JP3414855B2 - High speed tool steel for precision casting - Google Patents

High speed tool steel for precision casting

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JP3414855B2
JP3414855B2 JP20151194A JP20151194A JP3414855B2 JP 3414855 B2 JP3414855 B2 JP 3414855B2 JP 20151194 A JP20151194 A JP 20151194A JP 20151194 A JP20151194 A JP 20151194A JP 3414855 B2 JP3414855 B2 JP 3414855B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、精密鋳造に使用される
高速度工具鋼に関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to high speed tool steels used in precision casting.

【0002】[0002]

【従来の技術】高速度工具鋼は、炭素及びCr、Mo、
W等の炭化物形成金属成分を含有し、それらの炭化物を
晶出及び析出させることにより、特に高温での硬度や耐
摩耗性を高めることができる特殊鋼の一種であって、歯
車を製造するための歯切カッター、バイト、チップ、ド
リル、エンドミル等の、金属ないし木材加工用の工具等
に広く使用されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION High speed tool steels include carbon and Cr, Mo,
It is a kind of special steel that contains carbide forming metal components such as W, and by increasing the hardness and wear resistance at high temperatures by crystallizing and precipitating those carbides, for manufacturing gears. Widely used for metal or wood processing tools such as gear cutting cutters, cutting tools, chips, drills, end mills, etc.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の高速度工具鋼
は、鋳造状態では凝固時に晶出する炭化物(一次炭化
物)が粗い網目状に形成されているので、高速度工具鋼
に必要な靱性が充分得られない。そのため、鋳造後に熱
間加工等を繰り返して粗い一次炭化物組織を微細均一化
させる必要があり、ほぼ最終に近い製品形状(いわゆる
ニアネットシェイプ)を鋳造のままで達成することは事
実上不可能である。そのため、最終工具形状は、上記熱
間加工の後に切削、熱間鍛造等により別途形成する必要
が生じ、工程数が増えて材料歩留まりが低下する問題が
あった。一方、鋳塊を溶製せず、ガスアトマイズ等で作
製した高速度工具鋼粉末を熱間静水圧プレス(HIP)
して、炭化物が微細均一化した焼結体を用いることも行
われているが、HIP法は鋳造法に比べて割高であり、
また、HIPにより得られたブロック状の焼結体を熱間
加工して用いるため、同様にニアネットシェイプが得ら
れない問題がある。
In the conventional high-speed tool steel, since carbides (primary carbides) that crystallize during solidification in the cast state are formed in a coarse mesh shape, the toughness required for the high-speed tool steel is high. I can't get enough. Therefore, it is necessary to repeat hot working etc. after casting to homogenize the coarse primary carbide structure finely, and it is practically impossible to achieve almost the final product shape (so-called near net shape) as cast. is there. Therefore, the final tool shape needs to be separately formed by cutting, hot forging, or the like after the hot working, and there is a problem that the number of steps increases and the material yield decreases. On the other hand, hot isostatic pressing (HIP) is performed on high-speed tool steel powder produced by gas atomization etc. without melting the ingot.
Then, although a sintered body in which carbides are finely homogenized is also used, the HIP method is more expensive than the casting method,
In addition, since the block-shaped sintered body obtained by HIP is used after hot working, there is a problem that a near net shape cannot be obtained in the same manner.

【0004】本発明の課題は、鋳造後の炭化物微細化の
ための加工処理が不要で、精密鋳造によるニアネットシ
ェイプの形成が可能であり、工具製造の工程数が少なく
材料歩留まりの高い精密鋳造用高速度工具鋼を提供する
ことにある。
The object of the present invention is to eliminate the need for processing for refining carbides after casting, to enable formation of near net shapes by precision casting, and to reduce the number of tool manufacturing steps and to achieve high material yield in precision casting. To provide high speed tool steel for use.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段、作用及び効果】本発明の
高速度工具鋼は精密鋳造用に使用されるものであって、
Feを主成分とし、以下の成分を含有することを特徴と
する: N :0.025重量%以上、C :0.7重量%以上
2.2重量%以下、Si:3重量%以下、Mn:1.5
重量%以下、Cr:3.0重量%以上6.0重量%以
下、W :27重量%以下、Mo:13.5重量%以
下、ただし、W+2Moは14重量%以上27重量%以
下、V :6.0重量%以下、及び不可避不純物。
MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS, ACTIONS AND EFFECTS The high speed tool steel of the present invention is used for precision casting,
Fe is a main component and is characterized by containing the following components: N: 0.025 wt% or more, C: 0.7 wt% or more and 2.2 wt% or less, Si: 3 wt% or less, Mn : 1.5
% By weight, Cr: 3.0% by weight or more and 6.0% by weight or less, W: 27% by weight or less, Mo: 13.5% by weight or less, where W + 2Mo is 14% by weight or more and 27% by weight or less, V: 6.0 wt% or less, and inevitable impurities.

【0006】高速度工具鋼の鋳造組織には、Feを主体
とするマトリクス相と、鋳造時にマトリクス相中に網目
状に形成される一次炭化物等が生じているが、本発明の
高速度工具鋼においては成分中に上記組成範囲のN(窒
素)が含有されており、晶出する一次炭化物の網目間隔
(例えば2次デンドライトアーム間隔)が窒素を含有し
ないものに比べて小さくなる。これにより、網目状の一
次炭化物が鋳造状態で微細かつ均一なものとなるので、
その後の熱間加工等による一次炭化物微細化の処理が不
要となり、精密鋳造により最終に近い製品形状(ニアネ
ットシェイプ)を形成することが可能となるほか、その
微細網目状の一次炭化物自体も材料全体としての硬度の
増加ならびに耐摩耗性の向上に寄与するようになる。な
お、鋳造された材料に焼入れ・焼戻し等の熱処理を施す
ことにより、上記一次炭化物の他に、その熱処理によっ
て析出する二次炭化物等が混在する組織となる。
In the cast structure of the high speed tool steel, a matrix phase mainly composed of Fe and primary carbides etc. formed in the matrix phase in a mesh shape during casting are generated. In N., N (nitrogen) in the above composition range is contained in the component, and the network spacing (for example, secondary dendrite arm spacing) of the primary carbide to be crystallized is smaller than that in the case where nitrogen is not contained. As a result, the mesh-shaped primary carbide becomes fine and uniform in the cast state,
It is not necessary to process the primary carbide refining by subsequent hot working, etc., and it is possible to form a product shape (near net shape) close to the final by precision casting, and the fine mesh-like primary carbide itself is also a material. It contributes to an increase in hardness as a whole and an improvement in wear resistance. By subjecting the cast material to heat treatment such as quenching and tempering, a structure is formed in which, in addition to the primary carbides, secondary carbides and the like precipitated by the heat treatment are mixed.

【0007】窒素の含有量は0.025重量%以下であ
ると、一次炭化物微細化の効果が充分に得られないため
靱性の低下につながる。従って、窒素の含有量は0.0
25重量%以上に設定される。一方、窒素の最大含有量
は材料の化学成分に対応してほぼ決定され、高速度工具
鋼の場合は0.1重量%程度となる。
If the nitrogen content is 0.025% by weight or less, the effect of refining the primary carbides cannot be sufficiently obtained, leading to a decrease in toughness. Therefore, the nitrogen content is 0.0
It is set to 25% by weight or more. On the other hand, the maximum content of nitrogen is almost determined according to the chemical composition of the material, and is about 0.1% by weight in the case of high speed tool steel.

【0008】本発明の高速度工具鋼においては、マトリ
クス相中に網目状に存在する炭化物は、できるだけ細か
い網目間隔を有することが靱性向上の上で好ましく、例
えばその平均網目間隔を50μm以下とすることができ
る。平均網目間隔は、望ましくは35μm以下とするの
がよい。
In the high speed tool steel of the present invention, it is preferable that the network-like carbides present in the matrix phase have a mesh size as fine as possible in order to improve the toughness. For example, the average mesh size is 50 μm or less. be able to. The average mesh spacing is desirably 35 μm or less.

【0009】次に、窒素以外の含有成分の役割について
説明する。C(炭素)は、同時に添加されるCr、W、
Mo、Vと炭化物を形成し、鋳造時に一次炭化物を晶出
させるとともに、焼戻しにより微細な二次炭化物をマト
リクス相中に析出させてこれを析出強化するほか、マト
リクス相に固溶して、これを固溶強化する働きもする。
これら効果は、いずれも本発明の高速度工具鋼の硬度
(強度)の向上に寄与する。
Next, the role of contained components other than nitrogen will be described. C (carbon) is Cr, W, and
It forms carbides with Mo and V, crystallizes the primary carbides during casting, and precipitates fine secondary carbides in the matrix phase by tempering to strengthen the precipitation and also to form a solid solution in the matrix phase. Also acts as a solid solution strengthener.
All of these effects contribute to the improvement of the hardness (strength) of the high speed tool steel of the present invention.

【0010】ここで、本発明の高速度工具鋼は、工具材
料として充分な耐摩耗性と強度を確保するために、その
硬度がロックウェルCスケール硬度で64以上、望まし
くは65以上とされるのがよいが、上記炭素の含有量が
0.70重量%未満であると、炭化物の晶出及び析出に
よる材料の強化、さらには固溶強化の効果が充分得られ
ず、硬度が上述の範囲を下回るものとなる。また、炭素
の含有量が2.2重量%を超えると、粗大な炭化物の形
成量が多くなり靱性が低下する。従って、炭素の含有量
は上述の範囲内のものとされる。炭素の含有量は、望ま
しくは0.80〜2.0重量%の範囲内で設定するのが
よい。
Here, the high speed tool steel of the present invention has a hardness of 64 or more, preferably 65 or more in Rockwell C scale hardness in order to secure sufficient wear resistance and strength as a tool material. However, if the content of carbon is less than 0.70% by weight, the effect of strengthening the material by crystallization and precipitation of carbide, and further solid solution strengthening cannot be sufficiently obtained, and the hardness is within the above range. Will be less than. Further, if the carbon content exceeds 2.2% by weight, the amount of coarse carbide formed increases and the toughness decreases. Therefore, the carbon content is within the above range. The carbon content is preferably set within the range of 0.80 to 2.0% by weight.

【0011】Si(硅素)は、溶湯中の溶存酸素成分と
結合してこれを除去する脱酸剤としての機能を果たすほ
か、マトリクス中に固溶してこれを強化する働きも兼ね
る。Siは3重量%を超えると靱性が低下するため、そ
れ以下の範囲内で含有量が設定され、望ましくは0.5
0重量%以下、さらに望ましくは0.10重量%以下と
される。
Si (silicon) not only functions as a deoxidizing agent that binds to and removes dissolved oxygen components in the molten metal, and also functions as a solid solution in the matrix to strengthen it. When Si exceeds 3% by weight, the toughness decreases, so the content is set within the range below, preferably 0.5
The amount is 0% by weight or less, and more preferably 0.10% by weight or less.

【0012】Mn(マンガン)も、Siと同じく脱酸剤
としての機能を果たす。その含有量が1.5重量%を超
えると靱性が低下するため、それ以下の範囲内で含有量
が設定され、望ましくは0.50重量%以下とされる。
Mn (manganese) also functions as a deoxidizer like Si. If the content exceeds 1.5% by weight, the toughness decreases, so the content is set within the range below, preferably 0.50% by weight or less.

【0013】Cr(クロム)は炭化物形成成分の一つで
あり、焼戻し時にマトリクス相中にM236型の微細な
炭化物を析出させ、材料の硬度を上昇させる。また、C
rは鋼の恒温変態曲線の鼻を長時間側に移動させるので
焼入れ性を高める効果もある。Crの含有量が3.0重
量%未満であると炭化物による析出強化の効果が充分得
られず、6.0重量%を超えると粗大な炭化物の形成量
が多くなり靱性が低下する。従って、Crの含有量は上
述の範囲内のものとされる。
Cr (chromium) is one of the carbide forming components, and precipitates fine M 23 C 6 type carbides in the matrix phase during tempering to increase the hardness of the material. Also, C
Since r moves the nose of the isothermal transformation curve of steel to the side for a long time, it also has the effect of enhancing hardenability. If the Cr content is less than 3.0% by weight, the effect of precipitation strengthening by the carbide cannot be sufficiently obtained, and if it exceeds 6.0% by weight, the amount of coarse carbide formed increases and the toughness decreases. Therefore, the Cr content is within the above range.

【0014】W(タングステン)とMo(モリブデン)
は炭化物形成に対して同様の作用を有しており、鋳造時
に微細網目状に形成されるM2C、M6C型の一次炭化物
の主要成分となるとともに、焼戻し時にはM2C型の微
細な炭化物としてマトリクス相中に析出し、材料の硬度
の増加及び耐摩耗性の向上に寄与する。W及びMoの含
有量の上限は、前者が27重量%、後者が13.5重量
%とされるが、両成分が共添加される場合は、(W含有
量+Mo含有量×2)の値の上限が27重量%とされ
る。MoはWのほぼ半分の原子量を有し、同じ含有量で
Wのほぼ2倍の原子数を与えるため、半分の添加量でW
と同等の効果を与える。そのため、上記共添加時の含有
量の上限を設定するに当たっては、Moの含有量を2倍
することにより、同等の効果を与えるWの相当量に換算
している。
W (tungsten) and Mo (molybdenum)
Has the same effect on the formation of carbides and is the main component of M 2 C and M 6 C type primary carbides formed in a fine mesh during casting, and at the time of tempering, M 2 C type fine carbides. As a carbide, it precipitates in the matrix phase and contributes to increase the hardness and wear resistance of the material. The upper limits of the W and Mo contents are 27% by weight for the former and 13.5% by weight for the latter, but when both components are co-added, the value of (W content + Mo content × 2) Is set to 27% by weight. Mo has almost half the atomic weight of W, and it gives almost twice as many atoms as W at the same content.
Gives the same effect as. Therefore, in setting the upper limit of the content at the time of the co-addition, the content of Mo is doubled to be converted into the equivalent amount of W which gives the same effect.

【0015】これら両成分が上記上限値を超えて含有さ
れると、粗大な炭化物の形成量が多くなり材料の靱性が
低下する。また、(W含有量+Mo含有量×2)が14
重量%未満となると、炭化物の晶出量ないし析出量が減
少して、材料の硬度並びに耐摩耗性が不足する。なお、
WとMoはいずれか一方のみを単独で添加することもで
きる。
If both of these components are contained in excess of the above upper limits, the amount of coarse carbides formed will increase and the toughness of the material will decrease. Also, (W content + Mo content × 2) is 14
If it is less than wt%, the amount of crystallization or the amount of precipitation of carbides decreases, and the hardness and wear resistance of the material become insufficient. In addition,
Only one of W and Mo may be added alone.

【0016】V(バナジウム)は高硬度のMC型の炭化
物を形成し、材料の硬度を上昇させる。Vの含有量が
6.0重量%を超えると材料の靱性が低下するので、V
の含有量は上述の範囲内のものとされる。
V (vanadium) forms MC type carbide having high hardness and increases the hardness of the material. If the V content exceeds 6.0% by weight, the toughness of the material decreases, so V
The content of is within the above range.

【0017】本発明の高速度工具鋼には、13重量%以
下のCoを含有させることができる。Coは材料の耐熱
性を向上させるので、重研削用あるいは高速切削用のド
リルなど、摩擦等により温度が上がりやすい環境で使用
される工具等に好適な高速度鋼を得ることができる。ま
た、Coはマトリクス相に固溶してこれを固溶強化する
ほか、マトリクス相の炭素固溶限度を増大させ、炭素に
よる固溶強化を促進する効果も有し、特に大きな硬度を
有する高速度工具鋼が必要な場合においても、その添加
が有効となる。なお、Coを13重量%を超えて含有さ
せると、上述の効果は飽和し、Co成分の無駄が多くな
る。また、上述の効果を顕著に得るためにはCoを3重
量%以上含有させることが望ましい。
The high speed tool steel of the present invention may contain 13% by weight or less of Co. Since Co improves the heat resistance of the material, it is possible to obtain a high-speed steel suitable for a tool used in an environment in which the temperature easily rises due to friction, such as a drill for heavy grinding or high-speed cutting. In addition, Co has a solid solution in the matrix phase to strengthen it, and also has an effect of increasing the solid solution limit of carbon in the matrix phase and accelerating the solid solution strengthening by carbon. Even when tool steel is required, its addition is effective. When Co is contained in an amount of more than 13% by weight, the above effect is saturated and the Co component is wasted. Further, in order to obtain the above effects remarkably, it is desirable to contain Co in an amount of 3% by weight or more.

【0018】また、本発明の高速度工具鋼に、Al、N
b及びTiのいずれか又は2種以上を、その合計が3重
量%以下の範囲内で含有させることができる。上記成分
を含有させることにより、マトリクス相中にこれら成分
の微細な窒化物ないし炭化物が分散析出し、結晶粒界移
動に対する固着効果が生ずる。これにより、焼入れ加熱
時に結晶粒が成長して粗大化すること、ひいては材料の
靱性が低下することが抑制される。なお、上記成分を過
度に含有させると上述の効果は飽和し、成分の無駄が多
くなるので上記範囲内で含有量が設定される。一方、添
加による効果を充分に得るためには、合計含有量が少な
くとも0.04重量%程度以上であることが望ましい。
ここで、合計含有量は、望ましくは0.04〜1.0重
量%、の範囲内で設定するのがよい。
Further, the high speed tool steel of the present invention can be formed by adding Al, N
Any one or two or more of b and Ti can be contained within the range of the total of 3% by weight or less. By incorporating the above-mentioned components, fine nitrides or carbides of these components are dispersed and precipitated in the matrix phase, and a fixing effect on the movement of grain boundaries is produced. As a result, it is possible to prevent the crystal grains from growing and coarsening during quenching and heating, and consequently to prevent the toughness of the material from decreasing. If the above-mentioned components are contained excessively, the above-mentioned effects will be saturated, and the waste of the components will increase, so the content is set within the above range. On the other hand, in order to sufficiently obtain the effect of addition, it is desirable that the total content is at least about 0.04% by weight or more.
Here, the total content is preferably set within the range of 0.04 to 1.0% by weight.

【0019】本発明の高速度工具鋼には、0.15重量
%以下のS及び0.40重量%以下のPbのいずれか又
は双方を含有させることができる。これら両元素は、材
料の切削性を向上させるので、精密鋳造された鋳造体
に、切削等により若干の加工を施す必要がある場合に
は、その添加が有効となる。なお、これらの元素を過度
に含有させると材料の靱性が低下するので、上記範囲内
で含有量が設定される。一方、添加による効果を充分に
得るためには、Sについては0.03〜0.10重量
%、Pbについては0.05〜0.30重量%の範囲内
で、それぞれ含有量を設定することが望ましい。
The high speed tool steel of the present invention may contain 0.15% by weight or less of S and 0.40% by weight or less of Pb, or both. Both of these elements improve the machinability of the material. Therefore, when it is necessary to slightly process a precision-cast casting by cutting or the like, its addition is effective. Note that if these elements are excessively contained, the toughness of the material is lowered, so the content is set within the above range. On the other hand, in order to sufficiently obtain the effect of addition, the content should be set within the range of 0.03 to 0.10% by weight for S and 0.05 to 0.30% by weight for Pb. Is desirable.

【0020】本発明の高速度工具鋼には、希土類成分を
0.60重量%以下の範囲内で含有させることができ
る。希土類成分を含有させることにより、鋳造凝固時の
炭化物の晶出温度域(固液共存域)が狭くなり、晶出す
る網目状炭化物がさらに微細化されて材料の靱性ないし
抗折力が高められる。使用される希土類成分の種類は特
に限定されないが、ミッシュメタル等の非分離希土類金
属が比較的安価であるので好ましく使用される。
The high speed tool steel of the present invention may contain a rare earth component in an amount of 0.60% by weight or less. The inclusion of rare earth components narrows the crystallization temperature range (solid-liquid coexistence range) of carbides during solidification by casting, and the networked carbides that crystallize are further refined to improve the toughness and transverse rupture strength of the material. . The type of rare earth component used is not particularly limited, but non-separated rare earth metal such as misch metal is preferably used because it is relatively inexpensive.

【0021】なお、上記希土類成分を過度に含有させる
と、上述の効果は飽和して成分の無駄が多くなる上、希
土類金属は高価でありコスト高を招くこととなる。従っ
て、上記範囲内で希土類成分の含有量が設定される。一
方、添加による効果を充分に得るためには、希土類成分
の合計含有量を少なくとも0.05重量%程度以上とす
ることが望ましい。ここで、合計含有量は、望ましくは
0.05〜0.10重量%の範囲内で設定するのがよ
い。
If the rare earth component is excessively contained, the above effect is saturated, the component is wasted, and the rare earth metal is expensive, resulting in high cost. Therefore, the content of the rare earth component is set within the above range. On the other hand, in order to sufficiently obtain the effect of the addition, it is desirable that the total content of the rare earth components is at least about 0.05% by weight or more. Here, the total content is preferably set within the range of 0.05 to 0.10% by weight.

【0022】Feは本発明の高速度工具鋼の主成分であ
り、マトリクス相の主要成分をなすものである。
Fe is the main component of the high speed tool steel of the present invention and the main component of the matrix phase.

【0023】上記の成分以外に、配合原料等から混入す
るP、Cu、Ni、O等の不可避不純物が、例えば合計
で0.7重量%以下の範囲内で含まれていてもよい。
In addition to the above-mentioned components, unavoidable impurities such as P, Cu, Ni, and O which are mixed in from the raw materials for compounding may be contained in a total amount of, for example, 0.7% by weight or less.

【0024】以下、本発明の高速度工具鋼により、工具
等の各種部材を製造する方法について説明する。まず、
上述の合金組成が得られるように所定量の出発原料を配
合し、これを高周波誘導溶解等の公知の溶解法により溶
解する。ここで、上記窒素成分は窒化クロム、窒化マン
ガン等の窒素を含有する固体物質の形で配合される。次
に、その溶湯を減圧吸上げ鋳造法、上注ぎ減圧鋳造法、
上注ぎ鋳造法等の精密鋳造法により、刃先部等を除いて
後加工の必要性があまりない、ニアネットシェイプを有
する鋳造体を製造する。
A method of manufacturing various members such as tools using the high speed tool steel of the present invention will be described below. First,
A predetermined amount of starting materials are mixed so as to obtain the above alloy composition, and this is melted by a known melting method such as high frequency induction melting. Here, the nitrogen component is blended in the form of a solid substance containing nitrogen such as chromium nitride and manganese nitride. Then, the molten metal is vacuum suction casting method, top pouring vacuum casting method,
By a precision casting method such as a top pouring casting method, a cast body having a near net shape, which does not require post-processing except for a cutting edge portion, is manufactured.

【0025】図1に、減圧吸引鋳造を行う場合の装置の
例を示す。鋳造装置1は全体が大気中又は不活性ガス雰
囲気中に配置されており、下部にアルミナ等で構成され
る坩堝2が配置され、その外側に誘導加熱コイル9が配
置されている。坩堝2の上側には鋳型チャンバ3が設け
られ、その内部にはセラミックシェル鋳型等の通気性鋳
型4が配置されている。通気性鋳型4の内部には、所定
の形状の高速度工具鋼部材を鋳造するための鋳造空間5
が形成され、吸引通路部6を介して坩堝2の内側と連通
している。また、鋳型チャンバ3の内側空間は吸引口7
より図示しないポンプにより減圧吸引されるようになっ
ている。なお、8は鋳型チャンバ3と鋳型4との間の気
密性を保持するためのシール部材である。
FIG. 1 shows an example of an apparatus for performing vacuum suction casting. The entire casting apparatus 1 is placed in the atmosphere or in an inert gas atmosphere, a crucible 2 made of alumina or the like is placed in the lower portion, and an induction heating coil 9 is placed outside the crucible 2. A mold chamber 3 is provided on the upper side of the crucible 2, and a breathable mold 4 such as a ceramic shell mold is arranged inside the mold chamber 3. Inside the breathable mold 4, there is a casting space 5 for casting a high speed tool steel member having a predetermined shape.
Is formed and communicates with the inside of the crucible 2 via the suction passage portion 6. The inner space of the mold chamber 3 has a suction port 7
It is adapted to be sucked under reduced pressure by a pump (not shown). In addition, 8 is a seal member for maintaining airtightness between the mold chamber 3 and the mold 4.

【0026】図示しない電源より高周波電流を誘導加熱
コイル9に供給すると、坩堝2内の原料が誘導加熱され
溶解する。この状態で、鋳型チャンバ3の内側空間を吸
引口7より減圧吸引すると、通気性鋳型4の壁部を介し
て鋳造空間5内も減圧されるので、坩堝2内の溶湯Mが
吸引通路部6を通って鋳造空間5内へ吸い上げられ、部
材の鋳造が行われる。鋳造空間5内に吸い上げられた溶
湯Mは、減圧による吸引力によって空間5の隅々に偏り
なく供給されるので、寸法精度の高いニアネットシェイ
プの鋳造体を得ることができる。
When a high-frequency current is supplied to the induction heating coil 9 from a power source (not shown), the raw material in the crucible 2 is induction-heated and melted. In this state, if the inner space of the mold chamber 3 is decompressed and sucked from the suction port 7, the pressure in the casting space 5 is also reduced through the wall portion of the air-permeable mold 4, so that the molten metal M in the crucible 2 is sucked into the suction passage portion 6 It is sucked up into the casting space 5 through and is cast into a member. The molten metal M sucked up into the casting space 5 is uniformly supplied to every corner of the space 5 by the suction force due to the decompression, so that a near net shape cast body with high dimensional accuracy can be obtained.

【0027】上記のようにして得られる鋳造体中には、
前述の微細網目状の炭化物(一次炭化物)が形成されて
いる。なお、切削等により鋳造体に若干の加工を施す必
要がある場合には、鋳造体を軟化させて切削性を高める
ための焼鈍処理が、例えば800〜900℃で0.5〜
2時間程度行われ、焼鈍後は鋳造体は徐冷される。
In the cast body obtained as described above,
The above-mentioned fine mesh-like carbide (primary carbide) is formed. In addition, when it is necessary to slightly process the cast body by cutting or the like, the annealing treatment for softening the cast body to improve the machinability is performed by, for example, 0.5 to 800 at 900 to 900 ° C.
It is performed for about 2 hours, and after annealing, the cast body is gradually cooled.

【0028】次に、得られた鋳造体には、焼入れが施さ
れる。焼入れのための加熱は真空炉又は塩浴等を用いて
行われ、鋳造体を所定温度、例えば1150〜1250
℃程度に所定時間、例えば3〜30分程度保持すること
により、凝固後の冷却時に析出した粗大な炭化物等をマ
トリクス相に再固溶させ、その後上記粗大な炭化物が再
析出しないよう、その析出温度域(例えば900〜10
00℃)を急冷して焼入れを行う。冷却は通常、真空炉
を使用する場合は、不活性ガスによる加圧ガス冷却又は
油冷が、塩浴を使用する場合は油冷又は塩浴焼入れが用
いられる。焼入れ後の鋳造体には、炭素を過飽和に含ん
だマトリクス相(例えばマルテンサイト相及び残留オー
ステナイト相)と、前記一次炭化物相等が形成されてい
る。
Then, the obtained cast body is quenched. The heating for quenching is performed using a vacuum furnace, a salt bath, or the like, and the cast body is heated to a predetermined temperature, for example, 1150 to 1250.
By holding at about 0 ° C. for a predetermined time, for example, for about 3 to 30 minutes, coarse carbides and the like precipitated during cooling after solidification are redissolved in the matrix phase, and the precipitation is performed so that the coarse carbides do not re-precipitate. Temperature range (eg 900-10
(00 ° C) is quenched and quenched. For cooling, usually, when a vacuum furnace is used, pressurized gas cooling with an inert gas or oil cooling is used, and when a salt bath is used, oil cooling or salt bath quenching is used. A matrix phase (for example, a martensite phase and a retained austenite phase) containing supersaturated carbon and the primary carbide phase and the like are formed in the cast body after quenching.

【0029】焼入れ後の鋳造体は、大気炉や真空炉ある
いは塩浴等を用いて所定温度、例えば500〜600℃
の温度範囲で焼戻しされる。この焼戻し処理により、C
r、W、Mo、V等の微細な二次炭化物が析出するこ
と、及び残留オーステナイト相の分解により材料の硬度
が大きく増大する。焼戻し処理は、残留オーステナイト
相の分解率を高めるために2回以上、成分偏析が起こり
やすい太物材等には3回以上繰り返して行うことが望ま
しい。焼戻しにより硬化した鋳造体は、刃先研ぎ出し等
の仕上げ加工が施されて最終製品とされる。
The cast body after quenching is subjected to a predetermined temperature, for example, 500 to 600 ° C. by using an atmospheric furnace, a vacuum furnace, a salt bath or the like.
Tempered in the temperature range. By this tempering treatment, C
The hardness of the material is greatly increased by the precipitation of fine secondary carbides such as r, W, Mo and V, and the decomposition of the retained austenite phase. The tempering treatment is preferably performed twice or more for increasing the decomposition rate of the retained austenite phase, and three times or more for a thick material or the like in which component segregation easily occurs. The cast body that has been hardened by tempering is subjected to finishing processing such as sharpening of the cutting edge to obtain a final product.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。表
1及び表2の試料番号1〜21(18〜21は比較例)
の各組成を有する合金を高周波誘導溶解炉を用いて溶解
し、減圧吸上げ鋳造法により歯車製造用の歯切カッタ
(外径30mm、内径28mm、高さ28mm)を鋳造
し、試験品を得た。次に、鋳造体を、真空炉を用いて8
70℃で1時間の焼鈍を行った。なお、焼鈍後の冷却は
600℃まで15℃/hrの速度で徐冷し、以後大気中
にて空冷した。そして、焼鈍後の鋳造体に、表3に示す
A〜Eの5種類の条件により、塩浴を用いた焼入れ及び
焼戻しを施した。なお、焼入れは油焼入れとし、焼戻し
はそれぞれ同一条件で3回繰り返した。また、焼戻し後
の冷却は大気中空冷とした。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Sample numbers 1 to 21 in Tables 1 and 2 (18 to 21 are comparative examples)
The alloys having the respective compositions of 1 are melted by using a high frequency induction melting furnace, and a gear cutting cutter (outer diameter 30 mm, inner diameter 28 mm, height 28 mm) is cast by a vacuum suction casting method to obtain a test product. It was Next, the cast body is placed in a vacuum furnace for 8 hours.
Annealing was performed at 70 ° C. for 1 hour. The cooling after annealing was performed by gradually cooling to 600 ° C. at a rate of 15 ° C./hr, and then air-cooling in the atmosphere. Then, the cast body after annealing was subjected to quenching and tempering using a salt bath under the five conditions of A to E shown in Table 3. Note that quenching was oil quenching, and tempering was repeated three times under the same conditions. The cooling after tempering was air hollow cooling.

【0031】焼戻しにより硬化した試験品(歯切カッ
タ)は、ロックウェル硬度(Cスケール)を測定後それ
ぞれ歯切盤にセットされ、Cr合金鋼(SCr420焼
ならし材)製のはすば歯車(直径22mm、高さ15m
m)の歯切加工を繰り返し行い、切削不能となるまでの
加工回数によりその寿命を評価した。なお、比較用とし
て、硬度の異なる市販の粉末高速度工具鋼鋼材(HRC
67及び69)で作製した2種の歯切カッタ(試料番号
22、23、表2)の寿命評価も同時に行った。結果を
表1及び表2に示す。なお、各番号の試験品は、上記比
較品に対応させて2種の硬度レベルに選別し、各硬度レ
ベル毎に比較品の工具寿命を100として、相対値によ
り寿命を表示している。
Test pieces (gear cutters) hardened by tempering were set on gear cutting machines after measuring Rockwell hardness (C scale), and helical gears made of Cr alloy steel (SCr420 normalizing material). (Diameter 22 mm, height 15 m
The gear cutting process of m) was repeated, and the life was evaluated by the number of times of processing until cutting became impossible. For comparison, commercially available powder high speed tool steel materials with different hardness (HRC
67 and 69), the life evaluation of two types of gear cutting cutters (Sample Nos. 22 and 23, Table 2) was also performed at the same time. The results are shown in Tables 1 and 2. In addition, the test product of each number is sorted into two hardness levels corresponding to the comparative product, and the tool life of the comparative product is set to 100 for each hardness level, and the relative service life is displayed.

【0032】次に、寿命評価終了後の試験品から幅5m
m、厚さ3mm、長さ30mmの試験片を切り出し、下
部スパン20mmにて3点曲げによる抗折試験を行っ
た。また、同じ試験片の表面を研磨及びエッチングし
て、形成された網目状炭化物組織の光学顕微鏡観察なら
びに顕微鏡組織写真の撮影を行った。そして、その組織
写真に上にインク等により適宜直線を引き、その直線に
よって切り取られた炭化物像の網目間隔の平均値から、
炭化物の網目間隔の実寸平均値を見積った。具体的に
は、例えば写真1視野に対し60mm及び45mmの2
本の直線を引き、それぞれの直線が21個及び12個の
炭化物像の網目を横切ったとすると、それら網目の写真
上での平均間隔は(60÷21+45÷12)÷2=
3.31mmとなる。そして、写真の倍率が例えば10
0倍の場合、実寸の網目間隔は3.31mm÷100=
33.1μmとなる。このようにして見積った炭化物の
網目間隔を表1及び表2に示す。
Next, a width of 5 m from the test product after the end of life evaluation.
A test piece of m, a thickness of 3 mm, and a length of 30 mm was cut out, and a bending test was performed by bending at three points with a lower span of 20 mm. The surface of the same test piece was polished and etched, and the formed network carbide structure was observed with an optical microscope and a microstructure photograph was taken. Then, a straight line is appropriately drawn on the structure photograph with ink or the like, and from the average value of the mesh spacing of the carbide image cut by the straight line,
The actual size average value of the mesh spacing of the carbide was estimated. Specifically, for example, 60 mm and 45 mm of 2 per 1 field of view of a photograph
If a straight line is drawn and each straight line crosses the mesh of 21 and 12 carbide images, the average interval on the photograph of these meshes is (60 ÷ 21 + 45 ÷ 12) ÷ 2 =
It becomes 3.31 mm. And the magnification of the picture is, for example, 10
In the case of 0 times, the actual mesh size is 3.31 mm ÷ 100 =
It becomes 33.1 μm. Tables 1 and 2 show the network spacing of the carbides thus estimated.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】[0034]

【表2】 [Table 2]

【0035】[0035]

【表3】 [Table 3]

【0036】表1及び表2に示した結果から明らかなよ
うに、窒素含有量が0.025重量%以下の試料(比較
例、試料番号18〜21)は、いずれも炭化物の網目間
隔が50μm以上であり、カッタ寿命は粉末高速度工具
鋼鋼材品(試料番号22、23)のそれを100とした
ときに、60〜90程度と低く、抗折力も200kgf
/mm2程度以下に留まっている。これに対し、窒素の
含有量が0.025重量%を超える本発明の高速度工具
鋼(試料番号1〜17)は、炭化物網目間隔がいずれも
比較例の試料よりも小さく、いずれの硬度レベルにおい
ても熱処理条件に関係なくカッター寿命及び抗折力が粉
末高速度工具鋼鋼材品よりも高くなっており、耐久性及
び靱性に優れたものであることがわかる。これらのうち
でも、特に窒素含有量が0.04重量%を超える試料
(試料番号2、4、6、8〜17)は、炭化物網目間隔
が30μm前後まで減少しており、抗折力とカッター寿
命はいずれも大きくなっている。
As is clear from the results shown in Tables 1 and 2, the samples having a nitrogen content of 0.025% by weight or less (Comparative Examples, Sample Nos. 18 to 21) all have a carbide network spacing of 50 μm. The cutter life is as low as about 60 to 90 and the transverse rupture strength is 200 kgf when the powder high speed tool steel product (sample numbers 22 and 23) is set to 100.
/ Mm 2 or less. On the other hand, in the high-speed tool steels of the present invention (Sample Nos. 1 to 17) in which the nitrogen content exceeds 0.025% by weight, the carbide network intervals are all smaller than those of the samples of Comparative Examples, and any hardness level. Also, it is understood that, regardless of the heat treatment conditions, the cutter life and the transverse rupture strength are higher than those of the powder high speed tool steel steel products, and the durability and toughness are excellent. Among these, particularly in the samples having a nitrogen content of more than 0.04% by weight (Sample Nos. 2, 4, 6, 8 to 17), the carbide mesh spacing was reduced to around 30 μm, and the bending strength and the cutter were reduced. The lifespan is increasing.

【0037】図2、図3及び図4は、それぞれ試料番号
2、1及び18の光学顕微鏡組織の写真(倍率100
倍)である。写真中、白く表れている部分が網目状の炭
化物、やや暗く表れている部分がマトリクス相である。
窒素含有量の少ない試料18(図4)の炭化物の網目間
隔は大きいが、窒素含有量の少ない試料2及び1(図2
及び図3)の網目間隔は小さくなっていることがわか
る。なお、焼戻し時に析出する二次炭化物は非常に微細
なため、倍率の低いこれらの写真には表れていない。
2, 3 and 4 are photographs of the optical microscope structures of Sample Nos. 2, 1 and 18 (magnification: 100).
Times). In the photograph, the white portions are mesh-like carbides, and the slightly dark portions are the matrix phase.
Sample 18 (FIG. 4) with a low nitrogen content has a large carbide network, but samples 2 and 1 with a low nitrogen content (FIG. 2).
It can be seen that the mesh spacing in FIG. 3) is smaller. The secondary carbides precipitated during tempering are extremely fine and are not shown in these photographs with low magnification.

【0038】図5は、上記実施例及び比較例の高速度工
具鋼試料の抗折力を、各窒素含有量レベル毎に、試料の
硬度に対してプロットしたものである。図中、実線で囲
んだプロット点は窒素の含有量が0.04重量%以上の
試料、一点鎖線で囲んだプロット点は窒素の含有量が
0.25〜0.04重量%の試料、破線で囲んだプロッ
ト点は窒素の含有量が0.025重量%未満の試料にそ
れぞれ対応している。本図から明らかなように、窒素を
0.025重量%以上含有する試料は、いずれの硬度に
おいても窒素含有量が0.025重量%未満の試料より
も抗折力が大きく、窒素含有量が0.04重量%以上の
場合には特に優れた抗折力を示すことがわかる。また、
これら窒素含有量の高い試料は鋳造品でありながら、粉
末高速度工具鋼鋼材品(図中●でプロット)と同等ない
しそれ以上の抗折力を有していることがわかる。
FIG. 5 is a plot of the transverse rupture strength of the high speed tool steel samples of the above Examples and Comparative Examples, with respect to the hardness of the samples for each nitrogen content level. In the figure, the plot points surrounded by a solid line are samples with a nitrogen content of 0.04 wt% or more, the plot points surrounded by a dot-dash line are samples with a nitrogen content of 0.25 to 0.04 wt%, and a broken line. Plot points surrounded by ∘ correspond to samples having a nitrogen content of less than 0.025% by weight, respectively. As is clear from this figure, the samples containing 0.025% by weight or more of nitrogen have a larger transverse rupture strength than those of the samples having a nitrogen content of less than 0.025% by weight and have a nitrogen content of any hardness. It can be seen that when the content is 0.04% by weight or more, particularly excellent transverse rupture strength is exhibited. Also,
It can be seen that these samples with a high nitrogen content have a bending strength equal to or higher than that of the powder high-speed tool steel steel products (plotted with ● in the figure), although they are cast products.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の高速度工具鋼を精密鋳造するための、
鋳造装置の一例を示す模式図。
1 for precision casting of high speed tool steel of the invention,
The schematic diagram which shows an example of a casting apparatus.

【図2】実施例の高速度工具鋼試料の光学顕微鏡組織写
真。
FIG. 2 is an optical micrograph of a high speed tool steel sample of an example.

【図3】実施例の別の高速度工具鋼試料の光学顕微鏡組
織写真。
FIG. 3 is an optical micrograph of another high speed tool steel sample of Example.

【図4】比較例の高速度工具鋼試料の光学顕微鏡組織写
真。
FIG. 4 is an optical micrograph of a high speed tool steel sample of a comparative example.

【図5】実施例及び比較例の高速度工具鋼試料の硬度と
抵抗力の関係を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between hardness and resistance of high speed tool steel samples of Examples and Comparative Examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 鋳造装置 3 鋳型チャンバ 4 通気性鋳型 1 casting equipment 3 Mold chamber 4 Breathable mold

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C22C 38/60 C22C 38/60 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (51) Int.Cl. 7 Identification Code FI C22C 38/60 C22C 38/60

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Feを主成分とし、下記の成分を含有す
と共に、マトリクス中に炭化物が網目状に存在する組
織を有し、その網目状炭化物の平均網目間隔が50μm
以下としたことを特徴とする精密鋳造用高速度工具鋼: N :0.025重量%以上、 C :0.7重量%以上2.2重量%以下、 Si:3重量%以下、 Mn:1.5重量%以下、 Cr:3.0重量%以上6.0重量%以下、 W :27重量%以下、 Mo:13.5重量%以下、 ただし、W+2Moは14重量%以上27重量%以下、 V :6.0重量%以下、及び 不可避不純物。
1. A group comprising Fe as a main component, containing the following components and having carbides in a matrix in a matrix.
Have a woven structure and the average mesh spacing of the mesh-like carbide is 50 μm
High-speed tool steel for precision casting characterized by the following : N: 0.025 wt% or more, C: 0.7 wt% or more and 2.2 wt% or less, Si: 3 wt% or less, Mn: 1 0.5 wt% or less, Cr: 3.0 wt% or more and 6.0 wt% or less, W: 27 wt% or less, Mo: 13.5 wt% or less, where W + 2Mo is 14 wt% or more and 27 wt% or less, V: 6.0 wt% or less, and inevitable impurities.
【請求項2】 13重量%以下のCoを含有する請求項
1記載の精密鋳造用高速度工具鋼。
2. A composition containing 13% by weight or less of Co.
High-speed tool steel for precision casting according to 1.
【請求項3】 Al、Nb及びTiのいずれか又は2種
以上を、その合計が3重量%以下の範囲内で含有する請
求項1又は2記載の精密鋳造用高速度工具鋼。
3. Any one or two of Al, Nb and Ti
A contract containing the above in the range of 3% by weight or less in total.
High-speed tool steel for precision casting according to claim 1 or 2.
【請求項4】 0.15重量%以下のS及び0.40重
量%以下のPbのいずれか又は双方を含有する請求項1
ないし3のいずれかに記載の精密鋳造用高速度工具鋼。
4. S and 0.40 weight of 0.15 wt% or less
A Pb containing one or both of Pb in an amount of not more than%.
High speed tool steel for precision casting according to any one of 1 to 3.
【請求項5】 希土類成分を0.60重量%以下の範囲
内で含有する請求項1ないし4のいずれかに記載の精密
鋳造用高速度工具鋼。
5. A rare earth component in the range of 0.60% by weight or less.
Precision contained in any one of claims 1 to 4.
High speed tool steel for casting.
【請求項6】 ロックウェルCスケール硬度が64以上
である請求項1ないし5のいずれかに記載の精密鋳造用
高速度工具鋼。
6. A Rockwell C scale hardness of 64 or more.
For precision casting according to any one of claims 1 to 5,
High speed tool steel.
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