JP2018134651A - Rolling die excellent in durability, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、耐久性に優れた転造ダイス及びその製造方法に係り、特に、鋼製ダイスの耐久性を効果的に向上せしめて、その格段の長寿命化を実現した転造ダイスと、それを有利に製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a rolling die excellent in durability and a manufacturing method thereof, and in particular, a rolling die that effectively improves the durability of a steel die and realizes a significantly longer life thereof, and It is related with the method of manufacturing this.
従来から、被転造部材の表面に喰い込んで転造加工を行う転造加工面（転造成形面）を有する鋼製の転造ダイスにおいては、かかる転造加工面に山部や谷部からなる所定形状のパターンが形成されて、それが被転造部材に押し付けられるものであることから、その山部の山頂部位に大きな押圧力が作用することとなり、そのために、かかる山頂部位が摩耗され易く、またチッピングや欠損等の欠陥が惹起され易く、そしてそれによって、その耐久性を低下せしめ、ひいては工具寿命が短くなる問題を内在している。 Conventionally, in a steel rolling die having a rolling process surface (rolling forming surface) that performs a rolling process by biting into the surface of a rolled member, the rolling process surface has a peak portion or a valley portion. Since a pattern having a predetermined shape is formed and pressed against the member to be rolled, a large pressing force acts on the peak portion of the peak portion. There is an inherent problem that defects such as chipping and chipping are easily caused, and the durability of the defects is thereby lowered, and the tool life is shortened.
そこで、そのような転造加工面の表面を窒化処理して、その表層部に、窒化層（窒素拡散層）を形成することにより、耐摩耗性を向上せしめ、転造ダイスの工具寿命を確保する対策が、従来より講じられて来ているのである。そして、そのような窒化処理の方法としては、例えば、特開平８−１０４９７３号公報において採用されているような塩浴窒化法や、特開２０１０−５６５４号公報、特開２０１５−１００７９７号公報等において採用されているイオン窒化法が、よく知られている。 Therefore, by nitriding the surface of such a rolled surface and forming a nitride layer (nitrogen diffusion layer) on the surface layer, the wear resistance is improved and the tool life of the rolling die is ensured. Measures to do so have been taken. As such a nitriding method, for example, a salt bath nitriding method employed in JP-A-8-104973, JP-A 2010-5654, JP-A 2015-1000079, and the like. The ion nitriding method employed in is well known.
しかしながら、特開平８−１０４９７３号公報等において明らかにされている塩浴窒化法を用いた窒化処理においては、Ｆｅ4 ＮやＦｅ3 Ｎ等の窒素化合物の層が窒化層の表層部に厚く形成されるようになり、この窒素化合物によって表面硬さは高くなるものの、硬くて脆い化合物層であるところから、転造ダイスとして転造加工に用いたとき、チッピングや欠損等が発生し易くなるという問題を内在するものであった。 However, in the nitriding treatment using the salt bath nitriding method disclosed in JP-A-8-104973 and the like, a layer of a nitrogen compound such as Fe 4 N or Fe 3 N is formed thick on the surface portion of the nitride layer. Although the surface hardness is increased by this nitrogen compound, since it is a hard and brittle compound layer, when used as a rolling die for rolling processing, chipping or chipping is likely to occur. The problem was inherent.
また、イオン窒化法を採用して得られた転造ダイスについて開示する特開２０１０−５６５４号公報にあっても、転造ダイスの耐久性を向上せしめるべく、表面に形成される化合物層深さが１μｍ以下となるように制御することが指摘されているが、そのようなイオン窒化処理においても、上記した塩浴窒化法の場合と同様に、化合物層が必然的に生じて存在することとなり、それによって、チッピングや欠損の発生を避けることが出来ないものであった。しかも、そこでは、実用窒化層は５〜４０μｍの範囲内の深さにおいて形成されているに過ぎず、また表面硬さが１３００ＨＶ以上となるようなイオン窒化層が形成されることとなるため、チッピングや欠損等の問題は依然として残り、充分な耐久性の向上効果を期待し得るものではなかった。 Further, even in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-5654 which discloses a rolling die obtained by adopting an ion nitriding method, the depth of the compound layer formed on the surface in order to improve the durability of the rolling die. Is controlled to be 1 μm or less, but in such ion nitriding treatment, a compound layer is inevitably formed and present, as in the case of the salt bath nitriding method described above. As a result, chipping and chipping cannot be avoided. In addition, the practical nitride layer is only formed at a depth in the range of 5 to 40 μm, and an ion nitride layer having a surface hardness of 1300 HV or more is formed. Problems such as chipping and chipping remained, and sufficient durability improvement effects could not be expected.
さらに、特開２０１５−１００７９７号公報に開示の転造ダイスにあっては、その表層部にイオン窒化処理にて形成されたイオン窒化層が、その表面のビッカース硬度を１１００〜１２５０ＨＶ程度に低くする一方、その内部の１０〜２０μｍ深さ位置においては、１０００〜１２００ＨＶとなるように制御して、窒化層の表面から内部に向かって、硬度低下の勾配が緩やかになるように構成することによって、耐摩耗性や耐チッピング性を高めて、工具寿命を安定して向上せしめ得ることが、明らかにされている。しかしながら、そこでは、窒化層の深さが精々４０〜４５μｍ程度であり、しかも、４０μｍの深さにおける硬度は９００ＨＶ以下となり、またその実用窒化層の深さは４０μｍ程度となるものであるところから、耐摩耗性の向上効果は充分なものではなかったのである。尤も、そのような実用窒化層乃至イオン窒化層の深さが、より一層深くなるように、長時間のイオン窒化処理を実施した場合には、前記した窒素化合物層が窒化層の表面に厚く形成されるようになり、そのために、窒化層の表面硬度が著しく増大するようになるところから、チッピングや欠損等の問題が早期に惹起されて、その耐久性が低下せしめられることとなるのである。 Furthermore, in the rolling die disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-1000079, the ion nitride layer formed by ion nitriding treatment on the surface layer portion reduces the surface Vickers hardness to about 1100 to 1250 HV. On the other hand, at a depth position of 10 to 20 μm inside thereof, it is controlled so as to be 1000 to 1200 HV, and by configuring so that the gradient of hardness reduction becomes gentle from the surface of the nitride layer toward the inside, It has been clarified that the tool life can be stably improved by increasing the wear resistance and chipping resistance. However, the depth of the nitrided layer is at most about 40 to 45 μm, the hardness at the depth of 40 μm is 900 HV or less, and the depth of the practical nitrided layer is about 40 μm. The effect of improving wear resistance was not sufficient. However, when the ion nitriding process is performed for a long time so that the depth of such a practical nitride layer or ion nitride layer becomes deeper, the nitrogen compound layer is formed thick on the surface of the nitride layer. As a result, since the surface hardness of the nitrided layer is significantly increased, problems such as chipping and chipping are caused at an early stage, and the durability of the nitrided layer is lowered.
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、チッピングや欠け等の発生を阻止しつつ、耐摩耗性を長期間に亘って保持することにより、工具としての耐久性乃至は寿命を著しく高めた転造ダイスと、その有効な製造方法を提供することにある。 Here, the present invention has been made in the background of such circumstances, and the problem to be solved is to maintain the wear resistance for a long period of time while preventing the occurrence of chipping or chipping. Accordingly, an object of the present invention is to provide a rolling die having a significantly improved durability or life as a tool and an effective manufacturing method thereof.
そして、本発明にあっては、かくの如き課題の解決のために、被転造部材の表面に喰い込んで転造加工を行う転造加工面に対して、窒素原子を含むプラズマを用いたアトム窒化処理によって、最表面に窒素化合物層が存在しないアトム窒化層が形成されてなる転造ダイスにして、かかる転造加工面に形成された谷部間に位置する山部の少なくとも山頂部位において、前記アトム窒化層の最表面の窒素濃度が、２質量％を超えないように構成されていると共に、かかる最表面から少なくとも４０μｍを超える深さにおいて実用窒化層が形成されてなり、且つ表面ビッカース硬度が１１００〜１３００ＨＶの範囲内にあり、更に最表面からの深さが深くなるに従ってビッカース硬度が漸次低下して、４０μｍの深さにおけるビッカース硬度が１０００ＨＶ以上であることを特徴とする耐久性に優れた転造ダイスを、その要旨とするものである。 And in this invention, in order to solve such a problem, the plasma containing nitrogen atoms was used for the rolling process surface that bites into the surface of the rolled member and performs the rolling process. In an atom nitriding treatment, a rolling die in which an atom nitriding layer having no nitrogen compound layer is formed on the outermost surface is formed, and at least at the summit portion of the ridge located between the valleys formed on the rolled surface. The nitrogen concentration of the outermost surface of the atom nitride layer is configured not to exceed 2 mass%, and a practical nitride layer is formed at a depth exceeding 40 μm from the outermost surface, and the surface Vickers The hardness is in the range of 1100 to 1300 HV, and the Vickers hardness gradually decreases as the depth from the outermost surface becomes deeper. The Vickers hardness at a depth of 40 μm is 100 The gist of the rolling die is excellent in durability, characterized by being 0HV or higher.
なお、このような本発明に従う転造ダイスの好ましい態様の一つによれば、前記アトム窒化処理による窒素拡散領域が、最表面から６０μｍ以上の深さに至るまで形成されているように構成される。 According to one preferred embodiment of the rolling die according to the present invention, the nitrogen diffusion region by the atom nitriding treatment is formed so as to reach a depth of 60 μm or more from the outermost surface. The
また、かかる本発明に従う転造ダイスの好ましい態様の他の一つによれば、前記アトム窒化層の最表面から６０μｍの深さにおけるビッカース硬度が、９００ＨＶ以上であるように構成されることとなる。 According to another preferred embodiment of the rolling die according to the present invention, the Vickers hardness at a depth of 60 μm from the outermost surface of the atom nitride layer is configured to be 900 HV or higher. .
さらに、本発明に従う転造ダイスは、望ましくは、ネジ転造ダイスが対象とされるものである。 Furthermore, the rolling dies according to the invention are preferably intended for thread rolling dies.
そして、本発明にあっては、上述の如き転造ダイスを有利に得るために、被転造部材に対する転造加工面が形成されてなる転造ダイス素材に対して、窒素原子を含むプラズマを用いたアトム窒化処理を施し、最表面に窒素化合物層が存在しないアトム窒化層が形成されてなる転造ダイスを製造する方法にして、前記アトム窒化処理を施して、前記転造加工面の窒化を行う処理工程と、かかるアトム窒化処理を中断して、アトム窒化処理温度において保持することにより、表面から内部に窒素を拡散せしめる保持工程とを含むことを特徴とする転造ダイスの製造方法をも、その要旨とするものである。 In the present invention, in order to advantageously obtain the rolling die as described above, a plasma containing nitrogen atoms is applied to the rolling die material formed with the rolling processed surface for the member to be rolled. A method of manufacturing a rolling die in which an atom nitriding treatment is performed and an atom nitriding layer having no nitrogen compound layer formed on the outermost surface is formed, and the atom nitriding treatment is performed to nitride the rolling processed surface. A method of manufacturing a rolling die, comprising: a treatment step for performing the following steps; and a holding step for diffusing nitrogen from the surface to the inside by interrupting the atom nitriding treatment and holding the atom nitriding treatment at the atom nitriding temperature. Is the gist of that.
なお、このような本発明に従う転造ダイスの製造方法の望ましい態様の一つよれば、前記処理工程におけるアトム窒化処理温度及び前記保持工程における保持温度は、それぞれ、４００〜５５０℃であり、また前記処理工程におけるアトム窒化処理時間及び前記保持工程における保持時間は、それぞれ、１０分乃至１０時間である。 In addition, according to one of desirable aspects of the method for manufacturing a rolling die according to the present invention, the atom nitriding temperature in the processing step and the holding temperature in the holding step are 400 to 550 ° C., respectively. The atom nitriding time in the processing step and the holding time in the holding step are 10 minutes to 10 hours, respectively.
また、本発明にあっては、有利には、前記処理工程と前記保持工程とからなるプロセスを一つのサイクルとして、それを複数回繰り返すことにより、上記した優れた特徴を有する転造ダイスを有利に得ることが出来るのであり、その際、かかる複数回のサイクルの実施において、先のサイクルの処理工程におけるアトム窒化処理時間よりも後のサイクルの処理工程におけるアトム窒化処理時間を短くしたり、先のサイクルの保持工程における保持時間よりも後のサイクルの保持工程における保持時間を長くしたりすることが、有利に採用されることとなる。 Further, in the present invention, advantageously, a rolling die having the above-described excellent characteristics is advantageously obtained by repeating the process consisting of the treatment step and the holding step as one cycle and repeating it a plurality of times. In this case, in the execution of such a plurality of cycles, the atom nitriding time in the processing step of the later cycle is shorter than the atom nitriding time in the processing step of the previous cycle, For example, it is advantageous to make the holding time in the holding process of the later cycle longer than the holding time in the holding process of this cycle.
このように、本発明に従う転造ダイスにあっては、その転造加工面に、硬くて脆い窒素化合物層が最表面に存在することのないアトム窒化層が形成されているところから、そのような窒素化合物層に起因するチッピングや欠損等の問題の発生が効果的に回避されつつ、転造加工面に形成された谷部間に位置する山部の少なくとも山頂部位に形成されるアトム窒化層においては、その最表面の窒素濃度が２質量％を超えないように構成されると共に、実用窒化層が最表面から少なくとも４０μｍを超える深さに至るまで形成されて、表面ビッカース硬度が１１００〜１３００ＨＶの範囲内とされ、更に最表面から４０μｍの深さにおけるビッカース硬度が１０００ＨＶ以上となるように構成されていることによって、少なくとも、かかる山頂部位、ひいては転造加工面における耐摩耗性が、工具としての長期使用において、有利に確保され得ることとなったのであり、以て、転造ダイスの耐久性が効果的に向上され得て、工具寿命を大幅に向上せしめ得たのである。 Thus, in the rolling die according to the present invention, an atom nitride layer in which a hard and brittle nitrogen compound layer does not exist on the outermost surface is formed on the surface of the rolling process. Atom nitride layer formed at least at the peak of the peak located between the valleys formed on the rolled surface while effectively preventing the occurrence of problems such as chipping and chipping due to the nitrogen compound layer In which the nitrogen concentration on the outermost surface does not exceed 2 mass%, the practical nitride layer is formed to a depth exceeding at least 40 μm from the outermost surface, and the surface Vickers hardness is 1100 to 1300 HV And at least such a peak portion by being configured such that the Vickers hardness at a depth of 40 μm from the outermost surface is 1000 HV or more. Thus, the wear resistance on the rolling surface can be advantageously ensured in the long-term use as a tool, so that the durability of the rolling die can be effectively improved, and the tool The service life has been greatly improved.
また、本発明に従う転造ダイスの製造方法によれば、転造ダイス素材に形成された、被転造部材に対する転造加工面に対して、窒素原子を含むプラズマを用いたアトム窒化処理を施す処理工程の後に、そのようなアトム窒化処理の施された転造ダイス素材に対して、アトム窒化処理を行うことなく、アトム窒化処理温度において保持して、窒素の拡散を図る保持工程が採用されているところから、そのような保持工程において、転造ダイス素材の転造加工面の表層部に形成されるアトム窒化層の最表面の領域に存在する窒素を、深さ方向の内部にまで効果的に拡散せしめて、かかる最表面の窒素濃度を下げ、最適な表面硬さを実現すると共に、アトム窒化層の内部の硬度を有利に高め得て、目的とする特性を有するアトム窒化層が形成された転造ダイスが、有利に得られることとなるのである。 Further, according to the method for manufacturing a rolling die according to the present invention, an atom nitriding treatment using plasma containing nitrogen atoms is performed on the rolling processed surface of the rolled member formed on the rolling die material. After the processing step, a holding step for diffusion of nitrogen is performed on the rolling die material subjected to such atom nitriding treatment without holding the atom nitriding treatment at the atom nitriding treatment temperature. Therefore, in such a holding step, the nitrogen existing in the outermost surface region of the atom nitride layer formed on the surface layer portion of the rolling processed surface of the rolling die material is effective to the inside in the depth direction. The atomized nitrogen layer reduces the concentration of nitrogen on the outermost surface to achieve the optimum surface hardness, and can advantageously increase the internal hardness of the atom nitrided layer to form an atom nitrided layer with the desired characteristics. Was Concrete die is than so that the advantageously obtained.
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。 Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、転造ダイスを用いて被転造部材を転造加工する一例として、図１には、鋼製のネジ転造平ダイスを用いたネジの転造加工工程の一例が示されている。そこにおいて、ネジ転造平ダイス（金型）は、それぞれ、鋼製の矩形ブロック状乃至は厚肉平板状の固定側転造ダイス２ａと移動側転造ダイス２ｂとから構成され、それらが、互いに平行に所定間隙を隔てて配置された状態において、ネジ山のないブランクネジ４が、被転造部材として、それら転造ダイス２ａ，２ｂ間の間隙内に一端側から挿入されて挟み込まれるようになっているのである。一方、それら転造ダイス２ａ，２ｂの対向面は、それぞれ、転造加工面６とされて、そこに、目的とするネジの転造成形のために山を切る（転造する）ための溝（谷部とその間に山部）が、設けられている。そして、それら転造ダイス２ａ，２ｂ間にブランクネジ４を挟んだ状態において、移動側転造ダイス２ｂを、固定側転造ダイス２ａに対して移動せしめることにより、ブランクネジ４を軸回りに回転させて、その脚部に所定のネジ山を転造成形した後、目的とするネジ８が、転造ダイス２ａ，２ｂの他端側から排出されることとなる。 First, as an example of rolling a member to be rolled using a rolling die, FIG. 1 shows an example of a screw rolling process using a steel screw rolling flat die. The screw rolling flat dies (die) are each composed of a steel rectangular block shape or a thick flat plate-shaped fixed side rolling die 2a and a moving side rolling die 2b. In a state where they are arranged in parallel to each other with a predetermined gap therebetween, a blank screw 4 without a thread is inserted as a member to be rolled into a gap between the rolling dies 2a and 2b from one end side so as to be sandwiched. It has become. On the other hand, the facing surfaces of the rolling dies 2a and 2b are respectively formed into a rolling processed surface 6, and grooves for cutting (rolling) a thread for rolling forming a target screw there. (A valley and a mountain) are provided. Then, with the blank screw 4 sandwiched between the rolling dies 2a and 2b, the blank screw 4 is rotated about its axis by moving the moving-side rolling die 2b relative to the fixed-side rolling die 2a. Then, after a predetermined thread is rolled and formed on the leg portion, the target screw 8 is discharged from the other end side of the rolling dies 2a and 2b.
そして、そのような固定側転造ダイス２ａや移動側転造ダイス２ｂとして用いられる転造ダイス２の転造加工面６には、ネジ山の成形のために、図２に示されるように、山部１０や谷部１２が交互に設けられてなる凹凸構造（パターン）が形成されて、そのような凹凸面が、被転造部材であるブランクネジ４の脚部に押し付けられることにより、その表面に喰い込んで、転造加工が行われることとなるのであるが、その際、かかる転造加工面６の山部１０、特に、その山頂部位から被転造部材の表面に当接せしめられて、大きな押圧力（塑性変形荷重）が作用することとなるところから、少なくとも、そのような山部１０の山頂部分を含む転造加工面６には、高い耐摩耗性と共に、チッピングや欠損等の問題が短期間で発生することがないような特性が、求められているのである。 And on the rolling process surface 6 of the rolling die 2 used as such a fixed side rolling die 2a and the moving side rolling die 2b, as shown in FIG. By forming a concavo-convex structure (pattern) in which crests 10 and troughs 12 are alternately provided, such a concavo-convex surface is pressed against the leg of the blank screw 4 that is a rolled member. The rolling process is performed by biting into the surface. At that time, the crest portion 10 of the rolling processed surface 6, particularly, the crest portion is brought into contact with the surface of the rolled member. Thus, since a large pressing force (plastic deformation load) is applied, at least the rolling surface 6 including the peak portion of the peak portion 10 has high wear resistance, chipping, chipping, etc. Will not occur in a short time Such characteristic is what is needed.
そこで、本発明にあっては、かかる転造ダイス２の転造加工面６に対して、窒素原子を含むプラズマを用いたアトム窒化処理を施すことによって、最表面に窒素化合物層が存在しないアトム窒化層を形成すると共に、図３に示される如く、かかる転造加工面６における谷部１２，１２間に位置する山部１０の、少なくとも山頂部位に形成されたアトム窒化層１４が、その最表面の窒素濃度が２質量％を超えないように構成し、また、かかる最表面から少なくとも４０μｍを超える深さにおいて実用窒化層を形成せしめたのであり、更に、表面ビッカース硬度が１１００〜１３００ＨＶの範囲内にあり、且つアトム窒化層１４の最表面から深さが深くなるに従ってビッカース硬度が漸次低下して、かかる最表面から４０μｍの深さにおけるビッカース硬度が、１０００ＨＶ以上であるように構成したのである。 Therefore, in the present invention, the atomized surface 6 of the rolling die 2 is subjected to atom nitriding treatment using plasma containing nitrogen atoms, whereby an atom having no nitrogen compound layer on the outermost surface is provided. A nitride layer is formed, and as shown in FIG. 3, an atom nitride layer 14 formed at least at the peak portion of the peak portion 10 located between the troughs 12 and 12 on the rolling processed surface 6 is the outermost layer. The nitrogen concentration on the surface is configured so as not to exceed 2% by mass, and a practical nitride layer is formed at a depth exceeding 40 μm from the outermost surface. Further, the surface Vickers hardness is in the range of 1100 to 1300 HV. Vickers hardness gradually decreases as the depth from the outermost surface of the atom nitride layer 14 increases, and the Vickers at a depth of 40 μm from the outermost surface The structure has a high hardness of 1000 HV or higher.
すなわち、本発明に従う転造ダイス２にあっては、その転造加工面６が、アトム窒化処理手法を採用して窒化処理されているところから、転造加工面６の全面に亘って窒素が材質内に入り込み、窒化層としてのアトム窒化層１４が形成されることとなるのであるが、そのようなアトム窒化層１４の最表面には、従来のイオン窒化処理にて形成されるイオン窒化層の如く、Ｆｅ4 ＮやＦｅ3 Ｎの窒素化合物の層が存在することが実質的にないところから、そのような脆い化合物層の存在によって、チッピングや欠損等の問題が、転造ダイスとして使用中に早期に惹起されることが、効果的に抑制乃至は阻止され得ることとなるのである。また、そのような本発明に従うアトム窒化層１４の特徴は、イオン窒化層との対比において、Ｘ線回折分析結果を示す図６から明らかなところであり、そこでは、アトム窒化層が、α−Ｆｅのピークしか示していないのに対して、イオン窒化層の場合にあっては、α−Ｆｅのピークの他、Ｆｅ4 ＮやＦｅ3 Ｎのピークが複数表れており、窒素化合物層が形成されていることが、認められるのである。 That is, in the rolling die 2 according to the present invention, the rolling process surface 6 is nitrided by using an atom nitriding method, so that nitrogen is spread over the entire rolling process surface 6. An atom nitride layer 14 as a nitride layer is formed by entering the material, and an ion nitride layer formed by a conventional ion nitridation process is formed on the outermost surface of such an atom nitride layer 14. As described above, since there is substantially no layer of nitrogen compound of Fe 4 N or Fe 3 N, problems such as chipping and chipping are used as a rolling die due to the presence of such a brittle compound layer. It can be effectively suppressed or prevented from being induced in the early stage. Further, the feature of the atom nitride layer 14 according to the present invention is apparent from FIG. 6 showing the result of X-ray diffraction analysis in comparison with the ion nitride layer, where the atom nitride layer is α-Fe. In the case of an ion nitride layer, a plurality of Fe 4 N and Fe 3 N peaks appear in addition to the α-Fe peak, and a nitrogen compound layer is formed. It is recognized that
ところで、本発明において、転造ダイス２の転造加工面６に、上述のようなアトム窒化層１４を形成するアトム窒化処理は、窒素原子を金属内部へ拡散、浸透せしめる一つの手法として知られており、例えば、ＷＯ２０１２／１５３７６７号公報や特開２０１３−８２９７６号公報、特開２０１６−１９６６９６号公報等に明らかにされている如く、窒素を含むガスに電子ビーム又はマイクロ波を照射して得られる、窒素原子を含むプラズマを用いて、転造加工面を処理する等の手法に従って、目的とするアトム窒化層１４は容易に形成され得るところであり、また、それら公報に開示の手法の他、公知の他のアトム窒化処理手法も、適宜に採用されるところである。 By the way, in the present invention, the atom nitriding treatment for forming the atom nitriding layer 14 on the rolling processed surface 6 of the rolling die 2 is known as one method for diffusing and penetrating nitrogen atoms into the metal. For example, as disclosed in WO2012 / 153767, JP2013-82976A, JP2016-196696A, etc., it is obtained by irradiating a nitrogen-containing gas with an electron beam or microwave. The target atom nitride layer 14 can be easily formed according to a technique such as processing a rolled surface using a plasma containing nitrogen atoms, and in addition to the technique disclosed in those publications, Other well-known atom nitriding treatment techniques are also appropriately employed.
さらに、かかる転造ダイス２の転造加工面６に形成されるアトム窒化層１４、特に図３に示される如く、転造加工面６に形成された谷部１２，１２間に位置する山部１０の少なくとも山頂部位に形成されるアトム窒化層１４は、その最表面の窒素濃度が２質量％を超えないように、好ましくは１．９質量％以下となるように構成されて、表面硬度が高くなり過ぎないように調整されている。また、かかる最表面から少なくとも４０μｍを超える深さにおいて、好ましくは７０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上の深さにおいて、実用窒化層、換言すれば窒素の拡散、浸透によって、母材の硬さに５０ＨＶを加えた値以上の硬さが実現された領域が形成され、更に表面ビッカース硬度が１１００〜１３００ＨＶ、好ましくは１１５０〜１２５０ＨＶの範囲内となるように調整され、且つ最表面からの深さが深くなるに従ってビッカース硬度が緩やかに漸次低下して、４０μｍの深さにおけるビッカース硬度が１０００ＨＶ以上となるように構成されているのである。、このような特性を具備することによって、転造ダイス２の転造加工面６に、有効な硬さを有するアトム窒化層１４が深く（厚く）形成されて、その優れた耐摩耗性を長期間に亘って発揮せしめつつ、チッピングや欠損等の問題の発生を効果的に抑制乃至は阻止して、工具寿命の向上が有利に図られ得ることとなったのである。 Further, the atom nitride layer 14 formed on the rolling processed surface 6 of the rolling die 2, in particular, the peak portion located between the troughs 12 and 12 formed on the rolled processed surface 6 as shown in FIG. 3. The atom nitride layer 14 formed at least at the peak portion of 10 is configured such that the nitrogen concentration of the outermost surface does not exceed 2 mass%, preferably 1.9 mass% or less, and has a surface hardness. It is adjusted not to be too high. Further, at a depth of at least 40 μm from the outermost surface, preferably at a depth of 70 μm or more, more preferably at a depth of 100 μm or more, the hardness of the base material is reduced to 50 HV by diffusion and permeation of a practical nitride layer, in other words, nitrogen. Is formed so that the surface Vickers hardness is 1100 to 1300 HV, preferably 1150 to 1250 HV, and the depth from the outermost surface is deep. Accordingly, the Vickers hardness gradually decreases gradually, and the Vickers hardness at a depth of 40 μm becomes 1000 HV or more. By having such characteristics, the atom nitride layer 14 having effective hardness is formed deep (thick) on the rolling processed surface 6 of the rolling die 2, and the excellent wear resistance is increased. The tool life can be advantageously improved by effectively suppressing or preventing the occurrence of problems such as chipping and chipping while allowing it to be exhibited over a period of time.
なお、転造加工面６における谷部１２，１２間に位置する山部１０の山頂部位における表面ビッカース硬度は、直接には測定することが困難であるところから、一般に、平坦面に対する同一条件下でのアトム窒化処理にて形成されるアトム窒化層について、その最表面のビッカース硬度を測定し、その値から、山頂部位における表面ビッカース硬度が推定されることとなる。 In addition, since the surface Vickers hardness in the peak part of the peak part 10 located between the trough parts 12 and 12 in the rolling processed surface 6 is difficult to measure directly, generally, it is the same conditions with respect to a flat surface. The Vickers hardness of the outermost surface of the atom nitriding layer formed by the atom nitriding treatment in FIG. 3 is measured, and the surface Vickers hardness at the summit portion is estimated from the value.
そして、上述せる本発明に従う転造ダイスの転造加工面に形成されるアトム窒化層１４の特徴は、図４（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示される、アトム窒化層１４の表面からの距離に対する窒素濃度及びビッカース硬度の測定結果の一例と、図５（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示される、イオン窒化層の表面からの距離に対する窒素濃度及びビッカース硬度の測定結果の一例とを対比することにより、より一層明らかなところである。 The characteristics of the atom nitride layer 14 formed on the rolling surface of the rolling die according to the present invention described above are the distances from the surface of the atom nitride layer 14 shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), respectively. An example of the measurement result of the nitrogen concentration and the Vickers hardness with respect to the surface is compared with an example of the measurement result of the nitrogen concentration and the Vickers hardness with respect to the distance from the surface of the ion nitride layer shown in FIGS. This is even more obvious.
また、転造ダイス２の転造加工面６に対するアトム窒化処理によって、上述の如き特性を有するアトム窒化層１４が、かかる転造加工面６における少なくとも山部１０の山頂部位に形成せしめられることにより、そこでは、かかるアトム窒化処理による窒素拡散領域が、最表面から６０μｍ以上の深さに至るまで、好ましくは１００μｍ以上の深さに至るまで形成されるように構成され、これによって、アトム窒化層１４の深さが深くなり、また深さに対する硬度変化が小さくなるようにして、耐摩耗性に優れた硬度の高い領域が厚く形成されることにより、耐久性、ひいては工具寿命の向上に有利に寄与せしめ得たのである。 Further, by atom nitriding treatment on the rolling processed surface 6 of the rolling die 2, the atom nitriding layer 14 having the characteristics as described above is formed on at least the peak portion of the peak portion 10 on the rolled processed surface 6. Therefore, the nitrogen diffusion region by such atom nitriding treatment is formed so as to reach a depth of 60 μm or more from the outermost surface, preferably to a depth of 100 μm or more, whereby an atom nitriding layer is formed. By increasing the depth of 14 and reducing the change in hardness with respect to the depth, a region with high wear resistance and high hardness is formed thick, which is advantageous for improving durability and, consequently, tool life. I was able to contribute.
さらに、本発明にあっては、上述の如く厚く形成されるアトム窒化層１４において、その最表面から６０μｍの深さ、好ましくは７０μｍの深さにおけるビッカース硬度が９００ＨＶ以上となるように構成することが望ましく、これによって、優れた耐摩耗性を長期間に亘って確保することが可能となって、耐久性の向上、そして工具寿命のより一層の向上を図ることが可能となるのである。 Furthermore, in the present invention, the atom nitride layer 14 formed thick as described above is configured such that the Vickers hardness at a depth of 60 μm from the outermost surface, preferably 70 μm, is 900 HV or more. This makes it possible to ensure excellent wear resistance over a long period of time, thereby improving durability and further improving the tool life.
ところで、かくの如き本発明に従う耐久性に優れた転造ダイスを製造するに際しては、被転造部材に対する転造加工面（山部１０及び谷部１２）が形成されてなる転造ダイス素材に対して、窒素原子を含むプラズマを用いたアトム窒化処理を施すことにより、転造加工面の窒化を行う処理工程と、そのようなアトム窒化処理を中断して、換言すれば転造ダイス素材の処理系に、窒素原子を含むプラズマが導入されるのを停止して、そのまま、アトム窒化処理温度において保持することにより、窒素の内部への拡散を図る保持工程とを採用して、目的とするアトム窒化層が、転造ダイス素材の転造加工面に形成されるようにした手法が、有利に採用されるのである。そこにおいて、アトム窒化処理温度における保持工程は、その前工程である処理工程におけるアトム窒化処理によって導入された窒素を、最表面から深さ方向に拡散せしめて、最表面の窒素濃度を低下せしめることにより、形成されたアトム窒化層の最表面の硬度が高くなり過ぎないようにして、チッピングや欠損等の問題の発生を抑制乃至は回避するものであり、また、それによって、アトム窒化層１４が深く形成されるように寄与するものである。 By the way, when manufacturing a rolling die excellent in durability according to the present invention as described above, a rolling die material formed by forming a rolling processed surface (peak portion 10 and valley portion 12) on a member to be rolled. On the other hand, by performing atom nitriding using plasma containing nitrogen atoms, the nitriding of the rolling process surface is interrupted, and in other words, such atom nitriding is interrupted. The purpose of the present invention is to adopt a holding step for stopping the introduction of the plasma containing nitrogen atoms into the processing system and holding it at the atom nitriding temperature as it is to diffuse nitrogen into the processing system. A technique in which the atom nitride layer is formed on the rolling surface of the rolling die material is advantageously employed. Therefore, the holding process at the atom nitriding temperature is to diffuse the nitrogen introduced by the atom nitriding process in the previous process in the depth direction from the outermost surface to lower the nitrogen concentration on the outermost surface. Accordingly, the hardness of the outermost surface of the formed atom nitride layer is prevented from becoming too high, and the occurrence of problems such as chipping and defects is suppressed or avoided. It contributes to be formed deeply.
なお、上述の如き処理工程と保持工程とが適用されて、目的とする本発明に従う転造ダイスを与える転造ダイス素材には、公知の鋼材質の素材が適宜に用いられ得るところであり、例えば、ＳＫＤ、ＳＫＨ等の合金工具鋼や高速度工具鋼等の工具鋼が、適宜に用いられることとなる。そして、そのような所定の鋼材質からなる転造ダイス素材には、目的とする転造ダイスの転造加工面に相当する面において、被転造部材を転造加工するための山部（１０）や谷部（１２）が形成されて、そこに、本発明に従うアトム窒化処理が施されることとなるのである。 In addition, a known steel material can be appropriately used as a rolling die material for applying a rolling die according to the present invention to which the processing step and the holding step as described above are applied, for example, Tool steels such as alloy tool steels such as SKD and SKH and high-speed tool steels will be used as appropriate. Further, the rolling die material made of such a predetermined steel material has a peak portion (10 for rolling the member to be rolled on the surface corresponding to the rolling surface of the target rolling die. ) And valleys (12) are formed, and the atom nitriding treatment according to the present invention is performed there.
また、かかるアトム窒化処理には、公知のアトム窒化処理条件がそのまま採用され得、例えば、アトム窒化処理温としては、一般に、４００〜５５０℃、好ましくは４５０〜５２０℃の範囲内の温度が採用されることとなる。従って、アトム窒化処理工程に続く保持工程においても、一般に、４００〜５５０℃、好ましくは４５０〜５２０℃の範囲内の温度が採用されることとなる。なお、保持工程における保持温度は、一般に、処理工程におけるアトム窒化処理温度と同様な温度とされることが望ましいが、アトム窒化処理温度（４００〜５５０℃）の範囲内において変化させることも可能である。また、アトム窒化処理時間としては、一般に、１０分〜１０時間、好ましくは１時間〜８時間の範囲内において、採用されることが望ましく、保持工程における保持時間としても、同様に、１０分〜１０時間、好ましくは１時間〜８時間の範囲内において採用されることとなる。 In addition, for the atom nitriding treatment, known atom nitriding treatment conditions can be employed as they are. For example, as the atom nitriding treatment temperature, generally, a temperature in the range of 400 to 550 ° C., preferably 450 to 520 ° C. is employed. Will be. Accordingly, in the holding step subsequent to the atom nitriding treatment step, a temperature in the range of 400 to 550 ° C., preferably 450 to 520 ° C. is generally adopted. In general, the holding temperature in the holding step is desirably the same temperature as the atom nitriding temperature in the processing step, but can be changed within the range of the atom nitriding temperature (400 to 550 ° C.). is there. The atom nitriding treatment time is generally preferably 10 minutes to 10 hours, preferably 1 hour to 8 hours, and the holding time in the holding step is similarly 10 minutes to 10 hours. It will be employed within a range of 10 hours, preferably 1 hour to 8 hours.
そして、本発明にあっては、上記したアトム窒化処理に係る処理工程と、アトム窒化処理温度における保持工程とからなるプロセスを一つのサイクルとして、それを複数回繰り返して、転造加工面に、目的とするアトム窒化層を形成する手法が好適に採用され、これによって、転造加工面内部への窒素の拡散の向上を図ると共に、内部に拡大された窒素拡散層の靱性が効果的に回復せしめられ得て、耐摩耗性や耐チッピング性、耐欠損性に優れた転造加工面が、有利に形成せしめられるのである。 And in the present invention, the process comprising the above-described atom nitriding treatment and the process comprising the holding step at the atom nitriding treatment temperature as one cycle, it is repeated a plurality of times, on the rolled surface, The method of forming the desired atom nitride layer is suitably adopted, thereby improving the diffusion of nitrogen inside the rolled surface and effectively restoring the toughness of the nitrogen diffusion layer expanded inside Thus, a rolled surface that is excellent in wear resistance, chipping resistance, and fracture resistance can be formed advantageously.
また、そのような処理工程と保持工程とからなるプロセスを一つのサイクルとして、それを、複数回繰り返す場合において、先に実施されるサイクルの処理工程における処理時間よりも、その後に実施されるサイクルの処理工程における処理時間を短くしたり、或いはそれに変えて、又はそれと共に、先に実施されるサイクルの保持工程における保持時間よりも、その後に実施されるサイクルの保持工程における保持時間を長くすることが有利に採用され、これによって、最表面の窒素濃度を下げつつ内部への窒素の拡散をより一層有利に実現せしめて、本発明に従う特性を有するアトム窒化層が、有利に形成されることとなる。 In addition, in the case of repeating a process consisting of such a processing step and a holding step as one cycle and repeating it a plurality of times, the cycle executed after the processing time in the processing step of the cycle executed first. The processing time in the processing step is shortened, or instead of, or together with this, the holding time in the holding step of the subsequent cycle is made longer than the holding time in the holding step of the cycle executed earlier. Is advantageously employed, whereby the diffusion of nitrogen into the interior is further advantageously realized while reducing the nitrogen concentration on the outermost surface, and an atom nitride layer having the characteristics according to the present invention is advantageously formed. It becomes.
以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。 The exemplary embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the embodiments are merely examples, and the present invention is limited in any way by specific descriptions according to such embodiments. It should be understood that it is not interpreted.
例えば、本発明において規定される特性を有するアトム窒化層は、転造ダイスにおける転造加工面（転造成形面）に設けられた山部や谷部のうち、少なくとも山部の山頂部位において形成されるものであるが、そのような山頂部位は、勿論、山部の他の部位、例えば基部等や谷部部位に形成されるアトム窒化層にも、本発明に従う特性を付与しても、何等差し支えない。 For example, the atom nitride layer having the characteristics defined in the present invention is formed at least at the peak portion of the peak portion among the peak portions and valley portions provided on the rolling processed surface (rolling molding surface) of the rolling die. However, such a peak part, of course, even if the atom nitride layer formed in other parts of the peak part, such as the base part or the valley part, is given the characteristics according to the present invention, There is no problem.
また、上述した実施形態においては、ネジ転造ダイスの一つとして、ネジ転造平ダイスを挙げて説明しているが、本発明が、ネジ転造丸ダイスにもそのまま適用され得るものであることは、言うまでもないところであり、更にプラネタリ式ダイス等種々の転造ダイスにも有利に適用され得るものであり、加えて、スプライン、セレーション、ウォーム等のような回転対称体である機械要素部品の転造加工に用いられるダイスにも、好適に適用され得るところである。 In the above-described embodiment, a screw rolling flat die is described as one of the screw rolling dies, but the present invention can be applied to a screw rolling round die as it is. Needless to say, the present invention can be advantageously applied to various rolling dies such as planetary dies, and in addition to the rotationally symmetric machine element parts such as splines, serrations, worms, etc. The present invention can also be suitably applied to dies used for rolling.
以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。 Hereinafter, representative examples of the present invention will be shown to clarify the present invention more specifically, but the present invention is not limited by the description of such examples. It goes without saying. In addition to the following examples, the present invention includes various changes and modifications based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention, in addition to the specific description described above. It should be understood that improvements can be made.
先ず、転造ダイス素材として、冷間工具鋼からなる１０５ｍｍ×２５ｍｍ×２５ｍｍのサイズの平ダイス素材であって、その転造加工面となる面に対してネジ形成用の谷部と山部が設けられてなるものを、準備した。そして、特開２０１６−１９６６９６号公報に記載の如き窒化処理装置を用い、その処理室内に、かかる平ダイス素材を配置してなる状態において、窒素：水素：アルゴン＝１：０．０５：０．８なる比率の雰囲気ガスを用いて、大電流電子ビームの照射により、窒素分子を解離して、生成せしめられた高濃度の窒素原子雰囲気、換言すれば窒素原子を含むプラズマによる窒化処理を、かかる平ダイス素材の転造加工面に対して、４８０℃の温度で６時間実施した後、そのままの温度（４８０℃）において、かかる窒素を含むプラズマの生成を停止した状態下において、２時間の保持を行い、保温処理を実施した（１回目の処理工程と保持工程の実施）。更に、そのような１回目の窒化処理工程に続いて、２回目のアトム窒化処理と保温処理を実施した（２回目の処理工程と保持工程の実施）。なお、２回目のアトム窒化処理と保温処理の温度には、それぞれ、１回目と同じ温度を採用したが、２回目のアトム窒化処理時間は４時間とし、また２回目の保温時間は４時間とした。 First, as a rolling die material, it is a flat die material of a size of 105 mm × 25 mm × 25 mm made of cold tool steel, and there are troughs and crests for screw formation with respect to the surface to be the rolling processed surface. What was prepared was prepared. Then, using a nitriding apparatus as described in JP-A-2006-196696, in a state where such a flat die material is arranged in the processing chamber, nitrogen: hydrogen: argon = 1: 0.05: 0. Nitrogen molecules are dissociated by irradiation with a high-current electron beam using an atmospheric gas with a ratio of 8 to generate a high-concentration nitrogen atom atmosphere, in other words, nitriding with a plasma containing nitrogen atoms. After performing the rolling process of the flat die material at a temperature of 480 ° C. for 6 hours, at the same temperature (480 ° C.), the generation of the plasma containing nitrogen is maintained for 2 hours. And the heat retention treatment was performed (the first treatment step and the holding step). Furthermore, following such a first nitriding treatment step, a second atom nitriding treatment and a heat retaining treatment were performed (second treatment step and holding step). The temperature of the second atom nitriding treatment and the heat retaining treatment were the same as those of the first, but the second atom nitriding treatment time was 4 hours, and the second heat nitriding time was 4 hours. did.
次いで、かくの如くして、平ダイス素材の転造加工面に所定のアトム窒化層を形成して得られた平ダイス（発明品）について、その転造加工面における山部の山頂部分に形成されたアトム窒化層の断面における、深さ方向の窒素濃度の変化及びビッカース硬度の変化を、それぞれ、調べた。なお、アトム窒化層における窒素濃度の測定には、ＥＰＭＡ（日本電子株式会社製：フィールドエミッション電子プローブマイクロアナライザ ＪＸＡ−８５３０Ｆ）によるＷＤＸ線分析法を採用し、またビッカース硬度の測定には、マイクロビッカース硬さ計（株式会社アカシ製：微小硬さ試験機 ＨＭ−１２４）を用いて、それぞれの測定を実施した。そして、その得られたビッカース硬度の変化及び窒素濃度の変化を、それぞれ、図７及び図８に示した。また、上記の測定により、アトム窒化層最表面の窒素濃度が１．８質量％であり、実用窒化層の深さは１０５μｍであり、表面ビッカース硬度が１２２４ＨＶであり、４０μｍの深さにおけるビッカース硬度は１０４０ＨＶであることが解った。 Next, as described above, a flat die (invention product) obtained by forming a predetermined atom nitride layer on a rolled die surface of a flat die material is formed on the peak portion of the peak portion on the rolled surface. The change in the nitrogen concentration in the depth direction and the change in the Vickers hardness in the cross section of the atomized nitride layer were examined. For the measurement of the nitrogen concentration in the atom nitride layer, a WDX ray analysis method using EPMA (manufactured by JEOL Ltd .: Field Emission Electron Probe Microanalyzer JXA-8530F) is adopted, and for the measurement of Vickers hardness, Micro Vickers is used. Each measurement was performed using a hardness meter (manufactured by Akashi Co., Ltd .: micro hardness tester HM-124). And the change of the obtained Vickers hardness and the change of nitrogen concentration were shown in FIG.7 and FIG.8, respectively. Further, according to the above measurement, the nitrogen concentration on the outermost surface of the atom nitride layer is 1.8% by mass, the depth of the practical nitride layer is 105 μm, the surface Vickers hardness is 1224 HV, and the Vickers hardness at a depth of 40 μm. Was found to be 1040 HV.
一方、比較のために、同様な平ダイス素材を用いて、従来と同様なイオン窒化処理を施して得られた平ダイス（比較品）についても、その転造加工面に形成されたイオン窒化層における窒素濃度の変化及びビッカース硬度の変化を、上記と同様にして調べ、その結果を、図７及び図９に、それぞれ、示した。その結果、イオン窒化層の最表面の窒素濃度：２．６質量％、実用窒化層深さ：５５μｍ、表面ビッカース硬度：１２７３ＨＶ、４０μｍの深さにおけるビッカース硬度：９２０ＨＶであることが解った。 On the other hand, for comparison, a flat die (comparative product) obtained by subjecting the same flat die material to the same ion nitriding treatment as in the past also has an ion nitride layer formed on the rolled surface. Changes in nitrogen concentration and Vickers hardness were examined in the same manner as described above, and the results are shown in FIGS. 7 and 9, respectively. As a result, it was found that the nitrogen concentration of the outermost surface of the ion nitride layer was 2.6 mass%, the practical nitride layer depth was 55 μm, the surface Vickers hardness was 1273 HV, and the Vickers hardness at a depth of 40 μm was 920 HV.
また、図７に示されるアトム窒化層とイオン窒化層のビッカース硬度変化の対比から明らかなように、本発明に従って形成されたアトム窒化層においては、より深い深さ領域まで、高いビッカース硬度が、小さな硬度変化の割合において形成されており、また図８と図９の対比から明らかな如く、本発明に従って形成されたアトム窒化層においては、最表面の窒素濃度は２質量％以下の低い濃度ではあるものの、その窒素濃度の変化は小さく、且つ４０μｍを超える深い深さ領域まで高い窒素濃度が維持されていることが認められ、これによって、本発明に従って形成されたアトム窒化層が優れた耐摩耗性を維持し、ひいては耐久性を著しく向上せしめ得るものであることが理解される。 Further, as apparent from the comparison of the change in the Vickers hardness of the atom nitride layer and the ion nitride layer shown in FIG. 7, in the atom nitride layer formed according to the present invention, a high Vickers hardness is obtained up to a deeper depth region. In the atom nitride layer formed according to the present invention, as shown in the comparison between FIGS. 8 and 9, the nitrogen concentration on the outermost surface is low at a concentration of 2% by mass or less. Although there is little change in the nitrogen concentration, it has been observed that a high nitrogen concentration is maintained up to a deep region exceeding 40 μm, which makes the atom nitride layer formed according to the present invention superior in wear resistance. It is understood that the durability can be maintained and the durability can be remarkably improved.
さらに、そのような平ダイスの転造加工面における山部の山頂部分の金属組織のナイタール腐食写真を、本発明に従って、アトム窒化層が設けられたもの（発明品）と、従来のイオン窒化層を設けてなるもの（比較品）について撮影した結果を、図１０（ａ）及び（ｂ）に示しているが、本発明に従う平ダイスにおける山頂部分には、何等の窒素化合物層も認められないのに対して、従来の平ダイスに設けられたイオン窒化層においては、白矢印で示される山頂部分に、３μｍ程度までの厚さの白い層が、窒素化合物の層として形成されていることを、認めることが出来る。 Furthermore, according to the present invention, according to the present invention, an atom nitride layer provided with an atom nitride layer (invention product) and a conventional ion nitride layer are shown. 10 (a) and 10 (b) show the results obtained by photographing the sample having the structure (comparative product), but no nitrogen compound layer is observed at the top of the flat die according to the present invention. In contrast, in the ion nitride layer provided in the conventional flat die, a white layer having a thickness of up to about 3 μm is formed as a nitrogen compound layer at the peak portion indicated by the white arrow. , Can be acknowledged.
なお、かかる本発明に従う平ダイスのアトム窒化層と従来の平ダイスにおけるイオン窒化層についてＸ線回折装置（株式会社リガク製：自動Ｘ線回折装置 ＳｍａｒｔＬａｂ）を用いて、Ｘ線回折分析して、化合物層の有無を評価したところ、図６と同様な結果が得られ、本発明に従うアトム窒化層においては、Ｆｅ4 ＮやＦｅ3 Ｎ等の窒素化合物によるピークは、何等認められなかった。 The atom nitriding layer of the flat die according to the present invention and the ion nitriding layer of the conventional flat die are subjected to X-ray diffraction analysis using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation: automatic X-ray diffractometer SmartLab), When the presence or absence of the compound layer was evaluated, the same result as in FIG. 6 was obtained. In the atom nitride layer according to the present invention, no peaks due to nitrogen compounds such as Fe 4 N and Fe 3 N were observed.
次いで、上記の本発明に従うアトム窒化層が形成されてなる平ダイス（発明品）と従来の如きイオン窒化層が形成されてなる平ダイス（比較品）を用い、更に市販のイオン窒化された平ダイス（市販品）を用いて、それぞれ、実機により、被転造部材であるＳＣＭ製ブランクネジのネジ転造を実施し、工具寿命に到達するまでに転造加工することの出来るブランクネジの個数を調べ、その結果を、下記表１に示した。 Next, using a flat die (invention) in which an atom nitride layer according to the present invention is formed and a flat die (comparative product) in which a conventional ion nitride layer is formed, a commercially available ion nitrided flat is used. Using a die (commercially available), the number of blank screws that can be rolled before the end of the tool life is reached. The results are shown in Table 1 below.
かかる表１の結果から明らかなように、本発明に従ってアトム窒化層が形成されてなる発明品平ダイスにあっては、転造加工が可能な個数が８８０００個であるのに対して、イオン窒化層を設けてなる比較品平ダイスや市販品の平ダイスは、それぞれ、５５５００個及び３００００個となり、本発明に従うアトム窒化層が設けられてなる平ダイス（発明品）の工具寿命が、著しく向上せしめられ得ていることが、理解される。 As is apparent from the results of Table 1, in the invention flat die in which the atom nitride layer is formed according to the present invention, the number of rollable processing is 88,000, whereas the number of rollable processing is 88,000. The comparison flat dies with layers and the commercial flat dies are 55500 and 30000, respectively, and the tool life of the flat dies (invention products) with the atom nitriding layer according to the present invention is remarkably improved. It is understood that they are being crushed.
２ 転造ダイス ２ａ 固定側転造ダイス
２ｂ 移動側転造ダイス ４ ブランクネジ
６ 転造加工面 ８ ネジ
１０ 山部 １２ 谷部
１４ アトム窒化層
2 Rolling Dies 2a Fixed-side Rolling Dies 2b Moving-side Rolling Dies 4 Blank Screws 6 Rolled Surface 8 Screws 10 Mountains 12 Valleys 14 Atom Nitrided Layer
Claims (10)
かかる転造加工面に形成された谷部間に位置する山部の少なくとも山頂部位において、前記アトム窒化層の最表面の窒素濃度が、２質量％を超えないように構成されていると共に、かかる最表面から少なくとも４０μｍを超える深さにおいて実用窒化層が形成されてなり、且つ表面ビッカース硬度が１１００〜１３００ＨＶの範囲内にあり、更に最表面からの深さが深くなるに従ってビッカース硬度が漸次低下して、４０μｍの深さにおけるビッカース硬度が１０００ＨＶ以上であることを特徴とする耐久性に優れた転造ダイス。 An atom nitriding layer that does not have a nitrogen compound layer on the outermost surface is formed by atom nitriding treatment using nitrogen-containing plasma on the rolled surface that is rolled into the surface of the member to be rolled. Into a rolling die,
The nitrogen concentration of the outermost surface of the atom nitride layer does not exceed 2% by mass at least at the peak portion of the peak portion located between the valleys formed on the rolling processed surface, and such A practical nitride layer is formed at a depth exceeding 40 μm from the outermost surface, the surface Vickers hardness is in the range of 1100 to 1300 HV, and the Vickers hardness gradually decreases as the depth from the outermost surface becomes deeper. A rolling die excellent in durability, characterized in that the Vickers hardness at a depth of 40 μm is 1000 HV or more.
前記アトム窒化処理を施して、前記転造加工面の窒化を行う処理工程と、かかるアトム窒化処理を中断して、アトム窒化処理温度において保持することにより、表面から内部に窒素を拡散せしめる保持工程とを含むことを特徴とする転造ダイスの製造方法。 An atom nitriding process using a plasma containing nitrogen atoms is applied to a rolling die material formed with a rolling processed surface for a member to be rolled to form an atom nitride layer having no nitrogen compound layer on the outermost surface. In a method for producing a rolled die,
A treatment step of nitriding the rolled surface by performing the atom nitriding treatment, and a holding step of diffusing nitrogen from the surface to the inside by interrupting the atom nitriding treatment and holding at the atom nitriding treatment temperature The manufacturing method of the rolling die characterized by including these.
The rolling die production according to claim 8 or 9, wherein in the execution of the plurality of cycles, the holding time in the holding step of the subsequent cycle is made longer than the holding time in the holding step of the previous cycle. Method.
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