鍛造

熱い金属塊がハンマー鍛造炉に装填されている

オープンダイ鍛造プレスのビレット

鍛造は、局所的な圧縮力を使用して金属を成形する製造プロセスです。打撃はハンマー（多くの場合、パワーハンマー）またはダイを使用して行われます。鍛造は、実行される温度によって、冷間鍛造（冷間加工の一種）、温間鍛造、または熱間鍛造（熱間加工の一種）に分類されることが多いです。最後の2つでは、通常、金属は鍛冶場で加熱されます。鍛造部品の重量は、1キログラム未満から数百メートルトンに及ぶことがあります。^{[ 1 ] [ 2 ]}鍛造は数千年にわたって鍛冶屋によって行われており、伝統的な製品は台所用品、金物、手工具、刃物、シンバル、宝飾品でした。

産業革命以来、鍛造部品は、部品に高い強度が求められるあらゆる機構や機械に広く利用されてきました。このような鍛造品は、完成品を得るために通常、機械加工などの更なる加工を必要とします。今日、鍛造は世界的な主要産業となっています。^{[ 3 ]}

歴史

釘を鍛造する。ヴァラシュケー博物館 v プルーデ、チェコ共和国

鍛造は、最も古い金属加工プロセスの一つです。^{[ 1 ]}伝統的に、鍛造は鍛冶屋がハンマーと金床を用いて行っていましたが、12世紀に鉄の生産と加工に水力が導入されたことで、大型のトリップハンマーやパワーハンマーが使用可能になり、生産・鍛造できる鉄の量とサイズが増加しました。鍛冶場や鍛冶場は何世紀にもわたって進化し、現代産業の需要を満たすために設計されたプロセス、生産設備、工具、原材料、製品を備えた施設へと発展しました。

現代では、工業的な鍛造は、プレス機、または圧縮空気、電気、油圧、または蒸気を動力源とするハンマーによって行われています。これらのハンマーの往復重量は数千ポンドに達することもあります。往復重量500ポンド（230kg）以下の小型パワーハンマーや油圧プレスも、工芸鍛冶場ではよく見られます。蒸気ハンマーは現在も使用されていますが、より便利な他の動力源が利用可能になったため、時代遅れとなりました。

プロセス

鍛造コネクティングロッドの断面。結晶粒の流れを示すためにエッチングが施されている。

鍛造プロセスには様々な種類がありますが、大きく3つの種類に分類できます。^{[ 1 ]}

• 引き伸ばすと長さが増し、断面積が減少する
• 圧縮：長さが減少し、断面積が増加する
• 密閉された圧縮ダイで圧縮され、多方向の流れを生成

一般的な鍛造工程には、ロール鍛造、スウェージング、コギング、オープンダイ鍛造、インプレッションダイ鍛造（クローズドダイ鍛造）、プレス鍛造、冷間鍛造、自動熱間鍛造、据え込み鍛造などがある。^{[ 1 ] [ 4 ]}

温度

以下の鍛造工程はすべて様々な温度で行うことができますが、一般的には金属温度が再結晶温度以上か以下かで分類されます。温度が材料の再結晶温度以上であれば熱間鍛造、温度が材料の再結晶温度未満だが再結晶温度の30%以上（絶対温度）であれば温間鍛造、再結晶温度の30%未満（通常は室温）であれば冷間鍛造となります。熱間鍛造の主な利点は、より迅速かつ正確に行うことができることと、金属が変形する際に加工硬化効果が再結晶プロセスによって打ち消されることです。冷間鍛造では、通常、部品の加工硬化が起こります。^{[ 5 ] [ 6 ]}

ドロップフォージング

中国海南省における船釘生産

ドロップフォージングとは、ハンマーを持ち上げ、ワークピースに「落とす」ことで、金型の形状に合わせて変形させる鍛造工程です。ドロップフォージングには、オープンダイドロップフォージングとインプレッションダイドロップフォージング（またはクローズドダイドロップフォージング）の2種類があります。名前の通り、違いは金型の形状にあり、前者はワークピースを完全に包み込みませんが、後者は完全に包み込みます。

オープンダイドロップフォージング

ホイールに加工するためのインゴットのオープンダイドロップ鍛造（2つのダイを使用）

鍛造の据え込み段階の準備が整った、オープンダイ鍛造プレス内の80トンの熱い鋼鉄の大きなシリンダー

オープンダイ鍛造はスミスフォージングとも呼ばれます。^{[ 7 ]}オープンダイフォージングでは、固定されたアンビル上に置かれたワークピースをハンマーで叩いて変形させます。オープンダイフォージングは​​、ダイ (ワークピースと接触する表面) がワークピースを囲んでおらず、ダイと接触している場所以外はワークピースが流動できるという事実からその名前が付けられています。したがって、作業者はワークピースを方向付けて配置し、目的の形状にする必要があります。ダイは通常平らな形状ですが、特殊な操作のために特別な形状の表面を持つものもあります。たとえば、ダイは円形、凹面、または凸面を持ち、穴を形成するツールまたは切断ツールになります。^{[ 8 ]}オープンダイフォージングは​​、ディスク、ハブ、ブロック、シャフト (ステップシャフトまたはフランジ付きを含む)、スリーブ、シリンダー、フラット、六角形、円形、プレート、およびいくつかのカスタム形状に加工できます。^{[ 9 ]}オープンダイ鍛造は、ワークピースが非常に大きい場合、または少量生産が必要な場合に典型的に用いられます。^{[ 10 ]}オープンダイ鍛造は少量生産に適しており、美術工芸品や特注品に適しています。場合によっては、インゴットを粗削りして後続工程の準備を整えるために、オープンダイ鍛造が用いられることもあります。また、オープンダイ鍛造は、必要な方向への強度を高めるために、結晶粒を配向させることもあります。^{[ 8 ]}

自由鍛造の利点

• ボイドの発生率を低減
• 疲労耐性の向上
• 改善された微細構造
• 連続穀物流通
• より細かい粒子サイズ
• より大きな強さ^{[ 11 ]}
• 熱処理に対する反応の改善^{[ 12 ]}
• 内部品質の向上
• 機械的特性、延性、耐衝撃性に対する信頼性の向上

「コギングとは、オープンダイドロップフォージを用いて棒材を長さ方向に連続的に変形させることです。一般的には、原材料を適切な厚さに加工するために用いられます。適切な厚さが得られたら、「エッジング」によって適切な幅に成形します。 ^{[ 13 ]}エッジングとは、凹型のオープンダイを用いて材料を集中させる工程です。この工程は、通常、ワークピースの端面に対して行われるため、「エッジング」と呼ばれます。フラーリングは、凸型の金型を用いて鍛造品の一部を薄くする同様の工程です。これらの工程は、ワークピースを更なる鍛造工程に備えるためのものです。 ^{[ 14 ]}

• 
  エッジング
• 
  フラーリング

型鍛造

インプレッションダイ鍛造は「クローズドダイ鍛造」とも呼ばれます。インプレッションダイ鍛造では、金属は鋳型に似たダイに配置され、アンビル（金床）に取り付けられます。通常、ハンマーダイも成形されます。次にハンマーをワークピースに落とすと、金属が流れ出し、ダイのキャビティに充填されます。ハンマーは通常、ミリ秒単位でワークピースに接触します。部品のサイズと複雑さによっては、ハンマーを連続して複数回落とすこともあります。余分な金属はダイのキャビティから押し出され、「フラッシュ」と呼ばれる部分が形成されます。フラッシュは材料の他の部分よりも急速に冷却されます。この冷却された金属はダイ内の金属よりも強度が高いため、フラッシュの発生を防ぎます。また、これにより金属はダイのキャビティを完全に充填します。鍛造後、フラッシュは除去されます。^{[ 7 ] [ 15 ]}

商業的な印象型鍛造では、通常、ワークピースは金型内の一連のキャビティを通過し、インゴットから最終形状へと加工されます。最初の印象は、後のキャビティの要件に合わせて金属を粗形状に分配するために使用されます。この印象は「エッジング」「フラーリング」「ベンディング」印象と呼ばれます。次のキャビティは「ブロッキング」キャビティと呼ばれ、ワークピースは最終製品に近い形状に加工されます。これらの段階では通常、ワークピースに大きな曲げと大きなフィレットが付与されます。最終形状は「最終」または「仕上げ」印象キャビティで鍛造されます。部品の生産数が少量の場合は、最終印象キャビティを金型に設けず、代わりに最終形状を機械加工する方が経済的です。^{[ 16 ]}

近年、インプレッションダイ鍛造は、誘導加熱、機械式供給、位置決めと操作、そして鍛造後の部品の直接熱処理を含む自動化の向上によって改良されてきた。^{[ 17 ]}インプレッションダイ鍛造の一種に「フラッシュレス鍛造」または「真の密閉型鍛造」と呼ばれるものがある。このタイプの鍛造では、金型のキャビティが完全に密閉されているため、ワークピースにバリが発生しない。このプロセスの主な利点は、バリによる金属損失が少ないことである。バリは、出発材料の20～45%を占める。このプロセスの欠点は、金型設計の複雑さによる追加コスト、およびより適切な潤滑とワークピースの配置の必要性である。^{[ 16 ]}

型鍛造を統合した部品成形には、他にも様々なバリエーションがあります。一つの方法は、液体金属から鍛造プリフォームを鋳造するものです。鋳物は凝固後、まだ熱いうちに取り出されます。その後、単キャビティダイで仕上げられます。バリは除去され、部品は焼入れ硬化されます。もう一つのバリエーションは、上記と同じプロセスですが、プリフォームは成形されたコレクターに金属液滴を噴霧堆積させることによって製造されます（オスプレイ法に類似）。^{[ 17 ]}

型鍛造は、金型製作と金型キャビティの設計作業が必要となるため、初期コストは高くなります。しかし、部品ごとの経常コストは低いため、生産量が増えるほど経済的になります。これが、型鍛造が自動車産業や工具産業でよく使用される主な理由の一つです。これらの産業分野で鍛造が広く使用されているもう一つの理由は、鍛造品は一般的に、同じ材料の鋳造部品や機械加工部品と比較して、強度対重量比が約20%高いことです。^{[ 16 ]}

印象型鍛造品および金型の設計

鍛造金型は通常、高合金鋼または工具鋼で作られています。金型は耐衝撃性と耐摩耗性を備え、高温でも強度を維持し、急速な加熱と冷却のサイクルに耐える必要があります。より優れた経済的な金型を製造するために、以下の基準が維持されています。^{[ 17 ]}

• ダイは可能な限り単一の平面に沿って分割します。それが不可能な場合は、パーティング面は部品の輪郭に沿って配置されます。
• 分割面は、鍛造品の中心を通る平面であり、上端または下端の近くではありません。
• 適切な喫水が確保されます。通常、アルミニウムの場合は少なくとも 3°、スチールの場合は 5° ～ 7° です。
• たっぷりとしたフィレットと半径が使用されます。
• 肋骨は低くて幅が広い。
• 金属の流れに極端な差が生じないように、各セクションのバランスが取られています。
• ファイバーフローラインを最大限に活用します。
• 寸法公差は必要以上に狭くありません。

バレル現象は、ワークピースとダイまたはパンチとの間の摩擦により、ワークピースの中央部が樽状に膨らむ現象です。これにより、摩擦がない場合よりも早くワークピースの中央部がダイの側面に接触し、パンチによる鍛造完了に必要な圧力が大幅に増加します。

型鍛造法を用いて製造された鋼部品の寸法公差は、以下の表に示されています。パーティング面の寸法は金型の閉鎖によって影響を受けるため、金型の摩耗と最終的なバリの厚さに依存します。金型の1つのセグメントまたは半分に完全に収まる寸法は、はるかに高い精度を維持できます。^{[ 15 ]}

型鍛造品の寸法公差^{[ 15 ]}

質量 [kg (lb)]	マイナス許容差 [mm (in)]	プラス許容差 [mm (in)]
0.45 (1)	0.15 (0.006)	0.46 (0.018)
0.91 (2)	0.20 (0.008)	0.61 (0.024)
2.27 (5)	0.25 (0.010)	0.76 (0.030)
4.54 (10)	0.28 (0.011)	0.84 (0.033)
9.07 (20)	0.33 (0.013)	0.99 (0.039)
22.68 (50)	0.48 (0.019)	1.45 (0.057)
45.36 (100)	0.74 (0.029)	2.21 (0.087)

潤滑剤は、鍛造時に摩擦と摩耗を低減するために使用されます。また、ワークから金型への熱伝達を抑制するための熱バリアとしても使用されます。さらに、潤滑剤は金型内で部品が固着するのを防ぐための離型剤としても機能します。^{[ 15 ]}

プレス鍛造

プレス鍛造は、ドロップハンマー鍛造のほぼ瞬間的な衝撃とは異なり、ゆっくりと連続的に圧力または力を加えることで行われます。金型がワークピースに接触する時間は秒単位で測定されます（ドロップハンマー鍛造ではミリ秒単位です）。プレス鍛造は冷間鍛造でも熱間鍛造でも行うことができます。^{[ 15 ]}

ドロップハンマー鍛造と比較したプレス鍛造の主な利点は、ワークピース全体を変形させることができることです。ドロップハンマー鍛造では通常、ハンマーとアンビルに接触するワークピースの表面のみが変形し、内部は比較的変形しません。このプロセスのもう一つの利点は、新しい部品のひずみ速度を把握できることです。プレス鍛造工程における圧縮速度を制御することで、内部ひずみを制御することができます。

このプロセスにはいくつかの欠点がありますが、そのほとんどは、ワークピースが金型と長時間接触していることに起因します。工程数が多く、工程の長さも長いため、時間のかかるプロセスです。金型がワークピースに接触しているため、ワークピースはより早く冷却されます。金型は周囲の雰囲気よりもはるかに多くの熱伝達を促進するからです。ワークピースは冷却するにつれて強度が増し、延性が低下します。そのため、変形を続けると割れが発生する可能性があります。そのため、熱損失を減らし、表面流動を促進し、より微細な部品やより厳しい公差の製品を製造するために、通常は加熱された金型が使用されます。ワークピースの再加熱が必要になる場合もあります。

プレス鍛造は、高生産性で行われる場合、ハンマー鍛造よりも経済的です。また、この工程では公差も狭くなります。ハンマー鍛造では、多くの作業が機械に吸収されますが、プレス鍛造では、作業の大部分がワークピースに使用されます。もう一つの利点は、プレス鍛造機のサイズに制限がないため、あらゆるサイズの部品を製造できることです。新しいプレス鍛造技術は、より高い機械的強度と配向性を実現しています。部品の表層への酸化を抑制することで、完成品における微小亀裂の発生レベルを低減します。^{[ 15 ]}

プレス鍛造は、オープンダイ鍛造やインプレッションダイ鍛造など、あらゆるタイプの鍛造に使用できます。インプレッションダイプレス鍛造は、通常、ドロップフォージングよりも必要なドラフトが少なく、寸法精度も優れています。また、プレス鍛造は金型を一度閉じるだけで完了することが多いため、自動化が容易です。^{[ 18 ]}

据え込み鍛造

アプセット鍛造は、ワークピースの長さを圧縮することで直径を大きくします。^{[ 18 ]}生産されるピースの数で見ると、これは最も広く使用されている鍛造プロセスです。^{[ 18 ]}アプセット鍛造プロセスを使用して製造される一般的な部品の例としては、エンジンバルブ、カップリング、ボルト、ネジ、その他のファスナーなどがあります。

アプセット鍛造は通常、クランクプレスと呼ばれる特殊な高速機械で行われます。これらの機械は通常、ワークピースをあるステーションから次のステーションへ素早く交換できるように水平面で動作するように設定されていますが、垂直クランクプレスや油圧プレスでもアプセットを行うことができます。最初のワークピースは通常、線材または棒材ですが、直径25cm（9.8インチ）までの棒材を扱える機械もあり、1000トン以上の容量があります。標準的なアプセット加工機は、複数のキャビティを持つ分割ダイを採用しています。ダイはワークピースが1つのキャビティから次のキャビティへ移動できるように開きます。その後、ダイが閉じ、ヘッディングツール（ラム）が棒材に対して縦方向に移動してキャビティ内にアプセットします。すべてのキャビティが毎サイクルで利用されれば、毎サイクルで完成品が製造されるため、このプロセスは大量生産に有利です。^{[ 18 ]}

アップセット鍛造する部品を設計する際には、以下の規則に従わなければなりません。^{[ 19 ]}

• 損傷を引き起こす座屈を起こさずに一撃で押しつぶされる可能性のある支えのない金属の長さは、バーの直径の 3 倍に制限する必要があります。
• ストックの長さが直径の 3 倍を超える場合でも、アップセットの直径がストックの直径の 1.5 倍以下であれば、正常にアップセットできます。
• ストックの長さがストックの直径の 3 倍以上必要であり、キャビティの直径がストックの直径の 1.5 倍以下であるアップセットでは、ダイの面を超えるサポートされていない金属の長さがバーの直径を超えてはなりません。

自動熱間鍛造

自動熱間鍛造工程では、ミル長（通常7メートル（23フィート））の鋼棒を室温で機械の片側から投入し、反対側から熱間鍛造製品を取り出します。この工程はすべて迅速に行われ、小型部品は1分あたり180個（ppm）、大型部品は90ppmの速度で製造できます。部品は、中実または中空、円形または対称形など、最大重量6kg（13ポンド）、最大直径18cm（7.1インチ）まで可能です。この工程の主な利点は、高い生産率と低コストの材料を使用できることです。機械の操作に必要な労力はわずかです。

バリが発生しないため、従来の鍛造に比べて材料を20～30%節約できます。最終製品の温度は1,050 °C（1,920 °F）に一定に保たれるため、空冷することで容易に機械加工可能な部品が得られます（利点は、鍛造後に焼鈍処理が不要であることです）。公差は通常±0.3 mm（0.012インチ）で、表面はきれいで、抜き勾配は0.5～1°です。工具寿命は従来の鍛造のほぼ2倍で、接触時間は0.06秒程度です。欠点は、このプロセスは小型の対称部品にしか適用できず、コストがかかることです。初期投資は1,000万ドルを超える場合があり、このプロセスを正当化するには大量の生産が必要になります。^{[ 20 ]}

この工程は、高出力誘導コイルを用いて棒材を60秒未満で1,200～1,300℃（2,190～2,370℉）まで加熱することから始まります。その後、ローラーでスケール除去を行い、ブランク状にせん断加工した後、複数の連続成形工程を経ます。この工程では、据え込み、予備成形、最終鍛造、そして必要に応じて穴あけ加工が行われます。この工程は高速冷間成形と組み合わせることもできます。一般的に、冷間成形は仕上げ工程として使用され、冷間加工の利点を活かしつつ、自動熱間鍛造の高速性を維持します。^{[ 21 ]}

このプロセスで製造される部品の例としては、ホイールハブユニットベアリング、トランスミッションギア、テーパーローラーベアリングレース、ステンレス鋼製カップリングフランジ、液化プロパン（LP）ガスシリンダー用のネックリングなどがあります。^{[ 22 ]}手動トランスミッションギアは、冷間加工と組み合わせて使用​​される自動熱間鍛造の例です。^{[ 23 ]}

ロール鍛造

ロール鍛造は、丸棒または平棒の厚みを減らし、長さを増やす工程です。ロール鍛造は、それぞれ1つ以上の形状溝を備えた2つの円筒形または半円筒形のロールを用いて行われます。加熱された棒材がロールに挿入され、所定の位置に当たるとロールが回転し、棒材は機械内を転がりながら徐々に成形されます。その後、棒材は次の溝に移されるか、または回転させて同じ溝に再び挿入されます。この工程は、所望の形状とサイズが得られるまで続けられます。この工程の利点は、バリがなく、ワークピースに好ましい結晶構造を与えることです。^{[ 24 ]}

この方法を使用して製造された製品の例としては、車軸、テーパーレバー、板ばねなどがあります。

ネットシェイプおよびニアネットシェイプ鍛造

精密鍛造とも呼ばれるこの方法は、鍛造後のコストと廃棄物を最小限に抑え、最終的な製品にほとんど、あるいは全く機械加工を必要としないようにするために開発されました。材料使用量の削減、スクラップの削減、エネルギー消費量の削減、そして追加機械加工の削減あるいはゼロ化によってコストが削減されます。精密鍛造では、抜き勾配も1°から0°と小さくなります。このプロセスの欠点はコストであり、大幅なコスト削減が達成できる場合にのみ実施されます。^{[ 25 ]}

冷間鍛造

ニアネットシェイプ鍛造は、スラグ、バー、またはビレットを加熱せずに部品を鍛造する最も一般的な方法です。アルミニウムは、最終形状に応じて冷間鍛造が可能な一般的な材料です。成形される部品の潤滑は、金型の寿命を延ばすために不可欠です。

誘導鍛造

上記のプロセスとは異なり、誘導鍛造は加熱方法の種類に基づいて行われます。上記のプロセスの多くは、この加熱方法と組み合わせて使用​​できます。

多方向鍛造

多方向鍛造とは、ワークピースを一工程で複数の方向に成形する技術です。この多方向成形は、金型の構造的な工夫によって行われます。プレスラムの垂直方向の動きは、くさびによって方向付けられ、鍛造プレスの力が水平方向に分散・方向転換されます。^{[ 26 ]}

等温鍛造

等温鍛造とは、材料と金型を同じ温度（ iso-は「等しい」という意味）に加熱するプロセスです。断熱加熱によって材料の変形を補助するため、ひずみ速度を高度に制御できます。この技術は、鋼よりも鍛造温度が低いアルミニウムの鍛造によく用いられます。アルミニウムの鍛造温度は約430℃（806°F）ですが、鋼や超合金の場合は930～1,260℃（1,710～2,300°F）になります。

利点：

• ニアネットシェイプにより機械加工の要件が低減し、結果としてスクラップ率も低下します。
• 部品の再現性
• 熱損失が少ないため、より小型の機械で鍛造を行うことができる。

デメリット:

• 温度と圧力に対応するための金型材料コストの上昇
• 均一な暖房システムが必要
• 金型と材料の酸化を減らすための保護雰囲気または真空
• 生産率が低い

材料と用途

再加熱のために大型の工業用チャンバー炉に装填されている、白熱した鍛造鋼の塊

鋼の鍛造

成形温度に応じて鋼鍛造は以下のように分けられる。^{[ 27 ]}

• 鋼の熱間鍛造
  • 再結晶温度950～1250℃以上の鍛造温度
  • 良好な成形性
  • 低い成形力
  • ワークピースの引張強度が一定
• 鋼の温間鍛造
  • 鍛造温度は750～950℃
  • ワークピース表面のスケーリングが少ない、または全くない
  • 熱間鍛造よりも狭い公差を実現可能
  • 成形性が制限され、熱間鍛造よりも成形力が高くなる
  • 冷間成形よりも低い成形力
• 鋼の冷間鍛造
  • 室温での鍛造温度、成形エネルギーにより最大150℃まで自己発熱
  • 達成可能な最も狭い許容差
  • ワークピース表面にスケールなし
  • ひずみ硬化による強度の増加と延性の低下
  • 低い成形性と高い成形力が必要である

工業プロセスにおいて、鋼合金は主に高温で鍛造されます。真鍮、青銅、銅、貴金属、およびそれらの合金は冷間鍛造プロセスで製造されますが、金属ごとに異なる鍛造温度が必要です。

アルミニウムの鍛造

• アルミニウムの鍛造は350～550℃の温度範囲で行われる。
• 550℃を超える鍛造温度は合金の固相線温度に近すぎるため、有効ひずみの変化と相まってワーク表面の状態が悪化し、部分的な溶融や褶曲形成につながる可能性があります。^{[ 28 ]}
• 350℃未満の鍛造温度では、降伏応力が上昇して成形性が低下し、金型の未充填、ワークピース表面の割れ、金型力の増加につながる可能性があります。

アルミニウム鍛造は、温度範囲が狭く熱伝導率が高いため、特定のプロセスウィンドウ内でしか実現できません。良好な成形条件を得るには、ワークピース全体の温度分布を均一にする必要があります。したがって、金型温度の制御はプロセスに大きな影響を与えます。例えば、プリフォームの形状を最適化することで、局所的な有効ひずみを制御し、局所的な過熱を低減し、より均一な温度分布を実現できます。^{[ 29 ]}

アルミニウム鍛造部品の応用

高強度アルミニウム合金は、中強度鋼合金と同等の引張強度を持ちながら、軽量化という大きな利点も備えています。そのため、アルミニウム鍛造部品は主に航空宇宙産業、自動車産業、その他多くの工学分野で使用され、特に過酷な使用、衝撃、振動による損傷に対する最高の安全基準が求められる分野で多く使用されています。このような部品としては、ピストン、シャーシ部品、ステアリング部品、ブレーキ部品などが挙げられます。一般的に使用される合金は、AlSi1MgMn（EN AW-6082）とAlZnMgCu1,5（EN AW-7075）です。アルミニウム鍛造部品の約80%はAlSi1MgMn合金で作られています。高強度合金AlZnMgCu1,5は主に航空宇宙用途で使用されています。^{[ 30 ]}

マグネシウムの鍛造

• マグネシウムの鍛造は290～450℃の温度範囲で行われる^{[ 31 ]}

マグネシウム合金は、塑性が低く、ひずみ速度に対する感受性が低く、成形温度が狭いため、鍛造がより困難です。^{[ 31 ]} 3スライド鍛造プレス（TSFP）による半オープンダイ熱間鍛造は、航空機ブラケットの成形に一般的に使用されるMg-Al合金AZ31の新しい開発鍛造方法となっています。^{[ 32 ] [ 33 ]}この鍛造方法は引張特性を改善することが示されているが、結晶粒径が均一ではありません。^{[ 34 ] [ 35 ]}航空宇宙産業と自動車産業ではマグネシウム合金の用途が毎年15～20％増加していますが、特殊な金型でマグネシウム合金を鍛造することは高価であり、大量市場向けの部品を製造するには実現不可能な方法です。代わりに、産業用のほとんどのマグネシウム合金部品は鋳造方法で製造されています。

装置

油圧式ドロップハンマー

(a) 従来の鍛造ディスクの材料フロー; (b) カウンターブロー（インパクター）鍛造ディスクの材料フロー

最も一般的な鍛造装置はハンマーとアンビルです。ハンマーとアンビルの原理は、今日でもドロップハンマー装置に使用されています。この装置の原理は単純です。ハンマーを持ち上げて、アンビル上に置かれたワークピースに落とすか、突き刺すのです。ドロップハンマーの主な違いは、ハンマーの動力源にあります。最も一般的なのは、エアハンマーとスチームハンマーです。ドロップハンマーは通常、垂直姿勢で作動します。その主な理由は、熱や音として放出されない余分なエネルギー（ワークピースの変形に使われないエネルギー）を基礎に伝達する必要があるためです。さらに、衝撃を吸収するために大きな機械ベースが必要になります。^{[ 8 ]}

ドロップハンマーの欠点を克服するために、カウンターブローマシンまたはインパクターが使用されます。カウンターブローマシンでは、ハンマーとアンビルの両方が動き、ワークピースはそれらの間に挟まれます。ここで余分なエネルギーが反動として作用します。これにより、マシンは水平方向に動作し、ベースが小さくなります。その他の利点としては、騒音、熱、振動が少ないことが挙げられます。また、明らかに異なるフローパターンを生成します。これらのマシンはどちらも、オープンダイ鍛造とクローズドダイ鍛造の両方に使用できます。^{[ 36 ]}

鍛造プレス

鍛造プレス（単にプレスと呼ばれることが多い）は、プレス鍛造に使用されます。主な種類は、機械式プレスと油圧式プレスの2つです。機械式プレスは、カム、クランク、トグルなどを使用して、プリセット（ストロークの特定の位置で所定の力）かつ再現可能なストロークを生成します。このタイプのシステムの性質上、ストロークの位置によって異なる力を使用できます。機械式プレスは、油圧式プレスよりも高速です（最大50ストローク/分）。その能力は3～160MN（300～18,000ショートトン力）です。4ダイ装置などの油圧プレスは、流体圧力とピストンを使用して力を生成します。油圧プレスが機械式プレスに勝る利点は、柔軟性と高い能力です。欠点は、機械が遅く、大きく、運用コストが高いことです。^{[ 15 ]}

ロール鍛造、据え込み、自動熱間鍛造の工程では、すべて専用の機械を使用します。

大型鍛造プレス機一覧（インゴットサイズ別）^{[ 2 ] [ 37 ]}

力（トン）	インゴットサイズ（トン）	会社	位置
16,500	600	上海電気グループ[ 38 ]	上海、中国
16,000	600	中国国家二中集団[ 38 ]	徳陽市、中国
14,000	600	日本製鋼所	日本
15,000	580	中国第一重工業グループ[ 39 ]	黒竜江省、中国
13,000		斗山	韓国

大型鍛造プレス機一覧（力別）

力（トン）	力（トン）	インゴットサイズ（トン）	会社	位置
10万	（110,231）		ジバグループ[ 40 ]	イタリア 、ロンバルディア州ロー
8万	（88,200）	150以上	中国 二中[ 38 ]	徳陽市、中国
7万5000	（82,690）		VSMPO-AVISMA	ロシア
6万5000	（71,660）		オーバール＆デュバル[ 41 ] [ 42 ]	イソワール、フランス
53,500	（60,000）		ウェーバーメタルズ社[ 43 ]	カリフォルニア州、アメリカ合衆国
（45,350）	5万	20	アルコア 50,000トン鍛造プレスアルコア、[ 44 ] [ 45 ]ワイマンゴードン[ 46 ] [ 47 ]	私たち
4万	（44,100）		オーバール＆デュバル[ 41 ]	パミエ、フランス
3万	（33,080）	8	ワイマン・ゴードン[ 48 ]	スコットランド、リビングストン
3万	（33,070）		ウェーバーメタルズ社[ 49 ]	カリフォルニア州、アメリカ合衆国
3万	（33,070）		ハウメット・エアロスペース[ 50 ]	ジョージア州、アメリカ合衆国

参照

• 鋳造
• コールドサイジング
• ハンマースケール
• 鍛冶の神々
• チクソフォーミング
• 鍛造温度

参考文献

1. デガーモ、389ページ
2. 発電所の重工業Archived 2010-11-08 at the Wayback Machine World Nuclear Association、2010年9月。2010年9月25日閲覧。
3. 「鍛造：初期の頃」 All Metals & Forge Group、2013年1月22日。2018年1月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年10月1日閲覧。
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5. デガーモ、373​​ページ
6. デガーモ、375ページ
7. デガーモ、391ページ
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参考文献

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