JP5865487B2 - Casting member and method for manufacturing the same, die casting sleeve, and die casting apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、鋳造用部材及びその製造方法、ダイカスト(die casting)用スリーブ、並びにダイカスト(die casting)装置に関する。   The present invention relates to a casting member and a manufacturing method thereof, a die casting sleeve, and a die casting apparatus.

従来、アルミニウム、マグネシウム、これらの合金等のダイカストに用いられる、溶融金属と接触して使用される鋳造用部材(例えば、金型、スリーブ(sleeve))は、熱疲労に強い、熱間工具鋼(hot work tool steel)を母材として作製されている。
かかる鋳造用部材は、使用中、溶融金属への溶損(erosion)が著しく進行すると、この鋳造用部材の補修頻度が高くなり、また、この鋳造用部材の寿命も短くなる。
そこで、鋳造用部材の耐溶損性(erosion resistance)を改善することを目的として、鋳造用部材の溶融金属と接触する部分に窒化層を形成する手法や、この窒化層の上に、さらに酸化物層を形成する手法が提案されている(例えば、特開2005−28398号公報、特開2003−13199号公報、特開昭64−31957号公報参照)。
Conventionally, casting members (for example, molds and sleeves) used in contact with molten metal used for die casting of aluminum, magnesium, and alloys thereof are hot tool steels that are resistant to thermal fatigue. (Hot work tool steel) is used as a base material.
When such a casting member undergoes significant erosion to the molten metal during use, the frequency of repairing the casting member increases, and the life of the casting member is shortened.
Therefore, for the purpose of improving the erosion resistance of the casting member, a method of forming a nitrided layer in the portion of the casting member that contacts the molten metal, or a further oxide on the nitrided layer. A method for forming a layer has been proposed (see, for example, JP-A-2005-28398, JP-A-2003-13199, and JP-A-64-31957).

しかしながら、母材上に、窒化層と、溶融金属と接触する酸化物層と、を順次設けた構成の鋳造用部材では、繰り返し使用時に酸化物層が剥離し、これにより繰り返し使用時に耐溶損性が低下する場合がある。
従って、本発明の課題は、繰り返し使用時においても優れた耐溶損性が維持される鋳造用部材及びその製造方法、並びに、上記鋳造用部材を備えたダイカスト用スリーブ及びダイカスト装置を提供することである。
However, in a casting member having a structure in which a nitride layer and an oxide layer in contact with a molten metal are sequentially provided on a base material, the oxide layer is peeled off during repeated use, so that it is resistant to erosion during repeated use. May decrease.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a casting member that maintains excellent resistance to melting even during repeated use, a manufacturing method thereof, and a die casting sleeve and a die casting apparatus provided with the casting member. is there.

本発明者は、鋳造用部材の基本構造を熱間工具鋼からなる母材上に窒化層及び酸化物層を順次備えた構造とすること、及び、この窒化層の構成を特定することにより、上記課題を解決できるとの知見を得、かかる知見に基づき本発明を完成させた。
即ち、前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
The inventor has a basic structure of a casting member having a structure in which a nitride layer and an oxide layer are sequentially provided on a base material made of hot tool steel, and by specifying the configuration of the nitride layer, The knowledge that the said subject can be solved was acquired, and this invention was completed based on this knowledge.
That is, specific means for solving the above problems are as follows.

<1> 溶融金属と接触して使用される鋳造用部材であって、熱間工具鋼からなる母材と、前記母材に接し前記母材の成分中に窒素が拡散されビッカース硬さが前記母材のビッカース硬さよりも50HV以上高い窒素拡散層、及び、該窒素拡散層に接し鉄を含む窒素化合物からなる厚さ5μm以上40μm以下の窒素化合物層からなる、厚さ200μm以上400μm以下の窒化層と、前記窒素化合物層に接し鉄を含む酸化物を含有し前記溶融金属と接触する酸化物層と、を備え、前記酸化物層は、前記窒素化合物層に接し前記窒素化合物及び前記酸化物からなる混合層を含む鋳造用部材である。
<2> 前記酸化物が、マグネタイトに含まれる鉄の一部がクロムに置き換わった構造の複合酸化物、ウスタイト、ヘマタイト、及びマグネタイトから選択される少なくとも一種である<1>に記載の鋳造用部材である。
<3> 前記酸化物の少なくとも一種が、マグネタイトに含まれる鉄の一部がクロムに置き換わった構造の複合酸化物である<1>又は<2>に記載の鋳造用部材である
<4> 前記混合層は、前記窒素化合物からなる多孔質構造の孔部に前記酸化物が形成された構造の層である<1>〜<>のいずれか1つに記載の鋳造用部材である。
<1> A casting member used in contact with a molten metal, wherein the base material is made of hot tool steel, and nitrogen is diffused in the base material in contact with the base material, and the Vickers hardness is Nitrogen diffusion layer having a thickness of 200 μm or more and 400 μm or less, consisting of a nitrogen diffusion layer that is 50 HV or more higher than the Vickers hardness of the base material, and a nitrogen compound layer that is in contact with the nitrogen diffusion layer and is composed of a nitrogen compound containing iron and having a thickness of 5 μm to 40 μm An oxide layer containing an oxide containing iron in contact with the nitrogen compound layer and in contact with the molten metal, the oxide layer being in contact with the nitrogen compound layer and the nitrogen compound and the oxide It is the member for casting containing the mixed layer which consists of.
<2> The casting member according to <1>, wherein the oxide is at least one selected from a complex oxide having a structure in which a part of iron contained in magnetite is replaced with chromium, wustite, hematite, and magnetite. It is.
<3> The casting member according to <1> or <2>, wherein at least one of the oxides is a complex oxide having a structure in which a part of iron contained in magnetite is replaced with chromium .
<4 > The casting layer according to any one of <1> to < 3 >, wherein the mixed layer is a layer having a structure in which the oxide is formed in a pore of a porous structure made of the nitrogen compound. It is.

> <1>〜<>のいずれか1つに記載の鋳造用部材を製造する方法であって、熱間工具鋼からなる母材を準備する母材準備工程と、前記母材の表面を、450℃以上600℃以下の加熱下でアンモニアガス及び窒素ガスを含む雰囲気ガスに曝すことにより窒化処理して前記窒化層を形成する窒化層形成工程と、前記母材の前記窒化層が形成された面を、450℃以上600℃以下の加熱下で酸化性雰囲気に曝すことにより酸化処理して前記酸化物層を形成する酸化物層形成工程と、を含む鋳造用部材の製造方法である。
> 前記雰囲気ガスが、更に、二酸化炭素ガスを含む<>に記載の鋳造用部材の製造方法である。
<7> 前記雰囲気ガス中における前記二酸化炭素ガスの量が、前記アンモニアガス、前記窒素ガス、及び前記二酸化炭素ガスの合計に対し、3体積%以上20体積%以下である<6>に記載の鋳造用部材の製造方法である。
<8> 前記酸化物層形成工程は、前記母材の前記窒化層が形成された面を、480℃以上600℃以下の加熱下で前記酸化性雰囲気としての水蒸気雰囲気に曝す<5>〜<7>のいずれか1つに記載の鋳造用部材の製造方法である。
<9> 前記窒化層形成工程は、前記母材の表面を前記雰囲気ガスに20時間以上40時間以下曝す<>〜<8>のいずれか1つに記載の鋳造用部材の製造方法である。
<10> 前記酸化物層形成工程は、前記母材の前記窒化層が形成された面を、酸化性雰囲気に1時間以上曝す<>〜<9>のいずれか1つに記載の鋳造用部材の製造方法である。
< 5 > A method for producing a casting member according to any one of <1> to < 4 >, wherein a base material preparation step of preparing a base material made of hot tool steel, and the base material A nitride layer forming step of forming a nitride layer by nitriding the surface by exposure to an atmosphere gas containing ammonia gas and nitrogen gas under heating at 450 ° C. to 600 ° C., and the nitride layer of the base material An oxide layer forming step of forming the oxide layer by subjecting the formed surface to an oxidizing atmosphere by exposing it to an oxidizing atmosphere under heating at 450 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. is there.
< 6 > The method for producing a casting member according to < 5 >, wherein the atmospheric gas further contains carbon dioxide gas.
<7> The amount of the carbon dioxide gas in the atmospheric gas is 3% by volume or more and 20% by volume or less with respect to the total of the ammonia gas, the nitrogen gas, and the carbon dioxide gas. It is a manufacturing method of the member for casting.
<8> the oxide layer formation step, the nitride layer is formed surface of the base material is exposed to water vapor atmosphere as the oxidizing atmosphere under heating at 600 ° C. or less 480 ° C. or higher <5> ~ <7> The manufacturing method of the member for casting as described in any one of 7> .
<9> The nitride layer forming step is a method for producing a casting member according to any one of < 5 > to <8>, wherein the surface of the base material is exposed to the atmospheric gas for 20 hours or more and 40 hours or less. .
<10> For the casting according to any one of < 5 > to <9>, in the oxide layer forming step, the surface of the base material on which the nitride layer is formed is exposed to an oxidizing atmosphere for 1 hour or more. It is a manufacturing method of a member.

<11> <1>〜<>のいずれか1つに記載の鋳造用部材を備えたダイカスト用スリーブである。
<12> <1>〜<>のいずれか1つに記載の鋳造用部材を備えたダイカスト装置である。
<11> A die casting sleeve provided with the casting member according to any one of <1> to < 4 >.
<12> A die casting apparatus including the casting member according to any one of <1> to < 4 >.

本発明によれば、繰り返し使用時においても優れた耐溶損性が維持される鋳造用部材及びその製造方法、並びに、上記鋳造用部材を備えたダイカスト用スリーブ及びダイカスト装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the member for casting and the manufacturing method of the member which were excellent in the fracturing resistance also in the time of repeated use, the sleeve for die-casting provided with the said member for casting, and a die-cast apparatus can be provided.

本発明の一例である試料2において、各層の断面を示す光学顕微鏡像(倍率50倍)である。In the sample 2 which is an example of this invention, it is an optical microscope image (50-times multiplication factor) which shows the cross section of each layer. 本発明の一例である試料2において、酸化物層と窒素化合物層との界面からの距離d(μm)と、ビッカース硬さ(Vickers hardness (HV))と、の関係を示すグラフである。In sample 2 which is an example of the present invention, it is a graph which shows the relation between distance d (micrometer) from the interface of an oxide layer and a nitrogen compound layer, and Vickers hardness (Vickers hardness (HV)). 本発明の一例である試料2において、各層の断面を示す走査型電子顕微鏡像(倍率3000倍)である。In sample 2 which is an example of the present invention, it is a scanning electron microscope image (magnification 3000 times) showing a section of each layer. 比較例である試料7において、各層の断面を示す走査型電子顕微鏡像(倍率3000倍)である。In the sample 7 which is a comparative example, it is a scanning electron microscope image (magnification 3000 times) which shows the section of each layer.

以下、本発明の鋳造用部材及びその製造方法、ダイカスト用スリーブ、並びにダイカスト装置について詳細に説明する。   Hereinafter, the casting member, the manufacturing method thereof, the die casting sleeve, and the die casting apparatus of the present invention will be described in detail.

<鋳造用部材>
本発明の鋳造用部材は、溶融金属と接触して使用される鋳造用部材であって、熱間工具鋼からなる母材と、前記母材に接し前記母材の成分中に窒素(N)が拡散されビッカース硬さが前記母材のビッカース硬さよりも50HV以上高い窒素拡散層、及び、該窒素拡散層に接し鉄(Fe)を含む窒素化合物からなる厚さ5μm以上40μm以下の窒素化合物層からなる、厚さ200μm以上400μm以下の窒化層と、前記窒素化合物層に接し鉄(Fe)を含む酸化物を含有し前記溶融金属と接触する酸化物層と、を備える。
<Casting member>
The casting member of the present invention is a casting member that is used in contact with a molten metal, and is formed of a base material made of hot tool steel and nitrogen (N) in the component of the base material in contact with the base material. Is diffused and has a Vickers hardness of 50 HV or more higher than the Vickers hardness of the base material, and a nitrogen compound layer having a thickness of 5 μm or more and 40 μm or less made of a nitrogen compound containing iron (Fe) in contact with the nitrogen diffusion layer A nitride layer having a thickness of 200 μm or more and 400 μm or less, and an oxide layer in contact with the molten metal containing an oxide containing iron (Fe) in contact with the nitrogen compound layer.

本明細書中において、「ビッカース硬さ」は、JIS Z 2244(1998)に準拠して測定されたビッカース硬さを指す。   In this specification, “Vickers hardness” refers to Vickers hardness measured according to JIS Z 2244 (1998).

従来、溶融金属と接触して使用される鋳造用部材として、熱間工具鋼からなる母材上に、母材の表面が窒化処理されて形成された窒化層と、窒化層が形成された母材の窒化層形成面が酸化処理されて形成され使用時(鋳造時)に溶融金属と接触する酸化物層と、を順次備えた構成の鋳造用部材が知られている(例えば、特開2005−28398号公報参照)。この酸化物層には、鉄を含む酸化物が含有されている。この酸化物は化学的に安定であり、溶融金属との反応性が小さい化合物である。このため、鋳造用部材に酸化物層が設けられていることにより、鋳造用部材の耐溶損性が飛躍的に向上する。
しかしながら、上記酸化物層を備えた鋳造用部材では、繰り返し使用時(鋳造を繰り返し行った時。以下同じ。)に酸化物層が剥離し、これにより、鋳造用部材の耐溶損性が低下する場合がある。繰り返し使用時に酸化物層が剥離する理由は、鉄を含む酸化物の熱膨張率が母材(例えば熱間工具鋼)の熱膨張率よりも大きいことから、繰り返し使用時(特に、溶融金属を鋳造した後の冷却過程時)に上記酸化物層に引張応力が働き、この引張応力によって上記酸化物層が割れ易くなるためと考えられる。
Conventionally, as a casting member used in contact with molten metal, a nitride layer formed by nitriding the surface of a base material on a base material made of hot tool steel, and a base formed with a nitride layer 2. Description of the Related Art A casting member having a structure in which a nitride layer forming surface of a material is formed by oxidation treatment and an oxide layer that comes into contact with molten metal in use (during casting) is known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-2005). -28398). This oxide layer contains an oxide containing iron. This oxide is a compound that is chemically stable and has low reactivity with molten metal. For this reason, by providing the casting member with the oxide layer, the melt resistance of the casting member is dramatically improved.
However, in the casting member provided with the oxide layer, the oxide layer is peeled off during repeated use (when casting is repeated. The same applies hereinafter), thereby reducing the melt resistance of the casting member. There is a case. The reason for the oxide layer peeling off during repeated use is that the thermal expansion coefficient of the oxide containing iron is larger than the thermal expansion coefficient of the base material (for example, hot tool steel). It is considered that a tensile stress acts on the oxide layer during the cooling process after casting, and the oxide layer is easily cracked by the tensile stress.

上記に関し、本発明の鋳造用部材では、繰り返し使用時における酸化物層の剥離が抑制され、その結果、繰り返し使用時においても優れた耐溶損性が維持される。
かかる効果が奏される理由は、以下のように推測される。
即ち、本発明の鋳造用部材は、鋳造用部材の使用時に溶融金属と接触する層(即ち、最表面層)として酸化物層が設けられていること、並びに、窒素拡散層及び窒素化合物層からなる窒化層の厚さが200μm以上と厚いことにより、使用初期から優れた耐溶損性を示す。
更に、本発明の鋳造用部材は、母材に接する層として母材との密着性に優れた窒素拡散層を備えること、及び、窒素拡散層と酸化物層との間にこれら2層との密着性に優れた厚さ5μm以上の窒素化合物層が介在していることにより、繰り返し使用時における酸化物層の剥がれが抑制される。
以上の理由により、本発明の鋳造用部材では、使用初期における優れた耐溶損性が、繰り返し使用時においても維持されるものと推測される。
With respect to the above, in the casting member of the present invention, the peeling of the oxide layer during repetitive use is suppressed, and as a result, excellent melt resistance is maintained even during repetitive use.
The reason why this effect is achieved is assumed as follows.
That is, the casting member of the present invention is provided with an oxide layer as a layer (that is, the outermost surface layer) that comes into contact with the molten metal when the casting member is used, and from the nitrogen diffusion layer and the nitrogen compound layer. When the thickness of the resulting nitrided layer is as thick as 200 μm or more, excellent melt resistance is exhibited from the beginning of use.
Furthermore, the casting member of the present invention includes a nitrogen diffusion layer having excellent adhesion to the base material as a layer in contact with the base material, and the two layers between the nitrogen diffusion layer and the oxide layer. By interposing a nitrogen compound layer having a thickness of 5 μm or more excellent in adhesion, peeling of the oxide layer during repeated use is suppressed.
For the above reasons, it is presumed that in the casting member of the present invention, excellent melt resistance in the initial stage of use is maintained even during repeated use.

なお、上述したとおり、本発明の鋳造用部材は、繰り返し使用時だけでなく、使用初期においても耐溶損性に優れることは言うまでもない。   In addition, as above-mentioned, it cannot be overemphasized that the member for casting of this invention is excellent not only in the time of repeated use but in the initial stage of use at the time of use.

ところで、従来の鋳造用部材では、窒素化合物層が概して窒素拡散層よりも脆い、という理由から、窒素化合物層を極力設けないことが一般的であった。例えば、母材を窒化処理して窒化層を形成する場合において、窒素化合物層が極力形成されない条件とするか、又は、母材の窒化処理により窒素化合物層が形成されたとしても、その後、窒素化合物層を除去し、窒素化合物層が存在しない状態で鋳造用部材を使用していた。
これに対し、本発明の鋳造用部材では、上述のとおり、窒素拡散層と酸化物層との間に、敢えて、5μm以上の厚さの窒素化合物層を介在させている。これにより、窒素化合物層を設けなかった場合(即ち、窒素拡散層上に直接、酸化物層を設けた場合)や、窒素化合物層の厚さが5μm未満である場合と比較して、繰り返し使用時の酸化物層の剥離が抑制され、その結果、繰り返し使用時の耐溶損性の低下が抑制される。
By the way, in the conventional casting member, the nitrogen compound layer is generally not provided as much as possible because the nitrogen compound layer is generally more brittle than the nitrogen diffusion layer. For example, when forming a nitride layer by nitriding a base material, even if the nitrogen compound layer is formed by nitriding the base material, the nitrogen compound layer is formed as much as possible. The casting layer was used in a state where the compound layer was removed and the nitrogen compound layer was not present.
On the other hand, in the casting member of the present invention, as described above, a nitrogen compound layer having a thickness of 5 μm or more is intentionally interposed between the nitrogen diffusion layer and the oxide layer. As a result, when the nitrogen compound layer is not provided (that is, when the oxide layer is provided directly on the nitrogen diffusion layer) or when the thickness of the nitrogen compound layer is less than 5 μm, it is repeatedly used. Peeling of the oxide layer at the time is suppressed, and as a result, a decrease in the melt resistance during repeated use is suppressed.

本発明において、窒素拡散層と窒素化合物層とからなる窒化層の厚さは、200μm以上400μm以下である。
本発明者の検討により、窒化層の厚さが200μm以上であると、鋳造用部材の耐溶損性が著しく向上することが明らかとなった。
窒化層の厚さが200μm未満であると、耐溶損性が低下する場合がある。この観点より、窒化層の厚さは200μm以上であるが、250μm以上が好ましい。
一方、窒化層の厚さが400μmを超えると、窒化層の耐クラック進展性(crack development resistance)が低下する(即ち、ヒートクラックが発生した場合のクラックの進展が早くなる)。また、窒化層の厚さが400μmを超えると、窒化層の形成に要する時間が長くなり(例えば50時間以上となり)、鋳造用部材の生産性が低下する。これらの観点より、窒化層の厚さは400μm以下であるが、350μm以下が好ましい。
In the present invention, the thickness of the nitride layer composed of the nitrogen diffusion layer and the nitrogen compound layer is 200 μm or more and 400 μm or less.
As a result of studies by the present inventors, it has been clarified that the melt resistance of the casting member is remarkably improved when the thickness of the nitride layer is 200 μm or more.
If the thickness of the nitrided layer is less than 200 μm, the melt resistance may decrease. From this viewpoint, the thickness of the nitride layer is 200 μm or more, preferably 250 μm or more.
On the other hand, if the thickness of the nitride layer exceeds 400 μm, the crack development resistance of the nitride layer decreases (that is, the crack progresses quickly when a heat crack occurs). On the other hand, when the thickness of the nitride layer exceeds 400 μm, the time required for forming the nitride layer becomes long (for example, 50 hours or more), and the productivity of the casting member decreases. From these viewpoints, the thickness of the nitride layer is 400 μm or less, preferably 350 μm or less.

本発明において、窒化層の厚さは、窒素拡散層の厚さと窒素化合物層の厚さとの合計である。
窒化層の厚さ、窒素拡散層の厚さ、及び窒素化合物層の厚さの測定方法については後述する。
In the present invention, the thickness of the nitride layer is the sum of the thickness of the nitrogen diffusion layer and the thickness of the nitrogen compound layer.
A method for measuring the thickness of the nitride layer, the thickness of the nitrogen diffusion layer, and the thickness of the nitrogen compound layer will be described later.

また、本発明において、窒素化合物層の厚さは、5μm以上40μm以下である。
窒素化合物層の厚さが5μm未満であると、酸化物層が剥離し易くなる。更に、窒素化合物層の厚さが5μm未満であると、酸化物層を形成した際、酸素が窒素化合物層と窒素拡散層との界面にまで拡散し、該界面に酸化物が形成される場合があり、窒素化合物層と窒素拡散層との密着性も低下する場合がある(後述の図4参照)。これらの観点より、窒素化合物層の厚さは5μm以上であるが、10μm以上が好ましい。
一方、窒素化合物層の厚さが40μmを超えると、窒素化合物層の上記耐クラック進展性が低下する。この観点より、窒素化合物層の厚さは40μm以下であるが、30μm以下が好ましく、25μm以下がより好ましい。
In the present invention, the thickness of the nitrogen compound layer is not less than 5 μm and not more than 40 μm.
When the thickness of the nitrogen compound layer is less than 5 μm, the oxide layer is easily peeled off. Furthermore, when the thickness of the nitrogen compound layer is less than 5 μm, when the oxide layer is formed, oxygen diffuses to the interface between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer, and an oxide is formed at the interface. In some cases, the adhesion between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer may also decrease (see FIG. 4 described later). From these viewpoints, the thickness of the nitrogen compound layer is 5 μm or more, preferably 10 μm or more.
On the other hand, when the thickness of the nitrogen compound layer exceeds 40 μm, the above-mentioned crack resistance of the nitrogen compound layer is lowered. From this viewpoint, the thickness of the nitrogen compound layer is 40 μm or less, preferably 30 μm or less, and more preferably 25 μm or less.

本発明において、窒素化合物層の厚さは、鋳造用部材を各層(窒化層及び酸化物層。以下同じ。)の厚さ方向に沿って切断した断面をナイタール(nital)(硝酸を1体積%以上5体積%以下含む硝酸アルコール溶液)で腐食させ、腐食後の断面を走査型電子顕微鏡(scanning electron microscope;以下、「SEM」ともいう)で観察し、このSEM像(例えば、図3参照)に基づいて測定された値を指す。
この測定によれば、上記腐食によって窒素化合物層と他の層との界面が明確となるため、窒素化合物層の厚さを測定できる。ここで、他の層とは、酸化物層(酸化物層中に混合層が存在する場合には混合層)及び窒素拡散層である。
窒素化合物層の厚さの測定の例については、後述の実施例1(図1及び図3)を参照することができる。
In the present invention, the thickness of the nitrogen compound layer refers to a section obtained by cutting the casting member along the thickness direction of each layer (nitride layer and oxide layer; the same shall apply hereinafter), nital (1% by volume of nitric acid). Nitrogen alcohol solution containing 5% by volume or less), and the cross section after the corrosion is observed with a scanning electron microscope (hereinafter also referred to as “SEM”), and this SEM image (see, for example, FIG. 3) Refers to the value measured based on
According to this measurement, since the interface between the nitrogen compound layer and the other layer becomes clear due to the corrosion, the thickness of the nitrogen compound layer can be measured. Here, the other layers are an oxide layer (a mixed layer when a mixed layer is present in the oxide layer) and a nitrogen diffusion layer.
For an example of measuring the thickness of the nitrogen compound layer, Example 1 (FIGS. 1 and 3) described later can be referred to.

本発明において、窒化層の厚さは、酸化物層と窒素化合物層との界面から窒素拡散層と母材との界面までの距離として測定された値を指す。
本発明において、窒素拡散層の厚さは、窒素化合物層と窒素拡散層との界面から窒素拡散層と母材との界面までの距離として測定された値を指す。
ここで、「距離」とは、窒素拡散層の厚さ方向についての距離を指す(以下、同様である)。
また、酸化物層と窒素化合物層との界面、及び、窒素化合物層と窒素拡散層との界面は、SEM像によって判定する。
また、窒素拡散層と母材との界面は、酸化物層と窒素化合物層との界面又は鋳造用部材の表面からの距離と、ビッカース硬さ、との関係(例えば図2参照)に基づき、母材のビッカース硬さよりも50HV高いビッカース硬さを示す位置として判定する。
窒化層の厚さ及び窒素拡散層の厚さの測定の例については、後述の実施例1(図1〜図3)を参照することができる。
In the present invention, the thickness of the nitride layer refers to a value measured as the distance from the interface between the oxide layer and the nitrogen compound layer to the interface between the nitrogen diffusion layer and the base material.
In the present invention, the thickness of the nitrogen diffusion layer refers to a value measured as the distance from the interface between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer to the interface between the nitrogen diffusion layer and the base material.
Here, “distance” refers to the distance in the thickness direction of the nitrogen diffusion layer (the same applies hereinafter).
In addition, the interface between the oxide layer and the nitrogen compound layer and the interface between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer are determined by an SEM image.
Further, the interface between the nitrogen diffusion layer and the base material is based on the relationship between the interface between the oxide layer and the nitrogen compound layer or the surface of the casting member and the Vickers hardness (see, for example, FIG. 2). It is determined as a position showing Vickers hardness 50HV higher than the Vickers hardness of the base material.
For an example of measuring the thickness of the nitride layer and the thickness of the nitrogen diffusion layer, Example 1 (FIGS. 1 to 3) described later can be referred to.

次に、本発明の鋳造用部材の各構成要素について説明する。   Next, each component of the casting member of the present invention will be described.

(母材)
本発明の鋳造用部材は、熱間工具鋼からなる母材を備える。
上記熱間工具鋼としては特に制限はなく、例えば、JIS G 4404(2000)で規定される合金工具鋼鋼材のうちの熱間金型用の合金工具鋼鋼材や、特開2009−221594号公報、特開2008−095190号公報、特開2008−095181号公報、特開2006−213990号公報、国際公開第2010/074017号パンフレット等に記載されている公知の熱間工具鋼を用いることができる。
中でも、入手容易性等の観点からは、JIS G 4404(2000)で規定される合金工具鋼鋼材のうちの熱間金型用の合金工具鋼鋼材が好ましく、このうち、JIS G 4404(2000)で規定される、SKD4、SKD5、SKD6、SKD61、SKD8がより好ましく、中でもSKD61が特に好ましい。
また、熱間工具鋼としては、公知の熱間工具鋼の組成を改良した新規な組成の熱間工具鋼を用いてもよい。
また、熱間工具鋼としては、焼入れ焼戻し(quenching and tempering)が施された熱間工具鋼を用いてもよい。
(Base material)
The casting member of the present invention includes a base material made of hot tool steel.
There is no restriction | limiting in particular as said hot tool steel, For example, the alloy tool steel material for hot molds among the alloy tool steel materials prescribed | regulated by JISG4404 (2000), Unexamined-Japanese-Patent No. 2009-221594 Known hot tool steels described in JP 2008-095190 A, JP 2008-095181 A, JP 2006-213990 A, International Publication No. 2010/074017 pamphlet, and the like can be used. .
Among these, from the viewpoint of availability and the like, among the alloy tool steel materials defined in JIS G 4404 (2000), an alloy tool steel material for a hot die is preferable, and among these, JIS G 4404 (2000). SKD4, SKD5, SKD6, SKD61, and SKD8 are more preferable, and SKD61 is particularly preferable.
Further, as the hot tool steel, a hot tool steel having a novel composition obtained by improving the composition of a known hot tool steel may be used.
Further, as the hot tool steel, a hot tool steel that has been subjected to quenching and tempering may be used.

また、後述する酸化物層中に、マグネタイトに含まれるFeの一部がCrに置き換わった構造の複合酸化物((Fe,Cr))を含有させる観点からは、上記熱間工具鋼として、Crを1質量%以上(好ましくは2質量%以上、より好ましくは4質量%以上、特に好ましくは4.80質量%以上)含む熱間工具鋼を用いることも好ましい。Crを1質量%以上含む熱間工具鋼において、Crの含有量の上限値としては、例えば5.50質量%が挙げられる。Further, from the viewpoint of including a composite oxide ((Fe, Cr) 3 O 4 ) having a structure in which a part of Fe contained in magnetite is replaced with Cr in the oxide layer described later, the above hot tool steel is used. It is also preferable to use a hot work tool steel containing 1 mass% or more of Cr (preferably 2 mass% or more, more preferably 4 mass% or more, particularly preferably 4.80 mass% or more). In the hot tool steel containing 1% by mass or more of Cr, the upper limit of the Cr content is, for example, 5.50% by mass.

また、母材は、熱間工具鋼以外にも不可避的不純物を含んでいてもよい。
例えば、母材中において、窒素拡散層との接触面を含む領域には、不可避的不純物として微量の窒素が拡散されていてもよい(例えば、後述の図2中の距離dが300μm以上350μm以下の領域)。
また、母材は、焼入れ焼戻しが施された熱間工具鋼であってもよい。
The base material may contain inevitable impurities other than the hot tool steel.
For example, a trace amount of nitrogen may be diffused as an inevitable impurity in a region including a contact surface with the nitrogen diffusion layer in the base material (for example, a distance d in FIG. 2 described later is 300 μm or more and 350 μm or less). Area).
The base material may be hot tool steel that has been quenched and tempered.

(窒化層)
本発明の鋳造用部材は、窒化層を備える。
窒化層は、母材に接する層である窒素拡散層と、この窒素拡散層に接する層である窒素化合物層と、から構成される。
以下、これらの層の詳細について説明する。
(Nitride layer)
The casting member of the present invention includes a nitride layer.
The nitride layer is composed of a nitrogen diffusion layer that is in contact with the base material, and a nitrogen compound layer that is in contact with the nitrogen diffusion layer.
Hereinafter, details of these layers will be described.

−窒素拡散層−
窒素拡散層は、母材の成分中に窒素が拡散された層である。
この窒素拡散層は、硬度が高い層である。具体的には、この窒素拡散層のビッカース硬さは、母材のビッカース硬さよりも50HV以上高い。
この窒素拡散層自体も鋳造用部材の耐溶損性を向上させる効果を有する。
-Nitrogen diffusion layer-
The nitrogen diffusion layer is a layer in which nitrogen is diffused in the component of the base material.
This nitrogen diffusion layer is a layer with high hardness. Specifically, the Vickers hardness of the nitrogen diffusion layer is 50 HV or more higher than the Vickers hardness of the base material.
This nitrogen diffusion layer itself also has the effect of improving the melt resistance of the casting member.

この窒素拡散層は、母材の成分からなるマトリクス中に窒素が拡散(固溶)された層である。窒素拡散層中(マトリクス中)では、拡散された窒素の一部が母材の成分中の窒化物形成元素と結合し、微細な窒化物を形成していてもよい。   This nitrogen diffusion layer is a layer in which nitrogen is diffused (solid solution) in a matrix composed of the components of the base material. In the nitrogen diffusion layer (in the matrix), a part of the diffused nitrogen may be combined with the nitride forming element in the component of the base material to form a fine nitride.

なお、母材中において、鋳造用部材の表面(または酸化物層と窒素化合物層との界面)からの距離によってビッカース硬さに変動がある場合、上記「母材のビッカース硬さ」は、鋳造用部材の表面(または酸化物層と窒素化合物層との界面)からの距離が25μm変化したときのビッカース硬さの変化が10HV以下である領域のビッカース硬さを指す。   When the Vickers hardness varies depending on the distance from the surface of the casting member (or the interface between the oxide layer and the nitrogen compound layer) in the base material, the above “Vickers hardness of the base material” The Vickers hardness of the area | region where the change of Vickers hardness when the distance from the surface (or interface of an oxide layer and a nitrogen compound layer) of a member changes 25 micrometers is 10 HV or less.

−窒素化合物層−
窒素化合物層は、上記窒素拡散層に接する層であり、鉄(Fe)を含む窒素化合物からなる厚さ5μm以上40μm以下の層である。
この窒素化合物層は、窒素拡散層との密着性、及び、酸化物層との密着性に優れた層であるため、この窒素化合物層を備えることにより、繰り返し使用時の酸化物層の剥離(以下、単に「酸化物層の剥離」ともいう)が抑制される。
-Nitrogen compound layer-
The nitrogen compound layer is a layer in contact with the nitrogen diffusion layer, and is a layer having a thickness of 5 μm or more and 40 μm or less made of a nitrogen compound containing iron (Fe).
Since this nitrogen compound layer is a layer having excellent adhesion to the nitrogen diffusion layer and adhesion to the oxide layer, by providing this nitrogen compound layer, peeling of the oxide layer during repeated use ( Hereinafter, it is also simply referred to as “exfoliation of the oxide layer”.

窒素化合物層と窒素拡散層との密着性に関し、より詳細には、窒素化合物層は窒素拡散層に接する層であるため、窒素化合物層と窒素拡散層との間には酸化物(例えば酸化鉄)が存在しない。これにより、窒素化合物層と窒素拡散層との界面における両者の剥離が抑制されるので、ひいては、鋳造用部材からの酸化物層の剥離が抑制される。   More specifically, regarding the adhesion between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer, since the nitrogen compound layer is a layer in contact with the nitrogen diffusion layer, an oxide (for example, iron oxide) is interposed between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer. ) Does not exist. Thereby, since peeling of both at the interface between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer is suppressed, peeling of the oxide layer from the casting member is suppressed.

また、窒素化合物層を構成する、鉄を含む窒素化合物は、溶融金属との反応性が小さく、溶融金属に対する高い耐溶損性を有する物質である。このため、窒素化合物層自体も、鋳造用部材の耐溶損性を向上させる効果を有する。
鉄を含む窒素化合物としては、少なくとも鉄(Fe)と窒素(N)とが共有結合してなる化合物であれば特に制限はなく、例えば、γ’−FeN、ε−Fe2〜3N等の窒化鉄や、鉄と鉄以外の他の元素とを含む複合窒化物が挙げられる。
窒素化合物層に含有される、鉄を含む窒素化合物は、1種のみであっても2種以上であってもよい。
また、窒素化合物層は、鉄を含む窒素化合物に加え、不可避的不純物を含んでいてもよい。
Moreover, the nitrogen compound containing iron, which constitutes the nitrogen compound layer, is a substance that has low reactivity with the molten metal and has high resistance to erosion with respect to the molten metal. For this reason, the nitrogen compound layer itself also has the effect of improving the melt resistance of the casting member.
The nitrogen compound containing iron is not particularly limited as long as it is a compound in which at least iron (Fe) and nitrogen (N) are covalently bonded. For example, γ′-Fe 4 N, ε-Fe 2-3 N And composite nitrides containing iron and other elements other than iron.
The nitrogen compound containing iron contained in the nitrogen compound layer may be one type or two or more types.
Further, the nitrogen compound layer may contain inevitable impurities in addition to the nitrogen compound containing iron.

(酸化物層)
本発明の鋳造用部材は、上記窒素化合物層に接する層として、鉄を含む酸化物を含有する酸化物層を備える。鋳造用部材の使用時には、この酸化物層の表面が溶融金属と接触する。
鉄を含む酸化物としては、少なくとも鉄(Fe)と酸素(O)とが共有結合した化合物であれば特に制限はなく、例えば、FeO(ウスタイトとも呼ばれている)、Fe(ヘマタイトとも呼ばれている)、Fe(マグネタイトとも呼ばれている)等の酸化鉄が挙げられる。中でも、酸化鉄としては、耐食性に優れる点で、Fe(マグネタイト)が特に好ましい。
また、鉄を含む酸化物としては、鉄と鉄以外の他の元素とを含む複合酸化物(例えば、後述の(Fe,Cr))も挙げられる。
酸化物層に含有される、鉄を含む酸化物は、1種のみであっても2種以上であってもよい。
(Oxide layer)
The casting member of the present invention includes an oxide layer containing an oxide containing iron as a layer in contact with the nitrogen compound layer. When the casting member is used, the surface of the oxide layer comes into contact with the molten metal.
The oxide containing iron is not particularly limited as long as it is a compound in which at least iron (Fe) and oxygen (O) are covalently bonded. For example, FeO (also called wustite), Fe 2 O 3 (hematite) And iron oxide such as Fe 3 O 4 (also called magnetite). Among these, as the iron oxide, Fe 3 O 4 (magnetite) is particularly preferable from the viewpoint of excellent corrosion resistance.
As oxide containing iron, composite oxide containing elements other than iron and iron (e.g., described later (Fe, Cr) 3 O 4 ) can be cited.
The oxide containing iron contained in the oxide layer may be only one type or two or more types.

前記酸化物層は、前記窒素化合物層に接する層として、上記窒素化合物及び上記酸化物を含有する混合層を含むことが好ましい。
これにより、この混合層を含めた酸化物層と、窒素化合物層と、の密着性をより向上させることができるので、酸化物層の剥離をより抑制できる。
ここで、混合層中における、鉄を含む酸化物の含有量は、混合層全体に対し、好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは20質量%以上であり、更に好ましくは30質量%以上であり、特に好ましくは40質量%以上である。また、上記酸化物の含有量は、混合層全体に対し、好ましくは90質量%以下であり、より好ましくは80質量%以下であり、更に好ましくは70質量%以下であり、特に好ましくは60質量%以下である。
また、混合層中における、窒素化合物の含有量は、混合層全体に対し、好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは20質量%以上であり、更に好ましくは30質量%以上であり、特に好ましくは40質量%以上である。また、上記窒素化合物の含有量は、混合層全体に対し、好ましくは90質量%以下であり、より好ましくは80質量%以下であり、更に好ましくは70質量%以下であり、特に好ましくは60質量%以下である。
The oxide layer preferably includes a mixed layer containing the nitrogen compound and the oxide as a layer in contact with the nitrogen compound layer.
Thereby, since the adhesiveness of the oxide layer containing this mixed layer and a nitrogen compound layer can be improved more, peeling of an oxide layer can be suppressed more.
Here, the content of the oxide containing iron in the mixed layer is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and further preferably 30% by mass or more with respect to the entire mixed layer. And particularly preferably 40% by mass or more. Further, the content of the oxide is preferably 90% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, still more preferably 70% by mass or less, and particularly preferably 60% by mass with respect to the entire mixed layer. % Or less.
Further, the content of the nitrogen compound in the mixed layer is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, still more preferably 30% by mass or more, particularly with respect to the entire mixed layer. Preferably it is 40 mass% or more. The content of the nitrogen compound is preferably 90% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, still more preferably 70% by mass or less, and particularly preferably 60% by mass with respect to the entire mixed layer. % Or less.

この混合層を形成する場合の好ましい態様は、まず上記窒素化合物層をその表層部分に多孔質構造を有する層として形成し、次いで、窒素化合物層上(多孔質構造を有する表層部分側)に酸化物層を形成することで多孔質構造の孔部を酸化し、孔部内に酸化物を形成する態様である。この態様では、酸化物層を形成する前の時点では窒素化合物層の一部であった該窒素化合物層の(多孔質構造を有する)表層部分が、酸化物層の形成後には、上述の混合層(即ち、酸化物層の一部)となる。この態様の混合層(例えば図3中の混合層42)では、酸化物層中の、窒素化合物層との界面を含む領域(即ち混合層)でアンカー効果が発現するので、窒素化合物層と酸化物層との密着性がより向上し、ひいては酸化物層の剥離がより抑制される。   The preferred mode for forming this mixed layer is that the nitrogen compound layer is first formed as a layer having a porous structure on the surface layer portion, and then oxidized on the nitrogen compound layer (the surface layer portion side having a porous structure). In this embodiment, the pores of the porous structure are oxidized by forming a physical layer, and oxides are formed in the pores. In this embodiment, the surface layer portion (having a porous structure) of the nitrogen compound layer, which was a part of the nitrogen compound layer at the time before forming the oxide layer, is mixed as described above after the oxide layer is formed. Layer (ie part of the oxide layer). In the mixed layer of this embodiment (for example, the mixed layer 42 in FIG. 3), the anchor effect is exhibited in a region including the interface with the nitrogen compound layer (that is, the mixed layer) in the oxide layer. Adhesion with the physical layer is further improved, and as a result, peeling of the oxide layer is further suppressed.

上記酸化物層中における、鉄を含む酸化物の含有量は、酸化物層全体に対し、好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは20質量%以上であり、更に好ましくは30質量%以上であり、特に好ましくは40質量%以上である。また、上記酸化物の含有量は、酸化物層全体に対し、好ましくは90質量%以下であり、より好ましくは80質量%以下であり、更に好ましくは70質量%以下であり、特に好ましくは60質量%以下である。   The content of the oxide containing iron in the oxide layer is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and further preferably 30% by mass or more with respect to the entire oxide layer. And particularly preferably 40% by mass or more. Further, the content of the oxide is preferably 90% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, still more preferably 70% by mass or less, and particularly preferably 60% by mass or less with respect to the entire oxide layer. It is below mass%.

また、鉄を含む酸化物のうちの少なくとも1種としては、マグネタイト(Fe)に含まれるFeの一部がCrに置き換わった構造の複合酸化物(以下、「(Fe,Cr)」ともいう)が好ましい。ここで、(Fe,Cr)は、マグネタイト(Fe)と同様に、スピネル構造を有する化合物である。
前記酸化物層が(Fe,Cr)を含有することにより、酸化物層と窒素化合物層との密着性がより向上し、酸化物層の剥離がより抑制される。
また、(Fe,Cr)を含有する酸化物層を形成する方法としては、前述のとおり、Crを1質量%以上(好ましくは2質量%以上、より好ましくは4質量%以上、特に好ましくは4.80質量%以上)含む熱間工具鋼からなる母材を用い、この母材に上記窒化層を形成し、次いで酸化物層を形成する方法が好適である。この方法によれば、形成される酸化物層に母材からCrを容易に供給することができ、この酸化物層に(Fe,Cr)を容易に含有させることができる。
In addition, as at least one of the oxides containing iron, a complex oxide having a structure in which part of Fe contained in magnetite (Fe 3 O 4 ) is replaced by Cr (hereinafter referred to as “(Fe, Cr) 3 O 4 ”) is preferable. Here, (Fe, Cr) 3 O 4 is a compound having a spinel structure, like magnetite (Fe 3 O 4 ).
When the oxide layer contains (Fe, Cr) 3 O 4 , adhesion between the oxide layer and the nitrogen compound layer is further improved, and peeling of the oxide layer is further suppressed.
Moreover, as a method of forming the oxide layer containing (Fe, Cr) 3 O 4 , as described above, Cr is 1% by mass or more (preferably 2% by mass or more, more preferably 4% by mass or more, particularly It is preferable to use a base material made of hot tool steel containing 4.80% by mass or more), forming the nitride layer on the base material, and then forming an oxide layer. According to this method, Cr can be easily supplied from the base material to the oxide layer to be formed, and (Fe, Cr) 3 O 4 can be easily contained in the oxide layer.

上記酸化物層の厚さには特に制限はないが、耐溶損性をより向上させる観点からは、1μm以上が好ましく、2μm以上がより好ましい。
また、上記酸化物層の厚さは、繰り返し使用時の剥がれをより抑制する観点からは、20μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましい。
Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of the said oxide layer, From a viewpoint of improving a melt-proof property more, 1 micrometer or more is preferable and 2 micrometers or more are more preferable.
Further, the thickness of the oxide layer is preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, from the viewpoint of further suppressing peeling during repeated use.

以上で説明した、窒化層及び酸化物層は、母材に対し、表面処理を施すことによって(例えば、窒化処理(nitriding)及び酸化処理(oxidizing)を順次施すことによって)形成された表面処理層であることが好ましい。   The nitride layer and the oxide layer described above are formed by subjecting the base material to surface treatment (for example, by sequentially performing nitriding and oxidizing treatment). It is preferable that

より詳細には、窒化層は、上記母材に窒化処理を施して形成された層であることが好ましい。
窒化処理としては、上記母材の表面に、加熱下でアンモニアガス及び窒素ガス(好ましくは、更に二酸化炭素ガス)を含む雰囲気ガスに曝す処理が挙げられる。
その他、窒化処理の方法は公知の方法とすることができるが、窒化処理の条件を調整することにより、上記窒化層を形成することができる。
窒化処理の更に好ましい条件については後述する。
More specifically, the nitride layer is preferably a layer formed by nitriding the base material.
Examples of the nitriding treatment include a treatment in which the surface of the base material is exposed to an atmospheric gas containing ammonia gas and nitrogen gas (preferably further carbon dioxide gas) under heating.
In addition, the nitriding method can be a known method, but the nitrided layer can be formed by adjusting the nitriding conditions.
More preferable conditions for the nitriding treatment will be described later.

また、酸化物層は、上記窒化層が形成された母材の窒化層形成面側に、酸化処理を施すことによって形成された層であることが好ましい。
酸化処理としては、加熱下で酸化性雰囲気(例えば大気雰囲気又は水蒸気雰囲気、好ましくは水蒸気雰囲気)に曝す処理が挙げられる。
その他、酸化処理の方法は公知の方法とすることができる。
水蒸気雰囲気に曝す処理としては、例えば、ホモ処理(homotreatment)や水蒸気処理(steam treatment)と呼ばれる公知の処理が挙げられる。
酸化処理の更に好ましい条件については後述する。
The oxide layer is preferably a layer formed by performing an oxidation treatment on the nitride layer forming surface side of the base material on which the nitride layer is formed.
Examples of the oxidation treatment include treatment exposed to an oxidizing atmosphere (for example, an air atmosphere or a water vapor atmosphere, preferably a water vapor atmosphere) under heating.
In addition, the oxidation treatment method can be a known method.
Examples of the treatment exposed to the water vapor atmosphere include known treatments called homotreatment and steam treatment.
More preferable conditions for the oxidation treatment will be described later.

本発明の鋳造用部材は、上述した構成要素以外にも、公知の構成要素を適宜備えていてもよい。   The casting member of the present invention may appropriately include known components in addition to the components described above.

また、本発明の鋳造用部材は、溶融金属と接触して使用される部材である。
この溶融金属としては、公知のアルミニウム合金(例えばダイカスト用アルミニウム合金等)を溶融させたものを好適に用いることができる。また、本発明の鋳造用部材は、溶融金属として、公知の亜鉛合金(例えばダイカスト用亜鉛合金等)を溶融させたものを用いたときにも効果が期待できる。
The casting member of the present invention is a member used in contact with molten metal.
As this molten metal, a known aluminum alloy (for example, an aluminum alloy for die casting) can be suitably used. In addition, the casting member of the present invention can be expected to be effective when a melted metal is used which is a known zinc alloy (for example, a die casting zinc alloy).

また、本発明の鋳造用部材は、ダイカスト(die casting)に好適に用いることができる。例えば、ダイカスト装置の構成部材である、入子(insert)、中子(core)等の金型構成部品や、鋳抜きピン(core pin)、スリーブ(sleeve)等として使用することができる。これらの中でも、スリーブは、高温の溶融金属が長時間接触しているため、より優れた耐溶損性が重視される用途である。従って、優れた耐溶損性を有する本発明の鋳造用部材は、ダイカスト用スリーブに最適である。   Further, the casting member of the present invention can be suitably used for die casting. For example, it can be used as mold components such as inserts and cores, core pins, sleeves, and the like, which are components of the die casting apparatus. Among these, the sleeve is an application in which higher resistance to melting damage is important because high-temperature molten metal has been in contact for a long time. Therefore, the casting member of the present invention having excellent melt resistance is optimal for a die casting sleeve.

<ダイカスト用スリーブ、ダイカスト装置>
本発明のダイカスト用スリーブは、本発明の鋳造用部材を備える。
また、本発明のダイカスト装置は、(好ましくはダイカスト用スリーブとして)本発明の鋳造用部材を備える。
本発明のダイカスト用スリーブ又はダイカスト装置によれば、初期使用時から繰り返し使用時に渡って優れた耐溶損性を維持しながら、ダイカストを行うことができる。これにより、鋳造用部材の補修頻度を低減することができ、また、この鋳造用部材の寿命を長くすることができる。
<Die-casting sleeve, die-casting device>
The die casting sleeve of the present invention includes the casting member of the present invention.
The die casting apparatus of the present invention includes the casting member of the present invention (preferably as a die casting sleeve).
According to the die-casting sleeve or the die-casting apparatus of the present invention, it is possible to perform die-casting while maintaining excellent melt resistance from initial use to repeated use. Thereby, the repair frequency of the casting member can be reduced, and the life of the casting member can be extended.

<鋳造用部材の製造方法>
本発明の鋳造用部材を製造する方法には特に制限はないが、例えば、熱間工具鋼からなる母材を準備する母材準備工程と、前記母材の表面を、450℃以上600℃以下の加熱下でアンモニアガス及び窒素ガスを含む雰囲気ガスに曝すことにより窒化処理して窒化層を形成する窒化層形成工程と、前記母材の前記窒化層が形成された面を、450℃以上600℃以下の加熱下で酸化性雰囲気に曝すことにより酸化処理して酸化物層を形成する酸化物層形成工程と、を含む鋳造用部材の製造方法が好適である。
<Method for producing casting member>
Although there is no restriction | limiting in particular in the method of manufacturing the casting member of this invention, For example, the base material preparation process which prepares the base material which consists of hot tool steel, and the surface of the said base material is 450 degreeC or more and 600 degrees C or less A nitride layer forming step of forming a nitride layer by nitriding by exposure to an atmospheric gas containing ammonia gas and nitrogen gas under heating, and a surface of the base material on which the nitride layer is formed is 450 ° C. or higher and 600 ° C. A method for producing a casting member including an oxide layer forming step in which an oxide layer is formed by oxidation treatment by exposure to an oxidizing atmosphere under heating at a temperature of 0 ° C. or lower is suitable.

本製造方法において、熱間工具鋼、母材、窒化層、及び酸化物層等については、前述の「鋳造用部材」の項で説明したとおりであり、好ましい範囲も同様である。   In the present manufacturing method, the hot tool steel, the base material, the nitrided layer, the oxide layer, and the like are as described in the above-mentioned section “Casting member”, and the preferred ranges are also the same.

(窒化層形成工程)
窒化層形成工程は、前記母材の表面を、450℃以上600℃以下の加熱下でアンモニアガス及び窒素ガスを含む雰囲気ガスに曝すことにより窒化処理し、母材上に上記窒化層を形成する工程である。
本工程は、炉を用いた通常の窒化処理の方法によって行うことができる。
本工程において、雰囲気ガスに曝す時間には特に制限はないが、20時間以上が好ましく、24時間以上がより好ましく、30時間以上が更に好ましく、36時間以上が特に好ましい。上記時間が20時間以上であれば、形成される窒化層の厚さを200μm以上に調整し易く、かつ、形成される窒素化合物層の厚さを5μm以上に調整し易い。
また、雰囲気ガスに曝す時間は、40時間以下が好ましい。上記時間が40時間以下であれば、形成される窒化層の厚さを400μm以下により調整し易く、かつ、形成される窒素化合物層の厚さを40μm以下により調整し易い。
(Nitride layer forming process)
In the nitriding layer forming step, the surface of the base material is subjected to nitriding treatment by exposure to an atmosphere gas containing ammonia gas and nitrogen gas under heating at 450 ° C. or higher and 600 ° C. or lower to form the nitride layer on the base material. It is a process.
This step can be performed by a normal nitriding method using a furnace.
In this step, the exposure time to the atmospheric gas is not particularly limited, but is preferably 20 hours or longer, more preferably 24 hours or longer, still more preferably 30 hours or longer, and particularly preferably 36 hours or longer. If the time is 20 hours or more, the thickness of the formed nitride layer can be easily adjusted to 200 μm or more, and the thickness of the formed nitrogen compound layer can be easily adjusted to 5 μm or more.
Further, the exposure time to the atmospheric gas is preferably 40 hours or less. When the time is 40 hours or less, the thickness of the formed nitride layer is easily adjusted to 400 μm or less, and the thickness of the formed nitrogen compound layer is easily adjusted to 40 μm or less.

また、上記雰囲気ガスは、窒素化合物層を形成し易い点から、更に二酸化炭素ガスを含むことが好ましい。
この場合、上記雰囲気ガス中における二酸化炭素ガスの量は、アンモニアガス、窒素ガス、及び二酸化炭素ガスの合計に対し、3体積%以上が好ましく、5体積%以上がより好ましい。また、上記二酸化炭素ガスの量は、アンモニアガス、窒素ガス、及び二酸化炭素ガスの合計に対し、20体積%以下が好ましく、15体積%以下がより好ましい。
Moreover, it is preferable that the said atmospheric gas contains a carbon dioxide gas further from the point which forms a nitrogen compound layer easily.
In this case, the amount of carbon dioxide gas in the atmospheric gas is preferably 3% by volume or more, and more preferably 5% by volume or more with respect to the total of ammonia gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas. The amount of the carbon dioxide gas is preferably 20% by volume or less, and more preferably 15% by volume or less based on the total of ammonia gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas.

また、本工程における加熱温度は450℃以上600℃以下であるが、500℃以上600℃以下であることが好ましく、540℃以上600℃以下であることがより好ましい。加熱温度が500℃以上であれば、形成される窒化層の厚さを200μm以上により調整し易い。   Moreover, although the heating temperature in this process is 450 degreeC or more and 600 degrees C or less, it is preferable that they are 500 degreeC or more and 600 degrees C or less, and it is more preferable that they are 540 degreeC or more and 600 degrees C or less. If the heating temperature is 500 ° C. or higher, it is easy to adjust the thickness of the formed nitride layer to 200 μm or higher.

(酸化物層形成工程)
酸化物層形成工程は、前記母材の前記窒化層が形成された面を、450℃以上600℃以下の加熱下で酸化性雰囲気に曝すことにより酸化処理し、前記窒化層上に前記酸化物層を形成する工程である。
本工程は、炉を用いた通常の酸化処理の方法によって行うことができる。
本工程において、酸化性雰囲気に曝す時間には特に制限はないが、酸化鉄をより好適に生成する観点から、1時間以上が好ましく、1.5時間以上がより好ましい。
酸化性雰囲気に曝す時間の上限には特に制限はないが、生産性等の観点から、この時間は、5時間以下が好ましく、3時間以下がより好ましく、2時間以下が特に好ましい。
(Oxide layer formation process)
In the oxide layer forming step, the surface of the base material on which the nitride layer is formed is oxidized by exposing it to an oxidizing atmosphere under heating at 450 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, and the oxide layer is formed on the nitride layer. It is a process of forming a layer.
This step can be performed by a normal oxidation treatment method using a furnace.
In this step, the time for exposure to the oxidizing atmosphere is not particularly limited, but is preferably 1 hour or longer and more preferably 1.5 hours or longer from the viewpoint of more suitably producing iron oxide.
Although there is no restriction | limiting in particular in the upper limit of the time exposed to oxidizing atmosphere, From viewpoints, such as productivity, this time is 5 hours or less, 3 hours or less are more preferable, and 2 hours or less are especially preferable.

前記酸化性雰囲気としては、鉄を酸化できる雰囲気であれば特に制限はなく、例えば、大気雰囲気や水蒸気雰囲気が挙げられる。
前記酸化性雰囲気としては、Fe(更にはFe及び(Fe,Cr))をより容易に生成しやすい点から、水蒸気雰囲気が好ましい。
The oxidizing atmosphere is not particularly limited as long as it is an atmosphere capable of oxidizing iron, and examples thereof include an air atmosphere and a water vapor atmosphere.
As the oxidizing atmosphere, a steam atmosphere is preferable because Fe 3 O 4 (further, Fe 3 O 4 and (Fe, Cr) 3 O 4 ) can be easily generated.

また、本工程における加熱温度は450℃以上600℃以下であるが、480℃以上600℃以下であることが好ましく、500℃以上600℃以下であることがより好ましい。加熱温度が480℃以上であれば、Fe(更には(Fe,Cr))をより容易に生成することができる。Moreover, although the heating temperature in this process is 450 degreeC or more and 600 degrees C or less, it is preferable that they are 480 degreeC or more and 600 degrees C or less, and it is more preferable that they are 500 degreeC or more and 600 degrees C or less. If the heating temperature is 480 ° C. or higher, Fe 3 O 4 (more (Fe, Cr) 3 O 4 ) can be more easily generated.

また、本製造方法は、必要に応じ、その他の工程を有していても良い。
その他の工程としては、窒化層形成工程に先立って、母材に焼入れ焼戻しを行う工程等が挙げられる。
Moreover, this manufacturing method may have another process as needed.
Examples of the other steps include a step of quenching and tempering the base material prior to the nitride layer forming step.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下において、ビッカース硬さの測定は、JIS Z 2244(1998)に準拠し、荷重50gの条件で行った。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
Below, the measurement of Vickers hardness was performed on the conditions of 50 g of load based on JISZ2244 (1998).

〔実施例1〕
鋳造用部材として試料1〜試料9を作製し、これらについて、繰り返し使用時における耐溶損性(溶損率)を評価した。
以下、試料2を中心に、その詳細を説明する。
[Example 1]
Samples 1 to 9 were produced as casting members, and the melt resistance (melting rate) during repeated use was evaluated.
Hereinafter, the details will be described focusing on the sample 2.

<試料2の作製>
JIS−G−4404(合金工具鋼鋼材)に規定されるSKD61の熱間工具鋼を、直径10mm×高さ90mmの円柱状に加工し、母材とした。
この母材に焼入れ焼戻しを施し、JIS G 0202に規定されるロックウェル硬さ(HRC)で約45HRCの硬さとなるように調整した。
硬さ調整後の母材の全面に、表1に示す条件の窒化処理及び酸化処理を順次施し、この母材の全面に、窒化層及び酸化物層を順次形成し、試料2を得た。
ここで、窒化処理は、表1に示す組成の雰囲気ガスが導入された、全圧101kPaの反応炉内で行った。
また、酸化処理は、水蒸気が導入された、全圧101kPaの反応炉内で行った。
<Preparation of Sample 2>
A hot tool steel of SKD61 defined in JIS-G-4404 (alloy tool steel) was processed into a cylindrical shape having a diameter of 10 mm and a height of 90 mm to obtain a base material.
This base material was quenched and tempered, and adjusted to have a Rockwell hardness (HRC) specified in JIS G 0202 of about 45 HRC.
Nitriding treatment and oxidation treatment under the conditions shown in Table 1 were sequentially performed on the entire surface of the base material after the hardness adjustment, and a nitride layer and an oxide layer were sequentially formed on the entire surface of the base material to obtain Sample 2.
Here, the nitriding treatment was performed in a reactor having a total pressure of 101 kPa into which an atmospheric gas having the composition shown in Table 1 was introduced.
The oxidation treatment was performed in a reactor having a total pressure of 101 kPa into which water vapor was introduced.

なお、表1の加熱条件欄において、「h」は時間を示している。例えば、「36h」は「36時間」を示している。   In the heating condition column of Table 1, “h” indicates time. For example, “36h” indicates “36 hours”.

<試料2の測定>
作製された試料2を、窒化層及び酸化物層の厚さ方向(深さ方向)に沿って切断し、得られた断面において、以下の測定を行った。
測定結果を下記表1に示す。
<Measurement of sample 2>
The produced sample 2 was cut along the thickness direction (depth direction) of the nitride layer and the oxide layer, and the following measurements were performed on the obtained cross section.
The measurement results are shown in Table 1 below.

(窒素化合物層の厚さ測定)
上記断面を研磨し、次いでこの断面をナイタール(硝酸を5体積%含む硝酸エタノール溶液)で腐食させた。次いで、この断面をSEM(倍率3000倍)で観察し(図3参照)、このSEM像におけるコントラストに基づき、窒素化合物層の厚さを測定した。
(Measurement of nitrogen compound layer thickness)
The cross section was polished, and then the cross section was corroded with nital (nitric acid ethanol solution containing 5% by volume of nitric acid). Then, this cross section was observed with SEM (magnification 3000 times) (see FIG. 3), and the thickness of the nitrogen compound layer was measured based on the contrast in this SEM image.

(窒化層及び窒素拡散層の厚さ測定)
まず、上記断面の光学顕微鏡像(図1)のコントラストに基づき、母材の内部の位置(深さ)を推定した。
次に、上記断面において、鋳造用部材の表面側から母材側に向けて、各測定点のビッカース硬さを、JIS Z 2244(1998)に準拠して順次測定した。この一連のビッカース硬さ測定により、酸化物層と窒素化合物層との界面からの距離d(各層の厚さ方向についての距離)と、ビッカース硬さと、の関係を求めた(図2)。
この関係に基づき、母材の内部において、上記の距離dが25μm変化したときのビッカース硬さの変化が10HV以下となったときの測定値を、「母材のビッカース硬さ」とした。更に、「母材のビッカース硬さ」よりも50HV高いビッカース硬さを示す位置を、窒素拡散層と母材との界面の位置とした。
(Measurement of thickness of nitride layer and nitrogen diffusion layer)
First, the position (depth) inside the base material was estimated based on the contrast of the optical microscope image (FIG. 1) of the cross section.
Next, in the cross section, Vickers hardness at each measurement point was sequentially measured in accordance with JIS Z 2244 (1998) from the surface side of the casting member to the base material side. By this series of Vickers hardness measurements, the relationship between the distance d from the interface between the oxide layer and the nitrogen compound layer (the distance in the thickness direction of each layer) and the Vickers hardness was determined (FIG. 2).
Based on this relationship, the measured value when the change in Vickers hardness when the distance d was changed by 25 μm inside the base material was 10 HV or less was defined as “Vickers hardness of base material”. Furthermore, the position showing the Vickers hardness 50 HV higher than the “Vickers hardness of the base material” was set as the position of the interface between the nitrogen diffusion layer and the base material.

次に、上記ビッカース硬さ測定の結果、光学顕微鏡観察結果、及びSEM観察結果に基づき、酸化物層と窒素化合物層との界面から窒素拡散層と母材との界面までの距離を求め、この距離を窒化層の厚さとした。
更に、窒素化合物層と窒素拡散層との界面から窒素拡散層と母材との界面までの距離を求め、この距離を窒素拡散層の厚さとした。
Next, based on the above Vickers hardness measurement results, optical microscope observation results, and SEM observation results, the distance from the interface between the oxide layer and the nitrogen compound layer to the interface between the nitrogen diffusion layer and the base material is determined. The distance was the thickness of the nitride layer.
Further, the distance from the interface between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer to the interface between the nitrogen diffusion layer and the base material was determined, and this distance was defined as the thickness of the nitrogen diffusion layer.

図1は、試料2を、窒化層及び酸化物層の厚さ方向に沿って切断した断面を示す光学顕微鏡像(倍率50倍)である。
図2は、試料2を、窒化層及び酸化物層の厚さ方向に沿って切断した断面において、ビッカース硬さ測定を行った結果であり、酸化物層と窒素化合物層との界面からの距離d(μm)と、ビッカース硬さ(Vickers hardness (HV))と、の関係を示すグラフである。
FIG. 1 is an optical microscope image (magnification 50 times) showing a cross section of Sample 2 taken along the thickness direction of a nitride layer and an oxide layer.
FIG. 2 is a result of measuring Vickers hardness in a cross section obtained by cutting the sample 2 along the thickness direction of the nitride layer and the oxide layer, and the distance from the interface between the oxide layer and the nitrogen compound layer. It is a graph which shows the relationship between d (micrometer) and Vickers hardness (Vickers hardness (HV)).

図1に示すように、試料2では、母材10上に窒素拡散層32が形成され、この窒素拡散層32上に、窒素化合物層34及び酸化物層40が形成されていることが確認された。
また、図2より、試料2では、母材のビッカース硬さ(約430HV)よりもビッカース硬さが50HV高い位置、即ち、距離dが300μmである位置を、母材10と窒素拡散層32との界面とした。
As shown in FIG. 1, in the sample 2, it is confirmed that the nitrogen diffusion layer 32 is formed on the base material 10, and the nitrogen compound layer 34 and the oxide layer 40 are formed on the nitrogen diffusion layer 32. It was.
Further, from FIG. 2, in Sample 2, the position where the Vickers hardness is 50 HV higher than the Vickers hardness (about 430 HV) of the base material, that is, the position where the distance d is 300 μm, is the base material 10 and the nitrogen diffusion layer 32. Interface.

図3は、試料2の各層の断面を示すSEM像(倍率3000倍)である。
図3に示すように、試料2では、この試料2の表面を含む酸化物層40と窒素拡散層32との間に、窒素化合物層34が介在することが確認された。詳細には、ナイタールへの溶解性の違いにより、窒素化合物層34と他の層とが区別された。
試料2における窒化層30は、窒素拡散層32及び窒素化合物層34から構成されている。
また、酸化物層40中における窒素化合物層34との界面側には混合層42が確認された。図3より、この混合層42は、多孔質の孔部に酸化物が形成された構造であることがわかった。
FIG. 3 is an SEM image (magnification 3000 times) showing a cross section of each layer of sample 2.
As shown in FIG. 3, in the sample 2, it was confirmed that the nitrogen compound layer 34 is interposed between the oxide layer 40 including the surface of the sample 2 and the nitrogen diffusion layer 32. Specifically, the nitrogen compound layer 34 and other layers were distinguished by the difference in solubility in nital.
The nitride layer 30 in the sample 2 includes a nitrogen diffusion layer 32 and a nitrogen compound layer 34.
In addition, a mixed layer 42 was confirmed on the interface side with the nitrogen compound layer 34 in the oxide layer 40. 3 that the mixed layer 42 has a structure in which an oxide is formed in the porous pores.

(酸化物層の成分分析)
X線回折試験により、酸化物層の成分を分析した。
(Component analysis of oxide layer)
The components of the oxide layer were analyzed by an X-ray diffraction test.

<試料2の溶損率(%)の評価>
上記で作製された試料2について、以下のようにして、溶損率(%)の評価を行った。 この評価では、溶損率(%)が低い程、繰り返し使用時における耐溶損性に優れることを示している。
まず、ダイカスト用アルミニウム合金ADC12(JIS−H−5302)を溶融させて溶融金属とし、この溶融金属の温度を700℃に維持した。
次に、試料2の重さを測定し(ここで測定された重さを、以下、「浸漬前の重さ」とする)、重さ測定後の試料2の一端面から40mmまでの部分を、上記700℃の溶融金属中に浸漬させた(以下、この状態を「初期状態」とする)。この初期状態から試料2を、20mmの振幅で上下させる運動を、毎分90回で5時間行った(即ち、この運動中、試料2の一端面から20mmまでの部分は、常時溶融金属に浸漬している)。
上記5時間の運動を行った後の試料2を溶融金属から出し、この試料2をアルカリ洗浄した。アルカリ洗浄後の試料2を乾燥させ、乾燥した試料2の重さを測定した(ここで測定された重さを、以下、「浸漬後の重さ」とする)。
上記「浸漬前の重さ」及び上記「浸漬後の重さ」に基づき、下記式1に従って、溶損率(%)を算出した。
算出された溶損率(%)を下記表1に示す。
<Evaluation of melting rate (%) of sample 2>
About the sample 2 produced above, the melting loss rate (%) was evaluated as follows. This evaluation shows that the lower the erosion rate (%), the better the erosion resistance during repeated use.
First, an aluminum alloy ADC12 (JIS-H-5302) for die casting was melted to form a molten metal, and the temperature of the molten metal was maintained at 700 ° C.
Next, the weight of the sample 2 is measured (the weight measured here is hereinafter referred to as “weight before immersion”), and a portion from one end surface of the sample 2 after the weight measurement to 40 mm is measured. And immersed in the above-mentioned 700 ° C. molten metal (hereinafter, this state is referred to as “initial state”). From this initial state, the sample 2 was moved up and down with an amplitude of 20 mm at 90 times per minute for 5 hours (that is, the portion from one end surface of the sample 2 to 20 mm was always immersed in molten metal during this exercise). doing).
The sample 2 after the above 5 hours of movement was taken out of the molten metal, and this sample 2 was alkali washed. The sample 2 after the alkali cleaning was dried, and the weight of the dried sample 2 was measured (the weight measured here is hereinafter referred to as “weight after immersion”).
Based on the above “weight before immersion” and the above “weight after immersion”, the erosion rate (%) was calculated according to the following formula 1.
The calculated melt loss rate (%) is shown in Table 1 below.

溶損率(%) = ((浸漬前の重さ−浸漬後の重さ)/(浸漬前の重さ))×100 … 式1   Melting rate (%) = ((Weight before immersion−Weight after immersion) / (Weight before immersion)) × 100 Formula 1

<試料1及び試料3〜試料9の作製、測定、及び評価>
試料2の作製、測定、及び評価において、窒化処理及び酸化処理の条件を、下記表1に示すように変更し、試料1及び試料3〜試料9の作製、測定、及び評価を行った。
ここで、試料4、6、及び8では、試料2の酸化処理における水蒸気雰囲気を、大気雰囲気に変更した。
試料8では、窒化処理を行った後、形成された窒素化合物層をショットブラストによって除去し、除去後に酸化処理を行った。
試料9では、酸化処理を行わなかった。
測定及び評価の結果を下記表1に示す。
<Production, Measurement, and Evaluation of Sample 1 and Sample 3 to Sample 9>
In the preparation, measurement, and evaluation of Sample 2, the conditions of nitriding treatment and oxidation treatment were changed as shown in Table 1 below, and Sample 1, Sample 3 to Sample 9 were prepared, measured, and evaluated.
Here, in Samples 4, 6, and 8, the water vapor atmosphere in the oxidation treatment of Sample 2 was changed to an air atmosphere.
Sample 8 was subjected to nitriding treatment, and then the formed nitrogen compound layer was removed by shot blasting, and oxidation treatment was performed after the removal.
Sample 9 was not oxidized.
The results of measurement and evaluation are shown in Table 1 below.

表1に示すように、本発明例である試料1〜試料5では、比較例である試料6〜試料9と比較して、溶損率(%)が低く、繰り返し使用時における耐溶損性に優れることが確認された。   As shown in Table 1, the samples 1 to 5 which are examples of the present invention have a lower erosion rate (%) than the samples 6 to 9 which are comparative examples, and are resistant to erosion during repeated use. It was confirmed to be excellent.

詳細には、試料1では、窒化層の厚さが試料9よりも薄いが、酸化物層が形成されていることにより、試料9よりも低い溶損率を示した。
また、試料2は、試料1における窒化処理の時間を延ばして窒化層を更に厚くした試料である。この試料2は、試料1よりも更に低い溶損率を示した。
試料1及び試料2では、X線回折試験により、酸化物層の成分として、マグネタイト(Fe)に加え、マグネタイト(Fe)に含まれるFeの一部がCrに置き換わった構造の複合酸化物((Fe,Cr))が検出された。
Specifically, in Sample 1, the thickness of the nitrided layer was thinner than that of Sample 9, but due to the formation of the oxide layer, the melting loss rate was lower than that of Sample 9.
Sample 2 is a sample obtained by extending the time of nitriding treatment in Sample 1 and further increasing the thickness of the nitride layer. This sample 2 showed a lower melting rate than the sample 1.
In samples 1 and 2, the X-ray diffraction analysis, as a component of the oxide layer, in addition to the magnetite (Fe 3 O 4), a part of the Fe contained in magnetite (Fe 3 O 4) is replaced with Cr structure Complex oxide ((Fe, Cr) 3 O 4 ) was detected.

試料3及び試料4は、試料2の酸化処理条件を変更したものである。
このうち、酸化処理温度を低くした試料3では、酸化物層の成分として、マグネタイト(Fe)が検出されたが、(Fe,Cr))が検出されず、試料2と比較して溶損率がやや高くなった。
酸化処理の雰囲気を大気雰囲気とした試料4の酸化物層には、マグネタイト(Fe)に加え、ヘマタイト(Fe)も検出された。この試料4では、試料2及び3と比較して、溶損率がやや高くなった。
Sample 3 and sample 4 are obtained by changing the oxidation treatment conditions of sample 2.
Among these, in Sample 3 with a lower oxidation treatment temperature, magnetite (Fe 3 O 4 ) was detected as a component of the oxide layer, but (Fe, Cr) 3 O 4 ) was not detected, and Sample 2 and In comparison, the erosion rate was slightly higher.
In addition to magnetite (Fe 3 O 4 ), hematite (Fe 2 O 3 ) was also detected in the oxide layer of Sample 4 in which the atmosphere of the oxidation treatment was an air atmosphere. In this sample 4, the melting loss rate was slightly higher than in samples 2 and 3.

試料5は、試料3の窒化処理の条件を変更したものである。
詳細には、試料5は、試料3における窒化処理の雰囲気ガス(アンモニアガス、二酸化炭素ガス、及び窒素ガスの混合ガス)を、試料9と同様の従来の雰囲気ガス(アンモニアガス及び窒素ガスの混合ガス)に変更したものである。
この試料5では、試料3と比較して、溶損率がやや高かった。
Sample 5 is obtained by changing the nitriding conditions of sample 3.
Specifically, the sample 5 is prepared by using the nitriding atmosphere gas (mixed gas of ammonia gas, carbon dioxide gas, and nitrogen gas) in the sample 3 as a conventional atmosphere gas (mixed ammonia gas and nitrogen gas) similar to the sample 9. Gas).
In this sample 5, the melting rate was slightly higher than that of the sample 3.

比較例である試料6〜試料8は、本発明例と同様に、窒化層上に酸化物層を形成した試料である。
しかし、試料6は、窒化処理の時間が短く、窒化層が薄かったことから、試料9に比べて耐溶損性の改善が殆ど見られなかった。
Samples 6 to 8 which are comparative examples are samples in which an oxide layer is formed on a nitride layer, as in the present invention.
However, in Sample 6, since the time for the nitriding treatment was short and the nitrided layer was thin, almost no improvement in melt resistance was seen compared to Sample 9.

試料7は、窒化処理の時間が試料6よりも更に短く、窒化層が薄かったことに加えて、窒素化合物層も薄かった試料である。
この試料7では、溶損率の評価中、酸化物層と窒素化合物層との界面で早期に剥離が起こったことに加え、窒素化合物層と窒素拡散層との界面でも早期に剥離が起こり、溶損率が高かった。
Sample 7 is a sample in which the nitriding time was further shorter than that of sample 6 and the nitride layer was thin, and in addition, the nitrogen compound layer was also thin.
In this sample 7, during the evaluation of the erosion rate, in addition to the early peeling at the interface between the oxide layer and the nitrogen compound layer, the peeling also occurred at the interface between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer, The erosion rate was high.

図4は、試料7の各層の断面を示すSEM像(倍率3000倍)である。
図4に示すように、試料7においても、試料2(図3)と同様に、窒素拡散層32の上に、窒素化合物層34及び酸化物層40が順次形成されていた。
しかし、窒素化合物層34が薄い試料7では、窒素拡散層32と窒素化合物層34との間にSEM像中において濃黒で示される酸化物層50が形成されていた。
試料7では、この酸化物層50が存在することにより、窒素拡散層32と窒素化合物層34との密着性が低下し、窒素拡散層32と窒素化合物層34との界面で、早期に剥離が起こったものと考えられる。
FIG. 4 is an SEM image (magnification 3000 times) showing a cross section of each layer of the sample 7.
As shown in FIG. 4, in the sample 7, as in the sample 2 (FIG. 3), the nitrogen compound layer 34 and the oxide layer 40 were sequentially formed on the nitrogen diffusion layer 32.
However, in the sample 7 in which the nitrogen compound layer 34 is thin, the oxide layer 50 shown in dark black in the SEM image is formed between the nitrogen diffusion layer 32 and the nitrogen compound layer 34.
In the sample 7, the presence of the oxide layer 50 reduces the adhesion between the nitrogen diffusion layer 32 and the nitrogen compound layer 34, and early peeling occurs at the interface between the nitrogen diffusion layer 32 and the nitrogen compound layer 34. It is thought to have happened.

また、窒素化合物層が存在しない試料8では、酸化物層の剥離が発生した。そして、剥離した酸化物層の下には窒素化合物層も無いため、溶損率が大きい結果となった。   In Sample 8 where no nitrogen compound layer was present, the oxide layer was peeled off. And since there was no nitrogen compound layer under the peeled oxide layer, it resulted in a large melting loss rate.

〔実施例2〕
<ダイカスト用スリーブの作製>
ダイカスト用スリーブとして、寸法(外径×内径×長さ)が概ね表2に示す通りのスリーブA(未処理)及びスリーブB(未処理)を準備した。スリーブの母材は、いずれもSKD61である。
[Example 2]
<Preparation of sleeve for die casting>
As a die casting sleeve, a sleeve A (untreated) and a sleeve B (untreated) having dimensions (outer diameter × inner diameter × length) as shown in Table 2 were prepared. The base material of the sleeve is SKD61.

まず、これらのスリーブの表面に、それぞれ、アンモニア:窒素=1:1の雰囲気ガス流量比にて530℃×36hの条件で窒化処理を実施して、窒化層を形成した。形成された窒化層の構成は、概ね表1の試料9(比較例)における窒化層の構成と同じであった。
以上により、スリーブA(比較例)及びスリーブB(比較例)を得た。
First, nitriding treatment was performed on the surfaces of these sleeves under conditions of 530 ° C. × 36 h at an atmosphere gas flow ratio of ammonia: nitrogen = 1: 1 to form nitrided layers. The structure of the formed nitride layer was substantially the same as the structure of the nitride layer in Sample 9 (Comparative Example) in Table 1.
Thus, sleeve A (comparative example) and sleeve B (comparative example) were obtained.

次に、スリーブA(比較例)及びスリーブB(比較例)に酸化処理(水蒸気雰囲気にて520℃×1.5h)を実施して、各スリーブにおける窒化層上に酸化物層を形成した。
形成された酸化物層の構成は、概ね表1の試料1における酸化物層の構成と同じであった。
以上により、スリーブA(本発明例)及びスリーブB(本発明例)を得た。
Next, the sleeve A (comparative example) and the sleeve B (comparative example) were oxidized (520 ° C. × 1.5 h in a water vapor atmosphere) to form an oxide layer on the nitride layer in each sleeve.
The configuration of the formed oxide layer was substantially the same as the configuration of the oxide layer in Sample 1 of Table 1.
Thus, sleeve A (invention example) and sleeve B (invention example) were obtained.

<評価(ダイカスト)>
−スリーブA(本発明例)の評価−
スリーブA(本発明例)を1650tのコールドチャンバー方式ダイカスト装置に装填し、ダイカスト用アルミニウム合金ADC12(JIS−H−5302)のダイカストを行った。そして、溶損が大きくなりスリーブの交換が必要となるまでのショット回数をカウントし、このショット回数を「可能ショット回数」とした。
<Evaluation (Die Casting)>
-Evaluation of sleeve A (example of the present invention)-
The sleeve A (example of the present invention) was loaded into a 1650 t cold chamber type die casting apparatus, and die casting of an aluminum alloy ADC12 (JIS-H-5302) for die casting was performed. Then, the number of shots until the melt damage increased and the sleeve had to be replaced was counted, and this number of shots was defined as the “number of possible shots”.

−スリーブA(比較例)の評価−
スリーブA(本発明例)の評価において、スリーブA(本発明例)をスリーブA(比較例)に変更したこと以外はスリーブA(本発明例)の評価と同様にして、スリーブA(比較例)の評価を行った。
-Evaluation of sleeve A (comparative example)-
In the evaluation of sleeve A (invention example), sleeve A (invention example) was changed to sleeve A (comparative example), except that sleeve A (invention example) was changed to sleeve A (invention example). ) Was evaluated.

−スリーブB(本発明例)の評価−
スリーブB(本発明例)を650tのコールドチャンバー方式ダイカスト装置に装填し、ダイカスト用アルミニウム合金ADC12(JIS−H−5302)のダイカストを行った。そして、溶損が大きくなりスリーブの交換が必要となるまでのショット回数をカウントし、このショット回数を「可能ショット回数」とした。
-Evaluation of sleeve B (example of the present invention)-
The sleeve B (example of the present invention) was loaded into a 650 t cold chamber type die casting apparatus, and die casting of an aluminum alloy ADC12 (JIS-H-5302) for die casting was performed. Then, the number of shots until the melt damage increased and the sleeve had to be replaced was counted, and this number of shots was defined as the “number of possible shots”.

−スリーブB(比較例)の評価−
スリーブB(本発明例)の評価において、スリーブB(本発明例)をスリーブB(比較例)に変更したこと以外はスリーブB(本発明例)の評価と同様にして、スリーブB(比較例)の評価を行った。
-Evaluation of sleeve B (comparative example)-
In the evaluation of sleeve B (invention example), sleeve B (invention example) was changed to sleeve B (comparative example), except that sleeve B (invention example) was changed to sleeve B (invention example). ) Was evaluated.

以上の評価結果を下記表2に示す。   The above evaluation results are shown in Table 2 below.

表2に示すように、スリーブA(比較例)は、6万ショット経過時の溶損が大きく交換を要したが、スリーブA(本発明例)は、12万ショットまで使用することができた。
また、スリーブAより小径のスリーブBの評価において、スリーブB(比較例)は、3万ショット経過時の溶損が大きく交換を要したが、スリーブB(本発明例)は、6万ショットまで使用することができた。
As shown in Table 2, the sleeve A (comparative example) had a large melting loss after 60,000 shots and needed to be replaced, but the sleeve A (example of the present invention) could be used up to 120,000 shots. .
Further, in the evaluation of the sleeve B having a diameter smaller than that of the sleeve A, the sleeve B (comparative example) had a large melting loss at the time of 30,000 shots, and the sleeve B (example of the present invention) had to be replaced up to 60,000 shots. Could be used.

日本出願2012−084683の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
The entire disclosure of Japanese Application 2012-084683 is incorporated herein by reference.
All documents, patent applications, and technical standards mentioned in this specification are to the same extent as if each individual document, patent application, and technical standard were specifically and individually described to be incorporated by reference, Incorporated herein by reference.

Claims (12)

溶融金属と接触して使用される鋳造用部材であって、
熱間工具鋼からなる母材と、
前記母材に接し前記母材の成分中に窒素が拡散されビッカース硬さが前記母材のビッカース硬さよりも50HV以上高い窒素拡散層、及び、該窒素拡散層に接し鉄を含む窒素化合物からなる厚さ5μm以上40μm以下の窒素化合物層からなる、厚さ200μm以上400μm以下の窒化層と、
前記窒素化合物層に接し鉄を含む酸化物を含有し前記溶融金属と接触する酸化物層と、
を備え、
前記酸化物層は、前記窒素化合物層に接し前記窒素化合物及び前記酸化物からなる混合層を含む鋳造用部材。
A casting member used in contact with molten metal,
A base material made of hot tool steel,
Nitrogen diffusion layer in contact with the base material and nitrogen diffused into the base material, the Vickers hardness is 50HV or more higher than the Vickers hardness of the base material, and a nitrogen compound containing iron in contact with the nitrogen diffusion layer A nitride layer composed of a nitrogen compound layer having a thickness of 5 μm or more and 40 μm or less, and a thickness of 200 μm or more and 400 μm or less;
An oxide layer in contact with the molten metal containing an oxide containing iron in contact with the nitrogen compound layer;
With
The said oxide layer is a member for casting containing the mixed layer which consists of the said nitrogen compound and the said oxide in contact with the said nitrogen compound layer.
前記酸化物が、マグネタイトに含まれる鉄の一部がクロムに置き換わった構造の複合酸化物、ウスタイト、ヘマタイト、及びマグネタイトから選択される少なくとも一種である請求項1に記載の鋳造用部材。   2. The casting member according to claim 1, wherein the oxide is at least one selected from a composite oxide having a structure in which a part of iron contained in magnetite is replaced with chromium, wustite, hematite, and magnetite. 前記酸化物の少なくとも一種は、マグネタイトに含まれる鉄の一部がクロムに置き換わった構造の複合酸化物である請求項1又は請求項2に記載の鋳造用部材。   The casting member according to claim 1 or 2, wherein at least one of the oxides is a composite oxide having a structure in which a part of iron contained in magnetite is replaced with chromium. 前記混合層は、前記窒素化合物からなる多孔質構造の孔部に前記酸化物が形成された構造の層である請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の鋳造用部材。 The mixed layer, casting member according to any one of claims 1 to 3 wherein the oxide pores of the porous structure consisting of the nitrogen compound is a layer of the formed structure. 請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の鋳造用部材を製造する方法であって、
熱間工具鋼からなる母材を準備する母材準備工程と、
前記母材の表面を、450℃以上600℃以下の加熱下でアンモニアガス及び窒素ガスを含む雰囲気ガスに曝すことにより窒化処理して前記窒化層を形成する窒化層形成工程と、
前記母材の前記窒化層が形成された面を、450℃以上600℃以下の加熱下で酸化性雰囲気に曝すことにより酸化処理して前記酸化物層を形成する酸化物層形成工程と、
を含む鋳造用部材の製造方法。
A method for producing the casting member according to any one of claims 1 to 4 ,
A base material preparation step for preparing a base material made of hot tool steel;
A nitride layer forming step of forming the nitride layer by performing nitriding treatment by exposing the surface of the base material to an atmosphere gas containing ammonia gas and nitrogen gas under heating at 450 ° C. or higher and 600 ° C. or lower;
An oxide layer forming step of forming the oxide layer by subjecting the surface of the base material on which the nitride layer is formed to an oxidizing atmosphere by heating at 450 ° C. or higher and 600 ° C. or lower;
The manufacturing method of the member for casting containing this.
前記雰囲気ガスが、更に、二酸化炭素ガスを含む請求項に記載の鋳造用部材の製造方法。 The method for producing a casting member according to claim 5 , wherein the atmospheric gas further contains carbon dioxide gas. 前記雰囲気ガス中における前記二酸化炭素ガスの量が、前記アンモニアガス、前記窒素ガス、及び前記二酸化炭素ガスの合計に対し、3体積%以上20体積%以下である請求項6に記載の鋳造用部材の製造方法。The casting member according to claim 6, wherein an amount of the carbon dioxide gas in the atmospheric gas is 3% by volume or more and 20% by volume or less with respect to a total of the ammonia gas, the nitrogen gas, and the carbon dioxide gas. Manufacturing method. 前記酸化物層形成工程は、前記母材の前記窒化層が形成された面を、480℃以上600℃以下の加熱下で前記酸化性雰囲気としての水蒸気雰囲気に曝す請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の鋳造用部材の製造方法。 The said oxide layer formation process exposes the surface in which the said nitride layer of the said base material was formed to the water vapor | steam atmosphere as said oxidizing atmosphere under the heating of 480 degreeC or more and 600 degrees C or less . A manufacturing method of the member for casting given in any 1 paragraph . 前記窒化層形成工程は、前記母材の表面を前記雰囲気ガスに20時間以上40時間以下曝す請求項〜請求項8のいずれか1項に記載の鋳造用部材の製造方法。 The nitride layer forming step, the manufacturing method of the cast member according to the surface of the base material in any one of the atmospheric gas in the exposed 20 hours or more 40 hours or less claims 5 to claim 8. 前記酸化物層形成工程は、前記母材の前記窒化層が形成された面を、酸化性雰囲気に1時間以上曝す請求項〜請求項9のいずれか1項に記載の鋳造用部材の製造方法。 The production of a casting member according to any one of claims 5 to 9, wherein in the oxide layer forming step, the surface of the base material on which the nitride layer is formed is exposed to an oxidizing atmosphere for 1 hour or more. Method. 請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の鋳造用部材を備えたダイカスト用スリーブ。 A die-casting sleeve comprising the casting member according to any one of claims 1 to 4 . 請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の鋳造用部材を備えたダイカスト装置。 The die-casting apparatus provided with the member for casting of any one of Claims 1-4 .
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