JP4792841B2 - Hot die forging method and heat insulating lubricant for hot die forging - Google Patents
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Description
本発明は、熱間型鍛造用潤滑剤及び熱間型鍛造用潤滑剤を用いる熱間型鍛造方法に関する。より詳細には、本発明は、高温の金型温度において、金属材料を熱間押し出し鍛造により成型する場合に使用する、油性潤滑剤に関するものであり、該油性潤滑剤を用いる金属材料を熱間押し出し鍛造により成型する方法に関する。 The present invention relates to a hot die forging lubricant and a hot die forging method using a hot die forging lubricant. More specifically, the present invention relates to an oil-based lubricant used when a metal material is molded by hot extrusion forging at a high mold temperature, and the metal material using the oil-based lubricant is hot. The present invention relates to a method of forming by extrusion forging.
熱間型鍛造は、再現性がよく、所望の形状に鍛造することができるため、多くの機械部品などの製造に用いられている。この熱間型鍛造で製造される鍛造品は、そのままの形状で製品に供されたり、僅かに切削加工して使用されるため、表面の割れに対する許容基準が厳しくなっている。一方、金属は一般に温度が低下すると割れが発生し易くなる性質を持っているため、熱間型鍛造において下金型と接触する面の温度が急激に低下し、熱間加工性の低い超合金などで割れが発生する場合がある。 Hot die forging has good reproducibility and can be forged into a desired shape, and is therefore used in the manufacture of many machine parts and the like. Since the forged product manufactured by this hot die forging is used in the product as it is or is used after being slightly cut, the acceptance criteria for surface cracking are strict. On the other hand, since metals generally have the property that cracks are likely to occur when the temperature drops, the temperature of the surface that contacts the lower die in hot die forging suddenly drops, resulting in a superalloy with low hot workability. Cracks may occur due to the above.
従来、熱間型鍛造は、金型を室温のままで行うと下金型と接触する面に割れが発生するため、割れが発生しないよう金型を加熱して鍛造する恒温型鍛造方法が実施されている。この恒温型鍛造方法の一例として、加熱した金型にグラファイト系の潤滑剤ないしは窒化硼素系離型剤を塗布して鍛造する恒温型打鍛造方法がある。しかし、この恒温型鍛造方法は、金型を１０００℃以上の高温に比較的長時間加熱しておかなければならず、さらにこの金型に用いることができる材料は高い熱脆性を有するため強度が低下し、また材料によっては非酸化性雰囲気中で使用しなければならなかったり、被鍛造材との焼付を生じたりするなどの問題点がある。 Conventionally, hot die forging is a constant temperature die forging method in which the die is heated and forged so that cracks do not occur because cracks occur on the surface that contacts the lower die when the die is kept at room temperature. Has been. As an example of this constant temperature forging method, there is a constant temperature die forging method in which a graphite lubricant or a boron nitride release agent is applied to a heated die for forging. However, in this constant temperature die forging method, the mold must be heated to a high temperature of 1000 ° C. or higher for a relatively long time, and the material that can be used for this mold has high thermal embrittlement, so that the strength is high. Depending on the material, there are problems such as having to be used in a non-oxidizing atmosphere and causing seizure with the forged material.
そこで、下記特許文献１には、室温の金型を用いても鍛造品の表面に割れが発生しない熱間型鍛造方法および熱間型鍛造用断熱潤滑剤を提供することを目的として、下金型の上に植物粉と離型剤および潤滑剤の１種または２種との混合物からなる熱間型鍛造用断熱潤滑剤を散布した後、熱間型鍛造をすること、及び、木材粉などの植物粉とボロンナイトライド系粉末などの離型剤及び黒鉛粉などの潤滑剤の１種または２種との混合物からなる熱間型鍛造用断熱潤滑剤が開示されている。
Therefore, in
例えば、従来のアルミニウム合金の熱間型鍛造方法としては、鍛造素材を所定温度（６０６１合金の場合、４３０〜４８０℃）に予熱後、バスター（つぶし）→ブロッカ（荒地）→フィニッシャー（仕上げ）の３工程で鍛造するのが、一般的である。このとき、鍛造素材が型に付着するのを防ぐため、鍛造型にあらかじめ潤滑剤（黒鉛系または非黒鉛系）を塗布しておく。鍛造加工率の大きい部位の機械的性質が、他の部位に比べ、低下する。これは、上記の３工程の鍛造を経るうちに、鍛造素材温度が型に奪われて低下するため、鍛造加工率の大きい部位では、鍛造による歪みが、鍛造品に蓄積されることによる。したがって、鍛造後の熱処理時に、再結晶により結晶粒が粗大化し、機械的性質の低下を招くという問題が生じていた。
本発明は、鍛造加工率の大きい部位においても、鍛造品に蓄積される歪みを、従来に比べ小さくすることにより、鍛造後の熱処理時に、再結晶による結晶粒粗大化による機械的性質の低下を抑制することを目的とする。同時に、鍛造型の磨耗量を低減し、鍛造型の耐用期間を向上を目的とする。 The present invention reduces the mechanical properties due to crystal grain coarsening due to recrystallization during heat treatment after forging by reducing the strain accumulated in the forged product compared to the conventional one even at sites where the forging rate is large. The purpose is to suppress. At the same time, the purpose is to reduce the wear amount of the forging die and to improve the service life of the forging die.
本発明者は、特定の物性を有する金属粉を熱間型鍛造用油性潤滑剤に加えることで上記課題が解決することを見出し、本発明に到達した。 The present inventor has found that the above problem can be solved by adding metal powder having specific physical properties to an oil-based lubricant for hot die forging, and has reached the present invention.
即ち、第１に、本発明は、熱間型鍛造用油性潤滑剤の発明であり、油性潤滑剤中にテルミット反応性金属粉を含有する。 That is, first, the present invention is an invention of an oil-based lubricant for hot die forging, and contains thermite-reactive metal powder in the oil-based lubricant.
本発明の熱間型鍛造用油性潤滑剤に含有される『テルミット反応性金属粉』とは、鍛造素材と鍛造型との間の摩擦により、金属粉が急激に酸化され、この金属粉の酸化により熱が発生する（テルミット反応）ような金属粉である。なお、テルミット反応性金属粉と接触・混合する潤滑剤は、水性であると混合時にテルミット反応性金属粉が水と反応して酸化されるので、本発明では油性潤滑剤としている。 "Thermit reactive metal powder" contained in the oil-based lubricant for hot die forging of the present invention is that the metal powder is rapidly oxidized by the friction between the forging material and the forging die, and this metal powder is oxidized. Is a metal powder that generates heat (thermite reaction). In addition, since the thermite-reactive metal powder reacts with water and is oxidized at the time of mixing if the lubricant that contacts and mixes with the thermite-reactive metal powder is aqueous, it is used as an oil-based lubricant in the present invention.
本発明において、テルミット反応性金属粉の量としては、油性潤滑剤中に１〜８ｗｔ％、より好ましくは２〜８ｗｔ％含有されることが好ましい。テルミット反応性金属粉の量が１ｗｔ％未満では発熱量が少なく、機械的強度が向上しない。他方、テルミット反応性金属粉の量が８ｗｔ％を越えると鍛造素材−鍛造型間の潤滑に悪影響を及ぼし、焼き付きが発生する。 In the present invention, the amount of thermite reactive metal powder is preferably 1 to 8 wt%, more preferably 2 to 8 wt% in the oil lubricant. When the amount of thermite reactive metal powder is less than 1 wt%, the calorific value is small and the mechanical strength is not improved. On the other hand, if the amount of thermite reactive metal powder exceeds 8 wt%, the lubrication between the forging material and the forging die is adversely affected and seizure occurs.
また、テルミット反応性金属粉を十分に発熱させるためには、テルミット反応性金属粉のサイズをある値以下にして、テルミット反応性金属粉の表面積を大きくし、酸化（テルミット反応）を促進させる必要がある。そこで、テルミット反応性金属粉の粒径としては、長径が０．１２ｍｍ以下であることが好ましい。 In addition, in order to sufficiently generate heat from the thermite reactive metal powder, it is necessary to reduce the size of the thermite reactive metal powder to a certain value, increase the surface area of the thermite reactive metal powder, and promote oxidation (thermit reaction). There is. Therefore, as the particle size of the thermite reactive metal powder, the major axis is preferably 0.12 mm or less.
本発明に用いられるテルミット反応性金属粉はテルミット反応を惹起するものであれば特に限定されないが、Ａｌ、Ｍｇ、及びＦｅから選択される１種以上が好ましく、その中でもＡｌ粉が取扱い性及び発熱量の点から好ましい。 The thermite reactive metal powder used in the present invention is not particularly limited as long as it causes the thermite reaction, but at least one selected from Al, Mg, and Fe is preferable. Among them, Al powder is easy to handle and heat generation. It is preferable from the point of quantity.
本発明の熱間型鍛造用油性潤滑剤には、基材と上記テルミット反応性金属粉の他に、固体潤滑剤を含むことが好ましい。固体潤滑剤としては、黒鉛、炭酸カルシウム、カーボンブラック、タルク、ガラス、窒化硼素、雲母、二硫化モリブデン、酸化鉄、及びフッ素化黒鉛の粒子から選択される固体潤滑剤の１種以上が好ましく例示される。 The oil-based lubricant for hot die forging of the present invention preferably contains a solid lubricant in addition to the base material and the thermite reactive metal powder. Preferred examples of the solid lubricant include one or more solid lubricants selected from graphite, calcium carbonate, carbon black, talc, glass, boron nitride, mica, molybdenum disulfide, iron oxide, and fluorinated graphite particles. Is done.
第２に、本発明は上記の熱間型鍛造用油性潤滑剤を用いる熱間型鍛造方法の発明であり、鍛造型の型表面上に上記の熱間型鍛造用油性潤滑剤を塗布する工程と、予熱した鍛造素材を該金型にて所定の形状に鍛造する工程とを含む。本発明の熱間型鍛造方法は、熱間型鍛造用潤滑剤を代えるだけであるので、従来から行っている方法と基本的に同じ方法で行うことができる。 Second, the present invention is an invention of a hot die forging method using the above oil lubricant for hot die forging, and the step of applying the oil lubricant for hot die forging on the die surface of the forging die. And forging the preheated forging material into a predetermined shape with the mold. Since the hot die forging method of the present invention only replaces the hot die forging lubricant, the hot die forging method can be performed basically in the same manner as the conventional methods.
第３に、本発明は上記の熱間型鍛造方法によって製造された熱間型鍛造品の発明であり、鍛造型の型表面上に上記の熱間型鍛造用油性潤滑剤を塗布する工程と、予熱した鍛造素材を該金型にて所定の形状に鍛造する工程とを含む熱間型鍛造方法によって製造された熱間型鍛造品である。 Thirdly, the present invention is an invention of a hot die forging manufactured by the above hot die forging method, and the step of applying the above oil lubricant for hot die forging on the die surface of the forging die; And a hot die forging manufactured by a hot die forging method including a step of forging a preheated forging material into a predetermined shape with the die.
本発明の熱間型鍛造方法が適用される鍛造素材は特に限定されないが、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、及びマグネシウム合金から選択される鍛造素材が好ましい。その他、炭素鋼やステンレス鋼等の鋼材やチタン、チタン合金等の非鉄金属材料も高温熱間型鍛造用素材として用いることができる。 The forging material to which the hot die forging method of the present invention is applied is not particularly limited, but a forging material selected from aluminum, aluminum alloy, magnesium, and magnesium alloy is preferable. In addition, steel materials such as carbon steel and stainless steel, and non-ferrous metal materials such as titanium and titanium alloys can also be used as a material for high-temperature hot die forging.
本発明の熱間型鍛造用油性潤滑剤を用いることにより、テルミット反応性金属粉が発生する多量のテルミット反応熱が、鍛造素材の温度の局所的な低下を抑制する。即ち、（１）鍛造加工率の大きい角部などの部位においても温度低下が少なく、鍛造加工中及び加工後にも、鍛造品に蓄積される歪みを、従来に比べ小さくすることができる。この結果、鍛造後の熱処理時に、再結晶による結晶粒粗大化による機械的性質の低下を抑制することが可能となる。同時に、（２）本発明の熱間型鍛造用油性潤滑剤の使用により、鍛造中に鍛造素材表面の温度が上がることで、表面付近の溶質元素（または溶質化合物）のマトリックスヘの固溶量が増加し、その後の熱処理により、従来法に比べ、時効硬化が一層促進される。これにより、鍛造品表面の耐摩耗性向上の効果が得られる。更に、プロセス的には、（３）鍛造時の発熱により、鍛造素材の変形が従来法よりも円滑に行なわれるため、鍛造による鍛造型の摩耗量を低減でき、鍛造型の寿命向上に効果がある。 By using the oil-based lubricant for hot die forging of the present invention, a large amount of thermite reaction heat generated from the thermite reactive metal powder suppresses a local decrease in the temperature of the forging material. That is, (1) the temperature drop is small even at a portion such as a corner where the forging rate is large, and the strain accumulated in the forged product can be reduced compared to the conventional case during and after forging. As a result, it is possible to suppress a decrease in mechanical properties due to grain coarsening due to recrystallization during the heat treatment after forging. At the same time, (2) the use of the oil-based lubricant for hot die forging according to the present invention increases the temperature of the surface of the forging material during forging, so that the amount of solute elements (or solute compounds) in the vicinity of the surface is dissolved in the matrix. The age hardening is further promoted by the subsequent heat treatment as compared with the conventional method. Thereby, the effect of improving the wear resistance of the forged product surface is obtained. Furthermore, in terms of process, (3) because the forging material is deformed more smoothly than the conventional method due to the heat generated during forging, the amount of wear of the forging die due to forging can be reduced, which is effective in improving the life of the forging die. is there.
本発明について詳細に説明する。
図１に、熱間型鍛造用断熱潤滑剤のテルミット反応性金属粉として、Ａｌ粉を用いた場合の模式図を示す。上型と下型の鍛造型の間に鍛造素材を配置し、所定の圧力で所定の形状に熱間鍛造する。この際、鍛造型の型表面上にテルミット反応性金属粉を含有する熱間型鍛造用油性潤滑剤を塗布する。鍛造中に、テルミット反応性金属粉が発生する多量のテルミット反応熱が、鍛造素材の温度の局所的な低下を抑制する。即ち、鍛造加工率の大きい角部などの部位においても温度低下が少なく、鍛造加工中及び加工後にも、鍛造品に蓄積される歪みを、従来に比べ小さくすることができる。
The present invention will be described in detail.
In FIG. 1, the schematic diagram at the time of using Al powder as the thermite reactive metal powder of the heat insulation lubricant for hot die forging is shown. A forging material is disposed between the upper die and the lower die forging die, and hot forging into a predetermined shape with a predetermined pressure. At this time, an oil-based lubricant for hot die forging containing thermite reactive metal powder is applied onto the die surface of the forging die. A large amount of thermite reaction heat generated by the thermite reactive metal powder during forging suppresses a local decrease in the temperature of the forging material. That is, the temperature decrease is small even at a corner portion or the like where the forging rate is large, and the strain accumulated in the forged product can be reduced compared to the conventional case during and after forging.
本発明の高温塑性加工用潤滑剤は好ましくは、基油及び／又は基グリースにテルミット反応性金属粉を含有する。所望により、固体潤滑剤を含有する。 The lubricant for high temperature plastic processing of the present invention preferably contains a thermite reactive metal powder in the base oil and / or base grease. Optionally, a solid lubricant is included.
本発明に使用される基油としては、鉱油（スピンドル油、マシン油、シリンダー油等）、合成エステル（脂肪酸オクチルエステル、トリメチロールプロパン脂肪酸エステル、ペンタエリスリトール脂肪酸エステル等）、油脂（なたね油、牛脂、豚脂等）、重合油脂（大豆重合油、菜種重合油、ヒマシ重合油等）等の１種又は２種以上の混合物が挙げられる。これらの基油は、いずれも鍛造素材と鍛造型の間に潤滑膜を形成し、摩擦係数を下げ、工具の肌荒れや、焼き付きを抑制する働きがある。 The base oil used in the present invention includes mineral oil (spindle oil, machine oil, cylinder oil, etc.), synthetic ester (fatty acid octyl ester, trimethylolpropane fatty acid ester, pentaerythritol fatty acid ester, etc.), fat and oil (rapeseed oil, beef tallow, 1) or a mixture of two or more thereof, such as pork fat) and polymerized fat (soybean polymerized oil, rapeseed polymerized oil, castor polymerized oil, etc.). These base oils all have a function of forming a lubricating film between the forging material and the forging die, lowering the coefficient of friction, and suppressing roughening of the tool and seizure.
本発明に使用される基グリースとしては、リチウム石けんや、アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤や、ポリウレアや有機ベントナイトなどの非石けん系増ちょう剤の内、１種あるいは２種以上を増ちょう剤とし、鉱油及び、ジオクチルセバケートやペンタエリスリトールラウリン酸テトラエステルなどの合成油の内、１種あるいは２種以上を基油とするものが望ましい。これらの基グリースは、いずれも鍛造素材と鍛造型の間に潤滑膜を形成し、摩擦係数を下げ、工具の肌荒れや、焼き付きを抑制する働きがある。 As the base grease used in the present invention, one or more kinds of metallic soap thickeners such as lithium soap and aluminum soap and non-soap thickeners such as polyurea and organic bentonite are added. Desirably, mineral oils and synthetic oils such as dioctyl sebacate and pentaerythritol lauric acid tetraester are used as a base oil. Each of these base greases has a function of forming a lubricating film between the forging material and the forging die, lowering the friction coefficient, and suppressing roughening of the tool and seizure.
本発明の潤滑剤において、基油及び／又は基グリースの添加量は、潤滑剤中１０.０重量％以上が望ましく、より好ましくは１０.０〜９９.０重量％である。尚、基グリースを潤滑剤に添加する場合、潤滑剤中に増ちょう剤が０.１重量％以上存在することが好ましい。 In the lubricant of the present invention, the amount of base oil and / or base grease added is desirably 10.0% by weight or more in the lubricant, and more preferably 10.0 to 99.0% by weight. When the base grease is added to the lubricant, the thickener is preferably present in an amount of 0.1% by weight or more in the lubricant.
本発明に使用する固体潤滑剤としては、炭酸カルシウム、黒鉛、カーボンブラック、タルク、ガラス、窒化硼素、雲母、二硫化モリブデン、酸化鉄、フッ素化黒鉛等の粒子が挙げられ、好ましくはその粒径（長径）が、０．２０μｍ以下のものである。潤滑剤に添加分散する際、粒径が小さい程、安定に分散することが可能になるためである。最も好ましいものは、炭酸カルシウムであるが、これに限定されるものではない。本発明に使用する炭酸カルシウムとしては、公知の物質でよく、天然より得られる、重質炭酸カルシウム、あるいは、合成して得られる沈降性炭酸カルシウムのいずれでも良く、あるいはその混合物でも良い。この炭酸カルシウムの粒径は、好ましくは２０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下である。 Examples of the solid lubricant used in the present invention include particles of calcium carbonate, graphite, carbon black, talc, glass, boron nitride, mica, molybdenum disulfide, iron oxide, fluorinated graphite, and preferably the particle size thereof. The (major axis) is 0.20 μm or less. This is because when the additive is dispersed in the lubricant, the smaller the particle size, the more stably it can be dispersed. Most preferred is calcium carbonate, but is not limited thereto. The calcium carbonate used in the present invention may be a known substance, and may be any of heavy calcium carbonate obtained from nature, precipitated calcium carbonate obtained by synthesis, or a mixture thereof. The particle size of the calcium carbonate is preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less.
本発明に使用する固体潤滑剤としては、金属系表面処理剤で粒子表面を処理したものも好ましく用いられる。このような金属系表面処理剤の具体例としては、チタン系及びアルミニウム系表面処理剤が挙げられる。チタン系表面処理剤で表面処理した固体潤滑剤と、アルミニウム系表面処理剤で表面処理した固体潤滑剤を混合使用することもできる。金属系表面処理剤は、官能基としてアルコキシ基、水酸基、アセテート基、ピロホスフェート基等の少なくとも１種を有するものが好ましい。 As the solid lubricant used in the present invention, those obtained by treating the particle surface with a metal-based surface treatment agent are also preferably used. Specific examples of such metal surface treatment agents include titanium and aluminum surface treatment agents. A solid lubricant surface-treated with a titanium surface treatment agent and a solid lubricant surface-treated with an aluminum surface treatment agent can be mixed and used. The metal-based surface treating agent preferably has at least one functional group such as an alkoxy group, a hydroxyl group, an acetate group, or a pyrophosphate group.
また、本発明では、油性潤滑剤中に、接着剤等の、通常用いられる成分を、固体潤滑剤の分散性及び塗膜形成性に悪影響を与えない範囲において含有させることができる。例えば、油性潤滑剤の分散性及び塗膜形成性を改善するため、油性潤滑剤中に、ノニオン系活性剤及び変性シリコンオイルを含有させることができる。かかるノニオン系活性剤としては、種々のものを用いることができ、例えば、アルキルベンゼンスルフォン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエシレンアルキルフェノールエーテル、ソルビタン酸エステル等を挙げることができる。かかる変性シリコンオイルには、種々のものを用いることができ、例えば、ジメチルポリシロキサン、アルキル変性シリコン、メチルフェニルシリコン等を挙げることができる。 In the present invention, the oil-based lubricant can contain a commonly used component such as an adhesive in a range that does not adversely affect the dispersibility and the film-forming property of the solid lubricant. For example, a nonionic activator and a modified silicone oil can be contained in the oil lubricant in order to improve the dispersibility of the oil lubricant and the coating film formability. Various nonionic activators can be used, and examples thereof include alkylbenzene sulfonates, polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyesylene alkylphenol ethers, sorbitan acid esters, and the like. Various modified silicone oils can be used, and examples thereof include dimethylpolysiloxane, alkyl-modified silicone, and methylphenyl silicone.
本発明の製造方法に用いる鍛造素材としてはアルミニウム合金が最も好ましく例示される。耐食性、高温強度、高弾性が好ましい特性を有する材料としてはＡ６０６１、Ａ２０１４、Ａ２２１８、Ａ６０８２、Ａ４０３２、Ａ７０７５を挙げることができる。Ａ６０６１、Ａ６０８２は耐食性、被アルマイト性が優れた特性を有し中程度の強度を有するため、各種特性をバランス良く満足するので好ましい。Ａ２０１４、Ａ２２１８は高強度、高弾性の特性を有するので、曲げや引っ張りの高い負荷が求められる成形品においては強度が向上するので好ましい。Ａ４０３２は耐摩耗性が優れ、高弾性である特性を有するので、耐摩耗性の必要な成形品においては耐摩耗性を向上させるので好ましい。Ａ７０７５は実用のアルミ合金では最高強度持つため、鉄並の強度必要な成形品において高い強度を得ることができるので好ましい。 An aluminum alloy is most preferably exemplified as the forging material used in the production method of the present invention. Examples of materials having preferable properties such as corrosion resistance, high temperature strength, and high elasticity include A6061, A2014, A2218, A6082, A4032, and A7075. A6061 and A6082 are preferable because they have excellent corrosion resistance and alumite resistance and have moderate strength, and satisfy various properties in a well-balanced manner. Since A2014 and A2218 have characteristics of high strength and high elasticity, the strength is improved in a molded product requiring a high load of bending and pulling, which is preferable. A4032 is preferable because it has excellent wear resistance and high elasticity, and thus improves wear resistance in molded products that require wear resistance. Since A7075 has the highest strength in a practical aluminum alloy, it is preferable because high strength can be obtained in a molded product that requires strength comparable to iron.
次に、本発明の熱間型鍛造方法について説明する。本発明の熱間型鍛造方法は、下金型の鍛造面上に上記熱間型鍛造用潤滑剤を１〜３ｇ／ｃｍ２程度塗布又は散布した後、加熱された鍛造素材を載せて鍛造する通常の鍛造を行う。熱間型鍛造用潤滑剤の塗布又は散布方法は、均一に塗布・散布できれば装置によってもよいし、人力によってもよい。 Next, the hot die forging method of the present invention will be described. In the hot die forging method of the present invention, the hot die forging lubricant is applied or dispersed to about 1 to 3 g / cm 2 on the forging surface of the lower die, and then the heated forging material is placed and forged. Perform normal forging. The hot die forging lubricant may be applied or spread by an apparatus or by human power as long as it can be uniformly applied and spread.
本発明により、アルミニウム合金鍛造を以下のように行ない、従来法と比較した。
［従来法］
ＪＩＳ６０６１合金（Ａｌ−１０．６０Ｓｉ−０．２８Ｃｕ−１．０Ｍｇ−０．２０Ｃｒ、不純物としてＦｅを０．３％含む）の組成にて、直径１００ｍｍの連続鋳造棒を作製した。これを切断して、直径１００ｍｍ×厚さ５０ｍｍの鍛造素材とした。鍛造素材には、５２０℃×７Ｈｒの均質化処理を施した。
According to the present invention, aluminum alloy forging was performed as follows and compared with the conventional method.
[Conventional method]
A continuous cast bar having a diameter of 100 mm was prepared with a composition of JIS6061 alloy (Al-10.60Si-0.28Cu-1.0Mg-0.20Cr, containing 0.3% Fe as impurities). This was cut into a forging material having a diameter of 100 mm and a thickness of 50 mm. The forging material was homogenized at 520 ° C. × 7 Hr.
この鍛造素材を、４６０℃に予熱し、３工程の熱間鍛造をした。すなわち、バスター（つぶし）後で厚さ５０ｍｍを２５ｍｍ（鍛造率５０％）に、ブロッカ（荒地）後で厚さ１５ｍｍ（鍛造率７０％）に、フィニッシャー（仕上げ）後で厚さ１０ｍｍ（鍛造率８０％）に鍛造した。 This forged material was preheated to 460 ° C. and hot forged in three steps. That is, after the buster (crushing), the thickness is 50 mm to 25 mm (forging rate 50%), after the blocker (raw ground) to the thickness 15 mm (forging rate 70%), and after the finisher (finishing), the thickness is 10 mm (forging rate). 80%).
このとき、各鍛造型は１５０℃に予熱し、潤滑剤は下記表１に示す油性の黒鉛系潤滑剤を用いた。 At this time, each forging die was preheated to 150 ° C., and an oil-based graphite lubricant shown in Table 1 below was used as the lubricant.
その後、鍛造品には、Ｔ６処理を施した。すなわち、５４０℃×５Ｈｒの溶体化直後に、８０℃の水焼入れを施し、５ｍｉｎ以内に１８０℃×８Ｈｒの時効処理を施した。 Thereafter, the forged product was subjected to T6 treatment. That is, immediately after solution forming at 540 ° C. × 5 Hr, water quenching at 80 ° C. was performed, and aging treatment at 180 ° C. × 8 Hr was performed within 5 minutes.
［実施例］
従来法と同様に、鍛造素材に鍛造・Ｔ６処理を施した。ただし、潤滑剤は表１の油性の黒鉛系潤滑剤にテルミット性金属粉としてアルミニウム粉５ｗｔ％を混合したものを使用した。このとき、アルミニウム粉のサイズ（長径）は、φ０．０８ｍｍとした。
[Example]
Similar to the conventional method, the forging material was subjected to forging and T6 treatment. However, the lubricant used was a mixture of the oil-based graphite lubricant in Table 1 and 5 wt% aluminum powder as the thermite metal powder. At this time, the size (major axis) of the aluminum powder was φ0.08 mm.
［両製造方法の比較］
両製造方法による鍛造品の、厚さ１０ｍｍ（鍛造率８０％）の部分から試験片を切り出し、室温・引張速度１ｍｍ／ｍｉｎにて、引張試験を実施した。従来法によるものの引張強さが２８８ＭＰａであるのに対して、テルミット性金属粉を含む実施例では引張強さが３３５ＭＰａであり、１６％向上した。なお、参考までに、テルミット性金属粉ではない長径φ０．０８ｍｍのアルミナ粉５ｗｔ％を混合したものを使用した場合では引張強さが２９０ＭＰａであった。この結果から、本発明のテルミット性金属粉による発熱反応の効果が実証された。即ち、実施例の引張強さの方が高く、機械的性質が優れていることが分かる。
[Comparison of both manufacturing methods]
A test piece was cut out from a forged product having a thickness of 10 mm (forging rate of 80%) by both manufacturing methods, and a tensile test was performed at room temperature and a tensile speed of 1 mm / min. Whereas the tensile strength of the conventional method is 288 MPa, the tensile strength of the example containing the thermite metal powder is 335 MPa, which is an improvement of 16%. For reference, the tensile strength was 290 MPa when a mixture of 5 wt% alumina powder having a long diameter φ of 0.08 mm which is not a thermite metal powder was used. From this result, the effect of the exothermic reaction by the thermite metal powder of the present invention was demonstrated. That is, it can be seen that the tensile strength of the examples is higher and the mechanical properties are superior.
［テルミット性金属粉の最適混合割合］
上記実施例においてテルミット性金属粉としてアルミニウム粉５ｗｔ％を混合したものに加えて、０〜１４ｗｔ％を混合して、潤滑剤中のアルミニウム粉の割合に対する引張強さの関係を調べた。図２に、テルミット性金属粉としてアルミニウム粉を０〜１４ｗｔ％混合した潤滑剤の引張強さを示す。
[Optimum mixing ratio of thermite metal powder]
In the above examples, in addition to a mixture of 5 wt% aluminum powder as the thermite metal powder, 0 to 14 wt% was mixed, and the relationship between the tensile strength and the ratio of the aluminum powder in the lubricant was examined. FIG. 2 shows the tensile strength of a lubricant in which 0 to 14 wt% of aluminum powder is mixed as the thermite metal powder.
図２の結果より、アルミニウム粉１ｗｔ％付近より混合効果が現れ、２ｗｔ％から更に混合効果が著しい。しかし、８ｗｔ％を越えた付近からは潤滑剤の焼き付きが発生することも分かった。 From the result of FIG. 2, the mixing effect appears from around 1 wt% of the aluminum powder, and the mixing effect is further remarkable from 2 wt%. However, it has also been found that lubricant seizure occurs from around 8 wt%.
［テルミット性金属粉のサイズの最適性］
上記実施例においてテルミット性金属粉として長径が０．０２〜０．２２ｍｍのアルミニウム粉５ｗｔ％を混合して、潤滑剤中のアルミニウム粉の長径に対する引張強さの関係を調べた。図３に、テルミット性金属粉として長径が０．０２〜０．２２ｍｍのアルミニウム粉を混合した潤滑剤の引張強さを示す。
[Optimum size of thermite metal powder]
In the above examples, 5 wt% of aluminum powder having a major axis of 0.02 to 0.22 mm was mixed as the thermite metal powder, and the relationship between the tensile strength and the major axis of the aluminum powder in the lubricant was examined. FIG. 3 shows the tensile strength of a lubricant in which aluminum powder having a major axis of 0.02 to 0.22 mm is mixed as the thermite metal powder.
図３の結果より、長径の小さなアルミニウム粉ほど効果が現れ、０．１２ｍｍを越えた付近からは引張強さに効果が現れなくなったことが分かった。これは、テルミット性金属粉微粉であるほど表面積が大きく、テルミット反応が起こりやすいことを示している。 From the results of FIG. 3, it was found that the effect of the aluminum powder having a smaller long diameter appeared, and the effect on the tensile strength disappeared from the vicinity exceeding 0.12 mm. This indicates that the finer the thermite metal powder, the larger the surface area and the easier thermite reaction occurs.
［鋳造型の耐久性］
上記実施例及び従来法において、鋳造型の耐久性がどう違うかを調べた。図４に、実施例及び従来法の、鋳造ショット数に対する鋳造型の磨耗量の関係を示す。
[Durability of casting mold]
In the above examples and the conventional method, it was investigated how the durability of the casting mold was different. FIG. 4 shows the relationship between the amount of wear of the casting mold and the number of casting shots in the example and the conventional method.
図４の結果より、テルミット性金属粉としてアルミニウム粉５ｗｔ％を混合した本発明の実施例の方が、テルミット性金属粉を加えない従来法に比べて、磨耗量が少ないことが分かった。 From the results of FIG. 4, it was found that the amount of wear was smaller in the example of the present invention in which 5 wt% aluminum powder was mixed as the thermite metal powder compared to the conventional method in which the thermite metal powder was not added.
本発明の熱間型鍛造用潤滑剤は、テルミット金属粉の酸化による発熱のために鍛造金型の表面が加熱されるので、鍛造素材の鍛造金型に接触する面が急冷されることがない。即ち、（１）鍛造後の熱処理時に、再結晶による結晶粒粗大化による機械的性質の低下を抑制することが可能となる。（２）鍛造品表面の耐摩耗性向上の効果が得られる。（３）鍛造型の摩耗量を低減でき、鍛造型の寿命向上に効果がある。これらにより、熱間型鍛造に広く適用される。 In the hot die forging lubricant of the present invention, the surface of the forging die is heated due to heat generation due to oxidation of the thermite metal powder, so the surface of the forging material that contacts the forging die is not rapidly cooled. . That is, (1) it is possible to suppress a decrease in mechanical properties due to grain coarsening due to recrystallization during heat treatment after forging. (2) The effect of improving the wear resistance of the forged product surface can be obtained. (3) The amount of wear of the forging die can be reduced, which is effective for improving the life of the forging die. These are widely applied to hot die forging.
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