JP6112752B2 - Method for thermomechanical processing of tool steel and tools made from thermomechanically processed tool steel - Google Patents

Method for thermomechanical processing of tool steel and tools made from thermomechanically processed tool steel Download PDF

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Description

本発明は、工具鋼の熱機械処理、熱機械処理された工具鋼を用いて工具を成形する方法、および、金属成形および金属切削用途に用いられる工具に関する。   The present invention relates to thermomechanical processing of tool steel, a method of forming a tool using thermomechanically processed tool steel, and a tool used in metal forming and metal cutting applications.

関連出願の相互参照
この出願は、米国仮出願第60/896729号の利益を請求する、2008年3月13日に出願された同時係属出願第12/047532号の一部継続出願であり、各開示は、ここで参照により本明細書に全体が組み込まれる。この出願はまた、ここで参照により本明細書に全体が組み込まれた2008年2月15日出願の米国仮出願第61/029236号の利益を請求する。
This application is a continuation-in-part of co-pending application 12/047532 filed on March 13, 2008, claiming the benefit of US Provisional Application No. 60/896729, each The disclosure is hereby incorporated by reference herein in its entirety. This application also claims the benefit of US Provisional Application No. 61/029236, filed Feb. 15, 2008, which is hereby incorporated by reference herein in its entirety.

市販のカーボンおよび合金鋼の様々な品質等級のなかで、工具鋼の品質等級は、工具が激しい応力、衝撃および/または摩耗を被る用途において一般に用いられる。工具鋼は、概して、特有の硬度、摩耗に対する耐性、切れ刃を保持するための能力、および、高い温度での変形に対する耐性により特徴付けられる。その結果、工具鋼は、金属成形および金属切削用途、検査装置およびゲージ(gage)、ならびに工作機械における摩耗/衝撃要素に、広く利用されている。   Among the various quality grades of commercially available carbon and alloy steels, the quality grade of tool steel is commonly used in applications where the tool is subjected to severe stress, impact and / or wear. Tool steel is generally characterized by a characteristic hardness, resistance to wear, the ability to hold the cutting edge, and resistance to deformation at high temperatures. As a result, tool steels are widely used in metal forming and metal cutting applications, inspection equipment and gauges, and wear / impact elements in machine tools.

種々のタイプの工具が、機械加工、貫通穴開け、鋳造、絞り(drawing)、粉末圧縮、金属彫刻、ピンスタンピング(pin stamping)などの、金属成形および金属切削の用途に用いられる。具体的には、パンチおよびダイが、金属および非金属のワークピースを刺し通し、穴開けし、また、形作るために使用される金属成形工具のタイプを代表する。切削工具およびインサート(insert)は、金属および非金属のワークピースを形作るように機械加工用途に用いられる金属切削工具のタイプを代表する。プラグゲージ、ねじゲージ、パイプゲージ、リングゲージおよび設定盤は、検査用途に用いられる工具のタイプを代表する。マシンスライドおよびジブ(gib)は、工作機械に用いられる摩耗および衝撃要素のタイプを代表する。   Various types of tools are used in metal forming and metal cutting applications such as machining, through drilling, casting, drawing, powder compression, metal engraving, pin stamping and the like. Specifically, punches and dies represent the type of metal forming tool used to pierce, drill and shape metal and non-metal workpieces. Cutting tools and inserts represent a type of metal cutting tool used in machining applications to form metallic and non-metallic workpieces. Plug gauges, thread gauges, pipe gauges, ring gauges and setting panels represent the types of tools used for inspection applications. Machine slides and gibs represent the types of wear and impact elements used in machine tools.

パンチおよびダイは、それらの稼働寿命の間に、激しい、繰り返される負荷を受ける。具体的には、パンチは、それらの使用の間に負荷される著しい応力により誘発される壊滅的な破損によって使用中に働かなくなる傾向がある。金属成形工具に対する要求は、超強高度鋼(UHSS)、上級の高強度鋼(AHSS)、変態誘起塑性(TRIP)鋼、双晶誘起塑性(TWIP)鋼、ナノ鋼およびマルテンサイト系(MART)鋼などの、より高い強度重量比を有する鋼から構成されるワークピースの導入に伴い、よりシビアになる。例えば、自動車産業は、車体構造用にこれらのタイプの高強度、軽量鋼をより頻繁に使用するように移行している。   Punches and dies are subjected to severe and repeated loads during their service life. Specifically, punches tend to fail during use due to catastrophic failure induced by significant stresses applied during their use. The requirements for metal forming tools are ultra high strength steel (UHSS), advanced high strength steel (AHSS), transformation induced plasticity (TRIP) steel, twinning induced plasticity (TWIP) steel, nano steel and martensitic (MART) With the introduction of workpieces made of steel having a higher strength to weight ratio, such as steel, it becomes more severe. For example, the automotive industry is shifting to more frequently use these types of high-strength, lightweight steels for body structures.

したがって、必要とされるものは、工具鋼をその機械特性を改善するように熱機械処理する方法、および、改善された機械特性を有する、熱機械処理により形成された工具である。   Therefore, what is needed is a method of thermomechanically treating tool steel to improve its mechanical properties, and a tool formed by thermomechanical processing having improved mechanical properties.

一実施形態では、工具鋼からなるプリフォームを熱機械処理する方法が提供される。工具鋼は、マルテンサイト変態開始温度および安定オーステナイト温度を有する。プリフォームは、オーステナイトを含む領域を有し、この領域は、外表面と、その外表面に関する複数の外側寸法とを備える。この方法は、マルテンサイト変態開始温度と安定したオーステナイトの温度との間の処理温度で、少なくともプリフォームの領域を確立するステップを有する。プリフォームの領域が処理温度にある間、この領域は、領域の外側寸法の少なくとも1つを変化させるように、かつ外表面から外表面の下方1ミリメートル以上の深さに延びる深さにわたって領域の微細構造を修正するように、変形される。領域が変形された後、領域は室温まで冷却される。   In one embodiment, a method for thermomechanically processing a preform made of tool steel is provided. The tool steel has a martensitic transformation start temperature and a stable austenite temperature. The preform has a region comprising austenite, the region comprising an outer surface and a plurality of outer dimensions with respect to the outer surface. The method comprises establishing at least a region of the preform at a processing temperature between the martensitic transformation start temperature and the stable austenite temperature. While the region of the preform is at the processing temperature, this region extends over a depth that extends at least one of the outer dimensions of the region and extends from the outer surface to a depth of 1 millimeter or more below the outer surface. It is deformed to modify the microstructure. After the region is deformed, the region is cooled to room temperature.

他の実施形態では、ワークピースを修正するための機械内で使用するための工具が提供される。工具は、工具鋼からなる部材を有する。この部材は、機械と連結されるように構成された第1の部分と、ワークピースに接触するように構成された第2の部分とを画定する外表面を有する。この部材は、外表面から1ミリメートルを超える深さまで延びる第1の領域と、第1の領域により外表面から分離された第2の領域と、を有する。第1の領域は、約34°を超える平均誤配向角度を有する誤配向角度の分布を有する複数の粒子、第2の領域より少なくとも10%小さい平均粒子サイズを備え、また、第2の領域における複数の粒子とは異なる粒子配向を有する。   In another embodiment, a tool for use in a machine for modifying a workpiece is provided. The tool has a member made of tool steel. The member has an outer surface that defines a first portion configured to be coupled to the machine and a second portion configured to contact the workpiece. The member has a first region extending from the outer surface to a depth greater than 1 millimeter and a second region separated from the outer surface by the first region. The first region comprises a plurality of particles having a misorientation angle distribution having an average misorientation angle greater than about 34 °, an average particle size that is at least 10% less than the second region, and in the second region It has a different particle orientation than the plurality of particles.

この明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面が、本発明の実施形態を例証し、上記の簡単な説明、および、下記の実施形態の詳細な説明とともに、本発明の実施形態の原理を説明する役割を果たす。   The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the brief description above and the detailed description of the embodiments below, of the embodiments of the invention. It plays a role in explaining the principle.

本発明の実施形態による熱機械処理M2 AISI工具鋼に関する例示的な時間-温度の関係のグラフ表示である。2 is a graphical representation of an exemplary time-temperature relationship for a thermomechanically processed M2 AISI tool steel according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による熱機械処理工具鋼に関する例示的な時間-温度の関係のグラフ表示である。2 is a graphical representation of an exemplary time-temperature relationship for a thermomechanical tool steel according to an embodiment of the present invention. 本発明の典型的な実施形態によるツールの側面図、および、対応するダイの断面説明図である。1 is a side view of a tool according to an exemplary embodiment of the present invention and a cross-sectional illustration of a corresponding die. FIG. 図2Aの工具およびダイの拡大断面説明図である。FIG. 2B is an enlarged cross-sectional explanatory view of the tool and die of FIG. 2A. 変形前のシェルおよびコアを有するプリフォームの一実施形態の斜視図である。1 is a perspective view of one embodiment of a preform having a shell and a core before deformation. FIG. 変形後のシェルおよびコアを有するプリフォームの一実施形態の斜視図である。1 is a perspective view of one embodiment of a preform having a shell and a core after deformation. FIG. 図3Cの変形されたプリフォームから作られる工具の一実施形態の斜視図である。FIG. 3C is a perspective view of one embodiment of a tool made from the deformed preform of FIG. 3C. M2工具鋼で作られる本発明の例示的な一実施形態の存在する相の測定結果のグラフ表示である。2 is a graphical representation of the existing phase measurements of an exemplary embodiment of the invention made of M2 tool steel. M2工具鋼で作られる本発明の例示的な一実施形態の粒子の誤配向角の分布の測定結果のグラフ表示である。2 is a graphical representation of a measurement result of a particle misorientation angle distribution of an exemplary embodiment of the invention made of M2 tool steel. M2工具鋼で作られる本発明の例示的な一実施形態の極点図である。FIG. 3 is a pole figure of an exemplary embodiment of the present invention made of M2 tool steel. M2工具鋼で作られる本発明の例示的な一実施形態の存在する相の測定結果のグラフ表示である。2 is a graphical representation of the existing phase measurements of an exemplary embodiment of the invention made of M2 tool steel. M2工具鋼で作られる本発明の例示的な一実施形態の粒子の誤配向角の分布の測定結果のグラフ表示である。2 is a graphical representation of a measurement result of a particle misorientation angle distribution of an exemplary embodiment of the invention made of M2 tool steel. M2工具鋼で作られる本発明の例示的な一実施形態の極点図である。FIG. 3 is a pole figure of an exemplary embodiment of the present invention made of M2 tool steel. 従来技術による熱処理されたM2工具鋼棒材の存在する相のグラフ表示である。2 is a graphical representation of the phase present in a heat treated M2 tool steel bar according to the prior art. 従来技術による熱処理されたM2工具鋼棒材の粒子の誤配向角の分布のグラフ表示である。2 is a graphical representation of the distribution of misorientation angles of particles of a heat treated M2 tool steel bar according to the prior art. 従来技術による熱処理されたM2工具鋼棒材の極点図である。FIG. 2 is a pole figure of a heat treated M2 tool steel bar according to the prior art. 本発明の一実施形態による工具鋼を熱機械処理するための例示的なプリフォーム構成を示す斜視図である。1 is a perspective view illustrating an exemplary preform configuration for thermomechanical processing tool steel according to one embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態による処理前の図7の例示的なプリフォームの平面図である。FIG. 8 is a plan view of the exemplary preform of FIG. 7 prior to processing according to an embodiment of the present invention. 変形に続いて、図7の切断線8B-8Bに沿ってとられた図8Aの例示的なプリフォームの部分断面図である。FIG. 8B is a partial cross-sectional view of the exemplary preform of FIG. 8A taken along section line 8B-8B of FIG. 7 following deformation. 図4および5Aに示されるプリフォーム構成を熱機械処理するための例示的なダイおよびラム(ram)の概略的な断面表示である。5B is a schematic cross-sectional representation of an exemplary die and ram for thermomechanical processing the preform configuration shown in FIGS. 4 and 5A. FIG. 図8Bに示されるように構成されるプリフォームの図8Bの楕円形状の断面を通じてとられた断面の13Xの倍率で撮影された顕微鏡写真である。FIG. 9 is a photomicrograph taken at 13 × magnification of a cross section taken through the elliptical cross section of FIG. 8B of a preform configured as shown in FIG. 8B. 曲線として引かれた優先的な粒子配向を示す、図10Aの顕微鏡写真の概略的な表示である。FIG. 10B is a schematic representation of the micrograph of FIG. 10A showing the preferential particle orientation drawn as a curve. 変形前のプリフォームの一構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one structure of the preform before a deformation | transformation. 変形および機械加工後のプリフォームの一構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one structure of the preform after a deformation | transformation and machining. 鋼材料のシートを切断するために剪断またはトリミング動作をもたらす、互いに対して動作可能な位置にある図11Bに示されるプリフォームから作られる工具の一組の斜視図である。FIG. 11C is a set of perspective views of a tool made from the preforms shown in FIG. 11B in an operable position relative to each other that provides a shearing or trimming action to cut a sheet of steel material. 本発明の例示的な工具の切れ刃のプロファイルの摩耗測定結果の比較を示すグラフ表示、および、図11Cに示される構成をそれぞれ有する基準材料で作られる工具の切れ刃を示す図である。FIG. 11D is a graphical representation showing a comparison of wear measurement results of an exemplary tool cutting edge profile of the present invention, and a tool cutting edge made of a reference material each having the configuration shown in FIG. 11C. 図12Aのグラフに付与される摩耗プロファイルに関する測定位置を示す図11Cの工具の平面図である。FIG. 11B is a plan view of the tool of FIG. 11C showing measurement positions related to the wear profile given to the graph of FIG. 12A. 本発明の例示的な工具の切れ刃の輪郭の摩耗測定結果の比較を示すグラフ表示、および、図11Cに示される構成をそれぞれ有する基準材料で作られる工具の切れ刃を示す図である。FIG. 11B is a graphical representation showing a comparison of the wear measurement results of the contours of the cutting edges of an exemplary tool of the present invention, and a drawing showing cutting edges of a tool made of a reference material each having the configuration shown in FIG. 11C. 図13Aのグラフに付与される摩耗プロファイルに関する測定位置を示す図11Cの工具の平面図である。FIG. 11B is a plan view of the tool of FIG. 11C showing measurement positions related to the wear profile given to the graph of FIG. 13A. 本発明の例示的な工具の切れ刃の輪郭の摩耗測定結果の比較を示すグラフ表示、および、図11Cに示される構成をそれぞれ有する基準材料で作られる工具の切れ刃を示す図である。FIG. 11B is a graphical representation showing a comparison of the wear measurement results of the contours of the cutting edges of an exemplary tool of the present invention, and a drawing showing cutting edges of a tool made of a reference material each having the configuration shown in FIG. 11C. 図14Aのグラフに付与される摩耗プロファイルに関する測定位置を示す図11Cの工具の平面図である。FIG. 14 is a plan view of the tool of FIG. 11C showing measurement positions related to the wear profile given to the graph of FIG. 14A. 本発明の例示的な工具の切れ刃の輪郭の摩耗測定結果の比較を示すグラフ表示、および、図11Cに示される構成をそれぞれ有する基準材料で作られる工具の切れ刃を示す図である。FIG. 11B is a graphical representation showing a comparison of the wear measurement results of the contours of the cutting edges of an exemplary tool of the present invention, and a drawing showing cutting edges of a tool made of a reference material each having the configuration shown in FIG. 11C. 図15Aのグラフに付与される摩耗プロファイルに関する測定位置を示す図11Cの工具の平面図である。FIG. 15B is a plan view of the tool of FIG. 11C showing measurement positions related to the wear profile given to the graph of FIG. 15A. 切れ刃を包囲するエリアにおける優先的な粒子配向を示す1つの工具の切れ刃を包囲する図11Bに示される領域の17Xの倍率で撮影された断面の顕微鏡写真である。FIG. 12 is a photomicrograph of a cross section taken at 17 × magnification of the region shown in FIG. 11B surrounding the cutting edge of one tool showing preferential particle orientation in the area surrounding the cutting edge. 優先的な粒子配向を示すために引かれた線を備えた、図16Aの顕微鏡写真の概略的な表示である。FIG. 16B is a schematic representation of the micrograph of FIG. 16A with lines drawn to indicate preferential particle orientation.

本発明の一実施形態によれば、工具を作る一方法は工具鋼からプリフォームを製造するステップを含み、プリフォームの少なくとも一領域が熱機械処理される。プリフォームのこの領域は、典型的には、工具鋼の実質的な体積またはプリフォームの大部分を含む。円筒形のプリフォームの幾何形状に関しては、例えば、ラジアル鍛造処理または平面ひずみ鍛造処理で処理される熱機械処理された領域は、その体積の外側60%を包含し、工具鋼の残りの部分の内側体積は、その処理による影響を比較的受けなくてもよい。したがって、単純なプリフォームの幾何学形状に関しては、この領域の体積は、プリフォームの一断面の少なくともある外側体積を含み得る。この領域は、その断面積にわたって少なくとも部分的にまたは全体に延び得る。したがって、この実施形態では、外側体積または修正された領域が、領域の外表面から少なくとも0.039インチ(1ミリメートル)を超える深さまで延びるが、体積の寸法は、その深さがプリフォーム内により深く延び得るようなものであってもよい。しかしながら、その領域の深さは均一である必要はなく、むしろ、領域のある部分における深さは、0.039インチ(1ミリメートル)よりも小さいが、他の部分における深さは0.039インチ(1ミリメートル)より大きく延びる。   According to one embodiment of the present invention, a method of making a tool includes manufacturing a preform from tool steel, wherein at least a region of the preform is thermomechanically processed. This region of the preform typically includes a substantial volume of tool steel or a majority of the preform. With respect to the cylindrical preform geometry, for example, a thermomechanically treated region that is processed in a radial or plane strain forging process encompasses the outer 60% of its volume, and the rest of the tool steel. The inner volume may be relatively unaffected by the process. Thus, for a simple preform geometry, the volume of this region may include at least some outer volume of one section of the preform. This region may extend at least partially or entirely across its cross-sectional area. Thus, in this embodiment, the outer volume or modified region extends from the outer surface of the region to a depth of at least greater than 0.039 inches (1 millimeter), but the volume dimension extends deeper within the preform. You may get something. However, the depth of the region need not be uniform; rather, the depth in one part of the region is less than 0.039 inch (1 millimeter), while the depth in the other part is 0.039 inch (1 millimeter). Extend more greatly.

修正された領域は、内側体積まわりの層の形をした外側体積として前述されているが、その修正された領域は、不規則な形状の領域であってもよい。これは、例えば、プリフォームの外面が、変形前に、ある幾何学的形状を有するが、その後、異なる形状を備えた物体を形成するように、領域の外側寸法の少なくとも1つを変化させることにより変形される場合である。例えば、変形は、領域のある長さを増減し得る断面積または他の外側寸法の1つまたは複数における変化を含み得る。当業者は、処理される材料の体積が、それに限定されないが、プリフォームのサイズおよび形状ならびに変形装置の能力およびタイプを含む数々の他の要因に依存し得ることに気付くであろう。一般に、鍛造装置の耐荷重が増大しプリフォームのサイズが小さくなるにつれ、変形される領域は、プリフォームの、全部ではないが、より大きな部分を含み得る。したがって、ショットピーニングなどの表面処理作業とは異なり、本発明の実施形態は、部品の予め確立された輪郭をたどるように強いられる薄い表面層を形成する場合に限定されない。更に、本発明の実施形態は、工具鋼のより大きな部分を変形させ、また、いくつかの実施形態では、プリフォームの輪郭または外側の表面寸法を決定する。この点において、プリフォームの領域は、プリフォームまたは工具の大部分の厚さにわたって測定され得る。また、プリフォームの形状は、工具の最終形状に無関係であり得る。   Although the modified region has been described above as an outer volume in the form of a layer around the inner volume, the modified region may be an irregularly shaped region. This may, for example, change at least one of the outer dimensions of the region so that the outer surface of the preform has a certain geometric shape before deformation, but then forms an object with a different shape. It is a case where it deform | transforms by. For example, the deformation may include a change in one or more of the cross-sectional area or other outer dimensions that may increase or decrease the length of the region. One skilled in the art will recognize that the volume of material being processed can depend on numerous other factors including, but not limited to, the size and shape of the preform and the capability and type of the deformation device. In general, as the load capacity of the forging device increases and the size of the preform decreases, the deformed region can include a larger, if not all, part of the preform. Thus, unlike surface treatment operations such as shot peening, embodiments of the present invention are not limited to forming a thin surface layer that is forced to follow a pre-established contour of a part. Furthermore, embodiments of the present invention deform a larger portion of the tool steel and, in some embodiments, determine the contour or outer surface dimensions of the preform. In this regard, the area of the preform can be measured over the majority of the thickness of the preform or tool. Also, the shape of the preform can be independent of the final shape of the tool.

処理される工具鋼の体積に影響を及ぼすことに加え、熱機械処理前のプリフォームの幾何または形状は、最終的な微細構造に影響を及ぼし得る。例えば、プリフォームの形状により、粒子の配向、ならびに熱機械処理された領域における微細構造の特性が影響を受ける、または決定される可能性がある。当業者は、工具鋼のプリフォームが、円形、矩形または多角形の断面を有する棒状ストック、または、より複雑な形状および断面を有するストック材料などの、任意の数の断面形状を有する複数の構成の1つであり得ることを理解するであろう。プリフォーム幾何の決定は、歴史的経験、工具要件、および/または、処理制限に基づいて進展させられ得る。例えば、プリフォームの幾何形状は、採用される処理のタイプ、および、目標とされる工具の最終幾何形状に基づき選択され得る。   In addition to affecting the volume of tool steel being processed, the geometry or shape of the preform prior to thermomechanical processing can affect the final microstructure. For example, the shape of the preform can affect or determine the orientation of the particles as well as the properties of the microstructure in the thermomechanically treated region. Those skilled in the art will appreciate that the tool steel preform has multiple configurations with any number of cross-sectional shapes, such as rod stock with circular, rectangular or polygonal cross-sections, or stock materials with more complex shapes and cross-sections. You will understand that it can be one of Preform geometry determination can be advanced based on historical experience, tool requirements, and / or processing limitations. For example, the preform geometry may be selected based on the type of processing employed and the final geometry of the targeted tool.

領域の温度が本発明の異なる実施形態による後述される温度範囲に保持される間に、領域は、変形を被る。本発明の実施形態では、変形の量が、変形した領域の機械特性を改良するのに十分である。変形の量は、熱機械処理による断面積における相対的減少として規定される縮小率の計算により定量化され得る。領域の特性の改善は、変形の量に比例すると考えられる。限定ではなく一例として、わずか20%ほどの縮小率が、領域の機械特性における測定可能な改善をもたらし得る。機械特性における測定可能な改善をもたらす変形の量は、工具鋼の動的再結晶によってのみ制限されると考えられる。言い換えれば、変形の量は、微細構造に動的に再結晶させるように効果的な閾値以下に保たれ得る。変形された微細構造が再結晶した場合、再結晶されない微細構造と比較して、機械特性における測定可能な減少が観察され得る。特定の機械特性における減少は、少なくとも約20%であり得る。しかしながら、減少が観察され得るにもかかわらず、機械特性は、より詳細に後述されるように、特定された温度範囲を超えて、工具鋼を熱処理することにより調製された工具と比較して改善され得る。当業者は、変形の量に加えて、動的再結晶が、工具鋼の組成および変形が生じる温度を条件とすることを理解するであろう。   While the temperature of the region is maintained in the temperature range described below according to different embodiments of the present invention, the region undergoes deformation. In an embodiment of the invention, the amount of deformation is sufficient to improve the mechanical properties of the deformed area. The amount of deformation can be quantified by calculating a reduction ratio, defined as a relative decrease in cross-sectional area due to thermomechanical processing. The improvement in the characteristics of the region is considered to be proportional to the amount of deformation. By way of example and not limitation, a reduction factor of as little as 20% can result in a measurable improvement in the mechanical properties of the region. The amount of deformation that results in a measurable improvement in mechanical properties is believed to be limited only by dynamic recrystallization of the tool steel. In other words, the amount of deformation can be kept below an effective threshold to dynamically recrystallize the microstructure. When the deformed microstructure is recrystallized, a measurable decrease in mechanical properties can be observed compared to the non-recrystallized microstructure. The reduction in specific mechanical properties can be at least about 20%. However, despite a decrease may be observed, the mechanical properties are improved compared to tools prepared by heat treating the tool steel over a specified temperature range, as described in more detail below. Can be done. Those skilled in the art will appreciate that in addition to the amount of deformation, dynamic recrystallization is subject to the composition of the tool steel and the temperature at which the deformation occurs.

前述したように、熱機械処理は、工具鋼プリフォームが高い温度に保持されつつ、工具鋼プリフォームを塑性的に変形させるステップを含む。プリフォームを塑性的に変形させ得る適切な処理には、それに限定されないが、ラジアル鍛造、リング圧延、回転鍛造、スエージング、チキソフォーミング(thixoforming)、オースフォーミング(ausforming)および温間/熱間アップセッティング(warm/hot upsetting)などの鍛造処理が含まれるが、他の適切な変形処理が利用可能である。例えば、技術はまた、主要な変形方向が、プリフォームの長手軸に実質的に垂直でない場合のものも含み得る。前述したように、高い温度でのショットピーニングなどの他の技術は、非常に浅い変形をもたらし、したがって、機械特性における必須の改善をもたらすためにより深い塑性変形が必要とされる場合には、除外される。   As described above, thermomechanical processing includes plastically deforming the tool steel preform while the tool steel preform is held at a high temperature. Suitable processes that can plastically deform the preform include, but are not limited to, radial forging, ring rolling, rotary forging, swaging, thixoforming, ausforming and warm / hot up. Forging processes such as setting (warm / hot upsetting) are included, but other suitable deformation processes are available. For example, the technology may also include those where the primary deformation direction is not substantially perpendicular to the longitudinal axis of the preform. As mentioned above, other techniques such as shot peening at high temperatures can result in very shallow deformations, and therefore excluded if deeper plastic deformation is required to provide the required improvement in mechanical properties. Is done.

1つのこのような処理は、主として、工具鋼プリフォームの径方向および周方向の塑性変形を生じる平面ひずみ鍛造である。したがって、平面ひずみ鍛造は、加えられた荷重に垂直である方向にて粒子の伸長を制限し得る。プリフォームは、結果として、その長さに沿って、また、その周囲で、実質的に均一な機械特性の分布を示し得る。したがって、一実施形態では、平面ひずみ鍛造が、特定方向における粒子の伸長を、たとえあってもほとんど生じない塑性変形処理を含む。しかしながら、工具鋼プリフォームを熱機械処理する場合、プリフォームを塑性変形させ得る前述した処理のいかなる組合せも用いられ得る。   One such process is primarily plane strain forging that results in plastic deformation in the radial and circumferential directions of the tool steel preform. Thus, plane strain forging can limit the elongation of particles in a direction that is perpendicular to the applied load. The preform can consequently exhibit a substantially uniform distribution of mechanical properties along and around its length. Accordingly, in one embodiment, plane strain forging includes a plastic deformation process that causes little, if any, elongation of particles in a particular direction. However, when thermomechanically processing a tool steel preform, any combination of the above-described processes that can plastically deform the preform can be used.

また別の実施形態では、既存の工具が、プリフォームとして役割を果たす。例えば、未使用の工具に加えて、既存の工具には、使用済みの工具、損傷した工具、または、壊れた工具を含めることができる。既存の工具は、工具をその有効性を回復させるべく再製造または再処理するために、本明細書に記述されるように、熱機械処理される。   In yet another embodiment, an existing tool serves as a preform. For example, in addition to unused tools, existing tools can include used tools, damaged tools, or broken tools. Existing tools are thermomechanically processed as described herein to remanufacture or reprocess the tools to restore their effectiveness.

前で規定されたように、熱機械処理は、プリフォームの領域を、その領域が高い処理温度に保持されつつ、塑性変形させるステップを含む。変形の間のプリフォーム温度は、より高い温度からプリフォームを冷却することにより確立され得る。かかる処理は、ただ例として、溶融された原材料から工具鋼のビレットまたはプリフォームを鋳造するステップ、鋳造プリフォームをより低い処理温度まで冷却するステップ、および、処理温度でそれを変形させるステップ、を含み得る。代替として、プリフォームは、より詳しく後述されるように、プリフォームを室温でまたは室温に近い温度から加熱することにより変形が生じる処理温度にすることができる。   As previously defined, thermomechanical processing includes plastically deforming a region of the preform while maintaining the region at a high processing temperature. The preform temperature during deformation can be established by cooling the preform from a higher temperature. Such processing includes, by way of example only, casting a tool steel billet or preform from molten raw material, cooling the cast preform to a lower processing temperature, and transforming it at the processing temperature. May be included. Alternatively, the preform can be brought to a processing temperature at which deformation occurs by heating the preform at or near room temperature, as described in more detail below.

具体的には、また、図1を参照して、プリフォームが、工具鋼のマルテンサイト変態(Ms)の開始温度(マルテンサイト変態開始温度)を超える一方、プリフォームがオーステナイトを含む場合には工具鋼の安定オーステナイト温度(AC3)未満である処理温度で変形される。Msは、マルテンサイトへのオーステナイトの変態が冷却の間に開始する温度であり、また、AC3は、オーステナイトへのフェライトの変態が加熱の間に完了する温度である。 Specifically, also referring to FIG. 1, when the preform exceeds the martensitic transformation start temperature (Ms) of the tool steel (martensitic transformation start temperature) while the preform contains austenite. The tool steel is deformed at a processing temperature that is less than the stable austenite temperature (AC 3 ). Ms is the temperature at which the transformation of austenite to martensite begins during cooling, and AC 3 is the temperature at which the transformation of ferrite to austenite is completed during heating.

加えて、図1にて明らかなように、オーステナイト変態開始温度(AC1)は、オーステナイトが加熱の間に形成を開始する温度を表す。当業者は、Ms、AC1およびAC3が、それぞれ、工具鋼の特定の組成に依存していることを理解するであろう。したがって、Ms、AC1またはAC3が特定の温度とともに参照される本明細書に記載されたいかなる事例も、その定義付けをその特定の温度に限定するためのものでない。 In addition, as is apparent from FIG. 1, the austenite transformation start temperature (AC 1 ) represents the temperature at which austenite begins to form during heating. One skilled in the art will appreciate that Ms, AC 1 and AC 3 each depend on the specific composition of the tool steel. Thus, any instance described herein in which Ms, AC 1 or AC 3 is referenced with a particular temperature is not intended to limit its definition to that particular temperature.

前で定義された温度を考慮して、また、一実施形態によれば、工具鋼プリフォームがMsとAC3との間の温度にある場合に、また、領域がオーステナイト(例えば準安定オーステナイト)を含む場合に、工具鋼プリフォームの全てまたは一部が処理される、すなわち、工具鋼プリフォームが塑性的に変形されるまたは鍛造される。結果として、工具鋼プリフォームの変形された領域は、後述されるいくらかの改良された機械特性を有する。例えば、衝撃強度または変形された領域の靱性における改善は、少なくとも約20%大きくなり得、また、更なる例において、微細構造が主に安定オーステナイトである場合には、AC3を超えてプリフォームを変形させるよりも少なくとも約50%大きくなり得る。 In view of the previously defined temperature, and according to one embodiment, when the tool steel preform is at a temperature between Ms and AC 3 , the region is also austenite (e.g. metastable austenite). All or part of the tool steel preform is processed, i.e. the tool steel preform is plastically deformed or forged. As a result, the deformed region of the tool steel preform has some improved mechanical properties that are described below. For example, the improvement in impact strength or toughness of the deformed region can be at least about 20% greater, and in a further example the preform over AC 3 if the microstructure is primarily stable austenite. Can be at least about 50% larger than deforming.

前で紹介されたように、一実施形態では、方法が、工具鋼プリフォームを、プリフォームの少なくとも一部がオーステナイトを含むような温度範囲内に加熱するステップを有する。当業者は、多くの異なる温度プロファイルが、変形前に、工具鋼プリフォームを前述した温度範囲内にもっていくために利用され得ることに気付くであろう。ただ一例として、また、図1を参照すれば、工具鋼プリフォームが、Ms未満の温度からAC1を超える処理温度(符号10で示される)へ加熱され得る。この例では、その温度が約1530°F(約832℃)であり、AC3が約2250°F(約1232℃)である。工具鋼プリフォームは、その後、それがAC1とAC3との間の処理温度に保持されつつ、変形され得る。 As introduced previously, in one embodiment, the method includes heating the tool steel preform to a temperature range such that at least a portion of the preform includes austenite. One skilled in the art will recognize that many different temperature profiles can be utilized to bring the tool steel preform within the aforementioned temperature range prior to deformation. By way of example only and with reference to FIG. 1, the tool steel preform may be heated from a temperature below Ms to a processing temperature above AC 1 (denoted by reference numeral 10). In this example, the temperature is about 1530 ° F. (about 832 ° C.) and AC 3 is about 2250 ° F. (about 1232 ° C.). Tool steel preform after which it is being held at the processing temperature between AC 1 and AC 3, it may be deformed.

他の温度プロファイルが、Ms未満の温度からAC1とAC3との間の温度へ工具鋼プリフォームを加熱するステップと、その後、それを変形させる前に、Msを超える処理温度(符号11で示される)まで工具鋼プリフォームを冷却するステップと、を有し得る。図1Aに示される更に別の実施形態では、温度プロファイルが、工具鋼プリフォームをAC3を超える温度に加熱するステップと、その後、それを変形させる前に、AC1とAC3との間の処理温度(符号12で示される)まで、または、MsとAC1との間の処理温度(符号13で示される)まで冷却するステップと、を有し得る。 Heating the tool steel preform from other temperatures profile below Ms to a temperature between AC 1 and AC 3 and then processing temperature above Ms (at 11) before transforming it Cooling the tool steel preform to (as shown). In yet another embodiment shown in FIG. 1A, the temperature profile is between the AC 1 and AC 3 steps before heating the tool steel preform to a temperature above AC 3 and then deforming it. Cooling to a processing temperature (indicated by reference numeral 12) or to a processing temperature between Ms and AC 1 (indicated by reference numeral 13).

変形の間の処理温度は、上昇しても、低下しても、実質的に同じままであってもよいが、領域の温度は、AC3とMsとの間のままである。図1および1Aに示されるように、変形が起きる温度(例えば10、11、12および13での)は、水平線として示される。水平線が等温状態を表し得るが、当業者は、実際の処理温度におけるいくらかの変動が生じることを理解するであろう。例えば、工具鋼プリフォームの実際の処理温度は、変形の間に、±50°F(±28℃)で変わる可能性がある。実質的に等温である状態に領域を維持するための温度制御には、閉ループ温度フィードバック制御システムを介して熱を意図的に追加する、または除去することが必要とされる可能性がある。 The processing temperature during the deformation may increase or decrease and remain substantially the same, but the temperature in the region remains between AC 3 and Ms. As shown in FIGS. 1 and 1A, the temperature at which deformation occurs (eg, at 10, 11, 12, and 13) is shown as a horizontal line. Although the horizon may represent an isothermal condition, those skilled in the art will appreciate that some variation in actual process temperatures will occur. For example, the actual processing temperature of tool steel preforms can vary by ± 50 ° F. (± 28 ° C.) during deformation. Temperature control to maintain the region in a substantially isothermal state may require intentional addition or removal of heat through a closed loop temperature feedback control system.

しかしながら、温度の上昇または低下が、変形の間に生じ得る。温度の上昇または低下は、意図的なもの、または、変形の間に温度を制御しない結果であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、プリフォームの温度が、エネルギーが変形によりプリフォームに加えられる速度のせいで、150°F(83℃)ほど上昇し得る。追加のエネルギーは熱に変換され、熱を下げるまたは除去することにより補償されない場合、それが領域の温度を上昇させる。したがって、処理温度は、領域の温度が、AC1を超える温度で開始し、AC1未満の温度で終了し得る、または、AC1未満の温度で開始し、AC1を超える温度で終了し得るように、上昇または低下し得る。他の実施形態では、領域が、変形が生じている間に領域の温度を下げるように意図的に冷却され得る。しかしながら、プリフォーム温度が実質的に変形処理の間に変化した場合、粒子の動的再結晶が、領域の衝撃強度および靱性を低下させ得ることに留意されたい。したがって、等温処理、すなわち、変形の間に工具鋼プリフォームの実際の処理温度を実質的に一定に保持することは、後述されるように、領域の強度、靱性、および、他の機械特性を最大化し得る。 However, an increase or decrease in temperature can occur during deformation. The increase or decrease in temperature can be intentional or the result of not controlling the temperature during deformation. For example, in some embodiments, the temperature of the preform can be increased by 150 ° F. (83 ° C.) due to the rate at which energy is applied to the preform by deformation. The additional energy is converted to heat, which increases the temperature of the region if not compensated for by reducing or removing heat. Therefore, the processing temperature is the temperature of the region, starting at temperatures above AC 1, may end at a temperature below AC 1, or starts at temperatures below AC 1, it may end at a temperature above the AC 1 As such, it can rise or fall. In other embodiments, the region can be intentionally cooled to reduce the temperature of the region while deformation occurs. It should be noted, however, that dynamic recrystallization of the particles can reduce the impact strength and toughness of the region if the preform temperature changes substantially during the deformation process. Accordingly, isothermal processing, i.e., maintaining the actual processing temperature of the tool steel preform substantially constant during deformation, as described below, will increase the strength, toughness, and other mechanical properties of the region. Can be maximized.

図1および1Aを引き続き参照すれば、種々の加熱および冷却処理が採用され得る一方、処理温度および処理時間が、炭化物ノーズ14またはベイナイトノーズ(bainite nose)16を回避するように制御される。当業者は、AC1以下の温度で、工具鋼が、領域があまりに長くこれらの範囲に保持された場合、炭化物またはベイナイトをもたらし得ることを理解するであろう。例として、M2 AISI工具鋼プリフォームは、実質的な炭化物またはベイナイト相形成なしに、少なくとも2分の期間にわたって変形され得る。しかしながら、プリフォームがこの範囲における温度に保持され得る時間量は、他の要因とともに、少なくとも工具鋼の組成および温度に依存している。 With continued reference to FIGS. 1 and 1A, various heating and cooling processes may be employed, while the process temperature and process time are controlled to avoid carbide nose 14 or bainite nose 16. Those skilled in the art will understand that at temperatures below AC 1 , tool steel can result in carbides or bainite if the region is held in these ranges for too long. As an example, the M2 AISI tool steel preform can be deformed over a period of at least 2 minutes without substantial carbide or bainite phase formation. However, the amount of time that the preform can be held at a temperature in this range depends on at least the composition and temperature of the tool steel, as well as other factors.

熱機械処理に続いて、プリフォームは、より低い温度に冷却される。冷却または焼き入れ(quenching)が、強制空気対流により、または、プリフォームを室温まで冷却する前に、領域を中間温度に保持することにより達成され得る。当業者は、焼き入れが、例えば、水または油焼き入れを含む他の冷却方法および媒体を有し得ることを理解するであろう。付加的な例として、領域は、低温処理を条件とし得るもので、ここで、領域は、より大きな割合の残留オーステナイトをマルテンサイトに変化させるために、1つまたは複数の段階で約-150°F(約-101℃)と約-300°F(約-184℃)との間の温度まで冷却される。低温処理は、例えば、液体窒素で達成され、また、実質的な割合の残留オーステナイトを含む他の工具鋼がこのタイプの処理から恩恵を得るが、主としてA2およびD2の工具鋼で採用され得る。焼き入れの速度は、工具鋼の臨界冷却速度、すなわち、炭化物ノーズ14およびベイナイトノーズ16等の望ましくない変態を防止するための連続した冷却の最小速度よりも大きい。したがって、冷却速度は、炭化物またはベイナイト等の望ましくない分解生成物への準安定オーステナイトの実質的な変態を回避するのに十分である。より速い冷却速度もまた使用可能であるが、より速い冷却速度は、領域に熱衝撃をもたらさない、または他の形で工具鋼プリフォームを歪ませないものに限定される。   Following thermomechanical processing, the preform is cooled to a lower temperature. Cooling or quenching can be achieved by forced air convection or by holding the region at an intermediate temperature before cooling the preform to room temperature. One skilled in the art will appreciate that quenching can have other cooling methods and media including, for example, water or oil quenching. As an additional example, the region may be subject to low temperature processing, where the region is about -150 ° in one or more stages to convert a larger percentage of retained austenite to martensite. Cool to a temperature between F (about -101 ° C) and about -300 ° F (about -184 ° C). Low temperature processing is achieved, for example, with liquid nitrogen, and other tool steels containing a substantial proportion of retained austenite can benefit from this type of processing, but can be employed primarily with A2 and D2 tool steels. The rate of quenching is greater than the critical cooling rate of the tool steel, i.e., the minimum rate of continuous cooling to prevent undesirable transformations such as carbide nose 14 and bainite nose 16. Thus, the cooling rate is sufficient to avoid substantial transformation of metastable austenite to undesirable decomposition products such as carbides or bainite. Faster cooling rates can also be used, but faster cooling rates are limited to those that do not cause thermal shock to the area or otherwise distort the tool steel preform.

更に、一実施形態では、冷却の後に、1つまたは複数の焼き戻し処理が行われる。例えば、焼き戻しは、約45分から約60分間、約850°F(約454℃)と約1000°F(約537℃)との間の温度まで領域を加熱するステップを有し得る。焼き戻しは、残留オーステナイトをマルテンサイトを変換することにより、微細構造を修正する。当該技術において知られるように、複数の焼き戻しサイクルが、残留オーステナイトを変換するために用いられ得る。当業者は、焼き戻しが、工具鋼の組成、プリフォームの幾何形状およびサイズ、許容される残留オーステナイトの量、および、利用される焼き戻し処理の数に応じて、より短いまたはより長い期間、より高いまたはより低い温度まで加熱するステップを有し得ることを理解するであろう。一実施形態によれば、焼き入れに続き、焼き戻し前に、領域はAC3で、またはAC3を超える温度で熱処理されない。更に、領域は、変形の間に領域が経験したいかなる温度をも超えて加熱されなくてもよい。言い換えれば、プリフォームは再加熱され得るが、いずれの後の再加熱の間の温度も、安定オーステナイト温度とマルテンサイト開始温度との間の温度で領域中のオーステナイトを変形させる結果としてのひずみまたは転位の増大を実質的に抑制したり変化させたりしない。 Further, in one embodiment, one or more tempering processes are performed after cooling. For example, tempering may include heating the region to a temperature between about 850 ° F. (about 454 ° C.) and about 1000 ° F. (about 537 ° C.) for about 45 minutes to about 60 minutes. Tempering modifies the microstructure by converting martensite to retained austenite. As is known in the art, multiple tempering cycles can be used to convert residual austenite. Those skilled in the art will understand that tempering is shorter or longer depending on the composition of the tool steel, the geometry and size of the preform, the amount of retained austenite allowed, and the number of tempering processes utilized, It will be appreciated that the step of heating to a higher or lower temperature may be included. According to one embodiment, following quenching, before tempering, areas are not heat-treated at a temperature higher than in AC 3, or AC 3. Furthermore, the region may not be heated above any temperature experienced by the region during deformation. In other words, the preform can be reheated, but the temperature during any subsequent reheating is not the strain or the result of deforming the austenite in the region at a temperature between the stable austenite temperature and the martensite start temperature. Does not substantially suppress or change the dislocation increase.

他の実施形態では、方法が、更に、熱機械変形処理後に、工具鋼プリフォームを工具に仕上げるステップを有する。仕上げは、最終的な所定形状および/または表面仕上げをもたらするように、材料除去処理を有し得る。例えば、従来の仕上げ処理は、工具を使用のために準備するように、機械加工、研削、研磨/つや出し、または、その組合せを有し得る。しかしながら、仕上げは、プリフォームを工具に形付けるように、少量の材料除去のみを必要とし得る。例えば、変形は、変形に続いて、プリフォームの少数の後続処理があればそれが工具を製作するために必要とされるようなニアネットシェイプ鍛造処理を含むことができる。   In another embodiment, the method further comprises the step of finishing the tool steel preform into a tool after the thermomechanical deformation process. The finish may have a material removal process to provide a final predetermined shape and / or surface finish. For example, conventional finishing processes may include machining, grinding, polishing / polishing, or a combination thereof to prepare the tool for use. However, the finish may require only a small amount of material removal to shape the preform into the tool. For example, the deformation can include a near net shape forging process such that if there is a small number of subsequent processing of the preform, it is required to make the tool.

1つまたは複数の二次的な処理が、工具の冷却または仕上げに続き得る。二次的な処理は、工具上に被覆物を形成するステップ、または、ある方法で工具の表面を更に修正するステップを有する。例となる二次的な処理は、工具の変形された領域または工具全体を耐摩耗材料で溶射するステップまたはクラッディングするステップを有する。他の二次的な処理は、それに限定されないが、物理蒸着法(PVD)、化学蒸着法(CVD)または塩浴被覆処理を含む被覆技術により工具の作業面上に被覆物を加えるステップを有する。他の表面修正技術は、工具の作業面における表面層を修正するように用いられ得るイオン注入、レーザまたはプラズマ硬化技術、窒化、または、浸炭を有する。工具を更に修正するために、様々な異なる二次的な処理が、いかなる組合せでも用いられ得ることが理解されるであろう。   One or more secondary treatments may follow the cooling or finishing of the tool. Secondary processing includes forming a coating on the tool or further modifying the surface of the tool in some way. An exemplary secondary process includes spraying or cladding a deformed region of the tool or the entire tool with a wear resistant material. Other secondary treatments include applying a coating on the work surface of the tool by coating techniques including, but not limited to, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD) or salt bath coating. . Other surface modification techniques include ion implantation, laser or plasma hardening techniques, nitridation, or carburization that can be used to modify the surface layer on the work surface of the tool. It will be appreciated that a variety of different secondary processes can be used in any combination to further modify the tool.

前述したように、プリフォームは、工具鋼で構成される。工具鋼は、他の材料を切削する、形成する、または他の方法で形作るために用いられる工具が作られる鋼の部類を表す。工具鋼は、熱処理を伴う焼き入れを示し得るとともに、所望の機械特性を達成するために焼き戻しされ得る。例えば、プリフォームは、冷間加工、熱間加工、高速工具鋼等級材料、または、独自の工具鋼等級のような工具鋼の種々の異なる分類から作製され得る。具体的には、工具鋼が、約0.35重量%から約1.50重量%までの範囲内の、また、別の例では、求められる炭化物相があればそれに応じて考慮される他の炭素含有量とともに、約0.85重量%から約1.30重量%までの範囲内の炭素含有量を備えた鉄-炭素(Fe-C)合金系である。   As described above, the preform is made of tool steel. Tool steel represents a class of steel from which tools used to cut, form, or otherwise shape other materials are made. Tool steel can exhibit quenching with heat treatment and can be tempered to achieve the desired mechanical properties. For example, the preforms can be made from a variety of different classes of tool steel, such as cold work, hot work, high speed tool steel grade material, or unique tool steel grade. Specifically, the tool steel is in the range of about 0.35 wt% to about 1.50 wt%, and in another example, along with other carbon content to be considered accordingly if any carbide phase is sought. An iron-carbon (Fe—C) alloy system with a carbon content in the range of about 0.85 wt% to about 1.30 wt%.

工具鋼は、しばしば、バナジウム(V)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、また、その組合せ等の炭化物形成元素の添加を含む。合金化添加に応じて、M6C、M2C、M23C6、M7C3またはM4Cのような1つまたは複数の炭化相が沈殿し得るが、他のタイプの炭化物が当該技術において知られるように形成し得る。ほとんど例外なく、工具鋼は、ニッケル(Ni)の意図的な添加を含まない。ニッケルは、公知のオーステナイト相安定剤である。しかしながら、工具鋼は、微量(0.3重量%最大) のこの元素を含み得る。 Tool steels often include the addition of carbide forming elements such as vanadium (V), tungsten (W), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and combinations thereof. Depending on the added alloying, M 6 C, M 2 C , one as M 23 C 6, M 7 C 3 or M 4 C or more carbide phases may precipitate, other types of carbides It can be formed as known in the art. With few exceptions, tool steel does not contain the intentional addition of nickel (Ni). Nickel is a known austenite phase stabilizer. However, the tool steel may contain trace amounts (0.3 wt% maximum) of this element.

表1は、本発明の実施形態により工具鋼を作製するように用いられ得る例示的な工具鋼の重量パーセントにおける公称組成(鉄(Fe)である工具鋼のバランス)を示す。一例として、表1中の工具鋼のAC3が、約2100°F(約1149℃)と約2400°F(約1316℃)との間の範囲に入り、AC1温度が、約1300°F(約749℃)と約1680°F(約915.6℃)との間の範囲に入り、また、Msが、約320°F(約160℃)と約480°F(約249℃)との間の範囲に入る。 Table 1 shows the nominal composition (balance of tool steel that is iron (Fe)) in weight percent of an exemplary tool steel that can be used to make tool steel according to embodiments of the present invention. As an example, the AC 3 of the tool steel in Table 1 falls between about 2100 ° F (about 1149 ° C) and about 2400 ° F (about 1316 ° C), and the AC 1 temperature is about 1300 ° F. (About 749 ° C) and about 1680 ° F (about 915.6 ° C), and Ms is between about 320 ° F (about 160 ° C) and about 480 ° F (about 249 ° C) Enter the range.

加えて、プリフォームはまた、粉末の金属材料、または、具体的には、粉末の金属工具鋼を有し得る。粉末金属工具鋼プリフォームは、工具鋼のバルクピース(bulk piece)を物理的に砕き、または他の方法で多くの小さな個々の粒子にし、粉末の金属を金型内に注入しまたは弱く凝集した成形体を作り出すように粉末金属をダイに通過させ、その成形体を当該技術において知られるように焼結させることにより一般に作られる。粉末の金属工具鋼から形成される工具は、しばしば、それらの製造方法の結果として等方特性を有するものとして特徴付けられる。しかしながら、本明細書に開示される実施形態により処理される場合、工具の特性は、従来の焼結および/または熱間等静圧圧縮成形法により処理される粉末の金属工具に比べて改善される。   In addition, the preform can also have a powdered metal material or, in particular, a powdered metal tool steel. Powder metal tool steel preforms physically break the tool steel bulk piece, or otherwise into many small individual particles, inject powder metal into the mold or weakly agglomerate It is generally made by passing a powder metal through a die to create a compact and sintering the compact as is known in the art. Tools formed from powdered metal tool steel are often characterized as having isotropic properties as a result of their manufacturing process. However, when processed according to the embodiments disclosed herein, the properties of the tool are improved compared to powder metal tools processed by conventional sintering and / or hot isostatic pressing methods. The

本明細書に開示されるように工具鋼を処理することより、工具鋼の微細構造が修正される。前述したように、工具鋼は、それがオーステナイトを含みつつ、変形される。当該技術において知られるように、オーステナイトは、面心立方(fcc)結晶構造を有し、マルテンサイトは、体心正方(bct)結晶構造を有する。そのより多くの滑り面のため、オーステナイトは、マルテンサイトより高い延性(ductility)を有するものと、当該技術において通常の技術を有する者により考えられる。AC3を超えて形成するいかなるオーステナイトも、安定なものと、当業者により一般に認識される。つまり、AC3を超える温度では、オーステナイトは、通常、他の相へ分解しない。AC3未満の温度では、オーステナイトは、AC3とMsとの間の温度に長時間保持された場合、他の相に分解するため、不安定になると知られており、しばしば3準安定と呼ばれる。ここに記載される温度範囲に存在するオーステナイトは、準安定である。理論に制限されることは望まないが、準安定オーステナイトは、オーステナイトと同じ結晶構造を有するにもかかわらず、ひずみ履歴を保有すると考えられる。 By processing the tool steel as disclosed herein, the microstructure of the tool steel is modified. As described above, the tool steel is deformed while it contains austenite. As is known in the art, austenite has a face centered cubic (fcc) crystal structure and martensite has a body centered tetragonal (bct) crystal structure. Due to its greater sliding surface, austenite is considered to have higher ductility than martensite and by those having ordinary skill in the art. Any austenite that forms above AC 3 is generally recognized by those skilled in the art as stable. That is, at temperatures above AC 3, austenite typically does not decompose into other phases. At temperatures below AC 3, austenite, if a long time is maintained at a temperature between A C 3 and Ms, to decompose into other phases, are known to be unstable, often 3 metastable and be called. Austenite present in the temperature range described here is metastable. Although not wishing to be limited by theory, metastable austenite is believed to possess a strain history despite having the same crystal structure as austenite.

準安定オーステナイトを含むプリフォームの塑性変形は、これらの温度間から焼き入れのみ行う場合、または、AC3を超える温度でプリフォームを鍛造し、その後に焼き入れを行う場合とは異なる微細構造をもたらす。結果としての変形領域の微細構造および材料特性は、工具鋼のタイプ、熱機械処理のタイプ、オーステナイトに引き起こされたひずみの大きさ、ひずみが引き起こされた速度、および、熱機械処理が実行された温度に依存し得る。例えば、MsとAC1との間の温度における準安定オーステナイトの熱機械処理は、AC1とAC3との間の温度における準安定オーステナイトの熱機械処理とは異なる微細構造をもたらし得る。しかしながら、いかなる場合にも、変形領域は、改良された機械特性を示す。 The plastic deformation of a preform containing metastable austenite has a different microstructure than when only quenching is performed between these temperatures, or when the preform is forged at a temperature exceeding AC 3 and then quenched. Bring. The resulting microstructure and material properties of the deformation zone were determined by the type of tool steel, the type of thermomechanical treatment, the magnitude of strain induced in the austenite, the rate at which the strain was induced, and the thermomechanical treatment performed. Can depend on temperature. For example, thermomechanical processing of metastable austenite at temperatures between Ms and AC 1 can result in a different microstructure than thermomechanical processing of metastable austenite at temperatures between AC 1 and AC 3 . In any case, however, the deformation region exhibits improved mechanical properties.

これらの温度範囲においてオーステナイトを変形させる結果として、一実施形態では、微細構造が、粒子の細かいものとなる。例えば、変形領域における粒子または結晶の平均サイズは、従来の処理で作られた工具にて観察されるものより少なくとも10%小さく、また、別の例では、少なくとも約25%小さくなり得る。いくつかの実施形態では、粒子の細かい微細構造は、焼き入れまたは他の処理の間により多くの粒子境界に沿った炭化物相の均一な沈殿を促進する。   As a result of deforming austenite in these temperature ranges, in one embodiment, the microstructure is fine grained. For example, the average size of the particles or crystals in the deformation region can be at least 10% less than that observed with tools made by conventional processing, and in another example can be at least about 25% smaller. In some embodiments, the fine microstructure of the particles facilitates uniform precipitation of the carbide phase along more particle boundaries during quenching or other processing.

加えて、他の微細構造の特徴は、転位密度の増大を有し得る。当該技術にて知られるように、転位は、オーステナイト内などの、結晶性固体内の線状欠陥である。他のタイプの転位が知られ、また、単結晶内に同時に形成するように多くのタイプの転位が知られるが、1つの典型的な転位は、結晶内の原子の余分な半平面(extra half-plane)により形成される。更に、粒子境界は、1つまたは複数の転位により表され得る。多結晶材料では、プリフォームの工具鋼材料のように、隣接する結晶間に存在する粒子境界は、ある粒子の結晶格子と隣接する粒子の結晶格子との間の不整合の領域である。隣接する粒子間の不整合の度合いまたは誤配向角度が、隣接する粒子の結晶構造が整列する0度から大きくなるにつれ、粒子境界における転位密度が大きくなる。したがって、粒子間の誤配向角度の測定は、転位密度、特に、粒子境界における転位密度の測定である。工具鋼プリフォームの領域を変形させることにより、粒子間の誤配向角度は、従来の方法によるAC3を超える熱間鍛造または熱処理により同様の組成の領域を変形させる場合を超える角度まで大きくなる。変形、焼き入れおよび焼き戻しの後のマルテンサイト粒子は、例えば、約34°を超える平均角度で誤配向させられ、また、別の例では、マルテンサイト粒子が、平均して少なくとも約40°だけ誤配向させられ得る。加えて、一実施形態では、領域の転位密度が、従来の処理の熱間鍛造されたまたは熱処理された部分より少なくとも25%大きい。転位密度および粒子サイズは、例えば電子後方散乱回折(EBSD)またはX線回折(XRD)技術を用いることにより測定され得る。変形領域の衝撃強度を改善することに加えて、高転位密度の場所は、変形の間に、または、その後の加熱または冷却作業において、炭化物相の沈殿のために、核生成点をもたらし得る。 In addition, other microstructure features may have an increase in dislocation density. As is known in the art, dislocations are linear defects in crystalline solids, such as in austenite. While other types of dislocations are known, and many types of dislocations are known to form simultaneously in a single crystal, one typical dislocation is an extra half-plane of atoms within the crystal (extra half-plane). -plane). Furthermore, the grain boundaries can be represented by one or more dislocations. In polycrystalline materials, like the tool steel material of a preform, the grain boundary that exists between adjacent crystals is the region of mismatch between the crystal lattice of one particle and the crystal lattice of the adjacent particle. As the degree of misalignment or misorientation angle between adjacent grains increases from 0 degrees at which the crystal structure of the adjacent grains aligns, the dislocation density at the grain boundaries increases. Therefore, the measurement of the misorientation angle between grains is a measurement of the dislocation density, particularly the dislocation density at the grain boundary. By deforming the region of the tool steel preform, the misorientation angle between the particles increases to an angle that exceeds the case where the region of the same composition is deformed by hot forging or heat treatment exceeding AC 3 by a conventional method. The martensite particles after deformation, quenching and tempering are misoriented, for example, with an average angle of greater than about 34 °, and in another example, the martensite particles average on at least about 40 ° It can be misoriented. In addition, in one embodiment, the dislocation density in the region is at least 25% greater than the hot forged or heat treated portion of the conventional process. Dislocation density and particle size can be measured, for example, by using electron backscatter diffraction (EBSD) or X-ray diffraction (XRD) techniques. In addition to improving the impact strength of the deformation region, high dislocation density locations can provide nucleation points for the precipitation of the carbide phase during deformation or in subsequent heating or cooling operations.

変形領域はまた、粒子構造の好適な配向を示し得る。具体的には、変形領域の断面図において、粒子が、互いに対して配置されたまたは配向された場合に、粒子が微細構造に対する優先的な流れまたは方向性をもたらすように、粒子が集合的に引き延ばされ得るか、または、他の形状を有し得る。優先的な配向の方向は、工具の面の1つに対して、工具軸に対して、または、優先的な配向をも有する他の領域に対して、一方向にあり得る。本質的に、優先的な配向は、いかなる方向にもあり得る。一実施形態では、変形領域における粒子の優先的な配向は、工具の作業面の表面輪郭に従う。例えば、優先的な配向は、エッジを画定する2つの交差面により形成される表面輪郭に従い得る。粒子構造は、エッジに隣接したエリアで、1つの表面に平行である第1の方向から第2の表面に平行である第2の方向に移行しつつ、各表面に実質的に平行であり得る。プリフォームの最初の形状、処理前のプリフォームに存在するいかなる炭化物または合金バンディング(banding)、および、処理技術は、変形領域における粒子の優先的な配向を判断する上で、主要な要因であり得る。   The deformation region may also indicate a suitable orientation of the particle structure. Specifically, in a cross-sectional view of the deformation region, the particles are collectively such that when the particles are placed or oriented relative to each other, the particles provide a preferential flow or direction to the microstructure. It can be stretched or have other shapes. The direction of preferential orientation can be in one direction relative to one of the tool faces, relative to the tool axis, or to other regions that also have preferential orientation. In essence, the preferential orientation can be in any direction. In one embodiment, the preferential orientation of the particles in the deformation region follows the surface contour of the work surface of the tool. For example, the preferential orientation may follow a surface contour formed by two intersecting surfaces that define an edge. The particle structure may be substantially parallel to each surface, transitioning from a first direction parallel to one surface to a second direction parallel to the second surface in an area adjacent to the edge. . The initial shape of the preform, any carbide or alloy banding present in the preform prior to processing, and processing techniques are key factors in determining the preferential orientation of the particles in the deformation region. obtain.

したがって、一実施形態では、変形領域が前記微細構造の特性の2つまたはそれ以上の組合せにより特徴付けられる。例えば、変形領域が小さな平均粒子サイズを備えた粒子サイズ分布を有し得るとともに、粒子が工具の作業面または工具軸に対して優先的に方向付けられ得る。更に、領域が比較的高い転位密度を有するように特徴付けられ得る。一実施形態では、領域が、粒子境界にまた高転位密度の場所に配置されるより細かい、より均一に分布された1つまたは複数の炭化物相を有することにより、更に特徴付けられ得る。更に、それらの特徴は、大きなばらつきが2つまたはそれ以上の別個に形成された領域間に存在し得るものの、変形領域内である場所から他の場所まで大きく変化し得ない。例えば、プリフォームの部分が、比較的低い転位密度領域により分離される比較的高い転位密度領域を有し得る。領域間の転位密度のばらつきは、用いられる異なる処理(例えば平面ひずみ鍛造と比べてラジアル鍛造)、異なる鍛造速度または異なる鍛造強度、異なる温度等によるものであり得る。   Thus, in one embodiment, the deformation region is characterized by a combination of two or more of the microstructure characteristics. For example, the deformation region may have a particle size distribution with a small average particle size and the particles may be preferentially oriented with respect to the work surface or tool axis of the tool. Furthermore, the region can be characterized as having a relatively high dislocation density. In one embodiment, the region may be further characterized by having one or more finer, more uniformly distributed carbide phases located at grain boundaries and at high dislocation density locations. In addition, the features cannot vary greatly from one location to another in the deformation region, although large variations can exist between two or more separately formed regions. For example, a portion of the preform can have a relatively high dislocation density region separated by a relatively low dislocation density region. The variation in dislocation density between regions can be due to the different processes used (eg, radial forging compared to plane strain forging), different forging speeds or different forging strengths, different temperatures, and the like.

理論に縛られることなく、発明者らは、熱機械処理からの外部エネルギーが、細かい粒子構造を形成してもよく、粒子構造に対する配向をもたらしてもよく、転位密度を増加させてもよく、または、準安定オーステナイト相内でその組合せをもたらすために利用されてもよいと考える。焼き入れに続いて、変形された準安定オーステナイトが、最終的に形を成す微細構造に有益に作用する。加えて、熱機械処理からの外部エネルギーが、微細構造における炭化物相の沈殿を促進し得る。例えば、AC1より低い温度での熱機械処理は、準安定オーステナイトにおける炭素の溶解度を低下させ、その結果、炭化物の沈殿を促進すると考えられる。関係のある実施形態において、炭化物相は、変形の間または冷却の間、または、変形および冷却の両方の間に、粒子境界および/または転位場所で沈殿し得る。したがって、AC1未満で処理される工具鋼プリフォームは、AC1を超える温度で処理される工具鋼プリフォームと比較して、他の改良された特性のなかで、より大きな強度を示す。更に、この温度範囲における転位密度の増大は、AC1より高い温度で熱機械処理されるプリフォームと比較して、実質的により高いと考えられる。 Without being bound by theory, the inventors may observe that external energy from thermomechanical processing may form a fine grain structure, provide orientation to the grain structure, increase dislocation density, Alternatively, it may be utilized to provide that combination within the metastable austenite phase. Following quenching, the deformed metastable austenite beneficially affects the microstructure that ultimately forms. In addition, external energy from thermomechanical processing can facilitate the precipitation of carbide phases in the microstructure. For example, thermomechanical treatment at a temperature below AC 1 is believed to reduce the solubility of carbon in metastable austenite and consequently promote carbide precipitation. In related embodiments, the carbide phase may precipitate at grain boundaries and / or dislocation sites during deformation or during cooling, or both during deformation and cooling. Thus, tool steel preforms processed at less than AC 1 exhibit greater strength among other improved properties compared to tool steel preforms processed at temperatures above AC 1 . Furthermore, the increase in dislocation density in this temperature range is believed to be substantially higher compared to preforms that are thermomechanically processed at temperatures higher than AC 1 .

前述したように、プリフォームの変形領域は、従来の処理(例えばAC3を超える熱処理および/または熱間鍛造)と比較して、改良された特性により特徴付けられる。したがって、工具鋼プリフォームから作られる工具は、例えば、より長い耐用年数を示し得る。改良された特性は、(シャルピー試験による)衝撃強度、靱性、硬度または摩耗抵抗の1つまたは複数、または、その組合せにおける改良を有し得る。比較として、本発明の一実施形態により処理されたM2 AISI工具鋼のプリフォームの変形領域の衝撃強度は、AC3を超えて変形されたまたは鍛造なしで加熱処理された同様の組成の工具より少なくとも50%大きいものであり得る。いかなる実施形態でも、より長い工具の寿命は、衝撃に対する改善された耐性、他の応力に対する改善された耐性、または、使用中に経験される研磨の状態に対する改善された耐性によるものとすることができる。 As previously mentioned, the deformation region of the preform is characterized by improved properties compared to conventional processing (eg, heat treatment and / or hot forging above AC 3 ). Thus, a tool made from a tool steel preform may, for example, exhibit a longer service life. The improved properties may have an improvement in one or more of impact strength, toughness, hardness or wear resistance (according to Charpy test), or a combination thereof. As a comparison, the impact strength of the deformed region of the preform M2 AISI tool steel processed by an embodiment of the present invention, from the tool of the heat-treated the same composition without modified or forged beyond AC 3 It can be at least 50% larger. In any embodiment, longer tool life may be due to improved resistance to impact, improved resistance to other stresses, or improved resistance to polishing conditions experienced during use. it can.

図2Aおよび2Bを参照して、また、本発明の他の実施形態によれば、工具18が、機械(図示略)に接続または連結されるべき第1の部分24と、工具18が金属成形および金属切削用途に用いられる場合に、ワークピース28に接触する作業面26の典型的な形をなす第2の部分とを一般に有する外表面22を備えた部材20を有する。更に、外表面22は、工具鋼の嵩体積または主要部(mass)の外側境界を取り囲み、画定する。図2Bに最良に示されるように、取り囲まれた嵩体積内には、本明細書に記載されるように、少なくとも1つの領域30が形成される。領域30が、工具18の嵩体積全体により構成されない場合に、部材20は、微細構造の特徴の1つまたは複数において異なり、また、したがって、領域30と比較して前述した特性において異なる他の領域32を有し得る。   Referring to FIGS. 2A and 2B, and according to another embodiment of the invention, a tool 18 is connected to or coupled to a machine (not shown), a first portion 24, and the tool 18 is metal formed. And a member 20 with an outer surface 22 generally having a second portion in the typical shape of a work surface 26 that contacts the workpiece 28 when used in metal cutting applications. Furthermore, the outer surface 22 surrounds and defines the outer boundary of the bulk volume or mass of tool steel. As best shown in FIG. 2B, at least one region 30 is formed within the enclosed bulk volume, as described herein. If the region 30 is not constituted by the entire bulk volume of the tool 18, the member 20 differs in one or more of the features of the microstructure and thus other regions that differ in the properties described above compared to the region 30. May have 32.

一実施形態では、図2Aを再度参照して、部材20が細長くされ、また、外表面22が、バレル(barrel)またはシャンク(shank)34、シャンク34の一端に配置される頭部36、および、シャンク34の頭部36とは反対側の端部に配置される先端部40を備えたノーズまたはボディ38を画定する。先端部40に支えられる作業面26は、切れ刃44に沿って、先端部40の側壁42に接続する。切れ刃44は、それに沿って側壁42および作業面26が合流する隅部を画定する。切れ刃44および作業面26は、ワークピース28の表面に接触する工具18の部分を一括して画定する。ワークピース28は、金属成形または金属切削用途にて、工具18により処理されるべき材料を有し得る。   In one embodiment, referring again to FIG. 2A, the member 20 is elongated and the outer surface 22 is a barrel or shank 34, a head 36 disposed at one end of the shank 34, and , Defining a nose or body 38 with a tip 40 disposed at the end of the shank 34 opposite the head 36. The work surface 26 supported by the tip 40 is connected to the side wall 42 of the tip 40 along the cutting edge 44. The cutting edge 44 defines a corner along which the side wall 42 and the work surface 26 meet. Cutting edge 44 and work surface 26 collectively define the portion of tool 18 that contacts the surface of workpiece 28. The workpiece 28 may have material to be processed by the tool 18 in metal forming or metal cutting applications.

工具18の長手軸または中央線50に沿って見たとき、細長い部材20のシャンク34およびボディ38は、例えば、丸い、矩形の、正方形の、または楕円形の断面形状等の、適切な断面形状を有する。シャンク34およびボディ38は、同一エリアの断面形状を有し得る、または、ボディ38は、シャンク34とボディ38との間に緩衝域52を提供するために、より小さい断面積を有し得る。いくつかの実施形態では、シャンク34およびボディ38は、中央線50まわりに対称的に配置され、具体的には、中央線50上に中央合わせされた円形のまたは丸い断面形状を有し得る。   When viewed along the longitudinal axis or centerline 50 of the tool 18, the shank 34 and body 38 of the elongate member 20 may be of any suitable cross-sectional shape, such as, for example, a round, rectangular, square, or elliptical cross-sectional shape. Have The shank 34 and the body 38 may have the same area cross-sectional shape, or the body 38 may have a smaller cross-sectional area to provide a buffer area 52 between the shank 34 and the body 38. In some embodiments, the shank 34 and the body 38 are symmetrically disposed about the centerline 50 and may specifically have a circular or round cross-sectional shape centered on the centerline 50.

工具18の頭部36は、工作機械またはプレス(図示略)のような金属加工機械とともに用いられる工具保持デバイスで保持されるのに適した構造を有する。例示的な実施形態では、頭部36が、シャンク34の直径を超える直径を有するフランジである。しかしながら、頭部36の代わりに、工具18が、ボールロック(ball-lock)、くさびロック(wedge lock)、タレット(turret)、または、工具18のシャンク34を工具保持デバイスと連結するための他のタイプの保持構造を代替として有してもよい。   The head 36 of the tool 18 has a structure suitable for being held by a tool holding device used with a metal working machine such as a machine tool or a press (not shown). In the exemplary embodiment, head 36 is a flange having a diameter that exceeds the diameter of shank 34. However, instead of the head 36, the tool 18 may be a ball-lock, wedge lock, turret, or other for connecting the shank 34 of the tool 18 to the tool holding device. This type of holding structure may alternatively be provided.

代表的な実施形態にてパンチの構造を有する工具18は、ダイセット(die set)54の構成要素を典型的に形成する。ダイセット54は、工具18の先端部40の一部を受ける開口部58を含むダイ56を更に有する。ダイ56および工具18は、共に押圧された場合に、ある所望な方法で、ワークピース28にて形作られた穴部を形成するように、または、ワークピース28を変形させるように共働する。工具18がラム(図示略)の端部に対する工具保持機構を用いることにより一時的に取り付けられつつ、工具18およびダイ56は、金属加工機械から取り外し可能である。   A tool 18 having a punch structure in the exemplary embodiment typically forms the components of a die set 54. The die set 54 further includes a die 56 that includes an opening 58 that receives a portion of the tip 40 of the tool 18. The die 56 and tool 18 cooperate to form a hole formed in the workpiece 28 or to deform the workpiece 28 in some desired manner when pressed together. The tool 18 and die 56 can be removed from the metalworking machine while the tool 18 is temporarily attached using a tool holding mechanism to the end of a ram (not shown).

工具18は、全体的に、ワークピース28に向かって、かつ荷重が作業面26とワークピース28との間の接触点に垂直な状態で、方向61で移動する。金属加工機械は、ワークピース28内に工具18を押し進める荷重を加えるように、機械式に、油圧式に、空気圧式に、または、電気式に駆動され得る。工具18の先端部40は、ワークピース28の厚さを通じてまたは厚さ内に、また、ダイ開口部58内に、金属加工機械により負荷される高荷重のもとで押し進められる。ワークピース28は、工具18の作業面26とワークピース28との間の接触ゾーンでまたその周囲で変形および/または切断される。   Tool 18 generally moves in direction 61 toward workpiece 28 and with the load perpendicular to the contact point between work surface 26 and workpiece 28. The metalworking machine can be driven mechanically, hydraulically, pneumatically, or electrically to apply a load that pushes the tool 18 into the workpiece 28. The tip 40 of the tool 18 is pushed through the thickness of the workpiece 28 or into the thickness and into the die opening 58 under a high load applied by the metalworking machine. The workpiece 28 is deformed and / or cut at and around the contact zone between the work surface 26 of the tool 18 and the workpiece 28.

工具18は、典型的な実施形態の構造とは異なる他のパンチ構造を有し得る。例として、工具18は、ブレード、ヒールパンチ(heel punch)、ペデステルパンチ(pedestal punch)、丸パンチ等として構成され得る。典型的な実施形態では、工具18がパンチに一致した構造を有するように示されるが、当業者は、工具18が、ダイ56(図2Aおよび2B)またはストリッパのようなダイなどの他の構造を有し得ることを理解するであろう。具体的には、パンチ、ダイまたはストリッパの形をなす工具18が、貫通穴加工および穴開け、精密打ち抜き、成形および押出しまたは鋳造のような金属スタンピングおよび成形工程において適用され得る。   The tool 18 may have other punch structures that are different from the structure of the exemplary embodiment. By way of example, the tool 18 may be configured as a blade, heel punch, pedestal punch, round punch, or the like. In an exemplary embodiment, the tool 18 is shown as having a structure that matches the punch, but those skilled in the art will recognize that the tool 18 may have other structures such as a die 56 (FIGS. 2A and 2B) or a die such as a stripper. Will be understood. Specifically, a tool 18 in the form of a punch, die or stripper can be applied in metal stamping and forming processes such as through-hole drilling and drilling, precision punching, forming and extruding or casting.

工具18はまた、回転式ブローチ、非回転式ブローチ、タップ(tap)、リーマ(reamer)、ドリル、フライス盤、トリミング工具等の切削工具の構造を有し得る。工具18は、従来のダイキャスティング、高圧ダイキャスティング、および、射出成形等の鋳造および成形用途に用いられ得る。工具18はまた、製剤過程、栄養補給過程、バッテリ製造、化粧品、製菓および食品ならびに飲料産業で用いられる粉末圧縮用途において、また、家庭製品および核燃料、錠剤、爆発物、弾薬、陶器、および、他の製品の製造において利用され得る。工具18はまた、細部を配置させるまたは細部に部分接触する(part-touching)など、自動化および部品固定用途に用いられ得る。   The tool 18 may also have a cutting tool structure such as a rotary broach, a non-rotary broach, a tap, a reamer, a drill, a milling machine, a trimming tool or the like. Tool 18 may be used in conventional die casting, high pressure die casting, and casting and molding applications such as injection molding. Tool 18 can also be used in powder compression applications used in the formulation, nutritional, battery manufacturing, cosmetic, confectionery and food and beverage industries, as well as household products and nuclear fuel, tablets, explosives, ammunition, pottery, and others It can be used in the manufacture of products. Tool 18 can also be used in automation and part fixing applications, such as placing details or part-touching the details.

図2Bを参照すれば、工具18の領域30、ダイ56の領域62、または、工具18の領域30およびダイ56の領域62の両方が、前述したように熱機械処理されたプリフォーム(図示略)の領域から形成されるまたは機械加工される。例えば、領域30は、しばしば、近接して配置されるか、または領域30が工具18の作業中にワークピース28に近接する、もしくは直接に接触するように、作業面26を含んでいる。同様に、ダイ56の領域62は、工具18およびダイ56が用いられる場合に、ワークピース28に近接するか、または直接に接触する。領域30は、外表面22、例えば作業面26から、0.039インチ(1ミリメートル)を超える深さd1まで延びる。同様に、ダイ56において、領域62は不規則に形作られ得るが、また、外表面63から、0.039インチ(1ミリメートル)を超える深さd2まで延びる。   Referring to FIG.2B, a preform (not shown) in which the region 30 of the tool 18, the region 62 of the die 56, or both the region 30 of the tool 18 and the region 62 of the die 56 have been thermomechanically processed as described above. ) Or machined. For example, the region 30 is often disposed in close proximity or includes the work surface 26 such that the region 30 is in close proximity to or in direct contact with the workpiece 28 during operation of the tool 18. Similarly, region 62 of die 56 is in close proximity to or in direct contact with workpiece 28 when tool 18 and die 56 are used. Region 30 extends from outer surface 22, eg, work surface 26, to a depth d1 greater than 0.039 inches (1 millimeter). Similarly, in the die 56, the region 62 can be irregularly shaped but also extends from the outer surface 63 to a depth d2 greater than 0.039 inches (1 millimeter).

しかしながら、領域30または62が工具鋼プリフォーム内の他の位置に形成される場合に、有益な性能が観察され得る。これらの位置は、工具18が用いられる作業に伴う要因、またはその製造コストに対する工具18の利用の平衡を保たせるために使用される経費検討により決定され得る。いかなる点においても、熱機械処理された領域30は、前で規定されるような、高転位密度、微細粒子構造、粒子の好適な配向またはその組合せにより特徴付けられる。一実施形態では、高転位密度、微細粒子構造、粒子の好適な配向またはその組合せが、熱機械処理の間の主要な変形方向に関係付けられ得る。   However, beneficial performance can be observed when regions 30 or 62 are formed at other locations within the tool steel preform. These positions can be determined by factors associated with the work in which the tool 18 is used, or by cost considerations used to balance the use of the tool 18 against its manufacturing costs. In any respect, the thermomechanically treated region 30 is characterized by a high dislocation density, fine grain structure, suitable orientation of the grains, or a combination thereof, as defined above. In one embodiment, high dislocation density, fine grain structure, suitable orientation of the grains, or combinations thereof can be related to the primary deformation direction during thermomechanical processing.

工具18は、高転位密度、微細粒子構造、粒子の好適な配向またはその組合せの複数の領域を有し得る。2つまたはそれ以上の領域を備えた実施形態では、各領域が、工具鋼プリフォーム内で、隣の領域に隣接し得る。ある領域における粒子の配向は、工具18の他の領域または軸のいずれかと実質的に位置合わせされ得るまたは位置合わせされ得ないことが理解されるであろう。更に別の実施形態では、高転位密度、微細粒子構造もしくは粒子の好適な配向、または、その組合せの領域が、その1つまたは複数の部分に制限されるよりむしろ、実質的に工具18に亘って延びる。言い換えれば、工具18は、本明細書における実施形態により予め熱機械処理された工具鋼プリフォームから機械加工され得るまたは形成され得る。   Tool 18 may have multiple regions of high dislocation density, fine grain structure, suitable orientation of grains, or combinations thereof. In embodiments with two or more regions, each region may be adjacent to an adjacent region in the tool steel preform. It will be appreciated that the orientation of the particles in one region may or may not be substantially aligned with any of the other regions or axes of the tool 18. In yet another embodiment, the region of high dislocation density, preferred orientation of the fine grain structure or grain, or a combination thereof is substantially limited to the tool 18 rather than limited to one or more portions thereof. Extend. In other words, the tool 18 may be machined or formed from a tool steel preform that has been previously thermo-machined according to embodiments herein.

図3Aおよび3Bを参照すれば、本発明の実施形態が、実質的に完全に工具鋼で構成されるプリフォームを参照してここに説明され図解される一方、他の実施形態ではプリフォーム64は、異種の鋼で作られたコア68を有する工具鋼で作られたシェル66の構成をとり得る。図3Aに示されるように、コア68は、他の変数のなかでもとりわけ、そこから作られる工具(図示略)に関する用途に応じて、シェル66内の間隙全体、または、その一部のみに詰められ得る。シェル66内の工具鋼の体積は、異種の鋼の体積と比較される場合に小さくなり得るが、シェル66は、変形領域が少なくとも0.039インチ(1ミリメートル)厚であるように、0.039インチ(1ミリメートル)を超える。シェル66は、工具(図1A参照)の作業面26を形成するように設計される。コア68は、工具の残りの部分を形成し得るとともに、補足的な機械特性を工具に付与するように設計され得る。ただ例として、シェル66は、図3Aに示されるように、工具鋼のチューブであり得る。コア68は、より経済的であるD2のような低炭素または冷間加工鋼などの他の鋼の円筒であり得る。チューブ状シェル66内への円筒コア68の挿入後に、プリフォーム64が加熱され、少なくともシェル66が、前述した温度範囲において、スエージングまたはラジアル鍛造により変形される。例えばシェル66をラジアル鍛造した後の変形されたプリフォーム69およびコア68が、図3Bに示される。変形されたまたは鍛造されたプリフォーム69から形成されたまたは機械加工された工具18aは、例えば、工具の耐用年数を改善するために、 (図3Cに示されるような) ギヤまたはギヤ回転またはねじ回転ダイを含んでいてもよく、横強度が必要とされる用途に使用され得るが、工具の材料コストは著しく削減される。   Referring to FIGS. 3A and 3B, embodiments of the present invention are described and illustrated herein with reference to a preform that is substantially entirely made of tool steel, while in other embodiments, a preform 64 is illustrated. May take the form of a shell 66 made of tool steel with a core 68 made of dissimilar steel. As shown in FIG.3A, the core 68 fills the entire gap in the shell 66 or only a portion thereof, among other variables, depending on the application for the tool (not shown) made therefrom. Can be. The volume of tool steel in shell 66 can be small when compared to the volume of dissimilar steel, but shell 66 is 0.039 inches (1 mm) so that the deformation area is at least 0.039 inches (1 millimeter) thick. Mm). The shell 66 is designed to form the work surface 26 of the tool (see FIG. 1A). The core 68 can form the rest of the tool and can be designed to impart complementary mechanical properties to the tool. By way of example only, the shell 66 may be a tool steel tube, as shown in FIG. 3A. The core 68 can be a cylinder of other steel, such as low carbon or cold worked steel like D2, which is more economical. After insertion of the cylindrical core 68 into the tubular shell 66, the preform 64 is heated and at least the shell 66 is deformed by swaging or radial forging in the temperature range described above. For example, a deformed preform 69 and core 68 after radial forging of the shell 66 is shown in FIG. 3B. A tool 18a formed from a deformed or forged preform 69 or machined, for example, to improve tool life, such as a gear or gear rotation or screw (as shown in FIG. 3C) Although it may include a rotating die and can be used in applications where lateral strength is required, the material cost of the tool is significantly reduced.

本発明の更なる詳細について、以下の実施例を参照しながら説明する。   Further details of the invention will be described with reference to the following examples.

[実施例1]
1.5インチ(3.81センチメートル)の直径および48インチ(121.9センチメートル)の長さを有し、記号表示AISI M2、D2およびM4により当該技術にて知られる圧延されたままの棒材の構成をした8つの工具鋼プリフォームが、本明細書に開示される方法の一実施形態により調製された。
[Example 1]
1.5 inch (3.81 centimeters) diameter and 48 inches (121.9 centimeters) long, made up of as-rolled bars known in the art by the symbolic AISI M2, D2 and M4 Eight tool steel preforms were prepared according to one embodiment of the method disclosed herein.

その目的のために、棒材は、ガス動力加熱炉(gas powered furnace)内でAC1を超えて2100°F(1149℃)まで加熱された。温度測定結果は、作業の範囲内に較正された赤外線高温計を用いて記録された。この温度において、棒材の各々の微細構造はオーステナイトで構成されると考えられる。棒材が目標温度に達した後、それらは、200トン−4ハンマーのラジアル鍛造機の入口ロール(inlet roll)へ個々に(部品移送の間の温度損失を回避するように)移送された。1.500インチ(3.81センチメートル)直径×48インチ(121.9センチメートル)長の棒材が、それぞれ、0.875インチ(2.222センチメートル)の直径を有する棒材へ4回の圧下を伴いラジアル鍛造された。各圧下は、約15から約20秒(1棒材当たり最大で計80秒)の間かかった。計算された効果的な圧下比は66%であった。処理された棒材は、強制対流により室温まで空気冷却された。 To that end, the bar was heated to 2100 ° F. (1149 ° C.) above AC 1 in a gas powered furnace. The temperature measurement results were recorded using an infrared pyrometer calibrated within the working range. At this temperature, each microstructure of the bar is considered to be composed of austenite. After the bars reached the target temperature, they were transferred individually (to avoid temperature loss during parts transfer) to the 200 ton-4 hammer radial forging machine inlet roll. Bars 1.500 inches (3.81 centimeters) in diameter by 48 inches (121.9 centimeters) long were each radially forged with four reductions to bars having a diameter of 0.875 inches (2.222 centimeters). Each reduction took between about 15 and about 20 seconds (up to a total of 80 seconds per bar). The calculated effective reduction ratio was 66%. The treated bar was air cooled to room temperature by forced convection.

熱機械処理の間、熱い金属が、対流および放熱による損失のため、熱を失うであろうことが知られる。したがって、各棒材の温度を、2100°F(1149℃)の目標温度近くの狭い温度範囲内に維持するために、変形処理からの外部熱および内部熱が、いかなる熱損失をも補償するように用いられた。その結果、鍛造が、ほぼ等温状態において実行された。更に、いかなる温度変化も無視できたことを保証するために、温度が監視された。   It is known that during thermomechanical processing, hot metal will lose heat due to losses due to convection and heat dissipation. Therefore, in order to maintain the temperature of each bar within a narrow temperature range near the target temperature of 2100 ° F (1149 ° C), the external and internal heat from the deformation process should compensate for any heat loss. Used. As a result, forging was performed in a substantially isothermal state. In addition, the temperature was monitored to ensure that any temperature change could be ignored.

小断面が中間圧下の間に各棒材から解析用に切られた。サンプルは、いずれも再結晶を示すことは観察されなかった。加えて、各サンプルに存在する相が判断され、粒子間の誤配向が測定され、また、横方向(TD)および半径方向(RD)に関するマルテンサイトの[001]面について、極点図が現像された。測定結果が、変形およびその後の焼き戻しの後に、棒材の断面の半径の2分の1である場所で、または、M2の工具鋼棒材の中心から約0.22インチでとられた。相同定が、フィリップスのX′ PertX線回折計で行われた。実施例1の1つのM2棒材の相解析が、図4Aに示される。図4Aでは、各相の数分率が、0.771473鉄マルテンサイト、0.00419837クロム-バナジウム炭化物(658741)、0.219877鉄-タングステン炭化物(892579)、および、0.00445168V4C3であった。EBSD走査が、電界放出環境制御型走査電子顕微鏡(ESEM)-EBSD検出器を備えたFEI/フィリップスのXL30 ESEM-FEG上で実行された。データが、方位像顕微鏡 (OIM)データ収集ソフトウェアを用いて、収集され、XRDデータとともにマッピングされた。誤配向グラフが、OIM解析ソフトウェアにより生成された。実施例1のM2工具鋼棒材の1つについてのマルテンサイト粒子に関して測定された誤配向角度の典型的な分布が、図4Bに示される。このM2棒材に関して現像された極点図が、図4Cに示される。 Small sections were cut from each bar for analysis during intermediate pressure. None of the samples were observed to show recrystallization. In addition, the phase present in each sample is determined, misorientation between particles is measured, and pole figures are developed for the [001] face of martensite in the transverse (TD) and radial (RD) directions. It was. Measurements were taken after deformation and subsequent tempering at locations that were half the radius of the bar cross-section, or approximately 0.22 inches from the center of the M2 tool steel bar. Phase identification was performed on a Philips X 'Pert X-ray diffractometer. A phase analysis of one M2 bar of Example 1 is shown in FIG. 4A. In FIG. 4A, the fraction of each phase was 0.771473 iron martensite, 0.00419837 chromium-vanadium carbide (658741), 0.219877 iron-tungsten carbide (892579), and 0.00445168V4C3. An EBSD scan was performed on a FEI / Phillips XL30 ESEM-FEG equipped with a field emission controlled environmental scanning electron microscope (ESEM) -EBSD detector. Data was collected using orientation image microscope (OIM) data collection software and mapped with XRD data. A misorientation graph was generated by OIM analysis software . A typical distribution of misorientation angles measured for martensite particles for one of the M2 tool steel bars of Example 1 is shown in FIG. 4B. The pole figure developed for this M2 bar is shown in FIG. 4C.

[実施例2]
実施例1からの0.875インチ(2.222センチメートル)直径の棒材のいくつかが、AC1を超えて、2100°F(1149℃)の温度に再加熱された。棒材がAC1を超えて加熱された後、微細構造は、オーステナイトから構成されると考えられた。棒材が目標温度に達すると、それらは、200トン−4ハンマーのラジアル鍛造機の入口ロールへ個々に移送された。各棒材は、2100°F(1149℃)にある間に、ラジアル鍛造された。4回の圧下において、棒材直径は、0.875インチ(2.222センチメートル)から0.640インチ(1.626センチメートル)へ縮小された。この断面積における縮小は、実施例1の第1の4回の圧下からの66%の縮小に加え、47%の効果的な縮小比に達した。処理された棒材が、強制対流により室温まで空気冷却された。いくつかのサンプルが、ひずみの影響を記録するために、中間圧下において、1つの棒材から切られた。実施例1からのサンプルと同様に、再結晶が、サンプルのいずれにおいても観察されなかった。
[Example 2]
Some of the 0.875 inch (2.222 centimeter) diameter bars from Example 1 were reheated above AC 1 to a temperature of 2100 ° F. (1149 ° C.). After the bars were heated above AC 1, the microstructure was believed to be composed of austenite. When the bars reached the target temperature, they were individually transferred to the inlet roll of a 200 ton-4 hammer radial forging machine. Each bar was radially forged while at 2100 ° F. (1149 ° C.). The bar diameter was reduced from 0.875 inches (2.222 centimeters) to 0.640 inches (1.626 centimeters) under four presses. This reduction in cross-sectional area reached an effective reduction ratio of 47% in addition to the 66% reduction from the first four reductions of Example 1. The treated bar was air cooled to room temperature by forced convection. Several samples were cut from one bar under intermediate pressure to record the effect of strain. Similar to the sample from Example 1, no recrystallization was observed in any of the samples.

前述と同様に、周囲に失われた熱および変形から生成された熱は、熱機械処理の間に、棒材を一定温度に維持しようとする試みにおいて平衡を保たれた。温度は、温度変化が無視できたことを保証するように、処理の間にまた圧下間で監視された。したがって、転位密度を増大させるとともにオーステナイト粒子サイズを削減するために、外部エネルギーの全てがプリフォームに移されたと考えられる。   As before, the heat lost to the surroundings and the heat generated from the deformation was balanced in an attempt to maintain the bar at a constant temperature during thermomechanical processing. The temperature was monitored during the process and between the rolls to ensure that the temperature change was negligible. Thus, it is believed that all of the external energy has been transferred to the preform in order to increase the dislocation density and reduce the austenite grain size.

その後、棒材が、ガス動力加熱炉において1400°F(760℃)で4時間応力緩和され、続いて、歪曲を最小化するために、棒材ストレータ(bar straighter)を通じて首尾よく処理された。   The bar was then stress relieved at 1400 ° F. (760 ° C.) for 4 hours in a gas powered furnace and subsequently successfully processed through a bar straighter to minimize distortion.

[実施例3]
1.5インチ(3.81センチメートル)の直径および48インチ(121.9センチメートル)の長さを有し、AISI M2、D2およびM4の記号表示により当該技術にて知られる圧延されたままの棒材の構成をした工具鋼プリフォームが調製された。
[Example 3]
A 1.5 inch (3.81 centimeter) diameter and 48 inch (121.9 centimeter) length, with AISI M2, D2 and M4 symbolic representations of the as-rolled bar construction known in the art A tool steel preform was prepared.

棒材が、ガス動力加熱炉において、2050°F(1121℃)の温度に加熱された。棒材の微細構造は、準安定オーステナイトで構成されると考えられる。前述同様に、温度測定結果は、作業の範囲内に較正された赤外線高温計を用いて記録された。棒材が目標温度に達した後、棒材の各々が、加熱炉外に引き出され、200トン−4ハンマーのラジアル鍛造機の入口ロールに配置された。その後、棒材は、約1100°F(約593℃)と約1200°F(約649℃)(AC1以下)との間の処理温度に空気冷却された。温度降下が、約1分で生じた。棒材が、7回の圧下において、1.000インチ(2.54センチメートル)の直径までラジアル鍛造された。計算された縮小比は、56%であった。1.000インチ(2.54センチメートル)直径の棒材は、強制対流により室温まで空気冷却された。 The bar was heated to a temperature of 2050 ° F. (1121 ° C.) in a gas powered furnace. The microstructure of the bar is considered to be composed of metastable austenite. As before, the temperature measurement results were recorded using an infrared pyrometer calibrated within the working range. After the bars reached the target temperature, each of the bars was pulled out of the furnace and placed on the 200 ton-4 hammer radial forging machine inlet roll. The bar was then air cooled to a processing temperature between about 1100 ° F. (about 593 ° C.) and about 1200 ° F. (about 649 ° C.) (AC 1 or less). A temperature drop occurred in about 1 minute. The bar was radially forged to a diameter of 1.000 inches (2.54 centimeters) under 7 rolls. The calculated reduction ratio was 56%. The 1.000 inch (2.54 centimeter) diameter bar was air cooled to room temperature by forced convection.

実施例1および2に記載される温度制御と同様に、棒材が、可能な限り一定温度に保持された。各棒材の温度が、温度変化が無視できることを保証するように、処理の間に、また、圧下間に監視された。   Similar to the temperature control described in Examples 1 and 2, the bar was kept as constant as possible. The temperature of each bar was monitored during processing and during rolling to ensure that temperature changes were negligible.

小断面が中間圧下の間に各棒材から解析用に切られた。サンプルは、いずれも動的再結晶の微細構造特性を示さなかった。相が判断され、粒子間の誤配向の測定結果がとられ、また、棒材の断面の半径の2分の1である場所で、または、棒材の中心から約0.25インチでマルテンサイトの[001]面について、極点図が現像された。実施例3の1つのM2棒材の相解析が図5Aに示される。図5Aにおける相の数分率は、0.737644鉄マルテンサイト、0.0111572クロム-バナジウム炭化物(658741)、0.240541鉄-タングステン炭化物(892579)、および、0.0106579V4C3であった。実施例3のM2工具鋼棒材の1つについてのマルテンサイト粒子間の誤配向角度の典型的な分布が、図5Bに示される。このM2棒材に関して現像された極点図が、図5Cに示される。 Small sections were cut from each bar for analysis during intermediate pressure. None of the samples showed the microstructural characteristics of dynamic recrystallization. Phases are determined and misorientation measurements between particles are taken, and martensite [at a location that is half the radius of the cross section of the bar or about 0.25 inches from the center of the bar. The pole figure was developed for the [001] plane. A phase analysis of one M2 bar of Example 3 is shown in FIG. 5A. The phase fractions in FIG. 5A were 0.737644 iron martensite, 0.0111572 chromium-vanadium carbide (658741), 0.240541 iron-tungsten carbide (892579), and 0.0106579V 4 C 3 . A typical distribution of misorientation angles between martensite grains for one of the M2 tool steel bars of Example 3 is shown in FIG. 5B. The pole figure developed for this M2 bar is shown in FIG. 5C.

比較例1
圧延されたままのAISI M2棒材ストックが、実施例1および3と同じ硬度、すなわちHRC61-63を達成するために、約1000°Fまで加熱し、約45分から1時間保持し、冷却する3つの標準焼き戻しサイクルがその後に続く、2250°F(約1232℃)を超える温度まで棒材を加熱することによる標準熱処理サイクルを用いて、2バール真空加熱炉において熱処理された。熱処理された棒材は、その後、実施例3の棒材と同じ外側寸法に研磨された。
Comparative Example 1
The as-rolled AISI M2 bar stock is heated to about 1000 ° F, held for about 45 minutes to 1 hour, and cooled to achieve the same hardness as Examples 1 and 3, i.e. HRC61-63. One standard tempering cycle was followed by heat treatment in a 2 bar vacuum furnace using a standard heat treatment cycle by heating the bar to a temperature in excess of 2250 ° F. (about 1232 ° C.). The heat treated bar was then ground to the same outer dimensions as the bar of Example 3.

相、誤配向角度、および、比較棒材に関する極点図の測定結果が、図6A、6Bおよび6Cに示される。図6Aに示される相の数分率は、0.660257鉄マルテンサイト、0.00451285クロム-バナジウム炭化物(658741)、0.330886鉄-タングステン炭化物(892579)、および、0.00434446V4C3であった。各棒材に存在する相は、図4A、5Aおよび6Aの比較分析により提供されるものと実質的に同じであった。 The pole figure measurement results for the phase, misorientation angle, and comparative bar are shown in FIGS. 6A, 6B and 6C. The fractions of the phases shown in FIG. 6A were 0.660257 iron martensite, 0.00451285 chromium-vanadium carbide (658741), 0.330886 iron-tungsten carbide (892579), and 0.00434446V 4 C 3 . The phase present in each bar was substantially the same as provided by the comparative analysis of FIGS. 4A, 5A and 6A.

しかしながら、実施例1および3の各棒材の転位密度は、比較例1の棒材よりも実質的に高い。具体的には、図4Bおよび5Bを図6Bと比較することにより、実施例1および3のM2棒材の各々の誤配向角度は、図6Bに示される比較M2棒材よりも相当高い。実施例1(図4B)の棒材に関する誤配向角度の分布の平均は約36度であり、実施例3(図5B)の棒材に関する誤配向角度の分布の平均は約42度であり、比較例1(図6B)の棒材に関する誤配向角度の分布の平均は約34度であった。比較の熱処理されたM2棒材に対する実施例1および3のM2工具鋼棒材における高い平均誤配向角度は、より高い転位密度およびひずみを示す。AC1より低い温度での変形が、粒子がより小さい熱エネルギーを有し、より遅い速度で変形から回復するにつれ、高温での変形に対する粒子の誤配向角度における増大を許容し得ると考えられる。 However, the dislocation density of each bar of Examples 1 and 3 is substantially higher than that of the bar of Comparative Example 1. Specifically, by comparing FIGS. 4B and 5B with FIG. 6B, the misorientation angle of each of the M2 bars of Examples 1 and 3 is significantly higher than the comparative M2 bar shown in FIG. 6B. The average misorientation angle distribution for the bar of Example 1 (Figure 4B) is about 36 degrees, the average misorientation angle distribution for the bar of Example 3 (Figure 5B) is about 42 degrees, The average misorientation angle distribution for the bar of Comparative Example 1 (FIG. 6B) was about 34 degrees. The high average misorientation angle in the M2 tool steel bar of Examples 1 and 3 relative to the comparative heat treated M2 bar indicates higher dislocation density and strain. It is believed that deformation at temperatures below AC 1 can tolerate an increase in the misorientation angle of the particles relative to deformation at higher temperatures as the particles have less thermal energy and recover from deformation at a slower rate.

実施例1および3のM2棒材に関する改良された転位密度はまた、図6Cに示される比較例1のM2棒材の極点図と比較した場合に、それぞれ図4Cおよび5Cに示される極点図により立証される。極点図は、実施例1および3の棒材に関する転位密度または転位の数が、加熱処理されただけの比較例1の棒材に関する転位密度よりも相当高いことを示している。相対的な転位密度が、各グラフにおけるドットの密度により示される。したがって、実施例1(図4C)が、最高数の転位を有し、その後に、実施例3(図5C)が続き、比較例1(図6C)が最小数の転位を有する。   The improved dislocation density for the M2 bar of Examples 1 and 3 is also shown by the pole figures shown in FIGS. 4C and 5C, respectively, when compared to the pole figure of the M2 bar of Comparative Example 1 shown in FIG. 6C. Proved. The pole figure shows that the dislocation density or number of dislocations for the bars of Examples 1 and 3 is significantly higher than the dislocation density for the bar of Comparative Example 1 that was only heat treated. The relative dislocation density is indicated by the density of dots in each graph. Thus, Example 1 (FIG. 4C) has the highest number of dislocations, followed by Example 3 (FIG. 5C), and Comparative Example 1 (FIG. 6C) has the minimum number of dislocations.

[実施例4]
実施例3の処理からの1.000インチ(2.54センチメートル)直径の棒材のいくつかが、2050°F(1121℃)(AC1を超えるがAC3未満)まで再加熱された。棒材が加熱炉から取り出され、約1100°F(約593℃)と約1200°F(約649℃)との間の処理温度まで空気冷却された。処理温度に達した後、棒材が、それぞれ、7回の圧下において0.700インチ(1.778センチメートル)の直径を有する棒材にラジアル鍛造された。算出された縮小率は51%であった。
[Example 4]
Some of the 1.000 inch (2.54 centimeter) diameter bars from the treatment of Example 3 were reheated to 2050 ° F. (1121 ° C.) (greater than AC 1 but less than AC 3 ). The bar was removed from the furnace and air cooled to a processing temperature between about 1100 ° F. (about 593 ° C.) and about 1200 ° F. (about 649 ° C.). After reaching the processing temperature, the bars were each radially forged into bars having a diameter of 0.700 inches (1.778 centimeters) under 7 presses. The calculated reduction ratio was 51%.

処理された棒材が、室温まで空気冷却された。いくつかのサンプルが中間圧下で各棒材から切られた。実施例3のサンプルと同様に、棒材はいずれも動的再結晶の微細構造特性を示さなかった。   The treated bar was air cooled to room temperature. Several samples were cut from each bar under intermediate pressure. As with the sample of Example 3, none of the bars showed the dynamic recrystallization microstructure characteristics.

前述同様、温度が、温度変化が無視できることを保証するように、処理の間に、また、圧下間に監視された。   As before, temperature was monitored during processing and during rolling to ensure that temperature changes were negligible.

その後、棒材が、真空加熱炉において、約950°F(約510℃)と約1000°F(約538℃)との間で、約3時間、3回焼き戻しされた。焼き戻し処理が、残留オーステナイトのいずれもをマルテンサイトに変態させたことが確かめられた。前記実施例1-4において、処理された棒材が、伸長されるとともに棒材の長手軸に沿って優先的に方向付けられた粒子を含むことが注目された。   The bar was then tempered three times for about 3 hours between about 950 ° F. (about 510 ° C.) and about 1000 ° F. (about 538 ° C.) in a vacuum furnace. It was confirmed that the tempering treatment transformed any retained austenite into martensite. In Examples 1-4, it was noted that the treated bar contained particles that were elongated and preferentially oriented along the longitudinal axis of the bar.

実施例1から4がラジアル鍛造を採用するものの、当該技術において知られる他の鍛造技術が、前述したように、プリフォームを熱機械処理するために用いられ得る。したがって、続く実施例では、ニア平面ひずみ鍛造処理(near-plane-strain forging)が、水平型の熱間アップセッティング(hot upsetting)機上で再現された。プリフォーム65は、この機械を用いて鍛造された場合に、円筒棒材になるように展開された(図7および8Aならびに8B参照)。円筒棒材は、その後、金属切削および金属成形工具を機械加工するまたは形成するためのプリフォームとして用いられることが可能であった。   Although Examples 1 to 4 employ radial forging, other forging techniques known in the art can be used to thermomechanically process the preform as described above. Thus, in the following examples, a near-plane-strain forging was reproduced on a horizontal hot upsetting machine. The preform 65 was developed to be a cylindrical bar when forged using this machine (see FIGS. 7 and 8A and 8B). The cylindrical bar could then be used as a preform for machining or forming metal cutting and metal forming tools.

図7および8Aならびに8Bを参照すれば、ニア平面ひずみ鍛造処理において、工具鋼で完全に構成されるプリフォーム65の幾何形状が、楕円形部分70と円筒形部分72とを有する。円筒形部分72は、いかなる変形も被らず、主として、鍛造の間に機械においてプリフォーム65を位置させ保持するために用いられる。楕円形部分70または領域は加熱され、処理の間に、工具がそこから形成され得るように、変形を受ける。変形の後に、変形されたプリフォーム75は、図8Bに最も良く示されるように、変形された楕円形部分73または領域を有する。   With reference to FIGS. 7 and 8A and 8B, in the near plane strain forging process, the geometry of the preform 65 completely composed of tool steel has an oval portion 70 and a cylindrical portion 72. The cylindrical portion 72 does not suffer any deformation and is primarily used to position and hold the preform 65 in the machine during forging. The oval portion 70 or region is heated and undergoes deformation during processing so that a tool can be formed therefrom. After deformation, the deformed preform 75 has a deformed oval portion 73 or region, as best shown in FIG. 8B.

ここで図9を参照すれば、ニア平面ひずみ鍛造処理において、工具キャビティ74およびラム76が、それぞれ、半円形キャビティを形成するように設計された。工具キャビティ74およびラム76の閉鎖により形成される結果としての円形形状は、まとめて、工具鋼が径方向および周方向の両方に流れることを可能としつつ、一方向での楕円形部分70における工具鋼の動きを阻むように設計された。   Referring now to FIG. 9, in the near plane strain forging process, the tool cavity 74 and ram 76 were each designed to form a semi-circular cavity. The resulting circular shape formed by the closure of the tool cavity 74 and ram 76 collectively allows the tool steel to flow in both the radial and circumferential directions while the tool in the elliptical portion 70 in one direction. Designed to block the movement of steel.

[実施例5]
図7および8Aに示される幾何形状のAISI M2工具鋼プリフォームが、圧延されたままのミル棒材ストック(as-rolled mill bar stock)から機械加工された。従来のミル棒材ストックにおける圧延方向または主要な炭化物方向は、図4中の矢印により示されるように、円筒形部分の軸に対して常に同心であった。処理前の炭化物バンディング(carbide banding)の方向が、熱機械処理後の炭化物の配向を決定し得る。続いて、プリフォームが、いかなる残りの応力も緩和するために、また、ニア等軸粒構造(near-equiaxed grain structure)を実現するために、真空加熱炉において、45分-60分間、1400°F(760℃)で最初に焼鈍しされた。
[Example 5]
The geometry AISI M2 tool steel preform shown in FIGS. 7 and 8A was machined from an as-rolled mill bar stock. The rolling direction or main carbide direction in a conventional mill bar stock was always concentric with the axis of the cylindrical portion, as indicated by the arrows in FIG. The direction of carbide banding before treatment can determine the orientation of the carbide after thermomechanical treatment. Subsequently, the preform is 1400 ° in a vacuum furnace for 45 minutes-60 minutes to relieve any remaining stress and to achieve a near-equiaxed grain structure. It was first annealed at F (760 ° C).

焼鈍し後、各プリフォームの楕円形部分が、誘導コイルを用いて、AC1を超えて、約1850°F(約1010℃)の温度まで加熱された。この処理温度で、微細構造は、オーステナイトで構成されると考えられた。温度が、ニア平面ひずみ鍛造工程をシミュレートするために用いられる50トン水平型アップセッティング機へ組み込まれる赤外線高温計を用いて監視された。プリフォームの楕円形部分が1850°F(1010℃)に達した後、各プリフォームが、ニア半円形断面(例えば図8B参照)へ個々に鍛造された。 After annealing, the ellipsoidal portion of each preform was heated above AC 1 to a temperature of about 1850 ° F. (about 1010 ° C.) using an induction coil. At this processing temperature, the microstructure was thought to be composed of austenite. The temperature was monitored using an infrared pyrometer incorporated into a 50 ton horizontal upsetting machine used to simulate the near plane strain forging process. After the ellipsoidal portion of the preform reached 1850 ° F. (1010 ° C.), each preform was individually forged into a near semicircular cross section (see, eg, FIG. 8B).

鍛造後、各棒材が、対流空気冷却により室温まで焼き入れされた。鍛造後の微細構造は、微細粒状のオーステナイトで構成された。焼き入れ後、オーステナイトがマルテンサイトに変態し、炭化物が沈殿した。この微細構造は、不安定と考えられ、真空加熱炉において、約950°F(約510℃)と約1000°F(約538℃)との間の温度で、約2バールの圧力で、応力緩和された。応力緩和後、プリフォームは、残留オーステナイトをマルテンサイトに変換するために、約1200°F(約649℃)と1400°F(760℃)との間で、1サイクル当たり45-60分間、3回の焼き戻しサイクルを通じて処理された。その後、微細構造における残留オーステナイトをマルテンサイトに変換するために、加熱炉冷却が行われた。   After forging, each bar was quenched to room temperature by convection air cooling. The microstructure after forging was composed of fine-grained austenite. After quenching, austenite transformed to martensite and carbides precipitated. This microstructure is considered unstable and stresses in vacuum furnaces at temperatures between about 950 ° F (about 510 ° C) and about 1000 ° F (about 538 ° C) at a pressure of about 2 bar. Relaxed. After stress relaxation, the preform is placed between about 1200 ° F (about 649 ° C) and 1400 ° F (760 ° C) for 45-60 minutes per cycle for 3 to convert residual austenite to martensite. Processed through multiple tempering cycles. Thereafter, furnace cooling was performed to convert the retained austenite in the microstructure to martensite.

ニア平面ひずみ鍛造からの衝撃強度ゲインは、転位密度の増大およびオーステナイト粒子サイズの縮小によるものであった。しかしながら、ラジアル鍛造処理と異なり、ニア平面ひずみ鍛造では、変形が楕円形部分の全長に沿ってほとんど瞬時に生じるので、周囲に対する熱損失が無視できる。   The impact strength gain from near plane strain forging was due to increased dislocation density and reduced austenite grain size. However, unlike radial forging, in near plane strain forging, deformation occurs almost instantaneously along the entire length of the elliptical portion, so heat loss to the surroundings can be ignored.

[実施例6]
図8Aに示される幾何形状のAISI M2工具鋼プリフォームが、圧延されたままのミル棒材ストックから機械加工され、その後、処理された。先のプリフォームと同様に、処理前の炭化物圧延方向が、従来の方向に方向付けられた(図7参照)。加熱および変形前に、プリフォームは、プリフォームにおけるいかなる残余応力を緩和するために、また、ニア等軸粒構造を得るために、真空加熱炉において、1400°F(760℃)で、45分-60分間、焼鈍しされた。
[Example 6]
An AISI M2 tool steel preform with the geometry shown in FIG. 8A was machined from the as-rolled mill bar stock and then processed. Similar to the previous preform, the carbide rolling direction before treatment was oriented in the conventional direction (see FIG. 7). Prior to heating and deformation, the preform is 45 minutes at 1400 ° F (760 ° C) in a vacuum furnace to relieve any residual stress in the preform and to obtain a near equiaxed grain structure. Annealed for -60 minutes.

各プリフォームは、誘導コイルを用いて2050°F(1121℃)の温度まで加熱された。この温度は、AC1を超えるがAC3未満であった。温度が、赤外線高温計を用いて監視された。コイルおよび高温計の両方が、ACMA50トン水平型アップセッティング機に組み込まれた。AC1とAC3との間の温度における微細構造は、オーステナイトで構成された。2050°F(1121℃)への加熱の後に、楕円形部分が、約1100°F(約593℃)と約1200°F(約649℃)との間の温度まで空気冷却された。温度降下が約1分で生じた。微細構造が準安定オーステナイトで構成された。その後、楕円形部分が1100°F(593℃)と1200°F(649℃)との間の処理温度に保持されつつ、円形断面構造になるように鍛造された。 Each preform was heated to a temperature of 2050 ° F. (1121 ° C.) using an induction coil. This temperature was greater than AC 1 but less than AC 3 . The temperature was monitored using an infrared pyrometer. Both the coil and pyrometer were incorporated into the ACMA 50 ton horizontal upsetting machine. The microstructure at the temperature between AC 1 and AC 3 was composed of austenite. After heating to 2050 ° F. (1121 ° C.), the oval portion was air cooled to a temperature between about 1100 ° F. (about 593 ° C.) and about 1200 ° F. (about 649 ° C.). A temperature drop occurred in about 1 minute. The microstructure was composed of metastable austenite. Thereafter, the elliptical portion was forged to have a circular cross-sectional structure while being maintained at a processing temperature between 1100 ° F. (593 ° C.) and 1200 ° F. (649 ° C.).

その後、鍛造されたプリフォームが室温まで冷却された。冷却において、マルテンサイト変態および炭化物沈殿が生じ、プリフォームの楕円形部分において均質の微細粒状の微細構造がもたらされた。しかしながら、微細構造は、残留オーステナイトの存在のために、大部分の用途について不安定と考えられた。続いて、プリフォームは、950°F(510℃)と1000°F(538℃)との間の温度で、45分-60分間、3回焼き戻しされた。   Thereafter, the forged preform was cooled to room temperature. Upon cooling, martensitic transformation and carbide precipitation occurred, resulting in a homogeneous fine-grained microstructure in the elliptical part of the preform. However, the microstructure was considered unstable for most applications due to the presence of residual austenite. Subsequently, the preform was tempered 3 times for 45 minutes-60 minutes at a temperature between 950 ° F. (510 ° C.) and 1000 ° F. (538 ° C.).

衝撃強度のゲインが、変形された楕円形部分の各々において観察された。衝撃強度ゲインは、転位密度の増大、オーステナイト粒子サイズの縮小、および、炭化物沈殿の開始によるものであった。また、ラジアル鍛造試行の間に観察された結果と同様に、AC1より低い温度で鍛造されたプリフォームの機械特性は、AC1を超えて鍛造されたものより改善された。より低い温度で鍛造されたプリフォームにおける転位密度は、より高い温度で鍛造することによりもたらされた転位密度よりも相当に高いと考えられる。 Impact strength gain was observed in each of the deformed oval portions. The impact strength gain was due to an increase in dislocation density, a reduction in austenite grain size, and onset of carbide precipitation. Similar to the results observed during radial forging trials, the mechanical properties of the preforms forged at lower than AC 1 temperature, was improved over those forged beyond AC 1. It is believed that the dislocation density in preforms forged at lower temperatures is significantly higher than the dislocation density produced by forging at higher temperatures.

図10Aおよび10Bを参照すれば、先の例示的な実施形態における熱機械処理が衝撃強度を改善する一方、ニア平面ひずみ鍛造処理の固有の性質のせいで、各楕円形部分において、比較的高い強度および比較的低い強度の領域が存在する。最大変形および最小変形の領域は、実質的に互いに垂直に方向付けられる。明瞭さのため、鍛造後の粒子の優先的な配向が、図10B中の曲線により示される。比較的低い衝撃強度の領域は、典型的には、工具キャビティおよびラムと接触することになるまたは近接するものである。比較的高い衝撃強度の領域は、最大変形の領域に関係している。図10Aに示される断面の寸法は、高さ約13.11ミリメートルおよび幅約11.03ミリメートルであり、ここで、幅は、プリフォームの端部(左)から、変形された楕円形部分73の表面が円筒形部分72(右)に移行する場所まで測定される。   Referring to FIGS. 10A and 10B, while the thermomechanical process in the previous exemplary embodiment improves impact strength, it is relatively high in each elliptical section due to the inherent nature of the near plane strain forging process. There are areas of strength and relatively low intensity. The areas of maximum deformation and minimum deformation are oriented substantially perpendicular to each other. For clarity, the preferential forged particle orientation is shown by the curve in FIG. 10B. The areas of relatively low impact strength are typically those that will be in contact with or close to the tool cavity and ram. The region of relatively high impact strength is related to the region of maximum deformation. The cross-sectional dimensions shown in FIG. 10A are about 13.11 millimeters high and about 11.03 millimeters wide, where the width is from the end of the preform (left) and the surface of the deformed oval portion 73 is cylindrical. Measured up to the place where it moves to the shape part 72 (right).

ほとんど均一の材料強度の最大の改善が必要とされるプリフォームにおいて、複数ステップの平面ひずみ鍛造処理が、比較的低い衝撃強度の領域の強度を連続して完全するために用いられ得る。例えば、熱機械処理された金属成形および金属切削工具用の円筒棒材を得るために、矩形または正方形の断面幾何形状を備えた棒材の構成をしたプリフォームが、長円形断面を備えた棒材へのニア平面ひずみ鍛造を用いて熱機械処理されることが可能であった。円形断面を備えた棒材を形成するための、長円形断面のその後の熱機械処理は、変形のより均一な分布をもたらし得る。   In preforms where maximal improvement in near uniform material strength is required, a multi-step plane strain forging process can be used to continuously complete the strength of regions of relatively low impact strength. For example, to obtain a cylindrical bar for thermo-mechanically processed metal forming and metal cutting tools, a preform configured with a bar with a rectangular or square cross-sectional geometry is a bar with an oval cross-section. It could be thermomechanically processed using near plane strain forging into the material. Subsequent thermomechanical processing of the oval cross-section to form a bar with a circular cross-section can result in a more uniform distribution of deformation.

具体的に、図10Bを参照すれば、平面ひずみ鍛造を用いた第1の熱機械処理の結果として、比較的低い強度の領域が、最小変形の領域に沿ってまたは近接して位置合わせされ、また、比較的高い強度の領域が、比較的高い変形の領域に対して位置合わせされることになる。したがって、長円形断面へ鍛造される矩形または正方形の棒材が、その後のニア平面ひずみ鍛造処理用のプリフォームとして用いられ得る。その後の処理では、比較的低い強度の領域が、最も高い変形の方向に沿って位置合わせされ得る。この配向は、例えば、初期の変形方向に垂直であり得る。したがって、比較的低い強度の領域は、その領域における変形の結果として強化されることになる。反対に、第1の鍛造作業からの比較的高い強度の領域は、最小の変形強度、ひいては、最小の改善を観察することになる。   Specifically, referring to FIG. 10B, as a result of the first thermomechanical treatment using plane strain forging, the relatively low strength region is aligned along or close to the region of minimal deformation, In addition, the relatively high strength region is aligned with the relatively high deformation region. Accordingly, a rectangular or square bar that is forged into an oval cross section can be used as a preform for subsequent near plane strain forging processes. In subsequent processing, regions of relatively low intensity can be aligned along the direction of highest deformation. This orientation can be, for example, perpendicular to the initial deformation direction. Thus, a relatively low intensity region will be strengthened as a result of deformation in that region. Conversely, a relatively high strength region from the first forging operation will observe a minimum deformation strength and thus a minimum improvement.

[実施例7]
2つの工具は、T15工具鋼の粉末金属プリフォームから調製された。プリフォームは、焼鈍しされた熱平衡にプレスされたT15粉末金属から機械加工された。プレートの微細構造が、その調製方法の結果としてほとんど同位体であったことが注目された。プリフォームは、図11Aに示される構造を有した。図示されるように、プリフォーム76の一端は、ピラミッド形状を有した。プリフォームの全長は、5.75インチ(14.6センチメートル)と測定され、ピラミッド形の部分は、全長が1.75インチ(4.445センチメートル)であった。
[Example 7]
Two tools were prepared from powder metal preforms of T15 tool steel. The preform was machined from T15 powder metal pressed to annealed thermal equilibrium. It was noted that the microstructure of the plate was almost isotope as a result of its preparation method. The preform had the structure shown in FIG. 11A. As shown, one end of the preform 76 had a pyramid shape. The overall length of the preform was measured to be 5.75 inches (14.6 centimeters), and the pyramidal portion had a total length of 1.75 inches (4.445 centimeters).

プリフォーム76は、2000°F(1093℃)と2050°F(1121℃)との間(AC1とAC3との間)の処理温度まで、約4分で、誘導ヒータを用いて加熱された。熱いプリフォームが、500トンのダイ締め力を備えた1000トン水平型機械的AJAXアップセッタ(1000 Ton horizontal mechanical AJAX upsetter)を用いて、ニアネットシェイプ(near net shape)に、1サイクルで鍛造された。鍛造されたプリフォーム78が、図11Bに示される。具体的には、1.75インチ(4.445センチメートル)のピラミッド形端部が、図示されるように、1インチ(2.54センチメートル)の矩形端部80へ鍛造された。 Preform 76 is heated using an induction heater in about 4 minutes to a processing temperature between 2000 ° F (1093 ° C) and 2050 ° F (1121 ° C) (between AC 1 and AC 3 ). It was. A hot preform is forged in one cycle to a near net shape using a 1000 ton horizontal mechanical AJAX upsetter with a 500 ton die clamping force. It was. A forged preform 78 is shown in FIG. 11B. Specifically, a 1.75 inch (4.445 centimeter) pyramidal end was forged into a 1 inch (2.54 centimeter) rectangular end 80 as shown.

鍛造後、鍛造物78が、オーブン内で、45-60分間、1400°F(760℃)で応力緩和される。鍛造されたプリフォーム78は、オーブン内で室温にまで冷却された。   After forging, the forging 78 is stress relieved at 1400 ° F. (760 ° C.) for 45-60 minutes in an oven. The forged preform 78 was cooled to room temperature in an oven.

応力緩和されたプリフォームが、残留オーステナイトをマルテンサイトへ変換するように3段式に焼き戻しされた(triple tempered)。最終的な硬度が、63HRCと66HRCとの間で測定された。3段式に焼き戻しされた部分は、スケールを除去し、炭素除去するために、また、最終的な工具形状を提供するために、機械加工された。2つの工具18b、18cの組が、示されるプリフォームを半分に切ることにより、図11Bに示されるプリフォーム構造から作られた。   The stress relaxed preform was triple tempered to convert residual austenite to martensite. The final hardness was measured between 63HRC and 66HRC. The three-stage tempered part was machined to remove scale, remove carbon, and provide the final tool shape. A set of two tools 18b, 18c was made from the preform structure shown in FIG. 11B by cutting the preform shown in half.

2つの工具18b、18c、すなわち、上側工具および下側工具は、シート鋼ワークピース(図示略)を切断するために、(図11C中の矢印により示されるように)互いに対して作用した。工具間の間隙は、0.006インチ(0.01524センチメートル)であった。ワークピースは、USIBOR 1500Pの名称の下で販売されたAlSi被覆を備えた22MnB5鋼であった。ワークピース鋼は、UTS1500MPa(50HRC)までプレス硬化させられた。シートは、1.85ミリメートル(0.07283インチ)厚と測定された。試験が、約68°F(約20℃)で行われた。切れ刃における摩耗が4カ所で監視された。測定は、5000衝撃またはサイクル毎の切れ刃の輪郭で行われた。 The two tools 18b, 18c, namely the upper tool and the lower tool, acted on each other (as indicated by the arrows in FIG. 11C) to cut the sheet steel workpiece (not shown). The gap between tools was 0.006 inches (0.01524 centimeters). The workpiece was 22MnB5 steel with AlSi coating sold under the name USIBOR 1500P . The workpiece steel was press hardened to UTS 1500MPa (50HRC). The sheet was measured to be 1.85 millimeters (0.07283 inches) thick. The test was conducted at about 68 ° F. (about 20 ° C.). Wear on the cutting edge was monitored at four locations. Measurements were taken at 5000 impacts or edge profile per cycle.

各上側および下側のT15工具に関する切れ刃の輪郭の測定結果が、図12A、13A、14Aおよび15Aに示され、それらはまた、基準材料およびCPM M4粉末金属の工具に関する切れ刃の輪郭を提供している。(CPM M4粉末金属で作られた工具は、以下で、実施例8において十分に記載される。)上側および下側工具の両方における4カ所での摩耗測定が行われる一方、上側および下側工具における2つの最も高い摩耗の場所のみが図に提供される。輪郭の測定は、それぞれ、図12B、13B、14Bおよび15Bに示される場所で行われた。 The measurement results of the cutting edge profile for each upper and lower T15 tool are shown in Figures 12A, 13A, 14A and 15A, which also provide the cutting edge profile for the reference material and CPM M4 powder metal tool doing. (Tools made of CPM M4 powder metal are fully described below in Example 8.) Wear measurements are made at four locations on both the upper and lower tools, while the upper and lower tools Only the two highest wear locations in are provided in the figure. Contour measurements were taken at the locations shown in FIGS. 12B, 13B, 14B and 15B, respectively.

より具体的に、図12Aおよび13Aは、それぞれ、図12B(位置1)および図13B(位置4)にて特定される場所での上側工具の切れ刃の切れ刃輪郭のグラフである。図14Aおよび15Aは、それぞれ、図14B(位置1)および図15B(位置4)にて特定される場所での下側工具の切れ刃輪郭(edge profile)のグラフである。図中に示されるような場所1および4における切れ刃輪郭は、残りの2つの報告されていない場所における摩耗測定結果を例示するものである。   More specifically, FIGS. 12A and 13A are graphs of the cutting edge contour of the cutting edge of the upper tool at the locations specified in FIG. 12B (position 1) and FIG. 13B (position 4), respectively. 14A and 15A are graphs of the edge profile of the lower tool at the locations specified in FIG. 14B (position 1) and FIG. 15B (position 4), respectively. The cutting edge profiles at locations 1 and 4 as shown in the figure illustrate the wear measurement results at the remaining two unreported locations.

図12A、13A、14Aおよび15Aを参照すれば、「開始切れ刃形状」と名前を付けられた線は、いかなる使用前の切れ刃形状を表している。「基準」と名前を付けられた線は、工業規格により処理される基準材料で作られた工具について行われた測定結果を表している。   Referring to FIGS. 12A, 13A, 14A and 15A, the line labeled “Starting Cutting Edge Shape” represents the cutting edge shape before any use. The line labeled “reference” represents the results of measurements made on a tool made of reference material processed according to industry standards.

10000回および20000回打撃におけるT15工具に関する場所1および4での切れ刃輪郭は、それぞれ、「T15...1000回衝撃」および「T15...2000回衝撃」と名前を付けられている。グラフによって例示されるように、前記手順により作られたT15工具の切れ刃は、10000回衝撃で、上側および下側工具の両方とも各場所で、基準材料が10000回衝撃で摩耗するよりも摩耗が少なかった。20000回衝撃では、T15工具は、10000回衝撃での基準材料工具と比較可能な量だけ摩耗した。したがって、本発明の一実施形態によるT15工具は、基準材料より、摩耗および衝撃に対する耐性がほぼ2倍になる。   The cutting edge profiles at locations 1 and 4 for the T15 tool at 10,000 and 20000 strikes are named “T15 ... 1000 impact” and “T15 ... 2000 impact”, respectively. As illustrated by the graph, the cutting edge of the T15 tool made by the above procedure wears at 10,000 impacts, both the upper and lower tools wear at each location rather than the reference material wears at 10,000 impacts. There were few. At 20000 impact, the T15 tool was worn by an amount comparable to the reference material tool at 10,000 impact. Thus, the T15 tool according to one embodiment of the present invention is almost twice as resistant to wear and impact as the reference material.

[実施例8]
2つの工具が、CPM M4工具鋼の粉末金属プリフォームから調製された。(CPMは、ニューヨークのクルーシブルマテリアルズ社の米国における商標である。)プリフォームは、焼鈍しされたCPM M4粉末金属バルク材料から機械加工された。CPM M4プレートの微細構造が、バルクCPM M4材料を調製するために使用される圧延方向の結果として、主要な炭化物バンディングを有したことが注目された。プリフォームは、図11Aに示される構造を有する。図示されるように、プリフォームの一端は、ピラミッド形状を有した。プリフォームの全長は、5.75インチ(14.6センチメートル)と測定され、ピラミッド形の部分は、5.75インチ(14.6センチメートル)のうち、1.75インチ(4.445センチメートル)であった。
[Example 8]
Two tools were prepared from powder metal preforms of CPM M4 tool steel. ( CPM is a US trademark of Crucible Materials, Inc., New York.) The preform was machined from annealed CPM M4 powder metal bulk material. It was noted that the microstructure of the CPM M4 plate had a major carbide banding as a result of the rolling direction used to prepare the bulk CPM M4 material. The preform has the structure shown in FIG. 11A. As shown, one end of the preform had a pyramid shape. The total length of the preform was measured at 5.75 inches (14.6 centimeters), and the pyramidal portion was 1.75 inches (4.445 centimeters) out of 5.75 inches (14.6 centimeters).

プリフォームは、2000°F(1093℃)と2050°F(1121℃)との間(AC1とAC3との間)まで、約4分で、誘導ヒータを用いて加熱された。熱いプリフォームが、500トンのダイ締め力を備えた1000トン水平型機械的AJAXアップセッタ(1000 Ton horizontal mechanical AJAX upsetter)を用いて、ニアネットシェイプ(near net shape)に、1サイクルで鍛造された。鍛造されたプリフォームが、図11Bに示される。具体的には、1.75インチ(4.445センチメートル)のピラミッド形端部(図11Aに示される)が、図示されるように、1インチ(2.54センチメートル)の矩形端部へ鍛造された。 The preform was heated using an induction heater in about 4 minutes to between 2000 ° F. (1093 ° C.) and 2050 ° F. (1121 ° C.) (between AC 1 and AC 3 ). A hot preform is forged in one cycle to a near net shape using a 1000 ton horizontal mechanical AJAX upsetter with a 500 ton die clamping force. It was. The forged preform is shown in FIG. 11B. Specifically, a 1.75 inch (4.445 centimeter) pyramid shaped end (shown in FIG. 11A) was forged into a 1 inch (2.54 centimeter) rectangular end as shown.

鍛造後、プリフォームが、オーブン内で、45-60分間、1400°Fで応力緩和される。プリフォームは、オーブン内で室温にまで冷却された。   After forging, the preform is stress relieved at 1400 ° F for 45-60 minutes in an oven. The preform was cooled to room temperature in an oven.

応力緩和されたプリフォームが、いかなる残留オーステナイトもマルテンサイトへ変換するように3段式に焼き戻しされた。最終的な硬度が、62HRCと64HRCとの間で測定された。   The stress-relieved preform was tempered in three stages so that any residual austenite was converted to martensite. The final hardness was measured between 62HRC and 64HRC.

図11Bの鍛造されたプリフォームの切れ刃の領域における優先的な粒子配向は、図16Aに示されるものと同様であった。図16Aに示されるサンプルの寸法は、上部から底部まで17.98ミリメートルで、左右に13.82ミリメートルであった。図12A、13A、14Aおよび15Aに示される切れ刃の測定結果から、CPM M4鍛造された工具は、10000衝撃で、基準材料より摩耗が少なかった。再度、工具の寿命における実質的な改善が観察された。 The preferential grain orientation in the region of the cutting edge of the forged preform of FIG. 11B was similar to that shown in FIG. 16A. The sample dimensions shown in FIG. 16A were 17.98 millimeters from top to bottom and 13.82 millimeters from side to side. From the measurement results of the cutting edges shown in FIGS. 12A, 13A, 14A, and 15A, the CPM M4 forged tool showed less wear than the reference material at 10,000 impacts. Again, a substantial improvement in tool life was observed.

本発明は、種々の実施形態の説明により例示されてきたが、また、これらの実施形態は、かなり詳細に説明されてきたが、それは、添付された特許請求の範囲をかかる詳細に制限する、または、多少なりと限定するという出願人の意図ではない。付加的な利点および変更は、当業者に容易に想到されるであろう。したがって、より広範な実施形態における発明は、したがって、特定の詳細、典型的な装置および方法、および、図示され説明される例示的な実施例に限定されない。したがって、逸脱は、出願人の一般的発明概念の範囲から逸脱することなく、かかる詳細から行われ得る。   Although the invention has been illustrated by descriptions of various embodiments, and these embodiments have been described in considerable detail, it limits the scope of the appended claims to such details, Or it is not the applicant's intention to limit it somewhat. Additional advantages and modifications will readily occur to those skilled in the art. Accordingly, the invention in broader embodiments is therefore not limited to the specific details, exemplary apparatus and methods, and illustrative examples shown and described. Accordingly, departures may be made from such details without departing from the scope of applicants' general inventive concept.

18 工具
20 部材
22 外表面
28 ワークピース
30 第1の領域
32 第2の領域
65 プリフォーム
70 領域
18 tools
20 parts
22 Exterior surface
28 workpieces
30 First area
32 Second area
65 preform
70 areas

Claims (19)

マルテンサイト変態開始温度および安定オーステナイト温度を有する工具鋼で構成されたプリフォームを熱機械処理することによって工具を製造するための方法であって、前記プリフォームが第1の領域と、該第1の領域に隣接した第2の領域とを備え、各領域がオーステナイトを含んだ領域を有し、前記第1の領域が外表面と該外表面に関する複数の外側寸法とを有しており、
前記マルテンサイト変態開始温度と前記安定オーステナイト温度との間の処理温度で少なくとも前記プリフォームの前記第1の領域を確立するステップと、
前記プリフォームの前記第1の領域が前記処理温度にある間、前記第1の領域の前記外側寸法の少なくとも1つを変化させるように、かつ前記外表面から該外表面の下方1ミリメートル以上の深さに延びる深さにわたって前記第1の領域の微細構造を修正するように、前記第2の領域を変形させることなく前記第1の領域を平面ひずみ鍛造加工するステップと、
前記第1の領域が変形された後、前記第1の領域を室温まで冷却するステップと、
を含み、
前記第1の領域の微細構造は、誤配向角度の分布を有するマルテンサイト結晶粒を含み、前記誤配向角度は変形させない熱処理からの平均誤配向角度よりも大きい平均誤配向角度によって特徴づけられており、前記第1の領域の微細構造は、少なくとも1つの微細構造特性において前記第2の領域とは異なっており、
前記第1の領域は、前記外表面から1ミリメートルよりも深い深さへと延びている方法。
A method for manufacturing a tool by thermomechanically processing a preform composed of tool steel having a martensitic transformation start temperature and a stable austenite temperature, wherein the preform includes a first region, the first region, A second region adjacent to the region, each region having a region containing austenite, the first region having an outer surface and a plurality of outer dimensions with respect to the outer surface,
Establishing at least the first region of the preform at a processing temperature between the martensitic transformation start temperature and the stable austenite temperature;
While the first region of the preform is at the processing temperature, to change at least one of the outer dimensions of the first region and from the outer surface to less than 1 millimeter below the outer surface. Plane strain forging the first region without deforming the second region so as to modify the microstructure of the first region over a depth extending to the depth;
Cooling the first region to room temperature after the first region is deformed;
Including
The microstructure of the first region includes martensite grains having a misorientation angle distribution, the misorientation angle being characterized by an average misorientation angle that is greater than an average misorientation angle from a heat treatment that does not deform. The microstructure of the first region is different from the second region in at least one microstructure characteristic;
Said first region, Ru Tei extends from the outer surface to a depth greater than 1 mm method.
前記第1の領域が変形された後、前記第1の領域の前記外側寸法が、金属成形または金属切削用途に用いられる工具のニアネットシェイプにほぼ等しい請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein after the first region is deformed, the outer dimension of the first region is approximately equal to a near net shape of a tool used in metal forming or metal cutting applications. 前記第1の領域がある断面積を有し、前記深さが前記断面積にわたって延びている請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first region has a cross-sectional area and the depth extends across the cross-sectional area. 前記第1の領域がある断面積を有し、前記外側寸法の前記少なくとも1つにおける変化が前記断面積を縮小している請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first region has a cross-sectional area, and a change in the at least one of the outer dimensions reduces the cross-sectional area. 前記第1の領域がある長さを有し、前記外側寸法の前記少なくとも1つにおける変化が前記第1の領域の長さを大きくしているか、または小さくしている請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first region has a length and a change in the at least one of the outer dimensions increases or decreases the length of the first region. . 前記変形により修正された前記微細構造が、34°を超える平均誤配向角度により特徴付けられる誤配向角度の分布を有するマルテンサイト結晶粒を含んだ請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the microstructure modified by the deformation comprises martensite grains having a misorientation angle distribution characterized by an average misorientation angle greater than 34 °. 前記処理温度が、前記第1の領域が変形される間、等温に保持される請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the processing temperature is kept isothermal while the first region is deformed. 前記処理温度が、前記工具鋼のオーステナイト変態開始温度を超える請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the treatment temperature exceeds an austenite transformation start temperature of the tool steel. 前記処理温度でプリフォームを確立するステップが、前記安定オーステナイト温度を超えない温度まで前記第1の領域を加熱するステップを含んだ請求項8に記載の方法。   9. The method of claim 8, wherein establishing a preform at the processing temperature comprises heating the first region to a temperature that does not exceed the stable austenite temperature. 前記第1の領域を平面ひずみ鍛造加工する前に、前記工具鋼のオーステナイト変態開始温度を超える温度まで前記第1の領域を加熱し、前記オーステナイト変態開始温度を超える温度から前記処理温度まで前記第1の領域を冷却するステップを更に含んだ請求項1に記載の方法。   Before plane strain forging the first region, the first region is heated to a temperature exceeding the austenite transformation start temperature of the tool steel, and the first region is heated from the temperature exceeding the austenite transformation start temperature to the treatment temperature. The method of claim 1, further comprising the step of cooling one region. 前記処理温度が工具鋼のオーステナイト変態開始温度を超えるものであり、
前記第1の領域が変形される間に、前記処理温度を前記オーステナイト変態開始温度を超えて保持するステップを更に含んだ請求項1に記載の方法。
The treatment temperature exceeds the austenite transformation start temperature of the tool steel,
The method of claim 1, further comprising maintaining the processing temperature above the austenite transformation start temperature while the first region is deformed.
前記処理温度が前記工具鋼の前記マルテンサイト変態開始温度とオーステナイト変態開始温度との間であり、
前記第1の領域が変形される間に、前記処理温度を前記マルテンサイト変態開始温度と前記オーステナイト変態開始温度との間に保持するステップを更に含んだ請求項1に記載の方法。
The treatment temperature is between the martensitic transformation start temperature and the austenite transformation start temperature of the tool steel;
The method of claim 1, further comprising maintaining the treatment temperature between the martensitic transformation start temperature and the austenite transformation start temperature while the first region is deformed.
前記第1の領域の前記微細構造が再結晶しない請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the microstructure of the first region does not recrystallize. 前記第1の領域を焼き戻しするステップを更に含み、該焼き戻しステップが、前記処理温度を超えない温度まで前記第1の領域を加熱するステップを含んだ、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising tempering the first region, the tempering step comprising heating the first region to a temperature that does not exceed the processing temperature. 前記第1の領域を平面ひずみ鍛造加工する前に、工具鋼で作られるシェルを同様でない鋼で作られたコアと組み立てるステップを更に含み、前記処理温度で前記第1の領域を確立するステップが前記処理温度で少なくとも前記シェルを確立するステップと、前記シェルが前記処理温度にある間に、前記シェルの少なくとも一部を変形させるステップとを含んだ請求項1に記載の方法。   Prior to plane strain forging the first region, further comprising assembling a shell made of tool steel with a core made of dissimilar steel, and establishing the first region at the processing temperature; The method of claim 1, comprising establishing at least the shell at the processing temperature and deforming at least a portion of the shell while the shell is at the processing temperature. ワークピースを変形および/または切断するための機械内で使用するための工具であって、
工具鋼からなる部材を含み、
該部材は、前記機械と結合されるように構成された第1の部分と、前記ワークピースに接触するように適合された第2の部分と、を画定した外表面を有し、
前記第2の部分は、前記外表面から1ミリメートルを超える深さまで延びる第1の領域と、前記第1の領域により前記外表面から分離された第2の領域と、を含み、
前記第1の領域は、34°を超える平均誤配向角度により特徴付けられる誤配向角度の分布を有し、前記第2の領域より少なくとも10%小さい平均結晶粒サイズを有し、且つ前記第2の領域における複数の結晶粒とは異なる結晶粒配向を有する複数の結晶粒を含んだ工具。
A tool for use in a machine for deforming and / or cutting a workpiece,
Including members made of tool steel,
The member has an outer surface defining a first portion configured to be coupled to the machine and a second portion adapted to contact the workpiece;
The second portion includes a first region extending from the outer surface to a depth greater than 1 millimeter, and a second region separated from the outer surface by the first region;
The first region has a misorientation angle distribution characterized by an average misorientation angle greater than 34 °, has an average grain size that is at least 10% smaller than the second region, and the second region A tool including a plurality of crystal grains having a crystal grain orientation different from the plurality of crystal grains in the region.
前記平均誤配向角度が、少なくとも40°である請求項16に記載の工具。   The tool according to claim 16, wherein the average misorientation angle is at least 40 °. 前記第1の領域の微細構造が、再結晶されていない請求項16に記載の工具。   The tool of claim 16, wherein the microstructure of the first region is not recrystallized. 前記部材が、工具鋼で作られたシェルと、同様でない鋼で作られたコアとを有し、前記シェルが、前記第1の部分を画定した前記外表面と、前記第2の領域の少なくとも一部を形成するコアとを有している請求項16に記載の工具。   The member includes a shell made of tool steel and a core made of dissimilar steel, the shell including the outer surface defining the first portion, and at least the second region. The tool according to claim 16, comprising a core that forms a part.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2483120C1 (en) * 2012-05-22 2013-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" Method of hardening built-up high-speed steel
RU2627837C1 (en) * 2016-02-24 2017-08-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" Method for manufacturing weld bimetallic cutting tool
KR101781816B1 (en) * 2017-01-12 2017-09-26 박명석 Composite surface treatment method for improving lifetime of die casting mold
US10682725B2 (en) * 2017-11-30 2020-06-16 The Boeing Company Microstructure refinement methods by mechanical work for additive manufactured materials
CN107952965B (en) * 2017-12-08 2020-09-29 有研工程技术研究院有限公司 Preparation method of plum blossom inner hexagonal punch needle and needle head
JP7185211B2 (en) * 2018-02-07 2022-12-07 住友重機械ハイマテックス株式会社 Tool material manufacturing method and tool material
WO2019180492A1 (en) * 2018-03-23 2019-09-26 Arcelormittal Forged part of bainitic steel and a method of manufacturing thereof
CN109632550B (en) * 2018-12-24 2022-01-14 长安大学 Abrasion performance contrast test device and test method
CN114247884A (en) * 2020-09-22 2022-03-29 苹果公司 Surface treatment of metal parts
CN112705613B (en) * 2021-02-26 2023-03-31 惠州市诺利星电子科技有限公司 Punching device for electronic product production

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3340102A (en) * 1962-05-15 1967-09-05 Manlabs Inc Metal process and article
US3413166A (en) * 1965-10-15 1968-11-26 Atomic Energy Commission Usa Fine grained steel and process for preparation thereof
US3903761A (en) 1971-09-28 1975-09-09 Phillips Screw Co Process for the manufacture of driver bits
US4170497A (en) * 1977-08-24 1979-10-09 The Regents Of The University Of California High strength, tough alloy steel
US4318733A (en) * 1979-11-19 1982-03-09 Marko Materials, Inc. Tool steels which contain boron and have been processed using a rapid solidification process and method
SE452124B (en) * 1984-06-19 1987-11-16 Kloster Speedsteel Ab SUBJECT TO COMPLETE STATE TOOL MATERIAL AND WELL MANUFACTURED
GB8725668D0 (en) * 1987-11-03 1987-12-09 Reed Tool Co Manufacture of rotary drill bits
US6348752B1 (en) * 1992-04-06 2002-02-19 General Electric Company Integral motor and control
JP3716454B2 (en) * 1995-05-01 2005-11-16 大同特殊鋼株式会社 Manufacturing method of high strength and toughness mold by warm hobbing
JP3563587B2 (en) * 1998-03-10 2004-09-08 新日本製鐵株式会社 Hot width reduction press tool and manufacturing method thereof
JPH11254077A (en) * 1998-03-12 1999-09-21 Sanyo Special Steel Co Ltd Manufacture of die of high strength and high toughness
DE19921286A1 (en) * 1999-05-07 2000-11-09 Sms Demag Ag Heat treatment process for the production of surface-hardened long and flat products from unalloyed or low-alloy steels
JP2005314756A (en) * 2004-04-28 2005-11-10 Jfe Steel Kk Component for machine structure
SE0402760L (en) * 2004-11-10 2006-05-09 Sandvik Intellectual Property Cutting tools for metalworking and method of manufacturing cutting tools
PL1985390T3 (en) * 2007-03-23 2011-09-30 Dayton Progress Corp Tools with a thermo-mechanically modified working region and methods of forming such tools

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