JP5088532B2 - 軟化特性および表面仕上げ特性に優れた高強度工具ならびに、その製造方法 - Google Patents
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Description
Cは、一部が基地中に固溶して強度を付与し、一部は炭化物を形成することで耐摩耗性や耐焼付き性を高める重要な元素であることから、本発明の対象を温熱間工具や切削工具といった工具とする場合には、特に本発明の有用性を向上させる。また、固溶した侵入型原子であるCは、CrなどのCと親和性の大きい置換型原子と共添加した場合、I(侵入型原子)−S(置換型原子)効果;溶質原子の引きずり抵抗として作用し高強度化する作用も期待される。ただし、含有量が0.1質量%未満では工具基体の表面に形成した被覆層として十分な硬さ、耐摩耗性を確保できなくなる。他方、過度の添加は靭性や熱間強度の低下を招くため上限を3.0質量%とする。
Crは焼入れ性を高めて、また、炭化物を形成して基地の強化や耐摩耗性を向上させる効果を有することから、本発明の対象を温熱間工具や切削工具といった工具とする場合には、特に本発明の有用性を向上させる元素であり、少なくとも1.0質量%添加する必要がある。ただし、過度の添加は焼入れ性や熱間強度の低下を招くため、上限を18.0質量%とする。
全体が焼入れ焼戻しされて使用される工具にとって、本発明の酸化物の導入による被覆層中の結晶粒微細化効果は、その焼入れ焼戻し後の“旧オーステナイト粒界による結晶粒径”に反映されている。通常の工具鋼製品の場合、その旧オーステナイト粒界による結晶粒径は小さくても20μm程度であるが、結晶粒微細化による強化量が大きくなるのは平均結晶粒径10μm以下の領域である。本発明の工具基体の表面に形成した被覆層は、この結晶粒微細化強化を利用して強化を図るため、結晶粒径は最大10μm以下とする。好ましくは5μm以下、さらに好ましくは1μm以下とする。
本発明の工具の場合、その基体の表面に形成した被覆層を微細な結晶粒組織とするためには、例えばメカニカルミリング法で作製した粉末を基体上に固化成形して、接合し、被覆層とする手法が適用できる。これは最終的には全体が焼入れ焼戻しされることで結晶粒の成長が起こり得る工具の製造方法に好ましい手法である。すなわち、質量%でC:0.1〜3.0%、Cr:1.0〜18.0%かつ、酸化物が0.3〜5.0体積%になるように混合され、焼入れ焼戻しできる成分組成を有した工具鋼粉末と酸化物粉末の混合粉末をメカニカルミリングした後、工具基体の表面に固化成形し、被覆接合して作業面とし、焼入れ焼戻しして、作業面をマルテンサイト組織の被覆層とする工具の製造方法である。必要に応じては、その焼入れ焼戻しの前に機械加工することで、所定の工具形状(作業面形状)とすることができる。
酸化物は高温でも熱的に安定なため、工具基体の表面に形成した被覆層(作業面)の熱処理時や高温での使用時の結晶粒成長を効果的に抑制する上で重要な物質であり、微細粒組織を維持するために最低0.3体積%は必要である。しかし酸化物の量が多すぎると固化成形時の成形性が悪くなることに加えて、工具基体の表面に形成した被覆層の靭性劣化を招くため、上限を5.0体積%とする。
Claims (4)
- 作業面が、工具基体の表面に形成した焼入れ焼戻し後の被覆層よりなる工具であって、該被覆層は、質量%でC:0.1〜3.0%、Cr:1.0〜18.0%を含む成分組成の工具鋼が焼入れ焼戻しされてなるマルテンサイト組織からなり、該組織中には粒径25nm以下の酸化物が1μm3あたり750個以上分散しかつ、旧オーステナイト粒界による結晶粒径が最大10μm以下であることを特徴とする軟化特性および表面仕上げ特性に優れた高強度工具。
- 被覆層は、焼入れ焼戻しされてなるマルテンサイト組織中に分散する酸化物の粒径が最大で25nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の軟化特性および表面仕上げ特性に優れた高強度工具。
- 質量%でC:0.1〜3.0%、Cr:1.0〜18.0%かつ、酸化物が0.3〜5.0体積%になるように混合され、焼入れ焼戻しできる成分組成を有した工具鋼粉末と酸化物粉末の混合粉末をメカニカルミリングした後、工具基体の表面に固化成形し被覆接合して作業面とし、焼入れ焼戻しして、作業面をマルテンサイト組織の被覆層とすることを特徴とする軟化特性および表面仕上げ特性に優れた高強度工具の製造方法。
- 被覆接合した作業面を機械加工して、焼入れ焼戻しして、作業面をマルテンサイト組織の被覆層とすることを特徴とする請求項3に記載の軟化特性および表面仕上げ特性に優れた高強度工具の製造方法。
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