JP3700955B2 - 熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法 - Google Patents
熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間での押出や鍛造に用いられる金型の硬化用の多層肉盛部の耐熱衝撃性を向上させる多層肉盛方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材の熱間での押出または鍛造用の金型は、ＳＫＤ鋼やＳＣＭ鋼などのダイス鋼、工具鋼の硬度を増し、かつ靭性をあげるために焼き入れ、焼き戻して使用されている。この焼き入れ温度は、ＳＫＤ鋼では１０００〜１０５０℃、ＳＣＭ鋼では８３０〜９００℃程度である。また、焼き戻し温度は鋼に要求される硬度によって異なる。さらに、処理時間は鋼の大きさ、厚みによって異なる。
【０００３】
この金型の押出や鍛造時の温度は２００℃から８００℃もの高温になる。そして加熱後、金型は空気や水によって冷却される場合が多い。このように金型は加熱−冷却の熱サイクル環境下で用いられ、かつ耐磨耗性、耐焼き付き性、耐すべり性が要求される。
【０００４】
この耐磨耗、焼き付き、すべり性を向上させるため、金型表面に高硬度材料を肉盛して使用することがあり、肉盛材料には主としてＣｏ基、Ｎｉ基、そしてＦｅ基の合金が用いられる。さらに、この合金に炭化物、窒化物、ほう化物のセラミックスを添加してより硬度を高めた材料もある。
【０００５】
この肉盛の大きな課題の一つとして、肉盛時に母材成分が肉盛部へ希釈して、硬度や靭性が本来の肉盛材料の特性よりも低下してしまうことがある。そのため、母材成分の肉盛部への希釈率を１５％程度におさえることが望ましく、多層肉盛技術はこの希釈率の低減に有効な技術とされている。例えば、２〜３層で全体の肉盛厚みを１０ｍｍ程度にすることが特開平５−５０２３７号公報に記載されている。
【０００６】
また、肉盛部の課題として、硬度が高まるにつれて、耐熱衝撃や熱疲労特性（脆性の向上を含む）が低下することがある。この耐熱衝撃性を劣化させる箇所は、母材と肉盛部の合金層（希釈層）と、肉盛部とに大別できる。前者に対しては、例えば特開昭５６−６２６７３号公報では、厚み２〜４ｍｍの初層を形成した後、２層目を形成する時の熱サイクルによって、初層形成時に生成した母材の粗粒域の細粒化を図り、脆性の向上を達成している。一方、後者に関しては、特開昭５６−７１５７８号公報では、高硬度層として炭化物を含む金属を用いて多層盛を行い、この層間に金属の緩衝層を設けたサンドウッチ構造の多層肉盛を開発し、熱衝撃性を向上させている。ここでは特に高硬度層の肉厚を０．８〜１．５ｍｍにすることが望ましいとされている。また、特開平５−５０２３７号公報では、肉盛時の母材の加熱温度を、従来の高温ほどよいとされている知見に対し、３００℃以下に抑制することによって熱衝撃性を向上させている。
【０００７】
また、肉盛材料のベ−ス材料として高温特性の優れたＣｏが用いられることがある。このＣｏ基材料の硬化機構は大きく２系統に大別でき、一つはＷＣの硬質炭化物を析出分散させた型であり、もう一つはＣｒＭｏの金属間化合物によるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
こうした肉盛の課題の中で、特に肉盛部の耐熱衝撃性を向上させる技術としては、特開昭５６−７１５７８２号公報記載のサンドウッチ構造は確かに大きな効果がある。しかし、複数の材料を使用するため、付帯設備が増える、工程、制御が複雑になるなどの課題がある。また、肉盛時の母材の温度制御も熱衝撃性の向上には効果を発揮するが、実際の施工中の厳密な温度制御は容易ではない。
【０００９】
本発明では、同一肉盛を行う際、これまで規定がある硬化層厚みに加え、各肉盛層の厚みについても規定することにより、簡便でかつ耐熱衝撃性を向上させる肉盛方法を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の（１）〜（３）の通りである。
【００１１】
（１）熱間押出または鍛造用金型母材の表面の多層肉盛方法において、同一肉盛 材料の一層毎の厚みが０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ未満であり、肉盛する前の金型母材の予備加熱温度および肉盛する際の肉盛材料による肉盛層間の温度を５００℃以下とし、かつ肉盛材料の成分が、重量％でＣ：０．０１〜０．５０％、Ｃｒ：７．０〜３０．０％、Ｍｏ：４．０〜３０．０％、Ｎｉ：０．５〜７．０％、Ｗ：０％と不可避的不純物を除き残部がＣｏからなることを特徴とする熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法。
【００１４】
（２）金型母材が鉄基素材のＳＫＤ鋼であって、肉盛後、１００ ０〜１０５０℃からの焼き入れを行い、次いで５７０〜５９５℃での焼き戻しを行うことを特徴とする前記（１）の熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法。
【００１５】
（３）金型母材が鉄基素材のＳＣＭ鋼であって、肉盛後、８３０〜９００℃からの焼き入れを行い、次いで４５０〜５００℃での焼き戻しを行うことを特徴とする前記（１）の熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法。
【００１６】
多層肉盛時の一層毎の厚みを０．５ｍｍ以上にするのは、母材あるいは既肉盛層との接合を十分に確保するためである。また、１．２ｍｍ以下にするのは、既肉盛層の粗粒化を防止し、かつ層毎のデンドライト組織の大半を断絶するためである。
【００１７】
肉盛する前の金型母材の予備加熱温度と肉盛する際の肉盛材料による肉盛層間の温度を５００℃以下にするのは、既肉盛層の粗粒化(焼き戻しに相当）を防止するためである。
【００１８】
肉盛材料の成分として、Ｃは硬度をある程度だすために０．０１％以上で、肉盛部の靭性を確保するために０．５％以下にする必要がある。ＣｒとＭｏは肉盛部の硬度をあげるためのＣｒＭｏ金属間化合物を形成するために添加し、その添加量は硬度を確保するためにＣｒが７．０％以上、Ｍｏが４．０％以上、靭性を確保するためにＣｒは３０．０％以下、Ｍｏは３０．０％以下にする。Ｎｉは高温強度を上げるために０．５％以上添加し、硬度を維持するために７．０％以下にする。Ｃｏを母相とするのは焼き付きを抑制するためである。
【００１９】
ＷはＷＣを形成し、材料を硬化させる添加物の代表であるが、炭化物によって靭性が低下するためＷは添加しない。
【００２０】
こうして肉盛を行った後、再度母材の硬度を規定する場合には以下の要領で焼き入れ、焼き戻しを行うと、硬度と耐熱衝撃性を兼ね備えた肉盛部が形成できる。
【００２１】
母材がＳＫＤ鋼の場合、焼き入れは従来同様に１０００〜１０５０℃で行い、焼き戻しは粗粒化温度領域以上である５７０℃以上、コスト面から５９５℃以下で行う。この処理時間は母材の大きさや厚みによって異なる。
【００２２】
母材がＳＣＭ鋼の場合、焼き入れは従来同様に８３０〜９００℃で行い、焼き戻しは粗粒化温度領域以上である４５０℃以上、コスト面から５００℃以下で行う。この処理時間は母材の大きさや厚みによって異なる。
【００２３】
【実施例１】
表１の材料を肉盛する場合の肉盛条件を表２に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
こうして形成した肉盛材料に、９００℃、３０分の加熱と０℃の水冷を繰り返す熱サイクル試験を行った結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
【００２８】
以上の結果、本発明によって耐熱衝撃性が４倍以上向上した。
【００２９】
【実施例２】
実施例１と同じ実施例の条件で各種材料を肉盛し、実施例１と同様な熱サイクル試験を行った結果を表４に示す。
【００３０】
【表４】
【００３１】
このように、Ｗを含まない硬質材料、即ち硬化機構が炭化物の析出ではなく、ＣｒＭｏの金属間化合物である材料を用いた場合に本発明の効果が現れる。
【００３２】
【実施例３】
実施例１、２で用いた肉盛材料ＳＴ２１を本発明の条件でＳＫＤ６１ダイス鋼（５０ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ２５ｍｍ）上に肉盛し、肉盛後、各条件での熱処理を行った後の被膜の硬度と熱衝撃試験結果を表５に示す。
【００３３】
【表５】
【００３４】
【実施例４】
図１に熱間押出工具への肉盛手順を示す。まず、ＳＫＤ６１母材の被肉盛部に凹溝１を加工し、次いで、この凹溝１に肉盛部２を多層肉盛し、肉盛後の熱処理を行った。この時の肉盛条件は表６の通りである。次いで、押出部３のくり貫き加工と表面の仕上げ加工を行った。
【００３５】
【表６】
【００３６】
肉盛後の熱処理によって肉盛部の硬度は肉盛前よりも上昇し、若干の組織の粗粒化は見られるが、従来の厚肉盛（一層の厚みが３ｍｍ）よりも微細な組織となり、耐熱衝撃性は従来品よりも５倍向上した。
【００３７】
【発明の効果】
本発明により、耐磨耗性と耐熱衝撃性に優れた熱間押出や鍛造用の金型の表面硬化肉盛ができ、金型の長寿命化およびコスト削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱間押出工具への多層肉盛の手順を示す図である。
【符号の説明】
１ 凹溝
２ 肉盛部
３ 押出部
４ 熱間押出工具
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間での押出や鍛造に用いられる金型の硬化用の多層肉盛部の耐熱衝撃性を向上させる多層肉盛方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材の熱間での押出または鍛造用の金型は、ＳＫＤ鋼やＳＣＭ鋼などのダイス鋼、工具鋼の硬度を増し、かつ靭性をあげるために焼き入れ、焼き戻して使用されている。この焼き入れ温度は、ＳＫＤ鋼では１０００〜１０５０℃、ＳＣＭ鋼では８３０〜９００℃程度である。また、焼き戻し温度は鋼に要求される硬度によって異なる。さらに、処理時間は鋼の大きさ、厚みによって異なる。
【０００３】
この金型の押出や鍛造時の温度は２００℃から８００℃もの高温になる。そして加熱後、金型は空気や水によって冷却される場合が多い。このように金型は加熱−冷却の熱サイクル環境下で用いられ、かつ耐磨耗性、耐焼き付き性、耐すべり性が要求される。
【０００４】
この耐磨耗、焼き付き、すべり性を向上させるため、金型表面に高硬度材料を肉盛して使用することがあり、肉盛材料には主としてＣｏ基、Ｎｉ基、そしてＦｅ基の合金が用いられる。さらに、この合金に炭化物、窒化物、ほう化物のセラミックスを添加してより硬度を高めた材料もある。
【０００５】
この肉盛の大きな課題の一つとして、肉盛時に母材成分が肉盛部へ希釈して、硬度や靭性が本来の肉盛材料の特性よりも低下してしまうことがある。そのため、母材成分の肉盛部への希釈率を１５％程度におさえることが望ましく、多層肉盛技術はこの希釈率の低減に有効な技術とされている。例えば、２〜３層で全体の肉盛厚みを１０ｍｍ程度にすることが特開平５−５０２３７号公報に記載されている。
【０００６】
また、肉盛部の課題として、硬度が高まるにつれて、耐熱衝撃や熱疲労特性（脆性の向上を含む）が低下することがある。この耐熱衝撃性を劣化させる箇所は、母材と肉盛部の合金層（希釈層）と、肉盛部とに大別できる。前者に対しては、例えば特開昭５６−６２６７３号公報では、厚み２〜４ｍｍの初層を形成した後、２層目を形成する時の熱サイクルによって、初層形成時に生成した母材の粗粒域の細粒化を図り、脆性の向上を達成している。一方、後者に関しては、特開昭５６−７１５７８号公報では、高硬度層として炭化物を含む金属を用いて多層盛を行い、この層間に金属の緩衝層を設けたサンドウッチ構造の多層肉盛を開発し、熱衝撃性を向上させている。ここでは特に高硬度層の肉厚を０．８〜１．５ｍｍにすることが望ましいとされている。また、特開平５−５０２３７号公報では、肉盛時の母材の加熱温度を、従来の高温ほどよいとされている知見に対し、３００℃以下に抑制することによって熱衝撃性を向上させている。
【０００７】
また、肉盛材料のベ−ス材料として高温特性の優れたＣｏが用いられることがある。このＣｏ基材料の硬化機構は大きく２系統に大別でき、一つはＷＣの硬質炭化物を析出分散させた型であり、もう一つはＣｒＭｏの金属間化合物によるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
こうした肉盛の課題の中で、特に肉盛部の耐熱衝撃性を向上させる技術としては、特開昭５６−７１５７８２号公報記載のサンドウッチ構造は確かに大きな効果がある。しかし、複数の材料を使用するため、付帯設備が増える、工程、制御が複雑になるなどの課題がある。また、肉盛時の母材の温度制御も熱衝撃性の向上には効果を発揮するが、実際の施工中の厳密な温度制御は容易ではない。
【０００９】
本発明では、同一肉盛を行う際、これまで規定がある硬化層厚みに加え、各肉盛層の厚みについても規定することにより、簡便でかつ耐熱衝撃性を向上させる肉盛方法を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の（１）〜（３）の通りである。
【００１１】
（１）熱間押出または鍛造用金型母材の表面の多層肉盛方法において、同一肉盛 材料の一層毎の厚みが０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ未満であり、肉盛する前の金型母材の予備加熱温度および肉盛する際の肉盛材料による肉盛層間の温度を５００℃以下とし、かつ肉盛材料の成分が、重量％でＣ：０．０１〜０．５０％、Ｃｒ：７．０〜３０．０％、Ｍｏ：４．０〜３０．０％、Ｎｉ：０．５〜７．０％、Ｗ：０％と不可避的不純物を除き残部がＣｏからなることを特徴とする熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法。
【００１４】
（２）金型母材が鉄基素材のＳＫＤ鋼であって、肉盛後、１００ ０〜１０５０℃からの焼き入れを行い、次いで５７０〜５９５℃での焼き戻しを行うことを特徴とする前記（１）の熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法。
【００１５】
（３）金型母材が鉄基素材のＳＣＭ鋼であって、肉盛後、８３０〜９００℃からの焼き入れを行い、次いで４５０〜５００℃での焼き戻しを行うことを特徴とする前記（１）の熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法。
【００１６】
多層肉盛時の一層毎の厚みを０．５ｍｍ以上にするのは、母材あるいは既肉盛層との接合を十分に確保するためである。また、１．２ｍｍ以下にするのは、既肉盛層の粗粒化を防止し、かつ層毎のデンドライト組織の大半を断絶するためである。
【００１７】
肉盛する前の金型母材の予備加熱温度と肉盛する際の肉盛材料による肉盛層間の温度を５００℃以下にするのは、既肉盛層の粗粒化(焼き戻しに相当）を防止するためである。
【００１８】
肉盛材料の成分として、Ｃは硬度をある程度だすために０．０１％以上で、肉盛部の靭性を確保するために０．５％以下にする必要がある。ＣｒとＭｏは肉盛部の硬度をあげるためのＣｒＭｏ金属間化合物を形成するために添加し、その添加量は硬度を確保するためにＣｒが７．０％以上、Ｍｏが４．０％以上、靭性を確保するためにＣｒは３０．０％以下、Ｍｏは３０．０％以下にする。Ｎｉは高温強度を上げるために０．５％以上添加し、硬度を維持するために７．０％以下にする。Ｃｏを母相とするのは焼き付きを抑制するためである。
【００１９】
ＷはＷＣを形成し、材料を硬化させる添加物の代表であるが、炭化物によって靭性が低下するためＷは添加しない。
【００２０】
こうして肉盛を行った後、再度母材の硬度を規定する場合には以下の要領で焼き入れ、焼き戻しを行うと、硬度と耐熱衝撃性を兼ね備えた肉盛部が形成できる。
【００２１】
母材がＳＫＤ鋼の場合、焼き入れは従来同様に１０００〜１０５０℃で行い、焼き戻しは粗粒化温度領域以上である５７０℃以上、コスト面から５９５℃以下で行う。この処理時間は母材の大きさや厚みによって異なる。
【００２２】
母材がＳＣＭ鋼の場合、焼き入れは従来同様に８３０〜９００℃で行い、焼き戻しは粗粒化温度領域以上である４５０℃以上、コスト面から５００℃以下で行う。この処理時間は母材の大きさや厚みによって異なる。
【００２３】
【実施例１】
表１の材料を肉盛する場合の肉盛条件を表２に示す。
【００２４】
【表１】
【表２】
こうして形成した肉盛材料に、９００℃、３０分の加熱と０℃の水冷を繰り返す熱サイクル試験を行った結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
以上の結果、本発明によって耐熱衝撃性が４倍以上向上した。
【００２９】
【実施例２】
実施例１と同じ実施例の条件で各種材料を肉盛し、実施例１と同様な熱サイクル試験を行った結果を表４に示す。
【００３０】
【表４】
このように、Ｗを含まない硬質材料、即ち硬化機構が炭化物の析出ではなく、ＣｒＭｏの金属間化合物である材料を用いた場合に本発明の効果が現れる。
【００３２】
【実施例３】
実施例１、２で用いた肉盛材料ＳＴ２１を本発明の条件でＳＫＤ６１ダイス鋼（５０ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ２５ｍｍ）上に肉盛し、肉盛後、各条件での熱処理を行った後の被膜の硬度と熱衝撃試験結果を表５に示す。
【００３３】
【表５】
【実施例４】
図１に熱間押出工具への肉盛手順を示す。まず、ＳＫＤ６１母材の被肉盛部に凹溝１を加工し、次いで、この凹溝１に肉盛部２を多層肉盛し、肉盛後の熱処理を行った。この時の肉盛条件は表６の通りである。次いで、押出部３のくり貫き加工と表面の仕上げ加工を行った。
【００３５】
【表６】
肉盛後の熱処理によって肉盛部の硬度は肉盛前よりも上昇し、若干の組織の粗粒化は見られるが、従来の厚肉盛（一層の厚みが３ｍｍ）よりも微細な組織となり、耐熱衝撃性は従来品よりも５倍向上した。
【００３７】
【発明の効果】
本発明により、耐磨耗性と耐熱衝撃性に優れた熱間押出や鍛造用の金型の表面硬化肉盛ができ、金型の長寿命化およびコスト削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱間押出工具への多層肉盛の手順を示す図である。
【符号の説明】
１ 凹溝
２ 肉盛部
３ 押出部
４ 熱間押出工具
Claims (3)
- 熱間押出または鍛造用金型母材の表面の多層肉盛方法において、同一肉盛材料の一層毎の厚みが０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ未満であり、肉盛する前の金型母材の予備加熱温度および肉盛する際の肉盛材料による肉盛層間の温度を５００℃以下とし、かつ肉盛材料の成分が、重量％でＣ：０．０１〜０．５０％、Ｃｒ：７．０〜３０．０％、Ｍｏ：４．０〜３０．０％、Ｎｉ：０．５〜７．０％、Ｗ：０％と不可避的不純物を除き残部がＣｏからなることを特徴とする熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法。
- 金型母材が鉄基素材のＳＫＤ鋼であって、肉盛後、１００ ０〜１０５０℃からの焼き入れを行い、次いで５７０〜５９５℃での焼き戻しを行うことを特徴とする請求項１記載の熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法。
- 金型母材が鉄基素材のＳＣＭ鋼であって、肉盛後、８３０〜９００℃からの焼き入れを行い、次いで４５０〜５００℃での焼き戻しを行うことを特徴とする請求項１記載の熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26012496A JP3700955B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26012496A JP3700955B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1085933A JPH1085933A (ja) | 1998-04-07 |
| JP3700955B2 true JP3700955B2 (ja) | 2005-09-28 |
Family
ID=17343631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26012496A Expired - Fee Related JP3700955B2 (ja) | 1996-09-10 | 1996-09-10 | 熱間押出、鍛造用金型への多層肉盛方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3700955B2 (ja) |
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-
1996
- 1996-09-10 JP JP26012496A patent/JP3700955B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH1085933A (ja) | 1998-04-07 |
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