JP2015016570A - Tダイおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Tダイ(1)のリップ部(9)の少なくともエッジ部(9e)に、母材にニッケル系合金またはコバルト系合金からなる耐食耐摩耗性合金の粉末をレーザ肉盛溶接することにより形成された肉盛層(10)が設けられており、この肉盛層が、金属硼化物が結合相中に分散した金属組織を有する。
【選択図】図2
Description
ット状の吐出口を有するTダイおよびその製造方法に関する。
また、十分な接着強度を確保するには接着面積を大きくとる必要があり、このため超硬合金部分を大きくする必要があるので、材料コストが高くなる。
また、HIP処理時には、ダイ本体を例えば1300℃、130MPaといった高温高圧に曝すため、ダイ本体の歪みおよび曲がりが生る。このため、その分を見込んだ加工をダイ本体に施しておく必要がある(特に特許文献3を参照)。すなわち、特許文献3、4の方法の実施には、多大な手間およびコストがかかるという問題がある。
特許文献5には、Ni基合金粉またはCo基合金粉などに、硼化物の1種あるいは2種以上を5〜60%混合したサーメット粉をレーザービーム中に供給して金属または合金上に肉盛溶接する肉盛溶接法が記載されている。この場合合金粉ばかりでなく硼化物を完全に溶融あるいは分解し、その後溶着凝着する際に、再度硼化物となって析出するため、再析出した硼化物は溶着したサーメット中に細かく、かつ均一に分散することと記載されている。
つまり、混合粉の採用は硬化(耐摩耗性向上)の阻害要因になっており、当業者であれば引用文献1と5を組み合わせようとしない。
それに対して、本発明は最初から微細な硼化物、炭化物を一体化したNi、Co粉末を使用することで完全溶融しなくても良い。硼化物量が多いと割れやすくなるので、文献5とは逆に出力を小さくして肉盛し硬さを上げる。これにより、割れ無し、硬さムラなしで、エッジだけではなくリップ合わせ面およびリップ端面を全面被覆、硬化肉盛することを発明した。
それに対して、当発明では肉盛に使用される粉末は一つ一つの粒子毎に最初から微細な炭化物や硼化物の硬質粒子とNi基合金およびCo基合金からなる複相構造として一体化(合金化)していることを特徴とする粉末であり、肉盛時に完全溶融しなくても十分に微細な複相構造の金属組織を得られる。硬質粒子量が多いと割れやすくなるので、文献5とは逆に出力を小さくして肉盛し硬さを上げる。これにより、割れ無し、硬さムラなしで、エッジだけではなくリップ合わせ面およびリップ端面を全面被覆、硬化肉盛することを発明した。
(Ni系合金−1)71.65wt%Ni−20.0wt%Mo−3.1wt%B−5.2wt%Si−0.05wt%C
(Ni系合金−2)65.92wt%Ni−20.5wt%Mo−5.0wt%Cu−3.3wt%B−4.7wt%Si−0.08wtC
(Ni系合金−3)54.14wt%Ni−22.5wt%Mo−9.5wt%W−5.0wt%Cu−2.8wt%B−5.4wt%Si−0.66wt%C
(Ni系合金−4)57.0wt%Ni−16.5wt%Cr−17.0wt%Mo−5.0wt%Fe−4.5wt%W
好適なコバルト系合金粉末の組成を以下に2つ例示する。
(Co系合金−1)68.5wt%Co−20.0wt%Cr−5.1wt%W−1.5wt%Ni−3.1wt%B−1.8wt%Si
(Co系合金−2)46.0wt%Co−30.0wt%Cr−2.5wt%C−1.0wt%Si−1.0wt%Mn−1.0wt%Mo−3.0wt%Fe−3.0wt%Ni−12.5wt%W
上記組成のニッケル系合金粉末またはコバルト系合金粉末を用いることにより、硬度460〜900Hvの肉盛層10を得ることができる。
ただし、全面肉盛するのは熱による変形が大きくなるのが不利な点である。本発明において、中央側から外側に向かって肉盛することで曲がりを大幅に低減できることがわかった。具体的には330mm幅のTダイにおいて中央付近から外側へ肉盛し、それを2mmずつずらしながら4回繰り返し、10mm幅のリップ合わせ面側全面を肉盛した。その後にリップ端面も同様に10mm幅全面肉盛したときの反り量は最大位置で0.2mmであった。それに対し、横端面エッジ部から反対側のエッジ部まで肉盛した場合は0.8mmであり、Tダイとして仕上げるには難しい結果であった。
このとき、中央側で重ねる距離が近いと割れが発生する。具体的には50mm以内では割れることがあり、100mm以上では皆無であった。
ポロシティはレーザ出力が小さいと未溶融などにより発生しやすくなるが、反対にレーザ出力が大きすぎてもシールドガスの固溶量が増大し、凝固時に気泡となるので、最適なレーザ出力、ノズル移動速度、入射エネルギの関係を解明することが必要であった。入射エネルギが小さいと不可避的に発生した気泡が浮上し、溶融金属外へ放出される時間が不足し、入射エネルギが大きいと溶融金属内に取り込まれてしまうガス量が増えポロシティも増え、大きくなってしまう。
Tダイ1の性能だけを考慮するなら、最も負担の大きいリップ部9のエッジ部9eだけが肉盛層10により形成されていれば十分であり、エッジ部9e以外の溶融樹脂接触部分は、肉盛層10より廉価に形成することができるめっき層20(硬質クロムメッキ層、無電解ニッケルメッキ層等)により構成して何ら問題はない。肉盛層10の材料は非常に高価であるので、コスト低減の観点からも、肉盛層10の寸法をあまり大きくすることは好ましくない。
処理において良質なめっき皮膜が得られなくなり、肉盛層とクロムめっきの境界に剥離、
欠けなどの欠陥が生じるので好ましくない。よってこの観点からは、肉盛層幅W1、W2
は0.2mm以上とすることが好ましい。
但し、レーザ光径(スポット径)よりも斜面4aの幅が小さいと、溶接肉盛の作業性が低下することも考えられるので、前述したようにレーザ光径を2.4mmとするならば、斜面4aの幅は2.4mm〜3mmの範囲内にすることがより好ましい。
めっき層20の厚さは、この後に研削加工を行うことから、最終の厚さよりも十分に大きい値、例えば100μm程度とする。硬質クロムめっき処理を行う際には、めっきが不要な部分には、適当なメッキ防止手段(例えばマスキング)を施すことができる。あるいは、めっきが不要な部分のめっきをめっき後に研削加工等によって除去してもよい。
このような事例は超硬溶射、やHIP方式では溶融時間が長いことや使用粉末の特性上不可能である。また、多数のレーザ肉盛の文献があるが、硬質粒子の粒径にまで言及した例はない。
肉盛層10を形成するために用いられるレーザ肉盛溶接は、高エネルギ密度のレーザ光により局所的に金属を溶解することにより溶接を行うので、母材(ダイ素材)に対する熱影響を低く抑えることができる。また、肉盛材料として、棒状、ワイヤー状またはフィラー状のものではなく、粉末状のものを使用することにより、肉盛幅を小さくすることができるので母材への入熱量が小さくなり、母材に悪影響を及ぼすことなく母材表面を耐摩耗性金属で肉盛被覆することができる。
覆層(肉盛層)と比較しても、レーザ肉盛溶接により形成された肉盛層10は、(1)より強靱であり、研削または研磨時に欠け、剥がれまたはクラックなどを発生することがなく、(2)また、肉盛層10と硬質クロムめっき層20との境界部における接合強度の低下や結合欠陥の発生もなく、さらには(3)肉盛層10により構成されたリップ部9の表面粗度が大幅に改善される。
して溶け込みを有するため、溶射により形成された肉盛層と比較すると、母材との接合強
度が格段に大きくなる。
2 ダイ本体
3、4 ダイ部材
4A 素材、母材(ダイ素材)
4b 第1面(リップ合わせ面となる面)
4c 第2面(リップ端面となる面)
5 (流動性材料流路)溶融樹脂流路
8 吐出部
9 リップ部
9e リップ部のエッジ部
10 肉盛層
10b、10c 肉盛層の表面
20 めっき層
Claims (9)
- 内部に流動性材料流路を有するとともに、前記流動性材料流路の先端部にスリット状の吐出部を形成するリップ部を有しているダイ本体を備えたTダイにおいて、前記リップ部の少なくともエッジ部に、母材にニッケル系合金またはコバルト系合金からなる耐食耐摩耗性合金の粉末をレーザ肉盛溶接することにより形成された肉盛層が設けられており、前記肉盛層は前記リップ部のエッジからリップ合わせ面に沿って、及び前記リップ部のエッジからリップ端面に沿って全面に広がっていることを特徴とするTダイ。
- 前記肉盛層と連続する前記流動性材料流路の内壁面にめっき層が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のTダイ。
- 前記肉盛層は、金属硼化物または金属炭化物が結合相中に分散した金属組織を有することを特徴とする請求項1または2に記載のTダイ。
- 前記肉盛層は、金属硼化物または金属炭化物が結合相中に分散し、その粒径が1μm以下である金属組織を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のTダイ。
- 前記肉盛層は、硬さのバラつきがビッカース硬さで100HV以下に収まることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のTダイ。
- 前記ニッケル系合金またはコバルト系合金からなる耐食耐摩耗性合金の粉末は一つ一つの粒子毎に炭化物や硼化物の硬質粒子とNi基合金およびCo基合金の複相構造を有していることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のTダイ。
- 前記リップ合わせ面およびリップ端面の肉盛層のポロシティが10μm以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のTダイ。
- 請求項1から7のいずれか一項に記載のTダイを備えた押出成形機。
- 請求項2に記載したTダイを製造する方法において、
リップ合わせ面となる第1面と、リップ端面となる第2面と、を有する素材を用意する工程と、
前記第2面の上に、耐食耐摩耗性合金の粉末をレーザ肉盛溶接して肉盛層を形成する工程と、
その後、前記素材の前記第1面および前記第2面を、当該第1面および第2面に隣接する前記肉盛層の部分と一緒に研削する工程と、
その後、前記肉盛層の前記表面、並びに前記素材の前記第1面の上にめっき層を形成する工程と、
その後、めっき層を研削して、前記肉盛層を露出させるとともに、前記素材の前記第1面上にあるめっき層の表面と面一な表面を前記肉盛層が有するようにする工程と、
を備えたことを特徴とするTダイの製造方法。
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