JP2004216413A - Sleeve for die-casting - Google Patents

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JP2004216413A
JP2004216413A JP2003005482A JP2003005482A JP2004216413A JP 2004216413 A JP2004216413 A JP 2004216413A JP 2003005482 A JP2003005482 A JP 2003005482A JP 2003005482 A JP2003005482 A JP 2003005482A JP 2004216413 A JP2004216413 A JP 2004216413A
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JP
Japan
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sleeve
die
coating layer
casting
carbides
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Application number
JP2003005482A
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Japanese (ja)
Inventor
Eisuke Ogawa
衛介 小川
Shigehiro Matsuno
茂弘 松野
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sleeve for die-casting which has both the merits of conventional steel materials and ceramic materials and is excellent in wear resistance, erosion resistance, and toughness. <P>SOLUTION: The sleeve for the die-casting is characterized in as follows. A covering layer excellent in the wear resistance is formed at least on the inner face of a part contacting molten metal of an outer cylinder made of a hollow cylindrical steel material. The covering layer is made of an Fe based alloy containing, by wt.%, 1.0-3.0% C, 0.1-2.0% Si, 0.1-2.0% Mn, Ni≤4.5%, 3.0-10.0% Cr, 0.1-9.0% Mo, W≤10.0%, and 1.0-10.0% V. Further, it contains one or more kinds of either Co≤10.0% and Nb≤10.0%. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金、亜鉛合金、マグネシウム合金等の非鉄金属製品用のダイカストに用いられるスリーブであり、これらの合金溶湯に対して耐摩耗性、耐溶損性および靭性に優れた部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
ダイカスト法は、アルミニウム、亜鉛等からなる金属製品を高速、高精度に鋳造することができる方法であり、自動車製品、家電製品等の各種構成部材の製造に広く利用されている。ダイカスト用スリーブは、ダイカストマシンの溶融金属射出装置を構成するもので、プランジャチップの摺動に対する耐摩耗性や溶融金属に対する耐溶損性などが要求される。
【0003】
従来のダイカスト用スリーブとしては、SKD61に代表される熱間金型用合金鋼からなるものが一般的であるが、近年、生産性の向上や品質向上の観点から、さらなる耐摩耗性、耐溶損性が要求されつつある。そこで、溶融金属と接触する部分を耐摩耗性、耐溶損性に優れる材料で形成したダイカスト用スリーブが数多く提案されている。
【0004】
例えば、特許文献1には、金属材料からなるスリーブ外筒内に、セラミックス材料からなるスリーブ内筒を焼嵌めする構成のスリーブであり、スリーブ外筒とスリーブ内筒を焼嵌する際、スリーブ外筒とスリーブ内筒との間に摩擦低減材料を介在させることにより、スリーブ外筒とスリーブ内筒間の摩擦抵抗を低減させることができ、焼嵌後のスリーブ外筒とスリーブ内筒の残留応力を低減して、スリーブ使用中のスリーブ内筒先端の突出に起因する崩れを防止でき、スリーブ内筒の長寿命化が達成できるダイカスト用スリーブが開示されている。
【0005】
また、特許文献2には、内外の二層からなる複合構造を備えたダイカストマシン用射出スリーブであって、この射出スリーブの外筒は機械構造用炭素鋼S48Cで構成され、内筒は内筒の先端近傍以外の第一部分と内筒先端部の第二部分からなり、それぞれ第一部は耐溶損性に優れたニッケル合金、第二部は靭性に優れたニッケル合金により構成されており、内筒と外筒はHIP法を用いて互いに金属組織的に接合されているダイカストマシン用射出スリーブが開示されている。
【0006】
さらに、特許文献3には、アルミニウム合金などの金属溶湯に対する耐食性および保温性に優れ、かつ熱衝撃に対して十分な強度を保つためスリーブの内周側の溶湯落下部に該当する部分の鋼製母材の内周面に、セラミックスまたはサーメットからなる内張り層が形成された内筒が、スリーブの本体に対して交換可能に嵌め合わされているダイカスト用スリーブが記載されている。
【0007】
【特許文献1】
特開平9−108811号公報
【特許文献2】
特許第3008258号公報
【特許文献3】
特開平2000−61604号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来のSKD61に代表される鋼製のダイカスト用スリーブでは、靭性が良く、軽合金溶湯を射出する時の衝撃に対する耐用性に優れる。しかしながら、耐摩耗性、耐溶損性が十分でないため、短期間のうちに損傷が進み、メンテナンスに多大な工数、コストおよび時間を要する問題があった。
【0009】
このため、スリーブの内面を窒化処理することが一般的であるが、耐摩耗性または耐溶損性については不十分である。そこで、近年、前述の公知例に見られるように、スリーブの内面に窒化珪素もしくはサイアロンセラミックスを嵌合させた組立式ダイカスト用スリーブの適用が広まりつつある。
【0010】
このように溶融金属と接触する部分をセラミックスで形成した場合、溶融金属に対する耐摩耗性および耐溶損性は格段に向上するものの、使用中に大きな機械的衝撃がかかるので、セラミックスが本来有する脆性のため、特に内圧のかかる射出口側の先端付近において局部的損傷が発生し、結果的に短寿命であるという問題があった。
【0011】
本発明の目的は、前記の課題に鑑みて、従来の鋼製材料とセラミックス材料の長所を併せ持つ耐摩耗性、耐溶損性および靭性に優れたダイカスト用スリーブを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
アルミニウム、マグネシウム、亜鉛等からなる軽金属製品を高速、高精度に鋳造することができるダイカスト法に用いられるダイカスト用スリーブは、プランジャチップの摺動に対して摩耗せず、軽合金溶湯に対して溶損せず、さらには鋳造時の衝撃で損傷しない性能が要求される。そこで本発明者らは、ダイカスト用スリーブを単一構造ではなく、複合構造とすることによって、前記の要求性能を満足し長寿命である、ダイカスト用スリーブを発明した。
【0013】
すなわち、中空円筒状の鋼製材料からなる外筒の溶融金属と接触する少なくとも一部分の内面に、耐摩耗性に優れる被覆層を形成し、該被覆層が重量比で、
C :1.0〜3.0% Si:0.1〜2.0%
Mn:0.1〜2.0% Ni≦4.5%
Cr:3.0〜10.0% Mo:0.1〜9.0%
W≦10.0% V :1.0〜10.0%
を含有するFe基合金からなり、さらに、Co≦10.0%、Nb≦10.0%のいずれか一種以上を含有することを特徴とする。
【0014】
また、前記被覆層が、MC系(Mは金属元素)炭化物、MC系炭化物、MC系炭化物、M系炭化物、M系炭化物およびM23系炭化物のいずれか一種以上を含有し、該被覆層中に含有されるこれらの炭化物面積率の総和が25%以下であることを特徴とする。
【0015】
さらに、前記被覆層が遠心鋳造法で形成されることを特徴とする。また、被覆層の表面に、窒化物皮膜層、さらに、Crの窒化物あるいはCrの炭窒化物からなる皮膜層を形成することを特徴とする。
【0016】
【作用】
本発明のダイカスト用スリーブは、鋼製材料からなる外筒との内面に被覆層を形成した複合構造とし、被覆層の成分を、従来のSKD61鋼よりも高合金とすることで耐摩耗性を確保した。本発明のダイカスト用スリーブの内面に形成される被覆層の各元素の含有範囲(重量%)の限定理由について説明する。
【0017】
C:1.0〜3.0%
Cは、耐摩耗性向上のための炭化物の形成と、基地への固溶による焼入れ・焼戻し時の基地硬さの向上に必要である。Cは、耐摩耗性を付与すべきMC、MC、MC、M、M、M23系炭化物を生成する。Cが1.0%未満であると耐摩耗性を向上させるために有効な炭化物の晶出が少なく、さらに、基地に固溶するCが不足し、焼入れによっても十分な基地硬さが得られなくなると同時に高合金化が難しくなる。一方、3.0%を超えると炭化物が粗大化しその晶出量も過大となり被覆層として必要な靭性が劣化するため上限を3.0%とした。
【0018】
Si:0.1〜2.0%
Siの含有量は0.1〜2.0%が好ましい。Siは、脱酸剤として作用し、またMC炭化物中に固溶してW、Moなどの元素を置換して含有されるため、W、Moなどの高価な元素の節減を図るために有効である。Siが0.1%未満では脱酸効果が不足して鋳造欠陥を生じやすい。また、2.0%を超えると脆化が生じやすい。
【0019】
Mn:0.1〜2.0%
Mnの含有量は0.1〜2.0%が好ましい。Mnは、Siと同様に脱酸作用がある。また、不純物であるSをMnSとして固定する作用がある。Mnが0.1%未満では脱酸性に乏しい。また、2.0%を超えると残留オーステナイトが生じやすくなり、安定して十分な硬さを維持できない。
【0020】
Ni≦4.5%
Niは焼入性を向上させ高硬度化させる効果を有する。Niの下限は0%である。4.5%を超えると残留オーステナイトが過剰となりかえって高硬度が得られなくなるためその上限を4.5%とした。より好ましいNi含有量は2.0%以下である。
【0021】
Cr:3.0〜10.0%
CrはCと結合し炭化物を晶出生成し、また基地に固溶し基地硬さをあげることで、耐摩耗性を向上させる。Crが3.0%未満ではその効果が小さい。また、10.0%を超えると、常温での残留オーステナイトが多くなるので、焼戻し回数が多くなり不経済となる。さらに、Crは比較的硬さの低いMやM23系炭化物を形成し、多量の添加はこれらの炭化物が過剰となり耐摩耗性が劣化する。しかしながら、添加量が少ないとその効果が十分確保できず、多すぎると炭化物が粗大化し靱性が低下する。そこで最適な範囲は3.0%〜10.0%とした。
【0022】
Mo:0.1〜9.0%
MoはCrと同様に硬質の炭化物が得られ、また高温で焼戻しを行う場合、その二次硬化に強く寄与する元素である。MoはCと結合して硬質のMC、MC系炭化物を生成する。Moが0.1%未満ではその効果が小さい。また、9.0%を超えると、CとVとMoのバランスにおいてMC、MC系炭化物が多く晶出しすぎ、靭性が低下するため、その適切な範囲を0.1%〜9.0%とした。より好ましいMo含有量は1.0〜8.0%である。
【0023】
W≦10.0%
Wは、Moと同様に焼入れ性の向上と基地の高温硬さを得るために必要である。また、WはCrやMoと同様に硬い炭化物を生成する為これらの元素に置換して添加することも有効である。さらに、基地の焼入れ性を上げ、Cと結合して硬質のMC、MC系炭化物を生成する。Wの下限は0%である。また、10.0%を超えると、MC系炭化物が粗大化し脆性が劣化するため、その適切な範囲を10.0%以下とした。
【0024】
V:1.0〜10.0%
Vは、耐摩耗性の向上に最も寄与する硬質な炭化物であるMC、Mを形成する。Vが1.0%未満では炭化物の生成が少なく耐摩耗性が劣化する。Vが10.0%を超えると、C含有量とのバランスにより、初晶としてオーステナイト、もしくはMC、M系炭化物が晶出する。オーステナイトが初晶で晶出すれば硬さが不十分となる。また、MC、Mが初晶で晶出すれば凝固中に凝集し、ダイカスト用スリーブとして使用した場合、硬質炭化物であるMC、Mの凝集偏析が脆性の劣化を引き起こすので好ましくない。より好ましいVの含有量は、2.0〜8.0%である。
【0025】
Co≦10.0%
Coは炭化物の生成とは無関係に基地に固溶し、強靭性を増すとともに高温硬さと耐摩耗性を向上する効果がある。Coの下限は0%である。Coが10.0%を超えるとその効果が飽和し、かつ高価になるのでその上限を10.0%以下とした。
【0026】
Nb≦10.0%
NbはVと同様に、耐摩耗性の向上に最も寄与する硬質な炭化物であるMC、Mを形成する。Nbの下限は0%である。Nbが10.0%を超えると、靭性の低下とともにC含有量とのバランスにより、初晶としてオーステナイト、もしくはMC、M系炭化物が晶出する。オーステナイトが初晶で晶出すれば硬さが不十分となる。また、MC、Mが初晶で晶出すれば凝固中に凝集し、ダイカスト用スリーブとして使用した場合、硬質炭化物であるMC、Mの凝集偏析が脆性の劣化を引き起こすので好ましくない。また、NbはVと置換可能である。よって、より好ましいNbおよびVの含有量は、(Nb+V)≦2.0〜8.0%である。
【0027】
本発明のダイカスト用スリーブは、溶融金属と接するスリーブ内面を構成する炭化物の種類を特定し、その炭化物の総和の面積率を最適な範囲に制御することにより、すなわちスリーブ内面の被覆層がMC系炭化物、MC系炭化物、MC系炭化物、M系炭化物、M系炭化物およびM23系炭化物のいずれか1種類以上を含むことを特徴とする。
【0028】
また、スリーブ内面の被覆層中の炭化物面積率の総和が25%以下とすることにより、耐摩耗性を格段に向上させることができる。また、炭化物面積の総和が25%を超えると、脆性が劣化する。さらに、硬さを確保するために、特に硬質であるMC系炭化物およびMC系炭化物の面積率の総和は10%以上が好ましい。また、針状やネットワーク状の共晶炭化物量が過多になると必要な機械的特性、特に靭性が確保できなくなるが、MC系炭化物を適切に晶出させることで、MC、M系炭化物のネットワークを分断し靭性を確保できる。
【0029】
さらに本発明のダイカスト用スリーブは、外筒の内面に被覆層を、遠心鋳造法にて金属接合したものである。遠心鋳造法を行うことによって、該被覆層は、微細均一な組織および均一な厚さで外筒内面に接合できる。また、被覆層表面の溶融金属と接触する内面に窒化処理を施すことにより、主に窒化物からなる皮膜層を形成することで一層耐溶損性に優れるダイカストスリーブが得られる。さらに、金属Cr粉末を含む溶融塩に浸漬処理を行い、被覆層表面に、Crの窒化物あるいはCrの炭窒化物からなる皮膜層を形成することで、なお一層耐溶損性に優れるダイカスト用スリーブが得られる。また、外筒は一層でもよいが二層以上の複層構造にしてもよい。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明のダイカスト用スリーブの実施例について以下に説明する。図1に、鋼製の外筒の内面にFe基合金被覆層を接合した本発明のダイカスト用スリーブの概略断面図を示す。図1において、ダイカスト用スリーブ1は、鋼製の外筒2の内面にFe基合金からなる被覆層3が溶着して構成される。外筒2と被覆層3を通して開けられた給湯口4からアルミニウム等の溶融金属が供給される。5はダイカスト用スリーブ1の射出口側、6は後端側である。
【0031】
外筒2は中空円筒状であり、一般構造用鋼で製作した。外筒2は外径130mm、内径68mm、長さ665mmである。外筒2の後端側6に鉄板を溶接して塞ぎ、この後端側6を下にして外筒2を長手鉛直方向に立て、加熱炉内へセットした後、1200℃に加熱した。
【0032】
被覆層は、重量比で、C:1.9%、Si:0.8%、Mn:0.4%、Cr:4.7%、Mo:5.7%、V:6.5%の成分を持つインゴットを1600℃で溶解し、前述の1200℃に加熱した外筒2の射出口側5から溶湯を鋳込んだ。そして素早く射出口側5の穴に栓を打ち込み、遠心鋳造機に移動させた。遠心鋳造機には、長手方向が水平になるようにセットした。遠心鋳造機を作動させ、1000rpmで回転させ、外筒2の外表面温度が、450℃に達したら回転を停止させ、徐冷炉へ入れた。
【0033】
回転を停止した後、所定の温度まで空冷し焼入れを行った。その後、歪取り焼鈍および焼きなましを400〜600℃で3回行うことでダイカスト用のスリーブ素材を得た。
【0034】
このようにして得られたスリーブ素材を調査したところ、外筒2の内面に金属接合した被覆層3の硬さはHs83であり、炭化物は主にMC系炭化物が面積率で13%、MC系炭化物が5%であった。
【0035】
次いで、スリーブ素材の外周面、端面、内面およびホッパー孔を所定の寸法に仕上加工を行った。
【0036】
その後、本スリーブ素材を炉に入れアンモニア気流中で500℃に加熱保持し、窒化処理を行い被覆層表面に窒化物皮膜層8を形成させた。さらに、耐溶損性を向上させるため、この窒化物処理を施したスリーブ素材は金属Cr粉末を含む溶融塩に浸漬して、窒化処理が施された窒化物皮膜層8の表面に窒化物Crの窒化物あるいはCrの炭窒化物皮膜層7を形成し、ダイカスト用スリーブ1を得た。
【0037】
このようにして製造した本発明のダイカスト用スリーブを、実機ダイカストマシンに装備し、アルミ溶湯の射出成形に供したところ、従来のSKD61鋼に比べ耐摩耗性、耐溶損性に優れ、セラミックス製のスリーブに比べても欠損することなく靭性も良好であり長期間安定に使用することができた。
【0038】
【発明の効果】
本発明のダイカスト用スリーブによれば、従来の鋼製材料とセラミックス材料の長所を併せ持つ耐摩耗性、耐溶損性および靭性に優れたダイカスト用スリーブを提供することができ、安定して長期間操業できるため、メンテナンスの工数、コストおよび時間を低減することができ、生産効率を向上する事が出来た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るダイカスト用スリーブを示す断面図である。
【符号の説明】
1 ダイカスト用スリーブ、 2 外筒、 3 被覆層、 4 給湯口、
5 スリーブ射出口側、 6 スリーブ後端側、
7 Cr炭化物あるいはCr炭窒化物皮膜層、 8 窒化物皮膜層
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sleeve used for die casting for non-ferrous metal products such as aluminum alloys, zinc alloys, and magnesium alloys, and relates to a member excellent in wear resistance, erosion resistance, and toughness for molten alloys thereof.
[0002]
[Prior art]
The die casting method is a method capable of casting a metal product made of aluminum, zinc, or the like at high speed and with high accuracy, and is widely used for manufacturing various components such as automobile products and home electric appliances. The die casting sleeve constitutes a molten metal injection device of a die casting machine, and is required to have abrasion resistance against sliding of a plunger tip, erosion resistance against molten metal, and the like.
[0003]
Conventional die casting sleeves are generally made of alloy steel for hot dies represented by SKD61. However, in recent years, from the viewpoint of improving productivity and quality, further wear resistance and erosion resistance have been improved. Sex is being demanded. In view of this, many die-casting sleeves have been proposed in which a portion in contact with a molten metal is formed of a material having excellent wear resistance and erosion resistance.
[0004]
For example, Patent Document 1 discloses a sleeve having a configuration in which a sleeve inner cylinder made of a ceramic material is shrink-fitted into a sleeve outer sleeve made of a metal material. By interposing a friction reducing material between the cylinder and the sleeve inner cylinder, the friction resistance between the sleeve outer cylinder and the sleeve inner cylinder can be reduced, and the residual stress of the sleeve outer cylinder and the sleeve inner cylinder after shrink fitting. This discloses a die-casting sleeve capable of preventing collapse due to protrusion of the distal end of the sleeve inner cylinder during use of the sleeve and achieving a longer life of the sleeve inner cylinder.
[0005]
Patent Document 2 discloses an injection sleeve for a die-casting machine having a composite structure including two layers, an inner cylinder and an outer cylinder, wherein the outer cylinder of the injection sleeve is formed of carbon steel S48C for mechanical structure, and the inner cylinder is an inner cylinder. The first part other than the vicinity of the tip and the second part of the inner cylinder tip part, the first part is made of a nickel alloy excellent in erosion resistance, and the second part is made of a nickel alloy excellent in toughness. An injection sleeve for a die casting machine is disclosed in which a cylinder and an outer cylinder are metallized to each other by using a HIP method.
[0006]
Further, Patent Literature 3 discloses that a portion corresponding to a molten metal dropping portion on the inner peripheral side of a sleeve has excellent corrosion resistance and heat retention to a molten metal such as an aluminum alloy, and has sufficient strength against thermal shock. A die casting sleeve is described in which an inner cylinder in which a lining layer made of ceramic or cermet is formed on an inner peripheral surface of a base material is exchangeably fitted to a main body of the sleeve.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-10881 [Patent Document 2]
Japanese Patent No. 308258 [Patent Document 3]
JP-A-2000-61604 [0008]
[Problems to be solved by the invention]
The steel die-casting sleeve represented by the conventional SKD61 has good toughness and excellent durability against impact when injecting a light alloy melt. However, since the wear resistance and the erosion resistance are not sufficient, there is a problem that the damage is advanced in a short period of time and a large number of steps, cost and time are required for maintenance.
[0009]
For this reason, the inner surface of the sleeve is generally subjected to nitriding treatment, but is insufficient in abrasion resistance or erosion resistance. Then, in recent years, as shown in the above-mentioned known example, the application of the assembly type die casting sleeve in which silicon nitride or sialon ceramics is fitted to the inner surface of the sleeve is spreading.
[0010]
When the portion that comes into contact with the molten metal is made of ceramic, the wear resistance and erosion resistance to the molten metal are significantly improved, but a large mechanical impact is applied during use, so the brittleness inherent in ceramics Therefore, there is a problem that local damage occurs particularly near the tip on the side of the injection port where internal pressure is applied, resulting in a short life.
[0011]
An object of the present invention is to provide a die-casting sleeve having excellent wear resistance, erosion resistance and toughness, which has the advantages of a conventional steel material and a ceramic material in view of the above problems.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The die-casting sleeve used in the die-casting method, which can cast light metal products made of aluminum, magnesium, zinc, etc. at high speed and with high precision, does not wear due to the sliding of the plunger tip and melts in the light alloy melt. It is required to have a performance not to be damaged and not to be damaged by the impact during casting. Therefore, the present inventors have invented a die-casting sleeve that satisfies the above-mentioned required performance and has a long service life by using a composite structure instead of a single structure for the die-casting sleeve.
[0013]
That is, a coating layer having excellent wear resistance is formed on at least a part of the inner surface of the outer cylinder made of a hollow cylindrical steel material that comes into contact with the molten metal, and the coating layer has a weight ratio of:
C: 1.0 to 3.0% Si: 0.1 to 2.0%
Mn: 0.1 to 2.0% Ni ≦ 4.5%
Cr: 3.0 to 10.0% Mo: 0.1 to 9.0%
W ≦ 10.0% V: 1.0 to 10.0%
, And further contains at least one of Co ≦ 10.0% and Nb ≦ 10.0%.
[0014]
Further, the coating layer is made of an MC-based (M is a metal element) carbide, an M 2 C-based carbide, an M 6 C-based carbide, an M 7 C 3- based carbide, an M 4 C 3- based carbide and an M 23 C 6- based carbide. It is characterized by containing any one or more of them, and the total of the area ratios of these carbides contained in the coating layer is 25% or less.
[0015]
Further, the coating layer is formed by a centrifugal casting method. In addition, a nitride film layer and a film layer made of Cr nitride or Cr carbonitride are formed on the surface of the coating layer.
[0016]
[Action]
The sleeve for die casting of the present invention has a composite structure in which a coating layer is formed on the inner surface of an outer cylinder made of a steel material and a coating layer, and the component of the coating layer is made of a higher alloy than conventional SKD61 steel to improve wear resistance. Secured. The reason for limiting the content range (% by weight) of each element of the coating layer formed on the inner surface of the sleeve for die casting of the present invention will be described.
[0017]
C: 1.0 to 3.0%
C is necessary for the formation of carbides for improving wear resistance and for improving the hardness of the matrix during quenching and tempering by solid solution in the matrix. C produces MC, M 2 C, M 6 C, M 7 C 3 , M 4 C 3 , and M 23 C 6 series carbides to be provided with wear resistance. When C is less than 1.0%, there is little crystallization of carbides effective for improving wear resistance, and furthermore, C dissolved in the matrix is insufficient, and sufficient matrix hardness can be obtained even by quenching. At the same time, high alloying becomes difficult. On the other hand, if it exceeds 3.0%, the carbides become coarse and the crystallization amount becomes excessive, and the toughness required for the coating layer deteriorates, so the upper limit was made 3.0%.
[0018]
Si: 0.1 to 2.0%
The content of Si is preferably 0.1 to 2.0%. Si acts as a deoxidizing agent, and is dissolved in M 6 C carbide to be contained by replacing elements such as W and Mo. Therefore, in order to save expensive elements such as W and Mo, It is valid. If the content of Si is less than 0.1%, the deoxidizing effect is insufficient, and casting defects are likely to occur. If it exceeds 2.0%, embrittlement is likely to occur.
[0019]
Mn: 0.1-2.0%
The content of Mn is preferably from 0.1 to 2.0%. Mn has a deoxidizing effect similarly to Si. Further, it has an effect of fixing S as an impurity as MnS. If Mn is less than 0.1%, deacidification is poor. On the other hand, when the content exceeds 2.0%, retained austenite is liable to be generated, so that sufficient hardness cannot be stably maintained.
[0020]
Ni ≦ 4.5%
Ni has the effect of improving hardenability and increasing hardness. The lower limit of Ni is 0%. If it exceeds 4.5%, the amount of retained austenite becomes excessive and high hardness cannot be obtained, so the upper limit was made 4.5%. A more preferred Ni content is 2.0% or less.
[0021]
Cr: 3.0 to 10.0%
Cr combines with C to form carbides by crystallization, and forms a solid solution in the matrix to increase the hardness of the matrix, thereby improving wear resistance. If the Cr content is less than 3.0%, the effect is small. On the other hand, if it exceeds 10.0%, the amount of retained austenite at room temperature increases, so that the number of tempering increases, which is uneconomical. Further, Cr forms a relatively low hardness M 7 C 3 and M 23 C 6 type carbides, the quantity of added wear resistance becomes these carbides excessive deteriorates. However, if the addition amount is small, the effect cannot be sufficiently secured, and if it is too large, carbides are coarsened and toughness is reduced. Therefore, the optimum range is set to 3.0% to 10.0%.
[0022]
Mo: 0.1 to 9.0%
Mo is an element capable of obtaining a hard carbide like Cr, and strongly contributing to the secondary hardening when tempering at a high temperature. Mo combines with C to form hard M 2 C, M 6 C-based carbides. If Mo is less than 0.1%, the effect is small. On the other hand, if the content exceeds 9.0%, M 2 C and M 6 C-based carbides are excessively crystallized in the balance of C, V and Mo, and the toughness is lowered. 0.0%. A more preferred Mo content is 1.0 to 8.0%.
[0023]
W ≦ 10.0%
W is necessary for improving the hardenability and obtaining the high-temperature hardness of the matrix similarly to Mo. Further, since W forms hard carbides like Cr and Mo, it is effective to substitute W for these elements and add them. Further, the hardenability of the matrix is improved, and the hardened M 2 C and M 6 C-based carbides are formed by combining with C. The lower limit of W is 0%. If the content exceeds 10.0%, the M 6 C-based carbide coarsens and the brittleness deteriorates. Therefore, the appropriate range is set to 10.0% or less.
[0024]
V: 1.0 to 10.0%
V forms MC and M 4 C 3 which are hard carbides most contributing to the improvement of wear resistance. If V is less than 1.0%, the generation of carbides is small, and the wear resistance deteriorates. When V exceeds 10.0%, austenite or MC or M 4 C 3 -based carbide crystallizes as primary crystals depending on the balance with the C content. If austenite is crystallized as primary crystals, the hardness becomes insufficient. When MC and M 4 C 3 are crystallized as primary crystals, they coagulate during solidification, and when used as a die-casting sleeve, cohesion and segregation of MC and M 4 C 3 which are hard carbides cause brittle deterioration. Not preferred. A more preferred V content is 2.0 to 8.0%.
[0025]
Co ≦ 10.0%
Co forms a solid solution in the matrix irrespective of the formation of carbides, and has the effect of increasing toughness and improving high-temperature hardness and wear resistance. The lower limit of Co is 0%. If Co exceeds 10.0%, the effect is saturated and the cost increases, so the upper limit is set to 10.0% or less.
[0026]
Nb ≦ 10.0%
Like V, Nb forms MC and M 4 C 3 which are hard carbides most contributing to the improvement of wear resistance. The lower limit of Nb is 0%. If Nb exceeds 10.0%, austenite or MC or M 4 C 3 -based carbides are crystallized as primary crystals due to the balance between the toughness and the C content. If austenite is crystallized as primary crystals, the hardness becomes insufficient. When MC and M 4 C 3 are crystallized as primary crystals, they coagulate during solidification, and when used as a die-casting sleeve, cohesion and segregation of MC and M 4 C 3 which are hard carbides cause brittle deterioration. Not preferred. Nb can be replaced with V. Therefore, a more preferable content of Nb and V is (Nb + V) ≦ 2.0 to 8.0%.
[0027]
The sleeve for die casting of the present invention specifies the type of carbide constituting the inner surface of the sleeve in contact with the molten metal, and controls the area ratio of the total amount of the carbide to an optimal range. It is characterized by containing at least one of carbides, M 2 C-based carbides, M 6 C-based carbides, M 7 C 3- based carbides, M 4 C 3- based carbides and M 23 C 6- based carbides.
[0028]
Further, by setting the total of the area ratio of carbide in the coating layer on the inner surface of the sleeve to 25% or less, the wear resistance can be remarkably improved. If the total carbide area exceeds 25%, the brittleness deteriorates. Furthermore, in order to secure hardness, the total sum of the area ratios of particularly hard MC-based carbide and M 2 C-based carbide is preferably 10% or more. Also, if the amount of needle-like or network-like eutectic carbides is excessive, necessary mechanical properties, particularly toughness, cannot be secured. However, by appropriately crystallizing MC-based carbides, M 2 C, M 7 C 3 The toughness can be secured by dividing the network of the carbide.
[0029]
Further, in the die casting sleeve of the present invention, a coating layer is metal-bonded to the inner surface of the outer cylinder by a centrifugal casting method. By performing the centrifugal casting method, the coating layer can be bonded to the inner surface of the outer cylinder with a fine uniform structure and a uniform thickness. In addition, by performing a nitriding treatment on the inner surface of the coating layer surface that comes into contact with the molten metal, a coating layer mainly composed of nitride is formed, whereby a die casting sleeve having more excellent erosion resistance can be obtained. Furthermore, by performing a dipping treatment in a molten salt containing a metal Cr powder and forming a coating layer made of Cr nitride or Cr carbonitride on the surface of the coating layer, a sleeve for die casting having even more excellent erosion resistance. Is obtained. In addition, the outer cylinder may be a single layer, or may have a multi-layer structure of two or more layers.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the sleeve for die casting of the present invention will be described below. FIG. 1 is a schematic sectional view of a die-casting sleeve of the present invention in which an Fe-based alloy coating layer is joined to the inner surface of a steel outer cylinder. In FIG. 1, a die-casting sleeve 1 is formed by welding a coating layer 3 made of an Fe-based alloy to an inner surface of a steel outer cylinder 2. A molten metal such as aluminum is supplied from a hot water supply port 4 opened through the outer cylinder 2 and the coating layer 3. Reference numeral 5 denotes an injection port side of the die casting sleeve 1, and reference numeral 6 denotes a rear end side.
[0031]
The outer cylinder 2 has a hollow cylindrical shape and is made of general structural steel. The outer cylinder 2 has an outer diameter of 130 mm, an inner diameter of 68 mm, and a length of 665 mm. An iron plate was welded to the rear end side 6 of the outer cylinder 2 to close it, and the outer cylinder 2 was set upright in the vertical direction with the rear end side 6 down, set in a heating furnace, and then heated to 1200 ° C.
[0032]
The coating layer has a weight ratio of C: 1.9%, Si: 0.8%, Mn: 0.4%, Cr: 4.7%, Mo: 5.7%, V: 6.5%. The ingot having the components was melted at 1600 ° C., and the molten metal was cast from the injection port side 5 of the outer cylinder 2 heated to 1200 ° C. described above. Then, a stopper was quickly driven into the hole on the injection port side 5 and moved to a centrifugal casting machine. The centrifugal casting machine was set so that the longitudinal direction was horizontal. The centrifugal casting machine was operated and rotated at 1000 rpm. When the outer surface temperature of the outer cylinder 2 reached 450 ° C., the rotation was stopped and the outer cylinder 2 was put into the lehr.
[0033]
After stopping the rotation, it was air-cooled to a predetermined temperature and quenched. Thereafter, the strain relief annealing and annealing were performed three times at 400 to 600 ° C. to obtain a sleeve material for die casting.
[0034]
When the sleeve material thus obtained was examined, the hardness of the coating layer 3 metal-bonded to the inner surface of the outer cylinder 2 was Hs83, and the carbide was mainly MC-based carbide in an area ratio of 13% and M 2. C-based carbide was 5%.
[0035]
Next, the outer peripheral surface, the end surface, the inner surface, and the hopper hole of the sleeve material were finished to predetermined dimensions.
[0036]
Thereafter, the sleeve material was placed in a furnace and heated and maintained at 500 ° C. in an ammonia stream to perform a nitriding treatment to form a nitride coating layer 8 on the surface of the coating layer. Furthermore, in order to improve the erosion resistance, the sleeve material subjected to the nitride treatment is immersed in a molten salt containing metallic Cr powder, and the surface of the nitride film layer 8 subjected to the nitridation treatment is coated with nitride Cr. A carbonitride film layer 7 of nitride or Cr was formed, and a sleeve 1 for die casting was obtained.
[0037]
The thus manufactured die-casting sleeve of the present invention was mounted on an actual die-casting machine and subjected to injection molding of molten aluminum. As a result, compared to the conventional SKD61 steel, the sleeve has superior wear resistance, erosion resistance, and ceramics. Compared with the sleeve, the toughness was good without any breakage, and it could be used stably for a long time.
[0038]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the sleeve for die-casting of this invention, the sleeve for die-casting excellent in wear resistance, erosion resistance, and toughness which has the advantage of the conventional steel material and ceramic material can be provided, and it can operate stably for a long time. As a result, the number of maintenance steps, cost and time can be reduced, and the production efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a die casting sleeve according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 die-casting sleeve, 2 outer cylinder, 3 coating layer, 4 hot water supply port,
5 Sleeve injection port side, 6 Sleeve rear end side,
7 Cr carbide or Cr carbonitride film layer, 8 Nitride film layer

Claims (7)

中空円筒状の鋼製材料からなる外筒の溶融金属と接触する少なくとも一部分の内面に、耐摩耗性に優れる被覆層を形成したダイカスト用スリーブであって、該被覆層が重量比で、
C :1.0〜3.0% Si:0.1〜2.0%
Mn:0.1〜2.0% Ni≦4.5%
Cr:3.0〜10.0% Mo:0.1〜9.0%
W≦10.0% V :1.0〜10.0%
を含有するFe基合金からなることを特徴とするダイカスト用スリーブ。
A die-casting sleeve formed with a coating layer having excellent wear resistance on at least a part of the inner surface of the outer cylinder made of a hollow cylindrical steel material that comes into contact with the molten metal, wherein the coating layer has a weight ratio of:
C: 1.0 to 3.0% Si: 0.1 to 2.0%
Mn: 0.1 to 2.0% Ni ≦ 4.5%
Cr: 3.0 to 10.0% Mo: 0.1 to 9.0%
W ≦ 10.0% V: 1.0 to 10.0%
A die-casting sleeve comprising an Fe-based alloy containing:
前記被覆層がさらに重量比で、Co≦10.0%、Nb≦10.0%のいずれか一種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載のダイカスト用スリーブ。2. The die-casting sleeve according to claim 1, wherein the coating layer further contains at least one of Co ≦ 10.0% and Nb ≦ 10.0% by weight. 3. 前記被覆層が、MC系(Mは金属元素)炭化物、MC系炭化物、MC系炭化物、M系炭化物、M系炭化物およびM23系炭化物のいずれか一種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載のダイカスト用スリーブ。The coating layer is either MC system (M is a metal element) carbides, M 2 C carbides, M 6 C carbides, M 7 C 3 carbides, M 4 C 3 carbide and M 23 C 6 type carbides The die-casting sleeve according to claim 1, wherein the sleeve comprises at least one kind. 前記被覆層中に含有される炭化物の面積率の総和が25%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のダイカスト用スリーブ。The die-casting sleeve according to any one of claims 1 to 3, wherein the total area ratio of carbides contained in the coating layer is 25% or less. 前記被覆層が遠心鋳造法で形成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のダイカスト用スリーブ。The sleeve for die casting according to any one of claims 1 to 4, wherein the coating layer is formed by a centrifugal casting method. 前記被覆層の表面に、窒化物からなる皮膜層を構成することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のダイカスト用スリーブ。The die-casting sleeve according to any one of claims 1 to 5, wherein a coating layer made of a nitride is formed on a surface of the coating layer. 前記窒化物皮膜層の表面に、Crの窒化物あるいはCrの炭窒化物からなる皮膜層を構成することを特徴とする請求項6に記載のダイカスト用スリーブ。7. The die-casting sleeve according to claim 6, wherein a coating layer made of Cr nitride or Cr carbonitride is formed on the surface of the nitride coating layer.
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