JP4302300B2 - ダイカストマシンの鋳造用部材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイカストマシンの金型等の鋳造用部材に係り、とりわけ耐食性、耐摩耗性、耐割れ性および強度が同時に要求されるダイカストマシンの鋳造用部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
ダイカストマシンの鋳造用部材(プランジャスリーブ、ブッシュ、金型など)は高温に加熱された溶融金属に接触し、鋳造を行うものである。また、鋳造後は潤滑性・離型性をあげることを目的に、各部材に対して潤滑剤や離型剤が噴霧される。このため、前記部材は加熱と冷却の繰り返し熱応力を受けることとなり、繰り返し熱応力に起因するヒートチェック(クラック)の発生が問題となっている。特に金型は鋳造時にこのクラック内に溶融金属が入り、結果として鋳造製品に凸部が生じ、品質を低下させるため、早期に交換、補修する場合が多い。
【0003】
また、金型は鋳造時の高い圧力が作用する溶融金属と接触するため、特にアルミニウム鋳造時に溶損することが問題となる。この場合も鋳造品の品質を低下させるため、早期に交換する場合がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、プランジャスリーブ(以下、単純にスリーブと記す)や金型等の鋳造用部材としては、SKD61(JIS)などの工具鋼が使用されている。SKD61は耐ヒートチェックおよび耐アルミニウム溶損性が悪いために、スリーブや金型は、クラックや溶損による変形が生じたりする。そのため鋳造品には不具合が生じる。実際、SKD61製の金型では約3万〜5万回の鋳造工程後に、鋳造品に溶損などによる不具合が生じる。従って、金型の寿命を延ばすには、耐ヒートチェック(耐割れ性)および耐アルミニウム溶損性を向上させた合金を用いて金型を作製するか、もしくはそのような合金層を金型表面に形成させることが必要となる。
【0005】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、高強度で耐割れ性に優れ、溶融金属に対する耐溶損性、耐かじり性にも優れたダイカストマシンの鋳造用部材を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ni基合金を備え、溶融金属と直接接触するダイカストマシンの鋳造用部材において、Ni基合金は、1.1〜2.5重量%のBと、4.0〜6.5重量%のSiと、8.0〜17重量%のMoと、残部のNiおよび不可避的不純物とからなり、Ni基の結合相にNi−Mo硼化物が分散していることを特徴とするダイカストマシンの鋳造用部材である。
【0007】
本発明は、Ni基合金を備え、溶融金属と直接接触するダイカストマシンの鋳造用部材において、Ni基合金は、1.1〜2.5重量%のBと、4.0〜6.5重量%のSiと、8.0〜17重量%のMoと、0.01から0.5重量%のCと、残部のNiおよび不可避的不純物とからなり、Ni基の結合相にNi−Mo硼化物が分散していることを特徴とするダイカストマシンの鋳造用部材である。
【0008】
本発明は、Ni基合金に金属結合された鋼材を更に備えたことを特徴とするダイカストマシンの鋳造用部材である。
【0009】
本発明は、Ni基合金が焼結により形成され、Ni基合金と鋼材は焼結時に金属結合されることを特徴とするダイカストマシンの鋳造用部材である。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について説明する。本発明によるダイカストマシンの鋳造用部材10は、ダイカストマシンの金型等、溶融金属と直接接触するものであり、溶融金属に接触する側のNi基合金11と、Ni基合金11に金属結合された鋼材12とを備えている(図1)。
【0011】
このうち、Ni基合金11は、1.1〜2.5重量%のBと、4.0〜6.5重量%のSiと、8.0〜17重量%のMoと、残部のNiおよび不可避的不純物とからなっている。あるいはNi基合金11を1.1〜2.5重量%のBと、4.0〜6.5重量%のSiと、8.0〜17重量%のMoと、0.01〜0.5重量%のCと、残部のNiおよび不可避的不純物とにより構成してもよい。
【0012】
Ni基合金11は上記のような組成の原料粉末を高温で焼結することにより形成され、このようなNi基合金11の焼結時にNi基合金11と鋼材12とが金属結合するようになっている。
【0013】
次にNi基合金を構成する各組成物について、以下説明する。
【0014】
Mo 8.0重量%〜17重量%
Moは、高温焼結時にB、Niと反応し微細な複硼化物MO2NiB2をNi基合金中に形成し、Ni基合金の強度と硬度を高めるのに寄与する。Mo添加量の増加に伴って、複硼化物MO2NiB2の生成量も増加し、Ni基合金の耐摩耗性の著しい向上がもたらされると共に、Ni基合金の強度の著しい向上がもたらされる。複硼化物MO2NiB2の生成量増加は、耐食性の向上にも効果をあらわす。Mo添加量が17重量%以上の時、Ni基合金の硬度が高くなり、耐摩耗性能に優れるが、ダイカストマシンの金型等の鋳造用部材に用いる場合は、溶湯との接触による繰り返し熱応力に対する靭性が不足するため好ましくない。また、Mo添加量が8.0%重量以下の時、複硼化物MO2NiB2の生成量が少なすぎるため、Ni基合金の溶湯に対する耐食性(耐溶損性)および耐摩耗性が不足するため、好ましくない。
【0015】
B 1.1重量%〜2.5重量%
Bは、前述したようにMo、Niと複硼化物MO2NiB2を形成する元素であり、強度と硬度を高めるのに寄与する。Mo含有量に対してB含有量が多すぎると、Ni3B等のNi−B化合物が生成され、Ni基合金の強度を低下させるので、好ましくない。また、Mo含有量に対してB含有量が少なすぎると、複硼化物MO2NiB2の生成量が少なすぎるため、Ni基合金の溶湯に対する耐食性(耐溶損性)および耐摩耗性が不足するため、好ましくない。上述したMo含有量を考慮すると、適したB含有量は、1.1重量%〜2.5重量%となる。
【0016】
Si 4.0重量%〜6.5重量%
Siは、Ni基合金の結合相であるNi相中に固溶してNi基合金を固溶強化する。Ni含有量に対するSi含有量が少ないとその効果は現れず、焼結温度の上昇にもつながるため、好ましくない。また、NiへのSiの固溶限度は決まっているのでSi量が多いと結合相中に脆いNi−Si化合物を形成し、強度、靭性が低下する。
【0017】
本発明において上記のようなB、Mo含有量の場合、Si含有量は4.0重量%〜6.5重量%が適している。
【0018】
Ni 残部
Niは耐食性に優れた金属である。NiはB、Moと反応し複硼化物MO2NiB2を形成すると共に、Ni基合金の結合相を形成する。本発明において上記のようなB、Mo含有量の場合、結合相を形成するNi量が多いため、繰り返しの熱応力に対して割れの入りにくい靭性に優れた耐食耐摩耗Ni合金が製造可能となる。
【0019】
C 0.01重量%〜0.5重量%
Cは粉末表面の酸素を還元し、特にアトマイズ粉の焼結温度を下げる性能がある。Cが0.01重量%以下の場合、粉末表面の酸化膜を還元させる効果が小さく、焼結温度の上昇を招く。また、Cが0.5重量%以上の場合、炭化物が多く析出し、強度、耐腐食性を低下させてしまう。
【0020】
【実施例】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。まず、表1に示す組成の原料粉を配合し、回転ボールミルによりアルコール中で混合粉砕した。
【0021】
次いで、この混合合金粉末を乾燥、形成し、真空中で焼結して実験した。この実験例の焼結温度、抗折力および硬度を表1に示す。なお、表1は比較例▲1▼▲2▼▲3▼▲4▼▲5▼と、実施例▲1▼▲2▼▲3▼▲4▼とを示している。焼結時間はいずれも10分である。ちなみに、実施例▲3▼,▲4▼は表1に示す組成でアトマイズ法により粉末を製造し、得られた粉末を型内に充填し、真空中で焼結した。
【0022】
試験条件は以下の通りである。
【0023】
1)抗折試験(抗折力)
試験方法 3点曲げ抗折試験(JIS H5501による)
試験片の寸法 4×8×26mm、研削加工
比較例▲1▼▲2▼および実施例▲1▼▲2▼からB含有量が減少すると、硬さが低下することがわかる。B含有量が2.5重量%以上になると硬度はHRC58〜59と高くなる。硬度が高ければ、耐摩耗性が向上するが、耐割れ性が要求される合金としては、硬すぎる。また、B含有量が1.0重量%以下となると硬度がHRC40以下となり、耐摩耗性効果が期待できなくなる。
【0024】
比較例▲3▼によりMo含有量が17重量%以上では、焼結温度が高くなる傾向にある。本発明によるNi基合金は鋼材と金属結合するため、鋼材が劣化しないように焼結温度は低い方が好ましいと考えられる。Mo含有量が8.0重量%を下回るとNi基合金の硬度がHRC40以下となり、耐摩耗効果が期待できなくなる。
【0025】
実施例▲1▼および比較例▲4▼,▲5▼により、Si含有量が4.0重量%を下回ると焼結温度が上昇して、硬度がHRC40以下となり、耐摩耗効果が期待できなくなる。また、Si含有量が6.5重量%を上回ると硬度が高くなり、耐割れ性に対して不向きとなる。
【0026】
実施例▲3▼,▲4▼はアトマイズ法にて製造した粉末を焼結させた合金特性である。C含有量0%の実施例▲3▼に比べ、Cを0.4重量%程加えた実施例▲4▼の合金は焼結温度が50℃低下し、強度も優れていることがわかる。表1には示していないが、Cが0.5重量%以上添加されたNi基合金は強度が低下した。
【0027】
【表1】
本発明によるNi基合金(実施例▲1▼,▲2▼,▲3▼)と、従来材SKD61(HRC48)のそれぞれについて、摩耗試験と耐A1溶損試験を行った。試験条件は以下の通りである。
【0028】
3)耐Al溶損試験 ADC12材(Al合金)の680℃溶湯中に試料を浸漬する。
【0029】
試験方法:Al浸漬試験
試験片の形状:4×25×50mm、研削加工
溶湯:ADC12、500g、680℃
浸漬時間:1Hr
本発明によるNi基合金(実施例▲1▼,▲2▼,▲4▼)の摩耗試験および耐溶損試験の結果を表2に示す。表2に示すように従来材SKD61(HRC48)に比べ大きく優れていることがわかる。
【0030】
【表2】
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、高強度で耐割れ性に優れ、溶融Alに対する耐腐食性(耐溶損性)、摺動部材や溶融合金の射出に対する耐摩耗性を備え持った鋳造用部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるダイカストの鋳造用部材を示す図。
【符号の説明】
10 ダイカストマシンの鋳造用部材
11 Ni基合金
12 鋼材
Claims (4)
- Ni基合金を備え、溶融金属と直接接触するダイカストマシンの鋳造用部材において、
Ni基合金は、1.1〜2.5重量%のBと、4.0〜6.5重量%のSiと、8.0〜17重量%のMoと、残部のNiおよび不可避的不純物とからなり、Ni基の結合相にNi−Mo硼化物が分散していることを特徴とするダイカストマシンの鋳造用部材。 - Ni基合金を備え、溶融金属と直接接触するダイカストマシンの鋳造用部材において、
Ni基合金は、1.1〜2.5重量%のBと、4.0〜6.5重量%のSiと、8.0〜17重量%のMoと、0.01から0.5重量%のCと、残部のNiおよび不可避的不純物とからなり、Ni基の結合相にNi−Mo硼化物が分散していることを特徴とするダイカストマシンの鋳造用部材。 - Ni基合金に金属結合された鋼材を更に備えたことを特徴とする請求項1または2記載のダイカストマシンの鋳造用部材。
- Ni基合金は焼結により形成され、
Ni基合金と鋼材は焼結時に金属結合されることを特徴とする請求項3記載のダイカストマシンの鋳造用部材。
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