JP2019218608A - Die for press of titanium plate, and press molding method of titanium plate - Google Patents

Die for press of titanium plate, and press molding method of titanium plate Download PDF

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Abstract

To provide a die for press of titanium plate having no generation of press crack or galling trace, and less in abrasion.SOLUTION: There is adopted a die for press of titanium plate having a substrate and a surface treatment coated film, in which the surface treatment coated film has a first plating layer containing Ni formed on the substrate, and a second plating layer containing Ni formed on the first plating layer, the second plating layer contains a fluorine resin particle of 4 to 10 vol.% in a Ni-P plating layer containing P of 3.0 to 10.0 mass% and the balance Ni and impurities, and Vickers hardness is in a range of 500 to 650.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、チタン板のプレス用金型及びチタン板のプレス成形方法に関する。   The present invention relates to a titanium plate pressing die and a titanium plate press forming method.

チタンは、耐食性に優れ、特に海水に対してはほぼ腐食しない特性であることから、海水熱交換器に使用されており、中でも板材はプレート式熱交換器に多く使用されている。
この種のプレート式熱交換器は、波状に成形された複数のプレートが積層されて構成されている。伝熱効率を向上させるため、プレートの表面を凹凸形状にするためのプレス成形を行う。近年、より一層の伝熱効率向上のため、板厚の薄肉化、また表面凹凸形状の複雑化等のニーズにより、前記プレス成形時の局部的なくびれあるいは割れ防止の観点から、より成形性の優れたものが要求されるようになっている。また、チタンは、他の金属に対して凝着しやすい性質を有しており、プレス成形の際にチタン板に焼付痕が発生するおそれがあることから、金型との凝着を防止する必要もある。更には、金型の摩耗を抑制して金型寿命を向上させることも望まれている。
Titanium is used in seawater heat exchangers because it has excellent corrosion resistance and has almost no corrosion properties, particularly against seawater. In particular, plate materials are often used in plate heat exchangers.
This type of plate heat exchanger is configured by laminating a plurality of plates formed in a wave shape. In order to improve the heat transfer efficiency, press forming is performed to make the surface of the plate uneven. In recent years, in order to further improve the heat transfer efficiency, due to the need to reduce the thickness of the plate and to complicate the surface unevenness, the formability is improved from the viewpoint of preventing local necking or cracking during the press forming. Is required. Further, titanium has a property of easily adhering to other metals, and since sticking marks may be generated on the titanium plate at the time of press forming, adhesion to the mold is prevented. You also need. Further, it is also desired to suppress the wear of the mold and improve the life of the mold.

チタン板のプレス割れや凝着を防ぎ、更には金型の摩耗を防ぐためには、チタン板と金型との摩擦係数を低減する必要がある。摩擦係数の低減手段として、例えば、チタン板の表面の潤滑性を高めることが考えられる。この点について例えば特許文献1(特開昭63−174749号公報)に記載された方法が知られている。この方法では、潤滑剤キャリアの鉄、亜鉛合金層を形成させ、その後燐酸亜鉛処理して潤滑剤塗布といった多数の工程が必要であり、生産性が低い。
また、ミルボンドで代表される有機系の潤滑皮膜をチタン板の表面に形成させたのち、更に潤滑油を塗布した状態でプレス成形を行う方法もある。しかし、この方法では、ミルボンド溶液を塗布・乾燥させて潤滑皮膜を形成する必要があり、多数の工程が必要になり、生産性が低い。また、ミルボンド等の有機系の潤滑皮膜では、剥離したプレスかすが、プレス加工後の押し込み欠陥となり、加工後の成形品の外観品質を損なう場合がある。
In order to prevent press cracking and adhesion of the titanium plate and to prevent wear of the mold, it is necessary to reduce the friction coefficient between the titanium plate and the mold. As means for reducing the coefficient of friction, for example, it is conceivable to enhance the lubricity of the surface of the titanium plate. In this regard, for example, a method described in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-174949) is known. This method requires many steps such as forming an iron and zinc alloy layer of a lubricant carrier, then treating with zinc phosphate and applying a lubricant, resulting in low productivity.
Also, there is a method in which an organic lubricating film represented by a mill bond is formed on the surface of a titanium plate, and then press molding is performed in a state in which lubricating oil is further applied. However, in this method, it is necessary to apply and dry a mill bond solution to form a lubricating film, which requires a number of steps, resulting in low productivity. Further, in the case of an organic lubricating film such as a mill bond, peeled-off press debris causes indentation defects after press working, which may impair the appearance quality of a molded product after processing.

更に、プレート式熱交換器に適した形状にチタン板を成形する際、チタン板の変形状態として平面ひずみ状態を含む場合がある。平面ひずみ状態とは、X軸方向またはY軸方向のいずれか一方の方向のみ歪み、一方の方向に直交する他方の歪み量が0である変形状態をいう。一般に、平面歪み状態を含む成形は材料にとって厳しい状態での成形であり、プレス割れが発生しやすいものとなっている。このため、チタン板と金型との間の摩擦係数の低減がより望まれている。   Further, when a titanium plate is formed into a shape suitable for a plate-type heat exchanger, a deformed state of the titanium plate may include a plane strain state. The plane strain state refers to a deformed state in which only one of the X-axis direction and the Y-axis direction is strained, and the other strain orthogonal to one direction is zero. In general, molding including a plane distortion state is molding in a severe condition for a material, and press cracks are easily generated. For this reason, a reduction in the coefficient of friction between the titanium plate and the mold is more desired.

特開昭63−174749号公報JP-A-63-174747

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、プレス割れや焼付痕が発生することがなく、摩耗が少ないチタン板のプレス用金型を提供することを課題とする。また、プレス割れや焼付痕が発生することがなく、金型の摩耗に伴う成形品の形状不良が起こりにくく、加工後の外観品質に優れ、更には生産性にも優れたチタン板のプレス成形方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a pressing die for a titanium plate that is free from press cracks and seizure traces and has little wear. In addition, press cracking and seizure marks do not occur, the shape of the molded product is not likely to be defective due to the wear of the mold, the appearance quality after processing is excellent, and the productivity of the titanium plate is also excellent. It is an object to provide a method.

本発明者らは、耐摩耗性及び耐凝着性に優れ、表面の摩擦係数が低い表面を有するチタン板のプレス成形用の金型を検討した結果、通常、金型の材質として用いられる合金工具鋼鋼材を基材とし、当該基材上に、Niを主体とする第1めっき層を形成し、更に、Ni主体とし、フッ素樹脂粒子を含む第2めっき層を形成することで、耐摩耗性、耐凝着性および表面の低摩擦性を向上させてチタン板の成形性を高め、かつ、金型の寿命を向上させることが可能になることを知見した。
本発明の要旨は以下の通りである。
The present inventors have studied a mold for press forming a titanium plate having a surface with excellent wear resistance and adhesion resistance and a low surface friction coefficient, and as a result, an alloy which is usually used as a material of the mold Wear resistance is achieved by forming a first plating layer mainly composed of Ni on the base material of tool steel and further forming a second plating layer mainly composed of Ni and containing fluororesin particles on the substrate. It has been found that it is possible to improve the formability of the titanium plate by improving the properties, adhesion resistance and low friction of the surface, and to improve the life of the mold.
The gist of the present invention is as follows.

[1] チタン板のプレス成形加工に用いるプレス用金型であって、
基材と、前記基材の表面に形成された表面処理皮膜とを備え、
前記基材は、質量%で、
C:1.00〜2.30%、
Si:0.10〜0.60%、
Mn:0.20〜0.80%、
P:0.030%以下、
S:0.030%以下、
Cr:4.80〜13.00%を含有し、
残部が鉄及び不純物からなる組成を有する鋼材からなり、
前記表面処理皮膜は、
前記基材上に形成された、Niを含有する第1めっき層と、
前記第1めっき層上に形成された、Niを含有する第2めっき層と、を備え、
前記第2めっき層は、Pを3.0〜10.0質量%を含有し残部がNi及び不純物からなるNi−Pめっき層に、4〜10体積%のフッ素樹脂粒子が含有されてなり、ビッカース硬さが500〜650の範囲であることを特徴とする
チタン板のプレス用金型。
[2] 前記第1めっき層のビッカース硬さが700〜1300の範囲である[1]に記載のチタン板のプレス用金型。
[3] 前記第1めっき層が、Pを3.0〜10.0質量%を含有し、残部がNi及び不純物からなるNi−Pめっき層である[1]または[2]に記載のチタン板のプレス用金型。
[4] 前記第1めっき層が、Bを0.3〜3.0質量%を含有し、残部がNi及び不純物からなるNi−Bめっき層である[1]または[2]に記載のチタン板のプレス用金型。
[5] 前記基材と前記第1めっき層との間に、厚み0.1〜1μmの電気Niめっき層が形成されている[1]乃至[4]の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。
[6] 前記第1めっき層の厚みが1〜2μmの範囲である[1]乃至[5]の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。
[7] 前記第2めっき層の厚みが1〜5μmの範囲である[1]乃至[6]の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。
[8] 前記基材のビッカース硬さが550〜650である[1]乃至[7]の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。
[9] 前記基材の表面に窒化層が形成されている、[1]乃至[8]の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。
[10] 前記窒化層の厚さが0.5μm〜5μmである、[9]に記載のチタン板のプレス用金型。
[11] 前記窒化層の平均窒素濃度が、0.10〜0.50質量%である、[9]または[10]に記載のチタン板のプレス用金型。
[12] 前記窒化層における窒素の濃度分布が、前記窒化層表層から深さ方向に向かって減少する濃度勾配を有する、[9]乃至[11]の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。
[13] 前記基材が、さらに、質量%で、
Mo:0.70〜1.20%、
V:0.15〜1.00%、
W:0.60〜0.80%、
を含有する、[1]乃至[12]の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。
[14] 前記基材がパンチ及びダイである、[1]乃至[13]の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。
[15] [1]〜[14]の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型を用いて、チタン板をプレス成形する、チタン板のプレス成形方法。
[16] 前記チタン板をプレス成形する際、チタン板の変形状態として平面ひずみ状態を含む、[15]に記載のチタン板のプレス成形方法。
[1] A press die used for press forming of a titanium plate,
A substrate, comprising a surface treatment film formed on the surface of the substrate,
The base material is, by mass%,
C: 1.00 to 2.30%,
Si: 0.10 to 0.60%,
Mn: 0.20 to 0.80%,
P: 0.030% or less,
S: 0.030% or less,
Cr: containing 4.80 to 13.00%,
The balance is made of steel having a composition consisting of iron and impurities,
The surface treatment film,
A first plating layer formed on the base material and containing Ni,
A second plating layer containing Ni formed on the first plating layer,
The second plating layer contains 3.0 to 10.0% by mass of P, and a balance of 4 to 10% by volume of fluororesin particles is contained in the Ni-P plating layer containing Ni and impurities. A titanium plate pressing die having a Vickers hardness in the range of 500 to 650.
[2] The die for pressing a titanium plate according to [1], wherein the Vickers hardness of the first plating layer is in the range of 700 to 1300.
[3] The titanium according to [1] or [2], wherein the first plating layer is a Ni-P plating layer containing 3.0 to 10.0% by mass of P and the balance being Ni and impurities. Press mold for plate.
[4] The titanium according to [1] or [2], wherein the first plating layer contains 0.3 to 3.0% by mass of B, and the balance is a Ni-B plating layer including Ni and impurities. Press mold for plate.
[5] The titanium plate according to any one of [1] to [4], wherein an electric Ni plating layer having a thickness of 0.1 to 1 μm is formed between the base material and the first plating layer. Press mold.
[6] The die for pressing a titanium plate according to any one of [1] to [5], wherein the thickness of the first plating layer is in a range of 1 to 2 μm.
[7] The die for pressing a titanium plate according to any one of [1] to [6], wherein the thickness of the second plating layer is in a range of 1 to 5 μm.
[8] The die for pressing a titanium plate according to any one of [1] to [7], wherein the Vickers hardness of the base material is 550 to 650.
[9] The die for pressing a titanium plate according to any one of [1] to [8], wherein a nitride layer is formed on a surface of the base material.
[10] The die for pressing a titanium plate according to [9], wherein the thickness of the nitride layer is 0.5 μm to 5 μm.
[11] The die for pressing a titanium plate according to [9] or [10], wherein the nitride layer has an average nitrogen concentration of 0.10 to 0.50% by mass.
[12] The titanium plate press according to any one of [9] to [11], wherein the nitrogen concentration distribution in the nitrided layer has a concentration gradient that decreases from the surface of the nitrided layer in the depth direction. Mold.
[13] The base material further comprises, by mass%,
Mo: 0.70 to 1.20%,
V: 0.15 to 1.00%,
W: 0.60 to 0.80%,
The die for pressing a titanium plate according to any one of [1] to [12], comprising:
[14] The die for pressing a titanium plate according to any one of [1] to [13], wherein the substrate is a punch and a die.
[15] A method for press-forming a titanium plate, wherein the titanium plate is press-formed using the die for pressing a titanium plate according to any one of [1] to [14].
[16] The method for press-forming a titanium plate according to [15], wherein when the titanium plate is press-formed, a deformation state of the titanium plate includes a plane strain state.

本発明によれば、プレス割れや焼付痕が発生することがなく、摩耗が少ないチタン板のプレス用金型を提供できる。また、本発明によれば、プレス割れや焼付痕が発生することがなく、金型の摩耗に伴う成形品の形状不良が起こりにくく、加工後の外観品質に優れ、更には生産性にも優れたチタン板のプレス成形方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a press die of the titanium plate which does not generate | occur | produce a press crack and a seizure mark and has little wear can be provided. Further, according to the present invention, press cracks and seizure marks do not occur, shape defects of molded products due to abrasion of molds are less likely to occur, excellent appearance quality after processing, and excellent productivity. And a method for press-forming a titanium plate.

図1は本発明の実施形態に係るプレート式熱交換器の要部を示す側面模式図。FIG. 1 is a schematic side view showing a main part of a plate heat exchanger according to an embodiment of the present invention. 図2は本発明の実施形態に係るプレート式熱交換器の要部を示す分解斜視図。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a main part of the plate heat exchanger according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施形態であるチタン板のプレス成形方法を説明する工程図。FIG. 3 is a process diagram illustrating a method for press-forming a titanium plate according to an embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施形態であるチタン板のプレス成形方法を説明する図であって、成形前のチタン板を示す模式図。FIG. 4 is a diagram illustrating a method for press-forming a titanium plate according to an embodiment of the present invention, and is a schematic diagram showing a titanium plate before forming. 図5は、本発明の実施形態であるチタン板のプレス成形方法を説明する図であって、成形後のチタン板を示す模式図。FIG. 5 is a diagram illustrating a method for press-forming a titanium plate according to an embodiment of the present invention, and is a schematic diagram showing the titanium plate after forming. 図6は、プレス成形時のパンチのストローク量とチタン板の板厚との関係を示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the punch stroke amount and the thickness of a titanium plate during press forming. 図7は、実施例1及び比較例1のプレス用金型を示す断面模式図。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a pressing die of Example 1 and Comparative Example 1.

以下、本発明の実施形態であるチタン板用のプレス金型及びチタン板のプレス成形方法について説明する。
なお、本実施形態は、本発明のチタン板用のプレス金型及びチタン板のプレス成形方法の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り本発明を限定するものではない。
Hereinafter, a press die for a titanium plate and a method for press-forming a titanium plate according to embodiments of the present invention will be described.
The present embodiment is described in detail for better understanding of the purpose of the press die for titanium plate and the press forming method of the titanium plate of the present invention. There is no limitation.

図1に、本実施形態に係るプレート式熱交換器の要部を示し、図2には、プレート式熱交換器の要部の分解斜視図を示す。
図1及び図2に示すように、プレート式熱交換器は、波状に成形されたプレートが板厚方向に重ね合わされて構成されている。波状のプレートが重ねられることによって、各プレートの間に流体が流通する流路が形成される。各流路に高温の流体及び低温の流体が流れることにより、プレートを介して各流体の間で熱交換が行われる。プレートは、チタン板で構成されている。
FIG. 1 shows a main part of the plate heat exchanger according to the present embodiment, and FIG. 2 shows an exploded perspective view of a main part of the plate heat exchanger.
As shown in FIGS. 1 and 2, the plate heat exchanger is configured by laminating wave-shaped plates in a plate thickness direction. By overlapping the wavy plates, a flow path through which the fluid flows is formed between the plates. When a high-temperature fluid and a low-temperature fluid flow through each channel, heat exchange is performed between the fluids via the plate. The plate is made of a titanium plate.

より具体的に、図1に示すように、プレート式熱交換器は、チタン板からなるプレート1A〜1Eが、所定の間隔をあけて重ねられて構成されている。各プレート1A〜1Eはそれぞれ、平坦な原板(チタン板)が波状に成形された波板であり、波長及び振幅が一定の波板であってもよく、波長及び振幅が異なる波板であってもよい。図1に示す例では、各プレート1A〜1E同士の間で、波長及び振幅は同一となっている。また、各プレート1A〜1Eは重ねられた状態で図示略の締結ボルトによって締結されている。更に、各プレート1A〜1Eの外周部には、流体の流出防止のための図示略のガスケットが配設されている。   More specifically, as shown in FIG. 1, the plate heat exchanger is configured such that titanium plates 1A to 1E are stacked at a predetermined interval. Each of the plates 1A to 1E is a corrugated plate in which a flat original plate (titanium plate) is formed in a wave shape, and may be a corrugated plate having a constant wavelength and amplitude, or a corrugated plate having different wavelengths and amplitudes. Is also good. In the example shown in FIG. 1, the wavelength and the amplitude are the same between the plates 1A to 1E. Further, the plates 1A to 1E are fastened by a fastening bolt (not shown) in an overlapped state. Further, a gasket (not shown) for preventing the outflow of fluid is provided on the outer peripheral portion of each of the plates 1A to 1E.

以上の構成により、プレート1Aと1Bとの間に流路2Aが形成され、プレート1Bと1Cとの間に流路2Bが形成され、プレート1Cと1Dとの間に流路2Cが形成され、プレート1Dと1Eとの間には流路2Dが形成される。各流路2A〜2Dにおける流体の流れ方向は、図1に示すように隣接する流路同士の間で相互に逆方向になっている。そして、例えば、流路2A及び2Cに低温の流体(例えば海水)が流通され、流路2B及び2Dには高温の流体(例えば熱水若しくは水蒸気)が流通されることにより、各プレート1A〜1Eを介して高温の流体と低温の流体との間で熱交換がなされる。   With the above configuration, a flow path 2A is formed between the plates 1A and 1B, a flow path 2B is formed between the plates 1B and 1C, and a flow path 2C is formed between the plates 1C and 1D. A channel 2D is formed between the plates 1D and 1E. The flow direction of the fluid in each of the flow paths 2A to 2D is opposite to each other between the adjacent flow paths as shown in FIG. Then, for example, a low-temperature fluid (for example, seawater) flows through the flow paths 2A and 2C, and a high-temperature fluid (for example, hot water or steam) flows through the flow paths 2B and 2D. The heat is exchanged between the hot fluid and the cold fluid via

各プレート1A〜1Eは、チタン板をプレス成形することによって製造される。本実施形態におけるチタン板は特に制限はなく、純チタン板またはチタン合金板のいずれでもよい。例えば、以下の純チタン板またはチタン合金板を用いることができる。ただし、以下に挙げるチタン板はあくまで例示であり、下記に列挙する以外の純チタン板またはチタン合金板を用いてもよい。   Each of the plates 1A to 1E is manufactured by press-forming a titanium plate. The titanium plate in the present embodiment is not particularly limited, and may be either a pure titanium plate or a titanium alloy plate. For example, the following pure titanium plate or titanium alloy plate can be used. However, the following titanium plates are merely examples, and pure titanium plates or titanium alloy plates other than those listed below may be used.

純チタン板として例えば、工業用純チタン板を用いることができる。工業用純チタンは、JIS規格の1種〜4種、およびそれに対応するASTM規格のGrade1〜4、DIN規格の3・7025、3・7035、3・7055で規定される工業用純チタンを含むものとする。すなわち、本発明で対象とする工業用純チタンは、質量%で、C:0.1%以下、H:0.015%以下、O:0.4%以下、N:0.07%以下、Fe:0.5%以下、残部Tiからなる。   As the pure titanium plate, for example, an industrial pure titanium plate can be used. Industrial pure titanium includes one to four types of JIS standard, and corresponding grades 1 to 4 of ASTM standard and industrial pure titanium specified by DIN standard of 3, 7025, 3, 7035, 3, 7055. Shall be considered. That is, the industrial pure titanium targeted in the present invention is, by mass%, C: 0.1% or less, H: 0.015% or less, O: 0.4% or less, N: 0.07% or less, Fe: 0.5% or less, with the balance being Ti.

チタン合金板としては、α型チタン合金、α+β型チタン合金、β型チタン合金を用いることができる。
α型チタン合金としては、例えば高耐食性合金(ASTM Grade 7、11、16、26、13、30、33あるいはこれらに対応するJIS種や更に種々の元素を少量含有させたチタン材)、Ti−0.5Cu、Ti−1.0Cu、Ti−1.0Cu−0.5Nb、Ti−1.0Cu−1.0Sn−0.3Si−0.25Nb、Ti−0.5Al−0.45Si、Ti−0.9Al−0.35Si、Ti−3Al−2.5V、Ti−5Al−2.5Sn、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo、Ti−6Al−2.75Sn−4Zr−0.4Mo−0.45Siなどがある。
As the titanium alloy plate, an α-type titanium alloy, an α + β-type titanium alloy, and a β-type titanium alloy can be used.
As the α-type titanium alloy, for example, a high corrosion resistant alloy (ASTM Grade 7, 11, 16, 26, 13, 30, 33 or a JIS type corresponding thereto or a titanium material containing a small amount of various elements), Ti- 0.5Cu, Ti-1.0Cu, Ti-1.0Cu-0.5Nb, Ti-1.0Cu-1.0Sn-0.3Si-0.25Nb, Ti-0.5Al-0.45Si, Ti- 0.9Al-0.35Si, Ti-3Al-2.5V, Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mo-0. 45Si and the like.

α+β型チタン合金としては、例えば、Ti−6Al−4V、Ti−6Al−6V−2Sn、Ti−6Al−7V、Ti−3Al−5V、Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−4Cr、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo、Ti−1Fe−0.35O、Ti−1.5Fe−0.5O、Ti−5Al−1Fe、Ti−5Al−1Fe−0.3Si、Ti−5Al−2Fe、Ti−5Al−2Fe−0.3Si、Ti−5Al−2Fe−3Mo、Ti−4.5Al−2Fe−2V−3Moなどがある。   As the α + β type titanium alloy, for example, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-7V, Ti-3Al-5V, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-6Al -2Sn-4Zr-6Mo, Ti-1Fe-0.35O, Ti-1.5Fe-0.5O, Ti-5Al-1Fe, Ti-5Al-1Fe-0.3Si, Ti-5Al-2Fe, Ti-5Al -2Fe-0.3Si, Ti-5Al-2Fe-3Mo, Ti-4.5Al-2Fe-2V-3Mo and the like.

さらに、β型チタン合金としては、例えば、Ti−11.5Mo−6Zr−4.5Sn,Ti−8V−3Al−6Cr−4Mo−4Zr,Ti−10V−2Fe−3Mo,Ti−13V−11Cr−3Al,Ti−15V−3Al−3Cr−3Sn,Ti−6.8Mo−4.5Fe−1.5Al、Ti−20V−4Al−1Sn、Ti−22V−4Alなどがある。   Further, as the β-type titanium alloy, for example, Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn, Ti-8V-3Al-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-10V-2Fe-3Mo, Ti-13V-11Cr-3Al , Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn, Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al, Ti-20V-4Al-1Sn, Ti-22V-4Al and the like.

次に、本実施形態のチタン板の成形方法の一例を説明する。以下に示す例は、図1及び図2に示すプレート式熱交換器のプレート1A〜1Eを製造する例について説明するが、本発明はこれに限られるものではなく、チタン板のプレス成形方法に広く適用可能である。   Next, an example of a method for forming a titanium plate of the present embodiment will be described. The following example describes an example in which the plates 1A to 1E of the plate heat exchanger shown in FIGS. 1 and 2 are manufactured. However, the present invention is not limited to this. Widely applicable.

図3(a)に成形前のチタン板及びプレス用金型を示し、図3(b)には成形後のチタン板及びプレス用金型を示す。まず、図3(a)に示すように、チタン板11a及びプレス用金型21を用意する。プレス用金型21は、パンチ22と、ダイ23とからなる。パンチ22は、パンチプレート22aと、パンチプレート22aの下面に等間隔に取り付けられた複数の突起部22bとからなる。また、ダイ23は、ダイプレート23aと、ダイプレート23aの上面に等間隔に取り付けられた複数の突起部23bとからなる。そして、パンチ22が下死点に下降したときに、パンチ22の突起部22b同士の間にダイ23の突起部23bの先端が侵入し、ダイ23の突起部23b同士の間にパンチ22の突起部22bの先端が侵入するように、各突起部22b、23bが位置決めされている。突起部22b、23bは、本発明における基材であり、所定の成分の鋼材で構成され、また、突起部22b、23b(基材)の表面には表面処理皮膜が形成されている。表面処理膜は、第1めっき層と第2めっき層の積層膜からなる。表面処理皮膜には、電気Niめっき層が含まれる場合がある。また、基材には窒化層が形成される場合がある。基材及び表面処理皮膜については後述するが、突起部22b、23b(基材)に表面処理皮膜が形成されることにより、チタン板11aに対する摩擦係数が小さくなってプレス成形時のチタン板11aの潤滑性が向上する。   FIG. 3A shows a titanium plate and a pressing mold before molding, and FIG. 3B shows a titanium plate and a pressing mold after molding. First, as shown in FIG. 3A, a titanium plate 11a and a pressing die 21 are prepared. The press mold 21 includes a punch 22 and a die 23. The punch 22 includes a punch plate 22a and a plurality of protrusions 22b attached to the lower surface of the punch plate 22a at equal intervals. The die 23 includes a die plate 23a and a plurality of protrusions 23b attached to the upper surface of the die plate 23a at equal intervals. When the punch 22 descends to the bottom dead center, the tip of the projection 23 b of the die 23 enters between the projections 22 b of the punch 22, and the projection of the punch 22 enters between the projections 23 b of the die 23. Each protruding portion 22b, 23b is positioned so that the tip of the portion 22b enters. The protrusions 22b and 23b are the base material in the present invention, and are made of a steel material having a predetermined component, and a surface treatment film is formed on the surfaces of the protrusions 22b and 23b (base material). The surface treatment film is composed of a laminated film of a first plating layer and a second plating layer. The surface treatment film may include an electric Ni plating layer in some cases. In addition, a nitride layer may be formed on the base material. Although the base material and the surface treatment film will be described later, by forming the surface treatment film on the projections 22b and 23b (base material), the coefficient of friction on the titanium plate 11a is reduced, and the titanium plate 11a during press molding is formed. Lubricity is improved.

図3(a)に示すように、パンチ22とダイ23の間に成形前のチタン板11aが配置される。チタン板11aは、板長さ方向(図中左右方向)の両端が図示しないしわ押さえによって拘束されている。また、チタン板11aは、板幅方向に拘束されてよく、拘束されなくてもよい。   As shown in FIG. 3A, a titanium plate 11a before forming is arranged between the punch 22 and the die 23. Both ends of the titanium plate 11a in the plate length direction (left and right directions in the drawing) are restrained by wrinkle holders (not shown). Further, the titanium plate 11a may or may not be restricted in the width direction.

次に、図3(b)に示すように、パンチ22をダイ23に向けて下降させ、ダイ23の突起部23b同士の間にパンチ22の突起部22bの先端を侵入させる。チタン板11aは、図中左右方向両端が拘束された状態でダイ23の突起部23aの上に位置しているところ、パンチ22の下降に伴いチタン板11aに各突起部22b、23bが当接し、更にチタン板11aに対して各突起部22b、23bが押し込まれることによってチタン板11aの複数箇所において曲げ変形がなされ、最終的に波状に成形されたチタン板11bが得られる。   Next, as shown in FIG. 3B, the punch 22 is lowered toward the die 23, and the tip of the projection 22 b of the punch 22 is caused to enter between the projections 23 b of the die 23. The titanium plate 11a is located on the protrusion 23a of the die 23 with both ends in the left-right direction being restrained in the figure, and the protrusions 22b, 23b come into contact with the titanium plate 11a as the punch 22 descends. Further, when the respective protruding portions 22b and 23b are pushed into the titanium plate 11a, bending deformation is performed at a plurality of positions of the titanium plate 11a, and finally, the titanium plate 11b formed in a wavy shape is obtained.

なお、成形時には、通常のチタン板のプレス成形加工に用いられるエマルジョン系またはソリュブル油系の潤滑剤を用いることが好ましい。潤滑剤を用いることで、チタン板11aとプレス用金型21との間の摩擦が更に低減するので好ましい。潤滑性能及び製品に付着した潤滑剤の除去のし易さの観点から、水溶性切削油剤であるソリュブル油系潤滑剤が最も適している。   At the time of molding, it is preferable to use an emulsion-based or soluble-oil-based lubricant used for ordinary press molding of a titanium plate. It is preferable to use a lubricant because the friction between the titanium plate 11a and the pressing mold 21 is further reduced. From the viewpoints of lubricating performance and easy removal of the lubricant attached to the product, a soluble oil-based lubricant which is a water-soluble cutting oil is most suitable.

図4に成形前のチタン板11aを示し、図5には成形後のチタン板11bを示す。図4及び図5では、チタン板11a、11bを平面図と側面図で示している。図4及び図5に示すように、成形後のチタン板11bの板幅w2は、成形前の板幅w1からほぼ変化していない。一方、チタン板11aは板長さ方向の両端が拘束を受けたまま複数箇所において曲げ変形を受けたため、成形後のチタン板11bの長手方向の表面に沿う長さL2は、成形前のチタン板11aの長手方向の表面に沿う長さL1に対して、波状に変形した分だけ長く伸ばされている。また、両端が拘束されたまま伸ばされたことで、板厚も部分的に減少している。すなわち成形後のチタン板11bは、波状に成形された際に、板長さ方向に沿って変形を受けて歪むが、板長さ方向に直交する板幅方向には変形を受けず歪み量が0となっており、所謂平面歪み状態になっている。   FIG. 4 shows the titanium plate 11a before molding, and FIG. 5 shows the titanium plate 11b after molding. 4 and 5, the titanium plates 11a and 11b are shown in plan and side views. As shown in FIGS. 4 and 5, the width w2 of the titanium plate 11b after the forming is substantially unchanged from the width w1 before the forming. On the other hand, since the titanium plate 11a was subjected to bending deformation at a plurality of locations while both ends in the plate length direction were constrained, the length L2 along the longitudinal surface of the formed titanium plate 11b was determined as The length L1 along the surface in the longitudinal direction of 11a is elongated by an amount corresponding to the wave-like deformation. In addition, since the both ends are stretched while being restrained, the plate thickness is also partially reduced. That is, when the titanium plate 11b is formed into a corrugated shape, the titanium plate 11b is deformed and distorted along the plate length direction, but is not deformed in the plate width direction orthogonal to the plate length direction and the distortion amount is reduced. 0, which is a so-called plane distortion state.

次に、本実施系形態に係るプレス用金型21に適用される基材及び表面処理皮膜について説明する。基材は、質量%で、C:1.00〜2.30%、Si:0.10〜0.60%、Mn:0.20〜0.80%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:4.80〜13.00%、を含有し、残部が鉄及び不純物から成る鋼組成を有する鋼材からなる。この基材からなる突起部22b、23bの表面に表面処理皮膜が備えられている。表面処理皮膜は、第1めっき層と第2めっき層とがこの順に積層されている。基材表面に窒化膜を形成し、その上に表面処理皮膜を形成してもよい。また、基材と第1めっき層との間に、厚み0.1〜1μmの電気Niめっき層を形成してもよい。
第1めっき層はNiを含有する。第2めっき層は、Pを3.0〜10.0質量%を含有し残部がNi及び不純物からなるNi−Pめっき層に、4〜10体積%のフッ素樹脂粒子が含有されてなる。第2めっき層のビッカース硬さは500〜650の範囲である。
第1めっき層のビッカース硬さは700〜1300の範囲であってもよい。
第1めっき層は、Pを3.0〜10.0質量%を含有し、残部がNi及び不純物からなるNi−Pめっき層であってもよく、Bを0.3〜3.0質量%を含有し、残部がNi及び不純物からなるNi−Bめっき層であってもよい。
第1めっき層の厚みは、1〜2μmの範囲であってもよい。また、第2めっき層の厚みは、1〜5μmの範囲であってもよい。
基材のビッカース硬さは、550〜650であってもよい。
基材に窒化層を形成する場合の窒化層の厚さは、0.5μm〜5μmであってもよい。窒化層の平均窒素濃度は0.10〜0.50質量%であってもよい。窒化層における窒素の濃度分布は、窒化層表層から深さ方向に向かって減少する濃度勾配を有していてもよい。
Next, a base material and a surface treatment film applied to the press die 21 according to the present embodiment will be described. The base material is, by mass%, C: 1.00 to 2.30%, Si: 0.10 to 0.60%, Mn: 0.20 to 0.80%, P: 0.030% or less, S : 0.030% or less, Cr: 4.80 to 13.00%, the balance being a steel material having a steel composition composed of iron and impurities. A surface treatment film is provided on the surfaces of the projections 22b and 23b made of the base material. In the surface treatment film, a first plating layer and a second plating layer are laminated in this order. A nitride film may be formed on the substrate surface, and a surface treatment film may be formed thereon. Further, an electric Ni plating layer having a thickness of 0.1 to 1 μm may be formed between the base material and the first plating layer.
The first plating layer contains Ni. The second plating layer contains 3.0 to 10.0% by mass of P, and the Ni-P plating layer whose balance is composed of Ni and impurities contains 4 to 10% by volume of fluororesin particles. The Vickers hardness of the second plating layer is in the range of 500 to 650.
The Vickers hardness of the first plating layer may be in the range of 700 to 1300.
The first plating layer may be a Ni-P plating layer containing 3.0 to 10.0% by mass of P and the balance being Ni and impurities, and 0.3 to 3.0% by mass of B. And the balance may be a Ni-B plating layer composed of Ni and impurities.
The thickness of the first plating layer may be in the range of 1 to 2 μm. Further, the thickness of the second plating layer may be in the range of 1 to 5 μm.
The Vickers hardness of the substrate may be from 550 to 650.
When a nitride layer is formed on the substrate, the thickness of the nitride layer may be 0.5 μm to 5 μm. The average nitrogen concentration of the nitrided layer may be 0.10 to 0.50% by mass. The nitrogen concentration distribution in the nitrided layer may have a concentration gradient that decreases from the surface of the nitrided layer in the depth direction.

[基材の組成]
まず、本実施形態の基材の成分組成に関し、各元素の限定理由について詳述する。なお、以下の説明においては、特に指定の無い限り、「%」は質量%を表すものとする。また、以下に示す基本成分及び選択元素の残部は、鉄及び不可避的不純物からなる。
[Substrate composition]
First, regarding the component composition of the base material of the present embodiment, the reasons for limiting each element will be described in detail. In the following description, “%” represents mass% unless otherwise specified. The balance of the basic components and selected elements shown below consists of iron and inevitable impurities.

(C:炭素) 1.00〜2.30%
Cは、炭化物の形成および基材の硬さの確保に必要な元素である。また、Cr、Mo、V等と結合して硬い炭化物を形成するので、焼入れ焼き戻し硬さを高め、耐摩耗性を構成させる元素として重要である。そのため、本実施形態ではCを1.00%以上含有させる。硬さの確保の観点から、1.4%以上含有させることが好ましい。
一方、C含有量が2.30%を超えると、靱性を著しく劣化させる。そこで、本実施形態では、C含有量は2.30%以下と限定する。なお、靭性確保の観点から、C含有量の上限は、2.20%であることが好ましく、2.00%以下であることがさらに好ましい。
(C: carbon) 1.00 to 2.30%
C is an element necessary for forming carbides and ensuring the hardness of the base material. In addition, since it combines with Cr, Mo, V and the like to form a hard carbide, it is important as an element for increasing the quenching and tempering hardness and constituting the wear resistance. Therefore, in the present embodiment, 1.00% or more of C is contained. From the viewpoint of securing the hardness, it is preferable to contain 1.4% or more.
On the other hand, if the C content exceeds 2.30%, the toughness is significantly deteriorated. Therefore, in the present embodiment, the C content is limited to 2.30% or less. From the viewpoint of ensuring toughness, the upper limit of the C content is preferably 2.20%, and more preferably 2.00% or less.

(Si:ケイ素) 0.10〜0.60%
Siは、脱酸剤として含有される。また、Siは、高温焼戻し中の軟化抵抗性を高める作用があるため含有される。これらの観点から、Siは0.10%以上含有させる。一方、Si含有量が0.60%を超えると、熱間加工性や靱性を低下させるほか、非金属介在物が増加するおそれがある。そのため、Si含有量は0.60%以下とする。なお、基材の靭性確保の観点から、Si含有量の上限は0.50%であることが好ましい。
(Si: silicon) 0.10 to 0.60%
Si is contained as a deoxidizing agent. Further, Si is contained because it has an effect of increasing softening resistance during high-temperature tempering. From these viewpoints, 0.10% or more of Si is contained. On the other hand, when the Si content exceeds 0.60%, the hot workability and toughness are reduced, and nonmetallic inclusions may increase. Therefore, the Si content is set to 0.60% or less. From the viewpoint of securing the toughness of the substrate, the upper limit of the Si content is preferably 0.50%.

(Mn:マンガン) 0.20〜0.80%
Mnは、Siと同様に脱酸効果のある元素であり、焼入れ性を向上させると同時に、残留オーステナイトを増加させる元素である。この観点から、Mnは0.20%以上含有させる。なお、基材の硬度確保の観点から、0.30以上含有させることが好ましい。なお、靭性とのバランスを考慮し、本実施形態ではMn量の上限を0.8%とする。好ましくは、0.6%以下である。
(Mn: manganese) 0.20 to 0.80%
Mn is an element having a deoxidizing effect like Si, and is an element that improves hardenability and increases retained austenite. From this viewpoint, Mn is contained at 0.20% or more. In addition, it is preferable to contain 0.30 or more from the viewpoint of securing the hardness of the base material. In this embodiment, the upper limit of the amount of Mn is set to 0.8% in consideration of the balance with toughness. Preferably, it is 0.6% or less.

(P:リン) 0.030%以下
(S:硫黄) 0.030%以下
P,Sともに、鋼中に存在しない方が好ましい不純物元素である。このことから、P,Sともに、その含有量を0.030%以下に制限する。なお好ましくは、0.020%以下に制限する。
(P: phosphorus) 0.030% or less (S: sulfur) 0.030% or less Both P and S are preferable impurity elements that do not exist in steel. For this reason, the contents of both P and S are limited to 0.030% or less. Preferably, it is limited to 0.020% or less.

(Cr:クロム) 4.80〜13.00%
CrはCと結合して、結合して炭化物を形成することにより、基材の耐摩耗性を向上させる需要な元素である。また、本実施形態ではプレス用金型21の基材上にCrN皮膜(硬質皮膜)を形成することから、当該CrN皮膜との密着性を確保する上でも非常に重要である。これらの観点から、Cr量は4.80%以上とし、好ましくは8.00%以上、さらに好ましくは11.00%以上とする。
一方、Crを過剰に添加すると、粗大な炭化物の生成によって靭性が劣化するおそれがあるので、Cr量の上限を13.00%とする。なお、好ましくは12.50%以下である。
(Cr: chrome) 4.80 to 13.00%
Cr is an element that is required to combine with C to form a carbide by combining with C, thereby improving the wear resistance of the base material. Further, in the present embodiment, since a CrN film (hard film) is formed on the base material of the pressing die 21, it is very important in securing the adhesion to the CrN film. From these viewpoints, the Cr content is set to 4.80% or more, preferably 8.00% or more, and more preferably 11.00% or more.
On the other hand, if Cr is added excessively, the toughness may be deteriorated due to the formation of coarse carbides. Therefore, the upper limit of the Cr content is set to 13.00%. In addition, it is preferably 12.50% or less.

なお、本実施形態では、上記成分組成にさらに、Mo:0.70〜1.20%及びV:0.15〜1.00%、を含有させてもよい。   In the present embodiment, the above component composition may further contain Mo: 0.70 to 1.20% and V: 0.15 to 1.00%.

(Mo:モリブデン) 0.70〜1.20%
Moは、焼戻し軟化抵抗性を向上させるとともに、炭化物の形成により基材に耐摩耗性を付与する効果も有する。これらの観点から、Moは0.70%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.80%以上である。
一方、Moを過剰に添加すると基材の靱性を劣化させるおそれがある。このことから、Moは1.20%以下含有させることが好ましく、より好ましくは1.10%以下である。
(Mo: molybdenum) 0.70 to 1.20%
Mo has the effect of improving the temper softening resistance and imparting wear resistance to the substrate by forming carbides. From these viewpoints, Mo is preferably contained at 0.70% or more, and more preferably at 0.80% or more.
On the other hand, if Mo is added excessively, the toughness of the base material may be deteriorated. For this reason, Mo is preferably contained at 1.20% or less, and more preferably 1.10% or less.

(V:バナジウム) 0.15〜1.00%
Vは、基材の焼入れ性向上、焼戻し軟化抑制さらには炭化物の微細化に有効である。そのため、Vは0.15%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.20%以上である。
一方、Vを過剰に添加すると、冷間加工性を阻害するおそれがあるため、Vは1.00%以下含有させることが好ましく、より好ましくは0.50%以下である。
(V: vanadium) 0.15 to 1.00%
V is effective for improving the hardenability of the base material, suppressing tempering softening, and further reducing the size of carbides. Therefore, V is preferably contained in an amount of 0.15% or more, more preferably 0.20% or more.
On the other hand, if V is added excessively, the cold workability may be impaired. Therefore, V is preferably contained at 1.00% or less, more preferably at 0.50% or less.

また、本実施形態では、上記成分組成にさらに、W:0.60〜0.80%を含有させてもよい。   In the present embodiment, the above component composition may further contain 0.60 to 0.80% W.

(W:タングステン) 0.60〜0.80%
Wは、Vと同様に、基材の焼入れ性向上、焼戻し軟化抑制さらには炭化物の微細化に有効である。そのため、Wは0.6%以上含有させることが好ましい。一方、Wを過剰に添加すると、冷間加工性を阻害するおそれがあるため、Wは0.80%以下含有させることが好ましい。
(W: tungsten) 0.60 to 0.80%
W is, like V, effective for improving the hardenability of the substrate, suppressing temper softening, and further reducing the size of carbide. Therefore, it is preferable that W is contained at 0.6% or more. On the other hand, if W is added excessively, the cold workability may be impaired, so that W is preferably contained at 0.80% or less.

本実施形態においては、上記した元素以外の残部は実質的にFeからなり、不純物をはじめ、本発明の作用効果を害さない元素を微量に添加することができる。   In the present embodiment, the balance other than the above-mentioned elements is substantially made of Fe, and a small amount of impurities and other elements that do not impair the effects of the present invention can be added.

なお、本実施形態のプレス用金型においては、基材の材質として上記成分組成を有するものを用いるが、その中でも、より安価でかつ耐摩耗性と耐凝着性をバランスよく確保する観点から、JIS G 4404にて規定されている、SKD1,SKD2,SKD10,SKD11もしくはSKD12(いずれも上記成分組成範囲内)を用いることが好ましく、これらの中でも特に、SKD11を用いることがより好ましい。   In the press die of the present embodiment, a material having the above-described composition is used as the material of the base material. Among them, from the viewpoint of securing a good balance between abrasion resistance and anti-adhesion resistance at lower cost. It is preferable to use SKD1, SKD2, SKD10, SKD11 or SKD12 (all within the above component composition range) specified in JIS G 4404, and among them, it is particularly preferable to use SKD11.

[CrN皮膜]
上記成分組成を有するような基材の硬度は、ビッカース硬さで約550〜650程度である。つまり、上記基材上に皮膜等を形成せず、基材ままの状態でチタン板をプレス成形した場合、基材自体の硬度は確保できていることから耐摩耗性に関しては比較的良好な結果が得られるが、耐凝着性に関しては、チタン板の材料が基材に焼付いてしまう場合があり、プレス用金型に多数の疵が生じてしまうおそれがある。
[CrN coating]
The hardness of the substrate having the above component composition is about 550 to 650 in Vickers hardness. In other words, when a titanium plate is press-formed without forming a film or the like on the above-described base material, the hardness of the base material itself can be ensured. However, regarding the adhesion resistance, there is a possibility that the material of the titanium plate may seize to the base material, and a large number of flaws may occur in the pressing die.

そこで本発明者らは、チタン板に対する耐凝着性に優れ、耐摩耗性に優れた材料としてNiを含むめっき層に着目した。チタン板を冷間加工する際のプレス用金型21の材料としてNiを含むめっき層を選択した場合に、Niはチタンに対して耐凝着性を示すことを見出した。更に、Niを含むめっき層に潤滑性を持たせるために、めっき層中にフッ素樹脂粒子を含有させることが重要であることを見出した。チタンに対する潤滑性を高めることで、耐凝着性をより高めることが可能になる。更にまた、フッ素樹脂粒子を含むめっき層は、基材に対して比較的密着性が低くなるが、フッ素樹脂粒子を含むめっき層と基材との間に、別のめっき層を形成することで、密着性を改善できることを見出した。そこで、本実施形態では、チタン板のプレス用金型21として、基材上に、第1めっき層と第2めっき層とが形成されてなるものを用いる。以下、第1めっき層及び第2めっき層について説明する。   Therefore, the present inventors have paid attention to a plating layer containing Ni as a material having excellent adhesion resistance to a titanium plate and excellent wear resistance. It has been found that when a plating layer containing Ni is selected as the material of the press die 21 when cold working a titanium plate, Ni exhibits adhesion resistance to titanium. Further, they have found that it is important to include fluororesin particles in the plating layer in order to impart lubricity to the plating layer containing Ni. By increasing the lubricity of titanium, adhesion resistance can be further increased. Furthermore, the plating layer containing the fluororesin particles has relatively low adhesion to the base material, but by forming another plating layer between the plating layer containing the fluororesin particles and the base material. It was found that the adhesion could be improved. Therefore, in the present embodiment, a mold in which a first plating layer and a second plating layer are formed on a base material is used as the pressing die 21 for a titanium plate. Hereinafter, the first plating layer and the second plating layer will be described.

第1めっき層は、主にNiを含有するめっき層である。第1めっき層は無電解法により形成されためっきであることが好ましい。特に、第1めっき層は、無電解法によって形成されるNiめっきのうち、Ni−Pめっき層またはNi−Bめっき層が好ましい。Ni−Pめっき層は、めっき浴中に含まれる還元剤が比較的安定であるため、品質が安定しためっき層を得ることができる。また、Ni−Bめっき層はNi−Pめっき層に比べてビッカース硬度が高くなるので、耐摩耗性に優れたものとなる。従って、求められる性能に応じて、めっきの種類を選択するとよい。より好ましくは、Ni−Pめっき層を選択するとよい。   The first plating layer is a plating layer mainly containing Ni. The first plating layer is preferably a plating formed by an electroless method. In particular, the first plating layer is preferably a Ni-P plating layer or a Ni-B plating layer among Ni platings formed by an electroless method. Since the reducing agent contained in the plating bath is relatively stable in the Ni-P plating layer, a plating layer having stable quality can be obtained. Further, the Ni-B plating layer has a higher Vickers hardness than the Ni-P plating layer, and therefore has excellent wear resistance. Therefore, the type of plating should be selected according to the required performance. More preferably, a Ni-P plating layer may be selected.

第1めっき層をNi−Pめっき層とする場合の組成は、Pを3.0〜10.0質量%を含有し、残部がNi及び不純物からなることが好ましい。P量が少ないほど第1めっき層のビッカース硬さが向上するが、P量が少なすぎるとめっきの緻密性が低下するのでP量は3.0質量%以上とする。P量が過剰になるとビッカース硬さが低下するので、P量は10.0質量%以下とする。P量のより好ましい範囲は4.0〜7.0質量%である。   When the first plating layer is a Ni-P plating layer, the composition preferably contains 3.0 to 10.0% by mass of P, and the balance is preferably made of Ni and impurities. The Vickers hardness of the first plating layer is improved as the P content is smaller, but if the P content is too small, the denseness of the plating is reduced. Therefore, the P content is set to 3.0% by mass or more. If the P content is excessive, the Vickers hardness decreases, so the P content is set to 10.0% by mass or less. A more preferable range of the P amount is 4.0 to 7.0% by mass.

第1めっき層をNi−Bめっき層とする場合の組成は、Bを0.3〜3.0質量%を含有し、残部がNi及び不純物からなることが好ましい。B量が少ないほど第1めっき層のビッカース硬さが向上するが、B量が少なすぎるとめっきの緻密性が低下するのでB量は0.3質量%以上とする。B量が過剰になるとビッカース硬さが低下するので、B量は3.0質量%以下とする。B量のより好ましい範囲は0.5〜2.0質量%である。   When the first plating layer is a Ni-B plating layer, the composition preferably contains B in an amount of 0.3 to 3.0% by mass, with the balance being Ni and impurities. The Vickers hardness of the first plating layer is improved as the B content is smaller, but if the B content is too small, the denseness of the plating is reduced. Therefore, the B content is set to 0.3% by mass or more. If the B content is excessive, the Vickers hardness decreases, so the B content is set to 3.0% by mass or less. A more preferable range of the B content is 0.5 to 2.0% by mass.

第1めっき層のビッカース硬さは700〜1300の範囲であることが好ましい。第1めっき層は基材よりもビッカース硬さが高く、荷重が加わった場合にクラックが発生しにくくなる。また、第2めっき層が摩耗した場合でも第1めっき層があることで、耐摩耗性を担保できる。第1めっき層のビッカース硬さが700以上であれば耐摩耗性を向上できる。一方、ビッカース硬さが高すぎると、クラックの発生を招くおそれがあるため、上限を1300以下、より好ましくは1000以下とする。例えば、1000までのビッカース硬さを確保したい場合は、Ni−Pめっき層またはNi−Bめっき層を選択することが好ましく、1300までのビッカース硬さを確保したい場合は、Ni−Bめっき層を選択することが好ましい。   The Vickers hardness of the first plating layer is preferably in the range of 700 to 1300. The first plating layer has a higher Vickers hardness than the base material, and is less likely to crack when a load is applied. Further, even if the second plating layer is worn, the presence of the first plating layer can ensure the wear resistance. If the Vickers hardness of the first plating layer is 700 or more, the wear resistance can be improved. On the other hand, if the Vickers hardness is too high, cracks may occur, so the upper limit is set to 1300 or less, more preferably 1000 or less. For example, when it is desired to secure Vickers hardness up to 1000, it is preferable to select the Ni-P plating layer or Ni-B plating layer, and when it is desired to secure Vickers hardness up to 1300, the Ni-B plating layer is used. It is preferable to select.

第1めっき層の厚みは1〜2μmの範囲であることが好ましい。第1めっき層の厚みを1μm以上とすることで、めっき層表面の平滑性が向上し、また、耐摩耗性及び耐凝着性を十分に高めることができる。また、第1めっき層の厚みを2μm以下とすることで、金型21の使用時に荷重が加わった場合でも第1めっき層にクラックが生じることがない。これらのことから、第1めっき層の厚みは1μm〜2μmにすることが好ましい。第1めっき層の厚みの好ましい範囲は1.2〜1.8μmである。   The thickness of the first plating layer is preferably in the range of 1 to 2 μm. When the thickness of the first plating layer is 1 μm or more, the smoothness of the plating layer surface is improved, and the wear resistance and the adhesion resistance can be sufficiently increased. Further, by setting the thickness of the first plating layer to 2 μm or less, the first plating layer does not crack even when a load is applied when the mold 21 is used. For these reasons, it is preferable that the thickness of the first plating layer be 1 μm to 2 μm. The preferable range of the thickness of the first plating layer is 1.2 to 1.8 μm.

第1めっき層は無電解めっき法により形成することが好ましい。無電解めっき法により形成されためっき層はビッカース硬度が比較的低いままなので、第1めっき層の形成後に熱処理を行うことが好ましい。熱処理条件としては例えば、熱処理温度300〜500℃、熱処理時間0.5〜3時間の条件を例示できる。熱処理温度を300℃以上にすることで、第1めっき層のビッカース硬さを十分に高めることができる。また、熱処理温度を500℃以下とすることで、焼戻しによる基材の軟化を防止できる。熱処理時間を0.5〜3時間の範囲にすることで、第1めっき層のビッカース硬さを十分に向上できる。   The first plating layer is preferably formed by an electroless plating method. Since the plating layer formed by the electroless plating method has a relatively low Vickers hardness, it is preferable to perform a heat treatment after the formation of the first plating layer. Examples of the heat treatment conditions include a heat treatment temperature of 300 to 500 ° C. and a heat treatment time of 0.5 to 3 hours. By setting the heat treatment temperature at 300 ° C. or higher, the Vickers hardness of the first plating layer can be sufficiently increased. Further, by setting the heat treatment temperature to 500 ° C. or lower, the softening of the base material due to tempering can be prevented. By setting the heat treatment time in the range of 0.5 to 3 hours, the Vickers hardness of the first plating layer can be sufficiently improved.

また、基材の表面粗さが比較的大きい場合であっても、無電解めっき法により第1めっき層を形成することで、基材の表面をならして第1めっき層の表面を平滑にできる。このため、耐用期間が過ぎたプレス用金型21を再生する際の第1めっき層及び第2めっき層の再めっき時に、基材の表面粗さの調整を省略できる場合があり、プレス用金型21の生産性を高めることができる。また、プレス用金型21は比較的複雑な形状を有しているが、無電解めっき法を採用することで、第1めっき層を均一な厚みに形成できるようになる。   Further, even when the surface roughness of the base material is relatively large, by forming the first plating layer by the electroless plating method, the surface of the base material is smoothed and the surface of the first plating layer is smoothed. it can. For this reason, when re-plating the first plating layer and the second plating layer when regenerating the press mold 21 whose service life has passed, adjustment of the surface roughness of the base material may be omitted in some cases. The productivity of the mold 21 can be increased. Further, although the press die 21 has a relatively complicated shape, the adoption of the electroless plating method allows the first plating layer to be formed with a uniform thickness.

第1めっき層は、第2めっき層の下地層であり、第2めっき層の密着性を確保するために形成される。第2めっき層はフッ素樹脂粒子を含むものであるため、基材に対する密着性が比較的低く、第2めっき層を基材表面に直接に形成すると、チタン板の加工中に第2めっき層が剥離するおそれがある。一方、第1めっき層はフッ素樹脂粒子を含まないため、基材に対する密着性は第2めっき層に比べて高い。また、第1めっき層は、第2めっき層と同様にNiを主体とするめっき層であるため、第2めっき層に対する密着性は比較的高い。よって、基材上に第1めっき層を形成し、第1めっき層上に第2めっき層を形成することで、第2めっき層の基材に対する密着性を高めることができる。   The first plating layer is a base layer of the second plating layer, and is formed to secure adhesion of the second plating layer. Since the second plating layer contains fluororesin particles, the adhesion to the substrate is relatively low, and if the second plating layer is formed directly on the surface of the substrate, the second plating layer peels during the processing of the titanium plate. There is a risk. On the other hand, since the first plating layer does not contain fluororesin particles, the adhesion to the substrate is higher than that of the second plating layer. Further, since the first plating layer is a plating layer mainly composed of Ni, similarly to the second plating layer, the adhesion to the second plating layer is relatively high. Therefore, by forming the first plating layer on the base material and forming the second plating layer on the first plating layer, the adhesion of the second plating layer to the base material can be improved.

第2めっき層は、第1めっき層と同様、主にNiを含有するめっき層であるが、めっき層にフッ素樹脂粒子が含まれる。第2めっき層も無電解法により形成されためっきであることが好ましく、特に、Ni−Pめっき層であることが好ましい。無電解めっき法によって形成するNi−Pめっき層は、めっき浴中にフッ素樹脂粒子を含有させた場合でも品質が安定しためっき層を得ることができる。よって、第2めっき層は、Ni−Pめっき層中に、フッ素樹脂粒子が含まれるものがよい。   Like the first plating layer, the second plating layer is a plating layer mainly containing Ni, but the plating layer contains fluororesin particles. The second plating layer is also preferably a plating formed by an electroless method, particularly preferably a Ni-P plating layer. The Ni-P plating layer formed by the electroless plating method can provide a plating layer having a stable quality even when fluorine resin particles are contained in the plating bath. Therefore, it is preferable that the second plating layer contains fluorine resin particles in the Ni-P plating layer.

第2めっき層を構成するNi−Pめっき層の組成は、Pを3.0〜10.0質量%を含有し、残部がNi及び不純物からなることが好ましい。P量が少ないほど第2めっき層のビッカース硬さが向上するが、P量が少なすぎるとめっきの緻密性が低下するのでP量は3.0質量%以上とする。P量が過剰になるとビッカース硬さが低下するので、P量は10.0質量%以下とする。P量のより好ましい範囲は4.0〜7.0質量%である。   The composition of the Ni—P plating layer constituting the second plating layer preferably contains 3.0 to 10.0% by mass of P, with the balance being Ni and impurities. The Vickers hardness of the second plating layer is improved as the P content is smaller, but if the P content is too small, the denseness of the plating is reduced. Therefore, the P content is set to 3.0% by mass or more. If the P content is excessive, the Vickers hardness decreases, so the P content is set to 10.0% by mass or less. A more preferable range of the P amount is 4.0 to 7.0% by mass.

第2めっき層に含まれるフッ素樹脂粒子は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる粒子が好ましい。フッ素樹粒子を第2めっき層に含有させることで、チタン板に対する第2めっき層の潤滑性を高めることができ、プレス用金型21の使用時のチタン板の凝着を防止できる。フッ素樹粒子の含有量は、Ni−Pめっき層に対する体積分率で、4〜10体積%の範囲が好ましい。フッ素樹脂粒子を4体積%以上とすることで、第2めっき層の潤滑性を十分に高め、チタン板の凝着を防止できる。また、フッ素樹脂粒子を10体積%以下とすることで、第2めっき層のビッカース硬さの低下を防止できる。フッ素樹粒子の含有量のより好ましい範囲は、Ni−Pめっき層に対する体積分率で4〜7体積%の範囲である。   The fluororesin particles contained in the second plating layer are preferably particles made of polytetrafluoroethylene (PTFE). By including fluorine tree particles in the second plating layer, the lubricity of the second plating layer with respect to the titanium plate can be enhanced, and adhesion of the titanium plate when the pressing die 21 is used can be prevented. The content of the fluorine tree particles is preferably in the range of 4 to 10% by volume in terms of volume fraction with respect to the Ni-P plating layer. When the content of the fluororesin particles is 4% by volume or more, the lubricity of the second plating layer can be sufficiently increased, and adhesion of the titanium plate can be prevented. Further, by setting the fluororesin particles to 10% by volume or less, a decrease in Vickers hardness of the second plating layer can be prevented. A more preferable range of the content of the fluorine tree particles is a range of 4 to 7% by volume in terms of a volume fraction with respect to the Ni-P plating layer.

また、フッ素樹脂粒子の平均粒径は、0.1〜0.3μmの範囲が好ましい。粒径が大きいと、局所硬度が下がり、耐久性が得られない。また、フッ素樹脂粒子の平均粒径を0.1μm以上とすることで、フッ素樹脂粒子同士の凝集を防止して第2めっき層の緻密性を高めることができる。また、フッ素樹脂粒子の平均粒径を0.3μm以下にすることによっても、第2めっき層の緻密性を高めることができる。   The average particle size of the fluororesin particles is preferably in the range of 0.1 to 0.3 μm. If the particle size is large, the local hardness decreases and durability cannot be obtained. Further, by setting the average particle size of the fluororesin particles to 0.1 μm or more, the aggregation of the fluororesin particles can be prevented, and the denseness of the second plating layer can be increased. Also, by setting the average particle size of the fluororesin particles to 0.3 μm or less, the denseness of the second plating layer can be enhanced.

第2めっき層のビッカース硬さは500〜650の範囲が好ましい。第2めっき層はフッ素樹脂粒子を含有するためビッカース硬さが比較的低くなるが、フッ素樹脂粒子による潤滑性向上の効果により、ビッカース硬さが低くてもチタン管に対する耐摩耗性及び耐凝着性を十分に高められる。第2めっき層のビッカース硬さが500以上であれば耐摩耗性及び耐凝着性を十分に向上できる。また、第2めっき層のビッカース硬さはフッ素樹脂粒子の含有量に影響され、第2めっき層のビッカース硬さを高めようとすると、フッ素樹脂粒子の含有量を低下させる必要があり、この場合は潤滑性が低下する。よって、第2めっき層は、潤滑性を確保しつつビッカース硬さを可能な限り高めることが好ましい。従って第2めっき層のビッカース硬さの上限は650以下とすることが好ましい。   The Vickers hardness of the second plating layer is preferably in the range of 500 to 650. The second plating layer has a relatively low Vickers hardness because it contains fluororesin particles, but due to the effect of improving lubricity by the fluororesin particles, even if the Vickers hardness is low, the abrasion resistance and adhesion resistance to the titanium pipe are low. Sex can be enhanced sufficiently. If the Vickers hardness of the second plating layer is 500 or more, the wear resistance and the adhesion resistance can be sufficiently improved. In addition, the Vickers hardness of the second plating layer is affected by the content of the fluororesin particles. In order to increase the Vickers hardness of the second plating layer, it is necessary to reduce the content of the fluororesin particles. Decreases lubricity. Therefore, it is preferable that the second plating layer increase Vickers hardness as much as possible while ensuring lubricity. Therefore, the upper limit of the Vickers hardness of the second plating layer is preferably set to 650 or less.

第2めっき層の厚みは1〜5μmの範囲であることが好ましい。第2めっき層を1μm以上とすることで、チタン板に対する耐摩耗性を十分に向上できる。また、第2めっき層を5μm以下にすることで、プレス用金型21の使用時に荷重が加わった場合でも第2めっき層にクラックが生じることがない。これらのことから、第2めっき層の厚みは1μm〜5μmとすることが好ましく、3μm〜5μmとすることがより好ましい。   The thickness of the second plating layer is preferably in the range of 1 to 5 μm. When the thickness of the second plating layer is 1 μm or more, the wear resistance to the titanium plate can be sufficiently improved. Further, by setting the thickness of the second plating layer to 5 μm or less, even if a load is applied during use of the pressing die 21, cracks do not occur in the second plating layer. For these reasons, the thickness of the second plating layer is preferably 1 μm to 5 μm, more preferably 3 μm to 5 μm.

第2めっき層は無電解めっき法により形成することが好ましい。その際、めっき浴中にフッ素樹脂粒子を分散させておくことが好ましい。めっき浴中のフッ素樹脂粒子の分散濃度は、Ni−Pめっき層に対して4〜10体積%の範囲でフッ素樹脂粒子が含有されるように調整すればよい。無電解めっき法により形成された第2めっき層はビッカース硬度が低いので、熱処理を行うことが好ましい。熱処理条件としては例えば、300〜380℃で0.5〜3時間の条件を例示できる。熱処理温度を300℃以上にすることで、第2めっき層のビッカース硬さを十分に高めることができる。また、熱処理温度を380℃以下とすることで、フッ素樹脂粒子の分解を抑制できる。   The second plating layer is preferably formed by an electroless plating method. At that time, it is preferable to disperse the fluororesin particles in the plating bath. The dispersion concentration of the fluororesin particles in the plating bath may be adjusted so that the fluororesin particles are contained in the range of 4 to 10% by volume with respect to the Ni-P plating layer. Since the second plating layer formed by the electroless plating method has a low Vickers hardness, it is preferable to perform a heat treatment. Examples of the heat treatment condition include a condition of 300 to 380 ° C. for 0.5 to 3 hours. By setting the heat treatment temperature at 300 ° C. or higher, the Vickers hardness of the second plating layer can be sufficiently increased. Further, by setting the heat treatment temperature to 380 ° C. or less, the decomposition of the fluororesin particles can be suppressed.

また、チタン板用のプレス金型21は比較的複雑な形状を有しているが、無電解めっき法を採用することで、第2めっき層を均一な厚みに形成できるようになる。   Further, although the press die 21 for the titanium plate has a relatively complicated shape, the adoption of the electroless plating method allows the second plating layer to be formed to have a uniform thickness.

第2めっき層は、プレス用金型の使用時にチタン板に接するめっき層である。チタンは、他の金属に対しして凝着しやすい金属と言われているが、第2めっき層にフッ素樹脂粒子を含有させることで、チタンの凝着を大幅に抑制できる。このため、本実施形態では、プレス用金型の基材の摩耗を防止する表面処理皮膜として、Niを主体とするめっき層を採用できる。   The second plating layer is a plating layer that comes into contact with the titanium plate when the pressing die is used. Titanium is said to be a metal that easily adheres to other metals, but by including fluororesin particles in the second plating layer, adhesion of titanium can be significantly suppressed. For this reason, in this embodiment, a plating layer mainly composed of Ni can be adopted as a surface treatment film for preventing abrasion of the base material of the pressing die.

基材と第1めっき層との間には、電気Niめっき層が形成されていてもよい。この電気Niめっき層は、ストライクめっきと呼ばれるものであり、電気めっき層の形成時に基材表面の不動態被膜を除去できる。これにより、基材上に第1めっき層を直接形成した場合に比べて、第1めっき層及び第2めっき層の密着性の向上を期待できる。電気Niめっき層の厚みは0.1〜1μmの範囲が好ましい。   An electric Ni plating layer may be formed between the base material and the first plating layer. This electric Ni plating layer is called strike plating, and can remove a passive film on the surface of the base material when forming the electroplating layer. Thereby, compared with the case where the first plating layer is formed directly on the base material, improvement in the adhesion between the first plating layer and the second plating layer can be expected. The thickness of the electric Ni plating layer is preferably in the range of 0.1 to 1 μm.

また、基材と第1めっき層との間に、基材表層をプラズマ窒化処理することによって得られる窒化層を設けることが好ましい。このように、基材の表層に窒化層を形成することで、第1めっき層と基材との密着性、ならびに強度を向上させることができ、第1めっき層の剥離を低減し、耐凝着性を向上させることが可能となる。   Further, it is preferable to provide a nitrided layer obtained by subjecting the surface layer of the substrate to a plasma nitriding treatment between the substrate and the first plating layer. As described above, by forming the nitrided layer on the surface layer of the base material, the adhesion between the first plated layer and the base material and the strength can be improved, the peeling of the first plated layer can be reduced, and It is possible to improve the adhesion.

窒化層の厚さは特に限定しないが、本実施形態では、0.5μm〜5μmとすることができる。
基材と第1めっき層との密着性を高めるためには、窒化層の厚みを0.5μm以上確保することが好ましい。より好ましくは1μm以上である。一方、窒化層の厚みを過度に厚くしすぎることは、プラズマ窒化処理に要する時間が長くなり生産性を低下させるほか、製造コストも高くなる。また、窒化層の厚みを過度に厚くすると、基材の表面粗度が大きくなってしまい、第1めっき層の成膜前に基材表面を研磨する必要が生じる。これらの観点から、窒化層の厚みは5μm以下とすることが好ましい。
Although the thickness of the nitrided layer is not particularly limited, in the present embodiment, it can be 0.5 μm to 5 μm.
In order to increase the adhesion between the base material and the first plating layer, it is preferable to secure the thickness of the nitride layer to 0.5 μm or more. More preferably, it is 1 μm or more. On the other hand, if the thickness of the nitrided layer is excessively large, the time required for the plasma nitriding treatment is increased, the productivity is reduced, and the manufacturing cost is increased. On the other hand, if the thickness of the nitrided layer is excessively large, the surface roughness of the substrate increases, and it is necessary to polish the surface of the substrate before forming the first plating layer. From these viewpoints, the thickness of the nitrided layer is preferably set to 5 μm or less.

窒化層中の平均窒素濃度は、0.10〜0.50質量%とすることが好ましい。
窒化層中の窒素濃度が低すぎると、強度向上の効果が小さく、十分な耐摩耗性が得られないおそれがあるため、窒化層中の平均窒素濃度は0.10質量%以上とすることが好ましい。より好ましくは、0.20%以上である。
一方、窒化層中の窒素濃度が高すぎると、窒化層表面が脆化する傾向となりやすく、割れが生じるおそれがある。このことから、窒化層中の平均窒素濃度は0.50質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.40%以下である。
The average nitrogen concentration in the nitrided layer is preferably 0.10 to 0.50% by mass.
If the nitrogen concentration in the nitrided layer is too low, the effect of improving the strength is small and sufficient abrasion resistance may not be obtained. Therefore, the average nitrogen concentration in the nitrided layer should be 0.10% by mass or more. preferable. More preferably, it is 0.20% or more.
On the other hand, if the nitrogen concentration in the nitrided layer is too high, the surface of the nitrided layer tends to be embrittled and cracks may occur. For this reason, the average nitrogen concentration in the nitrided layer is preferably set to 0.50% by mass or less. More preferably, it is 0.40% or less.

また、窒化層における窒素の濃度分布が、窒化層表層から深さ方向に向かって減少するような濃度勾配を有することが好ましい。
基材内部で強度格差が生じることは、第1めっき層と基材との密着性、及び強度の観点から好ましくない。従って、基材内部の強度の格差、すなわち基材の深さ方向に沿った強度勾配は緩やかにすることが好ましい。そのためには、窒化層内の窒素の濃度分布を、窒化層表層から基材側に向かって減少するような濃度勾配となるよう制御することが好ましい。
Further, it is preferable that the concentration distribution of nitrogen in the nitride layer has a concentration gradient such that the concentration distribution decreases from the surface layer of the nitride layer toward the depth direction.
It is not preferable that the strength difference occurs inside the base material from the viewpoint of the adhesion between the first plating layer and the base material and the strength. Therefore, it is preferable that the difference in the strength inside the base material, that is, the strength gradient along the depth direction of the base material, be gentle. For this purpose, it is preferable to control the concentration distribution of nitrogen in the nitrided layer so as to have a concentration gradient that decreases from the surface layer of the nitrided layer toward the substrate.

なお、窒素の濃度分布を、窒化層表層から深さ方向に向かって減少する勾配となるよう制御するためには、窒化層を形成するための基材表層に対するプラズマ窒化処理を複数回に分け、かつ、各回の処理を異なる条件で行うことにより、窒化層内における窒素の濃度分布を調整すればよい。   In order to control the concentration distribution of nitrogen so as to have a gradient that decreases in the depth direction from the surface of the nitride layer, the plasma nitridation process on the substrate surface layer for forming the nitride layer is divided into a plurality of times. In addition, by performing each treatment under different conditions, the concentration distribution of nitrogen in the nitride layer may be adjusted.

なお、「窒化層」の判別(基材と「窒化層」との境界の判定)は、グロー放電発光分析装置(GDS)によって行うことができる。具体的には、まず、上記プラズマ窒化処理によって窒化させた基材表層において、分析領域を直径1mmとし、通常のグロー放電発光分析を行う。引き続き、深さ方向に分析を進め、分析領域の窒素量が母材(基材)の平均窒素濃度を超えているところまでの領域を「窒化層」とする。つまり、グロー放電発光分析を深さ方向に行い、窒素量が基材の平均窒素濃度まで下がった地点を基材と「窒化層」との境界の判定することとする。   The determination of the “nitride layer” (determination of the boundary between the base material and the “nitride layer”) can be performed by a glow discharge optical emission spectrometer (GDS). Specifically, first, in the surface layer of the base material nitrided by the plasma nitriding treatment, the analysis area is set to a diameter of 1 mm, and ordinary glow discharge emission analysis is performed. Subsequently, the analysis is advanced in the depth direction, and the region up to the point where the amount of nitrogen in the analysis region exceeds the average nitrogen concentration of the base material (base material) is defined as a “nitrided layer”. That is, glow discharge emission analysis is performed in the depth direction, and a point where the nitrogen amount has decreased to the average nitrogen concentration of the substrate is determined as the boundary between the substrate and the “nitrided layer”.

また、窒化層中の平均窒素濃度についても、GDSを用いて測定することができる。なお、本実施形態では、分析領域を直径1mmとし、GDSを用いて深さ方向に分析を行い、JIS K 0150に規定されているQDP(Quantitative Depth Profile)法を適用し、深さ50nmごとの窒素濃度を測定する。これにより、窒化層における窒素の濃度分布を得る事ができる。また、窒化層全体の平均窒素濃度は、深さ50nmごとの各窒素濃度の平均を算出することで求めることができる。   Further, the average nitrogen concentration in the nitrided layer can also be measured using GDS. In the present embodiment, the analysis area is 1 mm in diameter, analysis is performed in the depth direction using GDS, and a QDP (Quantitative Depth Profile) method defined in JIS K 0150 is applied. Measure the nitrogen concentration. Thereby, the concentration distribution of nitrogen in the nitrided layer can be obtained. Further, the average nitrogen concentration of the entire nitrided layer can be obtained by calculating the average of each nitrogen concentration at every 50 nm depth.

次に、チタン板のプレス用金型21の製造方法について説明する。   Next, a method of manufacturing the pressing die 21 for a titanium plate will be described.

プレス用金型21は、基材に対して無電解めっき法により第1めっき層及び第2めっき層を順次形成することにより製造するが、第1めっき層を形成する前に、基材に対して以下に説明する各種の処理を適宜選択して行ってもよいし、行わなくてもよい。   The press die 21 is manufactured by sequentially forming a first plating layer and a second plating layer on a base material by an electroless plating method. Various processes described below may be appropriately selected and performed, or may not be performed.

基材のうち、第1めっき層および第2めっき層を形成する面には、予め研磨等を行って平滑性を高めておくことが好ましい。   It is preferable that the surface of the base material on which the first plating layer and the second plating layer are formed is polished or the like in advance to improve smoothness.

また、めっき層の形成前に、基材に対してサブゼロ処理を実施して、基材の組織中に含まれる残留オーステナイトをマルテンサイトに変態させてもよい。サブゼロ処理は、焼入れ時に−75℃乃至−130℃程度まで冷却すればよい。これにより、基材のビッカース硬さをより高めることができ、例えば、ビッカース硬さを600〜700の範囲にできる。また、残留オーステナイト量を減少させることで、第1めっき層または第2めっき層の熱処理時の形状安定性を高めることができる。   Before forming the plating layer, a sub-zero treatment may be performed on the base material to transform residual austenite contained in the structure of the base material into martensite. Sub-zero treatment may be performed by cooling to about -75 ° C to -130 ° C during quenching. Thereby, the Vickers hardness of the base material can be further increased, and for example, the Vickers hardness can be in the range of 600 to 700. Also, by reducing the amount of retained austenite, the shape stability of the first plating layer or the second plating layer during heat treatment can be increased.

また、基材に対してラジカル窒化処理を行って、基材表面に窒化層を形成してもよい。ラジカル窒化処理を実施することで、基材表面のビッカース硬さを1000HV以上にすることができる。   Further, the substrate may be subjected to a radical nitriding treatment to form a nitrided layer on the surface of the substrate. By performing the radical nitriding treatment, the Vickers hardness of the substrate surface can be made 1000 HV or more.

更に、第1めっき層を形成する前に、基材表面に電気Niめっき層を形成してもよい。電気Niめっき層を形成することで、基材表面の不動態被膜を除去でき、基材に対する第1めっき層および第2めっき層の密着性をより高めることができる。   Further, before forming the first plating layer, an electric Ni plating layer may be formed on the surface of the base material. By forming the electric Ni plating layer, the passivation film on the surface of the substrate can be removed, and the adhesion of the first plating layer and the second plating layer to the substrate can be further improved.

次いで、無電解めっき法によりに第1めっき層形成する。無電解めっき法により形成された第1めっき層はビッカース硬度が比較的低いままなので、第1めっき層の形成後に熱処理を行う。熱処理条件としては例えば、熱処理温度300〜500℃、熱処理時間0.5〜3時間の条件を例示できる。   Next, a first plating layer is formed by an electroless plating method. Since the first plating layer formed by the electroless plating method has a relatively low Vickers hardness, heat treatment is performed after the formation of the first plating layer. Examples of the heat treatment conditions include a heat treatment temperature of 300 to 500 ° C. and a heat treatment time of 0.5 to 3 hours.

次いで、無電解めっき法により第2めっき層を形成する。その際、めっき浴中にフッ素樹脂粒子を分散させておく。めっき浴中のフッ素樹脂粒子の分散濃度は、Ni−Pめっき層に対して4〜10体積%の範囲でフッ素樹脂粒子が含有されるように調整すればよい。無電解めっき法により形成された第2めっき層はビッカース硬度が低いままなので、熱処理を行うことが好ましい。熱処理条件としては例えば、300〜350℃で0.5〜3時間の条件を例示できる。   Next, a second plating layer is formed by an electroless plating method. At that time, fluororesin particles are dispersed in the plating bath. The dispersion concentration of the fluororesin particles in the plating bath may be adjusted so that the fluororesin particles are contained in the range of 4 to 10% by volume with respect to the Ni-P plating layer. Since the second plating layer formed by the electroless plating method has a low Vickers hardness, it is preferable to perform a heat treatment. Examples of the heat treatment conditions include a condition of 300 to 350 ° C. for 0.5 to 3 hours.

また、本実施形態では、第1めっき層及び第2めっき層を形成した後に一度に熱処理を行うことで、第1めっき層及び第2めっき層のビッカース硬度を同時に高めてもよい。その場合の熱処理条件は、例えば、300〜350℃で0.5〜3時間の条件を例示できる。   In the present embodiment, the Vickers hardness of the first plating layer and the second plating layer may be simultaneously increased by performing the heat treatment at once after forming the first plating layer and the second plating layer. Examples of the heat treatment conditions in this case include a condition of 300 to 350 ° C. for 0.5 to 3 hours.

以上の工程により、チタン板のプレス用金型を製造できる。   Through the above steps, a pressing die for a titanium plate can be manufactured.

図6には、パンチのストローク量と、チタン板の板厚との関係をグラフで示す。図6のグラフは、図2に示すプレス用金型でチタン板をプレス成形した場合を簡易的に模擬した実験によって得られた結果である。板厚0.5mmの純チタン板の長手方向両端を拘束し、純チタン板の長手方向両端を2本のロールで下側から支持した状態で、チタン板の長手方向中央に1本のロールを上側から下降させて曲げ成形を行った場合の、チタン板の板厚の減少挙動を示したものである。加工後のチタン板は平面歪み状態になるようにしている。図6の横軸のパンチのストローク量は上側に配置したロールの下降量であり、縦軸の板厚は曲げ加工を受けた部位における最小板厚である。ロールの種類を変更することで、チタン板とロールとの静摩擦係数μを0.05と0.1に設定している。板厚が0.3mm(減少率40%)まで減少した時点のストローク量を見ると、静摩擦係数μが0.1の場合は4.3mmであるが、静摩擦係数μが0.05の場合は4.5mmまでストローク量が増加している。このように、金型とチタン板の静摩擦係数を高めて潤滑性を向上させることで、ストローク量を増加させることができ、割れを生じさせずに所望の形状に加工することが可能になる。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the stroke amount of the punch and the thickness of the titanium plate. The graph of FIG. 6 is a result obtained by an experiment in which a case where a titanium plate is press-formed with the press die shown in FIG. 2 is simply simulated. In a state in which both ends in the longitudinal direction of the pure titanium plate having a thickness of 0.5 mm are restrained and both ends in the longitudinal direction of the pure titanium plate are supported from below by two rolls, one roll is placed at the center in the longitudinal direction of the titanium plate. FIG. 4 shows a behavior of a reduction in the thickness of a titanium plate when bending is performed by descending from the upper side. The processed titanium plate is in a plane distortion state. The stroke of the punch on the horizontal axis in FIG. 6 is the descending amount of the roll arranged on the upper side, and the plate thickness on the vertical axis is the minimum plate thickness at the portion subjected to bending. By changing the type of roll, the static friction coefficient μ between the titanium plate and the roll is set to 0.05 and 0.1. Looking at the stroke amount when the plate thickness is reduced to 0.3 mm (decrease rate 40%), when the static friction coefficient μ is 0.1, it is 4.3 mm, and when the static friction coefficient μ is 0.05, The stroke amount has been increased to 4.5 mm. As described above, by increasing the coefficient of static friction between the mold and the titanium plate to improve the lubricity, the stroke amount can be increased, and a desired shape can be processed without causing cracks.

本実施形態のチタン板のプレス用金型には、本実施形態に係る表面処理皮膜が形成されるため、表面処理皮膜を形成しない場合に比べて、チタン板とプレス用金型との間の潤滑性を大幅に高めることができる。これによりチタン板のプレス成形方法において、プレス成形時のチタン板の割れを抑制できるようになる。   Since the surface treatment film according to the present embodiment is formed on the pressing mold for the titanium plate of the present embodiment, compared with the case where the surface treatment film is not formed, the distance between the titanium plate and the pressing mold is reduced. Lubricity can be greatly improved. This makes it possible to suppress cracking of the titanium plate during press forming in the method of press-forming a titanium plate.

また、本実施形態のチタン板のプレス用金型によれば、基材上に、第1めっき層及び第2めっき層を形成することで、プレス用金型21の潤滑性、耐摩耗性及び耐凝着性を向上させることができる。特に、第2めっき層にフッ素樹脂粒子を含有させることで、チタン管に対する潤滑性を高めることができ、チタン管成形時のチタンの凝着を防止できる。また、第2めっき層と基材との間に第1めっき層を形成することで、第2めっき層の密着性を高めることができ、第2めっき層の剥離を抑制できる。   In addition, according to the pressing die for a titanium plate of the present embodiment, by forming the first plating layer and the second plating layer on the base material, the lubricating property, abrasion resistance, and the like of the pressing die 21 are improved. Adhesion resistance can be improved. In particular, by including fluororesin particles in the second plating layer, lubricity to the titanium tube can be improved, and adhesion of titanium at the time of forming the titanium tube can be prevented. In addition, by forming the first plating layer between the second plating layer and the base material, the adhesion of the second plating layer can be increased, and peeling of the second plating layer can be suppressed.

また、本実施形態のチタン板のプレス成形方法は、成形後のチタン板の変形状態が平面ひずみ状態を含むものとなる場合でも、プレス成形後の割れ、チタン材料の凝着及び金型の摩耗を防止することができる。すなわち、本実施形態のチタン板のプレス成形方法では、表面処理皮膜によって突起部22b、23bとチタン板11aとの潤滑性が高まるので、チタン板11aを拘束したまま突起部22b、23bによって曲げ加工を行った場合でも、曲げ加工中にチタン板11aが突起部表面上を滑って凝着せず、チタン板11aは突起部22b、23bに拘束されずに伸ばされて、所望の形状に成形できる。また、パンチ22の下降により突起部22b、23bがチタン板11aに衝突して表面処理膜及び基材に衝撃が加わっても、表面処理皮膜に第1めっき層があり、更に必要に応じて電気Niめっき層があるため、第2めっき層が剥離することなく、潤滑性、耐凝着性及び耐摩耗性を損なうことがない。これにより、成形後のチタン板の変形状態が平面ひずみ状態を含むものとなる場合でも、プレス成形後の割れ、チタン材料の凝着及び金型の摩耗を防止できる。   Further, the method for press-forming a titanium plate according to the present embodiment can be applied to cracking, press-fitting of titanium material, and wear of a mold even after a deformation of the titanium plate includes a plane strain state. Can be prevented. That is, in the method for press-molding a titanium plate of the present embodiment, the lubricating property between the projections 22b and 23b and the titanium plate 11a is enhanced by the surface treatment film. Is performed, the titanium plate 11a slides on the surface of the protrusion during the bending process and does not adhere, and the titanium plate 11a is stretched without being restrained by the protrusions 22b and 23b, and can be formed into a desired shape. Further, even if the projections 22b and 23b collide with the titanium plate 11a due to the lowering of the punch 22 and an impact is applied to the surface treatment film and the base material, the surface treatment film has the first plating layer, and further, if necessary, Since the Ni plating layer is provided, the second plating layer does not peel off, and lubricity, adhesion resistance and wear resistance are not impaired. Thus, even when the deformed state of the titanium plate after forming includes a plane strain state, it is possible to prevent cracking after press forming, adhesion of the titanium material, and wear of the mold.

また、チタン板を成形する際、潤滑剤をチタン板に塗布してからプレス成形することで、チタン板とプレス用金型との潤滑性をより高めることができる。   Further, when forming the titanium plate, by applying a lubricant to the titanium plate and then press-forming, the lubricity between the titanium plate and the pressing mold can be further improved.

更に、本実施形態に係るプレス用金型によれば、金型の寿命を格段に向上でき、金型の交換頻度を低減でき、製造コストを大幅に削減できる。また、金型の交換頻度の低減によって、金型交換時の位置調整等に伴う歩留まり低下を防止し、また、成形寸法精度向上による歩留まり向上を達成できる。   Furthermore, according to the press die according to the present embodiment, the life of the die can be significantly improved, the frequency of replacing the die can be reduced, and the manufacturing cost can be greatly reduced. Further, by reducing the frequency of mold replacement, it is possible to prevent a decrease in yield due to position adjustment or the like at the time of mold replacement, and to achieve an improvement in yield by improving molding dimensional accuracy.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、チタン板のプレス成形に用いられる金型であれば、いかなる金型にも適用できる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to any mold that is used for press molding of a titanium plate.

次に、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。   Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the conditions used in the following examples.

<プレス用金型>
(実施例1)
まず、プレス用金型のダイ及びパンチの基材としてJIS G 4404にて規定されている工具鋼SKD11(C,Si,Mn,Cr,Mo,V,P,S,残部鉄及び不純物を本発明の範囲で含む鋼)を採用し、所定の形状に成形後、焼入れ及び焼戻し処理を行った。
次に、得られた基材表面に、Pを含むNi−Pめっき層からなる第1めっき層を形成した。第1めっき層は無電解めっき法により形成した。めっき浴には、硫酸ニッケル、次亜りん酸ナトリウム、pH緩衝剤、安定剤及び錯化剤を含むものを用いた。
次に、第1めっき層上に、Pを含むNi−Pめっき層からなる第2めっき層を形成した。第2めっき層は無電解めっき法により形成した。めっき浴には、硫酸ニッケル、次亜りん酸ナトリウム、pH緩衝剤、安定剤及び錯化剤を含むものを用い、更に、めっき浴に、平均粒径0.3μmのテトラフルオロエチレンからなるフッ素樹脂粒子を添加した。これにより、第2めっき層にフッ素樹脂粒子を含有させた。第2めっき層の形成後、熱処理温度300℃、熱処理時間1時間の条件で熱処理を行った。
このようにして、表1に示すような、第1めっき層及び第2めっき層を備えたプレス成形用金型を製造した。
<Dies for press>
(Example 1)
First, a tool steel SKD11 (C, Si, Mn, Cr, Mo, V, P, S, the balance of iron and impurities) specified in JIS G 4404 as a base material of a die and a punch of a press die is used in the present invention. After being formed into a predetermined shape, quenching and tempering were performed.
Next, a first plating layer composed of a Ni-P plating layer containing P was formed on the surface of the obtained base material. The first plating layer was formed by an electroless plating method. A plating bath containing nickel sulfate, sodium hypophosphite, a pH buffer, a stabilizer and a complexing agent was used.
Next, a second plating layer made of a Ni-P plating layer containing P was formed on the first plating layer. The second plating layer was formed by an electroless plating method. A plating bath containing nickel sulfate, sodium hypophosphite, a pH buffer, a stabilizer and a complexing agent is used. In addition, a fluororesin made of tetrafluoroethylene having an average particle diameter of 0.3 μm is used in the plating bath. Particles were added. Thereby, the fluororesin particles were contained in the second plating layer. After the formation of the second plating layer, heat treatment was performed under the conditions of a heat treatment temperature of 300 ° C. and a heat treatment time of one hour.
In this way, a press-forming die having the first plating layer and the second plating layer as shown in Table 1 was manufactured.

(実施例2)
プレス用金型のダイ及びパンチの基材としてJIS G 4404にて規定されている工具鋼SKD11(C,Si,Mn,Cr,Mo,V,P,S,残部鉄及び不純物を本発明の範囲で含む鋼)を採用し、焼入れ及び焼戻し処理を行った。
次に、基材の表面に、電気めっき法によりNi電気めっき層を形成し、その後直ちに、第1めっき層形成用の無電解めっき浴に基材を浸漬させて第1めっき層を形成した。めっき浴には、硫酸ニッケル、次亜りん酸ナトリウム、pH緩衝剤、安定剤及び錯化剤を含むものを用いた。
次に、第1めっき層上に、Pを含むNi−Pめっき層からなる第2めっき層を形成した。第2めっき層は無電解めっき法により形成した。めっき浴には、硫酸ニッケル、次亜りん酸ナトリウム、pH緩衝剤、安定剤及び錯化剤を含むものを用い、更に、めっき浴に、平均粒径0.3μmのテトラフルオロエチレンからなるフッ素樹脂粒子を添加した。これにより、第2めっき層にフッ素樹脂粒子を含有させた。第2めっき層の形成後、熱処理温度300℃、熱処理時間1時間の条件で熱処理を行った。
このようにして、表1に示すような、電気Niめっき層、第1めっき層及び第2めっき層を備えたプレス成形用金型を製造した。
(Example 2)
The tool steel SKD11 (C, Si, Mn, Cr, Mo, V, P, S, the balance of iron and impurities as specified in JIS G 4404 as a base material for a die and a punch of a press die is included in the scope of the present invention. , And quenching and tempering were performed.
Next, a Ni electroplating layer was formed on the surface of the substrate by an electroplating method, and immediately thereafter, the substrate was immersed in an electroless plating bath for forming a first plating layer to form a first plating layer. A plating bath containing nickel sulfate, sodium hypophosphite, a pH buffer, a stabilizer and a complexing agent was used.
Next, a second plating layer made of a Ni-P plating layer containing P was formed on the first plating layer. The second plating layer was formed by an electroless plating method. A plating bath containing nickel sulfate, sodium hypophosphite, a pH buffer, a stabilizer and a complexing agent is used. In addition, a fluororesin made of tetrafluoroethylene having an average particle diameter of 0.3 μm is used in the plating bath. Particles were added. Thereby, the fluororesin particles were contained in the second plating layer. After the formation of the second plating layer, heat treatment was performed under the conditions of a heat treatment temperature of 300 ° C. and a heat treatment time of one hour.
In this way, a press-molding die including the electric Ni plating layer, the first plating layer, and the second plating layer as shown in Table 1 was manufactured.

(実施例3)
プレス用金型のダイ及びパンチの基材としてJIS G 4404にて規定されている工具鋼SKD11(C,Si,Mn,Cr,Mo,V,P,S,残部鉄及び不純物を本発明の範囲で含む鋼)を採用し、焼入れ及び焼戻し処理を行った。
次に、基材の表面に、電気めっき法によりNi電気めっき層を形成し、その後直ちに、第1めっき層形成用の無電解めっき浴に基材を浸漬させて第1めっき層を形成した。めっき浴には、硫酸ニッケル、ジメチルアミンボラン、pH緩衝剤、安定剤及び錯化剤を含むものを用いた。
次に、第1めっき層上に、Pを含むNi−Pめっき層からなる第2めっき層を形成した。第2めっき層は無電解めっき法により形成した。めっき浴には、硫酸ニッケル、次亜りん酸ナトリウム、pH緩衝剤、安定剤及び錯化剤を含むものを用い、更に、めっき浴に、平均粒径0.3μmのテトラフルオロエチレンからなるフッ素樹脂粒子を添加した。これにより、第2めっき層にフッ素樹脂粒子を含有させた。第2めっき層の形成後、熱処理温度300℃、熱処理時間1時間の条件で熱処理を行った。
このようにして、表1に示すような、電気Niめっき層、第1めっき層及び第2めっき層を備えたプレス成形用金型を製造した。
(Example 3)
The tool steel SKD11 (C, Si, Mn, Cr, Mo, V, P, S, the balance of iron and impurities as specified in JIS G 4404 as a base material for a die and a punch of a press die is included in the scope of the present invention. , And quenching and tempering were performed.
Next, a Ni electroplating layer was formed on the surface of the substrate by an electroplating method, and immediately thereafter, the substrate was immersed in an electroless plating bath for forming a first plating layer to form a first plating layer. A plating bath containing nickel sulfate, dimethylamine borane, a pH buffer, a stabilizer and a complexing agent was used.
Next, a second plating layer made of a Ni-P plating layer containing P was formed on the first plating layer. The second plating layer was formed by an electroless plating method. A plating bath containing nickel sulfate, sodium hypophosphite, a pH buffer, a stabilizer and a complexing agent is used. In addition, a fluororesin made of tetrafluoroethylene having an average particle diameter of 0.3 μm is used in the plating bath. Particles were added. Thereby, the fluororesin particles were contained in the second plating layer. After the formation of the second plating layer, heat treatment was performed under the conditions of a heat treatment temperature of 300 ° C. and a heat treatment time of one hour.
In this way, a press-molding die including the electric Ni plating layer, the first plating layer, and the second plating layer as shown in Table 1 was manufactured.

(比較例1)
プレス用金型のダイ及びパンチの基材としてJIS G 4404にて規定されている工具鋼SKD11(C,Si,Mn,Cr,Mo,V,P,S,残部鉄及び不純物を本発明の範囲で含む鋼)を採用し、焼入れ及び焼戻し処理を行った。
次に、基材の表面に、Pを含むNi−Pめっき層からなるめっき層を形成した。めっき層は無電解めっき法により形成した。めっき浴には、硫酸ニッケル、次亜りん酸ナトリウム、pH緩衝剤、安定剤及び錯化剤を含むものを用い、更に、平均粒径0.3μmのテトラフルオロエチレンからなるフッ素樹脂粒子を添加した。めっき層の形成後、熱処理温度300℃、熱処理時間1時間の条件で熱処理を行った。
このようにして、表1に示すようなめっき層を備えたプレス成形用金型を製造した。なお、比較例1のめっき層の成分等は、表1の第2めっき層の欄に記載した。
(Comparative Example 1)
The tool steel SKD11 (C, Si, Mn, Cr, Mo, V, P, S, the balance of iron and impurities as specified in JIS G 4404 as a base material for a die and a punch of a press die is included in the scope of the present invention. , And quenching and tempering were performed.
Next, a plating layer composed of a Ni-P plating layer containing P was formed on the surface of the base material. The plating layer was formed by an electroless plating method. A plating bath containing nickel sulfate, sodium hypophosphite, a pH buffer, a stabilizer and a complexing agent was used, and fluororesin particles composed of tetrafluoroethylene having an average particle diameter of 0.3 μm were further added. . After the formation of the plating layer, heat treatment was performed under the conditions of a heat treatment temperature of 300 ° C. and a heat treatment time of 1 hour.
In this way, a press-forming die having a plating layer as shown in Table 1 was manufactured. The components of the plating layer of Comparative Example 1 were described in the column of the second plating layer in Table 1.

Figure 2019218608
Figure 2019218608

<プレス成形についての評価>
実施例1〜3及び比較例1のダイ及びパンチを用いて、チタン板をプレス成形することにより、プレス成形性を評価した。
図7に、試験に用いたプレス用金型の断面模式図を示す。図7に示すプレス用金型は、パンチ21と、ダイ22と、しわ押さえパッド23とから構成された。パンチ21には、3つの突起部21aを等間隔に設けた。また、ダイ22には2つの突起部22a、22aを設けた。ダイ21及びパンチ22における突起部先端は、断面視した場合に曲率半径3.0mmの曲面とされた。パンチ21の突起部21a及びダイ22の突起部22aは、パンチ21が下死点に下降したときに各突起部21a、22a同士の隙間が1.5mmになるように位置決めされた。パンチ21の図中幅方向の寸法は36mmであり、パンチ21及びダイ22のそれぞれの突起部の高さは10mmであった。ダイ22の外周部の上方には、しわ押さえパッド23を配置した。ダイ22には、パンチ21を囲むように材料の流入防止ビード22bを設けた。これにより、成形加工を受けたチタン板は、平面ひずみ状態となる。
<Evaluation of press molding>
The press formability was evaluated by press-forming a titanium plate using the dies and punches of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.
FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of a press die used in the test. The press die shown in FIG. 7 was composed of a punch 21, a die 22, and a wrinkle holding pad 23. The punch 21 is provided with three protrusions 21a at equal intervals. The die 22 was provided with two protrusions 22a, 22a. The tips of the projections of the die 21 and the punch 22 had a curved surface with a radius of curvature of 3.0 mm when viewed in cross section. The protrusion 21a of the punch 21 and the protrusion 22a of the die 22 are positioned so that the gap between the protrusions 21a and 22a becomes 1.5 mm when the punch 21 descends to the bottom dead center. The dimension of the punch 21 in the width direction in the figure was 36 mm, and the height of each protrusion of the punch 21 and the die 22 was 10 mm. Above the outer peripheral portion of the die 22, a wrinkle holding pad 23 was arranged. The die 22 was provided with a bead 22b for preventing the material from flowing so as to surround the punch 21. Thereby, the titanium plate that has been subjected to the forming process is in a plane strain state.

図7に示すプレス用金型を用いて、厚み0.5mmのチタン板のプレス成形を行った。チタン板は、JIS1種のチタンからなるチタン板を用いた。実施例1〜3のプレス用金型を用いた場合は、チタン板に防錆油(商品名:ノックスラスト、パーカー興産株式会社製)のみを潤滑剤として塗布し、プレス成形した。また、比較例1のプレス用金型を用いた場合は、ミルボンドによって表面処理したチタン板に、実施例1〜3と同じ潤滑剤を塗布して、プレス成形した。プレス成形によって、チタン板を図2に示すような波形状に成形加工した。このとき、波の振幅が狙い値で2.5mmになるようにポンチ21を押し込んだ。   Using a pressing die shown in FIG. 7, a 0.5 mm-thick titanium plate was press-formed. As the titanium plate, a titanium plate made of JIS Class 1 titanium was used. When the pressing dies of Examples 1 to 3 were used, only a rust-preventive oil (trade name: Knoxlast, manufactured by Parker Kosan Co., Ltd.) was applied to a titanium plate as a lubricant, and press-formed. When the press die of Comparative Example 1 was used, the same lubricant as in Examples 1 to 3 was applied to a titanium plate surface-treated by mill bonding and press-formed. The titanium plate was formed into a corrugated shape as shown in FIG. 2 by press forming. At this time, the punch 21 was pushed in so that the amplitude of the wave became 2.5 mm as a target value.

プレス成形の結果、実施例1〜3、比較例1とも、図2に示すような波形状に成形され、一方及び他方の突出部の断面の曲率半径が3.05〜3.11mmの範囲となり、振幅が4.8mmとなり、ほぼ狙い通りの形状が得られた。実施例1〜3、比較例1との割れは生じなかった。
板厚の最小値は、実施例1で0.38mm、比較例1で0.37mmとなり、両者に大きな差はなかった。
このように、実施例1〜3のプレス用金型を用いてプレス成形したチタン板は、ミルボンドの処理を行わないものであったが、比較例1と同様に割れを生じさせることなく、狙い通りの形状に成形が可能となった。
As a result of press molding, Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were each formed into a corrugated shape as shown in FIG. 2, and the radius of curvature of the cross section of one and the other protrusions was in the range of 3.05 to 3.11 mm. And the amplitude became 4.8 mm, and the shape almost as intended was obtained. Cracks from Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 did not occur.
The minimum value of the plate thickness was 0.38 mm in Example 1 and 0.37 mm in Comparative Example 1, and there was no significant difference between the two.
As described above, the titanium plates press-formed using the press dies of Examples 1 to 3 were not subjected to the mill bond treatment. It became possible to mold into the same shape.

また、JIS Z 2247に規定するエリクセン試験のパンチに本発明の金型を適用して耐久試験を行った。すなわち、パンチの基材の形状をJIS Z 2247に規定された形状にしたこと以外は上記実施例1〜3と同様にして、エリクセン試験用のパンチを製造した。そして、厚み0.5mmのJIS1種のチタン板を試験片とし、試験片に貫通割れが発生するまでパンチを押し込んだ。これを200回繰り返した。その結果、いずれのパンチも、パンチの表面に形成された第2めっき層の膜厚がやや薄くなったものの、第2めっき層そのものが剥がれることがなく、耐久性は良好だった。   In addition, a durability test was performed by applying the mold of the present invention to punches of the Erichsen test specified in JIS Z 2247. That is, a punch for an Erichsen test was manufactured in the same manner as in Examples 1 to 3, except that the shape of the base material of the punch was changed to the shape specified in JIS Z 2247. Then, a JIS type 1 titanium plate having a thickness of 0.5 mm was used as a test piece, and a punch was pushed into the test piece until a through crack occurred. This was repeated 200 times. As a result, in each of the punches, although the thickness of the second plating layer formed on the surface of the punch was slightly reduced, the second plating layer itself was not peeled off, and the durability was good.

1A〜1E…プレート(チタン板)、11a、11b…チタン板、21…プレス用金型、22…パンチ、22a…パンチプレート、22b…突起部(基材)、23…ダイ、23a…ダイプレート、23b…突起部(基材)。   1A to 1E: Plate (titanium plate), 11a, 11b: Titanium plate, 21: Press mold, 22: Punch, 22a: Punch plate, 22b: Projection (base material), 23: Die, 23a: Die plate , 23b ... protrusions (base material).

Claims (16)

チタン板のプレス成形加工に用いるプレス用金型であって、
基材と、前記基材の表面に形成された表面処理皮膜とを備え、
前記基材は、質量%で、
C:1.00〜2.30%、
Si:0.10〜0.60%、
Mn:0.20〜0.80%、
P:0.030%以下、
S:0.030%以下、
Cr:4.80〜13.00%を含有し、
残部が鉄及び不純物からなる組成を有する鋼材からなり、
前記表面処理皮膜は、
前記基材上に形成された、Niを含有する第1めっき層と、
前記第1めっき層上に形成された、Niを含有する第2めっき層と、を備え、
前記第2めっき層は、Pを3.0〜10.0質量%を含有し残部がNi及び不純物からなるNi−Pめっき層に、4〜10体積%のフッ素樹脂粒子が含有されてなり、ビッカース硬さが500〜650の範囲であることを特徴とする
チタン板のプレス用金型。
A press mold used for press forming of a titanium plate,
A substrate, comprising a surface treatment film formed on the surface of the substrate,
The base material is, by mass%,
C: 1.00 to 2.30%,
Si: 0.10 to 0.60%,
Mn: 0.20 to 0.80%,
P: 0.030% or less,
S: 0.030% or less,
Cr: containing 4.80 to 13.00%,
The balance is made of steel having a composition consisting of iron and impurities,
The surface treatment film,
A first plating layer formed on the base material and containing Ni,
A second plating layer containing Ni formed on the first plating layer,
The second plating layer contains 3.0 to 10.0% by mass of P, and a balance of 4 to 10% by volume of fluororesin particles is contained in the Ni-P plating layer containing Ni and impurities. A titanium plate pressing die having a Vickers hardness in the range of 500 to 650.
前記第1めっき層のビッカース硬さが700〜1300の範囲である請求項1に記載のチタン板のプレス用金型。   The die for pressing a titanium plate according to claim 1, wherein the Vickers hardness of the first plating layer is in a range of 700 to 1300. 前記第1めっき層が、Pを3.0〜10.0質量%を含有し、残部がNi及び不純物からなるNi−Pめっき層である請求項1または請求項2に記載のチタン板のプレス用金型。   3. The titanium plate press according to claim 1, wherein the first plating layer is a Ni—P plating layer containing 3.0 to 10.0 mass% of P and the balance being Ni and impurities. 4. Mold. 前記第1めっき層が、Bを0.3〜3.0質量%を含有し、残部がNi及び不純物からなるNi−Bめっき層である請求項1または請求項2に記載のチタン板のプレス用金型。   3. The titanium plate press according to claim 1, wherein the first plating layer is a Ni—B plating layer containing 0.3 to 3.0 mass% of B and the balance being Ni and impurities. 4. Mold. 前記基材と前記第1めっき層との間に、厚み0.1〜1μmの電気Niめっき層が形成されている請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。   5. The titanium sheet press according to claim 1, wherein an electric Ni plating layer having a thickness of 0.1 to 1 μm is formed between the base material and the first plating layer. 6. Mold. 前記第1めっき層の厚みが1〜2μmの範囲である請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。   The die for pressing a titanium plate according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the first plating layer is in a range of 1 to 2 µm. 前記第2めっき層の厚みが1〜5μmの範囲である請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。   The mold for pressing a titanium plate according to any one of claims 1 to 6, wherein the thickness of the second plating layer is in a range of 1 to 5 µm. 前記基材のビッカース硬さが550〜650である請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。   The die according to any one of claims 1 to 7, wherein the substrate has a Vickers hardness of 550 to 650. 前記基材の表面に窒化層が形成されている、請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。   The die for pressing a titanium plate according to any one of claims 1 to 8, wherein a nitride layer is formed on a surface of the base material. 前記窒化層の厚さが0.5μm〜5μmである、請求項9に記載のチタン板のプレス用金型。   The mold for pressing a titanium plate according to claim 9, wherein the thickness of the nitride layer is 0.5 μm to 5 μm. 前記窒化層の平均窒素濃度が、0.10〜0.50質量%である、請求項9または請求項10に記載のチタン板のプレス用金型。   The mold for pressing a titanium plate according to claim 9 or 10, wherein the nitrided layer has an average nitrogen concentration of 0.10 to 0.50% by mass. 前記窒化層における窒素の濃度分布が、前記窒化層表層から深さ方向に向かって減少する濃度勾配を有する、請求項9乃至請求項11の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。   The die for pressing a titanium plate according to any one of claims 9 to 11, wherein the concentration distribution of nitrogen in the nitride layer has a concentration gradient that decreases from the surface layer of the nitride layer toward the depth direction. . 前記基材が、さらに、質量%で、
Mo:0.70〜1.20%、
V:0.15〜1.00%、
W:0.60〜0.80%、
を含有する、請求項1乃至請求項12の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。
The substrate further comprises, in mass%,
Mo: 0.70 to 1.20%,
V: 0.15 to 1.00%,
W: 0.60 to 0.80%,
The mold for pressing a titanium plate according to any one of claims 1 to 12, comprising:
前記基材がパンチ及びダイである、請求項1乃至請求項13の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型。   The mold for pressing a titanium plate according to any one of claims 1 to 13, wherein the substrate is a punch and a die. 請求項1〜14の何れか一項に記載のチタン板のプレス用金型を用いて、チタン板をプレス成形する、チタン板のプレス成形方法。   A method for press-forming a titanium plate, comprising pressing the titanium plate using the die for pressing a titanium plate according to claim 1. 前記チタン板をプレス成形する際、チタン板の変形状態として平面ひずみ状態を含む、請求項15に記載のチタン板のプレス成形方法。   The method of press-forming a titanium plate according to claim 15, wherein when the titanium plate is press-formed, a deformed state of the titanium plate includes a plane strain state.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05163582A (en) * 1991-12-12 1993-06-29 C Uyemura & Co Ltd Treatment of surface
JP2004307570A (en) * 2003-04-03 2004-11-04 Nichiyu Kagaku Kogyo Kk Aqueous covering lubricant composition for processing-resistant metal
JP2006122067A (en) * 2004-10-26 2006-05-18 Asano:Kk Food case
JP2010105338A (en) * 2008-10-31 2010-05-13 Koyo Sealing Techno Co Ltd Rubber molding mold
JP2014065939A (en) * 2012-09-25 2014-04-17 Okayama Prefecture Molded article and method for manufacturing the same
WO2016125523A1 (en) * 2015-02-04 2016-08-11 日立金属株式会社 Cold work tool material, cold work tool and method for manufacturing same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05163582A (en) * 1991-12-12 1993-06-29 C Uyemura & Co Ltd Treatment of surface
JP2004307570A (en) * 2003-04-03 2004-11-04 Nichiyu Kagaku Kogyo Kk Aqueous covering lubricant composition for processing-resistant metal
JP2006122067A (en) * 2004-10-26 2006-05-18 Asano:Kk Food case
JP2010105338A (en) * 2008-10-31 2010-05-13 Koyo Sealing Techno Co Ltd Rubber molding mold
JP2014065939A (en) * 2012-09-25 2014-04-17 Okayama Prefecture Molded article and method for manufacturing the same
WO2016125523A1 (en) * 2015-02-04 2016-08-11 日立金属株式会社 Cold work tool material, cold work tool and method for manufacturing same

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