⚡ 要点
- 熱間鍛造は、鋼を 1,000〜1,200 °C に加熱してから成形する工法です。 大型サイズと、冷間成形できない材料のための製法です。
- 熱間鍛造が有利な条件： およそ M24 超、ステンレスや合金鋼、冷間圧造には据込み比が過酷すぎる頭部形状。
- 熱間鍛造のコスト： 酸化スケール、寸法精度の低さ、後加工の必要性。
- 利点： 変形抵抗が 1 桁下がるため、大型・複雑形状がそもそも可能になります。
- 熱間鍛造品は必ず熱処理が必要です。 焼ならし、または焼入れ焼戻しにより結晶粒を整え、特性を回復させます。
- 冷間圧造と熱間鍛造の違いは主にサイズの問題です。 小物は冷間のほうが安く速く、大物は熱間でしか作れません。
- 黒い表面は酸化スケールであり、 めっき前に切削、ブラスト、酸洗のいずれかで除去が必要です。
1. 熱間鍛造しか選べない場面
冷間圧造は小径と延性のある材料に適しています。次のケースは熱間鍛造によらざるを得ません。
- およそ M24 超のサイズ。フォーマの能力（トン数）が足りません。
- 304 や 316 のステンレス。著しく加工硬化し、頭部が充満する前に割れます。
- 42CrMo などの合金鋼。常温では変形抵抗が高すぎます。
- 頭部の据込み比がおよそ 3:1 超。冷間圧造では巻込みや割れが生じます。
2. 工程の流れ
- 切断： コイル線材ではなく、棒材を定尺に切断します。
- 加熱： 中周波誘導加熱で 1,050〜1,150 °C とし、粒界の焼過ぎを避けるため温度を狭い範囲に保ちます。
- 鍛造： 金型内で頭部を据込みます。通常は摩擦プレスまたは電動油圧プレスを使います。
- トリム： バリを除去します。
- 熱処理： 焼ならし、または要求強度区分に応じた焼入れ焼戻しを行います。
- 機械加工： 端面を削り、必要に応じてセンタ穴を加工し、その後ねじを転造します。
3. 熱間鍛造と冷間圧造の比較
| 観点 | 冷間圧造 | 熱間鍛造 |
|---|---|---|
| サイズ範囲 | M1〜M24 | M12〜M100 以上 |
| 精度 | 高い — 転造後そのままで 6g | 低い — 機械加工が必要 |
| 表面 | 清浄で光沢あり | 酸化スケール |
| 生産速度 | 毎分 100〜300 個 | 毎分 5〜20 個 |
| 相対コスト | 1× | 2〜3× |
| 材料 | 低炭素、延性あり | ステンレス、合金鋼、高炭素 |
4. 熱間鍛造の金型
熱間鍛造の金型は約 1,000 °C で使われるため、H13（SKD61）などの熱間用工具鋼を 46〜48 HRC で用います。寿命は冷間圧造の金型に比べて短く、数千個から数万個程度です。摩耗より先に、熱疲労による型面の亀裂が進むためです。金型の予熱と冷却スプレーの管理が、寿命を延ばす主要な手段です。
5. 後処理
- スケール除去： ショットブラストまたは酸洗。スケールが残るとめっき密着を妨げ、水分を保持します。
- 熱処理： 焼ならしは鍛造後の結晶粒を整え、焼入れ焼戻しは 8.8 や 10.9 の特性を与えます。
- 機械加工： 座面と端面を削り、直角度と平行度を図面の許容内に収めます。鍛造ままの面は、軸力を導入する継手には決して使えません。
6. 判断フローとよくある質問
ステップ 1：サイズはいくらか
M24 以下なら冷間圧造。M24 超なら熱間鍛造です。
ステップ 2：材料は何か
低炭素鋼なら冷間圧造。ステンレスや合金鋼なら熱間鍛造です。
よくある質問
Q：熱間鍛造ボルトは強度区分 10.9 にできますか。 できます。鍛造後に焼入れ焼戻しを行います。強度を決めるのは鍛造工程そのものではなく熱処理であり、ビレットではなく完成品で検証する必要があります。
Q：表面が黒いのはなぜですか。 加熱中に生成した酸化スケールです。コーティング前に機械的または化学的に除去しないと、皮膜が密着しません。
Q：熱間鍛造は冷間圧造より安いですか。 いいえ。小物は冷間圧造のほうが安く速いです。熱間鍛造は冷間圧造が不可能な場合にだけ使い、論点は「安いか」ではなく「そもそも作れるか」です。