JPH05253613A

JPH05253613A - 熱間押出用マンドレル

Info

Publication number: JPH05253613A
Application number: JP8763692A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakagawa; 豊中川; Tsuneo Kiyosue; 常夫清末
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1993-10-05

Abstract

(57)【要約】【目的】耐摩耗性改善のためにマンドレル表層部に形
成した窒化層の剥離を防止する。窒化層を形成した圧延
部Ａと窒化層を形成しないねじ部Ｂとの境界部分でのマ
ンドレル破断を防止する。【構成】窒化層の深さを0.２５ｍｍ以上とする。窒化
層の表面硬度を１０００〜１１００Ｈｖとする。窒化層
の摩耗による使用限界までマンドレルの寿命が延びる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間押出による継目無
管の製造に使用される熱間押出用マンドレルに関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間押出製管法としては代表的なユジー
ン法では、加熱したホロービレットをコンテナ内に収容
し、そのホロービレットの心孔にマンドレルを挿入した
状態でステムによりホロービレットを前方へ押圧する。
コンテナの前方には、ダイがセットされており、その内
部には前記マンドレルの先端部が所定のギャップをもっ
て挿入されている。従って、ステムで前方へ押圧された
ホロービレットは、ダイとマンドレルとの間の環状の隙
間から管状に押し出される。この方法によると、ステン
レス鋼はもとより、それより更に加工性が悪い高合金ま
で製管することができる。

【０００３】ここに使用されるマンドレルは、高温高圧
の苛酷な摩耗環境にさらされる。そのため、素材には、
ＪＩＳＧ４４０４に規定される熱間合金工具用鋼が使
用され、これをマンドレルに機械加工した後、焼入れ・
焼きなましを施し、更に、その表面に硬質クロムめっき
を施して用いる。硬質クロムめっきは、マンドレルの表
面硬度を高くし、耐摩耗性を向上させるための処理であ
る。また、押出用とは明記されていないが、熱間加工用
マンドレルの表面に窒化処理を施して耐摩耗性を高める
ことは、特開昭５９−１４３０７９号公報に開示されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近の押出
材料の高合金化に伴う加工性の悪化や、歩留り向上のた
めの高加工度化により、熱間押出用マンドレルの使用環
境は極度に苛酷化しており、硬質クロムめっきでは対応
が困難な状況になってきた。

【０００５】一方、窒化処理は、硬質クロムめっきより
も更に高い硬度をマンドレル表面に付与でき、めっき等
に代わる有効な耐摩耗性改善手段として有望視されてい
るわけであるが、本発明者らの調査によれば、表面窒化
処理を施したマンドレルも、熱間押出では窒化層が比較
的早期に剥離し、窒化層の摩耗による使用限界までマン
ドレルを使用できないことが分かった。

【０００６】また、熱間押出用マンドレルは、図１に示
すように、マンドレルホルダーに保持される関係から、
基端部にねじ部Ｂを有する。ねじ部Ｂ以外の部分Ａは、
圧延部と呼ばれる。圧延部Ａの基端部は、ダミーブロッ
クに通される部分で、若干大径とされている。押間押出
用マンドレルに前記窒化処理を施す場合は、後の取扱い
でねじ部Ｂのねじ山が欠損するのを防ぐために、この部
分にキャップを被せて窒化処理が行われないようにす
る。

【０００７】このような窒化処理を受けた熱間押出用マ
ンドレルは、押出操作終了後のマンドレル引抜き時に、
圧延部Ａ（窒化部）とねじＢ（非窒化部）との境界部分
でしばしば破断することを本発明者らは経験している。
従って、この境界部破断も、窒化層の剥離と共に窒化処
理マンドレルの寿命を縮める原因になっている。

【０００８】本発明の目的は、窒化処理により表面の耐
摩耗性を高めた場合の、窒化層の剥離および境界部の破
断を防いで、窒化層の摩耗による使用限界まで使用可能
な長寿命の熱間押出用マンドレルを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】表面窒化処理を施した熱
間押出用マンドレルの本来の寿命を引き出すためには、
マンドレル表層部に形成された窒化層の剥離と、圧延部
Ａとねじ部Ｂとの境界部分でのマンドレル破断とを防止
することが必要である。これを実現するために、本発明
者らは窒化層の特に深さおよび硬度に着目し、これらが
窒化層の剥離およびマンドレルの境界部破断に与える影
響を調査した。

【００１０】その結果、窒化層の剥離防止に対しては、
窒化層の厚み方向の硬度勾配をゆるやかにする必要のあ
ること、また、マンドレルの破断防止に対しては、窒化
層の硬さを若干低下させる必要のあること、窒化層を軟
らかくすれば耐摩耗性が低下するが、窒化層の硬度分布
をゆるやかにする手段として、その層厚を大きくする手
段を採用すれば、窒化層の硬度低下による寿命低下が相
殺され、最終寿命が大幅に向上することを知見した。

【００１１】本発明はかかる知見に基づきなされたもの
で、マンドレルホルダーに取り付けるためのねじ部を基
端部に有し、焼入れ・焼きなましにより硬度がＨ_RC４０
以上５５以下に調整された熱間合金工具用鋼からなる熱
間押出用マンドレルであって、前記ねじ部を除くマンド
レルの表層部に表面からの深さが0.２５ｍｍ以上の窒化
層を有し、その窒化層の表面硬度がＨｖ１０００以上１
１００以下であることを特徴とする熱間押出用マンドレ
ルを要旨とする。

【００１２】

【作用】本発明においては、窒化層の深さを母材の硬度
より１０％以上高硬度となっている層厚により規定す
る。これを0.２５ｍｍ以上とすることにより、窒化層の
表面から母材へかけての硬度変化が、その表面と母材と
の硬度差に起因するクラックを防止できる程度に緩やか
となる。その結果、このクラックに起因する窒化層の剥
離が防止される。窒化層の深さの上限は特に規定しない
が、窒化層を必要以上に形成すると、延性が低下してク
ラックが生じ易くなるので、0.３５ｍｍ以下とするのが
望ましい。

【００１３】窒化層の表面硬度は、ビッカース硬さＨｖ
で規定する。これを１１００以下とすることにより、マ
ンドレル引き抜き時の衝撃によっても、圧延部Ａとねじ
部Ｂとの境界部分に破断が生じなくなることを本発明者
らは確認している。ただし、Ｈｖが１０００未満になる
と、窒化層の摩耗が顕著になり、窒化層の剥離やマンド
レルの破断を防止しても、窒化層による延命効果が充分
でなくなる。

【００１４】熱間押出用マンドレルのねじ部Ｂは、押出
段取によって圧延部Ａより小径あるいは大径（図示の場
合は小径）に形成してある。圧延部Ａとねじ部Ｂのねじ
山形成部分Ｂ１との間は、応力分散のために丸みが付け
られた変径部Ｂ２になっている。従来は主にこの変径部
Ｂ２基端の最小径部近傍でマンドレルの破断が生じてい
たが、本発明のマンドレルでは、この最小径部近傍での
破断が確実に防止される。

【００１５】マンドレル材質は、焼入れ・焼きなましに
よって所定の硬度を付与された熱間合金工具用鋼であ
り、その硬度はロックウェル硬さＨ_RCで４０以上５５以
下が必要である。Ｈ_RC４０未満ではマンドレルに変形が
生じるおそれがあり、Ｈ_RC５５超では窒化層の表面硬度
の制限下でもマンドレルが破断するおそれがある。望ま
しい材質硬度はＨ_RC４５〜５０である。このような熱間
合金工具用鋼としては、例えばＪＩＳＧ４４０４にＳ
ＫＤ６，ＳＫＤ６１，ＳＫＤ６２として規定された工具
用鋼を挙げることができる。

【００１６】窒化層を形成するための表面窒化処理は、
前記条件を満足する窒化層を形成できればよく、特にそ
の処理方法および条件は問わないが、通常はガス窒化
法、イオン窒化法、塩浴窒化法が採用され、例えば、ガ
ス窒化法の場合には、雰囲気ガスとしてアンモニアガス
を用い、加熱温度５００〜５６０℃、保持時間４０〜６
０時間程度の条件で所要の窒化層を形成することができ
る。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００１８】ＪＩＳＧ４４０４ＳＫＤ６１に規定さ
れた熱間合金工具用鋼を用い全長１２７５ｍｍ、圧延部
長１２００ｍｍ、圧延部径３５ｍｍ、ねじ部径３７ｍｍ
のマンドレルに機械加工した。製作されたマンドレルの
ねじ部にキャップを装着してマンドレルをアンモニアガ
スの雰囲気中で加熱処理した。加熱処理での加熱温度と
保持時間を変えることで圧延部の表層部に種々の深さお
よび硬さの窒化層を形成した各２０本のマンドレルをＳ
ＵＳ３０４の熱間押出に使用した。押出条件は押出温度
１２２０℃、押出比４０である。同様に製造したＳＫＤ
６製のマンドレルも使用した。使用結果を表１に示す。

【００１９】寿命は、表面に硬質クロムめっきを施した
マンドレルの寿命を１として評価した。破断本数は、窒
化層の摩耗または剥離による使用限界までの間に破断を
生じた本数であり、破断を生じたグループについても、
使用限界まで使用できたマンドレルがあれば、その寿命
の平均も平均寿命比の項に併記した。

【００２０】

【表１】本発明条件外＊破断を含む平均寿命比＊＊破断を含まない平均寿命比

【００２１】グループ２は窒化層の表面硬度が高すぎる
ため、２０本中６本のマンドレルが使用限界に至る前
に、圧延部とねじ部との境界部分で破断を生じ、破断を
考慮した場合の平均寿命比は0.８に過ぎない。破断を除
外した場合でも、窒化層の厚み方向の硬度勾配が相対的
にきつくなるため、窒化層の剥離が比較的顕著で、硬度
から期待されるほどには寿命は延びない。表面硬度の抑
制は、窒化層の剥離防止にも有効である。

【００２２】グループ３は窒化層の表面硬度が低すぎる
ため、破断を生じるマンドレルはなかったものの窒化層
の摩耗が顕著であり、クロムめっきマンドレルの寿命と
変わらない。また、グループ４は、表面硬質が適切なる
も窒化層が浅すぎるために、摩耗による使用限界まで至
る前に窒化層の剥離が生じ、その平均寿命比は0.９で窒
化層を形成した効果は得られていない。

【００２３】これらに対し、本発明に属するグループ５
〜７のマンドレルは、破断および剥離がなく、全てが摩
耗による使用限界まで使用できて、平均寿命はクロムめ
っきマンドレルの1.３〜1.５倍に達した。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の熱間押出用マンドレルは、マンドレル表層部に窒化層
を形成した場合の窒化層の剥離およびマンドレル破断を
防ぐので、窒化層の摩耗による使用限界まで使用可能で
ある。従って、窒化層による延命効果をあますことなく
享受でき、高合金等の難加工材の押出に使用される場合
も極めて長い寿命を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱間押出用マンドレルの一般的形状を示す側面
図である。

【符号の説明】

Ａ圧延部Ｂねじ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マンドレルホルダーに取り付けるための
ねじ部を基端部に有し、焼入れ・焼きなましにより硬度
がＨ_RC４０以上５５以下に調整された熱間合金工具用鋼
からなる熱間押出用マンドレルであって、前記ねじ部を
除くマンドレルの表層部に表面からの深さが0.２５ｍｍ
以上の窒化層を有し、その窒化層の表面硬度がＨｖ１０
００以上１１００以下であることを特徴とする熱間押出
用マンドレル。