JP2008126310A - Member for forming - Google Patents

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JP2008126310A JP2006317837A JP2006317837A JP2008126310A JP 2008126310 A JP2008126310 A JP 2008126310A JP 2006317837 A JP2006317837 A JP 2006317837A JP 2006317837 A JP2006317837 A JP 2006317837A JP 2008126310 A JP2008126310 A JP 2008126310A
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Masamichi Kono
正道 河野
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a member for forming in which a thickened layer is uniformly formed in the vicinity of the surface of a cooling hole, and to provide the member for forming in which the crack of the water cooled hole can be suppressed. <P>SOLUTION: A die 1 is composed of a steel member comprising, by mass, 0.21 to 0.80% C, 0.01 to 2.0% Cu and 0.02 to 5.0% Ni. The die 1 is provided with a cooling hole 2 to be the flow passage of a coolant, a concentrated layer Q on which Cu and Ni are thickened is formed in the vicinity of the surface of the cooling hole 2, and the thickened layer Q has a thickness δsatisfying 1 μm≤δ≤15 μm. Further, the concentration β of the elements X (Cu and Ni) contained in the thickened layer Q is ≥1.2 times of the concentration α of the elements X contained in the steel member or above. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ダイカスト、鍛造、プラスチックやゴムの射出成形に用いて好適な成形用部材に関し、更に詳しくは、ハイサイクル化を行っても水冷孔割れの意匠面への貫通が起こりにくい成形用部材に関する。   The present invention relates to a molding member suitable for use in die casting, forging, injection molding of plastics and rubber, and more specifically, a molding member in which penetration of a water-cooled hole crack to a design surface hardly occurs even when a high cycle is performed. About.

ダイカストとは、溶融金属、例えば、溶融アルミ合金を、金型の隙間に注入して、それを固めると同時にその金型の形を転写して鋳物を製造することをいう。そして、ダイカスト品とは、ダイカストによって生産された製品をいい、単位時間当たりにダイカスト品が何個生産できるかをダイカスト品の生産サイクル(鋳造サイクルともいう)という。近年、ダイカスト品の生産サイクルを上げたい、すなわち、単位時間当たりに生産できるダイカスト品の数を増加させたいという要望が高まっている。これは、ハイサイクル化と呼ばれている。   Die casting refers to casting a molten metal, for example, a molten aluminum alloy, into a gap between molds and solidifying the mold, and at the same time transferring the shape of the mold to produce a casting. A die-cast product refers to a product produced by die casting, and the number of die-cast products that can be produced per unit time is called a die-cast product production cycle (also called a casting cycle). In recent years, there has been a growing demand to increase the production cycle of die-cast products, that is, to increase the number of die-cast products that can be produced per unit time. This is called high cycle.

しかしながら、ダイカストで用いられた金型は、溶融アルミ合金から熱を奪って溶融アルミ合金を固めるものである。従って、ハイサイクル化を行うと、熱を奪って高温になった金型の冷却時間が不十分となる。そうすると、金型の温度が高いまま次のダイカストがなされる。冷却が不十分な高温金型を用いた溶融アルミ合金の冷却は、溶融アルミ合金が固まったときの組織を粗くし、ダイカスト品の品質特性(強度、衝撃値)を損なう。すなわち、ハイサイクル化を行うと、ダイカストが終わってから次のダイカストを行うまでに金型の温度を十分下げることができないという問題があった。   However, the die used in die casting takes heat from the molten aluminum alloy and hardens the molten aluminum alloy. Therefore, when the high cycle is performed, the cooling time of the mold that has been deprived of heat and brought to a high temperature becomes insufficient. Then, the next die casting is performed while the temperature of the mold is high. Cooling of a molten aluminum alloy using a high-temperature mold that is not sufficiently cooled roughens the structure when the molten aluminum alloy is solidified and impairs the quality characteristics (strength, impact value) of the die-cast product. That is, when the high cycle is performed, there is a problem that the temperature of the mold cannot be sufficiently lowered from the end of the die casting to the next die casting.

そこで、図8に示すように、従来より金型の内部冷却を強化するために、金型1の内部に水冷孔2を開け、この中で冷却水を循環させて、金型の冷却が行われている。ちなみに、冷却水の温度は10〜80℃(循環部位や季節により異なる)であり、溶融アルミ合金の温度は620〜720℃程度である。   Therefore, as shown in FIG. 8, in order to enhance the internal cooling of the mold, a water cooling hole 2 is formed in the mold 1 and the cooling water is circulated therein to cool the mold. It has been broken. Incidentally, the temperature of the cooling water is 10 to 80 ° C. (varies depending on the circulation part and season), and the temperature of the molten aluminum alloy is about 620 to 720 ° C.

さて、水冷孔2とハイサイクル化との関係であるが、ハイサイクル化を行うときは、金型の温度を早く下げるために水冷孔2を意匠面3(意匠面とは被成形材に金型の形状を転写する面をいう)に近づける(図8中矢示A参照)ことにより、内部冷却が強化されている。水冷孔2が意匠面3に近ければ、溶融アルミ合金と接触している高温の意匠面3の温度を早く冷やすことができるからである。早く冷やすことができれば、ダイカスト品の品質特性を損なうこともない。   Now, regarding the relationship between the water cooling holes 2 and the high cycle, when the high cycle is performed, the water cooling holes 2 are formed on the design surface 3 (the design surface is the gold on the material to be molded) in order to quickly lower the temperature of the mold. The internal cooling is strengthened by approaching the mold shape (refer to the arrow A in FIG. 8). This is because if the water cooling hole 2 is close to the design surface 3, the temperature of the high temperature design surface 3 in contact with the molten aluminum alloy can be quickly cooled. If it can be cooled quickly, the quality characteristics of the die-cast product will not be impaired.

しかしながら、水冷孔2と意匠面3とを近づけると、図9(a)に符号4で示す水冷孔割れの問題が生じる。水冷孔割れ4は、同図矢示Bで示すように、水冷孔2の内壁面から意匠面3に向かうクラックであり、これが貫通すると、その金型寿命が終わる。従って、水冷孔割れ4の意匠面3への貫通は、ダイカスト業者にとって致命的である。また、水冷孔割れ4の意匠面3への貫通は、水冷孔2の内壁面から意匠面3へのクラックが貫通するまで目視で確認できない。従って、水冷孔割れ4の定期的な補修ができないという問題があった。   However, when the water-cooled hole 2 and the design surface 3 are brought close to each other, the problem of water-cooled hole cracking indicated by reference numeral 4 in FIG. The water-cooled hole crack 4 is a crack from the inner wall surface of the water-cooled hole 2 toward the design surface 3 as shown by arrow B in FIG. Therefore, the penetration of the water-cooled hole crack 4 into the design surface 3 is fatal for the die casting company. Further, penetration of the water-cooled hole crack 4 to the design surface 3 cannot be visually confirmed until a crack from the inner wall surface of the water-cooled hole 2 to the design surface 3 penetrates. Therefore, there has been a problem that the water-cooled hole crack 4 cannot be periodically repaired.

水冷孔割れ4の原因についてであるが、ダイカストにおいては、所定の生産サイクルで意匠面3に溶融アルミ合金を流し(金型加熱)、水冷孔2に冷却水を流す(金型冷却)という加熱冷却が繰り返し行われる。すると、水冷孔2の内壁面に引張力が作用する。また、水冷孔2は、24時間、10〜80℃の冷却水が循環するため通常錆びている。すると、その錆びの腐食のピット(図9(b)参照)が起点になってクラックが発生する。そして、加熱冷却に伴う引張力がそのクラックに作用する。また、クラックに水素イオンが侵入すると(図9(c)参照)、これがそのクラックの進展を助長する。これらが、図9(a)に示す水冷孔割れ4を意匠面3へ貫通させる原因と考えられている。   As for the cause of the water-cooled hole crack 4, in die casting, a molten aluminum alloy is poured on the design surface 3 (mold heating) in a predetermined production cycle, and cooling water is fed to the water-cooled hole 2 (mold cooling). Cooling is performed repeatedly. Then, a tensile force acts on the inner wall surface of the water cooling hole 2. Further, the water cooling holes 2 are usually rusted because the cooling water of 10 to 80 ° C. circulates for 24 hours. Then, cracks are generated starting from the rust corrosion pits (see FIG. 9B). And the tensile force accompanying heating and cooling acts on the crack. Further, when hydrogen ions enter the crack (see FIG. 9C), this promotes the progress of the crack. These are considered to cause the water-cooled hole crack 4 shown in FIG. 9A to penetrate the design surface 3.

水冷孔割れを防ぐために、第一に、ステンレス鋼等の耐食性の高い材料が使用されている。錆びを防止すれば、水冷孔腐食を防止することができ、クラックの起点が生じないと考えられるからである。
第二に、冷却水としてアルカリ系統水の使用が行われている。アルカリ系統水を使用すれば、水素イオンが発生しにくいため腐食を抑制でき、また、たとえクラックの起点となる腐食のピットができたとしても、水素イオンが発生しにくいためクラックの進展を抑制できると考えられるからである。
In order to prevent water-cooled hole cracking, first, a material having high corrosion resistance such as stainless steel is used. This is because if the rust is prevented, the water-cooled hole corrosion can be prevented, and it is considered that the starting point of the crack does not occur.
Second, alkaline water is used as cooling water. If alkaline water is used, it is difficult to generate hydrogen ions, so corrosion can be suppressed, and even if corrosion pits are formed as the starting point of cracks, it is difficult to generate hydrogen ions, so the development of cracks can be suppressed. Because it is considered.

第三に、水素イオンの侵入防止のために冷却孔の内壁面に防錆メッキが行われている。防錆メッキが水素イオン侵入の防止バリアになって、水素イオンが金型内部へ侵入しないと考えられるからである。   Third, rust-proof plating is performed on the inner wall surface of the cooling hole in order to prevent the entry of hydrogen ions. This is because it is considered that the rust-proof plating serves as a barrier for preventing hydrogen ions from entering and hydrogen ions do not enter the mold.

第四に、鋼材そのものの耐食性を向上させるために表面近傍にNi等の濃化層形成が行われている。これもまた、水素イオン侵入の防止バリアになると考えられるからである。例えば、特許文献1には、耐候性鋼の耐食性をさらに向上して流れ錆びの発生を抑制できる安価な高耐食鋼を提供することを目的として、C:0.01〜0.20質量%、Ni:0.04〜4.0質量%、Cu:0.1〜1.0質量%等を含有し残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有する地鉄の表面近傍に厚さ3μm以上のNi濃化層を形成した高耐食鋼が開示されている。
また、特許文献2には、耐食性向上元素の過剰な添加による機械的特性及び溶接性の低下をきたすことなく、優れた耐食性を有することができる高耐食性鋼材を提供することを目的として、Cu:0.05〜3.0質量%、Ni:0.05〜6.0質量%、C:0.02〜0.20質量%等を含有し、鋼材最表面から深さ500μmまでの領域に、Cu量+Ni量が「鋼材のCu量+Ni量の1.2倍以上であり、且つ、1.0質量%以上」であるCu+Ni濃化層を有し、その濃化層の厚さが1μm以上である高耐食性鋼材が開示されている。
Fourth, in order to improve the corrosion resistance of the steel material itself, a concentrated layer such as Ni is formed near the surface. This is also considered to be a barrier against entry of hydrogen ions. For example, in Patent Document 1, for the purpose of providing an inexpensive high corrosion resistant steel that can further improve the corrosion resistance of the weather resistant steel and suppress the occurrence of flow rust, C: 0.01 to 0.20 mass%, Ni: 0.04-4.0% by mass, Cu: 0.1-1.0% by mass, etc., with a balance of 3 μm or more in the vicinity of the surface of the base iron having a composition consisting of Fe and inevitable impurities. A highly corrosion resistant steel having a Ni enriched layer is disclosed.
Further, in Patent Document 2, Cu: For the purpose of providing a high corrosion resistance steel material that can have excellent corrosion resistance without causing deterioration of mechanical properties and weldability due to excessive addition of an element for improving corrosion resistance. 0.05 to 3.0% by mass, Ni: 0.05 to 6.0% by mass, C: 0.02 to 0.20% by mass, etc., in the region from the steel material outermost surface to a depth of 500 μm, It has a Cu + Ni concentrated layer whose Cu amount + Ni amount is “1.2 times or more of the Cu amount + Ni amount of steel and 1.0% by mass or more”, and the thickness of the concentrated layer is 1 μm or more. A high corrosion resistance steel material is disclosed.

特開2005−281840JP-A-2005-281840 特開2006−169626JP 2006-169626 A

しかしながら、上記のステンレス鋼の採用やアルカリ冷却水の使用は、コスト高となるという問題があった。また、防錆メッキは、金型の水冷孔の位置によってメッキ厚さが異なるという問題があった。金型内部は非常に複雑な形状をしているため、全ての水冷孔においてメッキ液の圧力を均一にすることは非常に困難だからである。冷却孔の位置によってメッキ厚さが異なると、メッキが薄い部分は当然水素イオンが侵入しやすい。従って、一旦、メッキが薄い部分に腐食のピットが形成されると、そこからクラックが進展して水冷孔割れにつながる。   However, the use of the above-described stainless steel and the use of alkaline cooling water have a problem of high costs. Further, the rust-proof plating has a problem that the plating thickness varies depending on the position of the water cooling hole of the mold. This is because the inside of the mold has a very complicated shape, and it is very difficult to make the pressure of the plating solution uniform in all the water cooling holes. When the plating thickness varies depending on the position of the cooling hole, naturally, hydrogen ions easily enter the portion where the plating is thin. Therefore, once corrosion pits are formed in the thin plating portion, cracks develop from there and lead to water-cooled hole cracks.

また、特許文献1の高耐食鋼では、Cの含有量が0.01〜0.20質量%であり、特許文献2の高耐食性鋼材では、Cの含有量が0.02〜0.20質量%であるため、加熱冷却を繰り返し行う環境下で用いる金型に、特許文献1や2に開示された鋼を用いると強度が低いという問題があった。   Further, in the high corrosion resistance steel of Patent Document 1, the C content is 0.01 to 0.20 mass%, and in the high corrosion resistance steel material of Patent Document 2, the C content is 0.02 to 0.20 mass. Therefore, when steel disclosed in Patent Documents 1 and 2 is used for a mold used in an environment where heating and cooling are repeatedly performed, there is a problem that strength is low.

更に、ダイカストのハイサイクル化に適合させるべく意匠面から水冷孔の内壁面までの冷却孔深さL(図4参照)を最適化した例は開示されていない。   Furthermore, no example is disclosed in which the cooling hole depth L (see FIG. 4) from the design surface to the inner wall surface of the water cooling hole is optimized in order to adapt to the high cycle of die casting.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その第一の目的は、Cu及びNiの濃化層が冷却孔の表面近傍にムラ無く均一に形成され、優れた品質特性を備えた成形用部材を提供することにある。
本発明の第二の目的は、水冷孔割れの意匠面への貫通を抑制することができる成形用部材を提供することにある。
本発明の第三の目的は、ダイカストのハイサイクル化が可能な成形用部材を低コストで提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the first object thereof is that the concentrated layer of Cu and Ni is uniformly formed in the vicinity of the surface of the cooling hole and has excellent quality characteristics. The object is to provide a molding member.
The second object of the present invention is to provide a molding member capable of suppressing penetration of a water-cooled hole crack into a design surface.
A third object of the present invention is to provide a molding member capable of high cycle die casting at a low cost.

上記課題を解決するために本発明に係る成形用部材は、質量%で、C:0.21〜0.80%、Cu:0.01〜2.0%、Ni:0.02〜5.0%を含有する鋼材からなるものであって、
冷却液の流路となる冷却孔を備え、
前記冷却孔の表面近傍には、前記鋼材のCu及びNiが濃化された濃化層が形成され、
前記濃化層は、その厚さδが1μm≦δ≦15μmであることを要旨とするものである。
In order to solve the above problems, the molding member according to the present invention is, in mass%, C: 0.21 to 0.80%, Cu: 0.01 to 2.0%, Ni: 0.02 to 5. It consists of a steel material containing 0%,
With cooling holes that serve as coolant flow paths,
In the vicinity of the surface of the cooling hole, a concentrated layer in which Cu and Ni of the steel material are concentrated is formed,
The thickening layer is characterized in that the thickness δ is 1 μm ≦ δ ≦ 15 μm.

この場合に、前記濃化層が含有するCu量及びNi量は、それぞれ、前記鋼材が含有するCu量及びNi量の1.2倍以上であればよい。
この場合に、前記濃化層は、質量%で、Cu:0.025〜5.0%、Ni:0.05〜15.0%を含有することが望ましい。
この場合に、前記冷却孔のうち少なくとも一の冷却孔は、被成形材に接触する意匠面から当該冷却孔の内壁面までの冷却孔深さLが、L<25mmであることが望ましい。
この場合に、前記鋼材は、質量%で、C:0.07〜0.80%を含有するものでもよい。
In this case, the amount of Cu and the amount of Ni contained in the concentrated layer may be 1.2 times or more the amount of Cu and the amount of Ni contained in the steel material, respectively.
In this case, the concentrated layer preferably contains Cu: 0.025 to 5.0% and Ni: 0.05 to 15.0% by mass.
In this case, it is preferable that at least one of the cooling holes has a cooling hole depth L from the design surface that contacts the material to be molded to the inner wall surface of the cooling hole, L <25 mm.
In this case, the steel material may contain C: 0.07 to 0.80% in mass%.

本発明に係る成形用部材は、質量%で、C:0.21〜0.80%、Cu:0.01〜2.0%、Ni:0.02〜5.0%を含有する鋼材からなり、鋼材のCu及びNiが濃化された濃化層が形成されたものであるから、Cu及びNiの濃化層が冷却孔の表面近傍にムラ無く均一に形成される。また、本発明に係る成形用部材は、質量%で、C:0.21〜0.80%、Cu:0.01〜2.0%、Ni:0.02〜5.0%を含有する鋼材からなるものであるから、成形用部材として適度な強度及び衝撃値を備える。   The forming member according to the present invention is a steel material containing, in mass%, C: 0.21 to 0.80%, Cu: 0.01 to 2.0%, Ni: 0.02 to 5.0%. Thus, since a concentrated layer in which Cu and Ni of the steel material are concentrated is formed, the concentrated layer of Cu and Ni is uniformly formed in the vicinity of the surface of the cooling hole without unevenness. Further, the molding member according to the present invention contains, in mass%, C: 0.21 to 0.80%, Cu: 0.01 to 2.0%, Ni: 0.02 to 5.0%. Since it is made of steel, it has moderate strength and impact value as a molding member.

本発明に係る本発明に係る成形用部材は、質量%で、C:0.21〜0.80%、Cu:0.01〜2.0%、Ni:0.02〜5.0%を含有する鋼材からなり、鋼材のCu及びNiが濃化された濃化層の厚さδが、1μm≦δ≦15μmであるため、成形用部材として適度な強度及び衝撃値を備えるとともに、水冷孔割れを抑制することができる。   The molding member according to the present invention according to the present invention is, in mass%, C: 0.21 to 0.80%, Cu: 0.01 to 2.0%, Ni: 0.02 to 5.0%. Since the thickness δ of the concentrated layer made of the steel material containing the concentrated Cu and Ni of the steel material is 1 μm ≦ δ ≦ 15 μm, it has an appropriate strength and impact value as a molding member, and has water cooling holes. Cracking can be suppressed.

本発明に係る成形用部材は、濃化層が含有するCu量及びNi量が、それぞれ、質量%で鋼材が含有するCu量及びNi量の1.2倍以上であるため、水冷孔割れを引き起こすクラックの進展を助長する水素イオンの侵入をブロックすることができる。また、本発明に係る成形用部材は、濃化層が、質量%で、Cu:0.025〜5.0%、Ni:0.05〜15.0%を含有するため水冷孔割れを引き起こすクラックの進展を助長する水素イオンの侵入をブロックすることができる。   In the molding member according to the present invention, the Cu amount and Ni amount contained in the concentrated layer are 1.2% or more of the Cu amount and Ni amount contained in the steel material in mass%, respectively. It is possible to block the penetration of hydrogen ions that promote the development of the cracks that are caused. Moreover, since the thickening layer contains Cu: 0.025-5.0% and Ni: 0.05-15.0% by mass%, the member for shaping | molding which concerns on this invention causes water-cooled hole cracking. Intrusion of hydrogen ions that promote the development of cracks can be blocked.

本発明に係る成形用部材は、被成形材に接触する意匠面から少なくとも一の冷却孔の内壁面までの冷却孔深さLが、L<25mmであるため、ダイカストでハイサイクル化を行っても当該成形用部材の温度を適当な温度まで早く冷却することができる。従って、本発明に係る成形用部材によれば、品質特性に優れたダイカスト品が得られる。
また、本発明に係る成形用部材は、高コストな鋼材を用いるものではないため、低コストで生産することができる。
In the molding member according to the present invention, the cooling hole depth L from the design surface contacting the material to be molded to the inner wall surface of at least one cooling hole is L <25 mm. Also, the temperature of the molding member can be quickly cooled to an appropriate temperature. Therefore, according to the molding member according to the present invention, a die-cast product having excellent quality characteristics can be obtained.
Moreover, since the molding member according to the present invention does not use a high-cost steel material, it can be produced at a low cost.

以下に、本発明の一実施形態に係る成形用部材の一例としての金型について図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る金型1の側面を模式的に示し、図2は水冷孔2の表層から内部を拡大して示す。図1に示した金型1は、質量%で、C:0.21〜0.80%、Cu:0.01〜2.0%、Ni:0.02〜5.0%等を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼材からなる金型である。金型1は、冷却液の流路となる冷却孔として水冷孔2を備える。水冷孔2は、その表面近傍には、Cu及びNiが濃化された濃化層が均一に形成されている。濃化層の厚さδは、1μm≦δ≦15μmである。
Hereinafter, a mold as an example of a molding member according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows a side surface of a mold 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an inside enlarged from the surface layer of a water cooling hole 2. The mold 1 shown in FIG. 1 contains, by mass%, C: 0.21 to 0.80%, Cu: 0.01 to 2.0%, Ni: 0.02 to 5.0%, and the like. The mold is made of a steel material with the balance being Fe and inevitable impurities. The mold 1 includes a water cooling hole 2 as a cooling hole serving as a coolant flow path. The water cooling holes 2 are uniformly formed with a concentrated layer in which Cu and Ni are concentrated in the vicinity of the surface thereof. The thickness δ of the concentrated layer is 1 μm ≦ δ ≦ 15 μm.

「冷却液」は、約60℃の水であるが、これに限定されるものではない。冷却液としては、アルカリ系の水質が好ましい。水冷孔割れを引き起こすクラックの進展を助長する水素イオンの発生を抑制するためである。
水冷孔2は、冷却液の流路であり、φ8〜φ30程度である。水冷孔2は、その最外表面(冷却液に接する表面)に酸化スケールPが形成され、その内層側に、濃化層Qが形成されている。濃化層Qは、Cu及びNi等が濃化されているが、それより内層側の金型内部は、鋼材そのものの組成を有する。
The “cooling liquid” is water of about 60 ° C., but is not limited thereto. As the cooling liquid, alkaline water quality is preferable. This is to suppress the generation of hydrogen ions that promote the development of cracks that cause water-cooled hole cracking.
The water cooling hole 2 is a flow path for the coolant, and is about φ8 to φ30. The water cooling hole 2 has an oxide scale P formed on its outermost surface (surface in contact with the cooling liquid), and a concentrated layer Q is formed on the inner layer side thereof. In the concentrated layer Q, Cu, Ni, and the like are concentrated, but the inside of the mold on the inner layer side has the composition of the steel material itself.

「表面近傍」とは、図2に示したように、酸化スケールPと濃化層Qとの界面、すなわち、地鉄表面から内層側200μm程度の深さまでの部位をいう。尚、水冷孔2の酸化スケールPは、金型1の焼入れ時に形成され、削らずに用いられる。その理由は、水冷孔2が金型1の冷却のために用いられること、及び、酸化スケールPの有無がダイカスト品に特に悪影響を与えないことによる。尚、意匠面3は、切削研磨がなされ、酸化スケール及び濃化層が除去される。   As shown in FIG. 2, “near the surface” means an interface between the oxide scale P and the concentrated layer Q, that is, a portion from the surface of the ground iron to a depth of about 200 μm on the inner layer side. In addition, the oxide scale P of the water cooling hole 2 is formed when the mold 1 is quenched, and is used without being cut. The reason is that the water cooling holes 2 are used for cooling the mold 1 and that the presence or absence of the oxide scale P does not particularly adversely affect the die cast product. In addition, the design surface 3 is cut and polished to remove the oxide scale and the concentrated layer.

濃化層Qは、Cu及びNi等が濃化され、図1及び図2に示したように、冷却孔2の内表面に形成される酸化スケールPの内層側に形成される層である。具体的には、図1(b)に示したように、濃化層Qは、「Cu及びNi(元素X)の濃度β」が、「鋼材のCu及びNiの濃度α」の1.2倍以上となっている層であり、その厚さδは、1μm≦δ≦15μmであるが、特に限定されない。特に好ましい厚さδは、2μm≦δ≦12μmである。濃化層Qは、焼入れにおいて酸化スケールが形成されるときに鋼材中のFeが消費されるため、Fe以外の元素、例えば、CuやNiが濃化することにより形成される。   The concentrated layer Q is a layer formed on the inner layer side of the oxide scale P formed on the inner surface of the cooling hole 2 as shown in FIGS. Specifically, as shown in FIG. 1B, the concentrated layer Q has a “Cu and Ni (element X) concentration β” of 1.2, which is a “steel Cu and Ni concentration α”. It is a layer that is twice or more, and its thickness δ is 1 μm ≦ δ ≦ 15 μm, but is not particularly limited. A particularly preferable thickness δ is 2 μm ≦ δ ≦ 12 μm. The enriched layer Q is formed by enriching elements other than Fe, such as Cu and Ni, because Fe in the steel material is consumed when an oxide scale is formed in quenching.

鋼材の組成及び濃化層の組成の限定理由は、次の通りである。
C:0.07〜0.80質量%
Cは、鋼が成形用部材(例えば、金型や工具)となった場合の硬さを支配する元素である。鋼材のCの含有量が過小であると、強度(硬さ)が不足する。一方、鋼材のCの含有量が過多であると粗大な炭化物が多くなり、成形用部材(例えば、金型や工具)の衝撃値や疲労強度を低下させる。そこで、鋼材のCの含有量は、0.07〜0.80質量%が好ましく、0.1〜0.80質量%がより好ましい。強度がそれほど要求されない成型用部材としての金型や工具(例えば、プラスチックの射出成形用金型)の場合には、Cの含有量は、0.07〜0.20質量%であってもよい。より好ましいCの含有量は、0.21〜0.80%、更に好ましくは、調質後にHRC36〜HRC52が得られる0.21〜0.50質量%である。更に好ましいCの含有量は、0.30〜0.45%である。
The reasons for limiting the composition of the steel material and the composition of the concentrated layer are as follows.
C: 0.07 to 0.80 mass%
C is an element that dominates the hardness when steel becomes a forming member (for example, a mold or a tool). If the C content of the steel material is too small, the strength (hardness) is insufficient. On the other hand, if the C content of the steel material is excessive, coarse carbides increase, and the impact value and fatigue strength of the molding member (for example, a mold or a tool) are reduced. Therefore, the content of C in the steel material is preferably 0.07 to 0.80 mass%, and more preferably 0.1 to 0.80 mass%. In the case of a mold or a tool (for example, a plastic injection mold) as a molding member that does not require much strength, the C content may be 0.07 to 0.20 mass%. . The more preferable content of C is 0.21 to 0.80%, and still more preferably 0.21 to 0.50% by mass that provides HRC36 to HRC52 after tempering. The more preferable content of C is 0.30 to 0.45%.

Cu:0.01〜2.0質量%
Cuは、成形用部材(例えば、金型や工具)を焼入れる時に表面近傍に濃化する元素である。濃化層は、水素イオンの侵入を防止するバリアとなり、例えば、ダイカスト用金型では水冷孔割れを防止する。焼入れの時にCuの濃化層を形成するためには、鋼材のCuの含有量は、0.01質量%以上であることが好ましい。一方で、Cuは、鋼の熱間加工性を劣化させる元素であり、鋼材のCuの含有量が過多になると金型素材の歩留まりを著しく低下させる。そこで、鋼材のCuの含有量は、0.01〜2.0質量%が好ましい。より好ましい鋼材のCuの含有量は、十分な厚さの濃化層が形成され、熱間加工性への悪影響が小さい0.4〜1.5質量%である。
Cu: 0.01-2.0 mass%
Cu is an element that concentrates in the vicinity of the surface when a molding member (for example, a mold or a tool) is quenched. The concentrated layer serves as a barrier that prevents intrusion of hydrogen ions. For example, in a die casting mold, water-cooled hole cracking is prevented. In order to form a Cu enriched layer during quenching, the Cu content in the steel material is preferably 0.01% by mass or more. On the other hand, Cu is an element that degrades the hot workability of steel, and when the Cu content of the steel material is excessive, the yield of the mold material is significantly reduced. Therefore, the content of Cu in the steel material is preferably 0.01 to 2.0% by mass. The more preferable Cu content of the steel material is 0.4 to 1.5% by mass with which a thickened layer having a sufficient thickness is formed and the adverse effect on hot workability is small.

また、濃化層においては、[濃化層のCu量]≧[鋼材のCu量]×1.2の関係を満たせばよい。具体的には、濃化層のCuの含有量は、0.025〜5.0質量%であればよい。この程度のCu含有量であれば、水素イオンの進入に対するバリアとして充分な濃化層の厚さδが得られるからである。表面近傍のCu濃化層は、そのCu濃度が高いほど水素侵入のバリアとしての機能に優れるが、[濃化層のCu量]≧[鋼材のCu量]×1.2という関係を満足させるためには、焼入れ時における酸化スケールの形成(濃化層の形成と同時に形成される)のために表面近傍のFeを比較的多く消費させる必要がある。その結果として濃化層自体が厚くなり、充分な濃化層の厚さδが得られる。
尚、特に好ましい濃化層のCu量は、0.60〜3.0質量%である。その理由は、0.60質量%以上で非常に優れたバリア効果が発揮されるためである。また、3.0質量%以下としたのは、濃化層中のCuが多いほど水素イオン進入のバリア効果に優れるが、Cuが3.0質量%を超えるとその効果は飽和傾向を示し、素材コストや熱処理コストの増大を招くからである。
In the concentrated layer, the relationship of [Cu amount of concentrated layer] ≧ [Cu amount of steel] × 1.2 may be satisfied. Specifically, the content of Cu in the concentrated layer may be 0.025 to 5.0% by mass. This is because if the Cu content is such a level, the concentrated layer thickness δ sufficient as a barrier against the entry of hydrogen ions can be obtained. The Cu concentrated layer near the surface is more excellent as a barrier for hydrogen penetration as the Cu concentration is higher, but satisfies the relationship of [Cu content of concentrated layer] ≧ [Cu content of steel] × 1.2. For this purpose, it is necessary to consume a relatively large amount of Fe in the vicinity of the surface in order to form an oxide scale during quenching (formed simultaneously with the formation of the concentrated layer). As a result, the thickened layer itself becomes thick, and a sufficient thickened layer thickness δ is obtained.
In addition, especially the amount of Cu of a concentrated layer is 0.60-3.0 mass%. The reason is that a very excellent barrier effect is exhibited at 0.60% by mass or more. Moreover, although it was set as 3.0 mass% or less, it is excellent in the barrier effect of hydrogen ion penetration, so that there are many Cu in a concentrated layer, but when Cu exceeds 3.0 mass%, the effect shows a saturation tendency, This is because material costs and heat treatment costs are increased.

Ni:0.02〜5.0質量%
Niは、成形用部材(例えば、金型や工具)を焼入れる時に表面近傍に濃化する元素である。濃化層は、水素イオンの侵入を防止するバリアとなり、ダイカスト用金型では水冷孔割れを防止する。焼入れの時にNiの濃化層を形成するためには、鋼材のNiの含有量は、0.02質量%以上であることが好ましい。一方で、Niは、鋼の焼鈍性を劣化させる元素であり、鋼材のNiの含有量が過多になると素材を軟化させるためコストの著しい増大を招く。また、鋼材のNiの添加自体が素材コストを大きく引き上げる。そこで、鋼材のNiの含有量は、0.02〜5.0質量%が好ましい。より好ましい鋼材のNiの含有量は、十分な厚さの濃化層が形成され、焼鈍性やコストへの悪影響が小さい0.4〜3.5質量%である。
Ni: 0.02-5.0 mass%
Ni is an element that is concentrated near the surface when a molding member (for example, a mold or a tool) is quenched. The concentrated layer serves as a barrier that prevents intrusion of hydrogen ions, and in the die casting mold, prevents water-cooled hole cracking. In order to form a concentrated Ni layer during quenching, the Ni content of the steel material is preferably 0.02% by mass or more. On the other hand, Ni is an element that degrades the annealability of steel, and if the Ni content of the steel material is excessive, the material is softened, resulting in a significant increase in cost. Moreover, the addition of Ni in the steel material itself greatly increases the material cost. Therefore, the content of Ni in the steel material is preferably 0.02 to 5.0 mass%. The Ni content of the steel material is more preferably 0.4 to 3.5 mass% in which a thickened layer having a sufficient thickness is formed and the adverse effect on annealing and cost is small.

濃化層においては、[濃化層のNi量]≧[鋼材のNi量]×1.2の関係を満たせばよい。具体的には、濃化層のNi含有量は0.05〜15.0質量%であればよい。この程度のNi含有量であれば、水素イオンの侵入に対するバリアとして充分な濃化層の厚さδが得られるからである。表面近傍のNi濃化層は、そのNi濃度が高いほど水素侵入のバリアとしての機能に優れるが、[濃化層のNi量]≧[鋼材のNi量]×1.2という関係を満足させるためには、焼入れ時における酸化スケールの形成(濃化層の形成と同時に形成される)のために表面近傍のFeを比較的多く消費させる必要がある。その結果として濃化層自体が厚くなり、充分な濃化層の厚さδが得られる。
尚、特に好ましい濃化層のNi量は、0.60〜8.0質量%である。その理由は、0.6質量%以上で非常に優れたバリア効果が発揮されるためである。また、8.0質量%以下としたのは、濃化層中のNiが多いほど水素イオン進入のバリア効果に優れるが、Niが8.0質量%を超えるとその効果は飽和傾向を示し、素材コストや熱処理コストの増大を招くのみだからである。
In the concentrated layer, the relationship of [Ni content of concentrated layer] ≧ [Ni content of steel] × 1.2 may be satisfied. Specifically, the Ni content of the concentrated layer may be 0.05 to 15.0% by mass. This is because if the Ni content is such a level, the concentrated layer thickness δ sufficient as a barrier against the penetration of hydrogen ions can be obtained. The Ni concentrated layer in the vicinity of the surface is more excellent in the function as a barrier for hydrogen penetration as the Ni concentration is higher, but satisfies the relationship of [Ni content of concentrated layer] ≧ [Ni content of steel] × 1.2. For this purpose, it is necessary to consume a relatively large amount of Fe in the vicinity of the surface in order to form an oxide scale during quenching (formed simultaneously with the formation of the concentrated layer). As a result, the thickened layer itself becomes thick, and a sufficient thickened layer thickness δ is obtained.
The particularly preferred amount of Ni in the concentrated layer is 0.60 to 8.0% by mass. The reason is that a very excellent barrier effect is exhibited at 0.6% by mass or more. Moreover, although it was set as 8.0 mass% or less, it is excellent in the barrier effect of hydrogen ion penetration, so that there are many Ni in a concentrated layer, but when Ni exceeds 8.0 mass%, the effect will show a saturation tendency, This is because it only causes an increase in material costs and heat treatment costs.

濃化層の厚さδの限定理由は次の通りである。
δ:1μm≦δ≦15μm
水素イオンの侵入を防止するバリアとなるCu及びNiの濃化層は、その厚さが薄すぎると水素イオンの侵入を防ぐ効果が無く、厚すぎてもその効果が飽和する。
これについて、図3を参照して説明する。同図は、ダイカスト型寿命と濃化層厚さδとの相関を示すグラフである。このグラフは、乗用車用アルミホイールのダイカスト用金型を対象として、水冷孔表面のNi濃化層の厚さδを調整して調査した結果である。この調査では、被成形材に接触する意匠面から冷却孔の内壁面までの水冷孔深さL(図4参照)は、25mmとした。また、型寿命は、水冷孔割れが意匠面に貫通したショット数で表した。図3に示したように、濃化層の厚さδが1μm未満だと濃化層による水冷孔割れ防止効果は殆どなかった。一方で、濃化層の厚さδが15μmを超えると濃化層による水冷孔割れ防止効果は飽和した。そこで、濃化層の厚さδは、1μm≦δ≦15μmの範囲とした。尚、濃化層の厚さδが厚くなる分には何ら問題はないが、15μmを超える厚さδの形成は、CuやNiの多量添加や調質条件の変更が必要となり、莫大なコスト高となるため実益がない。
The reason for limiting the thickness δ of the concentrated layer is as follows.
δ: 1μm ≦ δ ≦ 15μm
The Cu and Ni concentrated layer serving as a barrier for preventing the entry of hydrogen ions has no effect of preventing the entry of hydrogen ions if the thickness is too thin, and the effect is saturated if the thickness is too thick.
This will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a graph showing the correlation between the die-cast life and the concentrated layer thickness δ. This graph is a result of investigation by adjusting the thickness δ of the Ni-concentrated layer on the surface of the water-cooled hole, targeting a die casting die of an aluminum wheel for passenger cars. In this investigation, the water cooling hole depth L (see FIG. 4) from the design surface in contact with the molding material to the inner wall surface of the cooling hole was set to 25 mm. The mold life was expressed by the number of shots in which water-cooled hole cracks penetrated the design surface. As shown in FIG. 3, when the thickness δ of the concentrated layer was less than 1 μm, there was almost no effect of preventing water-cooled hole cracking by the concentrated layer. On the other hand, when the thickness δ of the concentrated layer exceeded 15 μm, the effect of preventing water-cooled hole cracking by the concentrated layer was saturated. Therefore, the thickness δ of the concentrated layer is set in the range of 1 μm ≦ δ ≦ 15 μm. Although there is no problem with the thickened layer thickness δ, the formation of a thickness δ exceeding 15 μm requires a large amount of Cu and Ni to be added and changes in the tempering conditions, resulting in enormous costs. There is no real profit because it is high.

水冷孔深さLの限定理由は次の通りである。
L:L<25mm
図4は、水冷孔深さLを模式的に示したものである。同図に示したように、水冷孔深さLとは、被成形材に接触する意匠面3から冷却孔の内壁面までの最短距離をいう。意匠面3の形状や冷却孔2の形状は問わない。ダイカストのハイサイクル化のためには、ダイカスト型の意匠面の温度を効率的に下げる必要がある。従って、水冷孔深さLは、短い方が好ましい。本実施形態においては、水冷孔深さLは、L<25mmであればよい。
The reason for limiting the water cooling hole depth L is as follows.
L: L <25mm
FIG. 4 schematically shows the water cooling hole depth L. FIG. As shown in the figure, the water cooling hole depth L refers to the shortest distance from the design surface 3 that contacts the material to be molded to the inner wall surface of the cooling hole. The shape of the design surface 3 and the shape of the cooling hole 2 are not limited. In order to increase the cycle of die casting, it is necessary to efficiently lower the temperature of the design surface of the die casting mold. Therefore, the water cooling hole depth L is preferably shorter. In the present embodiment, the water cooling hole depth L may be L <25 mm.

これについて、図5及び図6を参照して説明する。図5は、Ni濃化層が形成されていないダイカスト用金型についての、意匠面の温度と水冷孔深さLとの相関を示したものである。図6は、Ni濃化層が形成されていないダイカスト用金型についての、金型寿命と水冷孔深さLとの相関を示したものであり、型寿命は、水冷孔割れが意匠面に貫通したショット数で表した。これらは、いずれも乗用車用アルミホイールのダイカスト型(水冷孔表面のNiの濃化層は存在しない)を対象として、意匠面に最も近い水冷孔の位置を調整して調査した結果である。水冷孔深さLが短いほど、意匠面の温度が効率的に冷却できるという利点があるのに対して(図5参照)、少ないショット数で水冷孔割れが意匠面に貫通し、型寿命となる(図6参照)ことが明らかである。従って、意匠面温度を下げるために、水冷孔深さLを短くすることは有効な手段ではあるが、水冷孔割れの問題への配慮が必要である。そのため、濃化層が形成されていないダイカスト用金型においては、一般的に、水冷孔深さLの下限値は25mmとされている。この25mmという水冷孔深さLの値は、ダイカスト品質、生産性、金型コストのバランスが最適となる工業的な経験値でもある。   This will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows the correlation between the temperature of the design surface and the depth L of the water-cooled hole for a die casting die in which no Ni concentrated layer is formed. FIG. 6 shows the correlation between the mold life and the water-cooled hole depth L for the die-casting mold in which the Ni-concentrated layer is not formed. Expressed as the number of shots penetrating. These are the results of investigation by adjusting the position of the water cooling hole closest to the design surface for the die cast type of aluminum wheels for passenger cars (there is no Ni concentrated layer on the surface of the water cooling hole). The shorter the water-cooled hole depth L is, the more efficiently the design surface temperature can be cooled (see FIG. 5). On the other hand, water-cooled hole cracks penetrate the design surface with a small number of shots. (See FIG. 6). Therefore, in order to lower the design surface temperature, it is an effective means to shorten the water cooling hole depth L, but it is necessary to consider the problem of water cooling hole cracking. Therefore, in the die casting mold in which the concentrated layer is not formed, the lower limit value of the water cooling hole depth L is generally set to 25 mm. The value of the water cooling hole depth L of 25 mm is also an industrial experience value that optimizes the balance of die casting quality, productivity, and mold cost.

従って、濃化層が形成されていないものでも水冷孔深さLの下限値が25mmであるから、濃化層を形成すれば、水冷孔深さLとして、L<25mmを達成しうる。例えば、濃化層のCu及びNiの濃度及びその厚さδとして本実施形態に係る既述の値をとるダイカスト用金型の場合、水冷孔深さLとして、特に、2mm≦L≦20mmが好ましく、更に好ましくは、2mm≦L≦15mmである。水冷孔深さLを短くすればするほど、意匠面温度の引き下げ効果は顕著になり、ハイサイクル化への大きな貢献が期待できるからである。   Therefore, even if the concentrated layer is not formed, the lower limit value of the water cooling hole depth L is 25 mm. Therefore, if the concentrated layer is formed, the water cooling hole depth L can achieve L <25 mm. For example, in the case of a die casting die that takes the above-described values according to the present embodiment as the concentration of Cu and Ni and the thickness δ of the concentrated layer, the water cooling hole depth L is, in particular, 2 mm ≦ L ≦ 20 mm. More preferably, it is 2 mm <= L <= 15mm. This is because as the depth L of the water-cooled hole is shortened, the effect of lowering the design surface temperature becomes more prominent, and a great contribution to high cycle can be expected.

(製造方法)
次に、本実施形態に係る金型の製造方法について図7を参照して説明する。同図に示したように、本実施形態に係る金型は、素材ブロック製作→切削加工(粗加工)→焼入れ→焼戻し→切削加工(精加工)という工程を経て製造される。
(Production method)
Next, the manufacturing method of the metal mold | die which concerns on this embodiment is demonstrated with reference to FIG. As shown in the figure, the mold according to the present embodiment is manufactured through steps of material block production → cutting (rough machining) → quenching → tempering → cutting (fine machining).

素材ブロック製作は、以下のようにして行われる。すなわち、素材ブロック(鋼材)は、所定の成分に調整された溶湯を固化させてインゴットとし、それを圧延や鍛造等の手段で成形する工程によって製造される。素材ブロック(鋼材
は、C、Cu及びNiが所定量含有されていれば、その組成は特に限定されない。例えば、素材ブロック(鋼材)には、衝撃値や高温強化を目的としてMo、V、Co等が含有されていても良い。
The material block production is performed as follows. That is, a raw material block (steel material) is manufactured by a process in which a molten metal adjusted to a predetermined component is solidified to form an ingot, which is formed by means such as rolling or forging. The material block (the steel material is not particularly limited as long as the steel material contains a predetermined amount of C, Cu and Ni. For example, the material block (steel material) has Mo, V, Co for the purpose of impact value and high-temperature strengthening. Etc. may be contained.

切削加工(粗加工)では、素材ブロック(鋼材)が金型の大体の形状に切削される。   In cutting (rough machining), a material block (steel material) is cut into an approximate shape of a mold.

焼入れでは、素材ブロック(鋼材)がAc1変態点以上(多くのダイカスト用鋼では1010〜1050℃が好ましい)に加熱され、その焼入れ温度に保つため、所定時間(1〜600分)、加熱された後、急冷される。Cu及びNiの濃化層は、この焼入れ時に酸化スケールが形成されるのと同時に形成される。従って、Cu及びNiの濃化層を得るには、酸化スケールが形成される雰囲気下で焼入れを行えばよい。
焼入れ温度に到達した素材ブロック(鋼材)をその温度に保つための加熱時間は、1〜600分であればよい。1分より短い加熱時間では酸化スケールが十分に形成されず、濃化層の厚さδも1μmに達せず、600分より長い加熱時間では生産性の低下を招き水冷孔割れ防止の効果を更に高めるには到らないからである。1〜600分であれば、Cu及びNiの濃化層の厚さδとして好適な1μm≦δ≦15μmが得られる。好ましい加熱時間は、30〜240分である。炭化物をオーステナイト相中に十分に固溶させ、焼戻し後の強度と衝撃値を得るためである。濃化層の厚さδは、焼入れ時の加熱時間が短いと薄く、加熱時間が長いと厚くなり、酸化スケールの厚さと正の相関を持つことから、所望の濃化層の厚さδが得られるように、加熱時間は調節すればよい。
The quenching, the material block (steel) is A c1 transformation point or above (in many die casting steel from 1010 to 1,050 ° C. is preferred) it is heated in order to keep its quenching temperature for a predetermined time (1-600 minutes), heated After that, it is cooled rapidly. The enriched layer of Cu and Ni is formed at the same time as the oxide scale is formed during this quenching. Therefore, in order to obtain a concentrated layer of Cu and Ni, quenching may be performed in an atmosphere in which an oxide scale is formed.
The heating time for keeping the material block (steel material) reaching the quenching temperature at that temperature may be 1 to 600 minutes. When the heating time is shorter than 1 minute, the oxide scale is not sufficiently formed, the thickness δ of the concentrated layer does not reach 1 μm, and when the heating time is longer than 600 minutes, the productivity is lowered and the effect of preventing water-cooled hole cracking is further improved. It is because it cannot reach. If it is 1 to 600 minutes, 1 μm ≦ δ ≦ 15 μm suitable as the thickness δ of the concentrated layer of Cu and Ni can be obtained. A preferable heating time is 30 to 240 minutes. This is because the carbide is sufficiently dissolved in the austenite phase to obtain strength and impact value after tempering. The thickness δ of the concentrated layer is thin when the heating time at the time of quenching is short, and becomes thick when the heating time is long, and has a positive correlation with the thickness of the oxide scale. The heating time may be adjusted so that it can be obtained.

焼戻しでは、焼入れで生じたマルテンサイト組織をA点以下の温度に加熱した後、冷却する操作がなされる。好ましい焼戻しの温度は、550〜650℃である。550℃を下回ると靭性が出ず、650℃を超えると強度が出ないからである。焼戻しを行うのは、Ac1変態点以上の温度に加熱後の金型は、冷却によって焼入れられるが、このままでは硬さが高すぎて靭性が低いため、使用することができないからである。すなわち、焼戻しでは、硬さを少し低下させると同時に靭性を高める。 In tempering, the martensite structure produced by quenching is heated to a temperature of A 1 point or less and then cooled. A preferable tempering temperature is 550 to 650 ° C. This is because toughness does not appear when the temperature is lower than 550 ° C., and strength does not appear when the temperature exceeds 650 ° C. Tempering is performed because the mold after heating to a temperature equal to or higher than the Ac1 transformation point is quenched by cooling, but cannot be used because it is too hard and has low toughness. That is, in tempering, the hardness is slightly reduced and at the same time the toughness is increased.

切削加工(精加工)では、実生産で使用すべく、意匠面が金型商品の形状に切削され、研磨される。しかしながら、冷却孔は、切削や研磨はなされず焼入れ焼戻しがなされたままの状態(酸化スケール及び濃化層がある状態)とされる。冷却孔の表面を切削したり研磨したりすると、Cu及びNiの濃化層が除去されてしまうからである。
以上の工程を経て、本実施形態に係る金型が得られる。
In cutting (fine machining), the design surface is cut into a shape of a mold product and polished for use in actual production. However, the cooling holes are not cut or polished, and are kept in the quenching and tempering state (the state where there is an oxide scale and a concentrated layer). This is because if the surface of the cooling hole is cut or polished, the concentrated layer of Cu and Ni is removed.
Through the above steps, the mold according to the present embodiment is obtained.

(作用)
次に、本実施形態に係る金型の作用について説明する。本実施形態に係る金型は、質量%で、C:0.21〜0.80%、Cu:0.01〜2.0%、Ni:0.02〜5.0%を含有する鋼材からなるものであるから、ダイカスト用金型として要求される品質特性として適正な強度や衝撃値を有する。
また、本実施形態に係る金型の冷却孔の表面近傍に形成されるCu及びNiの濃化層は、鋼材のCu及びNiが濃化されたものであるからムラ無く均一なものになる。そして、その濃化層には、鋼材のCu及びNi量の1.2倍量以上のCu及びNiが含有され、又は、Cuが質量%で0.025〜5.0%、Niが質量%で0.05〜15.0%含有されている。また、濃化層の厚さδは、1μm≦δ≦15μmである。従って、濃化層の存在により水冷孔割れの起点となる錆びそのものが抑制されるとともに、Ni濃化層により水冷孔割れの進展を助長する水素イオンがブロックされるため意匠面へ貫通するクラックへの進展が抑制される。
本実施形態に係る金型は、被成形材に接触する意匠面から冷却孔の内壁面までの水冷孔深さLが、L<25mmであるため、15%程度のハイサイクル化がなされても、金型は鋳造サイクル毎に冷却液によって十分に冷却されるため、ダイカスト品は、従来通りの品質特性となる。また、従来のダイカストの生産サイクルで生産を行った場合には、金型は従来よりも低い温度まで冷却されるため、ダイカスト品の品質特性が向上する。
(Function)
Next, the operation of the mold according to this embodiment will be described. The metal mold | die which concerns on this embodiment is the mass%, From the steel materials containing C: 0.21-0.80%, Cu: 0.01-2.0%, Ni: 0.02-5.0%. Therefore, it has an appropriate strength and impact value as quality characteristics required for a die casting die.
Further, the concentrated layer of Cu and Ni formed in the vicinity of the surface of the cooling hole of the mold according to the present embodiment is uniform without unevenness because Cu and Ni of the steel material are concentrated. And the concentrated layer contains Cu and Ni at least 1.2 times the amount of Cu and Ni in the steel material, or Cu is 0.025 to 5.0% by mass and Ni is mass%. 0.05 to 15.0%. The thickness δ of the concentrated layer is 1 μm ≦ δ ≦ 15 μm. Therefore, the presence of the concentrated layer suppresses rust itself, which is the starting point of water-cooled hole cracking, and the Ni-concentrated layer blocks hydrogen ions that promote the progress of water-cooled hole cracking, leading to cracks penetrating to the design surface. Progress is suppressed.
In the mold according to the present embodiment, the water cooling hole depth L from the design surface in contact with the material to be molded to the inner wall surface of the cooling hole is L <25 mm, so even if a high cycle of about 15% is achieved. Since the mold is sufficiently cooled by the cooling liquid every casting cycle, the die-cast product has the conventional quality characteristics. Further, when the production is performed in the production cycle of the conventional die casting, the mold is cooled to a temperature lower than that of the conventional one, so that the quality characteristics of the die cast product are improved.

次に、本発明の一実施形態に係る供試金型を製作し、その評価を行ったのでそれについて説明する。尚、この実施例は単なる例示にすぎず、本発明を限定するものではない。   Next, since a test die according to an embodiment of the present invention was manufactured and evaluated, it will be described. In addition, this Example is only a mere illustration and does not limit this invention.

(評価試験及びその結果−その1)
(供試金型の製作)
表1に示す実施例1〜9及び比較例1〜6について、同表に示す組成(単位は質量%、残部はFe及び不可避的不純物からなる)の鋼材を用いて、表2に示す製造条件(熱処理条件等)で重量が約500kgのダイカスト用の供試金型を製作した。供試金型の製作は、次の手順(表2及び図7参照)により行った。焼鈍状態にある実施例1〜9及び比較例1〜6の鋼材を粗加工して供試金型とし、その後、これらの供試金型を大気雰囲気下(比較例6は真空下)で焼入れた。焼入れでは、各供試金型を1030℃に加熱し、120分間(比較例4は700分間)、焼入れ温度に均熱保持した後、各供試金型を冷却した。次の焼戻しでは、各供試金型を595℃で3hr保持した後、585℃で3hr保持した。これにより、各供試金型をC量に応じた適正な硬さに調節した(尚、この焼戻しが終わった時点で、表3に示す強度及び衝撃値、濃化層中のCu及びNiの濃度、濃化層の厚さの測定を行った)。最後の精加工では、各供試金型にダイカスト用金型の仕上げ精加工を施した。
(Evaluation Test and Results-Part 1)
(Production of test mold)
About Examples 1-9 shown in Table 1 and Comparative Examples 1-6, the manufacturing conditions shown in Table 2 using steel materials having the composition shown in the same table (unit: mass%, balance: Fe and inevitable impurities) A die mold for die casting having a weight of about 500 kg was prepared under (heat treatment conditions, etc.). The test mold was manufactured according to the following procedure (see Table 2 and FIG. 7). The steel materials of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6 in the annealed state are roughly processed into test molds, and then these test molds are quenched in an air atmosphere (Comparative Example 6 is under vacuum). It was. In the quenching, each test mold was heated to 1030 ° C. and kept at a quenching temperature for 120 minutes (700 minutes in Comparative Example 4), and then each test mold was cooled. In the next tempering, each test mold was held at 595 ° C. for 3 hours and then held at 585 ° C. for 3 hours. Thereby, each test die was adjusted to an appropriate hardness according to the amount of C (in addition, when this tempering was finished, the strength and impact values shown in Table 3, the Cu and Ni in the concentrated layer) The concentration and the thickness of the concentrated layer were measured). In the final precision processing, each test mold was subjected to final finishing of the die casting mold.

Figure 2008126310
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Figure 2008126310
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(強度及び衝撃値の測定及び評価)
焼入れ焼戻しが済んだ精加工前の実施例1〜9及び比較例1〜6の各供試金型の強度及び衝撃値を測定した。試験片にはJIS 3号のタイプを用い(Uノッチ)、吸収エネルギー[J]を試験片の断面積で割った値を衝撃値[J/cm]としている。その結果を表3に示す。実施例1〜9は、ダイカスト用金型又は工具として必要な強度及び衝撃値を備えていることがわかった。ダイカスト用金型又は工具として要求される強度は、HRC37が許容限度である。C量を最も少なくした実施例8の強度が全ての実施例を通じて最低であるHRC37.2であったことから、C量は、好ましくは、0.1質量%以上、更に好ましくは、0.21質量%以上含有させる必要があることがわかった。
(Measurement and evaluation of strength and impact value)
The strength and impact value of each test mold of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6 before fine processing after quenching and tempering were measured. The test piece is a JIS No. 3 type (U notch), and the impact value [J / cm 2 ] is obtained by dividing the absorbed energy [J] by the cross-sectional area of the test piece. The results are shown in Table 3. It turned out that Examples 1-9 were equipped with the intensity | strength and impact value required as a die-casting die or a tool. The strength required for a die casting tool or tool is an allowable limit for HRC37. Since the strength of Example 8 with the smallest amount of C was the lowest HRC37.2 in all Examples, the amount of C is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.21. It was found that it was necessary to contain at least mass%.

(濃化層中のCu及びNiの濃度の測定)
焼入れ焼戻しが済んだ精加工前の実施例1〜9及び比較例1〜6の鋼材の濃化層中のCu及びNiの濃度を測定した。濃化層は、Ni及びCuが鋼材(濃化層ではない部分)のNi及びCuの濃度の1.2倍以上になっている部分とした(図1参照)。濃化層の同定にはEPMAを用いた。濃化層中のCu及びNiの濃度は、EPMAによる線分析の数値から判断した。その結果、濃化層は、ムラ無く均一に形成されていた。また、表3にその結果を示す。
(Measurement of Cu and Ni concentration in the concentrated layer)
The concentrations of Cu and Ni in the concentrated layers of the steel materials of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6 before the fine processing after quenching and tempering were measured. The concentrated layer was a portion where Ni and Cu were 1.2 times or more the Ni and Cu concentrations of the steel material (the portion that was not the concentrated layer) (see FIG. 1). EPMA was used to identify the concentrated layer. The concentrations of Cu and Ni in the concentrated layer were judged from the values of line analysis by EPMA. As a result, the concentrated layer was uniformly formed without unevenness. Table 3 shows the results.

(濃化層の厚さδの測定)
次に、上記のEPMAで同定した濃化層(Ni及びCuが鋼材(濃化層ではない部分)のNi及びCuの濃度の1.2倍以上になっている部分)の厚さδを測定した。表3にその結果を示す。実施例1〜9は、酸化スケールの下に7〜14μmの厚さの濃化層が均一に形成されていた。一方、比較例1、2は、濃化層の厚さが0.3μmと薄く、比較例3、6は、濃化層が形成されていなかった。また、比較例4、5は、厚い濃化層が形成されていた。
(Measurement of thickened layer thickness δ)
Next, the thickness δ of the concentrated layer identified by the above EPMA (the portion where Ni and Cu are 1.2 times or more the Ni and Cu concentrations of the steel material (the portion that is not the concentrated layer)) is measured. did. Table 3 shows the results. In Examples 1 to 9, a concentrated layer having a thickness of 7 to 14 μm was uniformly formed under the oxide scale. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, the thickness of the concentrated layer was as thin as 0.3 μm, and in Comparative Examples 3 and 6, the concentrated layer was not formed. In Comparative Examples 4 and 5, a thick concentrated layer was formed.

(水冷孔の亀裂深さDの測定及び評価)
次に、精加工が済んだ実施例1〜9及び比較例1〜6の各供試金型をダイカストに適用した場合の水冷孔割れに対する耐性を評価するために、水冷孔の亀裂深さDを測定した。この測定は次の手順で行った。各供試金型を型締力2000tonのダイカストマシンに組み付け、ダイカスト製品(自動車用シリンダーブロック)の鋳造を行った。鋳造で用いた湯材は、アルミダイカストALC12で、湯温(溶解保持炉内)は670℃であった。ダイカスト製品は、自動車用シリンダーブロックとした。1サイクル65秒の鋳造を実施し、50000ショット(累積で約一ヶ月)が終了した時点で型を切断、意匠面から15mmの位置にある水冷孔の亀裂深さDを測定した。その結果を表3に示す。
(Measurement and evaluation of crack depth D of water-cooled hole)
Next, in order to evaluate the resistance to water-cooled hole cracking when the test molds of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6 which have been subjected to precision processing are applied to die casting, the crack depth D of the water-cooled hole Was measured. This measurement was performed according to the following procedure. Each die was assembled in a die casting machine having a clamping force of 2000 tons, and die casting products (cylinder blocks for automobiles) were cast. The hot water material used for casting was aluminum die casting ALC12, and the hot water temperature (in the melting and holding furnace) was 670 ° C. The die-cast product was a cylinder block for automobiles. Casting was carried out for 65 seconds per cycle, and the mold was cut when 50,000 shots (cumulative about one month) were completed, and the crack depth D of the water-cooled hole at a position 15 mm from the design surface was measured. The results are shown in Table 3.

実施例1〜9は、亀裂深さDが、D≦200μmという良好な結果が得られた。200μmを良否の判断基準とした理由は、意匠面から遠いところ(水冷孔深さLが40mm以上)に位置する水冷孔でもクラックは発生するが、そのクラック深さが200μmを大きく超えることはないからである。実施例1〜9では、水冷孔深さLが15mmであるにも拘わらず、亀裂深さDが200μm未満であったため、水冷孔割れに対して非常に優れた耐性を有するものと考えられる。従って、実施例1〜9の場合には、鋳造のショット数を更に増やしても、クラックが意匠面に到達する可能性は低いと考えられる。   In Examples 1 to 9, good results were obtained in which the crack depth D was D ≦ 200 μm. The reason why 200 μm is used as a quality criterion is that cracks are generated even in water-cooled holes located far from the design surface (water-cooled hole depth L is 40 mm or more), but the crack depth does not greatly exceed 200 μm. Because. In Examples 1 to 9, although the water-cooled hole depth L was 15 mm, the crack depth D was less than 200 μm, and therefore, it is considered to have extremely excellent resistance to water-cooled hole cracks. Therefore, in the case of Examples 1 to 9, it is considered that the possibility of cracks reaching the design surface is low even if the number of shot shots is further increased.

一方、濃化層が殆ど形成されていない比較例1、3、6は、亀裂深さD>10mmであった。従って、これらの比較例では、ショット数をもう少し多くするとクラックが意匠面に到達し、冷却水がそのクラックから噴出するおそれがあると考えられる。尚、比較例2、4、5では、亀裂深さDが短い。しかしながら、比較例2ではステンレス鋼であるためコスト高となり、更に、局部腐食による応力腐食割れが懸念され、比較例4では加熱時間が長すぎて生産性が悪くなり、比較例5ではNiが多すぎて素材コストが高くなることから大量生産には向かない。尚、Si、Mn、Cr、Mo、V等の濃化も認められたが、これらは水冷孔割れを防止する効果がない。また、実施例及び比較例においては、これらの鋼材成分が同じであるため、評価対象からは除外した。   On the other hand, Comparative Examples 1, 3, and 6 in which almost no thickened layer was formed had a crack depth D> 10 mm. Therefore, in these comparative examples, it is considered that if the number of shots is increased a little, the crack reaches the design surface and the cooling water may be ejected from the crack. In Comparative Examples 2, 4, and 5, the crack depth D is short. However, since Comparative Example 2 is made of stainless steel, the cost is high, and stress corrosion cracking due to local corrosion is a concern. In Comparative Example 4, the heating time is too long and productivity is deteriorated. In Comparative Example 5, Ni is high. It is not suitable for mass production because the material cost is too high. In addition, although concentration of Si, Mn, Cr, Mo, V, etc. was recognized, these have no effect of preventing water-cooled hole cracking. Moreover, in the Example and the comparative example, since these steel material components are the same, it excluded from the evaluation object.

以上のことから、適当な厚さの、Cu及びNiが濃化された濃化層を形成することが水冷孔割れの防止やその進展の抑制に有効であることが判明した。   From the above, it has been found that the formation of a concentrated layer having an appropriate thickness and enriched in Cu and Ni is effective in preventing water-cooled hole cracking and suppressing its progress.

Figure 2008126310
Figure 2008126310

(評価試験及びその結果−その2)
実施例1〜9の結果より、濃化層の形成が水冷孔割れ防止に有効であることが判明したため、そのうちの1鋼種を対象として、ハイサイクル化への有効性を検証した。
(供試金型の製作)
表4に示す実施例10、11、参考例1、2及び比較例7〜10について、同表に示す組成(単位は質量%、残部はFe及び不可避的不純物からなる)の鋼材を用いて、重量が約500kgのダイカスト用の供試金型を製作した。すなわち、実施例10、11の供試金型は、表1に示す実施例2と同じ素材を用いて、実施例2と同じ熱処理を経て得られたものである。また、参考例1、2及び比較例7〜10の供試金型も、それぞれ、実施例2と同じ素材を用いて、実施例2と同じ熱処理を経て得られたものである。尚、参考例1、2は、実施例10、11に準ずるものであるが、後述する表5に示した水冷孔深さLとして従来の標準位置を採用したために、実施例とはしていない。
(Evaluation test and results-2)
From the results of Examples 1 to 9, it was found that the formation of the concentrated layer was effective in preventing water-cooled hole cracking, and therefore, the effectiveness of high cycle formation was verified for one of the steel types.
(Production of test mold)
For Examples 10 and 11, Reference Examples 1 and 2 and Comparative Examples 7 to 10 shown in Table 4, using steel materials having the composition shown in the same table (unit: mass%, balance: Fe and inevitable impurities) A die mold for die casting having a weight of about 500 kg was manufactured. That is, the test molds of Examples 10 and 11 were obtained through the same heat treatment as Example 2 using the same material as Example 2 shown in Table 1. In addition, the test molds of Reference Examples 1 and 2 and Comparative Examples 7 to 10 were respectively obtained through the same heat treatment as in Example 2 using the same material as in Example 2. In addition, although Reference Examples 1 and 2 are based on Examples 10 and 11, since the conventional standard position was adopted as the water cooling hole depth L shown in Table 5 to be described later, it is not considered as an example. .

Figure 2008126310
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(ハイサイクル化試験及び評価)
実施例10、11、参考例1、2及び比較例7〜10の供試金型に設けた水冷孔の水冷孔深さL、水冷孔への精加工の有無、水冷孔の濃化層の有無は、表5に示す通りとした。
そして、実施例10、11、参考例1、2及び比較例7〜10の供試金型を型締力2000tonのダイカストマシンに組み付け、ダイカスト製品(自動車用シリンダーブロック)の鋳造を行った。鋳造で用いた湯材は、アルミダイカストALC12で、湯温(溶解保持炉内)は、670℃とした。また、実施例10、11、参考例1、2及び比較例7〜10の鋳造サイクル(1サイクル)及び意匠面温度は、表5に示した通りとした。尚、意匠面温度は、ダイカスト品を取り出すために、型が開いた後、スプレーによって意匠面が冷却され、更に離型剤の塗布後、型が閉まる直前のものであり、サーモビュアーによって測定した。そして、意匠面への水冷孔割れの有無を観察した(水冷孔割れが生じなかったものについては、50000ショット(累積で約一ヶ月)が終了した時点で鋳造を停止した)。その結果を表5に併せて示す。
(High cycle test and evaluation)
Examples 10 and 11, water cooling hole depth L of water cooling holes provided in the test molds of Reference Examples 1 and 2 and Comparative Examples 7 to 10, presence / absence of fine processing to water cooling holes, concentration layer of water cooling holes The presence or absence was as shown in Table 5.
Then, the test dies of Examples 10 and 11, Reference Examples 1 and 2 and Comparative Examples 7 to 10 were assembled in a die casting machine having a clamping force of 2000 tons, and die casting products (cylinder blocks for automobiles) were cast. The hot water used for casting was aluminum die casting ALC12, and the hot water temperature (in the melting and holding furnace) was 670 ° C. The casting cycles (1 cycle) and design surface temperatures of Examples 10 and 11, Reference Examples 1 and 2 and Comparative Examples 7 to 10 were as shown in Table 5. Note that the design surface temperature is the one immediately after the mold is opened to cool the design surface by spraying in order to take out the die-cast product, and after the mold release agent is applied, immediately before the mold is closed, and measured by a thermoviewer. . Then, the presence or absence of water-cooled hole cracking on the design surface was observed (in the case where water-cooled hole cracking did not occur, casting was stopped when 50000 shots (cumulative about one month) were completed). The results are also shown in Table 5.

Figure 2008126310
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実施例10及び11は、水冷孔を、意匠面からその水冷孔の内壁面までの距離(水冷孔深さL)が10mmという近接した位置に設けたにもかかわらず、水冷孔割れが意匠面に貫通しなかった。そのうち、実施例10は、鋳造サイクルを標準(65秒)としたため、意匠面温度を十分に冷却することができ、冷却効率が良かった。実施例11は、実施例10の供試金型を用いてハイサイクル化(55秒)したものであり、15%のサイクル短縮を行っても従来レベルの意匠面温度を実現することができた。実施例10、11については、更に、水冷孔内面の亀裂深さDを確認したところ、亀裂深さは200μmを下回った。この値は、意匠面からの距離が遠く水冷孔割れが全く問題にならない水冷孔に発生する亀裂深さと同程度である。従って、実施例10、11では、水冷孔を意匠面に近接して配置しても、水冷孔割れが意匠面に貫通する危険性が極めて少ないことがわかった。以上から、実施例10→実施例11のようなハイサイクル化ができることがわかった。   In Examples 10 and 11, the water-cooled hole crack was provided on the design surface even though the water-cooled hole was provided at a position where the distance (water-cooled hole depth L) from the design surface to the inner wall surface of the water-cooled hole was 10 mm. Did not penetrate. Among them, in Example 10, since the casting cycle was standard (65 seconds), the design surface temperature could be sufficiently cooled, and the cooling efficiency was good. Example 11 is a high cycle (55 seconds) using the test mold of Example 10, and a design surface temperature of a conventional level could be realized even if the cycle was shortened by 15%. . In Examples 10 and 11, when the crack depth D on the inner surface of the water-cooled hole was further confirmed, the crack depth was less than 200 μm. This value is about the same as the crack depth generated in the water-cooled hole, where the distance from the design surface is far and water-cooled hole cracking does not cause any problem. Therefore, in Examples 10 and 11, it was found that even if the water cooling holes are arranged close to the design surface, there is very little risk that the water cooling hole cracks penetrate the design surface. From the above, it was found that the high cycle as in Example 10 → Example 11 can be achieved.

一方、参考例1は、水冷孔を、意匠面からその水冷孔の内壁面までの距離(水冷孔深さL)が40mmという従来の標準位置に設けたものであり、鋳造サイクルも標準的であったため、水冷孔割れが意匠面に貫通しなかった。参考例2は、参考例1の供試金型を用いてハイサイクル化を行った例であり、意匠面温度が著しく上昇した。参考例2のように、意匠面温度が著しく上昇すると、凝固速度の低下による鋳造品質が劣化するため実用化ができない。このことから、参考例1のような従来位置に水冷孔を設けていては、ハイサイクル化ができないことがわかった。   On the other hand, in Reference Example 1, water cooling holes are provided at a conventional standard position where the distance from the design surface to the inner wall surface of the water cooling holes (water cooling hole depth L) is 40 mm, and the casting cycle is also standard. As a result, water-cooled hole cracks did not penetrate the design surface. Reference Example 2 was an example in which the test mold of Reference Example 1 was used to perform high cycle, and the design surface temperature significantly increased. As in Reference Example 2, when the design surface temperature is remarkably increased, the casting quality is deteriorated due to a decrease in the solidification rate, so that it cannot be put into practical use. From this, it was found that if the water-cooled holes were provided at the conventional positions as in Reference Example 1, high cycle could not be achieved.

比較例7は、濃化層のない状態で水冷孔を意匠面に近接させた、従来における標準的な例であり、約30000ショットで水冷孔割れが意匠面に貫通し、金型の寿命となった。比較例7では、意匠面温度の低下の効果が大きいが金型寿命の観点から実用化ができない。比較例8も同様である。比較例9は、鋳造サイクルと水冷孔深さを従来における標準的な条件にしたものであり、濃化層は存在しないにも拘わらず意匠面に貫通する水冷孔割れは発生していないが、参考例1と比較すると、水冷孔内面の亀裂深さが長い。比較例10は、比較例9でハイサイクル化を行った例であり、意匠面温度が著しく上昇した。従って、比較例10は、凝固速度の低下による鋳造品質の劣化が問題となるため実用化ができない。また、比較例9と同様に、濃化層の存在する参考例1よりも水冷孔内面の亀裂深さが長かった。従って、比較例10は、水冷孔割れに進展する危険性が有り実用化ができない。   Comparative Example 7 is a conventional standard example in which the water-cooled holes are brought close to the design surface in the absence of the concentrated layer, and the water-cooled hole cracks penetrate the design surface in about 30000 shots, became. In Comparative Example 7, the effect of lowering the design surface temperature is large, but it cannot be put into practical use from the viewpoint of mold life. The same applies to Comparative Example 8. In Comparative Example 9, the casting cycle and the water-cooled hole depth were standard conditions in the past, and water-cooled hole cracks penetrating the design surface did not occur despite the absence of the concentrated layer, Compared to Reference Example 1, the crack depth on the inner surface of the water-cooled hole is longer. Comparative Example 10 is an example in which the high cycle was performed in Comparative Example 9, and the design surface temperature significantly increased. Therefore, Comparative Example 10 cannot be put to practical use because the casting quality deteriorates due to the decrease in the solidification rate. Further, as in Comparative Example 9, the crack depth on the inner surface of the water-cooled hole was longer than in Reference Example 1 in which the concentrated layer was present. Therefore, Comparative Example 10 has a risk of progressing to water-cooled hole cracking and cannot be put into practical use.

以上から、適当な厚さのCu及びNiの濃化層を形成しておけば、水冷孔を意匠面に近づけても水冷孔割れの意匠面への貫通が抑制され、ハイサイクル化ができることがわかった。更に、ハイサイクル化は、高コストな材料を用いることなく、低コストで実現することができることがわかった。
本実施形態に係る金型は、ハイサイクル化を行っても意匠面温度を従来レベルに下げることができ、しかも、水冷孔割れの貫通が起こらなかったことから、熱疲労特性に優れることがわかった。
From the above, if a thick layer of Cu and Ni having an appropriate thickness is formed, penetration of the water-cooled hole crack into the design surface is suppressed even if the water-cooled hole is brought close to the design surface, and a high cycle can be achieved. all right. Further, it has been found that the high cycle can be realized at low cost without using high cost materials.
The mold according to the present embodiment can reduce the design surface temperature to the conventional level even if it is subjected to high cycle, and further, it has been found that water-cooled hole cracks do not penetrate, and thus has excellent thermal fatigue characteristics. It was.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変や応用が可能である。例えば、本発明は、上記実施形態では、成形用部材の一例としてのダイカスト用金型として用いる例を示したが、樹脂やガラスの射出成形、更に鍛造や圧延といった塑性加工等の工具にも適用することができ、実施形態に示した用途に限定されるものではない。また、本発明は、実施例で示した焼入れと焼戻しの条件によって得られた成形用部材(例えば、金型や工具)に限定されるものではなく、鋼材の化学成分に応じた焼入れと焼戻しの条件によって得られた成形用部材(例えば、金型や工具)も、本発明の範囲に含まれる。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be variously modified and applied without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the example of using the die casting die as an example of a molding member has been shown in the above embodiment, but the present invention is also applied to tools such as plastic molding such as injection molding of resin and glass, and forging and rolling. However, the present invention is not limited to the applications shown in the embodiments. In addition, the present invention is not limited to the molding member (for example, a mold or a tool) obtained by the quenching and tempering conditions shown in the examples, and quenching and tempering according to the chemical composition of the steel material. A molding member (for example, a mold or a tool) obtained according to conditions is also included in the scope of the present invention.

本発明に係る成形用部材は、熱疲労特性に優れているため、多くの需要が見込まれ、ダイカスト、鍛造、プラスチックやゴムの射出成形用の金型及び工具の製造メーカーや、本発明に係る成形用部材を使用してダイカスト品を製造するメーカーにとって利用価値が高い。   Since the molding member according to the present invention is excellent in thermal fatigue properties, many demands are expected, and die casting, forging, molds and tools for injection molding of plastics and rubber, and manufacturers of the present invention, It has high utility value for manufacturers that manufacture die-cast products using molding members.

濃化層を説明するための図であり、(a)は金型1の側面を模式的に示し、(b)は元素Xの濃度と冷却孔表面からの距離との相関を示す図である。It is a figure for demonstrating a concentrated layer, (a) shows typically the side surface of the metal mold | die 1, (b) is a figure which shows the correlation with the density | concentration of the element X, and the distance from a cooling hole surface. . 水冷孔深さLを説明するための図であり、水冷孔の表層から内部を拡大して示す図である。It is a figure for demonstrating the water cooling hole depth L, and is a figure which expands and shows an inside from the surface layer of a water cooling hole. 濃化層厚さδとダイカスト用金型の型寿命との相関を示すグラフである。6 is a graph showing a correlation between a thickened layer thickness δ and a die life of a die casting die. 冷却孔の表面近傍を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the surface vicinity of a cooling hole. 水冷孔深さLと意匠面温度との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with the water cooling hole depth L and the design surface temperature. 水冷孔深さLと金型寿命の相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the water cooling hole depth L and a metal mold | die lifetime. 本発明の一実施形態に係る金型の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the metal mold | die which concerns on one Embodiment of this invention. 一般的な金型の側面を水冷孔とともに示した図である。It is the figure which showed the side surface of the common metal mold | die with a water cooling hole. 水冷孔割れの現象を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the phenomenon of a water cooling hole crack.

Claims (5)

質量%で、C:0.21〜0.80%、Cu:0.01〜2.0%、Ni:0.02〜5.0%を含有する鋼材からなる成形用部材であって、
冷却液の流路となる冷却孔を備え、
前記冷却孔の表面近傍には、前記鋼材のCu及びNiが濃化された濃化層が形成され、
前記濃化層は、その厚さδが1μm≦δ≦15μmであることを特徴とする成形用部材。
A molding member made of a steel material containing, by mass%, C: 0.21 to 0.80%, Cu: 0.01 to 2.0%, Ni: 0.02 to 5.0%,
With cooling holes that serve as coolant flow paths,
In the vicinity of the surface of the cooling hole, a concentrated layer in which Cu and Ni of the steel material are concentrated is formed,
The thickening layer has a thickness δ of 1 μm ≦ δ ≦ 15 μm.
前記濃化層が含有するCu量及びNi量は、それぞれ、前記鋼材が含有するCu量及びNi量の1.2倍以上であることを特徴とする請求項1に記載の成形用部材。   2. The forming member according to claim 1, wherein the amount of Cu and the amount of Ni contained in the concentrated layer are 1.2 times or more the amount of Cu and the amount of Ni contained in the steel material, respectively. 前記濃化層は、質量%で、Cu:0.025〜5.0%、Ni:0.05〜15.0%を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の成形用部材。   3. The molding member according to claim 1, wherein the concentrated layer contains, by mass%, Cu: 0.025 to 5.0% and Ni: 0.05 to 15.0%. . 前記冷却孔のうち少なくとも一の冷却孔は、被成形材に接触する意匠面から当該冷却孔の内壁面までの冷却孔深さLが、L<25mmであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の成形用部材。   The at least one cooling hole among the cooling holes has a cooling hole depth L from a design surface in contact with the molding material to an inner wall surface of the cooling hole of L <25 mm. 4. The molding member according to any one of 3. 前記鋼材が、質量%で、C:0.07〜0.80%を含有することを特徴とする請求項4に記載の成形用部材。   The forming member according to claim 4, wherein the steel material contains C: 0.07 to 0.80% in mass%.
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