JP5437669B2 - Hot and hot forging die - Google Patents

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Description

本発明は、温熱間鍛造用金型に関するものである。   The present invention relates to a hot forging die.

従来、例えば、各種の自動車部品等が、金型を用いた温熱間鍛造によって成形されている。これまで、金型材料としては、マトリックスハイス等の工具鋼が広く使用されてきた。また、各種工具鋼以外にも、Inconel718やInconelX−750等のNi基耐熱超合金を金型材料として適用することもある。   Conventionally, for example, various automobile parts and the like are formed by hot forging using a mold. Until now, tool steels such as matrix high speed have been widely used as mold materials. In addition to various tool steels, Ni-base heat-resistant superalloys such as Inconel 718 and Inconel X-750 may be applied as the mold material.

その他にも例えば、特許文献1には、温熱間鍛造用金型ではないが、Cr:25〜50重量%、Al:1.5〜9重量%、残部が実質的にNiである組成の合金を金型材料として適用した熱間プレス用金型が開示されている。同文献には、熱間プレス法とは、所定温度に加熱しながら当該金型に充填されている金属粉を加圧成形する方法であるとされている。   In addition, for example, Patent Document 1 discloses an alloy having a composition in which Cr is 25 to 50% by weight, Al is 1.5 to 9% by weight, and the balance is substantially Ni, although it is not a hot forging die. A hot pressing mold in which is used as a mold material is disclosed. According to the document, the hot pressing method is a method in which metal powder filled in the mold is pressed while being heated to a predetermined temperature.

なお、特許文献2には、Ni基合金として、重量%で、C:0.1%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.03%以下、S:0.01%以下、Cr:30〜45%、および、Al:1.5〜5.0%を含有し、残部が不可避的不純物およびNiからなるNi基合金組成を有し、冷間もしくは温間の塑性加工されるとともにその後、時効処理された非磁性高硬度合金が開示されている。   In Patent Document 2, as a Ni-based alloy, by weight, C: 0.1% or less, Si: 2.0% or less, Mn: 2.0% or less, P: 0.03% or less, S : 0.01% or less, Cr: 30-45%, and Al: 1.5-5.0%, the balance having a Ni-based alloy composition consisting of inevitable impurities and Ni, A non-magnetic high-hardness alloy that has been subjected to warm plastic working and then aging treatment is disclosed.

特開昭63−18031号公報JP-A 63-18031 特開2006−274443号公報JP 2006-274443 A

しかしながら、従来知られる温熱間鍛造用金型は、以下の点で問題があった。すなわち、温熱間鍛造用金型は、機械的・熱的に大きな負荷がかかる状況で使用されることが多い。特に、自動車部品等の成形では、成形荷重が非常に高い上、成形時における加熱−冷却の温度差が激しい。   However, conventionally known hot forging dies have the following problems. That is, the hot forging die is often used in a situation where a large mechanical and thermal load is applied. Particularly in the molding of automobile parts and the like, the molding load is very high, and the temperature difference between heating and cooling during molding is severe.

金型材料としてマトリックスハイス鋼等の工具鋼を適用した場合、上述した熱負荷によって型成形面が著しく軟化し、摩耗やヒートチェック等の損傷が発生する。また、鍛造条件によっては、型成形面が800℃以上の高温となり、工具鋼の変態点を超えてしまうこともある。このように型成形面の温度が変態点を超えてしまうと、型成形面の表層に靱性の低い再焼き入れ層が発生してしまう。   When tool steel such as matrix high-speed steel is applied as the mold material, the mold forming surface is remarkably softened by the above-described heat load, and damage such as wear and heat check occurs. In addition, depending on the forging conditions, the mold forming surface may become a high temperature of 800 ° C. or higher, which may exceed the transformation point of the tool steel. Thus, when the temperature of the molding surface exceeds the transformation point, a re-quenched layer with low toughness is generated on the surface layer of the molding surface.

これらの理由から、従来の工具鋼からなる温熱間鍛造用金型は、型寿命が短いという問題があった。型寿命が短くなると、金型費が増加するとともに、型交換による生産性低下等を引き起こすため、鍛造製品の製造コストを悪化させる。   For these reasons, the conventional hot forging die made of tool steel has a problem that the die life is short. When the die life is shortened, the die cost increases and the productivity decreases due to die replacement, thereby deteriorating the manufacturing cost of the forged product.

型寿命を少しでも長くするため、従来の工具鋼からなる温熱間鍛造用金型に冷却用の孔部を形成し、この孔部を介して型の冷却を行い、型の昇温を抑制することも行われている。しかし、このような手法によれば、型に孔部を形成するための型加工が別途必要となり、その分、金型費が増加してしまう。   In order to extend the mold life as much as possible, a cooling hole is formed in a hot forging mold made of conventional tool steel, and the mold is cooled through this hole to suppress the temperature rise of the mold. Things are also done. However, according to such a method, it is necessary to separately perform mold processing for forming a hole in the mold, and the mold cost is increased accordingly.

このように、800℃付近に変態点を持つ鉄を原料とした金型材料では、もはや対応に限界がある。そのため、この温度域で変態点を持たないNi基耐熱超合金(Inconel718等)を金型材料に適用することが有効であると考えられる。   As described above, the mold material made of iron having a transformation point near 800 ° C. has a limit to the correspondence. Therefore, it is considered effective to apply a Ni-base heat-resistant superalloy (Inconel 718 etc.) having no transformation point in this temperature range to the mold material.

ところが、Inconel718等のNi基耐熱超合金からなる金型は、冷間における硬さが低い。そのため、金型本体の圧縮強度の不足によって温熱間鍛造時に座屈することがある。それ故、その適用可能な範囲に限界があった。   However, a mold made of a Ni-based heat-resistant superalloy such as Inconel 718 has low hardness in the cold. Therefore, buckling may occur during hot forging due to insufficient compression strength of the mold body. Therefore, there was a limit to the applicable range.

なお、特許文献1の熱間プレス金型を温熱間鍛造用金型に転用することも考えられる。しかし、この熱間プレス金型は、比較的成形荷重の小さな粉末材料の成形用途に最適化されている。詳しくは、Cr38重量%、Al3.8重量%残部Niから成る合金塊を1200℃にて60分間固溶化処理(溶体化処理と同意)したとの記述がある。しかし、後述するが、この溶体化処理条件は適正な条件ではないため、結晶粒度が0番以下となり靭性が低くなる。そのため、機械的・熱的に大きな負荷がかかる状況で用いられることが多い温熱間鍛造用金型に転用すれば、金型が大割れすることが懸念され、そのまま転用することは困難である。   In addition, diverting the hot press metal mold | die of patent document 1 to the metal mold | die for warm hot forging is also considered. However, this hot press die is optimized for the molding application of a powder material having a relatively small molding load. Specifically, there is a description that an alloy lump composed of 38% by weight of Cr and 3.8% by weight of remaining Ni was subjected to a solid solution treatment (agreement with a solution treatment) at 1200 ° C. for 60 minutes. However, as will be described later, since the solution treatment conditions are not appropriate, the crystal grain size becomes 0 or less and the toughness is lowered. Therefore, if it is diverted to a hot forging die that is often used in a situation where a large mechanical and thermal load is applied, the die may be greatly cracked, and it is difficult to divert as it is.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、従来に比べ、型寿命を向上させることが可能な温熱間鍛造用金型を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said situation, The subject which this invention tends to solve is providing the metal mold | die for hot forging which can improve a die life compared with the past.

上記課題を解決するため、本発明に係る温熱間鍛造用金型は、質量%で、C:0.1%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、Cr:35〜40%、Al:3.0〜4.5%を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物であるNi基合金より形成されるとともに、下記式(1)で示される溶体化温度T±20℃が1000〜1250℃の範囲内で溶体化処理が施された後、700〜820℃の範囲内で時効処理が施されており、45〜55HRCの硬さを有することを要旨とする。
式(1):T =−348.06+32.04Cr+71.53Al
(T:溶体化温度(℃)、Cr、Al:含有率(質量%))
In order to solve the above problems, the hot forging die according to the present invention is in mass%, C: 0.1% or less, Si: 2.0% or less, Mn: 2.0% or less, Cr: 35 -40%, Al: 3.0 to 4.5%, the balance being formed from Ni and an inevitable impurity Ni-based alloy, and a solution temperature T ± 20 represented by the following formula (1) After the solution treatment is performed in the range of 1000 to 1250 ° C., the aging treatment is performed in the range of 700 to 820 ° C., and the hardness is 45 to 55 HRC.
Formula (1): T = -348.06 + 32.04Cr + 71.53Al
(T: Solution temperature (° C.), Cr, Al: Content (mass%))

ここで、本発明に係る温熱間鍛造用金型は、JIS G0551で規定する結晶粒度が2番以上であることが好ましい。   Here, the hot forging die according to the present invention preferably has a crystal grain size of 2 or more as defined in JIS G0551.

また、本発明に係る温熱間鍛造用金型は、被鍛材がビレットであることが好ましい。   In the hot forging die according to the present invention, the work material is preferably a billet.

また、本発明に係る温熱間鍛造用金型において、上記Ni基合金は、質量%で、Fe:5%以下(ただし、Feが1.0%以下の場合を除く)を含有していても良い。 Further, in the hot forging die according to the present invention, the Ni-based alloy may contain, by mass%, Fe: 5% or less (except when Fe is 1.0% or less). good.

また、本発明に係る温熱間鍛造用金型において、上記Ni基合金は、質量%で、Co:2%以下(ただし、Coが0.1%以下の場合を除く)、Mo:2.5%以下(ただし、Moが0.1%以下の場合を除く)、および、W:2.5%以下(ただし、Wが0.1%以下の場合を除く)から選択される1種または2種以上の元素を含有し、Mo+0.5W:2.5%以下(ただし、Mo+0.5Wが0.15%以下の場合を除く)とされていても良い。 Further, in the hot forging die according to the present invention, the Ni-based alloy is in mass%, Co: 2% or less (except when Co is 0.1% or less) , Mo: 2.5 % Or less (except when Mo is 0.1% or less) and W: 2.5% or less (except when W is 0.1% or less) or 1 or 2 It contains more than seed elements and may be Mo + 0.5W: 2.5% or less (except when Mo + 0.5W is 0.15% or less) .

また、本発明に係る温熱間鍛造用金型において、上記Ni基合金は、質量%で、B:0.0005%以上0.015%以下、Mg:0.0005%以上0.01%以下、および、Ca:0.0005%以上0.01%以下から選択される1種または2種以上の元素を含有していても良い。 Further, in the hot forging die according to the present invention, the Ni-based alloy is, in mass%, B: 0.0005% to 0.015%, Mg: 0.0005% to 0.01%, And Ca: You may contain 1 type, or 2 or more types of elements selected from 0.0005% or more and 0.01% or less.

また、本発明に係る温熱間鍛造用金型において、上記Ni基合金は、Ti、ZrおよびHfから選択される1種または2種以上の元素を、質量%で0.05%以上2.0%以下含有していても良い。 Further, in the hot forging die according to the present invention, the Ni-based alloy contains one or more elements selected from Ti, Zr and Hf in an amount of 0.05% to 2.0% by mass. % Or less may be contained.

また、本発明に係る温熱間鍛造用金型において、上記Ni基合金は、V、NbおよびTaから選択される1種または2種以上の元素を、質量%で0.2%以上2.0%以下含有していても良い。 Further, in the hot forging die according to the present invention, the Ni-based alloy contains one or more elements selected from V, Nb and Ta in an amount of 0.2% to 2.0% by mass. % Or less may be contained.

また、本発明に係る温熱間鍛造用金型において、上記Ni基合金は、質量%で、Cu:2.0%以下(ただし、0.1%以下の場合を除く)、および、REM:0.005%以上0.1%以下から選択される1種または2種以上の元素を含有していても良い。 Further, in the hot forging die according to the present invention, the Ni-based alloy is, by mass%, Cu: 2.0% or less (except in the case of 0.1% or less) , and REM: 0 One or two or more elements selected from 0.005% or more and 0.1% or less may be contained.

一方、本発明に係る他の温熱間鍛造用金型は、一端に鍛造面を有する鍛造部と、金型胴体を構成する胴体部と、接合界面を含む接合部とを備え、上記鍛造部は、質量%で、C:0.1%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、Cr:35〜40%、Al:3.0〜4.5%を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物であるNi基合金より形成され、上記鍛造部が50HRC以上、上記胴体部が45HRC以上、上記接合部が350Hv以上の硬さを有することを要旨とする。 On the other hand, another hot forging die according to the present invention comprises a forging part having a forging surface at one end, a body part constituting the die body, and a joining part including a joining interface, , C: 0.1% or less, Si: 2.0% or less, Mn: 2.0% or less, Cr: 35-40%, Al: 3.0-4.5% , The gist is that the balance is formed of Ni and an inevitable impurity Ni-based alloy, the forged part has a hardness of 50 HRC or more, the body part has a hardness of 45 HRC or more, and the joint part has a hardness of 350 Hv or more.

ここで、本発明に係る他の温熱間鍛造用金型は、上述した本発明に係る温熱間鍛造用金型を用いて再生された再生金型であることが好ましい。   Here, the other hot forging die according to the present invention is preferably a reclaimed die regenerated using the above-described hot forging die according to the present invention.

この際、上記胴体部は、上記鍛造部と同系のNi基合金またはマトリクスハイス鋼より形成されていることが好ましい。   At this time, the body portion is preferably formed of a Ni-based alloy or matrix high-speed steel similar to the forged portion.

また、上記接合部は、上記接合界面における酸化物系および/または窒化物系の異物の存在率が35%以下であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the presence rate of the oxide type and / or nitride type foreign matter in the bonded interface is 35% or less in the bonded portion.

また、上記胴体部がNi基合金である場合には、550〜800℃の範囲内で熱処理が施され、上記胴体部がマトリクスハイス鋼である場合には、550〜625℃の範囲内で熱処理が施されていることが好ましい。   Further, when the body portion is a Ni-based alloy, heat treatment is performed within a range of 550 to 800 ° C., and when the body portion is matrix high-speed steel, heat treatment is performed within a range of 550 to 625 ° C. Is preferably applied.

本発明に係る温熱間鍛造用金型は、特定成分を特定割合で含有するNi基合金より形成され、従来の汎用Ni基合金では得られない45〜55HRCの硬さに調質されている。そのため、従来の温熱間鍛造用金型に比較して、高い軟化抵抗、耐摩耗性、強度を兼ね備える。また、溶体化処理温度を合金成分に適した条件とすることによって、硬さおよび靱性のバランスが良好になる。したがって、本発明に係る温熱間鍛造用金型によれば、従来に比較して型寿命を向上させることが可能になる。また、型寿命を向上させるのに、従来のように、わざわざ型に冷却用の孔部を形成する必要もない。そのため、その分、型費用を低減しやすくなる。   The hot forging die according to the present invention is formed from a Ni-base alloy containing a specific component in a specific ratio, and is tempered to a hardness of 45 to 55 HRC that cannot be obtained by a conventional general-purpose Ni-base alloy. Therefore, it has higher softening resistance, wear resistance, and strength than conventional hot forging dies. Moreover, the balance between hardness and toughness is improved by setting the solution treatment temperature to a condition suitable for the alloy component. Therefore, according to the hot forging die according to the present invention, the die life can be improved as compared with the conventional die. Further, in order to improve the mold life, it is not necessary to bother to form a cooling hole in the mold as in the prior art. Therefore, the mold cost can be easily reduced accordingly.

ここで、上記溶体化処理後のJIS G0551で規定する結晶粒度が2番以上である場合には、硬さと結晶粒度が適正化されることによって、先行特許に示される類似合金に対して高い靭性を発揮することができる。   Here, when the crystal grain size specified in JIS G0551 after the solution treatment is 2 or more, the hardness and the crystal grain size are optimized, and thereby high toughness with respect to the similar alloy shown in the prior patent. Can be demonstrated.

また、被鍛材がビレットである場合、金型の温度が著しく上昇しやすく、被鍛材にかかる成形荷重も大きくなる。そのため、金型への熱的・機械的負荷が大きくなる。このような用途に本発明に係る温熱間鍛造用金型を用いた場合には、上記効果を発揮しやすくなるので有利である。   Further, when the work material is a billet, the temperature of the mold is remarkably increased, and the molding load applied to the work material increases. This increases the thermal and mechanical load on the mold. When the hot forging die according to the present invention is used for such applications, it is advantageous because the above-mentioned effects are easily exhibited.

また、上記Ni基合金が、Feを特定割合含有している場合には、型の高温強度を維持しやすくなる。   Moreover, when the Ni-based alloy contains a specific ratio of Fe, the high temperature strength of the mold is easily maintained.

また、上記Ni基合金が、Co、MoおよびWから選択される1種または2種以上の元素を特定割合含有し、Mo+0.5Wの値が特定範囲内である場合には、型強度を向上させやすくなる。   Further, when the Ni-based alloy contains a specific ratio of one or more elements selected from Co, Mo and W and the value of Mo + 0.5W is within a specific range, the mold strength is improved. It becomes easy to let you.

また、上記Ni基合金が、B、MgおよびCaから選択される1種または2種以上の元素を特定割合含有している場合には、金型材料の熱間加工性を改善することができる。そのため、金型の製造性に優れる。   Further, when the Ni-based alloy contains one or more elements selected from B, Mg and Ca in a specific ratio, the hot workability of the mold material can be improved. . Therefore, it is excellent in mold manufacturability.

また、上記Ni基合金が、Ti、ZrおよびHfから選択される1種または2種以上の元素を特定割合含有している場合には、型強度を向上させやすくなる。   Further, when the Ni-based alloy contains one or more elements selected from Ti, Zr and Hf in a specific ratio, the mold strength is easily improved.

また、上記Ni基合金が、V、NbおよびTaから選択される1種または2種以上の元素を特定割合含有している場合にも、型強度を向上させやすくなる。   Further, when the Ni-based alloy contains one or more elements selected from V, Nb, and Ta in a specific ratio, the mold strength is easily improved.

また、上記Ni基合金が、CuおよびREMから選択される1種または2種以上の元素を特定割合含有している場合には、金型材料の冷間加工性を改善することができる。そのため、金型の製造性に優れる。   Further, when the Ni-based alloy contains a specific ratio of one or more elements selected from Cu and REM, the cold workability of the mold material can be improved. Therefore, it is excellent in mold manufacturability.

一方、本発明に係る他の温熱間鍛造用金型は、一端に鍛造面を有する鍛造部と、金型胴体を構成する胴体部と、接合界面を含む接合部とを備え、上記鍛造部は、特定成分を特定割合で含有するNi基合金より形成され、上記鍛造部が50HRC以上、上記胴体部が45HRC以上、上記接合部が350Hv以上の硬さに調質されている。そのため、金型として実用に供するに足りる耐塑性変形性、耐摩耗性、強度を兼ね備える。したがって、本発明に係る他の温熱間鍛造用金型は、型寿命を向上させることが可能になる。   On the other hand, another hot forging die according to the present invention comprises a forging part having a forging surface at one end, a body part constituting the die body, and a joining part including a joining interface, The forged part is tempered to a hardness of 50 HRC or more, the body part is 45 HRC or more, and the joint part is 350 Hv or more. Therefore, it has both plastic deformation resistance, wear resistance, and strength sufficient for practical use as a mold. Therefore, the other hot forging die according to the present invention can improve the die life.

ここで、本発明に係る他の温熱間鍛造用金型が、上述した本発明に係る温熱間鍛造用金型を用いて再生された再生金型である場合には、より一層型寿命の向上に寄与することができる。   Here, when the other hot forging mold according to the present invention is a recycled mold regenerated using the above-described hot forging mold according to the present invention, the mold life is further improved. Can contribute.

また、上記胴体部が上記鍛造部と同系のNi基合金より形成されている場合には、軟化抵抗が高いため繰り返し再生が行いやすくなり、金型製造費を低減しやすくなる。加えて、接合部での成分混合が少なくなるので、接合部の材料特性の損失が少なくなる。さらに、廃型を再溶解するのに比べて、省エネルギーで繰り返し再生が可能となるので、環境にも優しい。一方、上記胴体部またはマトリクスハイス鋼より形成されている場合には、熱処理による軟化が少なく、強度を保ちやすくなる。また、Ni基合金に比較して安価なマトリクスハイス鋼を使用することにより、金型製造費を低減しやすくなる。   In addition, when the body portion is formed of a Ni-based alloy similar to the forged portion, since the softening resistance is high, it is easy to perform repetitive reproduction, and the die manufacturing cost can be easily reduced. In addition, since the mixing of components at the joint is reduced, the loss of material properties at the joint is reduced. Furthermore, compared to remelting the waste mold, it can be regenerated repeatedly with energy saving, so it is also environmentally friendly. On the other hand, when it is formed from the body part or the matrix high-speed steel, it is less softened by the heat treatment, and the strength is easily maintained. In addition, the use of matrix high-speed steel, which is less expensive than Ni-based alloys, makes it easier to reduce mold manufacturing costs.

また、上記接合部の接合界面における酸化物系および/または窒化物系の異物の存在率が35%以下である場合には、接合強度に優れるので、機械的負荷の大きな用途等への適用に有利である。   Further, when the abundance of oxide-based and / or nitride-based foreign matter at the joint interface of the joint is 35% or less, the joint strength is excellent, so that it can be applied to applications with a large mechanical load. It is advantageous.

また、上記胴体部がNi基合金である場合に、550〜800℃の範囲内で熱処理が施され、上記胴体部がマトリクスハイス鋼である場合に、550〜625℃の範囲内で熱処理が施されている場合には、上記鍛造部、胴体部、接合部の各部位の硬さバランスに優れる。   Further, when the body portion is a Ni-based alloy, heat treatment is performed within a range of 550 to 800 ° C., and when the body portion is matrix high-speed steel, heat treatment is performed within a range of 550 to 625 ° C. When it is, it is excellent in the hardness balance of each site | part of the said forge part, a trunk | drum part, and a junction part.

Cr含有量と溶体化処理後の硬さの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between Cr content and the hardness after solution treatment. Al含有量と700℃、800℃における最大時効硬さの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between Al content and the maximum age hardness in 700 degreeC and 800 degreeC. 時効処理材の硬さと時効処理条件の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the hardness of an aging treatment material, and an aging treatment condition. Ni−Cr−Al3元系の計算状態図上に、式(1)から計算される溶体化温度Tを示した図である。It is the figure which showed the solution temperature T calculated from Formula (1) on the calculation state figure of a Ni-Cr-Al ternary system. 溶体化処理条件と結晶粒度の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between solution treatment conditions and crystal grain size. 衝撃値と結晶粒度および硬さとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between an impact value, crystal grain size, and hardness. 実施例1の合金の溶体化組織を示したSEM写真である。2 is an SEM photograph showing a solution structure of the alloy of Example 1. 実施例1の合金の時効組織を示したSEM写真である。2 is an SEM photograph showing an aging structure of the alloy of Example 1. 実施例1の合金を用いた試験片と、各比較例の合金を用いた各試験片について、各温度、各時間で軟化処理を施したときの軟化抵抗を示した図である。It is the figure which showed the softening resistance when performing the softening process at each temperature and each time about the test piece using the alloy of Example 1, and each test piece using the alloy of each comparative example. 耐摩耗性試験におけるパンチ摩耗量の測定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measuring method of the amount of punch wear in an abrasion resistance test. 摩耗試験後における実施例1および各比較例に係る小パンチの鍛造面から深さ方向の硬さ分布を示した図である。It is the figure which showed the hardness distribution of the depth direction from the forge surface of the small punch which concerns on Example 1 and each comparative example after an abrasion test. 自動車部品の成形に用いたパンチ形状を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the punch shape used for shaping | molding of automotive components. 本発明の一実施形態に係る他の温熱間鍛造用金型を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the metal mold | die for other warm forging which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、本発明の一実施形態に係る温熱間鍛造用金型(「本金型」ということがある。)およびその製造方法(「本製造方法」ということがある。)、本発明の一実施形態に係る他の温熱間鍛造用金型(「本第2金型」ということがある。)について詳細に説明する。   Hereinafter, a hot forging die according to an embodiment of the present invention (sometimes referred to as “main die”) and a manufacturing method thereof (also referred to as “main manufacturing method”), an embodiment of the present invention. Another hot forging die (sometimes referred to as “the second die”) according to the embodiment will be described in detail.

1.本金型
本金型は、特定成分の含有率が下記に規定される範囲内とされており、残部がNiおよび不可避的不純物よりなるNi基合金を用いて形成されている。上記Ni基合金において、特定成分の種類および含有率を規定した理由は、次の通りである。なお、以下の含有率の単位は、質量%である。
1. This metal mold | die The content rate of a specific component shall be in the range prescribed | regulated below, and the remainder is formed using Ni base alloy which consists of Ni and an unavoidable impurity. In the Ni-based alloy, the reason why the type and content of the specific component are specified is as follows. In addition, the unit of the following content rate is the mass%.

・C:0.1%以下
Cは、溶解時に脱酸剤として作用する。また、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Taが存在する場合には、これら元素と炭化物を形成し、固溶化熱処理時の結晶粒粗大化を抑制するとともに、粒界の強化に寄与する。C含有率が0.1%を越えると、金型の強度および靱性の低下を招く。そのため、C含有率の上限を、0.01%以下とする。C含有率の上限は、好ましくは、0.08%以下であると良い。
C: 0.1% or less C acts as a deoxidizing agent when dissolved. Further, when Ti, Zr, Hf, V, Nb, and Ta are present, carbides are formed with these elements, which suppresses crystal grain coarsening during solution heat treatment and contributes to strengthening of grain boundaries. When the C content exceeds 0.1%, the strength and toughness of the mold are reduced. Therefore, the upper limit of the C content is set to 0.01% or less. The upper limit of the C content is preferably 0.08% or less.

・Si:2.0%以下
Siは、溶解時に脱酸剤として作用する。その効果を得るため、Si含有率の下限は、好ましくは、0.05%以上、より好ましくは、0.2%以上であると良い。
Si: 2.0% or less Si acts as a deoxidizer when dissolved. In order to obtain the effect, the lower limit of the Si content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.2% or more.

但し、Siの多量の添加は、金型の強度および靱性の低下を招く。そのため、Si含有率の上限を、2.0%以下とする。Si含有率の上限は、好ましくは、1.0%以下であると良い。   However, the addition of a large amount of Si causes a reduction in the strength and toughness of the mold. Therefore, the upper limit of the Si content is set to 2.0% or less. The upper limit of the Si content is preferably 1.0% or less.

・Mn:2.0%以下
MnもSiと同様に、脱酸剤として有用な元素である。その効果を得るため、Mn含有率の下限は、好ましくは、0.05%以上、より好ましくは、0.2%以上であると良い。
-Mn: 2.0% or less Mn is an element useful as a deoxidizer like Si. In order to obtain the effect, the lower limit of the Mn content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.2% or more.

但し、Mnの多量の添加は、やはり金型の強度および靱性の低下を招く。そのため、Mn含有率の上限を、2.0%以下とする。Mn含有率の上限は、好ましくは、1.0%以下であると良い。   However, the addition of a large amount of Mn also causes a decrease in mold strength and toughness. Therefore, the upper limit of the Mn content is set to 2.0% or less. The upper limit of the Mn content is preferably 1.0% or less.

・Cr:35〜40%
Crは、α相を形成する主要な元素である。α相がγ相とラメラ状に析出することで高強度および高硬度が得られる。もちろん、Crは、耐食性の向上にも寄与する。その効果を得るため、Cr含有率の下限を、35%以上とする。Cr含有率の下限は、好ましくは、37%以上であると良い。
・ Cr: 35-40%
Cr is a main element that forms an α phase. High strength and high hardness can be obtained by precipitating the α phase with the γ phase in a lamellar form. Of course, Cr contributes to the improvement of corrosion resistance. In order to obtain the effect, the lower limit of the Cr content is set to 35% or more. The lower limit of the Cr content is preferably 37% or more.

但し、Crの多量の添加は、加工性の低下を招く。図1にNi−Cr合金のCrの含有量と溶体化処理材の関係を示す。Crの含有量が減少するほど溶体化硬さは低下し、40%以下の含有量でHv200以下の硬さを得られる。そのため、Cr含有率の上限を、40%以下とする。Cr含有率の上限は、好ましくは、39%以下であると良い。   However, the addition of a large amount of Cr causes a decrease in workability. FIG. 1 shows the relationship between the Cr content of the Ni—Cr alloy and the solution treatment material. The solution hardness decreases as the Cr content decreases, and a hardness of Hv 200 or less can be obtained with a content of 40% or less. Therefore, the upper limit of the Cr content is set to 40% or less. The upper limit of the Cr content is preferably 39% or less.

・Al:3.0〜4.5%
Alは、γ’相を形成する重要な元素であり、さらに、耐高温腐食性の向上にも寄与する。図2にAl含有量と時効処理材の最大硬さの関係を示す。Alの含有量が3.8%のときに最大硬さのピークを示す。したがって、金型に必要な硬さを得るため、Al含有率の下限を、3.0%以上とする。Al含有率の下限は、好ましくは、3.4%以上であると良い。
-Al: 3.0-4.5%
Al is an important element for forming the γ ′ phase, and further contributes to improvement of high-temperature corrosion resistance. FIG. 2 shows the relationship between the Al content and the maximum hardness of the aging treatment material. The maximum hardness peak is shown when the Al content is 3.8%. Therefore, in order to obtain the hardness necessary for the mold, the lower limit of the Al content is set to 3.0% or more. The lower limit of the Al content is preferably 3.4% or more.

但し、Alの多量の添加は、加工性の低下を招く。そのため、Al含有率の上限を、4.5%以下とする。Al含有率の上限は、好ましくは、4.2%以下であると良い。   However, the addition of a large amount of Al causes a decrease in workability. Therefore, the upper limit of the Al content is set to 4.5% or less. The upper limit of the Al content is preferably 4.2% or less.

本金型を構成するNi基合金は、上記構成元素に加えて、さらに、以下の元素を任意に含有していても良い。   The Ni-based alloy constituting the mold may optionally contain the following elements in addition to the above constituent elements.

・Fe:5%以下
Feは、不純物として混入する可能性が高い元素である。Feは、金型の高温強度を低下させる傾向があるので、原料を吟味するなどして、できる限りその混入量を低く抑えることが好ましい。但し、Fe含有率を過度に少なくしようとすると金型の高コスト化を招く。許容できるFe含有率の上限は、5%以下である。Fe含有率の上限は、好ましくは、3.0%以下に留めたい。なお、Feは、1.0%以下であれば、不可避的不純物として含まれうる。
Fe: 5% or less Fe is an element that has a high possibility of being mixed as an impurity. Since Fe tends to lower the high temperature strength of the mold, it is preferable to keep the mixing amount as low as possible by examining the raw materials. However, if the Fe content is excessively reduced, the cost of the mold is increased. The upper limit of the allowable Fe content is 5% or less. The upper limit of the Fe content is preferably 3.0% or less. In addition, if Fe is 1.0% or less, it can be contained as an unavoidable impurity.

・Co:2.0%以下、Mo:2.5%以下、および、W:2.5%以下から選択される1種または2種以上の元素、Mo+0.5W:2.5%以下
Coは、固溶強化により合金の強度を高める。また、Coは、γ’相の析出量を増大させるのにも寄与する。
Co: 2.0% or less, Mo: 2.5% or less, and W: One or more elements selected from 2.5% or less, Mo + 0.5W: 2.5% or less Co Enhance the strength of the alloy by solid solution strengthening. Further, Co is that contribute to increase the amount of precipitation of gamma 'phase.

但し、Coの多量の添加は、金型の高コスト化を招く。そのため、Co含有率の上限を、2.0%以下とする。Co含有率の上限は、好ましくは、1.0%以下であると良い。なお、Coは、0.1%以下であれば、不可避的不純物として含まれうる。   However, the addition of a large amount of Co leads to an increase in cost of the mold. Therefore, the upper limit of the Co content is set to 2.0% or less. The upper limit of the Co content is preferably 1.0% or less. Note that Co can be included as an inevitable impurity if it is 0.1% or less.

Moは、固溶強化により合金の強度を高める。また、Moは、金型の耐食性の向上にも寄与する。その効果を得るため、Mo含有率の下限は、好ましくは、0.2%以上であると良い。   Mo increases the strength of the alloy by solid solution strengthening. Mo also contributes to the improvement of the corrosion resistance of the mold. In order to obtain the effect, the lower limit of the Mo content is preferably 0.2% or more.

但し、Moの多量の添加は、金型の高コスト化を招く。そのため、Mo含有率の上限を、2.5%以下とする。Mo含有率の上限は、好ましくは、1%以下であると良い。なお、Moは、0.1%以下であれば、不可避的不純物として含まれうる。   However, the addition of a large amount of Mo leads to an increase in cost of the mold. Therefore, the upper limit of the Mo content is set to 2.5% or less. The upper limit of the Mo content is preferably 1% or less. Mo can be included as an inevitable impurity if it is 0.1% or less.

Wは、固溶強化により合金の強度を高める。その効果を得るため、W含有率の下限は、好ましくは、0.2%以上であると良い。   W increases the strength of the alloy by solid solution strengthening. In order to obtain the effect, the lower limit of the W content is preferably 0.2% or more.

但し、Wの多量の添加は、金型の高コスト化を招く。そのため、W含有率の上限を、2.5%以下とする。W含有率の上限は、好ましくは、1%以下であると良い。なお、Wは、0.1%以下であれば、不可避的不純物として含まれうる。   However, the addition of a large amount of W causes an increase in cost of the mold. Therefore, the upper limit of the W content is set to 2.5% or less. The upper limit of the W content is preferably 1% or less. If W is 0.1% or less, it can be included as an inevitable impurity.

Mo+0.5Wの値は、MoとWの添加による効果が加算される割合を表すものである。Mo+0.5Wの値が過大になると、加工性や耐高温腐食性が損なわれる。そのため、Mo+0.5Wの値の上限を、2.5%以下とする。Mo+0.5Wの値の上限は、好ましくは、1%以下であると良い。   The value of Mo + 0.5W represents the rate at which the effects of adding Mo and W are added. When the value of Mo + 0.5 W is excessive, workability and high temperature corrosion resistance are impaired. Therefore, the upper limit of the value of Mo + 0.5W is set to 2.5% or less. The upper limit of the value of Mo + 0.5W is preferably 1% or less.

Mo+0.5Wの値の下限は、特に限定されるわけではないが、固溶硬化による強度向上等の観点から、好ましくは、0.2%以上であると良い。なお、Mo+0.5Wは、0.15%以下であれば、不可避的不純物として含まれうる。   The lower limit of the value of Mo + 0.5W is not particularly limited, but is preferably 0.2% or more from the viewpoint of improving the strength by solid solution hardening. Mo + 0.5W can be included as an inevitable impurity if it is 0.15% or less.

・B:0.015%以下、Mg:0.01%以下、および、Ca:0.01%以下から選択される1種または2種以上の元素
B、Mg、Caは、いずれも熱間加工性を改善するのに役立つ。また、Bは、結晶粒界に偏析して粒界を強化し、クリープ強度を高めるのにも役立つ。また、Mg、Caは、溶解時における脱酸および脱硫を考慮して添加することも可能である。その効果を得るため、Bの含有率の下限は、好ましくは、0.0005%以上、より好ましくは、0.001%以上であると良い。Mgの含有率の下限は、好ましくは、0.0005%以上、より好ましくは、0.001%以上であると良い。Caの含有率の下限は、好ましくは、0.0005%以上、より好ましくは、0.001%以上であると良い。
One or more elements selected from B: 0.015% or less, Mg: 0.01% or less, and Ca: 0.01% or less B, Mg, and Ca are all hot-worked Helps improve sex. Further, B is segregated at the grain boundaries to strengthen the grain boundaries, and also serves to increase the creep strength. Mg and Ca can also be added in consideration of deoxidation and desulfurization during dissolution. In order to obtain the effect, the lower limit of the B content is preferably 0.0005% or more, and more preferably 0.001% or more. The lower limit of the Mg content is preferably 0.0005% or more, and more preferably 0.001% or more. The lower limit of the Ca content is preferably 0.0005% or more, and more preferably 0.001% or more.

但し、これら元素の多量の添加は、かえって熱間加工性を低下させる。そのため、Bの含有率の上限を、0.015%以下とする。Bの含有率の上限は、好ましくは、0.01%以下、より好ましくは、0.008%以下であると良い。また、Mgの含有率の上限を、0.01%以下とする。Mgの含有率の上限は、好ましくは、0.008%以下、より好ましくは、0.005%以下であると良い。また、Caの含有率の上限を、0.01%以下とする。Caの含有率の上限は、好ましくは、0.008%以下、より好ましくは、0.005%以下であると良い。   However, the addition of a large amount of these elements decreases the hot workability. Therefore, the upper limit of the B content is set to 0.015% or less. The upper limit of the B content is preferably 0.01% or less, and more preferably 0.008% or less. Further, the upper limit of the Mg content is set to 0.01% or less. The upper limit of the Mg content is preferably 0.008% or less, and more preferably 0.005% or less. Further, the upper limit of the Ca content is set to 0.01% or less. The upper limit of the Ca content is preferably 0.008% or less, and more preferably 0.005% or less.

・Ti、ZrおよびHfから選択される1種または2種以上の元素:2.0%以下
Ti、Zr、Hfは、γ’相を形成するAlと置換することにより、γ’相の固溶強化に寄与し、合金の強度をさらに高める作用がある。そのため、Alと複合して添加すると良い。その効果を得るため、これら元素の含有率の下限は、好ましくは、0.05%以上、より好ましくは、0.2%以上であると良い。
One or more elements selected from Ti, Zr, and Hf: 2.0% or less Ti, Zr, and Hf are dissolved in the γ ′ phase by substituting Al to form the γ ′ phase. It contributes to strengthening and has the effect of further increasing the strength of the alloy. Therefore, it is preferable to add in combination with Al. In order to obtain the effect, the lower limit of the content of these elements is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.2% or more.

但し、Alとの合計量が過剰になると、加工性が悪化する。そのため、これら元素の含有率の上限を、2.0%以下とする。Alとの合計の含有率は、好ましくは、5%以下であると良い。   However, when the total amount with Al becomes excessive, workability will deteriorate. Therefore, the upper limit of the content of these elements is set to 2.0% or less. The total content with Al is preferably 5% or less.

また、これら元素のうち、強度の向上に最も効果的な元素はTiである。Tiの含有率の上限は、好ましくは、2.0%以下、より好ましくは、1%以下であると良い。   Of these elements, Ti is the most effective element for improving the strength. The upper limit of the Ti content is preferably 2.0% or less, and more preferably 1% or less.

また、Zr、Hfは、結晶粒界に偏析し、粒界を強化する効果もある。この効果を効率良く得る観点から、Zr、Hfの含有率の上限は、好ましくは、0.1%以下、より好ましくは、0.05%以下であると良い。   Zr and Hf also have the effect of segregating at the grain boundaries and strengthening the grain boundaries. From the viewpoint of efficiently obtaining this effect, the upper limit of the content ratio of Zr and Hf is preferably 0.1% or less, and more preferably 0.05% or less.

・V、NbおよびTaから選択される1種または2種以上の元素:2.0%以下
V、Nb、Taは、γ’相を形成するAlと置換することにより、γ’相の固溶強化に寄与し、合金の強度をさらに高める作用がある。そのため、Alと複合して添加すると良い。その効果を得るため、V、Nb、Taの含有率の下限は、好ましくは、0.2%以上であると良い。
One or more elements selected from V, Nb and Ta: 2.0% or less V, Nb and Ta are dissolved in the γ ′ phase by substituting Al for forming the γ ′ phase. It contributes to strengthening and has the effect of further increasing the strength of the alloy. Therefore, it is preferable to add in combination with Al. In order to obtain the effect, the lower limit of the content of V, Nb, and Ta is preferably 0.2% or more.

但し、Alとの合計量が過剰になると、加工性が悪化する。そのため、Vの含有率の上限を、2.0%以下とする。Vの含有率の上限は、好ましくは、1%以下、より好ましくは、0.5%以下であると良い。また、Nb、Taの含有率の上限を、2.0%以下とする。Nb、Taの含有率の上限は、好ましくは、1%以下、より好ましくは、0.5%以下であると良い。なお、Vは、0.1%以下であれば、不可避的不純物として含まれうる。   However, when the total amount with Al becomes excessive, workability will deteriorate. Therefore, the upper limit of the V content is set to 2.0% or less. The upper limit of the content of V is preferably 1% or less, and more preferably 0.5% or less. Moreover, the upper limit of the content rate of Nb and Ta shall be 2.0% or less. The upper limit of the Nb and Ta content is preferably 1% or less, and more preferably 0.5% or less. If V is 0.1% or less, it can be included as an inevitable impurity.

・Cu:2%以下、および、REM:0.1%以下から選択される1種または2種以上の元素
Cuは、冷間加工性を改善する。さらに、耐硫酸腐食性を顕著に向上させる効果もある。但し、Cuの多量の添加は、熱間加工性の悪化を招く。そのため、Cu含有率の上限を、2%以下とする。Cu含有率の上限は、好ましくは、1%以下であると良い。なお、Cuは、0.1%以下であれば、不可避的不純物として含まれうる。
-One or more elements selected from Cu: 2% or less and REM: 0.1% or less Cu improves cold workability. Furthermore, there is an effect of remarkably improving the sulfuric acid corrosion resistance. However, the addition of a large amount of Cu causes deterioration of hot workability. Therefore, the upper limit of the Cu content is set to 2% or less. The upper limit of the Cu content is preferably 1% or less. In addition, if Cu is 0.1% or less, it can be contained as an inevitable impurity.

REMは、高温における耐酸化性を高めるのに寄与する。この効果は、主として、密着したスケールの剥離を抑制するという機構を通じて得られる。その効果を得るため、REM含有率の下限は、好ましくは、0.005%以上、より好ましくは、0.02%以上であると良い。   REM contributes to increasing the oxidation resistance at high temperatures. This effect is obtained mainly through a mechanism that suppresses peeling of the adhered scale. In order to obtain the effect, the lower limit of the REM content is preferably 0.005% or more, and more preferably 0.02% or more.

但し、REMの多量の添加は、熱間加工性の悪化を招く。そのため、REM含有率の上限を、0.1%以下とする。REM含有率の上限は、好ましくは、0.08%以下であると良い。   However, addition of a large amount of REM leads to deterioration of hot workability. Therefore, the upper limit of the REM content is set to 0.1% or less. The upper limit of the REM content is preferably 0.08% or less.

本金型は、上述したようなNi基合金を金型材料に用いている。そして、本金型は、45〜55HRCの硬さを有している。また、本金型は、下記式(1)で示される溶体化温度T±20℃が1000〜1250℃の範囲内で溶体化処理が施されることにより、結晶粒度が2番以上とされている。
式(1):T =−348.06+32.04Cr+71.53Al
(T:溶体化温度(℃)、Cr、Al:含有率(質量%))
This mold uses the Ni-based alloy as described above as a mold material. And this metal mold | die has the hardness of 45-55HRC. In addition, this mold has a crystal grain size of 2 or more by being subjected to a solution treatment within a range of a solution temperature T ± 20 ° C. represented by the following formula (1) within a range of 1000 to 1250 ° C. Yes.
Formula (1): T = -348.06 + 32.04Cr + 71.53Al
(T: Solution temperature (° C.), Cr, Al: Content (mass%))

ここで、上記「硬さ」は、冷間において測定される金型材料そのもののロックウェル硬さのことである。当該硬さは、冷間加工による加工硬化や各種表面処理等の影響を受けていない部位、例えば、加工硬化や各種表面処理等の影響を受けた部分等を除去して露出した金型表面や金型内部などから測定することができる。   Here, the “hardness” is the Rockwell hardness of the mold material itself measured in the cold. The hardness is not affected by work hardening by cold working or various surface treatments, for example, the mold surface exposed by removing parts affected by work hardening or various surface treatments, It can be measured from inside the mold.

本金型の硬さの下限は、鍛造時における塑性変形の防止などの観点から、好ましくは、47HRC以上、より好ましくは、49HRC以上、さらに好ましくは、51HRC以上であると良い。   The lower limit of the hardness of the die is preferably 47 HRC or more, more preferably 49 HRC or more, and even more preferably 51 HRC or more from the viewpoint of preventing plastic deformation during forging.

本金型の硬さの上限は、靱性低下による金型の割れ防止などの観点から、好ましくは、54HRC以下、より好ましくは、53HRC以下であると良い。   The upper limit of the hardness of the present mold is preferably 54 HRC or less, more preferably 53 HRC or less, from the viewpoint of preventing cracking of the mold due to a decrease in toughness.

上記の硬さに調質するための時効条件は、図3に示す硬さと時効処理温度の関係から決定することができる。45〜55HRCの硬さを得るためには、820〜700℃の時効温度で処理すれば良いことが分かる。   The aging conditions for refining to the above-mentioned hardness can be determined from the relationship between the hardness and the aging treatment temperature shown in FIG. It can be seen that in order to obtain a hardness of 45 to 55 HRC, the treatment should be performed at an aging temperature of 820 to 700 ° C.

上記の式(1)は、次のように求めた。図4に示す計算状態図において、γ相とγ+α相の境界線から10℃低い領域が、式(1)のTが示す点である。この点を基準として下記の現象を想定した。T℃で溶体化処理を行った場合、組織に分散析出した球状のα−Crが、ピン止め効果として働き、結晶粒の粗大化を防止する。T+20℃を超える温度で溶体化処理を行った場合には、α−Crは完全にγ相中に溶け込み、ピン止め効果は現れず、結晶粒は著しく粗大化する。また、T−20℃を下回る温度で溶体化処理を行った場合には、α−Crの析出量が過剰となり、溶体化時の硬さが増加する。そして、図4の計算状態図において示す点をプロットし、重回帰式により式(1)を算出した。   The above equation (1) was determined as follows. In the calculation state diagram shown in FIG. 4, a region 10 ° C. lower than the boundary line between the γ phase and the γ + α phase is a point indicated by T in Equation (1). Based on this point, the following phenomenon was assumed. When solution treatment is performed at T ° C., spherical α-Cr dispersed and precipitated in the structure acts as a pinning effect and prevents coarsening of crystal grains. When the solution treatment is performed at a temperature exceeding T + 20 ° C., α-Cr is completely dissolved in the γ phase, no pinning effect appears, and the crystal grains become extremely coarse. Moreover, when solution treatment is performed at a temperature lower than T-20 ° C., the amount of α-Cr deposited becomes excessive, and the hardness during solution treatment increases. And the point shown in the calculation state diagram of FIG. 4 was plotted, and Formula (1) was calculated by the multiple regression equation.

上記の想定を実証するため、Cr:38%、Al:x%、および、Cr:y%、Al:3.8%の合金を用いて、1000〜1200℃の溶体化処理を行った後、結晶粒度を確認した。その一例としてCr:38%、Al:3.8%およびCr:38%、Al:4.2%とした合金の溶体化組織の写真を図5に示す。これらの合金のTは、式(1)よりそれぞれ1141℃、1170℃である。溶体化処理温度は、図5の(a)(e)ではT−20℃以下、(b)(f)(g)ではT±20℃の範囲内、(c)(d)(h)ではT+20℃以上である。(a)(e)では、結晶粒度は6番と微細粒組織を示すが、硬さが300Hv以上となり、加工性が低下する。(b)(f)(g)では、結晶粒度が2〜6番であり、溶体化条件は適正であるといえる。(c)(d)では、結晶粒度が1番以下となり、後述するが、これでは靭性が著しく劣化する。したがって、本金型の溶体化条件の最適値を、T±20℃の範囲と規定した。   In order to verify the above assumption, after performing a solution treatment at 1000 to 1200 ° C. using an alloy of Cr: 38%, Al: x%, and Cr: y%, Al: 3.8%, The crystal grain size was confirmed. As an example, a photograph of a solution structure of an alloy having Cr: 38%, Al: 3.8% and Cr: 38%, Al: 4.2% is shown in FIG. T of these alloys is 1141 ° C. and 1170 ° C., respectively, from the formula (1). The solution treatment temperature is T-20 ° C. or lower in FIGS. 5 (a) and 5 (e), within T ± 20 ° C. in (b) (f) (g), and in (c) (d) (h). T + 20 ° C. or higher. In (a) and (e), the crystal grain size is No. 6, indicating a fine grain structure, but the hardness is 300 Hv or more, and the workability is reduced. In (b), (f), and (g), the crystal grain size is 2 to 6, and it can be said that the solution treatment conditions are appropriate. In (c) and (d), the crystal grain size is No. 1 or less, which will be described later, but this greatly deteriorates the toughness. Therefore, the optimum value of the solution treatment conditions of this mold was defined as the range of T ± 20 ° C.

なお、上述の「結晶粒度」の試験方法は、JIS G0551に準拠する。詳しくは、固溶化熱処理法を用いて、10%シュウ酸溶液にて電解腐食し、粒度を顕微鏡で測定することによる。   In addition, the above-mentioned “crystal grain size” test method conforms to JIS G0551. Specifically, by electrolytic solution corrosion with a 10% oxalic acid solution using a solution heat treatment method, the particle size is measured with a microscope.

本金型の被鍛材は、特に限定されるものではないが、好ましくは、ビレットなどを例示することができる。被鍛材がビレットである場合、金型の温度が著しく上昇しやすく、被鍛材にかかる成形荷重も大きくなる。そのため、金型への熱的・機械的負荷が大きくなる。このような用途に本金型を用いれば、型寿命の向上効果等を発揮しやすくなって有利だからである。   The material to be trained in the mold is not particularly limited, but preferably a billet or the like can be exemplified. When the work material is a billet, the temperature of the mold is remarkably increased, and the molding load applied to the work material increases. This increases the thermal and mechanical load on the mold. This is because the use of this mold for such a purpose is advantageous because it is easy to exert the effect of improving the mold life.

なお、本発明において「ビレット」とは、塊状の略丸断面や略角断面の材料であって、板状のものも含む概念として用いている。   In the present invention, the “billette” is a massive material having a substantially circular cross section or a substantially square cross section, and is used as a concept including a plate-like material.

被鍛材にビレットを用いて成形する鍛造品としては、例えば、自動車部品、電機家電部品、産業機械部品などを例示することができる。このうち、本金型は、金型の温度が著しく上昇しやすく、被鍛材にかかる成形荷重も大きな自動車部品等の鍛造に好適に用いることができる。   Examples of forged products formed using billets as the work material include automobile parts, electrical home appliance parts, and industrial machine parts. Among these, the present mold can be suitably used for forging of automobile parts and the like, in which the temperature of the mold is remarkably increased and the molding load applied to the work material is large.

本金型の型形状は、成形する鍛造品の形状等を考慮して選択することができる。本金型の型形状としては、例えば、パンチ、ピン、ダイなどの形状を例示することができる。好ましくは、一般に、被鍛材に打ちつけられることによって温度が上昇しやすく、型寿命が短くなりやすいパンチやピンなどの形状を選択すると、本発明の効果を特に発揮しやすくなる。   The mold shape of the present mold can be selected in consideration of the shape of the forged product to be molded. Examples of the mold shape of the present mold include punches, pins, dies, and the like. Preferably, in general, when a shape such as a punch or a pin, which tends to increase the temperature when it is struck against the work material and tends to shorten the die life, is selected, the effect of the present invention is particularly easily exhibited.

本金型は、型に冷却用の孔部が形成されていない中実体であると良い。型寿命の向上のため、型に冷却用の孔部を形成しなければ、その分、余分な型加工が減り、型費用を低減しやすくなるからである。   The present mold is preferably a solid body in which a cooling hole is not formed in the mold. This is because if the hole for cooling is not formed in the mold in order to improve the mold life, the extra mold processing is reduced correspondingly and the mold cost is easily reduced.

また、従来の金型では、その軟化抵抗が小さいため、多量の潤滑剤塗布もしくは水冷、空冷による金型冷却が必要であったが、本金型は、軟化抵抗に優れるため、多量の潤滑剤塗布もしくは水冷、空冷による金型の冷却が不要になる。つまり、本金型は、型冷却が不要もしくは極小で済む金型である、と言える。
より詳細には、本金型を使用する場合の鍛造条件として、潤滑剤が必要な成形および型部位では、必要最小限の潤滑剤塗布量とすることができる。すなわち、本金型の潤滑材塗布量を、従来の潤滑剤塗布量に比べ3〜4割程度削減することができる。一方、潤滑剤が不要な成形および型部位では、金型冷却のための水冷、空冷を実施しなくても済むという効果が得られる。
In addition, since the softening resistance of conventional molds is small, a large amount of lubricant coating or mold cooling by water cooling or air cooling is necessary. However, since this mold has excellent softening resistance, a large amount of lubricant is required. There is no need to cool the mold by coating, water cooling or air cooling. In other words, it can be said that the present mold is a mold that does not require mold cooling or requires only a minimum.
More specifically, as a forging condition in the case of using the present mold, a minimum necessary amount of lubricant can be applied in a molding and mold portion where a lubricant is required. That is, the lubricant coating amount of the mold can be reduced by about 30 to 40% compared to the conventional lubricant coating amount. On the other hand, in molding and mold parts that do not require a lubricant, there is an effect that it is not necessary to perform water cooling and air cooling for mold cooling.

本金型を構成する上記Ni基合金は、靱性の向上、耐ヒートチェック性の向上等の観点から、結晶粒度番号が、好ましくは、2番以上、より好ましくは、4番以上、さらに好ましくは、6番以上であると良い。   From the viewpoints of improving toughness, improving heat check resistance, etc., the Ni-based alloy constituting the mold has a grain size number of preferably 2 or more, more preferably 4 or more, and still more preferably. , 6 or better.

2.本製造方法
次に、本金型の製造方法の一例について説明する。先ず、本金型の素材として、上述した化学組成を有するNi基合金を準備する。
2. Next, an example of the manufacturing method of this metal mold | die is demonstrated. First, a Ni-based alloy having the above-described chemical composition is prepared as a material for the mold.

具体的には、上述した化学組成となるように各原料を秤量し、例えば、真空誘導炉などの溶解炉を用いて、Ni基合金インゴットを溶製する。その後、得られたNi基合金インゴットを、必要に応じて均熱処理した後、熱間鍛造、熱間圧延するなどして、棒材、板材、ブロック材、コイル材等の金型製造に適した素材形状に形成すれば良い。   Specifically, each raw material is weighed so as to have the above-described chemical composition, and a Ni-based alloy ingot is melted using, for example, a melting furnace such as a vacuum induction furnace. After that, the obtained Ni-based alloy ingot is soaked as necessary, then hot forged, hot rolled, etc., and suitable for the production of dies such as bar materials, plate materials, block materials, coil materials, etc. What is necessary is just to form in a raw material shape.

次に、準備した所定形状の素材に対して、溶体化処理を施す。金型の粗加工が容易な硬さ(約20HRC程度)まで素材を軟化させるためである。なお、上記鍛造・圧延などの塑性加工によって、材料中には加工歪が多量に導入される。この状態から溶体化処理を施すと、歪を核として再結晶を生じる。歪が多量に存在するほど、再結晶後の結晶粒径を微細にすることができる。   Next, a solution treatment is performed on the prepared material having a predetermined shape. This is because the material is softened to a hardness (about 20 HRC) that allows easy roughing of the mold. A large amount of processing strain is introduced into the material by plastic processing such as forging and rolling. When solution treatment is performed from this state, recrystallization occurs with strain as a nucleus. The larger the strain, the finer the crystal grain size after recrystallization.

上記溶体化処理は、下記式(1)で示される溶体化温度T±20℃が1000〜1250℃の範囲内で施すことが必要である。
式(1):T =−348.06+32.04Cr+71.53Al
(T:溶体化温度(℃)、Cr、Al:含有率(質量%))
The solution treatment needs to be performed within the range where the solution temperature T ± 20 ° C. represented by the following formula (1) is 1000 to 1250 ° C.
Formula (1): T = -348.06 + 32.04Cr + 71.53Al
(T: Solution temperature (° C.), Cr, Al: Content (mass%))

また、保持時間としては、好ましくは、0.1〜10時間、より好ましくは、0.2〜5時間、さらに好ましくは、0.5〜1時間の範囲内などを例示することができる。   The holding time is preferably 0.1 to 10 hours, more preferably 0.2 to 5 hours, and still more preferably 0.5 to 1 hour.

次に、上記溶体化処理を施した素材を、パンチ状等の金型形状に粗加工する。上記粗加工は、機械切削や放電加工等により行うことができる。   Next, the material subjected to the solution treatment is roughly processed into a die shape such as a punch shape. The rough machining can be performed by mechanical cutting, electric discharge machining, or the like.

次に、得られた粗加工体を45〜55HRCの硬さに調質する。具体的には、上記粗加工体を時効処理することにより調質すれば良い。時効処理の条件としては、具体的には、例えば、温度が、好ましくは、700〜820℃、より好ましくは、720〜780℃、さらに好ましくは、740〜760℃の範囲内、保持時間が、好ましくは、1〜40時間、より好ましくは、5〜30時間、さらに好ましくは、10〜20時間の範囲内などを例示することができる。   Next, the obtained rough processed body is tempered to a hardness of 45 to 55 HRC. Specifically, the roughened body may be tempered by aging treatment. Specifically, for example, the temperature is preferably 700 to 820 ° C., more preferably 720 to 780 ° C., and still more preferably 740 to 760 ° C. Preferably, the time can be illustrated in the range of 1 to 40 hours, more preferably 5 to 30 hours, and still more preferably 10 to 20 hours.

次に、上記硬さを調質した粗加工体を所定の金型形状に精加工する。上記精加工は、機械切削等により行うことができる。   Next, the rough processed body having the tempered hardness is finely processed into a predetermined mold shape. The precision machining can be performed by mechanical cutting or the like.

基本的には、以上の工程を経ることにより本金型を得ることができる。   Basically, the present mold can be obtained through the above steps.

3.本第2金型
図13に本第2金型を模式的に示す。本第2金型RPは、鍛造部Aと、胴体部Bと、接合部Cとを有している。鍛造部Aは、一端に鍛造面A1を有している。胴体部Bは、金型胴体の一部を構成する。接合部Cは、接合界面C1を含んでいる。
3. Second Mold FIG. 13 schematically shows the second mold. The second mold RP has a forged part A, a body part B, and a joint part C. The forging part A has a forging surface A1 at one end. The body part B constitutes a part of the mold body. The joint C includes a joint interface C1.

図13(a)では、鍛造部Aと胴体部Bとの間に接合部Cを備える場合を例示している。図13(b)では、鍛造部Aと胴体部Bとの間、および、胴体部B間に接合部Cを備える場合を例示している。このように本第2金型RPにおいて、接合部Cは、鍛造部Aと胴体部Bとの間に存在していても良いし、胴体部B間に存在していても良い。また、本第2金型RPにおいて、胴体部Bおよび接合部Cは、1又は2以上存在していても良い。   FIG. 13A illustrates a case where a joint C is provided between the forged part A and the body part B. FIG. 13B illustrates the case where the joint portion C is provided between the forged portion A and the body portion B and between the body portions B. As described above, in the second mold RP, the joint portion C may exist between the forged portion A and the body portion B, or may exist between the body portion B. In the second mold RP, one or two or more body parts B and joints C may exist.

ここで、本第2金型RPは、鍛造部Aが、質量%で、C:0.1%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、Cr:35〜40%、Al:3.0〜4.5%を含有するNi基合金より形成されている。鍛造部Aを形成するNi基合金において、上記各成分以外については、残部がNiおよび不可避不純物であっても良いし、以下の成分元素を1種または2種以上含有(質量%)していても良い。
Fe:5%以下、
Co:2.0%以下、
Mo:2.5%以下、
W:2.5%以下、
B:0.015%以下、
Mg:0.01%以下、
Ca:0.01%以下、
Ti、ZrおよびHfから選択される少なくとも1種:2.0%以下、
V、NbおよびTaから選択される少なくとも1種:2.0%以下、
Cu:2%以下、
REM:0.1%以下、
但し、Mo+0.5W:2.5%以下
Here, as for this 2nd metal mold | die RP, the forging part A is the mass%, C: 0.1% or less, Si: 2.0% or less, Mn: 2.0% or less, Cr: 35-40% , Al: formed from a Ni-based alloy containing 3.0 to 4.5%. In the Ni-based alloy forming the forged part A, the remaining part may be Ni and inevitable impurities other than the above components, and contain one or more of the following component elements (mass%). Also good.
Fe: 5% or less,
Co: 2.0% or less,
Mo: 2.5% or less,
W: 2.5% or less,
B: 0.015% or less,
Mg: 0.01% or less,
Ca: 0.01% or less,
At least one selected from Ti, Zr and Hf: 2.0% or less,
At least one selected from V, Nb and Ta: 2.0% or less,
Cu: 2% or less,
REM: 0.1% or less,
However, Mo + 0.5W: 2.5% or less

なお、各成分元素の規定理由、含有率の好適範囲等は、「1.本金型」に準ずるため、ここでの詳細な説明は省略する。   In addition, since the prescription | regulation reason of each component element, the suitable range of content rate, etc. are based on "1. this metal mold | die", detailed description here is abbreviate | omitted.

また、本第2金型RPは、胴体部Bが、鍛造部Aと同系のNi基合金(共材)またはマトリクスハイス鋼より形成されていることが好ましい。胴体部Bが鍛造部Aと同系のNi基合金より形成されている場合には、軟化抵抗が高いため繰り返し再生が行いやすくなり、金型製造費を低減しやすくなるし、接合部Cでの成分混合が少なくなるので、接合部Cの材料特性の損失が少なくなる等の利点があるからである。一方、胴体部Bがマトリクスハイス鋼より形成されている場合には、熱処理による軟化が少なく、強度を保ちやすくなるし、Ni基合金に比較して安価なマトリクスハイス鋼を使用することにより、金型製造費を低減しやすくなる等の利点があるからである。   Further, in the second mold RP, it is preferable that the body part B is formed of a Ni-based alloy (co-material) similar to the forged part A or matrix high-speed steel. When the body part B is formed of a Ni-based alloy similar to the forged part A, the softening resistance is high, so that it is easy to repeatedly reproduce, and the die manufacturing cost is easily reduced. This is because there is an advantage that the loss of material characteristics of the joint C is reduced because the component mixing is reduced. On the other hand, when the body part B is made of matrix high-speed steel, softening due to heat treatment is less and it becomes easier to maintain strength. By using matrix high-speed steel that is less expensive than Ni-based alloys, This is because there is an advantage that the mold manufacturing cost can be easily reduced.

図13に例示する本第2金型RPの形状は、例えば、次のようにして得ることができる。先ず、鍛造部Aの材料を準備する(準備工程)。この際、好適には、鍛造部Aの材料として、使用済みとなった本金型(「1.本金型」にて説明したもの)を準備すると良い。この場合には、上述した本金型の再生によって一層型寿命を向上させることができるからである。なお、「使用済みとなった本金型」とは、鍛造に使用された本金型のことであり、その鍛造面には、摩耗や割れ等の劣化部が生じている。   The shape of the second mold RP illustrated in FIG. 13 can be obtained, for example, as follows. First, the material of the forging part A is prepared (preparation process). At this time, it is preferable to prepare a used metal mold (as described in “1. Metal mold”) as a material of the forged part A. In this case, the mold life can be further improved by the above-described regeneration of the mold. Note that “used main mold” is a main mold used for forging, and a deteriorated portion such as wear or cracking is generated on the forged surface.

次いで、準備した本金型の鍛造面に存在する劣化部を除去し、元の鍛造面形状となるように面下げを行う(面下げ工程)。この面下げにより、新たな鍛造面A1が露出される。面下げ方法としては、例えば、放電加工、切削加工、研磨加工等を例示することができ、これらは1または2以上組み合わせても良い。   Next, the deteriorated portion existing on the forged surface of the prepared mold is removed, and the surface is lowered so as to have the original forged surface shape (surface lowering step). A new forging surface A1 is exposed by this lowering. Examples of the surface lowering method include electric discharge machining, cutting, polishing, and the like, and these may be combined with one or more.

次いで、準備した本金型の後端部に、Ni基合金やマトリクスハイス鋼等の金型材を接合する(接合工程)。上記接合方法としては、例えば、摩擦圧接、アーク溶接(TIG溶接、PPW溶接等)などを好適に適用することができる。   Next, a die material such as a Ni-based alloy or matrix high-speed steel is joined to the rear end portion of the prepared die (joining step). As said joining method, friction welding, arc welding (TIG welding, PPW welding, etc.) etc. can be applied suitably, for example.

この際、接合部Cは、接合界面C1における酸化物系および/または窒化物系の異物の存在率が35%以下であることが好ましい。接合強度に優れるので、機械的負荷の大きな鍛造に有利だからである。上記異物の存在率は、破壊起点が低減され、接合強度の向上に有利である等の観点から、より好ましくは、20%以下、さらに好ましくは、5%以下であると良い。   At this time, it is preferable that the bonding portion C has an oxide-based and / or nitride-based foreign matter content of 35% or less at the bonding interface C1. This is because the bonding strength is excellent, which is advantageous for forging with a large mechanical load. The presence rate of the foreign matter is more preferably 20% or less, and further preferably 5% or less, from the viewpoint of reducing the starting point of fracture and improving the bonding strength.

なお、上記異物の存在率は、接合界面C1とほぼ垂直な面方向に切断した後、断面を光学顕微鏡にて観察し、観察された接合ライン全域にわたって存在している異物の合計長さMを求め、これを接合ライン全域の長さLで除すことにより算出することができる(異物の存在率(%)=M/L×100)   The foreign matter existence ratio is the total length M of foreign matters existing over the entire joining line observed by observing the cross section with an optical microscope after cutting in a plane direction substantially perpendicular to the joining interface C1. It can be calculated by dividing by the length L of the entire joining line (existence rate of foreign matter (%) = M / L × 100).

次いで、接合した金型材の余剰部分を除去し、元の金型形状に整形する(整形工程)。これにより、図13(a)に示した本第2金型RPの形状が得られる。   Next, the excess portion of the bonded mold material is removed and shaped into the original mold shape (shaping step). Thereby, the shape of this 2nd metal mold | die RP shown to Fig.13 (a) is obtained.

また、鍛造部Aの材料を準備するにあたり、使用済みとなった図13(a)の本第2金型RPを準備し、上記の手順を経れば、図13(b)に示した金型形状が得られる。   Moreover, in preparing the material of the forging part A, the second mold RP of FIG. 13 (a) that has been used is prepared, and after the above procedure, the metal shown in FIG. 13 (b) is obtained. A mold shape is obtained.

なお、上記では、使用済み金型の準備工程→面下げ工程→接合工程→整形工程の順で説明したが、他にも、使用済み金型の準備工程→接合工程→面下げ工程→整形工程の順とすることも可能である。好ましくは、前者である。先に面下げをおこなった後に金型材の接合を行うため、面下げ加工時の位置合わせが行いやすく、面下げ時の精度を高めやすい利点があるからである。もっとも、鍛造部Aの材料として、上述した化学組成を有するNi基合金製の金型材を準備することも可能である。この場合には、当該準備した鍛造部Aとなる金型材に、胴体部BとなるNi基合金やマトリクスハイス鋼等の金型材を接合し、全体形状を金型形状に整形する等すれば良い。   In addition, although it demonstrated in order of the used mold preparation process-> surface lowering process-> joining process-> shaping process in the above, in addition, the used metal mold preparing process-> joining process-> surface lowering process-> shaping process It is also possible to follow this order. The former is preferred. This is because the mold materials are joined after the surface is lowered first, so that there is an advantage that the alignment at the time of the surface lowering is easy to perform, and the accuracy at the time of surface reduction is easily improved. However, it is also possible to prepare a die material made of the Ni-base alloy having the above-described chemical composition as the material of the forged part A. In this case, a die material such as a Ni-base alloy or matrix high-speed steel that becomes the body portion B may be joined to the prepared die material that becomes the forged portion A, and the entire shape may be shaped into a die shape. .

本第2金型RPにおいて、各部位の硬さは、鍛造部Aが50HRC以上、胴体部Bが45HRC以上、接合部Cが350Hvの硬さに調質されている。   In the second mold RP, the hardness of each part is tempered so that the forged part A is 50 HRC or more, the body part B is 45 HRC or more, and the joint C is 350 Hv.

なお、上記「硬さ」は、冷間において測定される金型材料そのもののロックウェル硬さ(鍛造部A、胴体部B)あるいはビッカース硬さ(接合部C)のことである。当該硬さは、冷間加工による加工硬化や各種表面処理等の影響を受けていない部位、例えば、加工硬化や各種表面処理等の影響を受けた部分等を除去して露出した金型表面や金型内部などから測定することができる。   The “hardness” is the Rockwell hardness (forged part A, body part B) or Vickers hardness (joined part C) of the mold material itself measured in the cold. The hardness is not affected by work hardening by cold working or various surface treatments, for example, the mold surface exposed by removing parts affected by work hardening or various surface treatments, It can be measured from inside the mold.

鍛造部Aの硬さ下限は、高い耐摩耗性を得る、鍛造面を塑性変形させ難くする等の観点から、好ましくは、50HRC以上、より好ましくは、52HRC以上であると良い。   The lower limit of the hardness of the forged part A is preferably 50 HRC or more, more preferably 52 HRC or more, from the viewpoint of obtaining high wear resistance and making it difficult to plastically deform the forged surface.

鍛造部Aの硬さの上限は、特に限定されるものではないが、十分な靱性を得ることで突発的な大割れを抑制しやすくなるなどの観点から、好ましくは、56HRC以下、より好ましくは、54HRC以下であると良い。   The upper limit of the hardness of the forged part A is not particularly limited, but is preferably 56 HRC or less, more preferably from the viewpoint of easily suppressing a sudden large crack by obtaining sufficient toughness. 54 HRC or less.

胴体部Bの硬さ下限は、鍛造荷重による塑性変形の防止効果を向上させる等の観点から、好ましくは、45HRC以上、より好ましくは、47HRC以上、さらに好ましくは、49HRC以上であると良い。   The lower limit of the hardness of the body part B is preferably 45 HRC or more, more preferably 47 HRC or more, and further preferably 49 HRC or more, from the viewpoint of improving the effect of preventing plastic deformation due to forging load.

胴体部Bの硬さの上限は、特に限定されるものではないが、十分な靱性を得ることで突発的な大割れを抑制しやすくなるなどの観点から、好ましくは、56HRC以下、より好ましくは、54HRC以下であると良い。   The upper limit of the hardness of the body part B is not particularly limited, but is preferably 56 HRC or less, more preferably from the viewpoint of easily suppressing a sudden large crack by obtaining sufficient toughness. 54 HRC or less.

接合部Cの硬さ下限は、接合部Cの歪みが生じても鍛造品のクリアランス範囲内に型寸法変化を抑制しやすくなる等の観点から、好ましくは、350Hv以上、より好ましくは、400Hv以上、さらに好ましくは、450Hv以上であると良い。   The lower limit of the hardness of the joint C is preferably 350 Hv or more, more preferably 400 Hv or more, from the viewpoint that it is easy to suppress a change in the mold dimensions within the clearance range of the forged product even if the joint C is distorted. More preferably, it should be 450 Hv or more.

接合部Cの硬さの上限は、特に限定されるものではないが、十分な靱性を得ることで突発的な大割れを抑制しやすくなるなどの観点から、好ましくは、650Hv以下、より好ましくは、550Hv以下であると良い。   The upper limit of the hardness of the joint C is not particularly limited, but is preferably 650 Hv or less, more preferably from the viewpoint of easily suppressing sudden large cracks by obtaining sufficient toughness. It is good that it is 550 Hv or less.

上記の硬さに調質するためには、上述した整形工程の後、胴体部Bの材質に合わせて所定の熱処理を行えば良い。すなわち、胴体部BがNi基合金である場合には、好ましくは、550〜800℃、より好ましくは、600〜770℃、さらに好ましくは、650〜750℃の範囲内で時効処理を行えば良い。一方、胴体部Bがマトリクスハイス鋼である場合には、好ましくは、550〜625℃、より好ましくは、565〜615℃、さらに好ましくは、585〜605℃の範囲内で焼戻し処理を行えば良い。   In order to adjust the hardness to the above-described hardness, a predetermined heat treatment may be performed in accordance with the material of the body part B after the above-described shaping process. That is, when the body part B is a Ni-based alloy, the aging treatment is preferably performed within a range of 550 to 800 ° C, more preferably 600 to 770 ° C, and still more preferably 650 to 750 ° C. . On the other hand, when the body part B is matrix high-speed steel, the tempering treatment is preferably performed within a range of 550 to 625 ° C, more preferably 565 to 615 ° C, and still more preferably 585 to 605 ° C. .

以下、本発明を実施例を用いてより具体的に説明する。
1.実験1
表1に示す化学組成(質量%)の合金インゴット150kgを真空溶解により溶製した。次いで、得られた合金インゴットを均熱処理した後、鍛伸して直径32mmの棒材とした。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
1. Experiment 1
An alloy ingot having a chemical composition (mass%) shown in Table 1 was melted by vacuum melting. Next, the obtained alloy ingot was soaked and forged to obtain a bar having a diameter of 32 mm.

(衝撃値)
結晶粒度の微細化が靭性に及ぼす効果を確認するため、シャルピー衝撃試験を次のようにして行った。供試材は、表1の実施例1、2、6に示される成分の合金を用い、上記の32mmの棒材に対して、2水準の溶体化処理を施した。すなわち、前述の式(1)で計算されるT±20℃内の温度およびT+20℃を超える温度の2水準で行い、結晶粒度を変化させた。溶体化処理を施した素材を粗加工した後、550〜900℃の時効処理によって、40〜59HRCまでの硬さに調質した。その後、10mm×10mm×長さ55mmの形状の10Rノッチの衝撃試験片に精加工してシャルピー衝撃試験を行った。
表2に、計算値T、施した溶体化処理温度、溶体化処理後の結晶粒度を示す。表2より各試験材の結晶粒度は、新たに付した記号A1、B1、C1では2番以上であり、A2、B2、C2では1番未満であることを確認した。
衝撃試験の結果を、図6に示す。温熱間鍛造金型として必要な衝撃値は最低40J/cmである。この値をクリアするのは結晶粒度が2番以上かつ硬さが55HRC以下の条件を満たすときである。結晶粒度が1番未満の試験材の破面は、粒界破壊の様相を呈しており、これが低衝撃値となる原因と考えられる。また、56HRC以上では粒内破壊した破面にディンプルがほとんど認められず、延性の不足により低衝撃値となったと考えられる。
(Shock value)
In order to confirm the effect of the refinement of grain size on toughness, a Charpy impact test was conducted as follows. The test material used the alloy of the component shown by Example 1, 2, and 6 of Table 1, and gave the solution treatment of 2 levels with respect to said 32 mm rod. That is, the grain size was changed at two levels, a temperature within T ± 20 ° C. and a temperature exceeding T + 20 ° C. calculated by the above formula (1). After the solution-treated material was roughly processed, it was tempered to a hardness of 40 to 59 HRC by an aging treatment at 550 to 900 ° C. Thereafter, a 10R notch impact test piece having a shape of 10 mm × 10 mm × 55 mm in length was precisely processed and subjected to a Charpy impact test.
Table 2 shows the calculated value T, the applied solution treatment temperature, and the crystal grain size after solution treatment. From Table 2, it was confirmed that the crystal grain size of each test material was No. 2 or more for newly added symbols A1, B1, and C1, and less than No. 1 for A2, B2, and C2.
The result of the impact test is shown in FIG. The impact value required for a warm hot forging die is at least 40 J / cm 2 . This value is cleared when the crystal grain size is 2 or more and the hardness satisfies the condition of 55 HRC or less. The fracture surface of the test material having a crystal grain size of less than No. 1 exhibits an aspect of grain boundary fracture, which is considered to be a cause of a low impact value. Further, at 56HRC or more, almost no dimples are observed on the fracture surface fractured in the grains, and it is considered that the impact value is low due to insufficient ductility.

(軟化抵抗性)
各合金の軟化抵抗性を次のようにして測定した。すなわち、上述の鍛伸した各棒材に対して前述の式(1)で与えられる温度T℃、保持時間1時間の条件で溶体化処理を施した。これより、15mm角の立方体状の試験片を切り出した。次いで、本発明の金型に適用される実施例合金を用いた試験片については、温度750℃、保持時間16時間の時効処理を施し、硬さがHRC54となるように調質した。一方、従来の金型に適用される比較例合金を用いた試験片については、最高硬さとなるように調質した。そして、これら各試験片につき、ロックウェル硬度計を用いて、軟化処理前のロックウェル硬さ(冷間)を予め測定した。
(Softening resistance)
The softening resistance of each alloy was measured as follows. That is, solution treatment was performed on each of the forged bars described above under the conditions of a temperature T ° C. given by the above-described formula (1) and a holding time of 1 hour. From this, a 15 mm square cubic test piece was cut out. Next, the test piece using the example alloy applied to the mold of the present invention was subjected to an aging treatment at a temperature of 750 ° C. and a holding time of 16 hours, and tempered so that the hardness became HRC54. On the other hand, the test piece using the comparative alloy applied to the conventional mold was tempered to have the highest hardness. And about each of these test pieces, the Rockwell hardness (cold) before a softening process was measured previously using the Rockwell hardness meter.

なお、図7に、実施例1の合金の溶体化組織を、図8に、実施例1の合金の時効組織を示す。図7に示すように、溶体化組織は、母相がγ相であり、結晶粒のピン止めのための球状化α−Crの析出が認められた。また、図8に示すように、時効組織には、全面がα+γの2相からなるラメラ構造と、組織写真では明確ではないが、微細なγ’相の分散析出が確認された。   FIG. 7 shows the solution structure of the alloy of Example 1, and FIG. 8 shows the aging structure of the alloy of Example 1. As shown in FIG. 7, in the solution structure, the matrix phase was a γ phase, and precipitation of spheroidized α-Cr for pinning of crystal grains was observed. Further, as shown in FIG. 8, in the aging structure, a lamellar structure composed of two phases of α + γ on the entire surface, and fine γ ′ phase dispersion and precipitation were confirmed, though not clear in the structure photograph.

次に、各試験片を、温度550〜750℃、保持時間1〜100時間の条件で加熱することにより、軟化処理を施した。次いで、軟化処理後の各試験片につき、ロックウェル硬度計を用いて、ロックウェル硬さ(冷間)を測定した。温度700℃、保持時間1時間の軟化処理を施したときの結果を表3に示す。また、図9に、実施例1の合金を用いた試験片と、各比較例の合金を用いた各試験片について、各温度、各時間で軟化処理を施したときの軟化抵抗を示す。   Next, each test piece was softened by heating under the conditions of a temperature of 550 to 750 ° C. and a holding time of 1 to 100 hours. Next, the Rockwell hardness (cold) was measured for each test piece after the softening treatment using a Rockwell hardness meter. Table 3 shows the results when the softening treatment was performed at a temperature of 700 ° C. and a holding time of 1 hour. FIG. 9 shows the softening resistance when the softening treatment is performed at each temperature and each time for each test piece using the alloy of Example 1 and each test piece using the alloy of each comparative example.

これら実験1の結果によれば、以下のことが分かる。すなわち、従来の工具鋼(比較例1〜3の合金)は、700℃以上の温度に加熱されると、著しい軟化を生じることが分かる。この結果から、従来の工具鋼を温熱間鍛造用金型の材料に適用すれば、成形時の熱負荷によって型成形面が軟化し、摩耗やヒートチェック等の損傷の発生によって型寿命が短くなることが容易に想像できる。   According to the results of Experiment 1, the following can be understood. That is, it can be seen that the conventional tool steel (the alloys of Comparative Examples 1 to 3) is significantly softened when heated to a temperature of 700 ° C. or higher. From this result, if the conventional tool steel is applied to the material for the hot forging die, the die forming surface is softened by the thermal load during molding, and the die life is shortened due to damage such as wear and heat check. I can easily imagine that.

また、従来の工具鋼を適用した温熱間鍛造用金型では、熱負荷による軟化を抑制するために、型に冷却用の孔部を形成し、型の昇熱をできる限り抑制しなければ、型寿命の向上は難しいと言える。   In addition, in a hot forging die using conventional tool steel, in order to suppress softening due to thermal load, if a hole for cooling is formed in the die, and the heating of the die is not suppressed as much as possible, It can be said that it is difficult to improve the mold life.

一方、Inconel718等の汎用のNi基合金(比較例4、5)は、700℃以上の温度に加熱されても、著しい軟化を生じ難いことが分かる。しかしながら、これらNi基合金は、冷間における硬さが相対的に低い。そのため、これらのNi基合金を温熱間鍛造用金型の材料に適用すれば、金型本体の圧縮強度不足により、温熱間鍛造時に座屈することが予想される。特に、例えば、自動車部品の温熱間鍛造等のように、高い成形荷重を負荷して被鍛材であるビレットを成形するような用途には、従来汎用されているNi基合金を適用することはもはや困難であると言える。   On the other hand, it can be seen that general-purpose Ni-based alloys such as Inconel 718 (Comparative Examples 4 and 5) are not easily softened even when heated to a temperature of 700 ° C. or higher. However, these Ni-based alloys have a relatively low hardness in the cold. Therefore, if these Ni-based alloys are applied to the material for the hot forging die, it is expected that the die body will buckle during the hot forging due to insufficient compression strength of the die body. In particular, Ni-based alloys that have been widely used in the past are used for applications such as warm forging of automobile parts, etc., where a high forming load is applied and a billet that is a material to be formed is formed. It can be said that it is no longer difficult.

これらに対して、本発明で規定されるNi基合金は、700℃以上の温度に加熱されても、著しい軟化を生じ難いうえ、冷間における硬さを相対的に高く維持することができる。そのため、本発明で規定されるNi基合金を用いて温熱間鍛造用金型を形成すれば、型寿命の向上が期待される。そこで、以下では、各合金を用いて小型の温熱間鍛造用金型(小パンチ)を作製し、これを用いてパンチ摩耗試験を行い、実際に型性能の確認を行った。   On the other hand, the Ni-based alloy defined in the present invention hardly keeps softening even when heated to a temperature of 700 ° C. or higher, and can maintain a relatively high hardness in the cold. Therefore, if a hot forging die is formed using the Ni-based alloy defined in the present invention, an improvement in die life is expected. Therefore, in the following, a small hot forging die (small punch) was produced using each alloy, and a punch wear test was performed using this, and the die performance was actually confirmed.

(耐摩耗性試験)
上述した鍛伸により直径32mmの各棒材を、前述の式(1)で与えられる温度T℃、保持時間1時間の条件で溶体化処理を施した。この溶体化処理材を粗加工した後、750℃で時効処理を施し、精加工することにより、実施例および比較例に係る各小パンチを作製した。作製した小パンチは、長さ104mm、胴体部直径16.2mmであり、パンチ先端の評価部には15°のテーパー加工が施されている。なお、鍛造前に、ロックウェル硬度計を用いて、各小パンチの素材硬さを予め測定した。
(Abrasion resistance test)
Each bar having a diameter of 32 mm was subjected to a solution treatment under the conditions of a temperature T ° C. given by the above-described formula (1) and a holding time of 1 hour by the forging described above. The solution treated material was roughly processed, and then subjected to an aging treatment at 750 ° C., followed by precision processing, thereby producing each small punch according to the example and the comparative example. The produced small punch has a length of 104 mm and a body diameter of 16.2 mm, and the evaluation portion at the tip of the punch is tapered by 15 °. Prior to forging, the material hardness of each small punch was measured in advance using a Rockwell hardness meter.

次いで、得られた各小パンチを、140tonのパーツフォーマー(大同機械(株)製、「NS5−10PL」)に取り付け、温熱間鍛造を行った。被鍛材は、JIS S53C 製のビレット(直径13.3mm、長さ28.3mmの円柱状)である。このビレットから全2工程でカップ状の鍛造品を製造した。   Next, each obtained small punch was attached to a 140 ton part former (manufactured by Daido Machine Co., Ltd., “NS5-10PL”), and warm forging was performed. The work material is a billet made of JIS S53C (a cylindrical shape having a diameter of 13.3 mm and a length of 28.3 mm). A cup-shaped forged product was produced from this billet in two steps.

第1工程は圧縮率54%の据え込み、第2工程は後方押し出しである。鍛造の速度は85spm、パンチ外部からの冷却水量は60m/sとした。被鍛材の温度は、高周波加熱の終了時が930℃、第1工程の開始時が約820℃となるようにした。   The first step is upsetting with a compression ratio of 54%, and the second step is backward extrusion. The forging speed was 85 spm, and the amount of cooling water from the outside of the punch was 60 m / s. The temperature of the work material was set to 930 ° C. at the end of the high-frequency heating and about 820 ° C. at the start of the first step.

後方押し出しパンチの摩耗量は、1ショット目と5000ショット目の形状変化から算出した。すなわち、図10に示すように、パンチPの先端から0.2mmの位置におけるパンチ半径の減少量を摩耗量Rと定義した。   The wear amount of the rear extrusion punch was calculated from the shape change of the first shot and the 5000th shot. That is, as shown in FIG. 10, the amount of decrease in the punch radius at a position 0.2 mm from the tip of the punch P was defined as the wear amount R.

また、実施例1に係る小パンチについては、上記試験後に、パンチの成形面の軟化量を測定するため、当該パンチを縦に切断し、鍛造面から深さ方向の硬さ分布をビッカース硬度計(荷重:100g)を用いて測定した。   In addition, for the small punch according to Example 1, in order to measure the softening amount of the molding surface of the punch after the above test, the punch was cut vertically, and the hardness distribution in the depth direction from the forged surface was measured by the Vickers hardness tester. (Load: 100 g) was used for measurement.

表4に、実施例および比較例に係る各小パンチの素材硬さとパンチ摩耗量の測定結果を示す。図11に、摩耗試験後における実施例1および各比較例に係る小パンチの鍛造面から深さ方向の硬さ分布を示す。   Table 4 shows the measurement results of the material hardness and punch wear amount of each small punch according to the example and the comparative example. In FIG. 11, the hardness distribution of the depth direction from the forge surface of the small punch which concerns on Example 1 and each comparative example after an abrasion test is shown.

これらの結果によれば、以下のことが分かる。すなわち、従来の工具鋼を用いた比較例1〜3に係る小パンチは、パンチ表面の軟化により、相対的に耐摩耗性が悪く、型寿命が短いことが分かる。   These results show the following. That is, it can be seen that the small punches according to Comparative Examples 1 to 3 using conventional tool steel have relatively poor wear resistance and a short mold life due to softening of the punch surface.

なお、汎用のNi合金を用いた比較例4、5に係る小パンチは、最大硬さ付近まで合金を調質したにも関わらず、合金強度が十分でなく、鍛造時に座屈が発生した。   In addition, although the small punch which concerns on the comparative examples 4 and 5 using a general purpose Ni alloy tempered the alloy to the maximum hardness vicinity, alloy strength was not enough and buckling generate | occur | produced at the time of forging.

これらに対して、各実施例に係る小パンチは、パンチ表面が軟化せず、型摩耗が相対的に極めて少ないことが分かる。このことから、実施例に係る小パンチは、型寿命を向上させることができることが確認できた。   On the other hand, it can be seen that the small punches according to the respective examples do not soften the punch surface and have relatively little die wear. From this, it was confirmed that the small punch according to the example can improve the mold life.

(自動車部品の成形)
本実施例では、さらに、自動車部品(等速ジョイント部品)を成形可能な大パンチを作製し、実生産の温熱間鍛造を以下の通りに実施した。
(Forming automotive parts)
In this example, a large punch capable of forming an automobile part (constant velocity joint part) was produced, and actual production hot forging was performed as follows.

すなわち、表1に示す実施例1の化学組成(質量%)の合金インゴット1.3tonを真空溶解により溶製した。次いで、得られた合金インゴットを均熱処理した後、鍛伸して直径98mmの棒材とした。次いで、得られた棒材に対して溶体化処理を施して粗加工形状のパンチ金型とし、硬さがHRC53となるように時効処理を施した後、精加工することにより、実施例1に係る大パンチを作製した。作製した大パンチは、図12に示すように、長さ300mm、胴体部直径90mmの中実体であり、後述の窒化処理は施されていない。   That is, an alloy ingot 1.3 ton having the chemical composition (mass%) of Example 1 shown in Table 1 was melted by vacuum melting. Next, the obtained alloy ingot was soaked and forged to obtain a bar having a diameter of 98 mm. Next, the obtained bar is subjected to a solution treatment to form a punch die having a roughly processed shape, and after being subjected to an aging treatment so that the hardness becomes HRC53, it is subjected to precision processing to obtain Example 1. Such a large punch was produced. As shown in FIG. 12, the produced large punch is a solid body having a length of 300 mm and a body portion diameter of 90 mm, and is not subjected to a nitriding treatment described later.

一方、比較用として、HCR57に調質され、かつ、表面に窒化処理がなされたSKH51材(比較例1)による同形状の中実体のパンチを用いた。なお、実生産では、従来この比較例1に係る大パンチに対して、パンチ軸心に沿ってパンチ後端面からパンチ先端部近傍にかけて、高温軟化を抑制するための冷却孔が形成された中空体であり、これを比較例1’とする。   On the other hand, a solid punch of the same shape made of SKH51 material (Comparative Example 1) tempered to HCR57 and nitrided on the surface was used for comparison. In actual production, a hollow body in which a cooling hole for suppressing high-temperature softening is formed from the punch rear end surface to the vicinity of the punch tip portion along the punch axis with respect to the conventional large punch according to Comparative Example 1 in actual production. This is referred to as Comparative Example 1 ′.

準備した各大パンチを用いて自動車部品の温熱間鍛造を行った。この際、実施例1の鍛造条件については、ヒートチェックを抑制する観点から、熱振幅を抑えるように、冷却を兼ねる潤滑剤の塗布量を必要最小限に設定した。また、比較例1についても同条件とした。比較例1’は、軟化摩耗を抑制することを目的に、従来から一般的に行われている冷却を強化した条件とした。詳しくは、潤滑剤の塗布量を実施例1の1.5倍とし、パンチの冷却孔にエアーを吹き込んで空冷した。   Each of the prepared large punches was used for hot forging of automobile parts. At this time, with respect to the forging conditions of Example 1, from the viewpoint of suppressing the heat check, the application amount of the lubricant that also serves as cooling was set to the minimum necessary so as to suppress the thermal amplitude. The same conditions were applied to Comparative Example 1. In Comparative Example 1 ', for the purpose of suppressing the softening wear, the cooling condition that was generally performed conventionally was set to be enhanced. Specifically, the amount of lubricant applied was 1.5 times that of Example 1, and air was blown into the cooling holes of the punch for air cooling.

その結果、実施例1に係る大パンチは、比較例1の約100倍の型寿命が得られることが確認できた。また、従来条件の比較例1’と比較しても約3倍の型寿命が得られ、飛躍的な金型寿命の向上を確認できた。   As a result, it was confirmed that the large punch according to Example 1 had a mold life about 100 times that of Comparative Example 1. In addition, a mold life approximately three times as long as that of Comparative Example 1 'under the conventional conditions was obtained, and a dramatic improvement in mold life could be confirmed.

2.実験2
図13(a)に例示するように、鍛造部A、接合部C、胴体部Bを順に有する実施例および比較例に係る各小パンチを作製した。作製した小パンチは、全長104mm、直径16.2mm、鍛造部Aの長さ30mm、接合部Cの長さ3mm、胴体部Bの長さ71mmであり、鍛造部Aの鍛造面には、15°のテーパー加工が施されている。なお、鍛造部A、胴体部Bの合金組成、鍛造部Aと胴体部Bとの接合方法、鍛造部A、接合部C、胴体部Bの硬さ、小パンチ整形後の熱処理条件は、後述の表5〜表8に示す通りである。
2. Experiment 2
As illustrated in FIG. 13A, each small punch according to an example and a comparative example having a forged part A, a joint part C, and a body part B in order was produced. The produced small punch has a total length of 104 mm, a diameter of 16.2 mm, a length of the forged part A of 30 mm, a length of the joint part C of 3 mm, and a length of the body part B of 71 mm. ° taper processing. The alloy composition of the forged part A and the body part B, the joining method of the forged part A and the body part B, the hardness of the forged part A, the joined part C and the body part B, and the heat treatment conditions after the small punch shaping will be described later. Are shown in Tables 5 to 8.

(鍛造部Aの耐摩耗性試験)
「1.実験1」の(耐摩耗性試験)と同様にして、鍛造部Aの耐摩耗性試験を行った。摩耗量Rが0.15mm未満を「耐摩耗性が良好である」として「A」、摩耗量Rが0.15mm以上を「耐摩耗性に劣る」として「B」と評価した(後述の表9)。
(Abrasion resistance test of forged part A)
The wear resistance test of the forged part A was performed in the same manner as in (1. Experiment 1) (Abrasion resistance test). When the wear amount R was less than 0.15 mm, “A” was evaluated as “Abrasion resistance was good”, and when the wear amount R was 0.15 mm or more, “B” was evaluated as “Inferior wear resistance” (Table below). 9).

(引張試験)
上記小パンチと同条件で、鍛造部A、接合部C、胴体部Bを順に有する実施例および比較例に係る直径25mm、長さ120mmの丸棒を作製し、そこから接合部Cが試験部に位置するように、試験部の直径が8mm、標点間距離が34mmの引張試験片を加工した。引張試験は、JIS4号に準じて実施した。引張強さが1750MPa以上であった場合を「接合強度に優れる」として「A+」、引張強さが1150MPa以上1750MPa未満の範囲内であった場合を「接合強度が良好であるとして「A」、引張強さが1000MPa以上1150MPa未満の範囲内であった場合を「接合強度がやや良好であるとして「B」、引張強さが1000MPa未満の範囲内であった場合を「接合強度不足である」として「C」と評価した(後述の表9)。
(Tensile test)
A round bar having a diameter of 25 mm and a length of 120 mm according to an example having a forged part A, a joint part C, and a body part B in this order and a comparative example is manufactured under the same conditions as the small punch, and the joint part C is a test part from there. Thus, a tensile test piece having a test part diameter of 8 mm and a gauge distance of 34 mm was processed. The tensile test was performed according to JIS4. The case where the tensile strength is 1750 MPa or more is “A +” as “excellent bonding strength”, and the case where the tensile strength is within the range of 1150 MPa or more and less than 1750 MPa is “A” indicating that the bonding strength is good. When the tensile strength is in the range of 1000 MPa or more and less than 1150 MPa, “B” is assumed that the bonding strength is somewhat good, and “Bad strength is insufficient” when the tensile strength is in the range of less than 1000 MPa. As “C” (Table 9 described later).

(耐圧縮変形試験)
胴体部Bの硬さが45HRC以上のものを「耐圧縮変形性に優れる」として「A」、 胴体部Bの硬さが45HRC未満のものを「耐圧縮変形性に劣る」として「B」と評価した(後述の表9)。
(Compressive deformation test)
A body part B having a hardness of 45 HRC or more is “A” with excellent resistance to compression deformation, and a body part B having a hardness of less than 45 HRC is “B” with an inferior compression resistance. Evaluation was made (Table 9 described later).

これら実験2の結果によれば、以下のことが分かる。すなわち、比較例1、2は、鍛造部Aの硬さが50HRC未満であるため、耐摩耗性に劣る。これは、鍛造部Aに50HRC未満の高硬度Ni基耐熱合金を用いたためである。   According to the results of Experiment 2, the following can be understood. That is, Comparative Examples 1 and 2 are inferior in wear resistance since the hardness of the forged part A is less than 50 HRC. This is because a high-hardness Ni-base heat-resistant alloy of less than 50 HRC was used for the forged part A.

比較例3、4は、胴体部Bの硬さが45HRC未満であるため、耐圧縮変形性に劣る。これは、胴体部Bに45HRC未満の高硬度Ni基耐熱合金およびFe基合金(熱間ダイス鋼)を用いたためである。   Since the hardness of the trunk | drum B is less than 45HRC, the comparative examples 3 and 4 are inferior to compression deformation resistance. This is because a high hardness Ni-base heat-resistant alloy and Fe-base alloy (hot die steel) of less than 45 HRC were used for the body part B.

比較例5、6は、接合部Cの硬さが350Hv未満であるため、接合強度に劣る。これは摩擦圧接時の熱影響が過大であったことが原因として考えられる。   Since the hardness of the junction part C is less than 350 Hv, the comparative examples 5 and 6 are inferior in joining strength. This is thought to be due to the excessive thermal effect during friction welding.

比較例7、8は、鍛造部Aの材料がFe基合金(熱間ダイス鋼)であるため、耐摩耗性に劣る。   Comparative Examples 7 and 8 are inferior in wear resistance because the material of the forged part A is an Fe-based alloy (hot die steel).

比較例9、10は、鍛造部Aの材料が、汎用のNi基合金(Inconel718)であるため、45HRC以上の硬さを得ることができない。そのため、耐摩耗性に劣る。また、耐圧縮変形性にも劣る。   In Comparative Examples 9 and 10, since the material of the forged part A is a general-purpose Ni-based alloy (Inconel 718), a hardness of 45 HRC or higher cannot be obtained. Therefore, it is inferior to abrasion resistance. Moreover, it is also inferior to compression deformation resistance.

比較例11は、胴体部Bの材料が、熱間ダイス鋼(SKD61)である。この熱間ダイス鋼は軟化抵抗が低いため、時効硬化の熱処理時に軟化し、45HRC以上の硬さが得られない。そのため、耐圧縮変形性に劣る。   In Comparative Example 11, the material of the body part B is hot die steel (SKD61). Since this hot die steel has low softening resistance, it is softened at the time of age hardening heat treatment, and a hardness of 45 HRC or more cannot be obtained. Therefore, it is inferior to compression deformation resistance.

比較例12は、胴体部Bの材料が、汎用のNi基合金(Inconel718)であるため、45HRC以上の硬さを得ることができない。そのため、耐圧縮変形性に劣る。   In Comparative Example 12, since the material of the body part B is a general-purpose Ni-based alloy (Inconel 718), a hardness of 45 HRC or higher cannot be obtained. Therefore, it is inferior to compression deformation resistance.

比較例13、14は、鍛造部Aの硬さが50HRC未満であるため、耐摩耗性に劣る。これは、時効処理温度が高すぎたことが原因として考えられる。   Comparative Examples 13 and 14 are inferior in wear resistance because the forged part A has a hardness of less than 50 HRC. This is probably because the aging treatment temperature was too high.

比較例15は、胴体部Bの硬さが45HRC未満であるため、耐圧縮変形性に劣る。これは、胴体部Bに45HRC未満の高硬度Ni基耐熱合金を用いたためである。また、接合部Cの硬さが350Hv未満であり、接合強度にも劣る。   Since the hardness of the trunk | drum B is less than 45HRC, the comparative example 15 is inferior to compression deformation resistance. This is because a high-hardness Ni-base heat-resistant alloy of less than 45 HRC was used for the body part B. Moreover, the hardness of the junction part C is less than 350 Hv, and it is inferior also to joint strength.

比較例16は、胴体部Bの硬さが45HRC未満であるため、耐圧縮変形性、接合強度に劣る。これは、胴体部Bに45HRC未満の高硬度Ni基耐熱合金を用いたためである。   Since the hardness of the trunk | drum B is less than 45HRC, the comparative example 16 is inferior to compression deformation resistance and joint strength. This is because a high-hardness Ni-base heat-resistant alloy of less than 45 HRC was used for the body part B.

比較例17は、接合部Cの硬さが350Hv未満であるため、接合強度に劣る。これはアーク溶接時の熱影響が過大であったことが原因として考えられる。   Since the hardness of the junction part C is less than 350 Hv, the comparative example 17 is inferior to joining strength. This is thought to be because the thermal effect during arc welding was excessive.

比較例18、19は、鍛造部Aの溶接材料がFe基合金(熱間ダイス鋼)であるため、高硬度が得られず、耐摩耗性に劣る。また、接合部Cの硬さが350Hv未満であり、接合強度にも劣る。   In Comparative Examples 18 and 19, since the welding material of the forged part A is an Fe-based alloy (hot die steel), high hardness cannot be obtained and the wear resistance is inferior. Moreover, the hardness of the junction part C is less than 350 Hv, and it is inferior also to joint strength.

比較例20、21は、鍛造部Aの溶接材料が、汎用のNi基合金(Inconel718)であるため、45HRC以上の硬さを得ることができない。そのため、耐摩耗性に劣る。また、耐圧縮変形性にも劣る。   In Comparative Examples 20 and 21, since the welding material of the forged part A is a general-purpose Ni-based alloy (Inconel 718), a hardness of 45 HRC or higher cannot be obtained. Therefore, it is inferior to abrasion resistance. Moreover, it is also inferior to compression deformation resistance.

比較例22は、胴体部Bの材料が、熱間ダイス鋼(SKD61)である。この熱間ダイス鋼は軟化抵抗が低いため、時効硬化の熱処理時に軟化し、45HRC以上の硬さが得られない。そのため、耐圧縮変形性に劣る。また、接合部Cの硬さが350Hv未満であり、接合強度にも劣る。   In Comparative Example 22, the material of the body part B is hot die steel (SKD61). Since this hot die steel has low softening resistance, it is softened at the time of age hardening heat treatment, and a hardness of 45 HRC or more cannot be obtained. Therefore, it is inferior to compression deformation resistance. Moreover, the hardness of the junction part C is less than 350 Hv, and it is inferior also to joint strength.

比較例23は、胴体部Bの材料が、汎用のNi基合金(Inconel718)であるため、45HRC以上の硬さを得ることができない。そのため、耐圧縮変形性に劣る。   In Comparative Example 23, since the material of the body part B is a general-purpose Ni-based alloy (Inconel 718), a hardness of 45 HRC or more cannot be obtained. Therefore, it is inferior to compression deformation resistance.

これらに対し、実施例1〜6は、いずれも耐摩耗性、耐圧縮変形性、接合強度を兼ね備えている。つまり、鍛造部A、接合部C、胴体部Bを有していても、鍛造部の材質を特定のNi基合金より形成し、各部位の硬さを適切な範囲とすることで、実用に供することが可能な金型とすることができる。そのため、実験1で作製したいわゆる無垢の金型に劣化部が生じた際に、劣化部を除去し、実験2で示した構造、材質、硬さの金型に新たに再生させることで、型寿命をより一層向上させることが可能なことが確認できた。   On the other hand, Examples 1-6 all have wear resistance, compression deformation resistance, and joint strength. That is, even if it has the forging part A, the joint part C, and the body part B, the material of the forging part is formed from a specific Ni-based alloy, and the hardness of each part is set to an appropriate range. It can be set as the metal mold | die which can be provided. Therefore, when a deteriorated part is generated in the so-called solid mold produced in Experiment 1, the deteriorated part is removed, and a mold having the structure, material, and hardness shown in Experiment 2 is newly regenerated. It was confirmed that the life could be further improved.

また、実験2の実施例間を比較すると次のことが分かる。すなわち、鍛造部Aと胴体部Bとを共材で構成することにより、接合部の材料特性の損失が少なくなり、高い接合強度が得られることが分かる。さらに、鍛造部Aと胴体部Bとが共材である場合、繰り返し金型の再生を行い鍛造部Aがなくなったときには、鍛造部Aに接する胴体部Bを新たな鍛造部Aに加工することにより、また新たな再生金型を構成することができる。そのため、型寿命向上へ寄与しやすいと言える。   Moreover, the following can be understood by comparing Examples of Experiment 2. That is, it can be seen that by forming the forged part A and the body part B from a common material, the loss of the material properties of the joint part is reduced, and a high joint strength can be obtained. Further, when the forged part A and the body part B are a co-material, when the forged part A disappears by repeatedly regenerating the die, the body part B in contact with the forged part A is processed into a new forged part A. Thus, a new regeneration mold can be constructed. Therefore, it can be said that it is easy to contribute to the improvement of the mold life.

また、接合部Cの接合界面における酸化物系および/または窒化物系の異物の存在率が35%以下である場合には、接合強度に優れることも確認できた。   It was also confirmed that the bonding strength was excellent when the abundance of oxide-based and / or nitride-based foreign matter at the bonding interface of the bonding portion C was 35% or less.

以上、本発明に係る温熱間鍛造用金型、本発明に係る他の温熱間鍛造用金型について説明したが、本発明は、上記実施形態、実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能なものである。   As mentioned above, although the hot forging die according to the present invention and the other hot forging die according to the present invention have been described, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and the purpose thereof Various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、上記実施例では、温熱間鍛造用金型をパンチ形状としたが、本発明に係る温熱間鍛造用金型、本発明に係る他の温熱間鍛造用金型は、ダイ形状等であっても良く、特に型形状が限定されるものではない。   For example, in the above embodiment, the hot forging die has a punch shape, but the hot forging die according to the present invention and the other hot forging die according to the present invention have a die shape or the like. The mold shape is not particularly limited.

Claims (10)

質量%で、
C :0.1%以下、
Si:2.0%以下、
Mn:2.0%以下、
Cr:35〜40%、
Al:3.0〜4.5%を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物であるNi基合金より形成されるとともに、
下記式(1)で示される溶体化温度T±20℃が1000〜1250℃の範囲内で溶体化処理が施された後、700〜820℃の範囲内で時効処理が施されており、
45〜55HRCの硬さを有することを特徴とする温熱間鍛造用金型。
式(1):T =−348.06+32.04Cr+71.53Al
(T:溶体化温度(℃)、Cr、Al:含有率(質量%))
% By mass
C: 0.1% or less,
Si: 2.0% or less,
Mn: 2.0% or less,
Cr: 35-40%,
Al: containing 3.0 to 4.5%, the balance being formed from Ni and an inevitable impurity Ni-based alloy,
The solution treatment temperature T ± 20 ° C. represented by the following formula (1) is subjected to the solution treatment within the range of 1000 to 1250 ° C., and then the aging treatment is performed within the range of 700 to 820 ° C.,
A hot forging die having a hardness of 45 to 55 HRC.
Formula (1): T = -348.06 + 32.04Cr + 71.53Al
(T: Solution temperature (° C.), Cr, Al: Content (mass%))
前記溶体化処理後のJIS G0551で規定する結晶粒度が2番以上であることを特徴とする請求項1に記載の温熱間鍛造用金型。   2. The hot forging die according to claim 1, wherein the crystal grain size defined by JIS G0551 after the solution treatment is 2 or more. 被鍛材がビレットであることを特徴とする請求項1または2に記載の温熱間鍛造用金型。   The hot forging die according to claim 1 or 2, wherein the work material is a billet. 前記Ni基合金は、質量%で、Fe:5%以下(ただし、Feが1.0%以下の場合を除く)を含有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の温熱間鍛造用金型。 4. The Ni-based alloy according to claim 1, wherein the Ni-based alloy contains, by mass%, Fe: 5% or less (except when Fe is 1.0% or less). Mold for warm forging. 前記Ni基合金は、質量%で、Co:2.0%以下(ただし、Coが0.1%以下の場合を除く)、Mo:2.5%以下(ただし、Moが0.1%以下の場合を除く)、および、W:2.5%以下(ただし、Wが0.1%以下の場合を除く)から選択される1種または2種以上の元素を含有し、Mo+0.5W:2.5%以下(ただし、Mo+0.5Wが0.15%以下の場合を除く)であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の温熱間鍛造用金型。 The Ni-based alloy is, by mass%, Co: 2.0% or less (except when Co is 0.1% or less) , Mo: 2.5% or less (however, Mo is 0.1% or less) And W: 2.5% or less (excluding the case where W is 0.1% or less) , containing one or more elements selected from Mo + 0.5W: The hot forging die according to any one of claims 1 to 4, wherein the die is 2.5% or less (except when Mo + 0.5W is 0.15% or less) . 前記Ni基合金は、質量%で、B:0.0005%以上0.015%以下、Mg:0.0005%以上0.01%以下、および、Ca:0.0005%以上0.01%以下から選択される1種または2種以上の元素を含有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の温熱間鍛造用金型。 The Ni-based alloy is, by mass%, B: 0.0005% to 0.015%, Mg: 0.0005% to 0.01%, and Ca: 0.0005% to 0.01%. The hot forging die according to any one of claims 1 to 5, comprising one or more elements selected from the group consisting of: 前記Ni基合金は、Ti、ZrおよびHfから選択される1種または2種以上の元素を、質量%で0.05%以上2.0%以下含有することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の温熱間鍛造用金型。 The Ni-based alloy contains 0.05% or more and 2.0% or less by mass% of one or more elements selected from Ti, Zr and Hf. The hot forging die according to any one of the above. 前記Ni基合金は、V、NbおよびTaから選択される1種または2種以上の元素を、質量%で0.2%以上2.0%以下含有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の温熱間鍛造用金型。 The Ni-based alloy contains one or more elements selected from V, Nb, and Ta in an amount of 0.2% to 2.0% by mass. The hot forging die according to any one of the above. 前記Ni基合金は、質量%で、Cu:2%以下(ただし、0.1%以下の場合を除く)、および、REM:0.005%以上0.1%以下から選択される1種または2種以上の元素を含有することを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の温熱間鍛造用金型。 The Ni-based alloy is, by mass%, Cu: 2% or less (except in the case of 0.1% or less) and REM: one selected from 0.005% or more and 0.1% or less The hot forging die according to any one of claims 1 to 8, comprising two or more elements. 一端に鍛造面を有する鍛造部と、金型胴体を構成する胴体部と、接合界面を含む接合部とを備え、前記鍛造部は、
質量%で、
C :0.1%以下、
Si:2.0%以下、
Mn:2.0%以下、
Cr:35〜40%、
Al:3.0〜4.5%を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物であるNi基合金より形成され、
前記鍛造部が50HRC以上、前記胴体部が45HRC以上、前記接合部が350Hv以上の硬さを有することを特徴とする温熱間鍛造用金型。
A forging part having a forging surface at one end, a body part constituting a mold body, and a joining part including a joining interface;
% By mass
C: 0.1% or less,
Si: 2.0% or less,
Mn: 2.0% or less,
Cr: 35-40%,
Al: containing 3.0 to 4.5% , the balance being formed from Ni and an inevitable impurity Ni-based alloy,
The hot forging die, wherein the forged part has a hardness of 50 HRC or more, the body part has a hardness of 45 HRC or more, and the joint part has a hardness of 350 Hv or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6188171B2 (en) * 2016-02-24 2017-08-30 日立金属Mmcスーパーアロイ株式会社 High strength and corrosion resistant Ni-base alloy with excellent hot forgeability
CN109136652B (en) * 2017-06-15 2020-05-12 宝钢特钢有限公司 Nickel-based alloy large-section bar for nuclear power key equipment and manufacturing method thereof
CN110592505B (en) * 2019-09-12 2020-10-20 中国航发北京航空材料研究院 Solution treatment method for accurately controlling structural properties of GH720Li alloy

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6318031A (en) * 1986-07-09 1988-01-25 Toshiba Corp Hot press die
JP4567827B2 (en) * 1999-08-26 2010-10-20 株式会社東芝 Tablet forming punch and mortar and method for producing the same
JP4419298B2 (en) * 2000-08-30 2010-02-24 大同特殊鋼株式会社 Mechanical structural member made of Ni-based high strength heat-resistant alloy
JP2003253362A (en) * 2002-02-26 2003-09-10 Daido Steel Co Ltd Non-magnetic highly corrosion-resistant bearing material and its production method
JP2005082885A (en) * 2003-09-11 2005-03-31 Daido Steel Co Ltd Component of diesel engine
JP2006274443A (en) * 2005-03-03 2006-10-12 Daido Steel Co Ltd Nonmagnetc high-hardness alloy
JP4978790B2 (en) * 2007-08-27 2012-07-18 三菱マテリアル株式会社 Mold member for resin molding
JP2009263736A (en) * 2008-04-27 2009-11-12 Daido Steel Co Ltd Ni BASED ALLOY FOR PLASTIC RESIN MOLDING, AND PLASTIC RESIN MOLDING DIE USING THE SAME

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