのリングとすること自体が難しく、熱間鍛造するための相応の熱処理設備とその管理が必要であり、また打ち抜き屑が多く発生するために歩留まりが低く、とりわけ得られるリングの寸法精度が悪いという問題がある。またＭｎ−Ｃｕ系合金材料、例えばＭｎ−Ｃｕ系合金製丸棒の切断物を熱間鍛造に供してリング素材とした後、該リング素材を冷間転造に供して所要の大きさのリングとすることも考えられるが、この場合には相応の改善がみられるものの、依然として相応の熱処理設備とその管理が必要であり、また得られるリングの寸法精度も悪いという問題がある。
特開平１０−１１８７３７号公報 特開２００１−９５５２号公報

本発明が解決しようとする課題は、Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料から寸法精度のよいリングを経済的に製造することができる方法を提供する処にある。

前記の課題を解決する本発明は、Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料からリングを製造する方法において、Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料を据え込み、成形及び打ち抜きの冷間鍛造に供してリング素材とした後、該リング素材を冷間転造に供して所要の大きさのリングとすることを特徴とするＭｎ−Ｃｕ系合金製リングの製造方法に係る。

本発明では先ず、Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料を据え込み、成形及び打ち抜きの冷間鍛造に供してリング素材とする。原料として用いるＭｎ−Ｃｕ系合金の組成は、Ｍｎをベースとし、Ｍｎの次にＣｕを多く含有するものであれば特に制限されないが、代表的には本発明によって製造した所要の大きさのリングに制振性能を付与し、ほぼそのままのリング形状で使用する関係から、Ｍｎをベースとし、原子％で、Ｃｕを２０±５％、Ｎｉを５±３％、Ｆｅを２±１％含有するものが好ましく、また更にＡｌを２〜５％含有するものが好ましい。本発明では、Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料として、かかるＭｎ−Ｃｕ系合金製の例えば丸棒を径方向へ切断した切断物を用いる。

本発明では、前記のようなＭｎ−Ｃｕ系合金材料を据え込み、成形及び打ち抜きの冷間鍛造に供してリング素材とする。例えば、Ｍｎ−Ｃｕ系合金製丸棒の切断物を、やや扁平状に据え込み、更に断面凹形の容器状に成形した後、その底面を打ち抜いてリング素材とするのである。かかるリング素材がこれを更に冷間転造して得られる所要の大きさのリングに比べて小さい外径及び内径を有することはいうまでもない。以上のような冷間鍛造において、据え込み前、据え込みと成形との間、成形と打ち抜きとの間に、Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料等の被冷間鍛造物を適宜に溶体化処理することもできる。

本発明では次に、前記のような冷間鍛造したリング素材を冷間転造に供して所要の大きさのリングとする。冷間転造それ自体は、成形ロールに引っ掛けたリング素材にマンドレルを当接させた状態にて該マンドレルを回転させることにより該リング素材を回転させながら造形する従来法にしたがって行なうことができる。本発明では、前記したような冷間鍛造の据え込みに先立って、及び／又は冷間鍛造後の冷間転造に先立って、素材丸棒の加工や冷間鍛造による加工歪を除去するために、またマルテンサイト相（双晶）やα相を低減させるために、Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料や冷間鍛造したリング素材を例えば７００〜９００℃の温度範囲で０．５〜４時間保持後に急冷する溶体化処理を行なうのが好ましい。

かくして得られる所要の大きさのリングは、代表的にはこれに制振性能を付与し、ほぼそのままのリング形状で使用することができる。この場合の制振性能の付与は、加熱及び徐冷の熱処理に供する従来法にしたがって行なうことができるが、冷間転造した所要の大きさのリングを８００〜１１００℃の温度範囲で加熱した後、０．８５〜１．６５℃／分で定速徐冷するか、又は７００〜９００℃の温度範囲で加熱及び保持して溶体化処理し、引き続き３５０〜６５０℃の温度範囲で加熱及び保持して時効処理することにより行なうのが好ましい。

以上説明した本発明には、Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料から所要の大きさのリングを製造するに際して、熱間鍛造する場合のような相応の熱処理設備やその管理は必要でなく、また熱間鍛造する場合に比べて打ち抜き屑の発生量が少ない分だけ歩留まりが高く、したがってこれらが相まって全体として経済的であり、とりわけ得られるリングの寸法精度が良いという効果がある。

図１は本発明の実施形態を断面で略示する工程図である。図１では、Ｍｎ−Ｃｕ系合金製丸棒の切断物１を溶体化処理した後、据え込み、成形及び打ち抜きの冷間鍛造に供している。据え込みでは潤滑処理した短尺な円柱状の切断物１を据え込んで扁平状物２としており、また成形では扁平状物２を成形して断面凹形の容器状物３としていて、更に打ち抜きでは容器状物３の底面を打ち抜いてリング素材４としている。引き続き図１では、リング素材４を溶体化処理した後、冷間転造に供して、リング素材４よりも外径及び内径が大きくて肉厚の薄い、所要の大きさのリング５としている。

実施例１
図１について前記した工程図にしたがい、下記の条件下でリングを製造した。
Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料：原子％で、Ｍｎ−２０Ｃｕ−５Ｎｉ−２Ｆｅの組成を有する合金製丸棒の切断物であって、外径３４mmで高さ４２．２mmの切断物を、８２０℃で１時間加熱及び保持して溶体化処理したものを用いた。
冷間鍛造：前記の切断物を潤滑処理した後、設定値が外径６０mmの扁平状物に据え込み、次いで設定値が同じ外径の容器状物に成形し、更に底面を打ち抜いて設定値が外径６０mmで内径４０mmのリング素材とした。
冷間転造：前記のリング素材を８２０℃で１時間加熱及び保持して溶体化処理した後、設定値が外径８２mmで内径７２mmのリングに冷間転造した。
高精度の温度制御が可能な特別の熱処理炉は必要とせず、また打ち抜き屑の発生量が少ないために歩留まりは高く、したがってこれらが相まって全体として経済的であり、とりわけ寸法精度の良いリングを製造することができた。

比較例１
実施例１と同じ寸法のＭｎ−Ｃｕ系合金材料を用い、これを１１００℃に加熱して、据え込み、成形及び打ち抜きの熱間鍛造により、実施例１と同じ内外径を有するリングの製造を試みたが、当初の加熱でＭｎ−Ｃｕ系合金材料の一部が溶融してしまい、熱間鍛造それ自体を行なうことができなかった。

比較例２
実施例１と同じ寸法のＭｎ−Ｃｕ系合金材料を用い、これを８５０℃に加熱して、据え込み、成形及び打ち抜きの熱間鍛造により、実施例１と同じ内外径を有するリングを製造した。高精度の温度制御が可能な特別の熱処理炉を必要とし、また打ち抜き屑の発生量が多いために歩留まりが低く、したがってこれらが相まって全体として非経済的であり、とりわけ製造したリングの寸法精度が悪かった。

比較例３
実施例１と同じ寸法のＭｎ−Ｃｕ系合金材料を用い、これを８５０℃に加熱して、据え込み、成形及び打ち抜きの熱間鍛造により、設定値が実施例１と同じリング素材とした後、更に冷間転造に供して、実施例１と同じ内外径を有するリングを製造した。高精度の温度制御が可能な特別の熱処理炉を必要としたが、打ち抜き屑の発生量が少ないために歩留まりは高く、製造したリングの寸法精度はやや悪かった。

比較例４
実施例１と同じ寸法のＭｎ−Ｃｕ系合金材料を用い、据え込み、成形及び打ち抜きの冷間鍛造により、実施例１と同じ内外径を有するリングを製造した。高精度の温度制御が可能な特別の熱処理炉は必要としなかったが、大型のプレス機を必要とし、また打ち抜き屑の発生量が多いために歩留まりが低く、したがってこれらが相まって全体として非経済的であったが、製造したリングの寸法精度は良かった。
以上の各例で製造したリングの寸法精度を表１にまとめて示した。別に、原子％で、Ｍｎ−２０Ｃｕ−５Ｎｉ−２Ｆｅ−２Ａｌの組成を有する合金製丸棒の切断物についても以上と同様の製造試験を行なったが、ほぼ同様の結果であった。

本発明の実施状態を断面で略示する工程図。

符号の説明

１ Ｍｎ−Ｃｕ系合金製丸棒の切断物
２ 扁平状物
３ 容器状物
４ リング素材
５ リング

Claims (6)

1. Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料からリングを製造する方法において、Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料を据え込み、成形及び打ち抜きの冷間鍛造に供してリング素材とした後、該リング素材を冷間転造に供して所要の大きさのリングとすることを特徴とするＭｎ−Ｃｕ系合金製リングの製造方法。
2. Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料を溶体化処理してから冷間鍛造に供する請求項１記載のＭｎ−Ｃｕ系合金製リングの製造方法。
3. リング素材を溶体化処理してから冷間転造に供する請求項１又は２記載のＭｎ−Ｃｕ系合金製リングの製造方法。
4. 所要の大きさのリングとしたものに更に熱処理を行なって該リングに制振性能を付与する請求項１〜３のいずれか一つの項記載のＭｎ−Ｃｕ系合金製リングの製造方法。
5. Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料が、Ｍｎをベースとし、原子％で、Ｃｕを２０±５％、Ｎｉを５±３％及びＦｅを２±１％含有するものである請求項１〜４のいずれか一つの項記載のＭｎ−Ｃｕ系合金製リングの製造方法。
6. Ｍｎ−Ｃｕ系合金材料が、Ｍｎをベースとし、原子％で、Ｃｕを２０±５％、Ｎｉを５±３％、Ｆｅを２±１％及びＡｌを２〜５％含有するものである請求項１〜４のいずれか一つの項記載のＭｎ−Ｃｕ系合金製リングの製造方法。
   

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