研究開発された技術紹介

自動車・航空機部品は、高強度軽量化・耐熱性向上を進展させるため、高強度難加工材が使用される方向にある。加工方法として熱間鍛造が適しているが、この種の高強度難加工材の金型を含めた鍛造技術が確立されていない。このような技術背景に対して、高強度難加工材の熱間鍛造の革新的生産性向上を進展させる、新材料を用いた新耐熱合金金型技術の開発を行う。

・熱間鍛造用金型合金の開発
‐合金組成・成分、素材製造法、表面改質法の検討により高温強度の優れた合金の開発
‐900℃耐熱強度:引張強度800MPa
‐窒化処理、金属滲透拡散処理による高温機械特性向上
・断熱型構造の鍛造金型の開発(特許第7021757号)
‐断熱設計の検討により高温鍛造が可能な金型の開発
‐金型温度:900℃(金型外部温度：250℃)
‐鍛造性改善:インコネル718の加工量2.5倍
・肉盛り溶接技術の開発
‐肉盛り合金、溶接条件の検討により高温強度の実現
‐900℃高温硬さ:460HV

・熱間鍛造用金型合金の開発
‐合金組成・成分、素材製造法、表面改質法の検討により、高温強度に優れた合金を開発した
‐鍛造材の種類、金型形状や鍛造条件によって、金型合金の要求特性が異なりシリーズ化した
・断熱型構造の鍛造金型の開発
‐成形部にNi基金属間化合物合金を使用し、断熱構造を設けた断熱金型を開発した。
‐成形部とケース外面では542℃の温度差が得られ、これにより通常のプレス機で成形部を900℃とした鍛造が可能となった。
‐金型・鍛造装置・鍛造方法での特許を取得した。(特許第7021757号)
・肉盛溶接技術の開発
‐Ni基金属間化合物合金および熱間工具鋼SKD61母材にNi基金属間化合物合金の肉盛溶接の適正条件を検討し、市販耐熱合金(Udimet520、Stellite♯6、Inconel625)よりも高温強度の高い肉盛合金の肉盛溶接技術を開発した。

・断熱型構造の鍛造金型の開発により、金型・鍛造装置・鍛造方法での特許を取得した。(特許第7021757号)
・2021年度塑性加工春季講演会にて断熱金型の研究成果を講演した。
・Japan Forging Association 技術寄稿に断熱金型の研究成果が掲載された。(2021 OCTOBER No.76 )

・航空機部品用難加工性Ni・Ti系合金の熱間鍛造金型
・自動車、機械部品用鉄系合金の熱間鍛造金型
・光学ガラス成型用金型

今回の熱間鍛造の生産性を飛躍的に向上させる革新的耐熱合金金型の開発から得た結果は、自動車、機械部品用鉄系合金の熱間鍛造金型の寿命向上・航空機部品用難加工性Ni・Ti系合金の熱間鍛造を可能とする断熱型構造の金型開発実現・光学ガラス成型用金型開発へ向けた合金開発である。これらの結果に基づき主たる研究実施企業ハイテン工業において、3つの方向からの事業化展開を進める。

・難加工合金の熱間鍛造加工性向上により生産性が飛躍的に改善する。
・金型の肉盛溶接補修により資源循環が可能となる。

・Fe基合金の熱間鍛造用長寿命循環型金型
‐従来の超硬金型、ハイス金型に替わり、長寿命で、かつ補修溶接が可能であることから循環して使用可能な金型の事業を展開する。Ni基金属間化合物合金は、各種の表面改質処理によって、その機能を付与することができる。鍛造用金型の機能的付加価値を向上させた新規な鍛造技術を実用化展開していきたい
・航空機用Ni基合金・Ti基合金の高温鍛造用金型
‐金型温度を900℃に上げることができるため、1工程鍛造での大幅な加工度を達成することができ、生産性が大幅に向上させることができる。これによる大幅なコスト削減と省エネ効果で、環境効率・LCAに優位な金型の事業を展開する。また更なる難加工合金の鍛造性調査を行い、新たな市場「航空機エンジン部品」を開拓する。
・光学素子用ガラス成型金型
‐炭化ケイ素や特殊な超硬合金が使われているが、高価でありしかも加工性がよくないことが課題となっている。そこで、高温強度で超精密切削加工性の優れたNi基金属間化合物合金をガラス成型用金型として使用し、今後成長が期待できる市場へ事業展開を図る。

・素材製造法の検討による高温機械特性の改善
‐Ni基金属間化合物合金の高温での機械特性は溶解鋳造法が大きく影響していることから、安定品質、生産性の観点から他の溶解鋳造法についても調査検討する必要がある。
・用途開発
‐脱炭素化社会に向けて、循環型使用・環境効率・LCA（ライフサイクルアセスメント）の観点から、Ni基金属間化合物合金の高温機械特性および肉盛溶接補修に関する優位性を訴求した用途開発を継続していく。

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