JPH02211909A - 熱間加工用複合ダイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は被加工材を棒体やパイプ体に熱間押出し加工す
るときに用いる耐熱ダイスに関し、更に詳しくは、被加
工材と接触する部分は、その高温強度や耐摩耗性が優れ
ている粉末焼結体で構成されている熱間加工用複合ダイ
スに関する。

（従来の技術） 通常、Ｃｕ棒の製造はＣｕビレットの熱間押出しで行な
われている。この場合、第５図に側断面図として示した
ような形状のダイスが、押出し加工材の押出口部分に装
着される。すなわち、ダイス１は、その一方の面ｌａ側
をＣｕビレットが内蔵されているコンテナ２に嵌合し、
他の面ｌｂ側を加工材のステム（図示しない）に固定す
る。そして、ダイスｌの中心には所定径のダイス孔１ｃ
がダイスの他の面１ｂまで形成されている。このダイス
孔１ｃは、一般に、ダイスの一方の面１ａからある長さ
までは加工すべきＣｕ棒の径を規定する所定の孔径部と
なっており、更にそれよりもダイスの他方の面１ｂに至
るまでの部分は、前記孔径部よりも若干大径となってい
る。

この状態でコンテナ２を矢印ｐ方向に移動させて、内蔵
されているＣｕビレットを前記ダイス孔１ｃから押出し
て所定径のＣｕ棒が製造される。

この場合、Ｃｕビレットの温度は、通常、７５０〜１０
５０°Ｃであり、またコンテナ２による押出しに伴ない
ダイスの面１ａに加わる圧力は、通常、１５〜８５　ｋ
ｇ／１ｍ”程度である。

このようなことから、ダイスには次のような特性が要求
される。すなわち、ダイスのＣｕビレットと接触する側
の面１ａは上記高温下においても熱変形を起さない程度
の高温強度を有することと、ダイス孔ＩＣの耐摩耗性が
優れていることである。

一方、ダイスの他方の面Ｉｂ側においては、その温度が
２００〜６００°Ｃ程度になるため接触面ｌａ側はど高
温強度は要求されず、むしろ、コンテナ２の全体圧に対
しても座屈しないような高い低温強度が必要とされてい
る。

現在、このようなダイスは、インコネル７１８や、５Ｋ
Ｄ６１．５ＫＤ６２のような熱間ダイス綱を用いた一体
物として製造されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記したインコネル７１８のダイスの場
合、その使用に際しては例えば７３０°Ｃで１５時間の
時効処理を施すことにより強度を高めることが行なわれ
るが、しかし、押出し加工の過程では前記Ｃｕビレット
によりダイス温度が高まり、その結果、軟化してダイス
は熱間変形やダイス孔の摩耗を起してしまい、２．３回
の押出し操作後には、得られるＣｕ棒の寸法公差が所定
の幅（±０．１ａｌｌ）を外れてしまうようになる。す
なわち、この鋼種はその寿命が極めて短いという欠点が
ある。

また、５ＫＤ６１や５ＫＤ６２のダイスの場合も、イン
コネル７１Ｂと略同様に熱間変形や摩耗を起すとともに
、若干脆性であるため押出し加工時に割れや欠けを生し
ることがあり、その寿命は短い。

このようなことから、ダイスの材料として超硬合金を用
いることが試みられているが、しかし、その価格は高価
であるということに加えて、耐熱衝撃性も良好ではない
ため、押出し加工後のＣｕ棒の水冷却時に割れるという
事態を招くことかある。

本発明は、従来のダイスにおける上記したような問題を
解決し、その寿命が大幅に延びた熱加工用複合ダイスの
提供を目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記した目的を達成するために、本発明においでは、Ｃ
：　０．５重量％以下、Ｓｉ：２，０重量％以下、Ｍｎ
：２．０重量％以下、Ｃｒ：８゜０〜２０．０重量％、
Ｎｉ：６４．０〜８４．０！！量％、Ｍｏ：１．Ｏ〜７
．０重量％、Ｗ：］、０〜５，０重量％、Ａｌ１．０〜
１０．０重量％、Ｔｊ：０．５〜２．０重量％、残部が
Ｆｅと不可避的不純物である組成を必須とする粉末焼結
体から成る被加工材接触部と、該被加工材接触部に一体
的に拡散接合して固着され、２００〜６００℃における
引張強度が６０〜１００ｋｇ／鴫２である鋼種のダイス
基部とから成ることを特徴とする熱間加工用複合ダイス
が提供される。

本発明の複合ダイス１１においては、第１図の側断面図
に示したように、被加工材と接触する部分１１ａが後述
する組成を有し高温強度と耐摩耗性に優れた粉末焼結体
から成り、ダイス基部１１ｂが低温強度大で押出し加工
時に座屈することのない鋼種から成り、前記被加工材接
触部１１ａとダイス基部１１ｂとの界面は、熱間静水圧
加圧法（以下、Ｈ［Ｐという）を適用することζより形
成された拡散接合によって強固に一体化されている。

まず、前記した被加工材接触部１１ａを構成する粉末焼
結体は、前述した組成を有している。この組成における
各成分の作用とその含有量の限定理由を以下に述べる。

Ｃ：Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗと炭化物を形成し耐摩耗性を高める
ために必要な成分である。しかし、その含有量があまり
多くなると、耐熱性や靭性の低下を招き易くなるので、
その含有量は０．５重量％以下に設定される。好ましい
含有量は０．１〜０．４重量％である。

Ｓｉ、Ｍｎ：いずれも脱酸剤として機能するが、その含
有量が多くなりすぎると、得られる焼結体は脆性となる
ので、その含有量は、いずれの場合においても２．０重
量％以下に設定される。好ましい含有量は、Ｓ　ｉ　：
　０．２〜０．６重量％、Ｍｎ１．０１〜０．１０重量
％である。

Ｃｒ：焼結体の耐熱性、耐酸化性を高めるために必要な
成分であり、その含有量は８．０〜２０．０重量％の範
囲内に設定される。含有量が８：０重量％未満の場合に
は上記した効果を得ることかできず、また、２０．０重
量％を超えると上記効果の低減とともに焼結体の切削加
工性も低下して不都合である。

Ｎｉ：Ｃｒと同じように焼結体の耐熱性、耐酸化を高め
るとともに耐摩耗性の向上に寄与する成分であり、その
含有量は６４．０〜８４．０重量％の範囲内に設定され
る。含有量が６４．０重量％未満の場合は上記した効果
が得られず、また８４．０重量％を超えると耐摩耗性が
損われる。

Ｍｏ、Ｗ：これらはいずれも焼結体の高温強度、靭性を
高めるために必要な成分であり、その含有量は、Ｍｏ、
Ｗそれぞれ１．０〜７．０重量％、１．０〜５．０重量
％の範囲内に設定される。含有量が、上記下限値よりも
少ない場合は高温強度の低下を招き、また上限値を超え
る場合は、逆に靭性低下を招き焼結体の強度がでにくく
なる。

Ａｚ、’ｒｔ：これらはいずれも析出硬化化合物を生成
せしめて焼結体の高温強度を高めることに寄与する成分
であり、その含有量は、Ａｚ：ａ、。

〜１０．０重量％、Ｔｉ：０．５〜２．０重量％の範囲
内に設定される。

含有量がそれぞれ上記下限偵未溝の場合は、上記した効
果を得ることができず、また上限値を超える場合には、
析出物が粗大化して焼結体の高温強度の低下を招くよう
になるので不都合である。

好ましい含有量は、ＡＩ！１．０〜７，０重量％、Ｔｉ
：０．５〜１．０重量％である。

本発明の焼結体における残部はＦｅと不可避的不純物で
ある。

なお、以上の成分の外に、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂの１種または
２種以上を更に含有せしめてもよい、これらの成分は、
いずれも焼結体の高温強度の向上に寄与する成分である
が、しかしあまり多量に含有せしめると、靭性低下のよ
うな不都合が生じはじめるので、その含有量は、いずれ
の場合も２．０重量％以下に制限することか好ましい。

本発明の複合ダイスにおけるダイス基部は、前述したよ
うに、被加工材接触部におけるような強度は必要ではな
く、押出し加工時に座屈を起さない程度の強度を有する
鋼種であればよい、具体的には、２００〜６００℃にお
ける引張強度が６０〜１００　ｋｇ／ａｍ”であるよう
な鋼種である。この温度域における強度が上記６０ｋｇ
／ａｕａ”より低い鋼種の場合は、押出し加工時に座屈
を起し易く、また引張強度が１００ｋｇ／１ａｌｌ”よ
り高い鋼種は、たしかに座屈を起さないが、しかし徒ら
にコストを引きあげることになり、実用性に乏しい。

このような鋼種としては、通常、熱間ダイス鋼として用
いられているものであればよい、とくに、Ｃ：　０．２
５〜０．４５重量％、Ｓｉ：２重量％以下、Ｍｎ：２重
量％以下、Ｃｒ：３〜７重量％、Ｍａｉｌ〜３重量％、
Ｖ　：　０．２〜２重量％を必須の組成とする５ＫＤ６
１．５ＫＤ６２は、その熱電導率、硬さ、強度も適切で
あり、またコストの面からも好適な材料である。

本発明の複合ダイスは次のようにして製造することがで
きる。すなわち、まず、第２図に側断面図として示した
ように、所定の径、高さを有し、その上面にはリング状
の溝部１２ａが形成されている円柱ブロック１２を、例
えば５ＫＤ６１のような材料で製作する。この場合、溝
部１２ａの深さは、目的とするダイスにおいて被加工材
の径を規定するノズル孔部分の長さと路間等かそれ以上
の寸法であることが好ましく、また、ブロック１２の中
央突出部１２ｂの径は前記ノズル孔部分の孔径と路間等
の寸法にする。

ついで、第３図に示すように、前記溝部１２ａには前記
した組成の合金粉末を充填する。用いる合金粉末の粒径
は１００メツシユ以下であることが好ましい。

ついで、全体に所定のキャニング処理を施したのち、Ｈ
ＩＰ装置にセットしてＨＩＰ処理を施す。

このとき、圧力媒体としてはＡｒが好ましく、またＨＩ
Ｐ温度は前記円柱ブロック１２の熔解温度未満で、かつ
合金粉末１３の焼結に必要な温度に設定される０通常、
１０００〜１２００°Ｃである。

また、このときのＨＩＰ圧力は１０００ａｔ−以上であ
ることが好適である。ＨＩＰ時間は１０〜２０時間でよ
い。

かくして、合金粉末が焼結されて、円柱ブロック１２の
溝部１２ａには粉末焼結体が形成される。

このＨＩＰ処理の過程で、ブロック１２と焼結体との接
触界面では、各材料中成骨の相互拡散が進行する。その
結果、溝部と焼結体は、極めて高い接合強度を有する拡
散接合により一体化し、ここに複合体が形成される。

ついで、得られた複合体に熱処理を施して、ブロック１
２を焼戻ししてその強度の安定化を図り、同時に形成さ
れた焼結体を時効処理に付して同じ（その強度の安定化
、硬さの調整を行なう、このときの熱処理は、５００〜
６５０°Ｃで１０〜２０時間程度行なえばよい。

最後に、第４図に示したように、機械加工を施して、第
３図におけるブロック上面の突起１２ｂをくり抜いて被
加工材の径を規定する所定径のノズル孔部分１４ａと、
ブロック１２の中心をくり抜いて前記ノズル孔部分１４
ａより若干大径の部分１４ｂとから成るノズル孔１４を
形成し、更にブロック１２の外径ならびにステムへの取
付は部を切削加工して形成する。

かくして、ダイス基部１２″の上面に粉末焼結体１３’
　が拡散接合している一体構造の複合ダイスが得られる
。

この複合ダイスにおいては、粉末焼結体１３゜の側の部
分が高温の被加工材に接触し、ダイス基部１２″側が押
出加工機のステムに固定されて使用に供されている。

（発明の実施例） 実施例１，２、比較例１．　２ 第１表に示した組成（重量％）の合金から焼結用の粉末
を製造した（平均粒径８０メツシユ）。

ついで、表示の組成（重量％）を有する５ＫＤ６１．５
ＫＤ６２の鋼種から第２図に示した形状のブロックを加
工した。このブロックの直径は１９０閤、全長は１２０
１、中央の突起の径は２５ＩＩＩ１１、高さは２０閣で
あり、溝部の幅は７８ｍｍであった。

この溝部に焼結用粉末を充填し、温度１１３０°Ｃ１圧
力１０００ｋｇ／ｃｄ、圧力媒体Ａｒの条件下において
、約１０時間のＨＩＰ処理を施した。得られた複合体に
第１表に示した熱処理を施したのち、所定の機械加工を
行なって本発明の複合ダイスとした。

この複合ダイスをＣｕ棒押出し加工機に装着し、Ｃｕビ
レットの温度９００〜９５０　’Ｃ１押出し圧力２３０
　ｋｇ／ｃｄ、押出し時間２時間の条件下においてＣｕ
ビレットの押出し加工を行なった。

このときに所定の寸法公差が維持可能である押出し本数
を調べた。この本数が多い程、使用寿命の長いダイスで
あることを示す、焼結体およびダイス基部の各表面硬さ
（ＨＩＣ）とあわせて、その結果を第１表に示した。

なお、ダイス基部をＬ６０５で形成した場合、およびダ
イスとして表示組成のインコネル７１Ｂから成る一体物
を用いた場合のそれぞれの結果を比較例１．比較例２と
して併記した。

（以下余白） ４゜ （発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明の複合ダイスは、
高温の被加工材と接触する部分が、高温強度、耐摩耗性
に優れ、ＨＩＰで形成された粉末焼結体から成り、また
ステム側の部分は低温強度の大きい鋼種から成り、かつ
、両者の間は、これらの拡散接合によって強固に接合さ
れているため、押出し加工時における熱間変形や摩耗、
基部の座屈等が起らず、長期に亘り寸法公差を維持して
被加工材を熱間押出しすることが可能になる。すなわち
、本発明の複合ダイスはその寿命が従来のものに比べて
格段と向上し、その工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合ダイス例の側断面図、第２図から
第４図は本発明の複合ダイスの製造法を説明するための
概略図で、第２図はダイス基部になるブロックの側断面
図、第３図は焼結体になる合金粉末をブロックの溝部に
充填した状態を示す側断面図、第４図は機械加工終了後
の複合ダイスの側断面図、第５図は従来のダイスをコン
テナに装着した状態を示す側断面図である。 １１・・・複合ダイス、ｌｌａ・・・被加工材接触部、
１１ｂ・・・ダイス基部、１２・・・円柱ブロック、１
２ａ・・・溝部、１２ｂ・・・中央突起、１３・・・充
填された合金粉末、１２’　・・・ダイス基部、１３’
　・・・粉末焼結体、１４ａ、１４ｂ−ダイス孔。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．５重量％以下、Ｓｉ：２．０重量％以下
   、Ｍｎ：２．０重量％以下、Ｃｒ：８．０〜２０．０重
   量％、Ｎｉ：６４．０〜８４．０重量％、Ｍｏ：１．０
   〜７．０重量％、Ｗ：１．０〜５．０重量％、Ａｌ：３
   ．０〜１０．０重量％、Ｔｉ：０．５〜２．０重量％、
   残部がＦｅと不可避的不純物である組成を必須とする粉
   末焼結体から成る被加工材接触部と、該被加工材接触部
   に一体的に拡散接合して固着され、２００〜６００℃に
   おける引張強度が６０〜１００ｋｇ／ｍｍ＾２である鋼
   種のダイス基部とから成ることを特徴とする熱間加工用
   複合ダイス。
2. （２）前記粉末焼結体が、更に、Ｖ：２．０重量％以下
   、Ｚｒ：２．０重量％以下、Ｎｂ：２．０重量％以下の
   １種または２種以上を含有している請求項１記載の熱間
   加工用複合ダイス。