セラミックス工具を用いた耐熱金属の鍛造方法に関する研究

1985 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 59850029
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 小坂田 宏造 広島大学, 工, 教授 (50031109)
• Keywords: セラミックス / 自由鍛造 / 剛塑性有限要素法 / シミュレーション / チタニウム合金 / ニッケル基合金 / 摩擦測定 / 潤滑剤

Research Abstract

セラミックス工具を用いた耐熱金属の新しい鍛造方法を開発するため、1200℃までの高温においてセラミックス工具によりチタニウム合金ならびにニッケル基合金の圧縮試験が可能な実験装置を作成した。この実験装置は赤外線加熱装置により急速加熱が可能であり、20MNまでの加圧力に耐えることを確認した。
この装置により極低速で耐熱材料を超塑性状態で成形する場合、工具と素材との拡散接合が生じるのを防ぐため、潤滑剤の開発が非常に重要であることが判明し、高温における摩擦試験方法を開発し、各種の潤滑剤の評価を行った。
摩擦測定方法としては、リング状試験片を圧縮し、その内径の変化から摩擦係数を決定する方法をとった。このための検定曲線を剛塑性有限要素法によるシミュレーションを用いて開発し、パーソナルコンピュータを用いて、測定された圧縮率と内径変化率とを入力すると迅速に摩擦係数が決定できるシステムを作成した。
潤滑剤としては、今までに用いられていない各種のものを試作し、その中で極めて低い摩擦特性を示し、工具と素材との接合を防ぐものがあることを見出し、その潤滑機構を研究中である。セラミックス工具としては、【Al_2】【O_3】,SiC系,SiN系,ジルコニア系のものを試験したが、Ti合金との摩擦に関しては【Al_2】【O_3】が良い結果を示した。しかし、この材料は熱衝撃に対して極めて弱く、熱衝撃の非常に小さい鍛造方法の開発が必要になる。
セラミックスにより複雑な形状の工具を作成すること、ならびに、応力集中の少ない状態で使用することは困難と考えられるため、単純な形状の工具を用い、コンピュータにより動きを制御したプレスを開発した。プラスチシンを用いて行って実験結果によると、この方法によりディスク状製品の鍛造が可能であることが分った。