JP4593686B1 - Die for forging process, manufacturing method thereof, and forging method - Google Patents
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Abstract
【課題】チタン系焼結体の優れた性能を維持しつつ成形用材料に対するすべり性を向上させた鍛造加工用金型を製造できる製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る鍛造加工用金型の製造方法は、炭化チタン、窒化チタンおよび炭窒化チタンのうち、少なくとも１種以上のチタン化合物を硬質相の主成分とする焼結体によって構成されたサーメット基材の表面に、前記サーメット基材表面のチタン化合物と反応して複合酸化物を生成する金属塩を含む処理液を塗布する工程と、前記塗布の後に耐酸化膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】図３The present invention provides a manufacturing method capable of manufacturing a forging die having improved sliding properties against a molding material while maintaining the excellent performance of a titanium-based sintered body.
A method for producing a forging die according to the present invention comprises a sintered body containing at least one titanium compound as a main component of a hard phase among titanium carbide, titanium nitride, and titanium carbonitride. Applying a treatment liquid containing a metal salt that reacts with the titanium compound on the surface of the cermet substrate to form a composite oxide on the surface of the cermet substrate, and forming an oxidation resistant film after the application It is characterized by including.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、成形用材料に対するすべり性に優れた鍛造加工用金型の製造方法及び該製造方法で得られた鍛造加工用金型を用いた鍛造加工方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a forging die excellent in slipperiness with respect to a molding material and a forging method using the forging die obtained by the production method.
炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）を硬質相の主成分とし、鉄属金属を結合相の主成分とする炭窒化チタン系焼結体（炭窒化チタン基サーメット）は、硬度や強度が高く、またアルミニウムやその合金と反応し難いこと、各種金属との滑り性が良く低摩擦係数が得られる等の優れた特徴を保有しており、金属パイプの拡管用ダイス、縮管用ダイス、切削用チップ等の金属加工品として好適に用いられている。 A titanium carbonitride-based sintered body (titanium carbonitride-based cermet) having titanium carbonitride (TiCN) as the main component of the hard phase and iron group metal as the main component of the binder phase has high hardness and strength, It possesses excellent characteristics such as being difficult to react with the alloy, good slipperiness with various metals, and low coefficient of friction, and metal such as metal pipe expansion dies, contraction dies, cutting tips, etc. It is suitably used as a processed product.
ところが、ＴｉＣＮ系サーメットは、高温下で、酸素が存在する雰囲気中に曝されると、構成元素のチタンが酸化されてサーメット表面に酸化チタンが生成されてしまう。この酸化チタンは脆いため、酸化チタン膜が形成されたサーメット製の工具によって、金属を加工すると、酸化チタン膜が脱落し、表面が荒れてしまい、加工性能が低下する。さらに酸化チタン層は、摩耗が早いため、耐久性も低下してしまう。 However, when TiCN-based cermets are exposed to an atmosphere in which oxygen is present at high temperatures, the constituent element titanium is oxidized and titanium oxide is generated on the cermet surface. Since this titanium oxide is brittle, when the metal is processed with a cermet tool on which the titanium oxide film is formed, the titanium oxide film falls off, the surface becomes rough, and the processing performance deteriorates. Furthermore, since the titanium oxide layer wears quickly, durability is also lowered.
そこで従来より、チタン系サーメットの耐酸化性を向上させるために、サーメットを構成する成分に、他の元素を添加する方法が提案されている。 Therefore, conventionally, in order to improve the oxidation resistance of the titanium-based cermet, a method of adding another element to the component constituting the cermet has been proposed.
例えば特許文献１に示すサーメットは、チタン系焼結材料にクロムを含有させることにより、クロム（Ｃｒ）とチタン（Ｔｉ）との複合化合物を主成分として構成されており、耐酸化性を向上させるようにしている。
For example, the cermet shown in
一方、耐酸化性の向上を目的とするものではないが、チタン系焼結体に硬質膜が形成された表面被覆サーメット部材も従来より多数提案されている。 On the other hand, many surface-coated cermet members in which a hard film is formed on a titanium-based sintered body have been proposed, although not intended to improve oxidation resistance.
例えば特許文献２に示す表面被覆サーメット部材は、基材としてのサーメットの表面に、ＣＶＤ（化学蒸着法）やＰＶＤ（物理蒸着法）等によって、チタンを含む硬質膜が形成されるものである。 For example, the surface-covered cermet member disclosed in Patent Document 2 is such that a hard film containing titanium is formed on the surface of a cermet as a base material by CVD (chemical vapor deposition), PVD (physical vapor deposition), or the like.
さらに特許文献３に示す表面被覆サーメット部材は、サーメット基材の表面に硬質膜が形成されるとともに、サーメット基材表面と硬質膜との界面に、硬質膜の密着性を向上させるために、拡散元素含有層が形成されている。 Furthermore, the surface-coated cermet member shown in Patent Document 3 has a hard film formed on the surface of the cermet base material, and in order to improve the adhesion of the hard film at the interface between the cermet base material surface and the hard film, An element containing layer is formed.
ところが、上記特許文献１に示すように、チタン系焼結材料の成分に他の成分を含有させて形成したサーメット（焼結体）は、チタン系焼結体と成分が異なり、変質されてしまうため、チタン系焼結体の優れた性能が損なわれてしまう、という問題があった。
However, as shown in
上記特許文献２に示す表面被覆サーメット部材は、拡散によって単純に硬質膜を形成するものであるが、サーメット基材の結合相（Ｃｏ）上と、硬質相（ＴｉＣ）では拡散量が異なり、例えば硬質相上では拡散がほとんど進行しないため、硬質膜の密着性が低下して、剥離によって十分な耐酸化性を確保することが困難である、という問題があった。 The surface-coated cermet member shown in Patent Document 2 simply forms a hard film by diffusion, but the diffusion amount differs between the binder phase (Co) of the cermet base material and the hard phase (TiC), for example, Since the diffusion hardly progresses on the hard phase, there is a problem that the adhesion of the hard film is lowered and it is difficult to ensure sufficient oxidation resistance by peeling.
上記特許文献３に示す表面被覆サーメット部材は、硬質膜とサーメット基材との界面にさらに、拡散元素含有層を形成するものであるため、構造が複雑になり、製作が困難である、という問題があった。 The surface-covered cermet member shown in Patent Document 3 has a problem that the structure is complicated and difficult to manufacture because a diffusion element-containing layer is further formed at the interface between the hard film and the cermet base material. was there.
更に、特許文献１〜３に記載のサーメット部材を成形面に配置して鍛造加工用金型を構成し、該鍛造加工用金型を用いて鍛造加工を行った場合、鍛造加工用金型の成形面におけるすべり性が不十分なために、鍛造加工時に多くの潤滑剤が必要になるという問題があった。
Furthermore, when the cermet member described in
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、チタン系焼結体の優れた性能を維持しつつ成形用材料に対するすべり性を向上させた鍛造加工用金型を製造できる製造方法及び該製造方法で得られた鍛造加工用金型を用いた鍛造加工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and a manufacturing method capable of manufacturing a forging die having improved slipperiness with respect to a molding material while maintaining the excellent performance of a titanium-based sintered body, and It aims at providing the forge processing method using the metal mold | die for forge processing obtained by this manufacturing method.
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
［１］炭化チタン、窒化チタンおよび炭窒化チタンのうち、少なくとも１種以上のチタン化合物を硬質相の主成分とする焼結体によって構成されたサーメット基材の表面に、前記サーメット基材表面のチタン化合物と反応して複合酸化物を生成する金属塩を含む処理液を塗布する工程と、
前記塗布の後に耐酸化膜を形成する工程とを含むことを特徴とする鍛造加工用金型の製造方法。
[1] Of the surface of the cermet base material, the surface of the cermet base material formed of a sintered body containing at least one titanium compound as a main component of the hard phase among titanium carbide, titanium nitride, and titanium carbonitride. Applying a treatment liquid containing a metal salt that reacts with a titanium compound to form a composite oxide;
And a step of forming an oxidation resistant film after the coating. A method for producing a forging die.
［２］前記耐酸化膜形成工程において、前記塗布の後に加熱することによって前記耐酸化膜を形成することを特徴とする前項１に記載の鍛造加工用金型の製造方法。
[2] The method for producing a forging die according to
［３］前記塗布工程の前に、前記サーメット基材に対し酸化処理を行う工程を備えることを特徴とする前項１または２に記載の鍛造加工用金型の製造方法。
[3] The method for producing a forging die according to the
［４］前記チタン化合物は、炭窒化チタンである前項１〜３のいずれか１項に記載の鍛造加工用金型の製造方法。
[4] The method for producing a forging die according to any one of
［５］前記耐酸化膜は、ペロブスカイト型複合酸化物によって構成される前項１〜４のいずれか１項に記載の鍛造加工用金型の製造方法。
[5] The method for producing a forging die according to any one of the
［６］前記処理液として、アルカリ土類金属化合物を含む処理液を用いる前項５に記載の鍛造加工用金型の製造方法。 [6] The method for producing a forging die according to item 5 above, wherein a treatment liquid containing an alkaline earth metal compound is used as the treatment liquid.
［７］前記耐酸化膜は、イルメナイト型複合酸化物によって構成される前項１〜４のいずれか１項に記載の鍛造加工用金型の製造方法。
[7] The method for producing a forging die according to any one of
［８］前記処理液として、鉄属２価イオンの遷移金属化合物を含む処理液を用いる前項７に記載の鍛造加工用金型の製造方法。 [8] The method for producing a die for forging according to item 7, wherein a treatment liquid containing a transition metal compound of an iron group divalent ion is used as the treatment liquid.
［９］前記耐酸化膜は、スピネル型複合酸化物によって構成される前項１〜４のいずれか１項に記載の鍛造加工用金型の製造方法。
[9] The method for producing a forging die according to any one of
［１０］前記処理液として、マグネシウム化合物またはコバルト化合物を含む処理液を用いる前項９に記載の鍛造加工用金型の製造方法。 [10] The method for producing a forging die according to item 9 above, wherein a treatment liquid containing a magnesium compound or a cobalt compound is used as the treatment liquid.
［１１］前記耐酸化膜の厚さが０．５μｍ以下である前項１〜１０のいずれか１項に記載の鍛造加工用金型の製造方法。
[11] The method for producing a die for forging according to any one of
［１２］前記複合酸化物は、酸素イオンが最密充填された結晶構造を有することを特徴とする前項１〜１１のいずれか１項に記載の鍛造加工用金型の製造方法。
[12] The method for producing a forging die according to any one of
［１３］前項１〜１２のいずれか１項に記載の製造方法で製造された鍛造加工用金型を用いて成形用材料の鍛造加工を行うことを特徴とする鍛造加工方法。
[13] A forging method comprising forging a molding material using the forging die manufactured by the manufacturing method according to any one of
［１４］前項１〜１２のいずれか１項に記載の製造方法で製造された鍛造加工用金型。
[14] A forging die manufactured by the manufacturing method according to any one of
［１］の発明によれば、チタン系焼結体の優れた性能を維持しつつ成形用材料に対するすべり性を向上させた鍛造加工用金型を製造することができる。また、この製造方法では、サーメット基材に耐酸化膜を形成するだけで簡単に鍛造加工用金型を製作することができる。 According to the invention of [1], it is possible to manufacture a forging die having improved slipping property with respect to a molding material while maintaining the excellent performance of the titanium-based sintered body. Further, in this manufacturing method, a forging die can be easily manufactured simply by forming an oxidation resistant film on the cermet base material.
［２］の発明では、耐酸化膜をより効率良く形成できる。 In the invention of [2], the oxidation resistant film can be formed more efficiently.
［３］の発明では、耐酸化膜を十分に形成できる。 In the invention of [3], an oxidation resistant film can be sufficiently formed.
［４］の発明では、炭窒化チタン系焼結体の優れた性能を得ることができる鍛造加工用金型を製造できる。 In the invention of [4], a forging die capable of obtaining the excellent performance of the titanium carbonitride-based sintered body can be produced.
［５］〜［１１］の発明では、成形用材料に対するすべり性をさらに向上させた鍛造加工用金型を製造できる。 In the inventions [5] to [11], it is possible to manufacture a forging die having further improved slipperiness with respect to the molding material.
［１２］の発明では、チタンを含む複合酸化物が、酸素イオンが最密充填された結晶構造を有しているから、酸素イオンが移動し難い安定した構造を有し、耐酸化性に優れた耐酸化膜（不動態膜）を形成することができる。 In the invention of [12], the composite oxide containing titanium has a crystal structure in which oxygen ions are closely packed, so that it has a stable structure in which oxygen ions are difficult to move and has excellent oxidation resistance. An oxidation resistant film (passive film) can be formed.
［１３］の鍛造加工方法によれば、成形用材料に対するすべり性の良い鍛造加工用金型を用いて鍛造加工を行うから、鍛造加工時における潤滑剤の使用量を低減できるし、鍛造加工時の鍛造成形品の鍛造加工用金型への焼き付き、かじり発生を低減できる。更に、鍛造荷重を減らすことができるので、鍛造加工用金型の使用寿命を延ばすことができる。また、鍛造加工用金型への焼き付きを低減できることにより、鍛造成形品の表面粗さを抑制できる利点もある。 According to the forging method of [13], forging is performed using a forging die having good slipperiness with respect to the molding material, so that the amount of lubricant used during forging can be reduced, and during forging. It is possible to reduce the occurrence of seizure and galling in the forging mold of the forged product. Furthermore, since the forging load can be reduced, the service life of the forging die can be extended. In addition, since the seizure to the forging die can be reduced, there is an advantage that the surface roughness of the forged product can be suppressed.
［１４］の発明では、チタン系焼結体の優れた性能を維持しつつ成形用材料に対するすべり性を向上させた鍛造加工用金型が提供される。 In the invention of [14], a die for forging process is provided in which the slipperiness with respect to the molding material is improved while maintaining the excellent performance of the titanium-based sintered body.
図４は、本発明の鍛造加工用金型（２０）を用いた鍛造加工方法を概略的に示す断面図である。本発明の鍛造加工用金型（２０）は、サーメット基材（１１）の表面の少なくとも一部に、チタンを含む複合酸化物によって構成される耐酸化膜（１２）が形成された表面被覆サーメット部材（１）（図４参照）を備えてなる。図４に示すように鍛造加工用金型（２０）の一部のみが前記表面被覆サーメット部材（１）で形成された構成であってもよいし、或いは鍛造加工用金型（２０）の全体が前記表面被覆サーメット部材（１）で形成された構成であってもよい。これらの中でも、図４に示すように鍛造加工用金型（２０）における成形用材料（Ｖ）と接触する成形面の少なくとも一部に前記表面被覆サーメット部材（１）が設けられているのが好ましい。 FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a forging method using the forging die (20) of the present invention. The forging die (20) of the present invention is a surface-coated cermet in which an oxidation resistant film (12) composed of a composite oxide containing titanium is formed on at least a part of the surface of a cermet base material (11). It comprises a member (1) (see FIG. 4). As shown in FIG. 4, only a part of the forging die (20) may be formed by the surface-covered cermet member (1), or the forging die (20) as a whole. May be formed of the surface-covered cermet member (1). Among these, as shown in FIG. 4, the surface-covered cermet member (1) is provided on at least a part of the molding surface in contact with the molding material (V) in the forging die (20). preferable.
本実施形態では、前記鍛造加工用金型（２０）は、成形用材料（Ｖ）からピストン素材（Ｗ）を鍛造するための金型である。 In the present embodiment, the forging die (20) is a die for forging the piston material (W) from the molding material (V).
まず、本発明の鍛造加工用金型（２０）を用いた鍛造加工で得られる鍛造品の一例であるピストン素材（Ｗ）の構成について説明する（図４参照）。ピストン素材（Ｗ）は、円形のランド部（１１１）と、その下面側（裏面側）に設けられた一対のスカート部（図示なし）と、一対のピンボス部（１１３）とを一体に備えている。このようなピストン素材（Ｗ）を用いて例えばエンジンピストン等が製作される。 First, the structure of the piston material (W), which is an example of a forged product obtained by forging using the forging die (20) of the present invention, will be described (see FIG. 4). The piston material (W) integrally includes a circular land portion (111), a pair of skirt portions (not shown) provided on the lower surface side (back surface side), and a pair of pin boss portions (113). Yes. For example, an engine piston or the like is manufactured using such a piston material (W).
前記鍛造加工用金型（２０）は、図４に示すように、下金型（２１）と、成形用荷重を付与するための上金型（２２）とを備えている。 As shown in FIG. 4, the forging die (20) includes a lower die (21) and an upper die (22) for applying a molding load.
前記下金型（２１）は、図示しないベースフレーム上に設置されている。前記下金型（２１）は、前記成形用材料（Ｖ）の下面側（裏面側）及び外周面を成形するもので、平面視円形状の成形孔（２３）を有している。 The lower mold (21) is installed on a base frame (not shown). The lower mold (21) molds the lower surface side (back surface side) and the outer peripheral surface of the molding material (V), and has a circular molding hole (23) in plan view.
前記下金型（２１）は、サーメット基材（１１）の表面の少なくとも一部に、チタンを含む複合酸化物によって構成される耐酸化膜（１２）が形成された表面被覆サーメット部材（１）（図４参照）を備えてなる。前記下金型（２１）は、金属材（鋼材など）等で形成された金型本体（１９）と、該金型本体（１９）の成形用凹部に一体的に形成された表面被覆サーメット部材（１）とを備える。前記表面被覆サーメット部材（１）は、炭化チタン、窒化チタンおよび炭窒化チタンのうち、少なくとも１種以上のチタン化合物を硬質相の主成分とする焼結体によって構成されるサーメット基材（１１）に、チタンを含む複合酸化物によって構成される耐酸化膜１２が形成された部材からなり、前記サーメット基材（１１）は、前記金型本体（１９）の成形用凹部の内面に当接して一体的に形成されており、前記耐酸化膜（１２）は、前記下金型（２１）の成形孔（２３）内で露出している（図４参照）。図４に示すように下金型（２１）の成形孔（２３）の内面の全体が前記表面被覆サーメット部材（１）で形成された構成であってもよいし、或いは下金型（２１）の成形孔（２３）の内面の一部のみが前記表面被覆サーメット部材（１）で形成された構成であってもよい。 The lower mold (21) is a surface-coated cermet member (1) in which an oxidation resistant film (12) composed of a composite oxide containing titanium is formed on at least a part of the surface of a cermet base material (11). (See FIG. 4). The lower mold (21) includes a mold body (19) formed of a metal material (steel material or the like) and a surface-covered cermet member formed integrally with a molding recess of the mold body (19). (1). The surface-covered cermet member (1) is a cermet base material (11) composed of a sintered body containing at least one titanium compound as a main component of a hard phase among titanium carbide, titanium nitride, and titanium carbonitride. Further, the cermet base material (11) is in contact with the inner surface of the molding recess of the mold body (19). The oxidation-resistant film (12) is integrally formed and exposed in the molding hole (23) of the lower mold (21) (see FIG. 4). As shown in FIG. 4, the whole inner surface of the molding hole (23) of the lower mold (21) may be formed by the surface-covered cermet member (1), or the lower mold (21). Only a part of the inner surface of the molding hole (23) may be formed by the surface-coated cermet member (1).
前記下金型（２１）の成形孔（２３）における底壁部には、成形するピストン素材（Ｗ）のピンボス部（１１３）、外周壁部（１１５）に対応して、ピンボス部形成用溝部（２４）、外周壁部形成用溝部（２５）が形成されると共に、肉盗み部（１１７）に対応して、肉盗み部形成用凸部（２６）が形成されている。また、ピンボス部形成用溝部（２４）に囲まれた部分が突出し、中央領域成形用凸部（２７）となされている。 The bottom wall portion of the molding hole (23) of the lower mold (21) has a pin boss portion forming groove portion corresponding to the pin boss portion (113) and the outer peripheral wall portion (115) of the piston material (W) to be molded. (24) An outer peripheral wall forming groove (25) is formed, and a meat stealer forming convex part (26) is formed corresponding to the meat stealer (117). Further, a portion surrounded by the pin boss portion forming groove (24) protrudes to form a central region forming convex portion (27).
前記上金型（２２）は、前記下金型（２１）の上方に配置され、下金型（２１）の成形孔（２３）に嵌合されてピストン素材（Ｗ）の上面側（表面側）を成形するパンチ（２８）を備えている。（２９）は、加工ボス部（１１１ａ）に対応する加工ボス部成形用凹部である。前記パンチ（２８）は、図示しないホルダーの下面に取り付けられ、図示しない昇降手段によって昇降駆動される。 The upper mold (22) is disposed above the lower mold (21) and is fitted into the molding hole (23) of the lower mold (21) so as to be on the upper surface side (surface side) of the piston material (W). ) Is formed. (29) is a recess for forming a processed boss portion corresponding to the processed boss portion (111a). The punch (28) is attached to the lower surface of a holder (not shown) and is driven up and down by a lifting means (not shown).
本発明において、前記サーメット基材（１１）は、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）の焼結体によって構成されている。このＴｉＣＮ系焼結体（ＴｉＣＮ系サーメット）は、炭窒化チタンを主成分（硬質相における含有率が５０重量％以上である成分）とする硬質相と、ニッケル（Ｎｉ）やコバルト（Ｃｏ）等の鉄属金属を主成分（結合相における含有率が５０重量％以上である成分）とする結合相とを備えた複合材料によって構成されている。 In the present invention, the cermet base material (11) is composed of a sintered body of titanium carbonitride (TiCN). This TiCN-based sintered body (TiCN-based cermet) is composed of a hard phase mainly composed of titanium carbonitride (a component having a hard phase content of 50% by weight or more), nickel (Ni), cobalt (Co), etc. And a binder phase containing as a main component (a component whose content in the binder phase is 50% by weight or more).
なお、本発明において、サーメット基材（１１）における硬質相の主成分は、炭窒化チタンに限られず、炭化チタン、窒化チタンおよび炭窒化チタンのうち、少なくとも１種以上のチタン化合物であれば、硬質相の主成分として採用することができ、例えばサーメット基材（１１）の硬質相の主成分として、ＴｉＣＮ−ＷＣ−ＴａＣ、ＴｉＣ−ＷＣ−ＴａＣ等の多元系のチタン化合物も採用することができる。 In the present invention, the main component of the hard phase in the cermet base material (11) is not limited to titanium carbonitride, and if it is at least one titanium compound of titanium carbide, titanium nitride, and titanium carbonitride, It can be employed as the main component of the hard phase. For example, a multi-component titanium compound such as TiCN-WC-TaC or TiC-WC-TaC can also be employed as the main component of the hard phase of the cermet base material (11). it can.
サーメット基材（１１）としては、サーメットのみで構成されるものに特に限定されるものではなく、例えばダイス鋼やセラミクス等のサーメット以外の材料の表面にチタン系のサーメット層が設けられた構成のものであってもよい。ダイス鋼やセラミクス等のサーメット以外の材料の表面にサーメット層を設ける手法は、特に限定されないが、例えば溶射法、ＰＶＤ法が好適である。 The cermet base material (11) is not particularly limited to those composed only of cermet. For example, a titanium-based cermet layer is provided on the surface of a material other than cermet such as die steel and ceramics. It may be a thing. Although the method of providing a cermet layer on the surface of materials other than cermets, such as die steel and ceramics, is not specifically limited, For example, a thermal spraying method and PVD method are suitable.
前記耐酸化膜（１２）は、チタンを含む複合酸化物によって構成されている。前記チタンを含む複合酸化物は、酸素イオンが最密充填された結晶構造を有したものであるのが好ましい。複合酸化物が、酸素イオンが最密充填された結晶構造を有している場合には、酸素イオンが移動し難い安定した構造を有し、耐酸化性に優れた耐酸化膜（不動態膜）を形成することができる。 The oxidation resistant film (12) is composed of a complex oxide containing titanium. The composite oxide containing titanium preferably has a crystal structure in which oxygen ions are closely packed. When the composite oxide has a crystal structure in which oxygen ions are closely packed, the oxide oxide film (passive film) has a stable structure in which oxygen ions are difficult to move and has excellent oxidation resistance. ) Can be formed.
この複合酸化物としては例えば、ペロブスカイト（ＣａＴｉＯ3）型複合酸化物、イルメナイト（ＦｅＴｉＯ3）型複合酸化物、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）型複合酸化物を好適例として挙げることができる。 Preferred examples of the composite oxide include perovskite (CaTiO 3 ) type composite oxides, ilmenite (FeTiO 3 ) type composite oxides, and spinel (MgAl 2 O 4 ) type composite oxides.
中でもペロブスカイト型複合酸化物およびイルメナイト型複合酸化物は、結晶構造において対称性および安定性が非常に高いものであり、酸素イオンの移動をより確実に妨げることができ、より一層耐酸化性に優れた耐酸化膜を形成することができる。 Among them, the perovskite complex oxide and the ilmenite complex oxide have very high symmetry and stability in the crystal structure, can more reliably prevent the movement of oxygen ions, and are further excellent in oxidation resistance. An oxidation resistant film can be formed.
ペロブスカイト型複合酸化物としては、ＣａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3等の化学組成を有する酸化物を挙げることができる。 Examples of the perovskite complex oxide include oxides having a chemical composition such as CaTiO 3 , SrTiO 3 , and BaTiO 3 .
このペロブスカイト型複合酸化物は、酸素イオンが面心立方型最密充填された構造において、１２配位の位置で、Ｃａ2+、Ｓｒ2+、Ｂａ2+等のイオン半径の大きな陽イオンが酸素イオンと置換され、さらに酸素イオンおよび陽イオンの隙間に、イオン半径の小さいＴｉ4+イオンが入り込んだ構造を有している。換言すれば、最密状態に詰め込まれた大きい２価の陽イオンおよび酸素イオンの隙間に、小さいＴｉ4+イオンが入り込んだ構造を有している。この結晶構造は、非常に安定しており、既述したように酸素イオンが移動し難い構造となっている。 This perovskite type complex oxide has a structure in which oxygen ions are close-packed in a face-centered cubic type, and cations having a large ion radius such as Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+, etc. It has a structure in which Ti 4+ ions having a small ion radius enter the gap between oxygen ions and cations, which are replaced with oxygen ions. In other words, it has a structure in which small Ti 4+ ions enter a gap between large divalent cations and oxygen ions packed in a close-packed state. This crystal structure is very stable, and as described above, oxygen ions are difficult to move.
このペロブスカイト型複合酸化物からなる耐酸化膜（１２）は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属を、サーメット基材表面に生成される酸化チタン（ＴｉＯ2）等のチタン酸化物と反応させることによって形成するものである。 The oxidation-resistant film (12) made of this perovskite complex oxide reacts an alkaline earth metal such as Ca, Sr or Ba with a titanium oxide such as titanium oxide (TiO 2 ) produced on the surface of the cermet substrate. It is formed by making it.
イルメナイト型複合酸化物としては、ＦｅＴｉＯ3、ＮｉＴｉＯ3、ＣｏＴｉＯ3、ＭｎＴｉＯ3、ＭｇＴｉＯ3、ＺｎＴｉＯ3等の化学組成を有する酸化物を挙げることができる。 The ilmenite-type complex oxide, can be cited FeTiO 3, NiTiO 3, CoTiO 3 , MnTiO 3, MgTiO 3, oxide having a chemical composition such as a ZnTiO 3.
このイルメナイト型複合酸化物は、コランダムと同形の結晶構造を有し、酸素イオンが六方最密充填された構造において、酸素イオンの隙間の位置（６配位）にカチオンが入り込んだ構造を有している。換言すれば、最密状態に詰め込まれた酸素イオンの隙間に、イオン半径の小さいＦｅ2+、Ｎｉ2+、Ｃｏ2+、Ｍｎ2+、Ｍｇ2+、Ｚｎ2+イオン等と、Ｔｉ4+イオンとが入り込んだ構造を有している。この結晶構造も、非常に安定しており、既述したように酸素イオンが移動し難い構造となっている。 This ilmenite-type composite oxide has a crystal structure similar to corundum, and has a structure in which cations are inserted into the gaps between oxygen ions (6-coordinates) in a structure in which oxygen ions are packed in a hexagonal close-packed manner. ing. In other words, Fe 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Mn 2+ , Mg 2+ , Zn 2+ ions, etc. with small ionic radii, and Ti 4 in the gaps between the oxygen ions packed in the close-packed state. It has a structure with + ions. This crystal structure is also very stable and has a structure in which oxygen ions are difficult to move as described above.
このイルメナイト型複合酸化物からなる耐酸化膜（１２）は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ等の鉄属２価イオンの遷移金属を、サーメット基材表面に生成される酸化チタンと反応させることによって形成するものである。 The oxidation resistant film (12) made of this ilmenite type complex oxide is composed of a transition metal of iron group divalent ions such as Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Zn, and titanium oxide produced on the surface of the cermet substrate. It is formed by reacting.
スピネル型複合酸化物としては、ＭｇＴｉ2Ｏ4、Ｍｇ2ＴｉＯ4、ＣｏＴｉ2Ｏ4、Ｃｏ2ＴｉＯ4等の化学組成を有する酸化物を挙げることができる。 Examples of the spinel complex oxide include oxides having chemical compositions such as MgTi 2 O 4 , Mg 2 TiO 4 , CoTi 2 O 4 , and Co 2 TiO 4 .
このスピネル型複合酸化物は、酸素イオンが面心立方型最密充填された構造を有している。Ｔｉを含むスピネル型複合酸化物は、Ｔｉイオンの電荷に違いがあり、僅かながら安定性に劣る結晶である。しかしながら、実際にはＴｉ3+イオンが観察されることはなく、同じ元素による複合酸化物であっても、Ｔｉが３価のＭｇＴｉ2Ｏ4よりもＴｉが４価のＭｇ2ＴｉＯ4のスピネル型構造を有し、いわゆるＡサイトにＭｇが、ＢサイトにＭｇとＴｉ4+が入り込んだ構造を有するものと考えられる。 This spinel type complex oxide has a structure in which oxygen ions are close-packed in a face-centered cubic type. Spinel-type complex oxides containing Ti are crystals that are slightly inferior in stability due to differences in the charge of Ti ions. However, in practice, Ti 3+ ions are not observed, and even in the case of a composite oxide of the same element, Ti is a tetravalent Mg 2 TiO 4 spinel rather than a trivalent MgTi 2 O 4. It is considered that it has a mold structure and has a structure in which Mg enters a so-called A site and Mg and Ti 4+ enter a B site.
本発明において、サーメット基材（１１）上に形成されるアナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型等の酸化チタンは、耐酸化膜（１２）として採用されることはない。 In the present invention, anatase type, rutile type, brookite type titanium oxide formed on the cermet base material (11) is not employed as the oxidation resistant film (12).
本発明において、サーメット基材（１１）に形成される耐酸化膜（１２）の厚さ（Ｔ）は、０．５μｍ以下、好ましくは０．４μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上に調整するのが良い。すなわち、この膜厚（Ｔ）が厚過ぎる場合には、耐酸化膜（１２）の表面が粗くなるおそれがある。また、膜厚（Ｔ）が薄過ぎる場合には、すべり性向上効果を十分に得ることが困難になるおそれがある。 In the present invention, the thickness (T) of the oxidation resistant film (12) formed on the cermet base material (11) is adjusted to 0.5 μm or less, preferably 0.4 μm or less, more preferably 0.1 μm or more. Is good. That is, when this film thickness (T) is too thick, the surface of the oxidation resistant film (12) may become rough. Moreover, when the film thickness (T) is too thin, there is a possibility that it is difficult to sufficiently obtain the effect of improving the slip property.
次に、前記サーメット基材（１１）上に前記耐酸化膜（１２）を形成するためのプロセスについて説明する。 Next, a process for forming the oxidation resistant film (12) on the cermet base material (11) will be described.
図２に示すように、本実施形態では、まず、サーメット基材（１１）を加熱して酸化処理を行った後、サーメット基材（１１）の表面に所定の金属塩を含む処理液を塗布する（処理液塗布処理）。その後、乾燥させてから、サーメット基材（１１）を加熱することによって、処理液中の金属塩を、サーメット基材表面のチタン酸化物（酸化チタン）と反応させて、耐酸化膜（１２）としての複合酸化物を生成させるものである。 As shown in FIG. 2, in this embodiment, first, the cermet base material (11) is heated and oxidized, and then a treatment liquid containing a predetermined metal salt is applied to the surface of the cermet base material (11). (Processing liquid application process). Thereafter, after drying, the cermet base material (11) is heated to cause the metal salt in the treatment liquid to react with titanium oxide (titanium oxide) on the surface of the cermet base material, thereby providing an oxidation resistant film (12). As a result, a composite oxide is produced.
ここで、酸化チタンと反応して、ペロブスカイト型複合酸化物を生成する金属塩は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属であり、このアルカリ土類金属化合物が処理液に含まれている。アルカリ土類金属の化合物としては例えば酢酸カルシウム（例えば酢酸カルシウム・１水和物など）等を挙げることができる。 Here, the metal salt that reacts with titanium oxide to form a perovskite-type composite oxide is an alkaline earth metal such as Ca, Sr, or Ba, and this alkaline earth metal compound is contained in the treatment liquid. . Examples of the alkaline earth metal compound include calcium acetate (such as calcium acetate monohydrate).
イルメナイト型複合酸化物を生成する金属塩は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ等の鉄属２価イオンの遷移金属であり、この遷移金属化合物が処理液に含まれている。この遷移金属の化合物としては例えば酢酸ニッケル（例えば酢酸Ｎｉ（II）・４水和物など）等を挙げることができる。 The metal salt that forms the ilmenite type complex oxide is a transition metal of an iron group divalent ion such as Fe, Ni, Co, Mn, Mg, Zn, and the transition metal compound is contained in the treatment liquid. Examples of the transition metal compound include nickel acetate (for example, Ni (II) acetate tetrahydrate).
またスピネル型複合酸化物を生成する金属塩は、Ｍｇ、Ｃｏの塩であり、これらの金属化合物が処理液に含まれている。この金属化合物としては例えば酢酸コバルト（例えば酢酸Ｃｏ（II）・４水和物など）等を挙げることができる。 Moreover, the metal salt which produces | generates a spinel type complex oxide is a salt of Mg and Co, and these metal compounds are contained in the treatment liquid. Examples of the metal compound include cobalt acetate (for example, Co (II) acetate tetrahydrate).
一方、金属塩を含む処理液は、添加される種々の添加物に応じて、水系、非水系の溶媒が用いられる。 On the other hand, the treatment liquid containing a metal salt uses an aqueous or non-aqueous solvent depending on various additives to be added.
さらに膜形成用の処理液は、サーメット基材（１１）の表面との「濡れ性」の問題がある。この「濡れ性」が悪い場合には、処理液をサーメット基材表面に塗布する際に、サーメット基材表面ではじかれてしまい、塗布量不足により、所望の耐酸化膜（１２）を形成するのが困難になるおそれがある。従って「濡れ性」が悪い場合には、その問題を解決する必要がある。この解決方法としては、サーメット基材（１１）の表面を過酸化水素水で酸化するか、大気中で加熱して酸化することにより、基材表面に極薄の酸化物層を形成する等の方法を好適に採用することができる。また処理液に、適当な界面活性剤等の添加剤を添加することにより、「濡れ性」を改善することができる。 Furthermore, the treatment liquid for film formation has a problem of “wetability” with the surface of the cermet base material (11). When this “wetting property” is poor, when the treatment liquid is applied to the surface of the cermet base material, it is repelled on the surface of the cermet base material, and a desired oxidation-resistant film (12) is formed due to insufficient application amount. May be difficult. Therefore, when the “wetting property” is poor, it is necessary to solve the problem. As this solution, the surface of the cermet base material (11) is oxidized with hydrogen peroxide water or heated in the atmosphere to oxidize, thereby forming an extremely thin oxide layer on the surface of the base material. The method can be suitably employed. Further, “wetting” can be improved by adding an appropriate additive such as a surfactant to the treatment liquid.
また、処理液をサーメット基材（１１）に塗布する際、処理液の粘性によっては、処理液の「タレ」の問題がある。この「タレ」が発生すると、処理液不足によって、所望の耐酸化膜（１２）を形成するのが困難になってしまう。特に三次元形状のものには必ず、立ち上がった部分が存在するため、その立ち上がり部分において「タレ」が生じ易くなっている。そこで水系溶媒を用いた処理液等の場合には、「タレ」の問題を解消するために、処理液に水溶性の糊剤（増粘剤）を添加しておき、適度な粘性を付与し、これにより「タレ」の発生を確実に防止した状態で、乾燥処理、加熱処理等の以降の工程を行うのが良い。 Further, when applying the treatment liquid to the cermet base material (11), there is a problem of “sagging” of the treatment liquid depending on the viscosity of the treatment liquid. When this “sag” occurs, it becomes difficult to form a desired oxidation-resistant film (12) due to a shortage of processing liquid. In particular, since a three-dimensional shape always has a rising portion, “sag” is likely to occur at the rising portion. Therefore, in the case of a processing solution using an aqueous solvent, a water-soluble paste (thickening agent) is added to the processing solution in order to eliminate the “sag” problem, and an appropriate viscosity is given. Thus, it is preferable to perform subsequent steps such as a drying process and a heating process in a state in which occurrence of “sag” is reliably prevented.
また糊剤の種類や濃度によっては水分乾燥後の塗膜が、収縮等によって剥離する場合がある。この収縮剥離の問題は、比較的高沸点を有する水溶性の多価アルコールを可塑剤として添加することによって解決することが可能である。この添加により、膜は水分乾燥後でも柔軟性を保つことができる。 Depending on the type and concentration of the paste, the coating film after moisture drying may peel off due to shrinkage or the like. The problem of shrinkage peeling can be solved by adding a water-soluble polyhydric alcohol having a relatively high boiling point as a plasticizer. By this addition, the film can maintain flexibility even after moisture drying.
また処理液中の金属塩の溶解度が小さい場合には、金属塩の沈殿が起こってしまう場合がある。この溶解度の問題は、処理液中にギ酸、酢酸、クエン酸等の有機酸を添加することにより解決することが可能である。 Further, when the solubility of the metal salt in the treatment liquid is small, precipitation of the metal salt may occur. This solubility problem can be solved by adding an organic acid such as formic acid, acetic acid, or citric acid to the treatment solution.
また複合酸化物の生成温度を低く抑えたい場合（例えば５００℃以下にしたい場合）には、低温での複合酸化物生成を行わせるためのナトリウム塩（例えば炭酸水素ナトリウム等）を反応助剤として添加すれば良い。 When it is desired to keep the production temperature of the complex oxide low (for example, when it is desired to make it 500 ° C. or lower), a sodium salt (for example, sodium hydrogen carbonate) for producing the complex oxide at a low temperature is used as a reaction aid. What is necessary is just to add.
このように水系の処理液は、金属塩や溶媒の他に、糊剤、界面活性剤、可塑剤、有機酸、反応助剤等を含み、スラリー、ペースト等の粘性を有するものにより構成されている。 As described above, the aqueous processing liquid includes a paste, a surfactant, a plasticizer, an organic acid, a reaction aid and the like in addition to the metal salt and the solvent, and is composed of a slurry or a paste having viscosity. Yes.
また処理液をサーメット基材（１１）の表面に塗布する方法としては、処理液をハケ等で塗布したり、スプレー等で吹き付けたり、サーメット基材（１１）を処理液中に浸漬する方法等を採用することができる。 Moreover, as a method of apply | coating a process liquid to the surface of a cermet base material (11), the process liquid is apply | coated with a brush etc., sprayed by spray etc., the method of immersing a cermet base material (11) in a process liquid, etc. Can be adopted.
本実施形態においては、サーメット基材（１１）に処理液を塗布して乾燥した後、加熱により耐酸化膜（１２）を生成させるものであるが、この膜形成時の加熱条件は、ナトリウム塩を非添加の場合、空気中において３８０〜７００℃で１〜６０分、好ましくは５７０〜６２０℃で２〜２０分に設定するのが良い。すなわち加熱温度が高過ぎると、耐酸化膜（１２）の生成よりも酸化の進行が勝ってしまうおそれがあり、加熱温度が低過ぎたり、加熱時間が短過ぎる場合には、耐酸化膜（１２）の形成が不十分となったり、膜厚が薄過ぎてすべり性向上効果を十分に得ることが困難になるおそれがある。 In this embodiment, the treatment liquid is applied to the cermet base material (11) and dried, and then the oxidation-resistant film (12) is generated by heating. The heating condition during the film formation is sodium salt. In the case of not adding, it is good to set in air at 380 to 700 ° C. for 1 to 60 minutes, preferably at 570 to 620 ° C. for 2 to 20 minutes. That is, if the heating temperature is too high, the progress of oxidation may be superior to the formation of the oxidation resistant film (12). If the heating temperature is too low or the heating time is too short, the oxidation resistant film (12 ) May be insufficient, or the film thickness may be too thin, making it difficult to obtain a sufficient slip improvement effect.
なお、上記の例では、サーメット基材（１１）に処理液を塗布する前に、加熱による酸化処理を行うようにしている。このように処理液の塗布前に加熱してチタンの酸化を促進しておくのが好ましいが、この加熱酸化処理は必ずしも必要でなく、省略することも可能である。即ち、図３に示すように、加熱酸化処理を行わずに直ちに、サーメット基材（１１）に処理液を塗布し（処理液塗布処理）、その後、乾燥して、加熱による耐酸化膜形成処理を行うようにしても良い。このように事前に酸化処理を行わなくとも、サーメット基材（１１）の表面には、耐酸化膜形成時に、ある程度、酸化チタン膜が生成されるため、この酸化チタンと処理液とが反応することよって、所望の耐酸化膜（１２）が形成されるものである。 In the above example, oxidation treatment by heating is performed before the treatment liquid is applied to the cermet base material (11). As described above, it is preferable to promote the oxidation of titanium by heating before application of the treatment liquid, but this heat oxidation treatment is not always necessary and can be omitted. That is, as shown in FIG. 3, the treatment liquid is immediately applied to the cermet base material (11) without performing the heat oxidation treatment (treatment liquid application treatment), and then dried, and the oxidation resistant film formation treatment by heating. May be performed. Thus, even if oxidation treatment is not performed in advance, a titanium oxide film is generated on the surface of the cermet base material (11) to some extent during the formation of the oxidation resistant film, so that this titanium oxide reacts with the treatment liquid. Thus, a desired oxidation resistant film (12) is formed.
当然のことながら、ペロブスカイト型複合化合物、イルメナイト型複合酸化物およびスピネル型複合酸化物のいずれの耐酸化膜（１２）を形成する場合であっても、処理液塗布前の酸化処理は省略することができる。 As a matter of course, the oxidation treatment before applying the treatment liquid should be omitted in any case of forming any oxidation resistant film (12) of the perovskite complex compound, the ilmenite complex oxide and the spinel complex oxide. Can do.
こうして炭窒化チタン系のサーメット基材（１１）の表面に、耐酸化膜（１２）が形成されて、ＴｉＣＮ系の表面被覆サーメット部材（１）が製作される（図１、４参照）。この表面被覆サーメット部材（１）において、サーメット基材（１１）の構成成分は、ＴｉＣＮ系焼結体の構成成分と等しく、基材（１１）の性質が変化することはないため、ＴｉＣＮ系焼結体が保有する優れた性能を確実に得ることができる。 Thus, the oxidation resistant film (12) is formed on the surface of the titanium carbonitride-based cermet base material (11), and the TiCN-based surface-covered cermet member (1) is manufactured (see FIGS. 1 and 4). In this surface-coated cermet member (1), the constituent components of the cermet base material (11) are the same as the constituent components of the TiCN-based sintered body, and the properties of the base material (11) do not change. The excellent performance possessed by the bonded body can be obtained with certainty.
さらに本実施形態の表面被覆サーメット部材（１）は、サーメット基材（１１）に処理液を塗布して、加熱するだけで簡単に製造することができる。 Furthermore, the surface-coated cermet member (1) of the present embodiment can be easily produced simply by applying a treatment liquid to the cermet base material (11) and heating it.
特に本実施形態においては、サーメット基材（１１）に生成させる酸化チタン膜に、処理液の金属塩を反応させて、耐酸化膜（１２）を形成するものであるため、サーメット基材中に含まれる元素の種類等に影響されずに、確実に耐酸化膜（１２）を形成することができ、耐酸化膜（１２）をより一層簡単に形成することができ、ひいては表面被覆サーメット部材（１）を、より一層簡単に製作することができる。 In particular, in this embodiment, the titanium oxide film produced on the cermet base material (11) is reacted with the metal salt of the treatment liquid to form the oxidation resistant film (12). The oxidation-resistant film (12) can be reliably formed without being affected by the type of elements contained, and the oxidation-resistant film (12) can be more easily formed. As a result, the surface-coated cermet member ( 1) can be manufactured even more easily.
また、後の実施例から明らかなように、表面被覆サーメット部材（１）は、上記耐酸化膜（１２）が形成されているので、鍛造加工時の成形用材料（Ｖ）に対するすべり性を向上させることができる。 Further, as is clear from the following examples, the surface-coated cermet member (1) is formed with the oxidation-resistant film (12), so that the slip property with respect to the molding material (V) during forging is improved. Can be made.
次に、前記鍛造加工用金型（２０）の製造方法について説明する。前記鍛造加工用金型（２０）は、例えば、熱間状態の金型本体（１９）の成形用凹部の内面にサーメット基材（１１）を焼き嵌めした後、該サーメット基材（１１）に上述した方法により耐酸化膜（１２）を形成することにより製作できる。 Next, a method for manufacturing the forging die (20) will be described. The forging die (20) is obtained, for example, by shrink fitting the cermet base material (11) on the inner surface of the molding recess of the hot die body (19), and then applying the cermet base material (11) to the cermet base material (11). It can be manufactured by forming the oxidation resistant film (12) by the method described above.
ここで、耐酸化膜（１２）を生成する際の温度を、鋼材の焼き戻し温度を超えた温度で行うと、金型本体（１９）の硬度が低下してしまうため、膜形成温度は、上記鋼材の焼き戻し温度以下の温度で行う必要がある。ＳＫＤ６１熱間ダイス鋼材の場合には、５２０℃以下での複合酸化物生成が望ましく、この条件に適合させるには、例えば、膜形成時に、温度を５００℃前後、加熱時間を３０分程度に調整すれば良く、それにより膜厚０．２μｍ程度の耐酸化膜（１２）を形成することができる。 Here, when the temperature at the time of generating the oxidation resistant film (12) is performed at a temperature exceeding the tempering temperature of the steel material, the hardness of the mold body (19) is lowered. It is necessary to carry out at a temperature below the tempering temperature of the steel material. In the case of SKD61 hot die steel, it is desirable to produce composite oxide at 520 ° C or lower. To meet this condition, for example, the temperature is adjusted to around 500 ° C and the heating time is adjusted to about 30 minutes. Accordingly, an oxidation resistant film (12) having a film thickness of about 0.2 μm can be formed.
次に、上記鍛造加工用金型（２０）を用いた鍛造加工方法について説明する。図４に示すように、成形用材料（Ｖ）を、鍛造加工用金型（２０）の下金型（２１）内にセットした状態で、ホルダー（図示しない）の降下駆動により前記パンチ（２８）を下金型（２１）の成形孔（２３）内にセットした成形用材料（Ｖ）に打ち込んで、該成形用材料（Ｖ）に荷重を付与して鍛造成形することによって、ピストン素材（Ｗ）を得る。 Next, a forging method using the forging die (20) will be described. As shown in FIG. 4, with the molding material (V) set in the lower die (21) of the forging die (20), the punch (28) is driven by lowering the holder (not shown). ) In the molding material (V) set in the molding hole (23) of the lower mold (21), and applying a load to the molding material (V) to perform forging molding, W).
上記鍛造加工方法によれば、鍛造加工用金型（２０）が、ＴｉＣＮ系焼結体（サーメット基材）自体が保有する優れた性能（アルミニウムやその合金と反応し難い等の優れた性能）を遺憾なく発揮すると共に、鍛造加工用金型（２０）の耐酸化膜（１２）が成形用材料（Ｖ）に対して優れたすべり性を発揮する。このため、鍛造加工時における潤滑剤の使用量を低減できるし、鍛造加工時の鍛造成形品の鍛造加工用金型（２０）への焼き付き、かじり発生を低減できる。更に、鍛造荷重を減らすことができるので、鍛造加工用金型（２０）の使用寿命を延ばすことができる。また、鍛造加工用金型（２０）への焼き付きを低減できることにより、鍛造成形品の表面粗さを抑制できる利点もある。また、ＴｉＣＮ焼結体を用いることにより鍛造加工用金型（２０）の軽量化も実現することができる。 According to the forging method described above, the forging die (20) has excellent performance possessed by the TiCN-based sintered body (cermet base material) itself (excellent performance such as hardly reacting with aluminum and its alloys). In addition, the oxidation resistant film (12) of the forging die (20) exhibits excellent sliding properties with respect to the molding material (V). For this reason, the usage-amount of the lubrication agent at the time of a forge process can be reduced, and the seizing to the metal mold | die for forging process (20) of a forge molded product at the time of a forge process, and generation | occurrence | production of a galling can be reduced. Furthermore, since the forging load can be reduced, the service life of the forging die (20) can be extended. In addition, since the seizure to the forging die (20) can be reduced, there is an advantage that the surface roughness of the forged molded product can be suppressed. Moreover, weight reduction of the forging die (20) can be realized by using the TiCN sintered body.
上記鍛造成形において、前記上金型（２２）及び前記下金型（２１）を加熱した状態で鍛造を行うのが好ましい。好ましい金型温度は２００〜３５０℃である。 In the forging, the forging is preferably performed while the upper mold (22) and the lower mold (21) are heated. A preferable mold temperature is 200 to 350 ° C.
なお、本発明の鍛造加工用金型（２０）は、上記のような鍛造加工を多数回行うことによって、耐酸化膜（１２）が摩耗してきた場合には、再処理を行うことによって（即ち上記と同様の操作を行うことによって）新たに耐酸化膜を形成するようにしても良い。 Note that the forging die (20) of the present invention can be reprocessed (ie, when the oxidation resistant film (12) is worn) by performing the forging process as described above many times. A new oxidation resistant film may be formed by performing the same operation as described above.
また、本発明の鍛造加工用金型（２０）は、上記のような鍛造加工を多数回行うことによって、耐酸化膜（１２）が摩耗したり、剥離したりすることも考えられる。このように多数回の鍛造加工によって耐酸化膜（１２）が摩耗や剥離したりすることが懸念される場合には次のような鍛造加工方法を採用しても良い。例えば上記鍛造加工方法を不活性雰囲気（真空の他、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気など）下で行うようにしても良い。 In addition, the forging die (20) of the present invention can be considered that the oxidation resistant film (12) is worn or peeled off by performing the forging process as described above many times. In this way, when there is a concern that the oxidation resistant film (12) is worn or peeled off by a large number of forgings, the following forging method may be employed. For example, the forging method may be performed in an inert atmosphere (in addition to vacuum, an inert gas atmosphere such as nitrogen gas).
次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。 Next, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not particularly limited to these examples.
＜実施例１＞
上記実施形態と同様に、炭窒化チタン系の焼結体によって構成されるサーメット基材を準備すると共に、耐酸化膜形成用の処理液として、酢酸Ｎｉ（II）・４水和物９．３質量部、ポリビニルピロリドン（糊剤）４．７質量部、アルキルグルコシド（界面活性剤）１．９質量部、グリセリン（多価アルコール）５．６質量部、クエン酸４．９質量部、炭酸水素ナトリウム（ナトリウム塩）６．５質量部、水６７．１質量部を混合した混合物を準備した。
<Example 1>
Similar to the above embodiment, a cermet base material composed of a titanium carbonitride-based sintered body is prepared, and Ni (II) acetate tetrahydrate 9.3 is used as a treatment liquid for forming an oxidation resistant film. Parts by weight, 4.7 parts by weight of polyvinylpyrrolidone (paste), 1.9 parts by weight of alkyl glucoside (surfactant), 5.6 parts by weight of glycerin (polyhydric alcohol), 4.9 parts by weight of citric acid, hydrogen carbonate A mixture in which 6.5 parts by mass of sodium (sodium salt) and 67.1 parts by mass of water were mixed was prepared.
前記サーメット基材の表面に、処理液を塗布した後、乾燥し、大気中（空気中）において、５００℃の温度まで熱風循環式高温炉で昇温し、さらに５００℃で３０分間保持し、サーメット基材上に、イルメナイト型複合酸化物（ＮｉＴｉＯ3層）によって構成される耐酸化膜を形成して、表面被覆サーメット部材を得た。この場合、表面に生成した耐酸化膜は、青系統の干渉色を示していた。 After the treatment liquid is applied to the surface of the cermet base material, it is dried, and in the atmosphere (in the air), the temperature is raised to a temperature of 500 ° C. in a hot air circulating high temperature furnace, and further maintained at 500 ° C. for 30 minutes On the cermet base material, an oxidation resistant film composed of an ilmenite type complex oxide (NiTiO 3 layer) was formed to obtain a surface-coated cermet member. In this case, the oxidation resistant film formed on the surface showed a blue interference color.
＜実施例２＞
上記実施形態と同様に、炭窒化チタン系の焼結体によって構成されるサーメット基材を準備した。
<Example 2>
As in the above embodiment, a cermet base material composed of a titanium carbonitride-based sintered body was prepared.
また、酢酸カルシウム・１水和物９．８質量部、ポリビニルピロリドン（糊剤）３．９質量部、アルキルグルコシド（界面活性剤）１．４質量部、グリセリン（多価アルコール）４．４質量部、酢酸２４．４質量部、酢酸ナトリウム（ナトリウム塩）４．９質量部、水５１．２質量部を混合した混合物を処理液として準備しておき、この処理液を、上記サーメット基体の表面に塗布し、空気中において５００℃の温度まで熱風循環式高温炉（電気炉）で昇温し、さらに５００℃で３０分間保持し、サーメット基材上に、ペロブスカイト型複合酸化物（ＣａＴｉＯ3層）によって構成される耐酸化膜を形成して、実施例２の表面被覆サーメット部材を得た。この場合、耐酸化膜は、やや光沢のある銀灰色を呈していた。 In addition, 9.8 parts by mass of calcium acetate monohydrate, 3.9 parts by mass of polyvinylpyrrolidone (glue), 1.4 parts by mass of alkyl glucoside (surfactant), 4.4 parts by mass of glycerin (polyhydric alcohol) Part, acetic acid 24.4 parts by mass, sodium acetate (sodium salt) 4.9 parts by mass, and a mixture of 51.2 parts by mass of water were prepared as a treatment liquid, and this treatment liquid was prepared on the surface of the cermet substrate. And heated to 500 ° C. in a hot air circulating high-temperature furnace (electric furnace) and held at 500 ° C. for 30 minutes, and a perovskite complex oxide (CaTiO 3 layer on the cermet substrate) The surface-resistant cermet member of Example 2 was obtained. In this case, the oxidation resistant film had a slightly glossy silver gray color.
＜実施例３＞
酢酸Ｃｏ（II）・４水和物１４．７質量部、ポリビニルピロリドン（糊剤）６．２質量部、アルキルグルコシド（界面活性剤）１．８質量部、グリセリン（多価アルコール）２．１質量部、水７５．２質量部を混合した混合物を処理液として準備し、その処理液を、上記実施例１と同様の炭窒化チタン系焼結体からなるサーメット基材の表面に塗布し、空気中において６００℃の温度まで熱風循環式高温炉（電気炉）で昇温し、さらに６００℃で３０分間保持し、サーメット基材上にスピネル型複合酸化物（Ｃｏ2ＴｉＯ4層）を形成して、実施例３の表面被覆サーメット部材を得た。この場合、ややくすんでいたが、青色を主体とした光沢のある耐酸化膜が観察された。
<Example 3>
Co (II) acetate tetrahydrate 14.7 parts by mass, 6.2 parts by mass of polyvinylpyrrolidone (glue), 1.8 parts by mass of alkyl glucoside (surfactant), 2.1 of glycerin (polyhydric alcohol) A mixture obtained by mixing 7 parts by mass of water and 75.2 parts by mass of water is prepared as a treatment liquid. The temperature is raised in a hot air circulation type high temperature furnace (electric furnace) to a temperature of 600 ° C. in the air, and further maintained at 600 ° C. for 30 minutes to form a spinel complex oxide (Co 2 TiO 4 layer) on the cermet substrate. Thus, a surface-coated cermet member of Example 3 was obtained. In this case, although it was slightly dull, a glossy oxidation resistant film mainly composed of blue was observed.
次に、上記のようにして得られた実施例１〜３及び比較例１の表面被覆サーメット部材の実使用における、成形用材料（Ｖ）に対するすべり性（その結果としての潤滑剤の使用量）を評価するために、前述した図４に示すように鍛造加工用金型（２０）の下金型（２１）の成形孔（２３）の内面部を上記各表面被覆サーメット部材（１）によって構成し、この鍛造加工用金型（２０）を用いてアルミニウム材料（Ｖ）の鍛造加工を行った。 Next, in actual use of the surface-coated cermet members of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 obtained as described above, the slipperiness with respect to the molding material (V) (the amount of lubricant used as a result) 4, the inner surface portion of the forming hole (23) of the lower die (21) of the forging die (20) is constituted by each surface-coated cermet member (1) as shown in FIG. Then, forging of the aluminum material (V) was performed using this forging die (20).
前記鍛造加工用金型（２０）の製作は、次のようにして行った。即ち、熱間状態の鋼材からなる金型本体（１９）の成形用孔部（凹部）の内面に、サーメット基材（１１）を焼き嵌めした後、該サーメット基材（１１）の内周面に上記耐酸化膜（１２）を形成することによって、鍛造加工用金型（２０）の下金型（２１）の内面部を表面被覆サーメット部材（１）によって構成して、図４に示す鍛造加工用金型（２０）を得た。耐酸化膜形成時の加熱温度を５００℃、加熱時間を３０分に設定し、これにより膜厚（Ｔ）が０．２μｍの耐酸化膜（１２）を形成した。 The forging die (20) was produced as follows. That is, after the cermet base material (11) is shrink-fitted into the inner surface of the molding hole (concave portion) of the mold body (19) made of a hot steel material, the inner peripheral surface of the cermet base material (11) 4 is formed by forming the inner surface of the lower die (21) of the forging die (20) with the surface-covered cermet member (1). A working mold (20) was obtained. The heating temperature at the time of forming the oxidation resistant film was set to 500 ° C., and the heating time was set to 30 minutes, thereby forming an oxidation resistant film (12) having a film thickness (T) of 0.2 μm.
次に、前記鍛造加工用金型（２０）を用いてアルミニウム材料（Ｖ）の鍛造加工を行った。こうして得られたピストン素材（鍛造品）（Ｗ）の１成形毎の潤滑剤の使用量（良好な鍛造成形を行うのに必要な潤滑剤量）（ｇ／ショット）を評価した。その結果を表１に示す。 Next, the forging of the aluminum material (V) was performed using the forging die (20). The amount of lubricant used for each molding of the piston material (forged product) (W) thus obtained (the amount of lubricant necessary for performing good forging) (g / shot) was evaluated. The results are shown in Table 1.
なお、上記鍛造加工時の鍛造条件は、下記のとおりである。
鍛造条件：潤滑剤としては油性黒鉛系潤滑剤を用いた。塗布量は２〜１５ｇ程度とした。
In addition, the forging conditions at the time of the said forge process are as follows.
Forging conditions: An oily graphite-based lubricant was used as the lubricant. The coating amount was about 2 to 15 g.
鍛造速度は４０ＳＰＭとした。 The forging speed was 40 SPM.
表１から明らかなように、本発明の実施例１〜３の鍛造加工用金型を用いて鍛造加工してピストン素材（鍛造品）を得たときには、１成形毎の潤滑剤の使用量は少ないものであった（潤滑剤の使用量が少なくても良好な鍛造成形を行うことができた）。 As is apparent from Table 1, when the piston material (forged product) was obtained by forging using the forging dies of Examples 1 to 3 of the present invention, the amount of lubricant used for each molding was The amount was small (good forging could be performed even if the amount of lubricant used was small).
これに対し、耐酸化膜（表面被覆）の形成されていない比較例１の鍛造加工用金型を用いて鍛造加工してピストン素材（鍛造品）を得たときには、１成形毎の潤滑剤の使用量は多かった（潤滑剤の使用量を多くしないと鍛造成形を良好に行うことができなかった）。 On the other hand, when a piston material (forged product) was obtained by forging using the die for forging process of Comparative Example 1 in which an oxidation resistant film (surface coating) was not formed, the lubricant for each molding was changed. The amount used was large (forging could not be performed well unless the amount of lubricant used was large).
本発明の鍛造加工用金型は、特に限定されるものではないが、例えば、温間用鍛造ダイス、熱間用鍛造ダイス、冷間用鍛造ダイス等の鍛造ダイスとして好適に用いられる。 The die for forging process of the present invention is not particularly limited, but is suitably used as a forging die such as a warm forging die, a hot forging die, a cold forging die, or the like.
１…表面被覆サーメット部材
２０…鍛造加工用金型
１１…サーメット基材
１２…耐酸化膜
Ｔ…膜厚
Ｖ…成形用材料
Ｗ…ピストン素材（鍛造品）
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記塗布の後に３８０〜７００℃で加熱することによって、前記サーメット基材にチタンを含む複合酸化物によって構成される耐酸化膜を形成する工程とを含むことを特徴とする鍛造加工用金型の製造方法。 Among the titanium carbide, titanium nitride and titanium carbonitride, on the surface of the cermet base material composed of a sintered body containing at least one titanium compound as a main component of the hard phase, Applying a treatment liquid containing a metal salt that reacts to form a composite oxide;
And a step of forming an oxidation resistant film composed of a composite oxide containing titanium on the cermet base material by heating at 380 to 700 ° C. after the coating. Production method.
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