鍛造ビデオを見て、輝く金属から小さな破片が飛び散るのを見たことがありますか?見た目が乱雑で、素材がバラバラになっているのではないかと疑ってしまうかもしれません。まあ、特に熱いアルミニウムの場合、これはプロセスの自然な部分です。

鍛造中に高温のアルミニウムから落ちたり剥がれたりするものは、主に酸化アルミニウムです。この薄くて脆い層は、空気中の酸素と反応して高温のアルミニウムの表面に急速に形成され、変形プロセス中に剥がれることがあります。

SWA Forging では、大口径の鍛造アルミニウム リングとディスクを毎日扱っています。{0}当社のプロセスは高度に制御されていますが、高温の表面での酸化アルミニウムの形成は、この素晴らしい金属を扱う際の基本的な側面です。それは私たちが管理し、理解しているものです。この「もの」とは何なのか、そしてなぜそれが現れるのかを詳しく見てみましょう。

 

金属を鍛造するときに出てくるものは何ですか？

激しい鍛造プロセス中に金属から部品が剥がれ落ちるのを見るのは、少し困惑するかもしれません。金属自体が劣化しているのではないかと心配になるかもしれません。通常は表面反応生成物です。

鍛造時に金属から剥がれる「異物」は、一般に酸化スケールです。アルミニウムの場合、これは酸化アルミニウムです。鋼の場合、通常は酸化鉄です。この層は高温と大気中の酸素との反応によって形成され、機械的ストレスによって剥がれ落ちます。

鍛造、特にリングやディスクの SWA 鍛造で行うような自由型鍛造について話すとき、金属加工品は展性を持たせるために非常に高温に加熱されます。{0}アルミニウム合金の場合、これは摂氏数百度になることがあります。このような温度では、金属、特にその表面は非常に反応性が高くなります。私たちの周囲の空気には酸素が含まれており、熱いアルミニウムはこの酸素と容易に反応します。この化学反応により、表面に新しい化合物、酸化アルミニウム (Al₂O₃) が形成されます。これはアルミニウム金属自体が剥がれ落ちるのではなく、その上にセラミックのような層が形成されるものです。-最初は、この酸化物層は非常に薄く、よく付着しており、実際に下層の金属をある程度保護します。しかし、強力なプレス機やハンマーで金属を成形する鍛造プロセスが続くと、この酸化物層はその下の延性アルミニウムよりも脆くなり、亀裂が入ったり、破損したり、剥離したりする可能性があります。この酸化物層の厚さと付着力は、特定の合金、温度、その温度での時間、炉の雰囲気によって異なります。たとえば、私たちが鍛造する合金の中には、他の合金とはわずかに異なる酸化物特性を発現するものもありますが、基本的なプロセスは同じです。これは熱間加工されたアルミニウムの非常に自然な部分です。

金属表面の剥離とは何ですか?

金属表面から剥離するフレークに気づくと、特に熱いときや加工中に、何が起こっているのかわからないと不安になることがあります。金属がボロボロになっていませんか？いいえ、通常は表面層が崩れているだけです。

金属表面の剥離は、特に鍛造などの熱間加工中に発生するもので、通常、高温や大気との反応により金属上に形成された酸化物層 (スケール) が剥離することです。この層は、多くの場合、ベースメタルよりも脆いです。

この「剥離」は、母材金属 (この場合はアルミニウム合金) とその表面の酸化アルミニウム層との間の特性の違いの直接の結果です。それが起こる理由は次のとおりです。

熱膨張差:金属アルミニウムと酸化アルミニウム層は、加熱時と冷却時にわずかに異なる速度で膨張および収縮します。鍛造での加熱と変形サイクルが繰り返されると、金属と酸化物の界面に応力が生じ、酸化物が接着力を失って剥離する可能性があります。

酸化物の脆さ:酸化アルミニウムはセラミック材料です。硬くて保護力に優れていますが、鍛造される高温で延性のあるアルミニウム合金と比較すると比較的脆い面もあります。アルミニウムのワークピースが鍛造中に絞られたり、ハンマーで叩かれたり、引き伸ばされたりすると、下地の金属が塑性変形します。脆い酸化物層は形状に合わせようとしますが、あまり伸びることができないため、亀裂が入り、剥離して薄片になります。

層の厚さ:酸化層が厚くなりすぎると、密着性が低下し、剥離や剥離が起こりやすくなります。ここでは、再加熱炉内の条件と加熱時間が重要な役割を果たします。 SWA Forgingでは加熱サイクルを慎重に管理しています。酸化物の形成は避けられませんが、その厚さを制御することで最終鍛造製品の品質を確保し、表面に埋め込まれる可能性がある過度の剥離を最小限に抑えることができます。特に厚いまたは緩い酸化物層が形成される場合、鍛造ステップの間にブラッシングまたは他のスケール除去方法が使用されることがありますが、アルミニウムの場合、これは鋼スケールよりも攻撃的ではありません。

 

熱い金属から出るフレークとは何ですか？

鍛冶場で熱い金属から飛び散る小さな破片は、ほとんど火花か灰のように見えますね。これらは実際には金属の変形した表面の一部です。アルミニウムには独特の個性があります。

高温の金属、特に高温のアルミニウムからのフレークは、通常、小さくて軽量の酸化アルミニウム片です。これらは灰白色で脆く、高温のアルミニウム表面が酸素と反応して形成され、鍛造の変形中に壊れます。

アルミニウム鍛造について話すときに、これらのフレークについて詳しく説明しましょう。鋼から剥がれる黒く重いスケールとは異なり、酸化アルミニウムフレークは次のような特徴があります。

色：通常は灰白色-または銀白色-です。これは酸化アルミニウムの自然な色です。

重さ：非常に軽量で、十分に小さい場合は、一瞬空中に浮かんでいるように見えます。これは、酸化アルミニウムはセラミックとしては緻密ですが、鋼から得られるより緻密な酸化鉄のフレークと比較されているためです。

テクスチャ/性質:脆く、簡単に粉砕できます。金属的な感触ではありません。

構成：主にAl₂O₃です。これは、その下のアルミニウム合金（Al）とは化学的に異なります。

SWA 鍛造での大型アルミニウム リングとディスクの鍛造中、加熱されたビレットがプレスやハンマーで操作され、成形されると、これらの微細なフレークが剥離するのがわかります。激しい圧力と変形により、炉内で形成され、露出した高温の表面に形成され続ける酸化物層に亀裂が入り、剥離します。これらは構造用のアルミニウムの破片ではありません。熱と空気によって形成された「皮膚」です。一般に毒性はありませんが、空気中の微粒子を管理するには、炉内で良好な換気が常に重要です。これらのフレークの存在と性質は、経験豊富な鍛造スタッフにとって、ワークピースの温度と表面状態に関する指標となります。

 

鍛造におけるエッジャーとは何ですか？

鍛造の専門家が「エッジャー」または「エッジングパス」について話しているのを聞いて、そのツールやステップが何をするのか疑問に思うかもしれません。これは、本成形の前に金属を正しく成形する上で重要な部分です。

鍛造におけるエッジャーは、鍛造の初期段階で使用される特定のプロファイルを備えた金型キャビティであり、ワークピースの金属を長さに沿って再配分し、ある次元では断面を縮小しながら別の次元では断面を拡大し、その後の成形操作に備えます。{0}}

エッジャー、またはエッジ加工操作は、多くの自由型鍛造プロセスおよび閉型鍛造プロセスの基本的な手順です。{0}予備的な整形ツールとして考えてください。その主な目標は次のとおりです。

マテリアルの配布:戦略的に資料を収集または広めること。たとえば、後の印象付けのためにワークピースの中心にさらに多くの材料が必要な場合、エッジング パスによって端を「ネックダウン」し、材料を中央に向かって押し込むことができます。または、セクションの幅を減らし、高さ/厚さを増やすこともできます。

-断面の整形:これにより、ワークピースの断面がより明確になり、単純なビレット（丸棒や角棒など）から最終的な鍛造金型に必要な大まかな形状へと移行します。-これにより、後の段階での材料の流れが改善されます。

グレイン フロー リファインメント:このように制御された方法で材料を加工することにより、エッジングは金属の内部結晶粒構造の配向を開始するのにも役立ちます。これは、鍛造部品の最終的な機械的特性にとって重要です。

SWA 鍛造では、大型のアルミニウム リングやディスクのプロセスを計画する際、材料がどのように流れて工具に充填されるかを考慮することが最も重要です。小型で複雑な部品の閉型鍛造操作と同じように特定の「エッジツール」を使用することはありませんが、ビレットを事前に成形するための制御された変形の原理は常に存在します。-たとえば、自由型鍛造では、平坦化と絞り出し (コギング) という特定のシーケンスにより、同様の材料の再配分が実現されます。エッジングを含むこのような熱間加工作業では、金属が高温になります。したがって、表面は酸化アルミニウムを形成しており、この酸化物の一部は、表面が加工されるエッジングプロセス中に除去または再分布する可能性があります。適切なエッジングにより、バルク材料が正しく配置されるようになり、酸化物が閉じ込められる可能性のある折り目やラップを最小限に抑え、最終部品の表面をよりきれいにするのにも役立ちます。

 

結論

つまり、鍛造中に高温のアルミニウムから落ちる「物質」は主に酸化アルミニウムです。これはアルミニウムを空気中で加熱する際の自然な副産物であり、その剥離は動的成形プロセスの一部です。