JP3435742B2 - Forging tool and its manufacturing method - Google Patents

Forging tool and its manufacturing method

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JP3435742B2
JP3435742B2 JP21386993A JP21386993A JP3435742B2 JP 3435742 B2 JP3435742 B2 JP 3435742B2 JP 21386993 A JP21386993 A JP 21386993A JP 21386993 A JP21386993 A JP 21386993A JP 3435742 B2 JP3435742 B2 JP 3435742B2
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秀樹 中村
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【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】飛躍的に寿命を延長させた冷間ま
たは温間の圧造加工に用いる圧造工具に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a forging tool used for cold or warm forging with a dramatically extended life.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、ステンレス鋼製のネジの頭部を
形成するプラス状の溝は、圧造加工によって形成され
る。具体的にはネジのプラス状の溝の雄型となるプラス
ネジパンチをネジの頭部に打ち付け、打刻によりプラス
状の溝を形成する方法がとられている。このようなネジ
の頭の加工等の圧造加工においては、打刻する速度を上
げると打刻開始後まもなくプラスネジパンチの表層部に
クラックが発生し、これが原因となって圧造工具である
雄型に欠け、あるいは折れ等の欠損が早期に発生し寿命
に到る。
2. Description of the Related Art For example, a plus-shaped groove forming a head of a stainless steel screw is formed by forging. Specifically, a method of forming a positive groove by punching a plus screw punch, which is a male type of the positive groove of the screw, on the head of the screw and engraving the groove. In the forging process such as the screw head machining, cracks occur in the surface layer of the Phillips screw punch shortly after starting the engraving when the engraving speed is increased, which causes the forging tool, the male die, to crack. Defects such as chips or breaks occur early and reach the end of their life.

【0003】このような欠損を防ぐために圧造工具の加
工面にCVDやPVD等の表面被覆処理を施すことが試
みられたが、このような最新の表面被覆処理をもってし
ても摩耗よりクラックが先行するため、有効な対策とは
なっていない。また圧造工具を構成する素材の改良も試
みられており、耐熱性と硬さを改善する高価なCoを含
有するCo系高速度工具鋼も提案され、さらに靭性を改
善するために、熱処理硬さをビッカース硬さで880以
下に低く抑えることも提案されている。
In order to prevent such defects, it has been attempted to subject the working surface of the forging tool to a surface coating treatment such as CVD or PVD. Even with such a latest surface coating treatment, cracks precede wear and wear. Therefore, it is not an effective measure. In addition, attempts have been made to improve the materials that compose forging tools, and Co-based high-speed tool steels containing expensive Co that improve heat resistance and hardness have also been proposed, and in order to further improve toughness, heat treatment hardness It has also been proposed to keep the Vickers hardness as low as 880 or less.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、クラック
の発生原因は圧造加工中の被加工材の塑性変形に伴う発
熱と界面摩擦熱の発生にあることを知見し、素材の合金
元素の選択や熱処理条件の変更により寿命を延長させる
改良を行ってきた。しかし、合金組成の変更や熱処理条
件の変更を行っても、満足のいく工具寿命が得られてい
ないのが現状である。ところで、ドリルやエンドミル等
の切削加工に用いられる高速度工具鋼に浸炭処理を施
し、寿命向上を図る方法が特公昭58−26430号、
特開昭60−177167号、特開平5−163563
号等に開示されている。しかし、これらに開示されるド
リルやエンドミルの用途では、芯部の靭性が圧造工具ほ
ど要求されないため、炭素含有量が0.4%ないし0.9%程度
と比較的高い素材を使用するものである。このような炭
素量の高い素材をそのまま圧造工具として使用すると、
芯部の靭性が不足することによって、圧造工具に折れや
欠損が発生する危険が大きくなり好ましくない。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors have found that the cause of cracks is the generation of heat and interfacial frictional heat associated with the plastic deformation of the work material during the forging process. Improvements have been made to extend the life by changing the selection and heat treatment conditions. However, the current situation is that a satisfactory tool life has not been obtained even if the alloy composition or the heat treatment condition is changed. By the way, a method of carburizing a high-speed tool steel used for cutting such as a drill and an end mill to improve the service life is disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-26430.
JP-A-60-177167, JP-A-5-163563
No., etc. However, in the applications of drills and end mills disclosed in these documents, the toughness of the core is not required as much as the forging tool, so that a material having a relatively high carbon content of 0.4% to 0.9% is used. If such a high carbon content material is used as it is as a forging tool,
If the toughness of the core part is insufficient, the risk of breakage or breakage of the forging tool increases, which is not preferable.

【0005】本発明の目的は、圧造工具に必要な硬さと
靭性を兼ね備えるとともに、クラックが進展しにくく、
極めて工具寿命の長い圧造工具およびその製造方法を提
供することである。
The object of the present invention is to combine hardness and toughness required for a forging tool, and to prevent cracks from developing easily.
It is an object of the present invention to provide a forging tool having an extremely long tool life and a manufacturing method thereof.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、従来とは発想
を変え、高速度工具鋼の組成に対して炭素含有量を低め
た靭性に富む合金を素材とし、この素材を浸炭処理によ
り、芯部に対して表層部の炭素含有量を高め硬さを高め
るとともに、表面に圧縮応力を残留させることによりク
ラックの進展を抑え、靭性と硬さを兼ね備えた寿命の長
い圧造工具を開発したものである。すなわち本発明は、
重量比で、C 0.1〜0.27%、Si 1.5%以下、Mn 1.0%
以下、Cr 2.0〜7.0%、WまたはMoの1種または2種
をW当量(W+2Mo)として3.0〜24.0%、V 5.0%以
下、残部がFeおよび不可避的に含有する不純物からな
る組成を有する浸炭部以外の芯部に対して、浸炭された
表層部は前記組成よりも炭素含有量が高い組成を有して
おり、前記芯部は破壊靭性値が100kg/(mmの2分の3乗)以
上、ビッカース硬さで600以下であり、工具の加工面は
ビッカース硬さで700以上であって、浸炭された表層部
に圧縮応力が残留していることを特徴とする圧造工具で
ある。
The present invention has a different idea from the conventional one, and uses a toughness-rich alloy having a low carbon content with respect to the composition of a high-speed tool steel as a raw material. We have developed a forging tool with a long service life that has both toughness and hardness by suppressing the progress of cracks by increasing the carbon content of the surface layer relative to the core to increase hardness and leaving compressive stress on the surface. Is. That is, the present invention is
By weight ratio, C 0.1 to 0.27 %, Si 1.5% or less, Mn 1.0%
Hereinafter, carburizing having a composition of Cr 2.0 to 7.0%, one or two of W or Mo as W equivalent (W + 2Mo) of 3.0 to 24.0%, V 5.0% or less, and the balance Fe and inevitable impurities. With respect to the core portion other than the portion, the carburized surface layer portion has a composition having a higher carbon content than the above composition, and the core portion has a fracture toughness value of 100 kg / (mm 2/3). As described above, the Vickers hardness is 600 or less, the machined surface of the tool is 700 or more in Vickers hardness, and the compressive stress remains in the carburized surface layer portion.

【0007】本発明において、芯部の強度を確保するた
めには、芯部はビッカース硬さで400〜600であることが
好ましい、さらに、耐摩耗性を保持するために、浸炭層
の深さを500μm以上とすることが望ましい。
In the present invention, in order to secure the strength of the core portion, the core portion preferably has a Vickers hardness of 400 to 600. Further, in order to maintain abrasion resistance, the depth of the carburized layer is Is preferably 500 μm or more.

【0008】上述した本発明は、次に示す本発明の製造
方法により得ることができる。すなわち本発明の圧造工
具の製造方法は重量比で、C 0.1〜0.27%、Si 1.5%
以下、Mn 1.0%以下、Cr 2.0〜7.0%、WまたはMoの
1種または2種をW当量(W+2Mo)として3.0〜24.0
%、V 5.0%以下、残部がFeおよび不可避的に含有す
る不純物からなる組成、あるいは前記組成のFeの一部
をCo 10.0%以下、Ni 4.0%以下、およびAl 0.5%以
下のいずれか1種以上で置換した組成を有する素材に、
浸炭処理を施した後、焼入れ、焼戻し処理を施し、前記
素材の表層部を前記組成よりも炭素含有量が高い組成と
し、浸炭部以外の芯部は破壊靭性値が100kg/(mmの2分の
3乗)以上、ビッカース硬さで600以下、工具の加工面は
ビッカース硬さで700以上に調整するとともに、浸炭さ
れた表層部に圧縮応力を残留させることを特徴とする。
なお、本発明にいう圧造工具とは、通常の打抜き用のパ
ンチやダイス、ネジの頭にプラス状の溝等を塑性加工に
より形成するために用いられるパンチ、およびプーリー
の溝等を形成するために用いられる転造ダイス等に代表
される高応力の繰り返し負荷がかかる塑性加工用工具で
ある。
The above-mentioned present invention can be obtained by the following manufacturing method of the present invention. That is, the manufacturing method of the forging tool of the present invention is C 0.1 to 0.27 % by weight and Si 1.5% by weight.
Below, Mn 1.0% or less, Cr 2.0 to 7.0%, and one or two of W or Mo as W equivalent (W + 2Mo) 3.0 to 24.0
%, V 5.0% or less, the balance consisting of Fe and inevitably contained impurities, or a part of Fe of the above composition is Co 10.0% or less, Ni 4.0% or less, and Al 0.5% or less In the material with the composition replaced above,
After carrying out carburizing treatment, quenching, tempering treatment, the surface layer of the material is a composition having a carbon content higher than the above composition, the core other than the carburized portion has a fracture toughness value of 100 kg / (mm 2 minutes of
The third feature is that the Vickers hardness is 600 or less and the machined surface of the tool is 700 or more in Vickers hardness, and compressive stress remains in the carburized surface layer.
The forging tool referred to in the present invention is a punch or die for ordinary punching, a punch used for forming a plus-shaped groove or the like in the screw head by plastic working, and a groove for a pulley or the like. It is a tool for plastic working to which high stress is repeatedly applied, such as a rolling die used for.

【0009】[0009]

【作用】本発明の最も特徴とするところの一つは、圧造
工具の寿命を長くするために、低い炭素量を特徴とする
特定組成の素材に対して、その表層部に浸炭処理を施し
圧縮応力を残留させたことにある。この圧縮残留応力の
付与により、クラックの進展が抑制されるとともに、芯
部の低い炭素含有量の組成であって高い破壊靭性値を有
することとの相互作用によって、圧造工具の折れあるい
は欠け等の欠陥を著しく抑制できるものである。また本
発明では、表層部を芯部組成よりも炭素含有量が高い組
成として、圧造工具に必要な表面硬さを得ることによ
り、クラックの起点が発生するのを防ぐ作用も有するも
のである。具体的には耐摩耗性確保には加工面硬さを
ビッカース硬さで700以上とする必要がある。
One of the most significant features of the present invention is that, in order to prolong the life of the forging tool, a material having a specific composition characterized by a low carbon content is subjected to carburizing treatment on the surface layer and compression. There is a residual stress. By the application of this compressive residual stress, the progress of cracks is suppressed, and due to the interaction with the composition having a low carbon content of the core and having a high fracture toughness value, such as breakage or chipping of the forging tool The defects can be significantly suppressed. Further, in the present invention, the surface layer portion has a composition having a higher carbon content than the core portion composition to obtain the surface hardness required for the forging tool, and thus it also has an action of preventing the initiation of cracks. Specifically for securing the wear resistance is required to be 700 or more working surface hardness in Vickers hardness.

【0010】また本発明のもう一つ重要な特徴は、本発
明の方法により芯部として具備すべき破壊靭性値(Kic)
を100kg/(mmの2分の3乗)以上とすることができることで
ある。圧造工具の芯部の破壊靭性値がこれより低い圧造
工具では、クラックの進展が早く、圧造工具の寿命を延
ばす効果が期待できない。また芯部の硬さをビッカース
硬さで600以下と規定したのは、これ以上の硬さを有す
る圧造工具では、芯部の靭性が低くなり、クラックの進
展を抑制する効果が低下するためである。なお圧造工具
としての機械強度を得るために好ましくはビッカース硬
さで400以上とすることか望ましい。
Another important feature of the present invention is the fracture toughness value (Kic) to be provided as a core by the method of the present invention.
Is more than 100 kg / (mm 2/3). With a forging tool having a fracture toughness value lower than that of the core portion of the forging tool, cracks grow rapidly and the effect of extending the life of the forging tool cannot be expected. Further, the hardness of the core part is defined as 600 or less in Vickers hardness because in a forging tool having a hardness of more than this, the toughness of the core part becomes low, and the effect of suppressing the progress of cracks decreases. is there. In order to obtain mechanical strength as a forging tool, it is preferable that the Vickers hardness is 400 or more.

【0011】本発明の製造方法においては、特定組成の
素材を浸炭処理後、焼入れ、焼き戻し処理を施すことに
大きな特徴がある。本発明の浸炭処理後の焼入れ、焼戻
し処理により、圧造工具の表面には芯部よりも炭素含有
量が多くなり、硬い表面が得られる。さらに圧造工具に
侵入した炭素によって、素材中の炭化物が成長し、クラ
ックの進展を抑制するのに有効な圧縮応力を表層部に残
留させ、かつ耐摩耗性も著しく向上することができるも
のである。炭処理によって得られる浸炭層の厚さ、お
よび硬さは浸炭条件、浸炭後の熱処理条件、母相の化学
組成によって変動する。浸炭部の硬さは、高いほど耐摩
耗性は優れるため、圧造工具としては浸炭部の硬さは最
低HV700は必要である。
The manufacturing method of the present invention is characterized in that a material having a specific composition is carburized, then quenched and tempered. By the quenching and tempering treatments after the carburizing treatment of the present invention, the surface of the forging tool has a higher carbon content than the core portion, and a hard surface is obtained. Further, the carbon that has penetrated into the forging tool causes carbides in the material to grow, leaving a compressive stress effective in suppressing the development of cracks in the surface layer portion, and also significantly improving wear resistance. . The thickness of the carburized layer obtained by carburizing treatment, and the hardness varies carburizing conditions, heat treatment conditions after the carburizing, the chemical composition of the matrix phase. The higher the hardness of the carburized part, the better the wear resistance. Therefore, the hardness of the carburized part must be at least HV700 as a forging tool.

【0012】なお、硬すぎると、耐クラック性が低下す
る場合があるため、ビッカース硬さで1000以下とするこ
とが望ましい。浸炭層の深さは、耐摩耗性を保持するた
めに、好ましくは500μm以上とする。また浸炭層の厚さ
が3mmを越えるとクラックの伸展は抑えられても、クラ
ックに被加工材が侵入して、クラックの伸展を速める危
険があるため、好ましくは3mm以下とする。なお、本発
明の圧造工具は、その表面に窒化チタン等の硬質皮膜を
形成することによってさらに耐摩耗性を向上させたり、
ホモ処理やそれに類似する方法で多孔質の皮膜を生成さ
せ潤滑性を付与するなどの副次的方法を付加して寿命向
上をさせることも可能である。
If it is too hard, the crack resistance may decrease, so it is desirable that the Vickers hardness is 1000 or less. The depth of the carburized layer is preferably 500 μm or more in order to maintain wear resistance. Further, if the thickness of the carburized layer exceeds 3 mm, even if the crack extension is suppressed, there is a risk that the material to be processed will enter the crack and accelerate the extension of the crack. Therefore, the thickness is preferably 3 mm or less. The forging tool of the present invention further improves wear resistance by forming a hard coating such as titanium nitride on its surface,
It is also possible to improve the life by adding a secondary method such as forming a porous film by homogenization or a method similar thereto to impart lubricity.

【0013】次に本発明の圧造工具を製造する上での素
材であって、かつ本発明の圧造工具の芯部を構成する合
金組成限定の理由について述べる。この芯部の組成は圧
造工具の基本的な靭性、強度を確保するために極めて重
要である。
Next, the reasons for limiting the alloy composition which is a raw material for manufacturing the forging tool of the present invention and which constitutes the core portion of the forging tool of the present invention will be described. The composition of the core portion is extremely important for ensuring the basic toughness and strength of the forging tool.

【0014】Cは浸炭後の焼入れ、焼戻し時に芯部の強
度を確保する元素である。0.1%未満では硬さが低くな
り、圧造工具として必要な強度が得られない。またCは
炭化物形成元素量との兼ね合いにもよるが、0.1%未満で
はδフェライトを生成しやすくなり、硬さムラの発生の
原因となり、破壊靭性値を低下する要因となる。したが
って、本発明の下限値を0.1%とした。また、C量が高い
と、芯部の破壊靭性値が低下し、必要な靭性を得ること
ができなくなる。またC量が高いと鋳造時の偏析で一次
晶の炭化物生成して、硬さのばらつきを生ずるという問
題がある。そのため、本発明におけるCの上限は0.27%
とした。Siは硬さおよび耐熱性を改善する元素として
含有することが可能である。しかし、1.5%を越えると機
械的強度が低下するので上限を1.5%とした。Mnは焼入
性を改善するために添加することが可能である。しか
し、1.0%を越えると変態温度を下げ、被削性を害するの
で、添加上限を1.0%とした。
C is an element that secures the strength of the core during quenching and tempering after carburization. If it is less than 0.1%, the hardness becomes low, and the strength required as a forging tool cannot be obtained. Although C depends on the balance with the amount of carbide forming elements, if it is less than 0.1%, δ-ferrite is likely to be generated, which causes uneven hardness and causes a decrease in fracture toughness. Therefore, the lower limit of the present invention is set to 0.1%. Further, when the C content is high , the fracture toughness value of the core portion is lowered, and it becomes impossible to obtain the required toughness. Further, if the C content is high, there is a problem that segregation at the time of casting produces carbides of primary crystals, which causes variations in hardness. Therefore, the upper limit of C in the present invention is 0.27 %.
And Si can be contained as an element that improves hardness and heat resistance. However, if it exceeds 1.5%, the mechanical strength decreases, so the upper limit was made 1.5%. Mn can be added to improve hardenability. However, if it exceeds 1.0%, the transformation temperature is lowered and the machinability is impaired, so the upper limit of addition is set to 1.0%.

【0015】Crは基地と炭化物の両方は固溶し、基地
の焼入性の確保、炭化物の焼入時の基地への固溶の促
進、浸炭時の硬さの上昇に有効な元素である。2%以下で
は焼入れ、焼戻し時の硬さをHRC40以上確保できないの
で、下限値を2.0%とした。また、7.0%以上添加するとδ
フェライトが生成しやすく安定化すること、浸炭部の硬
さ分布が急峻となりすぎ、ヒートクラックの発生を助長
することから上限を7.0%とした。
[0015] Cr is an element effective in securing both the hardenability of the matrix, accelerating the solid solution in the matrix during the quenching of the carbide, and increasing the hardness during carburization, since both the matrix and the carbide are in solid solution. . If it is 2% or less, hardness at the time of quenching and tempering cannot be secured at HRC 40 or more, so the lower limit value was made 2.0%. If 7.0% or more is added, δ
The upper limit was set to 7.0% because ferrite easily forms and stabilizes, and the hardness distribution in the carburized part becomes too steep, which promotes the occurrence of heat cracks.

【0016】WとMoは、圧造工具としての耐熱性、耐
摩耗性を確保するために必須の元素である。WとMoは
置換性があり、重量比で1%Moと2%Wがほぼ当価とみな
せることができ、これをW当量(W+2Mo)で示す。W
当量は少なくとも3.0%は必要で、これ以上はCとバラン
スの関係もあるが、W当量が高いほど、浸炭部の硬さは
上昇する。また、浸炭部ではM6C型の炭化物を生成
し、未固溶の炭化物は耐摩耗性の付与と、オーステナイ
ト結晶粒の粗大化防止に作用する。本発明におけるW当
量は浸炭によって形成される表層部の炭化物が極めて微
細にすることが可能であり、通常の高速度工具鋼よりも
高い24.0%を上限とした。これを越えて含有させると圧
造工具の芯部に必要な破壊靭性値を得ることができなく
なるため好ましくない。
W and Mo are essential elements for ensuring heat resistance and wear resistance as a forging tool. W and Mo have a substitution property, and 1% Mo and 2% W in weight ratio can be regarded as almost equivalent, which is shown by W equivalent (W + 2Mo). W
The equivalent is required to be at least 3.0% and there is a balance with C, but the hardness of the carburized portion increases as the W equivalent increases. Further, M 6 C type carbides are generated in the carburized portion, and the undissolved carbides act to impart wear resistance and prevent coarsening of austenite crystal grains. In the present invention, the W equivalent is such that carbides in the surface layer portion formed by carburization can be made extremely fine, and the upper limit is 24.0%, which is higher than that of ordinary high speed tool steel. If the content exceeds this range, the fracture toughness value required for the core of the forging tool cannot be obtained, which is not preferable.

【0017】Vは炭素が共存すると、硬いMC型炭化物
を形成し、圧造工具として必要な耐摩耗性の付与には最
も効果的な元素である。また、炭素との共存下でも0.7%
以下は基地にも固溶し、二次硬化性を強化する。5.0%以
上では、MC型炭化物の生成量が多すぎて、芯部の破壊
靭性値が低下するため、上限を5.0%とした。
When V coexists, V forms a hard MC type carbide and is the most effective element for imparting the wear resistance required for a forging tool. 0.7% even when coexisting with carbon
The following will also form a solid solution in the matrix and enhance the secondary curability. If it is 5.0% or more, the amount of MC-type carbides generated is too large, and the fracture toughness value of the core portion decreases, so the upper limit was made 5.0%.

【0018】以下、本発明で選択的に含有させ得る元素
について説明する。Coは、主に基地に固溶し、硬さと
耐熱性を向上させる効果がある。反面添加量の増加に対
し、機械的強度と破壊靭性値は漸減する。したがって、
本発明においては、必須の添加元素ではないが、硬さの
絶対値が高いことが要求される用途には添加することに
なる。この際、10.0%以上では機械的強度と破壊靭性値
が低下し過ぎて、圧造工具として使用できなくなるた
め、添加する場合の上限値は10.0%とした。
The elements that can be selectively contained in the present invention will be described below. Co mainly forms a solid solution in the matrix and has the effect of improving hardness and heat resistance. On the other hand, the mechanical strength and fracture toughness values gradually decrease as the added amount increases. Therefore,
In the present invention, it is not an indispensable additional element, but it is added in applications where high absolute hardness is required. At this time, if the content is 10.0% or more, the mechanical strength and the fracture toughness value are too low to be used as a forging tool, so the upper limit value in the case of adding is set to 10.0%.

【0019】Niはδフェライトの生成を抑制するとと
もに、浸炭硬化部の硬さの変化を緩やかにする効果があ
り、含有することが有効な場合が多い。しかし、4.0%を
越えるとA 1 変態温度をげ、焼なまし硬さを上げ、被
削性を低下させるので、上限値を4.0%とした。
Ni has the effect of suppressing the formation of δ-ferrite and grading the change in hardness of the carburized and hardened part, and it is often effective to contain Ni. However, more than 4.0%, the lower the A 1 transformation temperature, increasing the annealing hardness, as it reduces the machinability, was the upper limit of 4.0%.

【0020】Alは、脱酸剤としても使用されるが、δ
フェライトの抑制というNiと同様の効果があり含有す
ることが可能である。しかし0.5%を越えると以上は介在
物が増加しAlN等の二次生成物を生じ、破壊靭性値を
低下するので、上限値を0.5%とした。
Al is also used as a deoxidizer, but δ
It can be contained because it has the same effect as Ni, that is, suppression of ferrite. However, if it exceeds 0.5%, the inclusions increase and secondary products such as AlN are generated to lower the fracture toughness value, so the upper limit value was made 0.5%.

【0021】[0021]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下に本発明の実施例を示す。表1の素材
No.1〜10に示した組成の12mmφの素材の焼なまし
材にコールドホビング法でJIS M40Fの形状のプラスネジ
パンチを成形した。このパンチを780℃×6hrの浸炭処理
を施した後、1160℃で焼入れを行い、560℃で1.5Hrの3
回の焼戻し処理を行った。このパンチを用いて、SUS304
(径 3.5mmφ)の被加工材に160回/分の速度でプラス状の
溝を形成し、パンチが欠損または摩耗寿命になるまでの
打刻数を測定した。この時の寿命評価はプラスネジパン
チに対して0.3mm以上の摩耗あるいは欠損が起こった場
合とした。
Example 1 An example of the present invention will be shown below. Material No. of Table 1 JIS M40F Phillips screw punches were formed by a cold hobbing method on an annealed material of 12 mmφ material having the composition shown in 1-10. This punch is carburized at 780 ° C for 6 hours, then quenched at 1160 ° C and 1.5Hr 3 at 560 ° C.
The tempering process was performed once. With this punch, SUS304
A plus-shaped groove was formed at a rate of 160 times / minute on a workpiece (diameter 3.5 mmφ), and the number of stamps until the punch was broken or reached the wear life was measured. At this time, the life was evaluated when the plus screw punch was worn or broken by 0.3 mm or more.

【0022】比較例として表1のNo.11〜13に示
す組成を有すプラスネジパンチを本発明例と同様に製造
し、同様の寿命評価を行った。得られた寿命と、プラス
ネジパンチに形成した工具加工面となる表面のビッカー
ス硬さ、表面残留応力値、浸炭層の深さ、芯部のビッカ
ース硬さ、および芯部のシャルピー衝撃値および破壊靭
性値(Kic)、を表2および表3に付記した。なお、シャ
ルピー衝撃値および破壊靭性値(Kic)については、同様
の条件で製造したプラスネジパンチの浸炭層を除去した
試験片、すなわち本発明でいう芯部で測定したものであ
る。
As a comparative example, No. 1 in Table 1 was used. Phillips screw punches having the compositions shown in 11 to 13 were manufactured in the same manner as in the example of the present invention, and the same life evaluation was performed. Obtained life, Vickers hardness of the surface that is the tool processing surface formed on the Phillips screw punch, surface residual stress value, carburized layer depth, Vickers hardness of the core, and Charpy impact value and fracture toughness of the core Values (Kic) are shown in Tables 2 and 3. The Charpy impact value and the fracture toughness value (Kic) are measured with a test piece from which a carburized layer of a Phillips screw punch manufactured under the same conditions is removed, that is, a core portion in the present invention.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】[0024]

【表2】 [Table 2]

【0025】[0025]

【表3】 [Table 3]

【0026】[0026]

【表4】 [Table 4]

【0027】[0027]

【表5】 [Table 5]

【0028】また本発明の素材No.1には浸炭後CV
D処理でTi(CN)膜を5μm厚さ形成後焼入れ焼戻し処
理したプラスネジパンチと、焼入れ焼戻しした完成品に
PVD法でTi(CN)膜を3μm厚さ形成したプラスネジ
パンチに対して同様の評価を行った。この結果も表2お
よび表3の試料No.14および15として示す。
Further, the material No. of the present invention. CV after carburizing on 1
The same evaluation was made for a plus screw punch in which a Ti (CN) film was formed to a thickness of 5 μm by D treatment and then subjected to quenching and tempering treatment, and for a hardened and tempered finished product in which a Ti (CN) film was formed in a thickness of 3 μm by PVD. I went. This result also shows the sample Nos. Shown as 14 and 15.

【0029】表2および表3に示すように、比較例であ
る試料No.11〜13は本発明の試料に比べ芯部の破
壊靭性値が低いために、工具寿命が本発明に比べて著し
く短いものとなっている。比較例に比べて本発明のプラ
スネジパンチは寿命の絶対値が約10倍以上の高寿命であ
ることがわかる。また表2および表3の試料No.14
および15に示すように本発明のプラスネジパンチにC
VD,PVDでTi(CN)の表面コーティング処理をす
ることにより、さらに寿命を向上させることができるこ
とがわかった。
As shown in Tables 2 and 3, the sample No. which is a comparative example. Nos. 11 to 13 have a lower fracture toughness value of the core than the sample of the present invention, and therefore the tool life is significantly shorter than that of the present invention. It can be seen that the Phillips screw punch of the present invention has a long life of about 10 times or more in absolute value as compared with the comparative example. In addition, the sample Nos. 14
As shown in FIGS. 15 and 15, C is added to the Phillips screw punch of the present invention.
It was found that the life can be further improved by performing the surface coating treatment of Ti (CN) with VD or PVD.

【0030】(実施例2)表1に示すNo.1の組成を
有する素材を外径200mmφ、幅40mm、ネジ溝深さ3mmの
プーリーの溝加工用の転造ダイス形状に仕上げた後、実
施例1と同様の浸炭処理および焼入れ焼き戻しを行ない
転造ダイスの試料No.16を得た。また従来から用い
られているJIS SKH51 およびJIS SKD
11によって同一の転造ダイス形状を有する試料No.
17,18を得た。これらの転造ダイスを用いて、JI
S SPCC製の50mmφのプーリーを製造したところ、
表4および表5に示すように本発明の転造ダイス試料N
o.16は従来の転造ダイスよりも10倍以上の工具寿
命を有することがわかった。
(Example 2) No. 1 shown in Table 1 After finishing the material having the composition of No. 1 into a rolling die shape for groove machining of a pulley having an outer diameter of 200 mmφ, a width of 40 mm, and a thread groove depth of 3 mm, carburizing and quenching and tempering similar to Example 1 are performed. Sample No. of die making I got 16. Also, conventionally used JIS SKH51 and JIS SKD
No. 11 has the same rolling die shape.
17 and 18 were obtained. Using these rolling dies, JI
When I manufactured a 50 mmφ pulley made by S SPCC,
As shown in Table 4 and Table 5, rolling die sample N of the present invention
o. It was found that 16 has a tool life 10 times or more that of a conventional rolling die.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように本発明の圧造工具に必要な
硬さと靭性を兼ね備えるとともに、高応力の繰り返し負
荷がかかる使用条件下で発生するクラックの伝播を抑制
することができ、結果として極めて長い工具寿命を得る
ことができるものである。また本発明の圧造工具は、ク
ラックの伝播を抑制できるため、加工速度を上げること
ができ、生産性の向上にも大きな効果が期待できるもの
である。
As described above, the forging tool of the present invention has both the hardness and the toughness required, and it is possible to suppress the propagation of cracks generated under the use condition in which a high stress is repeatedly applied. As a result, It is possible to obtain a long tool life. Further, since the forging tool of the present invention can suppress the propagation of cracks, the processing speed can be increased and a great effect can be expected in improving productivity.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C23C 8/22 C23C 8/22 // B21K 1/48 B21K 1/48 B (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21J 1/00 - 13/14 B21J 17/00 - 19/04 B21K 1/00 - 31/00 C22C 38/00 - 38/60 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI C23C 8/22 C23C 8/22 // B21K 1/48 B21K 1/48 B (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) B21J 1/00-13/14 B21J 17/00-19/04 B21K 1/00-31/00 C22C 38/00-38/60

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 重量比で、C 0.1〜0.27%、Si 1.5%
以下、Mn 1.0%以下、Cr 2.0〜7.0%、WまたはMoの
1種または2種をW当量(W+2Mo)として3.0〜24.0
%、V 5.0%以下、残部がFeおよび不可避的に含有する
不純物からなる組成を有する浸炭部以外の芯部に対し
て、浸炭された表層部は前記組成よりも炭素含有量が高
い組成を有しており、前記芯部は破壊靭性値が100kg/(m
mの2分の3乗)以上、ビッカース硬さで600以下であり、
工具の加工面はビッカース硬さで700以上であって、浸
炭された表層部に圧縮応力が残留していることを特徴と
する圧造工具。
1. A weight ratio of C 0.1 to 0.27 % and Si 1.5%
Below, Mn 1.0% or less, Cr 2.0 to 7.0%, and one or two of W or Mo as W equivalent (W + 2Mo) 3.0 to 24.0
%, V 5.0% or less, with the balance being Fe and the unavoidably contained impurities other than the carburized portion, the carburized surface layer portion has a higher carbon content than the above composition. The fracture toughness value of the core is 100 kg / (m
m / 3 power) or more, Vickers hardness is 600 or less,
A forging tool characterized in that the machined surface of the tool is 700 or more in Vickers hardness, and compressive stress remains in the carburized surface layer.
【請求項2】 請求項1に記載の芯部の組成のうちFe
の一部をCo10.0%以下で置換したことを特徴とする圧
造工具。
2. The composition of the core portion according to claim 1, Fe
A forging tool characterized by replacing a part of Co with 10.0% or less.
【請求項3】 請求項1または2に記載の芯部の組成の
うちFeの一部をNi4.0%以下で置換したことを特徴と
する圧造工具
3. A forging tool, wherein a part of Fe in the composition of the core portion according to claim 1 or 2 is replaced by Ni 4.0% or less .
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか記載の芯部
の組成のうちFeの一部をAl0.5%以下で置換したこと
を特徴とする圧造工具
4. A forging tool, wherein a part of Fe in the composition of the core portion according to claim 1 is replaced by Al 0.5% or less .
【請求項5】 芯部の硬さはビッカース硬さで400〜600
であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに
記載の圧造工具
5. The Vickers hardness of the core is 400 to 600.
Heading tool according to any one of claims 1 to 4, characterized in that.
【請求項6】 重量比で、C 0.1〜0.27%、Si 1.5%
以下、Mn 1.0%以下、Cr 2.0〜7.0%、WまたはMoの
1種または2種をW当量(W+2Mo)として3.0〜24.0
%、V 5.0%以下、残部がFeおよび不可避的に含有す
る不純物からなる組成、あるいは前記組成のFeの一部
をCo 10.0%以下、Ni 4.0%以下、およびAl 0.5%以
下のいずれか1種以上で置換した組成を有する素材に、
浸炭処理を施した後、焼入れ、焼戻し処理を施し、前記
素材の表層部を前記組成よりも炭素含有量が高い組成と
し、浸炭部以外の芯部は破壊靭性値が100kg/(mmの2分の
3乗)以上、ビッカース硬さで600以下、工具の加工面は
ビッカース硬さで700以上に調整するとともに、浸炭さ
れた表層部に圧縮応力を残留させることを特徴とする圧
造工具の製造方法。
6. A weight ratio of C 0.1 to 0.27 % and Si 1.5%
Below, Mn 1.0% or less, Cr 2.0 to 7.0%, and one or two of W or Mo as W equivalent (W + 2Mo) 3.0 to 24.0
%, V 5.0% or less, the balance consisting of Fe and inevitably contained impurities, or a part of Fe of the above composition is Co 10.0% or less, Ni 4.0% or less, and Al 0.5% or less In the material with the composition replaced above,
After carrying out carburizing treatment, quenching, tempering treatment, the surface layer of the material is a composition having a carbon content higher than the above composition, the core other than the carburized portion has a fracture toughness value of 100 kg / (mm 2 minutes of
(3rd power) or more, the Vickers hardness is 600 or less, the machined surface of the tool is Vickers hardness of 700 or more, and the compressive stress is left on the carburized surface layer portion.
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