鍛造のメリット、長所

2012年11月12日更新

鍛造を他の加工法に比べると以下の点で優れているとされます。

1.材料組織の粒子が均一。このため強度が大きい

鍛造材料は、鋳造した材料や機械加工(冷間プレス加工なども)に比べて、鍛錬によって材料の粒子を微細化させ、きめ細かい組織にし、粒子の大きさも均一化していくため、強じんな機械的強度をもつ材料に仕上げることができます。

鋳造加工は、溶けた金属(鋳物湯)を型に流し込むときに、空気の排出がうまくいかないと巣(空洞、気孔)ができてしまうことがあり、材料の強度が弱くなることがあります。基本的に、鍛造はこうした欠陥とは無縁です。

2.材料の組織の流れが大きい

どういうことかというと、金属材料にも、布や紙の繊維の方向のようなものがあります。金属の場合は、製造する際の加圧方法や冷却の仕方によって、材料の組織を構成する粒子の配列と結合強さなどの方向が一方向になり、繊維の流れのようなものができてきます。

布も方向性のある繊維の場合、ある方向からの強度が強くなることがありますが、鍛造材料についても同様の現象が起きます。この組織の流れを、金属では材料の「鍛流線」ということがあります。

機械加工による材料は、組織の流れが材料を製造したいときの圧延や引抜きによってできたままになっており、切削などをすることでさらにその流れが途切れ、不連続となります。鍛造した成形品の場合は、組織の流れが連続しているため、加工によって材料の強度が低下することがありません。いわば金属組織が「活きた」状態になっているといえます。

3.鍛造は材料面で経済的となる(ただし手間と技術は要る)

切削をはじめとする機械加工は、材料を削り取るため、その部分が無駄となります。

鍛造では、削る代わりに叩いて伸ばしていくため、素材が小さくてもすみます。特に高価な材料を製造する際は、材料面でコストを浮かせることが出来ます。ただ、鍛造品、鍛鋼品はもともとが手間のかかる工程を経ているため、強靭な性質が得られる代わりに、コストそのものはかかります。

このため、どこにも鍛造品を使うというわけにはいかず、コストにシビアな部材などの場合は安易にこの製法を指定することができません。

4.材料中の内部応力が残らない。したがって強度が大きくなる

鍛造によって作られた材料は、鋳物のように鋳物湯が冷却して固まる際に出来る内部と外部の冷却速度の違いによって生じるような内部応力が残らないという優れた特徴を持ちます。

どういうことかというと、鋳物は、溶かした金属を型に流し込んで冷却によって形作っていきますが、材料がこの過程で収縮するため、厚い部分、薄い部分、外側、内側、中心部でどうしても内部応力が残留してしまいます。

冷間プレス加工などの機械加工も、材料に無理な力を加圧し変形させるため、材料に内部応力が残ります。この場合、材料に加えられた外力と、内部応力の方向が運悪く重なったりすると、想定されているよりも低い力しか外からはかかっていないにも関わらず、材料は強度を保てず、破壊、破断してしまうことがあります。

対して、鍛造は材料を塑性のきわめて大きい状態(変形しやすい状態)で加圧するので、内部応力は残らず、このような欠陥が生じにくいといえます。

さて、ここまで鍛造のよさ、強さについて述べてきたわけですが、当然、デメリット、短所となるところもあります。まず、鍛造は複雑な形状を作るのが苦手であり、量産性については部材によってはだいぶ改善されているものの、コスト面ではまだ優位とは言い切れない部分があります。特に強度が必要であったり、その部材の寿命が死命を決するような場面で選択されます。

また、鍛造には高度な技術が必要で、特に高い精度を出すことが出来る冷間鍛造は、経験・技術・設備が必須となります。

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