JP4842704B2 - Mold repair method - Google Patents
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Description
本発明は、鍛造用金型をはじめとする各種の金型を補修するための金型補修方法に関する。 The present invention relates to a mold repair method for repairing various molds including a forging mold.
一般に、鍛造用金型、プレス用金型及び鋳造用金型等の金型では、金型同士の当接部や溶融金属湯が高速で衝突する部分に応力が作用し、クラックや摩耗等が生じる。 In general, in a die such as a forging die, a pressing die, and a casting die, stress acts on a contact portion between the dies and a portion where molten metal hot water collides at high speed, and cracks, wear, etc. Arise.
金型に生じたクラックや摩耗等の損傷部は、製品にバリや歪みを発生させる要因となり、後工程での製品のバリ取り作業や整形作業を増大させてしまう。そこで、このような製品不良の発生を未然に防ぐべく、損傷が生じた金型に対して補修が行われる。 Damaged parts such as cracks and wear in the mold cause burrs and distortions in the product, increasing the deburring and shaping operations of the product in the subsequent process. Therefore, in order to prevent such product defects from occurring, repair is performed on the damaged mold.
このような補修方法としては、金型に損傷が生じ易い部位に対して肉盛りする金型補強方法を適用することが想起される。すなわち、損傷が生じた部位に、放電加工により肉盛りを行う。この肉盛り方法では、火花放電に伴う高温を利用して金属、炭化物セラミックス及びサーメット等の電極材を、金型における損傷が生じ易い部位の表面に蒸着して表面処理を行い、硬度、耐蝕性及び耐久性等を向上させる放電被覆処理が行われている(例えば、特許文献1参照)。 As such a repair method, it is conceived that a mold reinforcing method for building up a portion where the mold is easily damaged is applied. That is, overlaying is performed on the damaged part by electric discharge machining. In this build-up method, electrode materials such as metals, carbide ceramics, and cermets are deposited on the surface of the mold where damage is likely to occur using the high temperature associated with spark discharge, and surface treatment is performed to obtain hardness and corrosion resistance. In addition, a discharge coating process that improves durability and the like is performed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、肉盛りによって補修を行うと、肉盛り部と金型との接合強度が脆弱で、その耐久性に限界があるため、補修を頻繁に行う必要があり、製品の生産性の低下を招くという難点がある。 However, if repair is performed by building up, the bonding strength between the building up part and the mold is fragile and its durability is limited. Therefore, it is necessary to perform repair frequently, resulting in a decrease in product productivity. There is a difficulty.
特に、鍛造用金型は、使用時の応力が高いことや、熱疲労も加わり、肉盛り部が剥離し易いため、肉盛りによる補修が困難である。従って、鍛造用金型は、損傷すると廃棄処分を強いられており、不経済である。 In particular, forging dies have high stress during use, are subject to thermal fatigue, and the built-up portion is easy to peel off, making repair by building up difficult. Therefore, if the forging die is damaged, it is forced to be disposed of, which is uneconomical.
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、強固且つ確実な補修で金型の耐久性を回復させることを可能とし、しかも、製品の生産性及び経済性の向上に寄与することができる金型補修方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and makes it possible to restore the durability of the mold by a strong and reliable repair, and contribute to the improvement of product productivity and economy. It aims to provide a mold repair method that can be used.
前記の目的を達成するために、本発明に係る金型補修方法は、炭化物化することでFe基合金からなる金型の硬度を上昇させる性質を有する第1元素粉末及び前記第1元素粉末より融点の低い第2元素粉末を有する混合粉末を、前記金型の少なくとも補修予定領域に被覆する工程と、
前記混合粉末が被覆された前記金型の少なくとも補修予定領域を加熱することにより、前記混合粉末中の第1元素粉末を炭化して前記金型内に拡散させる工程と、
を含む金型補修方法が提供される。
In order to achieve the above object, a mold repair method according to the present invention includes a first element powder having a property of increasing the hardness of a mold made of an Fe-based alloy by being carbideized, and the first element powder. Coating a mixed powder having a second element powder having a low melting point on at least a region to be repaired of the mold; and
Heating at least a region to be repaired of the mold coated with the mixed powder to carbonize and diffuse the first element powder in the mixed powder into the mold;
A mold repair method is provided.
すなわち、この補修方法は、金型に損傷部が生じた後、該損傷部を回復するために実施される。そして、該補修方法によれば、金型の硬度や強度を回復させることができるので、鍛造加工を繰り返し行っても再摩耗し難く、しかも、再欠損が生じ難い耐久性の高い金型を得ることができる。結局、製品の生産性が再度向上する。勿論、プレス用金型及び鋳造用金型等の金型においても同様である。 That is, this repair method is carried out in order to recover the damaged portion after the damaged portion is generated in the mold. According to the repair method, the hardness and strength of the mold can be recovered, so that a highly durable mold that does not easily re-wear even when the forging process is repeatedly performed and hardly re-defects is obtained. be able to. Eventually, product productivity is improved again. Of course, the same applies to dies such as press dies and casting dies.
前記Fe基合金の好適な例としては、工具鋼、高速度工具鋼、ダイス鋼、粉末ハイスの合金鋼、SCM、SNC、SNCM、SCrの構造用合金鋼、又は炭素鋼、低炭素鋼の構造用鋼を挙げることができる。 Suitable examples of the Fe-based alloy include tool steel, high-speed tool steel, die steel, powder steel alloy steel, SCM, SNC, SNCM, SCr structural alloy steel, or carbon steel, low carbon steel structure. For example.
また、前記第1元素粉末は、Fe、Ni、Coの群の少なくともいずれか1種であることが好適である。これらは、自身が炭化物化することでFe基合金からなる金型の硬度を良好に上昇させるからである。 In addition, it is preferable that the first element powder is at least one of a group of Fe, Ni, and Co. This is because the hardness of the mold made of the Fe-based alloy is improved satisfactorily by being carbideized.
また、前記第2元素粉末としては、Al又はAl−Mn共晶合金が好適である。Alは第1元素粉末より融点が低く、Al−Mn共晶合金の共晶点は、Alの融点に比してさらに低い。このようなAl及びAl−Mn共晶合金は、第1元素粉末の誘引剤として作用する。 Further, as the second element powder, Al or an Al—Mn eutectic alloy is preferable. Al has a lower melting point than the first element powder, and the eutectic point of the Al—Mn eutectic alloy is lower than the melting point of Al. Such Al and Al-Mn eutectic alloys act as attractants for the first element powder.
さらに、Fe基合金の表面に存在する酸化物膜を還元するための還元剤を前記混合粉末に配合することが好ましい。この場合、第1元素粉末の原子が拡散する際に酸化物膜が除去されているので、低エネルギで原子拡散が生じる。 Furthermore, it is preferable to add a reducing agent for reducing the oxide film present on the surface of the Fe-based alloy to the mixed powder. In this case, since the oxide film is removed when the atoms of the first element powder diffuse, atomic diffusion occurs with low energy.
しかも、第2元素粉末としてAlを使用した場合、還元剤が酸素を捕捉することでAlの酸化が防止される。従って、Alの特性劣化が防止され、第1元素粉末のFe基合金への密着性が良好になる。 In addition, when Al is used as the second element powder, the reducing agent captures oxygen to prevent oxidation of Al. Therefore, the characteristic deterioration of Al is prevented and the adhesion of the first element powder to the Fe-based alloy is improved.
還元剤の好適な例としては、炭素粉末、樹脂又はSiを挙げることができる。 Preferable examples of the reducing agent include carbon powder, resin or Si.
また、前記混合粉末に、W、Ti、V、Mo又はNbを添加することがさらに好ましい。この場合、金型の強度が一層向上するからである。 Moreover, it is more preferable to add W, Ti, V, Mo, or Nb to the mixed powder. This is because the strength of the mold is further improved in this case.
本発明に係る金型補修方法によれば、金型の硬度や強度を確実に再向上させることができるので、鍛造加工を繰り返し行っても摩耗し難く、しかも、欠損が生じ難い耐久性の高い金型が得られる。結局、製品の生産性及び経済性を再度向上させることができる。 According to the mold repair method according to the present invention, the hardness and strength of the mold can be reliably improved again, so that it is difficult to wear even if the forging process is repeated, and it is difficult to cause defects. A mold is obtained. Eventually, product productivity and economy can be improved again.
以下、本発明に係る金型補修方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Preferred embodiments of the mold repair method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施の形態に係る金型補修方法が実施される鍛造用金型10の概略全体斜視図である。この鍛造用金型10は、自動車のエンジン動力を滑らかに且つ等速に車輪に伝えるための等速ジョイントを構成するスパイダを鍛造成形するための金型であり、Fe基合金、例えば工具鋼、高速度工具鋼、ダイス鋼及び粉末ハイス等の合金鋼からなる。 FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a forging die 10 in which the die repairing method according to the present embodiment is implemented. This forging die 10 is a die for forging a spider that constitutes a constant velocity joint for smoothly and uniformly transmitting the engine power of an automobile to a wheel. An Fe-based alloy, for example, tool steel, It consists of alloy steels such as high speed tool steel, die steel and powdered high speed steel.
鍛造用金型10は、下型11と、この下型11に対して相対的に変位可能な上型12とを備え、これら下型11及び上型12には、等速ジョイントの形状に整合し、加熱軟化した鋼材等の素材(ワーク)が圧入されるキャビティ11a、12aがそれぞれ形成されている。
The forging die 10 includes a lower die 11 and an upper die 12 that can be displaced relative to the lower die 11. The lower die 11 and the upper die 12 are matched to the shape of a constant velocity joint. Then,
鍛造用金型10に対する補修は、鍛造加工が繰り返し実施され、図2に示すようなクラックC等の損傷部が生じたときに実施される。すなわち、先ず、Fe基合金である合金鋼からなる鍛造用金型10を炭化物化して硬度を上昇させる性質を有する第1元素粉末と、第1元素粉末より低融点、例えば、融点が600℃〜750℃である第2元素粉末との混合粉末を用意する。
The
第1元素粉末の好適な例としては、Fe、Ni、Coの群の少なくともいずれか1種が挙げられる。後工程において、拡散させたい炭化物の金属種がFeであればFe粉末が配合された混合粉末を調製すればよい。また、拡散させたい金属種がNiであればNi粉末が配合された混合粉末を調製し、CoであればCo粉末が配合された混合粉末を調製すればよい。勿論、例えば、FeとCoの双方を拡散させる場合、Fe粉末及びCo粉末の双方が配合された混合粉末を調製すればよい。 Preferable examples of the first element powder include at least one selected from the group consisting of Fe, Ni, and Co. In the subsequent step, if the metal species of the carbide to be diffused is Fe, a mixed powder containing Fe powder may be prepared. If the metal species to be diffused is Ni, a mixed powder containing Ni powder is prepared, and if it is Co, a mixed powder containing Co powder may be prepared. Of course, for example, when both Fe and Co are diffused, a mixed powder containing both Fe powder and Co powder may be prepared.
一方、第2元素粉末の好適な例としてはAl又はAl−Mn共晶合金が挙げられる。 On the other hand, a suitable example of the second element powder is Al or an Al—Mn eutectic alloy.
ここで、補修対象である鍛造用金型10(合金鋼)の表面には、通常、自発的に形成された酸化物膜が存在する。この状態で第1元素粉末に含まれる金属原子を拡散させるには、当該金属原子が酸化物膜を通過できるように、多大な熱エネルギを供給しなければならない。これを回避するために、混合粉末には、酸化物膜を還元することが可能な還元剤、例えば、炭素を混合することが好ましい。 Here, a spontaneously formed oxide film usually exists on the surface of the forging die 10 (alloy steel) to be repaired. In order to diffuse the metal atoms contained in the first element powder in this state, a large amount of heat energy must be supplied so that the metal atoms can pass through the oxide film. In order to avoid this, the mixed powder is preferably mixed with a reducing agent capable of reducing the oxide film, for example, carbon.
又は、第1元素粉末と第2元素粉末の混合粉末を溶媒に添加し、この溶媒に、酸化物膜に対して還元剤として作用し且つ合金鋼とは反応しない物質を分散ないし溶解させて塗布剤を調製するようにしてもよい。このような還元剤の好適な例としては、ニトロセルロース、ポリビニル、アクリル、メラミン、スチレン、エポキシの各樹脂を挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。なお、還元剤の濃度は、5%程度とすればよい。 Alternatively, a mixed powder of the first element powder and the second element powder is added to a solvent, and a substance that acts as a reducing agent on the oxide film and does not react with the alloy steel is dispersed or dissolved in the solvent. An agent may be prepared. Preferable examples of such a reducing agent include nitrocellulose, polyvinyl, acrylic, melamine, styrene, and epoxy resins, but are not particularly limited thereto. Note that the concentration of the reducing agent may be about 5%.
さらに、混合粉末に、鍛造用金型10の補修後の強度を上昇させる性質を有する物質を添加するようにしてもよい。このような物質の好適な例としては、W、Ti、V、Mo、Nbの群の少なくともいずれか1種を挙げることができる。 Furthermore, you may make it add the substance which has the property to raise the intensity | strength after repair of the metal mold | die 10 for forging to mixed powder. As a suitable example of such a substance, at least one member of the group of W, Ti, V, Mo, and Nb can be mentioned.
このように調製された混合粉末を、図3Aに示すように、鍛造用金型10におけるキャビティ11a(12a)の表面のクラックCが生じた領域、すなわち、補修予定領域に塗布してクラックCを充填する。これにより、クラックC上に混合粉末層14が形成される。
As shown in FIG. 3A, the mixed powder prepared in this way is applied to the area where the crack C is generated on the surface of the
混合粉末の塗布は、上記したように、混合粉末を溶媒に分散させて調製した塗布剤を塗布することによって行えばよい。溶媒としては、アセトンやアルコール等、容易に蒸発する有機溶媒を選定することが好ましい。前記塗布剤を調製する場合、溶媒にNi、Co等の粉末を分散させればよく、還元剤としてのCやSi等の粉末を分散させるようにしてもよい。 The mixed powder may be applied by applying a coating agent prepared by dispersing the mixed powder in a solvent as described above. As the solvent, it is preferable to select an organic solvent that easily evaporates, such as acetone or alcohol. When the coating agent is prepared, powders such as Ni and Co may be dispersed in a solvent, and powders such as C and Si as a reducing agent may be dispersed.
また、塗布方法としては、刷毛13を使用する刷毛塗り法を採用すればよい。勿論、刷毛塗り法以外の公知の塗布技術、例えばスプレー塗布を採用するようにしてもよい。
Moreover, as a coating method, a brush coating method using the
次に、図3Bに示すように、鍛造用金型10のキャビティ11a(12a)に対して熱処理を施す。この場合、熱処理はバーナー火炎15によって行う。
Next, as shown in FIG. 3B, heat treatment is performed on the
この熱処理の際に混合粉末層14のリフローが起こり、鍛造用金型10のキャビティ11a(12a)内面に混合粉末が均等に被覆される。このとき、第1元素粉末より融点の低い第2元素粉末が先に溶融することで、この第2元素粉末に誘引されるように、第1元素粉末、さらには、W、Ti、V、Mo、Nbの群の少なくともいずれか1種が均等に被覆される。
During the heat treatment, the
この現象は、第2元素粉末の融点が低いほど起こり易い。従って、上記したように、金属の中では比較的低融点のAlや、共晶点がAlの融点に比して低いAl−Mn共晶合金を用いることが好適である。なお、Alは、第1元素粉末によって置換されながら表層に移動し、最終的には、溶剤等の酸素と結合して、表層においてスラッジ化される。このため、Alが内部に存在することに起因して鍛造用金型10の脆化や破断が生じることが回避される。
This phenomenon is more likely to occur as the melting point of the second element powder is lower. Therefore, as described above, among metals, it is preferable to use Al having a relatively low melting point or an Al—Mn eutectic alloy whose eutectic point is lower than the melting point of Al. Al moves to the surface layer while being replaced by the first element powder, and finally combines with oxygen such as a solvent to be sludged on the surface layer. For this reason, it is avoided that the forging
この現象により、先に溶融した低融点の第2元素粉末に誘引されるように、第1元素粉末がクラックC内から鍛造用金型10内に均等に進入する。 By this phenomenon, the first element powder uniformly enters the forging die 10 from the crack C so as to be attracted to the previously melted low melting point second element powder.
なお、混合粉末に炭素粉末や樹脂等の還元剤が存在する場合、この還元剤がOを捕捉する。例えば、炭素粉末、又は樹脂が分解して生じたCは、Oと化合してCO、CO2となる。このため、Alをはじめとする各種金属が酸化することを防止することができる。 In addition, when reducing agents, such as carbon powder and resin, exist in mixed powder, this reducing agent captures O. For example, carbon powder or C generated by decomposition of resin combines with O to become CO and CO 2 . For this reason, it can prevent that various metals including Al are oxidized.
さらに、鍛造用金型10のキャビティ11a(12a)では、合金鋼の構成元素であるCや、還元剤が分解することによって生成したCと、第1元素粉末とが反応し、炭化物が生成される。W、Ti、V、Mo、Nbの群の少なくともいずれか1種を添加した場合には、これらも炭化物を形成する。
Furthermore, in the
生成した炭化物は、分解、生成を繰り返しながら、鍛造用金型10のキャビティ11a(12a)の内部深くまで拡散する。すなわち、生成した炭化物は即座に分解して第1元素粉末に戻り、この状態で、表層側に相対的に拡散移動する。
The generated carbide diffuses deep inside the
このようして、鍛造用金型10のキャビティ11a(12a)におけるクラックCの近傍に炭化物が拡散し、その結果、図3Cに示すように、該近傍に拡散層17が形成されて損傷部が回復されるに至る。拡散層の厚み、すなわち、炭化物の拡散距離は、最大で表面から15mm程度の深さまで及ぶ。
In this way, carbide diffuses in the vicinity of the crack C in the
なお、炭化物の濃度は漸次的に減少し、炭化物の拡散到達終端部と鍛造用金型10との間に明確な界面が生じることはない。従って、この部位に応力集中が生じて脆性破壊が生じることを回避することができるので、拡散層17が形成された鍛造用金型10のキャビティ11a(12a)の靱性が確保される。
Note that the carbide concentration gradually decreases, and a clear interface does not occur between the carbide diffusion reaching end portion and the forging
換言すれば、この場合、金属元素を拡散させることに伴って脆性が増すことを回避することができる。従って、鍛造加工を繰り返し行っても、鍛造用金型10に割れ等の損傷が生じ難い。すなわち、鍛造用金型10の寿命を長期化することができる。
In other words, in this case, it is possible to avoid an increase in brittleness due to the diffusion of the metal element. Therefore, even if the forging process is repeatedly performed, the forging
しかも、炭化物が存在する領域では、鍛造用金型10の硬度が向上する。上記したように、本実施の形態に係る金型補修方法によれば、鍛造用金型10の内部深くまで炭化物が存在するので、該鍛造用金型10の硬度及び強度が内部まで上昇し、その結果、内部の耐摩耗性が向上するとともに、変形し難くなる。
In addition, the hardness of the forging
さらには、TiC、TiN等が生成することにより、いわゆる炭化物効果によって金属の耐熱性が向上するとともに、いわゆる炭化物分散効果によって金属の強度が向上する。 Furthermore, when TiC, TiN, or the like is generated, the heat resistance of the metal is improved by a so-called carbide effect, and the strength of the metal is improved by a so-called carbide dispersion effect.
要するに、鍛造用金型10の硬度は、炭化物が拡散した深さまで再向上する。すなわち、鍛造用金型10の損傷部が塗布剤で充填されるとともに、該損傷部では、拡散層17が存在することで内部まで硬度及び強度が再上昇して耐摩耗性が向上し、変形し難くなる。その結果、鍛造用金型10を、実用に供する際に希求される特性を有する状態に回復させることができる。
In short, the hardness of the forging
以上、本実施の形態に係る金型補修方法について詳述したが、本発明は、この実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。 As mentioned above, although the metal mold repair method concerning this embodiment was explained in full detail, this invention is not specifically limited to this embodiment, The spirit of the invention described in the claim of this invention Various modifications can be made without departing from the scope.
例えば、前記Fe基合金は、合金鋼の他に、SCM、SNC、SNCM、SCrの構造用合金鋼、又は炭素鋼、低炭素鋼の構造用鋼であってもよい。 For example, the Fe-based alloy may be a structural alloy steel of SCM, SNC, SNCM, or SCr, or a structural steel of carbon steel or low carbon steel, in addition to the alloy steel.
また、金型は鍛造用金型10に限定されるものではなく、プレス用金型や鋳造用金型等、鍛造加工以外に供される金型であってもよい。
The die is not limited to the forging
10…鍛造用金型 11…下型
11a、12a…キャビティ 12…上型
13…刷毛 14…混合粉末層
15…バーナー火炎 17…拡散層
C…クラック
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記混合粉末が被覆された前記金型の少なくとも補修予定領域を加熱することにより、前記混合粉末中の前記第1元素粉末を炭化して前記金型内に拡散させる工程と、
を含むことを特徴とする金型補修方法。 At least repair of the mold with a mixed powder having a first element powder having the property of increasing the hardness of a mold made of an Fe-based alloy by being carbideized and a second element powder having a melting point lower than that of the first element powder. Covering the planned area;
Heating at least a repair planned region of the mold coated with the mixed powder to carbonize and diffuse the first element powder in the mixed powder into the mold;
A mold repairing method characterized by comprising:
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