JP2505999B2 - 超高温熱間鍛造方法 - Google Patents

超高温熱間鍛造方法

Info

Publication number
JP2505999B2
JP2505999B2 JP3193572A JP19357291A JP2505999B2 JP 2505999 B2 JP2505999 B2 JP 2505999B2 JP 3193572 A JP3193572 A JP 3193572A JP 19357291 A JP19357291 A JP 19357291A JP 2505999 B2 JP2505999 B2 JP 2505999B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
sec
cooling
less
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP3193572A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0515935A (ja
Inventor
武司 三木
正弘 戸田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP3193572A priority Critical patent/JP2505999B2/ja
Priority to US07/905,737 priority patent/US5257522A/en
Priority to EP92111492A priority patent/EP0522501B1/en
Priority to DE69206696T priority patent/DE69206696T2/de
Publication of JPH0515935A publication Critical patent/JPH0515935A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2505999B2 publication Critical patent/JP2505999B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/06Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車や建設機械の足
廻りに使用される強度部品や、コネクティングロッドな
どの複雑な形状をした部品の鍛造技術、特に超高温域に
おける熱間鍛造方法に係るものである。
【0002】
【従来の技術】これまで、機械部品を鋼材から鍛造する
方法として、熱間鍛造、温間鍛造、冷間鍛造が用いられ
ており、比較的小物で単純な形状のものは冷間鍛造され
るが、複雑な形状の大物は熱間鍛造されている。温間鍛
造は、ステンレスなど変形抵抗の高い材料の高精度加工
法として一部で用いられている。
【0003】しかしながら、近年自動車などの機械部品
において飛躍的な軽量化が指向されるに至って、素材を
高強度化しようとすると、合金成分の添加によって加工
時の変形抵抗が大幅に増加し、工具が耐えられなくな
る。しかも、軽量化することによって生じる剛性の低下
を断面係数によって確保しようとすると、部品の形状は
複雑なものとならざるを得ず、これを形成するための鍛
造工具の耐久性は一段と低下することになる。
【0004】これらを解決するには、従来1000〜1
250℃で行われている熱間鍛造の加熱温度を高めて変
形抵抗を下げることが考えられるが、そうした場合、鋼
材加熱中や加工中に激しい酸化が起こって、歩留低下、
精度低下、表面性状不良などを引き起こすほか、材料温
度が型によって急激に低下するため思ったほどの成形性
が得られず、ほとんど実施されていない。
【0005】僅かに研究されているものとして、生産研
究(東京大学生産技術研究所発行)第42巻第2号(1
990年2月)第11頁に、鋳鉄を半溶融状態の温度に
加熱後鍛造した例が報告されている。これは、通常の熱
間鍛造では素材が割れて成形できなかったものを、半溶
融状態にすることによって成形可能としたものである
が、鋳鉄の場合は1000℃程度で半溶融状態が実現で
きるため、通常の鋼の熱間鍛造に比してとくに高温とい
うわけではなく、加熱条件や雰囲気制御による酸化膜の
抑制や、加工条件の改良による成形性の向上などの手段
については特段の処置は採られていない。鋼材の場合、
鋳鉄に比べてはるかに溶解温度が高いので、前述のよう
な問題があって溶解温度近くでは鍛造されていない。も
ちろん、鋳鉄では自動車などで必要とされる高強度部品
を作ることはできない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高強度かつ
軽量機械部品を鍛造するとき、従来技術で重要な問題と
なる工具の耐久性、高温鍛造を行う場合に発生する酸
化による歩留り低下、精度低下および表面性状不良など
の問題点を解決するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、1%未
満の炭素量を含有する鋼材を、無酸化雰囲気中で平均昇
温速度3℃/秒以上20℃/秒以下で加熱して、平衡状
態図における固相線温度の45℃下または1250℃の
いずれか高い方を下限とし、平衡状態図における液相線
温度の20℃下を上限とする温度域に設定し、型内で平
均500mm/秒以上の加工速度で成形するか、または
加熱終了後予め200℃以上に加熱された型内で平均2
00mm/秒以上の加工速度で成形した後、放冷または
急冷することを特微とする超高温熱間鍛造方法である。
同方法において、加熱終了後、酸化膜を除去すると共
に、材料の表層から1mm以上10mm以内を冷却速度
10℃/秒以上で1200℃以下となるまで冷却し、直
後に鍛造を施すこと、さらに、主たる成形を行った後、
鍛造機の下死点において少なくとも材料表面温度が10
00℃以下となるまで鍛造時の最高荷重の10%以上の
荷重を保持すること、または、主たる成形を行った後、
その時の温度から少なくとも表層は800℃以下となる
まで5℃/秒以上の冷却速度で急速冷却することも可能
である。
【0008】
【作用】本発明は、強度の高い成分系鋼材の変形抵抗を
下げて鍛造・加工するため、従来は避けてきた1250
℃以上の超高温域に急速加熱することによって酸化を防
止しつつ著しい変形抵抗の低減を実現し、もって工具の
耐久性を飛躍的に高めるものである。
【0009】以下に本発明を詳細に説明する。
【0010】図1は鍛造される鋼材の熱履歴を図示した
もので、同図(a)は従来の熱間鍛造法、同図(b)、
(c)は本発明の態様を示す。
【0011】図1(a)においてAは加熱過程、Bは保
持状態を示し、通常この温度は1200℃前後である。
その後Cで鍛造され、Dにおいて放冷されるのが一般的
である。
【0012】これに対し、図1(b)においてEは急速
加熱を示し、Fで短時間保持された後、Gで鍛造され、
急速冷却Hまたは放冷Iされる。Eの加熱はアルゴン、
窒素などの無酸化雰囲気中で、高周波加熱などの急速加
熱法を用いて平均昇温速度3℃/秒以上で行う。これ
は、超高温に加熱することによって発生する酸化を極力
抑制し、鋼材の歩留向上と精度向上を図るためである。
昇温速度を3℃/秒以上とするのは、この速度未満では
酸化抑制の効果が十分でないからである。一方、20℃
/秒以下の昇温速度とするのは、これを超えると鋼材の
内部温度が不均一となって局部的に溶け落ちる危険が伴
うからである。Fの短時間保持は、Eの昇温加熱のみで
鋼材の均一加熱が可能であれば省略可能である。また、
最高加熱温度を、固相線温度の45℃下または1250
℃のいずれか高い方を下限とし、液相線温度の20℃下
を上限とする温度域に設定するのは、この範囲より低い
温度の加熱では鍛造時の変形抵抗が高く、材料流動が十
分に行われないからであり、それを超える温度では、僅
かな温度の不均一により局部的に溶け落ちる可能性があ
るからである。さらに、鍛造時に鋼材を型内で平均50
0mm/秒以上の加工速度で成形するのは、それより低
い加工速度では鋼材が型で冷却されて変形抵抗が急増
し、材料の流動性が低下するからである。一方、型温度
を200℃以上に予加熱しておく方法を用いれば型によ
る冷却が抑制されるので、200mm/秒以上の加工速
度で十分である。
【0013】図1(c)の例では、表層と内部をそれぞ
れ実線および破線で示しており、表層は高周波加熱J、
保持K後、表面は噴出ガスなどにより酸化膜を除去され
ると同時に、Lに示すように表層が1200℃以下に急
速冷却された後、Nで鍛造され、Pで急速冷却される。
一方、鋼材内部は急冷されないので、Mの冷却カーブを
たどった後、Oで鍛造され、Qで冷却される。表層を冷
却するのは、その部分の組織を微細にするためであり、
冷却速度を10℃/秒以上とするのは、酸化を抑制する
ためである。また、冷却範囲を表層から1mm以上10
mm以内とするのは、それより浅い範囲の冷却では組織
微細化の効果が加工した部品の性能として現れないこと
と、それを超えると表層の温度低下による変形抵抗の上
昇が全体の材料流動性を低下させることとによる。な
お、表層冷却には高圧の空気、窒素などの気体のみなら
ず、水分等の液体、固体を用いても良い。
【0014】また、本発明においては、主たる成形を行
った後、必要に応じて鍛造機の下死点において少なくと
も材料表面温度が1000℃以下となるまで、鍛造時の
最高荷重の10%以上の荷重を保持する工程を入れるこ
ともできる。これは、超高温下の鍛造が短時間に終了し
た場合、熱ひずみが大きいため、製品の精度が低下する
傾向にあるのを防ぐためである。表面温度を1000℃
以下とするのは、この条件下では熱ひずみが十分小さく
なるからである。また、保持荷重を10%以上とするの
は、これ未満では熱ひずみの抑制が不十分であるからで
ある。なお、この方法に代えて、主たる成形を行った
後、少なくとも表面は800℃までは5℃/秒以上の冷
却速度で急速冷却することも可能である。この際、80
0℃まで急速冷却するのは、それより高い温度で急速冷
却を止めると酸化が大きくなるからであり、5℃/秒以
上で急速冷却するのは、それより遅いとやはり酸化が大
きくなるからである。
【0015】本発明において、炭素量を1%未満とする
のは、1%以上を含む鋼材を用いて高強度にした部品は
靱性が低いため、自動車などの重要な部分に適用できな
いからである。
【0016】
【実施例】表1に示す化学成分を有する鋼材を用いて、
本発明方法および比較法の実験を行った。それぞれの固
相線温度と液相線温度も表1に示した。
【0017】
【表1】
【0018】素材はφ30×45とし、所定の温度に設
定後、無潤滑状態で種々の加工速度で素材軸方向に圧縮
した。本発明法では、窒素ガス雰囲気中で高周波電源を
用いて5℃/秒で加熱し、比較法においては大気中で2
℃/秒で加熱した。全て最大荷重10tonfとなるま
で圧縮し、この圧縮後に得られた素材軸の直角方向の断
面積の拡大率を測定して、表2に示した。
【0019】
【表2】
【0020】表2より明らかなように、本発明法によっ
て製造したサンプルの面積拡大率はいずれの場合も2.
0を越えているが、同じ荷重をかけた比較法の結果は全
て2.0未満となっており、両者の成形性に歴然たる差
が見られる。成形性は加工速度300mm/秒では低い
が、500mm/秒以上になると大幅に高まり、100
0mm/秒ではさらに高くなることが分かる。
【0021】次に、鋼材の酸化膜生成についての実験を
比較したところ、表3の結果を得た。本発明法2では、
酸化膜は僅か17μmしか生じていないのに対し、比較
法6で、加熱速度Sを1℃/秒と遅くしたところ、酸化
膜厚が120μmに達した。さらに、加熱速度は本発明
法2と同じ5℃/秒としたが、雰囲気は空気としたとこ
ろ、酸化膜厚は200μmに及んだ。
【0022】
【表3】
【0023】また、鍛造に表層急冷の実験を行い、他
の方法と表層部の靱性を比較した結果が表4である。既
述の本発明法3は表層急冷していないので、JIS4号
衝撃試験片による20℃における衝撃値は1.2kgf
−m/cm 2 であったが、冷却速度15℃/秒で急冷し
て表層下6mmまでを1200℃以下とした後鍛造した
本発明法9では、10.1kgf−m/cm 2 もの高い
衝撃値を示した。そして、比較法3は本発明法3、9と
同じ鋼種Lを用いて加熱速度を2℃/秒、加熱雰囲気を
空気とし、加工速度を300mm/秒としたものであ
り、衝撃値は0.3kgf−m/cm 2 と非常に小さく
なった。これらの結果から、表層を急冷した後、鍛造す
ることは顕著な効果があることが分かる。
【0024】
【表4】T:1200℃までの冷却速度、D:1200
℃以下の領域の深さ
【0025】
【発明の効果】本発明により、鋼材の成形性が著しく高
まることにより、工具の耐久性が向上し、従来なし得な
かった複雑形状の部品加工や高強度材料の加工が、高精
度で実施できるとともに、材質も優れたものが実現でき
る。このことは部品の軽量化を実現し、自動車の燃費改
善など多大の効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図1】鍛造される鋼材の熱履歴を示す図であり、同図
(a)は従来法、同図(b)、(c)は本発明法の例を
示す。
【符号の説明】
A 加熱過程 B 保持状態 C 鍛造 D 放冷 E 高周波による急速加熱 F 保持 G 鍛造 H 急速冷却 I 放冷 J 高周波加熱 K 保持 L 表層の急速冷却 N 鍛造 P 冷却 M 鋼材内部の冷却 O 鍛造 Q 冷却

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1%未満の炭素量を含有する鋼材を、無
    酸化雰囲気中で平均昇温速度3℃/秒以上20℃/秒以
    下で加熱して、平衡状態図におけ固相線温度の45℃下
    または1250℃のいずれか高い方を下限とし、平衡状
    態図における液相線温度の20℃下を上限とする温度域
    に設定し、型内で平均500mm/秒以上の加工速度で
    成形した後、放冷または急冷することを特徴とする超高
    温熱間鍛造方法。
  2. 【請求項2】 1%未満の炭素量を含有する鋼材を、無
    酸化雰囲気中で平均昇温速度3℃/秒以上20℃/秒以
    下で加熱して、平衡状態図における固相線温度の45℃
    下または1250℃のいずれか高い方を下限とし、平衡
    状態図における液相線温度の20℃下を上限とする温度
    域に設定し、加熱終了後予め200℃以上に加熱された
    型内で平均200mm/秒以上の加工速度で成形した
    後、放冷または急冷することを特徴とする超高温熱間鍛
    造方法。
  3. 【請求項3】 加熱終了後、酸化膜を除去すると共に、
    材料の表層から1mm以上10mm以内を冷却速度10
    ℃/秒以上で1200℃以下となるまで冷却し、直後に
    鍛造を施すことを特徴とする請求項1または2記載の超
    高温熱間鍛造方法。
  4. 【請求項4】 主たる成形を行った後、鍛造機の下死点
    において少なくとも材料表面温度が1000℃以下とな
    るまで鍛造時の最高荷重の10%以上の荷重を保持する
    ことを特徴とする請求項1,2又は3に記載の超高温熱
    間鍛造方法
  5. 【請求項5】 主たる成形を行った後、その時の温度か
    ら少なくとも表層は800℃以下となるまで5℃/秒以
    上の冷却速度で急速冷却することを特徴とする請求項
    1,2又は3に記載の超高温熱間鍛造方法。
JP3193572A 1991-07-09 1991-07-09 超高温熱間鍛造方法 Expired - Fee Related JP2505999B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3193572A JP2505999B2 (ja) 1991-07-09 1991-07-09 超高温熱間鍛造方法
US07/905,737 US5257522A (en) 1991-07-09 1992-06-29 Process of hot forging at ultrahigh temperature
EP92111492A EP0522501B1 (en) 1991-07-09 1992-07-07 Process of hot forging at ultrahigh temperature
DE69206696T DE69206696T2 (de) 1991-07-09 1992-07-07 Verfahren zum Warmschmieden bei sehr hoher Temperatur

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3193572A JP2505999B2 (ja) 1991-07-09 1991-07-09 超高温熱間鍛造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0515935A JPH0515935A (ja) 1993-01-26
JP2505999B2 true JP2505999B2 (ja) 1996-06-12

Family

ID=16310242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3193572A Expired - Fee Related JP2505999B2 (ja) 1991-07-09 1991-07-09 超高温熱間鍛造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5257522A (ja)
EP (1) EP0522501B1 (ja)
JP (1) JP2505999B2 (ja)
DE (1) DE69206696T2 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5406824A (en) * 1992-09-17 1995-04-18 Nippon Steel Corporation Process of hot forging at ultrahigh temperature
US7047788B2 (en) * 2003-12-01 2006-05-23 General Electric Company Precision control of airfoil thickness in hot forging
ATE335647T1 (de) * 2004-03-15 2006-09-15 Hi Line S R L Lenker für fahrräder und motorräder
JP2006051543A (ja) * 2004-07-15 2006-02-23 Nippon Steel Corp 冷延、熱延鋼板もしくはAl系、Zn系めっき鋼板を使用した高強度自動車部材の熱間プレス方法および熱間プレス部品
CN103567337B (zh) * 2013-10-26 2015-06-17 芜湖新兴铸管有限责任公司 一种双相钢的热加工方法
CN104651592A (zh) * 2014-06-14 2015-05-27 柳州市奥凯工程机械有限公司 45钢制连杆螺母的淬火方法
CN106001345A (zh) * 2016-06-20 2016-10-12 安徽省瑞杰锻造有限责任公司 一种Cr12MoV扭转辊的锻造工艺
CN107377836A (zh) * 2017-06-30 2017-11-24 陕西宏远航空锻造有限责任公司 一种改善铁基高温合金叶片低倍组织的锻造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3857741A (en) * 1972-02-17 1974-12-31 Republic Steel Corp Steel product having improved mechanical properties
US3806378A (en) * 1972-12-20 1974-04-23 Bethlehem Steel Corp As-worked bainitic ferrous alloy and method
US4016740A (en) * 1973-12-27 1977-04-12 Nippon Steel Corporation Method and an apparatus for the manufacture of a steel sheet
JPS56489B2 (ja) * 1974-05-07 1981-01-08
JPS5351116A (en) * 1976-10-21 1978-05-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Forging method for heat resisting steel
JPS56119640A (en) * 1980-02-27 1981-09-19 Diesel Kiki Co Ltd Method for heating blank material forming plural projections along axial direction of cam shaft or the like
ZA82973B (en) * 1981-02-25 1983-01-26 Eaton Corp Precision forging method
ATE81873T1 (de) * 1986-05-12 1992-11-15 Univ Sheffield Thixotropische werkstoffe.
SU1407976A1 (ru) * 1986-05-28 1988-07-07 Московский институт стали и сплавов Способ прокатки слитков углеродистых и низколегированных сталей
JPH0696742B2 (ja) * 1987-10-29 1994-11-30 日本鋼管株式会社 高強度・高靭性非調質鋼の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP0522501A1 (en) 1993-01-13
US5257522A (en) 1993-11-02
JPH0515935A (ja) 1993-01-26
DE69206696D1 (de) 1996-01-25
DE69206696T2 (de) 1996-08-29
EP0522501B1 (en) 1995-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6515376B2 (ja) 均質化鍛造品を製造する構築成形方法
US5190603A (en) Process for producing a workpiece from an alloy containing dopant and based on titanium aluminide
JP4681492B2 (ja) 鋼板熱間プレス方法及びプレス成形品
JP2505999B2 (ja) 超高温熱間鍛造方法
CN108754251A (zh) 一种超耐磨耐划伤铝合金板材
CN107282854B (zh) 一种核电用护环的成形方法
EP1829630A2 (en) Method for producing a plain bearing antifriction layer
CN110202109B (zh) 一种半固态触变-塑性复合多段成形工艺
US6066291A (en) Nickel aluminide intermetallic alloys for tooling applications
JP3228440B2 (ja) 耐ヒートクラック性にすぐれる熱間加工用金型
EP3885461B1 (en) Gradient steel material having surface layer with ferrite and inner layer with ferrite + pearlite and manufacturing method
CN110724873A (zh) 一种高耐磨模锻模具钢及其制造方法
Scanlan et al. Forgings in titanium alloys
JP2559319B2 (ja) 温度傾斜超高温熱間鍛造方法
JP2559320B2 (ja) 温度傾斜超高温熱間鍛造方法
JP4488386B2 (ja) 温熱間加工用金型および温熱間加工用金型材の製造方法
EP3885460A1 (en) Gradient steel material having high-plasticity surface layer and high-strength inner layer, and manufacturing method
JP2001214238A (ja) 耐ヒートクラック性、耐摩耗性に優れる粉末熱間工具鋼および熱間金型
CN115896594B (zh) 一种铝挤压用高强韧性h13模具钢及其制备方法
Lozares et al. Semisolid forging of 250 automotive spindles of S48C steel
JP2019167584A (ja) α+β型チタン合金押出形材
US6033498A (en) Thermal processing of nickel aluminide alloys to improve mechanical properties
JP5119715B2 (ja) 熱間鍛造品の製造方法
CN104451353A (zh) 一种钢材成型挤压工艺
JPH06190535A (ja) 複合溶湯鍛造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19960123

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080402

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090402

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090402

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100402

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110402

Year of fee payment: 15

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees