JP6630586B2 - 熱間鍛造方法及び熱間鍛造品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属材料の熱間鍛造方法及び熱間鍛造品の製造方法に関し、より特定的には、チタン合金やニッケル基合金などの難加工性金属材料の熱間鍛造に用いられる熱間鍛造方法及び当該熱間鍛造方法を用いた熱間鍛造品の製造方法に関する。

一般に、チタン合金やニッケル基合金などは、優れた機械特性や耐熱性を有することから、航空機や車両など輸送機器のエンジン部材や構造部材に用いられている。このようなチタン合金などの難加工性金属材料からなる被加工材を用いて上述した各種部材を鍛造する方法として、熱間鍛造金型装置を用いた熱間鍛造方法が用いられる。熱間鍛造方法は、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。熱間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、耐衝撃破壊性など機械的特性に優れた鍛造品を得ることができる。

このような熱間鍛造方法の例が下記特許文献１〜３に開示されている。例えば、下記特許文献１には、チタン合金やニッケル基合金の熱間鍛造方法として、チタン合金などの被加工材の表面にガラス潤滑剤を塗布することにより当該表面にガラス潤滑剤の被膜を形成するガラス潤滑剤塗布工程と、固体潤滑成分が含まれる離型剤を金型の成形面に塗布する離型剤塗布工程と、ガラス潤滑剤の被膜が形成された被加工材を鍛造温度に加熱した状態で金型を用いて鍛造する熱間鍛造工程と、を備えた方法が開示されている。ガラス潤滑剤の塗布（被膜の形成）は、熱間鍛造工程において被加工材と金型との間に生じる摩擦の低減効果や被加工材の保温効果を得るなどの目的で行われる。また離型剤の塗布は、被加工材の表面に被覆されたガラス潤滑剤が金型に付着して離型性が悪化するのを防止するなどの目的で行われる。

特開２０１４−２１３３６５号公報 特開２０１３−２０８６３２号公報 特表２０１３−５３００４７号公報

上記特許文献１では、黒鉛や窒化硼素などの固体潤滑成分が水や鉱物油などの溶媒に分散した液状態の離型剤が金型に塗布される。ここで本発明者らは、金型の温度が６００℃以上の高温になるとライデンフロスト現象が起こり、離型剤が金型に付着せず、また付着しても短時間で固体潤滑成分が揮発してしまう点に着目した。つまり、液状態の離型剤を高温の金型に塗布すると、金型に接する液体部分が蒸発することにより液体と金型との間に蒸気層が形成され、これによって金型に対する離型剤の付着が阻害される。このため、上記特許文献１では、離型剤を金型に対して十分に付着させることができず、被加工材に被覆されたガラス潤滑剤が金型に付着し、離型性が悪化する虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラス潤滑剤により被覆された被加工材を６００℃以上の金型により鍛造する熱間鍛造において離型性が向上した熱間鍛造方法、及び当該熱間鍛造方法を用いた熱間鍛造品の製造方法を提供することである。

本発明の一局面に係る熱間鍛造方法は、少なくとも一方の温度が６００℃以上である第１金型と第２金型との間に加熱された被加工材を配置し、前記被加工材を加熱状態に保持しつつ前記第１金型の第１成形面及び前記第２金型の第２成形面に沿った形状に引き伸ばすように鍛造する熱間鍛造方法である。上記熱間鍛造方法は、前記被加工材の表面をガラス潤滑剤により被覆する工程と、前記第１金型と前記第２金型との間に前記ガラス潤滑剤により被覆された前記被加工材を配置する工程と、前記第１金型と前記第２金型とを相対移動させて互いに近づけることにより、前記第１成形面及び前記第２成形面に沿って引き伸ばすように前記被加工材を鍛造する工程と、を備えている。前記被加工材を鍛造する工程では、黒鉛、炭素繊維、窒化硼素、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンからなる群より選択される少なくとも１つの固体潤滑成分を含むシート状の離型材が、前記第１成形面と前記ガラス潤滑剤との間及び前記第２成形面と前記ガラス潤滑剤との間に介在する。前記離型材は、黒鉛、炭素繊維、窒化硼素、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンからなる群より選択される少なくとも１つの固体潤滑成分を含むシート状の第１離型材及び第２離型材を含んでいる。前記被加工材を配置する工程は、前記第２成形面上に前記第１離型材を配置する工程と、前記ガラス潤滑剤により被覆された前記被加工材を前記第１離型材上に配置する工程と、前記被加工材において前記第１離型材上に配置される部分と反対側の部分に、前記第２離型材を配置する工程と、を含んでいる。前記被加工材を鍛造する工程では、前記第１成形面と前記ガラス潤滑剤との間に前記第２離型材が介在し、且つ、前記第２成形面と前記ガラス潤滑剤との間に前記第１離型材が介在する。前記被加工材は、凹部を有している。前記第２離型材を配置する工程は、鍛造前の平面視における面積が前記凹部よりも大きく前記被加工材全体よりも小さい第１離型シートを、前記凹部を覆うように配置する工程と、鍛造前の平面視における面積が前記被加工材全体よりも大きい第２離型シートを、前記第１離型シート上に配置する工程と、を含んでいる。

上記熱間鍛造方法では、被加工材の表面がガラス潤滑剤により被覆され、当該ガラス潤滑剤と金型の成形面との間に離型材が介在した状態で被加工材の熱間鍛造が行われる。この離型材は、黒鉛、炭素繊維、窒化硼素、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンなどの高融点の材料を固体潤滑成分として含み、且つシート状に構成されている。このため、従来ように固体潤滑成分を液体に分散させた状態で金型に塗布する場合と異なり、金型が６００℃以上の高温に加熱される場合でも、固体潤滑成分を鍛造前に揮発することなくガラス潤滑剤と金型の成形面との間に確実に存在させることができる。従って、上記熱間鍛造方法によれば、被加工材に被覆されたガラス潤滑剤が金型に付着するのを抑制することが可能となり、金型に対する鍛造品の離型性を向上させることができる。また２枚のシート状離型材を用いることにより、２つの金型の成形面と被加工材に被覆されたガラス潤滑剤との間に離型材を配置し易くなる。このため、ガラス潤滑剤が金型の成形面に付着するのをより確実に防止することができる。また上記構成によれば、鍛造中において第１離型シートが凹部内に入り込むように折れ曲がることができる。このため、第２離型シートが破れた場合でも、凹部近傍の部分が金型に対して露出するのを防止することができる。

上記熱間鍛造方法において、前記第１成形面及び前記第２成形面は、それぞれ貫通孔を有しない連続した面により構成されていてもよい。これにより、シート状の第１離型材及び第２離型材を第１成形面及び第２成形面に沿って配置し易くなる。

上記熱間鍛造方法では、前記被加工材を鍛造する工程の完了時において、前記第１離型材が前記第２成形面全体を覆い、且つ、前記第２離型材が前記第１成形面全体を覆ってもよい。これにより、被加工材に被覆されたガラス潤滑剤が第１成形面及び第２成形面に付着することをより確実に防止することができる。

上記熱間鍛造方法において、前記第１離型材及び前記第２離型材の少なくとも一方は、特定方向に伸縮する伸縮性を有していてもよい。これにより、鍛造中における被加工材の変形に追随して離型材を変形させることができる。その結果、被加工材に被覆されたガラス潤滑剤が金型に対して露出するのを防ぎ、当該ガラス潤滑剤が成形面に付着するのをより確実に防止することができる。

上記熱間鍛造方法において、前記第１離型材及び前記第２離型材の少なくとも一方は、複数の離型シートを積層することにより配置されてもよい。これにより、鍛造中において一部の離型シートが破れた場合でも、他の離型シートによってガラス潤滑剤が金型の成形面に対して露出するのを防止することができる。その結果、ガラス潤滑剤が成形面に付着するのをより確実に防止することができる。

上記熱間鍛造方法において、前記複数の離型シートの各々は、特定方向に伸縮する伸縮性を有し、伸縮方向が互いに異なるように積層されてもよい。これにより、鍛造中において被加工材が複数方向に変形する場合でも、各離型シートをそれぞれ別方向に伸縮させることにより追随することができる。このため、ガラス潤滑剤が金型に対して露出し、金型の成形面に付着するのをより確実に防止することができる。

本発明の他局面に係る熱間鍛造品の製造方法は、上記熱間鍛造方法を用いて鍛造品を製造する方法である。上記熱間鍛造方法を用いることにより、金型に対するガラス潤滑剤の付着を抑制し、離型性を向上させることができる。その結果、鍛造品を効率的に製造することができる。

本発明によれば、ガラス潤滑剤により被覆された被加工材を６００℃以上の金型により鍛造する熱間鍛造において離型性が向上した熱間鍛造方法、及び当該熱間鍛造方法を用いた熱間鍛造品の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態１における熱間鍛造方法及び熱間鍛造品の製造方法の流れを示すフローチャートである。 被加工材の断面構造を示す模式図である。 被加工材が炉内で加熱される様子を示す模式図である。 被加工材の表面がガラス潤滑剤により被覆された状態を示す模式図である。 被加工材が上金型と下金型との間に配置された状態を示す模式図である。 被加工材の熱間鍛造が完了した状態を示す模式図である。 本発明の実施形態２において被加工材の上面に離型シートが積層された状態を示す模式図である。 本発明の実施形態３において被加工材が上金型と下金型との間に配置された状態を示す模式図である。 本発明の実施形態３において被加工材の上面に大きさが異なる離型シートが積層された状態を示す模式図である。 本発明のその他実施形態における熱間鍛造方法を説明するための模式図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。

（実施形態１）
始めに、本発明の実施形態１に係る熱間鍛造方法及びこれを用いて鍛造品を製造する熱間鍛造品の製造方法について、図１のフローチャート及び図２〜図６を参照して説明する。図１のフローチャートは上記熱間鍛造方法における各工程の流れを示し、図２〜図６は各工程の様子を示すものである。

まず、工程Ｓ１０として、被加工材１０を準備する工程が実施される。この工程Ｓ１０では、図２に示すように、例えば断面視矩形状の円柱形状又は角柱形状を有する被加工材１０が準備される。被加工材１０は、上面１０Ｂと、下面１０Ａと、これらを繋ぐ側面１０Ｃと、を含む。被加工材１０は、チタン合金、ニッケル基合金又はステンレス鋼などの難加工性金属材料からなる。チタン合金としては、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏなどが挙げられる。そして、図３に示すように、被加工材１０が加熱炉２内に配置され、全体が７００〜１０００℃程度の鍛造温度になるまで加熱される。またこのように被加工材１０の加熱処理を行う間、被加工材１０を熱間鍛造するための金型３，４（図５）は、必要に応じて内蔵ヒータ（図示しない）等により６００〜１０００℃程度の温度にまで加熱される。

次に、被加工材１０の表面をガラス潤滑剤１１により被覆する工程Ｓ２０が実施される。この工程Ｓ２０では、図４に示すように、加熱後の被加工材１０の表面全体（上面１０Ｂ、下面１０Ａ及び側面１０Ｃ）を覆うようにガラス潤滑剤１１が塗布され、ガラス潤滑剤１１の被膜が形成される。ガラス潤滑剤１１は、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）や酸化硼素（Ｂ_２Ｏ_３）などのガラス粒子であって主に粒子径が数μｍ〜数十μｍのものと、バインダー成分（樹脂成分）と、水と、を含む液状の潤滑剤である。このように、ガラス潤滑剤１１の被膜を形成することにより、被加工材１０の保温効果が得られ、被加工材１０が上記鍛造温度に加熱された状態を保持することができる。

次に、工程Ｓ３０として、被加工材１０を金型間に配置する工程が実施される。この工程Ｓ３０では、以下に説明する工程Ｓ３１〜Ｓ３３が順に実施されることにより、図５に示すように、鍛造温度に加熱され且つガラス潤滑剤１１により被覆された被加工材１０が熱間鍛造装置１における上金型３（第１金型）と下金型４（第２金型）との間に配置される。

ここで、熱間鍛造装置１の構成について説明する。熱間鍛造装置１は、上金型３と、当該上金型３に対して上下に対向する下金型４と、上金型３と下金型４とを互いに近づける不図示の駆動部と、を備える。上金型３は、鍛造工程において被加工材１０の上面１０Ｂを押圧するものであり、製品形状を模した凹凸が形成された上側成形面３Ａ（第１成形面）を有する。例えば上側成形面３Ａには、中央に位置する上側平坦面３Ｂと、これを取り囲む環状の上側底面３Ｃと、が設けられている。

一方、下金型４は、鍛造工程において被加工材１０の下面１０Ａを押圧するものであり、上側成形面３Ａと同様に製品形状を模した凹凸が形成された下側成形面４Ａ（第２成形面）を有する。図５に示すように、下側成形面４Ａは、上側成形面３Ａに対して上下に対称な形状を有し、上側平坦面３Ｂに対向する下側平坦面４Ｂと、上側底面３Ｃに対向する環状の下側底面４Ｃと、を含む。また上側成形面３Ａ及び下側成形面４Ａは、いずれも貫通孔が形成されていない連続した面によって構成されている。

次に、上金型３と下金型４との間に被加工材１０を配置する手順について説明する。まず工程Ｓ３１では、下金型４の下側成形面４Ａ上に、平面視で矩形状のシート材からなる第１離型材２２が配置される。第１離型材２２は、柔軟なシート材であるため、図５に示すように下側成形面４Ａの凹凸形状に沿うように曲がった状態で配置される。また第１離型材２２は、下側成形面４Ａの凹凸面に沿った長さと略同じ長さを有し、下側成形面４Ａの略全体を覆うように配置される。また第１離型材２２は、例えば矩形状の対角線方向など、特定方向に伸縮する伸縮性を有していてもよく、その場合伸縮率は１％以上である。なお、第１離型材２２は、平面視で矩形状以外の形状であってもよく、例えば円形状のシート材でもよいし、特に限定されない。

第１離型材２２は、黒鉛、炭素繊維、窒化硼素、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンからなる群より選択される少なくとも１つの固体潤滑成分を含むシート材である。これらの固体潤滑成分は、鍛造温度よりも高い融点を有するため、鍛造中において固体状態で機能する。より具体的には、第１離型材２２は、多数の炭素繊維を縦方向と横方向に組み合わせてなる織布であり、炭素繊維を平織又は綾織したメッシュ状のカーボンシートである。

第１離型材２２は、鍛造中において半溶融状態のガラス潤滑剤１１の染み出しを抑制できるように、シート厚み、織り方又は炭素繊維同士の隙間などが調整されている。シート厚みについては、０．３ｍｍでは鍛造時におけるガラス潤滑剤１１の染み出し量が多く、０．６ｍｍでは染み出し量が少なくなることから、第１離型材２２のシート厚みは０．６ｍｍ以上となっている。また織り方については、炭素繊維を綾織したものよりも平織したものの方が繊維間の隙間が生じにくく、鍛造時におけるガラス潤滑剤１１の染み出しが抑制されることから、第１離型材２２は炭素繊維を平織した織布であることが好ましい。また第１離型材２２は、織布に限定されず、炭素繊維を含む不織布であってもよい。また第１離型材２２は、黒鉛、窒化硼素、二硫化モリブデン又は二硫化タングステンなどの他の固体潤滑成分からなるシート材であってもよい。

次に工程Ｓ３２では、ガラス潤滑剤１１により被覆された被加工材１０が第１離型材２２の上に配置される。具体的には、図５に示すように、被加工材１０は鍛造温度に加熱された状態で下面１０Ａにおいて第１離型材２２を介して下側成形面４Ａ（下側平坦面４Ｂ）上に配置される。このように、被加工材１０と下側成形面４Ａとの間に第１離型材２２が介在することにより、被加工材１０に被覆されたガラス潤滑剤１１が下側成形面４Ａと直接接触することを防止できる。

次に工程Ｓ３３では、被加工材１０の上面１０Ｂ（第１離型材２２に配置される部分と反対側の部分）に、第２離型材２１が配置される。第２離型材２１は、第１離型材２２と同様に平面視で矩形状のシート材であり、第１離型材２２と略同じ大きさを有する。また第２離型材２１は、柔軟なシートであり、被加工材１０の横幅Ｗ１よりも長く且つ上側成形面３Ａの凹凸面に沿った長さと略同じ長さを有する。このため、第２離型材２１は、図５に示すようにシート中央部２１Ａが被加工材１０の上面１０Ｂを覆うと共に、当該シート中央部２１Ａよりも端部側のシート端部２１Ｂが重力により垂下し、被加工材１０の側面１０Ｃの上半分を覆う。このシート端部２１Ｂは被加工材１０の上面１０Ｂを覆うときに余る部分であるが、当該シート端部２１Ｂを余らせることによって鍛造中に上側成形面３Ａ全体を第２離型材２１により覆うことができる。また第２離型材２１は、第１離型材２２と同様に、黒鉛、炭素繊維、窒化硼素、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンからなる群より選択される少なくとも１つの固体潤滑成分を含むシート材であり、鍛造時において半溶融状態となったガラス潤滑剤１１の染み出しを抑制できるように構成されている。また第２離型材２１は、矩形状の対角線方向など、特定方向に伸縮する伸縮性を有していてもよく、その場合伸縮率は１％以上である。なお、第１離型材２２及び第２離型材２１は、同じ材質のシート材であってもよいし、互いに異なるシート材であってもよい。

次に、工程Ｓ４０として、被加工材１０を鍛造する工程Ｓ４０が実施される。この工程Ｓ４０では、熱間鍛造装置１に備えられた不図示の駆動部によって上金型３を下金型４に近づくように下降させる。これにより、上側成形面３Ａ（上側平坦面３Ｂ）が第２離型材２１（シート中央部２１Ａ）上に接触する。この状態で上金型３をさらに下降させることにより、加熱状態に保持された被加工材１０が上側成形面３Ａ及び下側成形面４Ａによって上下方向に押圧され、それによって被加工材１０が上側成形面３Ａ及び下側成形面４Ａに沿って引き伸ばされるように変形する。その結果、図６に示すように、上側成形面３Ａと下側成形面４Ａとにより囲まれるキャビティ５１の形状に沿った形状を有する熱間鍛造品５０が得られる。この過程において、第１及び第２離型材２２，２１は、被加工材１０の変形に追随するように伸びてもよい。そして図６に示すように、当該鍛造工程Ｓ４０の完了時において、第１離型材２２は下側成形面４Ａの凹凸面に沿うように当該下側成形面４Ａの全体を覆い、且つ、第２離型材２１は上側成形面３Ａの凹凸面に沿うように当該上側成形面３Ａの全体を覆った状態となる。その後、上金型３を上昇させ、熱間鍛造品５０が下金型４から取り出される。

この鍛造工程Ｓ４０では、上側成形面３Ａと被加工材１０の上面１０Ｂに被覆されたガラス潤滑剤１１との間には第２離型材２１が常時介在し、且つ、下側成形面４Ａと被加工材１０の下面１０Ａに被覆されたガラス潤滑剤１１との間には第１離型材２２が常時介在する。このため、被加工材１０に被覆されたガラス潤滑剤１１が上側成形面３Ａ及び下側成形面４Ａに直接接触することを防止できる。また第１及び第２離型材２２，２１は、ガラス潤滑剤１１の染み出しを抑制可能なシート材となっているため、鍛造中に半溶融状態となったガラス潤滑剤１１が第１及び第２離型材２２，２１を通って上側及び下側成形面４Ａ，３Ａ側に染み出すことも防止できる。

このため、本実施形態では、被加工材１０に被覆されたガラス潤滑剤１１が上側及び下側成形面４Ａ，３Ａに付着することを防止できる。従って、熱間鍛造品５０の離型性が向上し、熱間鍛造品５０を金型３，４から離して容易に取り出すことができる。しかも、鍛造中に第１及び第２離型材２２，２１がガラス潤滑剤１１に張り付くため、熱間鍛造品５０を金型３，４から取り出す際に第１及び第２離型材２２，２１も同時に取り出すことができる。このため、熱間鍛造品５０を取り出す作業と別に第１及び第２離型材２２，２１を除去する作業を鍛造完了の都度行う必要がなく、鍛造品を効率良く連続生産することができる。このようにして生産効率を上げる場合、第１及び第２離型材２２，２１は、ガラス潤滑剤１１に張り付き易くするため、本実施形態のようにそれぞれ１枚のシートにより構成されることが好ましい。

次に、上記本実施形態に係る熱間鍛造方法の特徴及びその作用効果について説明する。

上記熱間鍛造方法は、６００℃以上である上金型３と下金型４との間に加熱された被加工材１０を配置し、被加工材１０を加熱状態に保持しつつ上金型３の上側成形面３Ａ及び下金型４の下側成形面４Ａに沿った形状に引き伸ばすように鍛造する方法である。上記熱間鍛造方法は、被加工材１０の表面１０Ａ〜１０Ｃをガラス潤滑剤１１により被覆する工程Ｓ２０と、上金型３と下金型４との間にガラス潤滑剤１１により被覆された被加工材１０を配置する工程Ｓ３０と、上金型３と下金型４とを互いに近づけることにより、上側成形面３Ａ及び下側成形面４Ａに沿って引き伸ばすように被加工材１０を鍛造する工程Ｓ４０と、を備えている。被加工材１０を鍛造する工程Ｓ４０では、黒鉛、炭素繊維、窒化硼素、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンからなる群より選択される少なくとも１つの固体潤滑成分を含むシート状の離型材２１，２２が、上側成形面３Ａとガラス潤滑剤１１との間及び下側成形面４Ａとガラス潤滑剤１１との間に介在する。

上記熱間鍛造方法では、被加工材１０の表面１０Ａ〜１０Ｃがガラス潤滑剤１１により被覆され、当該ガラス潤滑剤１１と金型３，４の成形面３Ａ，４Ａとの間に離型材２１，２２が介在した状態で被加工材１０の熱間鍛造が行われる。この離型材２１，２２は、黒鉛、炭素繊維、窒化硼素、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンなどの高融点の材料を固体潤滑成分として含み、且つシート状に構成されている。このため、従来ように固体潤滑成分を液体に分散させた状態で金型３，４に塗布する場合と異なり、金型３，４が６００℃以上の高温に加熱される場合でもガラス潤滑剤１１と金型３，４の成形面３Ａ，４Ａとの間に固体潤滑成分を確実に存在させることができる。従って、上記熱間鍛造方法によれば、被加工材１０に被覆されたガラス潤滑剤１１が金型３，４に付着するのを抑制することが可能となり、鍛造品の金型に対する離型性を向上させることができる。

上記熱間鍛造方法において、被加工材１０を配置する工程Ｓ３０は、下側成形面４Ａ上に、黒鉛、炭素繊維、窒化硼素、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンからなる群より選択される少なくとも１つの固体潤滑成分を含むシート状の第１離型材２２を配置する工程Ｓ３１と、ガラス潤滑剤１１により被覆された被加工材１０を第１離型材２２上に配置する工程Ｓ３２と、被加工材１０の上面１０Ｂに、黒鉛、炭素繊維、窒化硼素、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンからなる群より選択される少なくとも１つの固体潤滑成分を含むシート状の第２離型材２１を配置する工程Ｓ３３と、を含む。被加工材１０を鍛造する工程Ｓ４０では、上側成形面３Ａとガラス潤滑剤１１との間に第２離型材２１が介在し、且つ、下側成形面４Ａとガラス潤滑剤１１との間に第１離型材２２が介在する。このように、２枚のシート状の離型材２１，２２を用いることにより、２つの金型３，４の成形面３Ａ，４Ａと被加工材１０に被覆されたガラス潤滑剤１１との間に離型材２１，２２を配置し易くなる。このため、ガラス潤滑剤１１が金型３，４の成形面３Ａ，４Ａに付着するのをより確実に防止することができる。

上記熱間鍛造方法において、上側成形面３Ａ及び下側成形面４Ａは、貫通孔を有しない連続した面により構成されている。これにより、シート状の離型材２１，２２を成形面３Ａ，４Ａに沿って配置し易くなる。

上記熱間鍛造方法では、被加工材１０を鍛造する工程Ｓ４０の完了時において、第１離型材２２が下側成形面４Ａの全体を覆い、且つ、第２離型材２１が上側成形面３Ａの全体を覆った状態となる。これにより、被加工材１０に被覆されたガラス潤滑剤１１が上側成形面３Ａ及び下側成形面４Ａに付着することをより確実に防止することができる。

上記熱間鍛造方法において、第１離型材２２及び第２離型材２１の両方又はいずれか一方は、特定方向（例えば対角線方向）に伸縮する伸縮性を有している。これにより、鍛造中における被加工材１０の変形に追随して離型材２１，２２を変形させることができる。その結果、被加工材１０に被覆されたガラス潤滑剤１１が金型３，４に対して露出するのを防ぎ、当該ガラス潤滑剤１１が成形面３Ａ，４Ａに付着するのをより確実に防止することができる。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る熱間鍛造方法について、図７を参照して説明する。実施形態２では、被加工材１０の上面１０Ｂに第２離型材２５を配置する工程Ｓ３３において、複数の離型シート２３，２４を積層することにより第２離型材２５が配置され、また複数の離型シート２３，２４の各々が特定方向に伸縮する伸縮性を有し且つ伸縮方向が互いに異なるように積層される点で上記実施形態１と異なっている。なお、実施形態２では、上記実施形態１と異なる当該工程Ｓ３３についてのみ説明する。図７は、被加工材１０の上面１０Ｂを平面視した状態を示している。また図７では、各離型シート２３，２４が水平方向に展開された状態を示している。

まず、被加工材１０の上面１０Ｂ全体を覆うように下側離型シート２３が配置される。図７に示すように、下側離型シート２３は、平面視において上面１０Ｂよりも面積が大きい矩形状のシート材であり、上記実施形態１の第２離型材２１と同様の材質及びシート構造を有するものである。下側離型シート２３は、対角線方向Ｄ１，Ｄ２（伸縮方向）に伸縮する伸縮性を有する。また伸縮方向Ｄ１，Ｄ２におけるシートの伸縮率は、１％以上となっている。なお、下側離型シート２３は、対角線方向Ｄ１，Ｄ２以外の方向に伸縮方向を有していてもよいし、対角線方向Ｄ１，Ｄ２以外の方向にもある程度の伸縮性を有していてもよい。また下側離型シート２３は、矩形状に限定されず、例えば円形状など矩形状以外の形状であってもよい。

次に、下側離型シート２３上に上側離型シート２４が積層される。上側離型シート２４は、下側離型シート２３と略同じ大きさを有する矩形状のシート材であり、上記実施形態１の第２離型材２１と同様の材質及びシート構造を有するものである。上側離型シート２４も、同様に対角線方向Ｄ３，Ｄ４（伸縮方向）に伸縮する伸縮性を有する。また伸縮方向Ｄ３，Ｄ４における伸縮率は、１％以上となっている。なお、上側離型シート２４も、対角線方向Ｄ３，Ｄ４以外の方向に伸縮方向を有していてもよいし、対角線方向Ｄ３，Ｄ４以外の方向にもある程度の伸縮性を有していてもよい。また上側離型シート２４も、矩形状に限定されず、例えば円形状など矩形状以外の形状であってもよい。

ここで、上側離型シート２４は、下側離型シート２３の伸縮方向Ｄ１，Ｄ２に対して伸縮方向Ｄ３，Ｄ４が異なる方向に向くように積層される。つまり、上側及び下側離型シート２３，２４は、伸縮方向が互いに異なるように積層される。図７に示すように、本実施形態では、上側及び下側離型シート２３，２４は、被加工材１０の中央に形成された凹部１０Ｄの中心軸Ｃを中心として互いに４５°ずれた状態で積層される。つまり、伸縮方向Ｄ３は、伸縮方向Ｄ１，Ｄ２に対して４５°の角度を成すようにずれており、伸縮方向Ｄ４も、伸縮方向Ｄ１，Ｄ２に対して４５°の角度を成すようにずれている。

このように実施形態２では、複数の離型シート２３，２４が積層された第２離型材２５を被加工材１０の上面１０Ｂに配置することにより、鍛造中において一部の離型シートが破れた場合でも、他の離型シートによって上面１０Ｂを覆うことができ、ガラス潤滑剤１１が上金型３の上側成形面３Ａに対して露出するのを防止することができる。その結果、ガラス潤滑剤１１が上側成形面３Ａに付着するのをより確実に防止することができる。また被加工材１０の断熱性が向上し、鍛造時に被加工材１０がより容易に変形することが可能となり、成形精度を向上させることができる。

また、複数の離型シート２３，２４が特定方向（対角線方向）に伸縮する伸縮性を有し、伸縮方向Ｄ１〜Ｄ４が互いに異なるように積層されることにより、鍛造中において被加工材１０が複数方向に変形する場合でも、各離型シート２３，２４をそれぞれ別方向に伸縮させることにより追随することができる。つまり、各離型シート２３，２４の伸縮方向が特定方向のみに限られた織布であっても、被加工材１０の変形に対して各離型シート２３，２４を追随して変形させることができる。このため、被加工材１０が上金型３に対して露出することを防止できる。

また本実施形態では、２枚の離型シート２３，２４を積層する場合について説明したがこれに限定されず、３枚以上の離型シートを伸縮方向が互いに異なるように積層してもよい。また被加工材１０の下面１０Ａを覆う第１離型材についても同様に、複数の離型シートを伸縮方向が互いに異なるように積層したものとしてもよい。

（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係る熱間鍛造方法について、図８及び図９を参照して説明する。実施形態３では、被加工材１０の上面１０Ｂに第２離型材２６を配置する工程Ｓ３３において、互いに大きさが異なる複数の離型シート２７，２８を積層する点で上記実施形態１と異なっている。なお、実施形態３では、上記実施形態１と異なる当該工程Ｓ３３についてのみ説明する。図８は、被加工材１０が上金型３と下金型４との間に配置された状態を示している。図９は、被加工材１０の上面１０Ｂを平面視した状態を示している。また図９では、各離型シート２７，２８が水平方向に展開された状態を示している。

図８及び図９に示すように、被加工材１０の上面１０Ｂの中央には、下面１０Ａ側に向かって窪む凹部１０Ｄが形成されている。凹部１０Ｄは、高さ方向に沿った側壁面１０Ｅと、底壁面１０Ｆと、を有し、当該底壁面１０Ｆが被加工材１０の高さ方向の中央よりも上面１０Ｂ側に位置する深さで形成されている。凹部１０Ｄは、平面視円形状を有するがこれに限定されず、例えば矩形状など円形状以外の形状であってもよい。

まず、凹部１０Ｄを覆うように第１離型シート２７が上面１０Ｂに配置される。図９に示すように、第１離型シート２７は、鍛造前の平面視における面積が凹部１０Ｄよりも大きく且つ被加工材１０の上面１０Ｂ全体よりも小さい矩形状のシート材であり、上記実施形態１の第２離型材２１と同様の材質及びシート構造を有するものである。このため、第１離型シート２７を配置した状態では、被加工材１０の上面１０Ｂの一部が露出した状態となる。

次に、第１離型シート２７上に第２離型シート２８が積層される。第２離型シート２８は、鍛造前の平面視における面積が被加工材１０の上面１０Ｂ全体よりも大きい矩形状のシート材であり、上記実施形態１の第２離型材２１と同様の材質及びシート構造を有するものである。このため、第２離型シート２８は、被加工材１０の上面１０Ｂ全体を覆うように配置される。また図８に示すように、第２離型シート２８において上面１０Ｂよりも外側に延びた部分は重力によって垂下し、被加工材１０の側面１０Ｃを覆う。

このように、被加工材１０が凹部１０Ｄを有する場合には、鍛造時に凹部１０Ｄ近傍のシート部分に強く力が掛かり、シートが破れる虞がある。これに対して、本実施形態では、上面１０Ｂよりも面積が小さい第１離型シート２７が鍛造時において凹部１０Ｄ内に入り込むように折れ曲がることができる。このため、鍛造中に仮に第２離型シート２８が破れてしまった場合でも、第１離型シート２７によって凹部１０Ｄ近傍の部分が上金型３に対して露出するのを防止することができる。

また実施形態３では、被加工材１０に１つの凹部１０Ｄが形成された場合について説明したがこれに限定されず、複数の凹部が形成された被加工材にも同様に適用することができる。また被加工材１０の中央に形成された凹部１０Ｄに限定されず、被加工材１０の外縁に形成された切欠状の凹部に対して適用されてもよい。また実施形態３においても、上記実施形態２と同様に、第１及び第２離型シート２７，２８が特定方向に伸縮する伸縮性を有し、これらが互いの伸縮方向が異なるように積層されてもよい。

（その他実施形態）
最後に、本発明のその他実施形態について説明する。

上記実施形態１では、２枚のシート状の離型材２１，２２を用いてガラス潤滑剤１１の成形面３Ａ，４Ａに対する付着を抑制する場合について説明したが、これに限定されない。例えば図１０に示すように、被加工材１０の表面全体を覆うように１枚のシート状の離型材２９を配置し、鍛造中において上面１０Ｂを覆うガラス潤滑剤１１が上側成形面３Ａに直接接触せず、且つ下面１０Ａを覆うガラス潤滑剤１１が下側成形面４Ａに直接接触しないようにしてもよい。この場合でも、上記実施形態１〜３と同様に、ガラス潤滑剤１１が成形面３Ａ，４Ａに付着して離型性が悪化するのを防止できる。

上記実施形態１では、上金型３を下金型４に向かって下降させる場合について説明したがこれに限定されず、下金型４を上金型３に向かって移動させてもよい。また金型３，４を鉛直方向に移動させる場合に限定されず、水平方向に移動させてもよいし、鉛直方向及び水平方向に対する斜め方向に移動させてもよい。

上記実施形態では、離型材として、特定方向に伸縮性を有するものだけでなく、伸縮性（延性）を複数の方向、あるいは、全ての方向に対して有するものが利用されてもよい。これにより、離型材の割れ（あるいは、切れ）がより確実に防止される。

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

３ 上金型（第１金型）
３Ａ 上側成形面（第１成形面）
４ 下金型（第２金型）
４Ａ 下側成形面（第２成形面）
１０ 被加工材
１０Ｄ 凹部
１１ ガラス潤滑剤
２１，２５，２６ 第２離型材（離型材）
２２ 第１離型材（離型材）
２３ 下側離型シート（離型シート）
２４ 上側離型シート（離型シート）
２７ 第１離型シート
２８ 第２離型シート
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 伸縮方向

Claims (7)

1. 少なくとも一方の温度が６００℃以上である第１金型と第２金型との間に加熱された被加工材を配置し、前記被加工材を加熱状態に保持しつつ前記第１金型の第１成形面及び前記第２金型の第２成形面に沿った形状に引き伸ばすように鍛造する熱間鍛造方法であって、
   前記被加工材の表面をガラス潤滑剤により被覆する工程と、
   前記第１金型と前記第２金型との間に前記ガラス潤滑剤により被覆された前記被加工材を配置する工程と、
   前記第１金型と前記第２金型とを相対移動させて互いに近づけることにより、前記第１成形面及び前記第２成形面に沿って引き伸ばすように前記被加工材を鍛造する工程と、を備え、
   前記被加工材を鍛造する工程では、黒鉛、炭素繊維、窒化硼素、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンからなる群より選択される少なくとも１つの固体潤滑成分を含むシート状の離型材が、前記第１成形面と前記ガラス潤滑剤との間及び前記第２成形面と前記ガラス潤滑剤との間に介在し、
   前記離型材は、黒鉛、炭素繊維、窒化硼素、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンからなる群より選択される少なくとも１つの固体潤滑成分を含むシート状の第１離型材及び第２離型材を含み、
   前記被加工材を配置する工程は、
   前記第２成形面上に前記第１離型材を配置する工程と、
   前記ガラス潤滑剤により被覆された前記被加工材を前記第１離型材上に配置する工程と、
   前記被加工材において前記第１離型材上に配置される部分と反対側の部分に、前記第２離型材を配置する工程と、を含み、
   前記被加工材を鍛造する工程では、前記第１成形面と前記ガラス潤滑剤との間に前記第２離型材が介在し、且つ、前記第２成形面と前記ガラス潤滑剤との間に前記第１離型材が介在し、
   前記被加工材は、凹部を有し、
   前記第２離型材を配置する工程は、
   鍛造前の平面視における面積が前記凹部よりも大きく前記被加工材全体よりも小さい第１離型シートを、前記凹部を覆うように配置する工程と、
   鍛造前の平面視における面積が前記被加工材全体よりも大きい第２離型シートを、前記第１離型シート上に配置する工程と、を含むことを特徴とする、熱間鍛造方法。
2. 前記第１成形面及び前記第２成形面は、それぞれ貫通孔を有しない連続した面により構成されている、請求項１に記載の熱間鍛造方法。
3. 前記被加工材を鍛造する工程の完了時において、前記第１離型材が前記第２成形面全体を覆い、且つ、前記第２離型材が前記第１成形面全体を覆う、請求項１又は２に記載の熱間鍛造方法。
4. 前記第１離型材及び前記第２離型材の少なくとも一方は、伸縮性を有する、請求項１〜３の何れか１項に記載の熱間鍛造方法。
5. 前記第１離型材及び前記第２離型材の少なくとも一方は、複数の離型シートを積層することにより配置される、請求項１〜４の何れか１項に記載の熱間鍛造方法。
6. 前記複数の離型シートの各々は、特定方向に伸縮する伸縮性を有し、伸縮方向が互いに異なるように積層される、請求項５に記載の熱間鍛造方法。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の熱間鍛造方法を用いて鍛造品を製造する、熱間鍛造品の製造方法。

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