JPH0688166A

JPH0688166A - 耐ヒートクラック性にすぐれる熱間加工用金型

Info

Publication number: JPH0688166A
Application number: JP26079792A
Authority: JP
Inventors: Isao Tamura; 庸田村
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1992-09-03
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 1994-03-29
Anticipated expiration: 2016-11-12
Also published as: JP3228440B2

Abstract

(57)【要約】【目的】窒化層の硬さや硬化層の深さを制御すること
により、耐ヒートクラックに対して、最適な強度と延性
を付与させた窒化層を有する熱間加工用金型を提供す
る。【構成】重量％で、Ｃ 0.30%〜0.55%、Ｓi 1.20%以
下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｃr 2.55〜6.50%、ＷとＭoの１種
または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5%、Ｖ 0.2〜1.5%、
残部Ｆeおよび不可避的不純物からなり、少なくとも作
業面に窒化層を有し、かつ前記窒化層の表面から25μm
内部での硬さがHV800以下であり、さらに基地の硬さよ
り高い硬化層の深さが100μm以下である耐ヒートクラッ
ク性にすぐれる熱間加工用金型で、必要に応じてＮi,Ｃ
o,Ｎb,Ｔa,Ｔiを規定範囲内で添加することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に、ダイカスト金
型、または一部のプレス金型、アルミ押出金型に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】熱間加工用金型の耐久性を増すために、
ＳＫＤ６やＳＫＤ６１などに窒化処理を適用することは
一般に広く普及している。例えば、アルミダイカスト金
型の場合、型寿命の大半を占めるのはヒートクラックの
進行であるが、ヒートクラックは加熱冷却の繰り返しに
より発生する熱応力のために引き起こされるので、これ
に耐える強度を付与するために窒化処理により、金型表
面部を硬化して使用する。また、プレス金型の場合は、
上記の熱応力に加え、被加工材との摩擦作用により、ヒ
ートクラックと塑性流動が金型表面部に生じることによ
って摩耗するが、これに耐える強度や耐摩耗性を付与す
るため窒化処理を適用する。さらに、アルミ押出金型の
場合、アルミ合金と摺動するベアリング面の摩耗を防ぐ
ために、耐摩耗性を付与する目的で窒化処理が適用され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年、上記
の加工技術で成形する製品の用途が大きく広がったこと
を背景として、加工技術が多様化、高度化したことによ
り、従来の窒化された金型では要求特性を満たさない分
野が増えてきた。例えば、ダイカストの場合、外装部品
へのダイカスト製品の適用が増加してきた。この場合、
金型面のクラックは製品に転写されるが、外装部品の場
合、軽度のクラックでも外観を損うため、金型を継続的
に使用することは不可能となる。また自動車部品へのダ
イカスト製品が従来のケース類を主体としたものから、
強度が要求される足回り部品にも適用されるようになっ
てきた。このような製品の製造には、溶湯鍛造法のよう
な新しいダイカスト技術の実用化が進められている。と
ころが、溶湯鍛造に使用する金型は、作用する熱応力が
より苛酷となる結果、従来のダイカスト金型と比較して
非常に早い段階で、金型の特定位置、例えばコーナー部
のような応力集中をまねきやすい位置にクラックが生ず
ることが問題となっている。

【０００４】また、プレス金型の場合は、ギヤ類など複
雑かつ細かい形状を精密加工する鍛造技術の実用化が進
んでいる。この場合もコーナー部が増え、しかも鋭角化
するため、早期に発生するクラックが問題となってい
る。アルミ押出し金型の場合も、熱交換器部品の扁平管
のように超微細な形状をもつ製品の加工が行なわれるよ
うになり、同様にコーナー部からのクラックが問題とな
っている。このように、従来の窒化による硬化層は、強
度や耐摩耗性の向上には効果が大きく、圧縮応力に対し
て強い反面、引張応力に対してはクラックが生じやす
く、硬さや深さの面でかえってクラックの発生が早期に
起こりやすい場合がある。

【０００５】従来、ＳＫＤ６、ＳＫＤ６１に代表される
5％Cr系の熱間工具鋼では、通常の焼入れ焼もどし硬さH
RC40ないし55の金型に常用の窒化処理を行なうと、窒化
深さは処理時間によって制御できるが、表面硬さはHV10
00前後となる。このように窒化硬さが高い場合、前述し
たようなヒートクラックの発生を問題にするような用途
に対しては、かえってクラックの発生が早くなることが
多かった。そこで本発明者は、金型のヒートクラックの
発生現象に着目し、これに及ぼす窒化層の硬さと深さ、
すなわち硬さ勾配および金型形状の影響を詳細に検討し
た結果、ヒートクラックの発生に対し、最適な強度と延
性を備える窒化層の硬さ勾配があることを見い出した。

【０００６】ところで、熱間加工用金型に窒化処理を行
なって金型の強度、耐摩耗性を高める効果については、
特開昭54-50421号、同54-56913号、同54-110916号、同5
5-93872号に開示されている。しかし、これらは、窒化
を行なった場合に高い表面硬さと深い窒化層が得られや
すい金型用鋼に関するものであり、金型特性面では、強
度や耐摩耗性を向上させる目的にとどまり、本発明が対
象とする、外装部品や鋭角化したコーナー部を有する部
品を熱間で製造する金型のヒートクラックの発生を防止
する目的で、表面から25μm内部での硬さがHV800以下で
あり、さらに基地の硬さより高い硬化層の深さが100μm
以下とする窒化層についての記述はない。

【０００７】以上述べたように、金型の使用条件が高度
化、過酷化したことにより、ヒートクラック発生の問題
が顕在化してきたので、従来の単純な窒化処理だけでは
対応できなくなってきている。本発明の目的は、窒化層
の硬さや硬化層の深さを制御することにより、耐ヒート
クラックに対して、最適な強度と延性を付与させた窒化
層を有する熱間加工用金型を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、耐ヒートクラ
ック性に関し、熱間工具鋼を窒化した場合の窒化層の硬
さと深さ、すなわち硬さ勾配および金型形状の影響を詳
細に検討した結果、ヒートクラックの発生に対し、最適
な強度と延性を備える窒化層の硬さ勾配があることを見
出したものである。本発明の窒化性状を備える熱間加工
用金型を使用することにより、初期のクラック生成を問
題とするような成形条件のダイカスト法や、初期のクラ
ック生成を問題とするような金型形状のプレス型やアル
ミ押出し型のクラックの発生を抑えることが可能とな
る。

【０００９】すなわち、本発明の第１発明は重量％で、
Ｃ 0.30%〜0.55%、Ｓi 1.20%以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｃr
2.55〜6.50%、ＷとＭoの１種または２種を1/2Ｗ＋Ｍo
で1.0〜4.5%、Ｖ 0.2〜1.5%、残部Ｆeおよび不可避的不
純物からなり、少なくとも作業面に窒化層を有し、かつ
前記窒化層の表面から25μm内部での硬さがHV800以下で
あり、さらに基地の硬さより高い硬化層の深さが100μm
以下であることを特徴とする耐ヒートクラック性にすぐ
れる熱間加工用金型であり、第２発明は重量％で、Ｃ
0.30%〜0.55%、Ｓi 1.20%以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｎi 0.
1〜1.5%、Ｃr 2.55〜6.50%、ＷとＭoの１種または２種
を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5%、Ｖ 0.2〜1.5%、残部Ｆeおよ
び不可避的不純物からなり、少なくとも作業面に窒化層
を有し、かつ前記窒化層の表面から25μm内部での硬さ
がHV800以下であり、さらに基地の硬さより高い硬化層
の深さが100μm以下であることを特徴とする耐ヒートク
ラック性にすぐれる熱間加工用金型である。

【００１０】第３発明は重量％で、Ｃ 0.30%〜0.55%、
Ｓi 1.20%以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｃr2.55〜6.50%、Ｗと
Ｍoの１種または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5%、Ｖ 0.2
〜1.5%、Ｃo 0.3〜5.0%、残部Ｆeおよび不可避的不純物
からなり、少なくとも作業面に窒化層を有し、かつ前記
窒化層の表面から25μm内部での硬さがHV800以下であ
り、さらに基地の硬さより高い硬化層の深さが100μm以
下であることを特徴とする耐ヒートクラック性にすぐれ
る熱間加工用金型であり、第４発明は重量％で、Ｃ 0.3
0%〜0.55%、Ｓi 1.20%以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｎi 0.1〜
1.5%、Ｃr 2.55〜6.50%、ＷとＭoの１種または２種を1/
2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5%、Ｖ 0.2〜1.5%、Ｃo0.3〜5.0%、
残部Ｆeおよび不可避的不純物からなり、少なくとも作
業面に窒化層を有し、かつ前記窒化層の表面から25μm
内部での硬さがHV800以下であり、さらに基地の硬さよ
り高い硬化層の深さが100μm以下であることを特徴とす
る耐ヒートクラック性にすぐれる熱間加工用金型であ
る。

【００１１】第５発明は重量％で、Ｃ 0.30%〜0.55%、
Ｓi 1.20%以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｃr2.55〜6.50%、Ｗと
Ｍoの１種または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5%、Ｖ 0.2
〜1.5%、Ｎb、Ｔa、Ｔi、の１種または２種以上を合計
で0.03〜0.40％、残部Ｆeおよび不可避的不純物からな
り、少なくとも作業面に窒化層を有し、かつ前記窒化層
の表面から25μm内部での硬さがHV800以下であり、さら
に基地の硬さより高い硬化層の深さが100μm以下である
ことを特徴とする耐ヒートクラック性にすぐれる熱間加
工用金型であり、第６発明は重量％で、Ｃ 0.30%〜0.55
%、Ｓi 1.20%以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｎi 0.1〜1.5%、Ｃ
r 2.55〜6.50%、ＷとＭoの１種または２種を1/2Ｗ＋Ｍo
で1.0〜4.5%、Ｖ 0.2〜1.5%、Ｎb、Ｔa、Ｔi、の１種ま
たは２種以上を合計で0.03〜0.40％、残部Ｆeおよび不
可避的不純物からなり、少なくとも作業面に窒化層を有
し、かつ前記窒化層の表面から25μm内部での硬さがHV8
00以下であり、さらに基地の硬さより高い硬化層の深さ
が100μm以下であることを特徴とする耐ヒートクラック
性にすぐれる熱間加工用金型である。

【００１２】第７発明は重量％で、Ｃ 0.30%〜0.55%、
Ｓi 1.20%以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｃr2.55〜6.50%、Ｗと
Ｍoの１種または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5%、Ｖ 0.2
〜1.5%、Ｃo 0.3〜5.0%、Ｎb、Ｔa、Ｔi、の１種または
２種以上を合計で0.03〜0.40％、残部Ｆeおよび不可避
的不純物からなり、少なくとも作業面に窒化層を有し、
かつ前記窒化層の表面から25μm内部での硬さがHV800以
下であり、さらに基地の硬さより高い硬化層の深さが10
0μm以下であることを特徴とする耐ヒートクラック性に
すぐれる熱間加工用金型であり、第８発明は重量％で、
Ｃ 0.30%〜0.55%、Ｓi 1.20%以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｎi
0.1〜1.5%、Ｃr 2.55〜6.50%、ＷとＭoの１種または２
種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5%、Ｖ 0.2〜1.5%、Ｃo 0.3〜
5.0%、Ｎb、Ｔa、Ｔi、の１種または２種以上を合計で
0.03〜0.40％、残部Ｆeおよび不可避的不純物からな
り、少なくとも作業面に窒化層を有し、かつ前記窒化層
の表面から25μm内部での硬さがHV800以下であり、さら
に基地の硬さより高い硬化層の深さが100μm以下である
ことを特徴とする耐ヒートクラック性にすぐれる熱間加
工用金型である。

【００１３】

【作用】本発明金型の窒化層の硬さと深さの限定理由に
ついて述べる。ヒートクラックは、金型使用時の加熱−
冷却の熱サイクルに伴う繰返しの熱応力によって金型表
面にクラックが発生し、進展する現象である。窒化層
は、表面が硬化して高温耐力を高め、金型表面が昇温す
る際に発生する圧縮応力に対して著しい効果がある。一
方、冷却時に発生する表面部の引張応力に対して延性の
低い硬質の窒化層は不利に働く。表面部の窒化層の硬さ
は、金型使用時にヒートクラックが発生し始める時期に
深い関係がある。すなわち、表面から25μm内部での硬
さがHV800を越えると、冷却時に発生する表面部の引張
応力に対する延性が著しく低下するため、クラックの発
生時期が極めて短時間になるので、窒化層の表面から25
μmでの硬さをHV800以下に限定する。

【００１４】また、基地の硬さより高い窒化層は、一度
発生した初期のクラックの進展を早めるため、基地の硬
さより高い硬化層の深さが100μmを越えるとヒートクラ
ックが大きく成長する原因になる。この現象を抑制させ
るために、基地の硬さより高い硬化層の深さを100μm以
下に限定する。本発明の最も特徴とするところは、金型
の窒化層を表面から25μm内部での最高硬さを低硬度側
に規制すると共に、硬化層の深さを100μm以下に限定す
ることで、ヒートクラックの発生時期と成長の低減を初
めて達成できたのである。

【００１５】次に本発明の熱間加工用金型の材料となる
成分範囲の限定理由について述べる。Ｃは、本発明鋼の
すぐれた焼入性、焼もどし硬さ、および高温硬さを維持
し、またＷ、Ｍo、Ｖ、Ｃrなどの炭化物形成元素と結合
して炭化物を形成し、結晶粒の微細化効果、耐摩耗性、
焼もどし軟化抵抗、高温硬さを与えるために添加する。
上記の効果を得るために、Ｃは最低0.30%が必要であ
る。多すぎると過度の炭化物の析出をまねき靭性を低下
させるので0.55%以下に限定する。Ｓiは、本発明の金型
の耐酸化性を付与するため1.2%以下添加する。Ｍnは、
焼入性を向上させるが、多すぎるとＡ1変態点を過度に
低下させ、焼なまし硬さを過度に高くし、被切削性を低
下させるので0.1〜1.50%とする。

【００１６】Ｃrは、適正な添加量の設定により、焼も
どし軟化抵抗および高温強度の向上、Ｃと結合して炭化
物を形成することによる耐摩耗性の向上、焼入性の向上
および窒化性付与の効果を有するものであり、2.55%以
上の添加が必要である。Ｃｒは本発明の窒化に関してと
くに重要な元素である。窒化処理における窒化反応中、
Ｃｒは窒素と結びついて窒化物を形成し、本発明金型の
表面の高温強度を向上させ耐ヒートクラック性向上効果
を付与する。多すぎると本発明鋼の高温強度を低下させ
るため、6.50%以下とする。

【００１７】Ｗ，Ｍo量の設定は本発明鋼の用途に必要
とされる高温強度、軟化抵抗を保つ上で重要である。
Ｗ，Ｍoは、焼もどし処理時に微細な特殊炭化物を析出
して、軟化抵抗、高温強度を高める。ただし過度の添加
は過度の炭化物の析出をまねき靭性を低下させるので、
金型、工具の使用条件に応じた強度、高温強度に基づい
て、ＷとＭoの１種または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5%
添加する。

【００１８】Ｖは、固溶しにくい炭化物を形成して耐摩
耗性および耐焼付性の向上に効果を有するものであり、
焼入加熱時には基地中に固溶し、焼もどし時に微細な凝
集しにくい炭化物を析出して高い温度域における軟化抵
抗を大とし、大きな高温耐力を与えるための重要な元素
である。また、結晶粒を微細化して靭性を向上させると
ともに、Ａ₁変態点を上げ、優れた高温耐力とあいまっ
て、耐ヒートクラック性を向上させる効果をもたらすも
のである。本発明鋼の特徴である優れた靭性と高温強度
とを兼備させるためにＶ量の設定は非常に重要である。
多すぎると巨大な炭化物を生成し熱間加工方向に沿う紐
状炭化物の分布傾向を増大させ、その方向に沿うクラッ
クの進展を助長するため、1.5%以下とし、低すぎると型
表面部の早期軟化をまねくなど、上記添加の効果が得ら
れないので0.2%以上とする。

【００１９】ＮiはＣ, Ｃr, Ｍn, Ｍo, Ｗなどとともに
本発明鋼に優れた焼入性を付与し、緩やかな焼入冷却速
度の場合にも、マルテンサイト主体の組織を形成させ、
靭性の低下を防ぐ作用があり、また基地の本質的な靭性
改善効果を与えるため、必要に応じて添加する。Ｎiは
上記効果を得るために、最低0.1%必要であるが、多すぎ
るとＡ₁変態点を過度に低下させ、へたり寿命の低下を
まねき、焼なまし硬さを過度に高くして機械加工性を低
下させるため1.5%以下とする。

【００２０】Ｃoは、使用中の昇温時、きわめて緻密で
密着性の良い保護酸化皮膜を形成し、これにより相手材
との間の金属接触を防ぎ、金型表面の温度上昇を防ぐと
ともに優れた耐摩耗性をもたらすものである。ただし、
この酸化皮膜は厚くなりすぎると金型表面の肌あれをま
ねき逆効果となるが、Ｃoは酸化皮膜の形成速度や厚み
を抑える効果を持つ。Ｃoは上記効果を付与するために
添加するとよいが、多すぎると靭性を低下させるので5.
0%以下とし、低すぎると上記添加の効果が得られないの
で0.3%以上とする。Ｎb、Ｔa、Ｔiはいずれも焼入れ加
熱保持中の結晶粒の成長を抑制し、結晶粒を微細化し、
金型材の靱性値を高める作用があるため、添加する場合
にはＮb、Ｔa、Ｔiの１種または２種以上を合計で0.03%
以上添加する。しかし、多すぎると、粗大な炭化物が生
じ、却って金型材の靱性値を低下させるため0.40％以下
とする。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明
する。表１に示す本発明が対象とする組成範囲内の素材
を準備した。このうち、JISSKD61である鋼１から試験片
を作製し、ヒートクラック試験装置を用いてテストを行
った。試験片の寸法は、直径 90mm、厚さ 50mmであり、
試験要領は、試験片端面を600℃に短時間で高周波加熱
したのち、20℃の水で冷却する熱サイクルを繰り返し与
え、500サイクル毎に試験片表面を観察し、ヒートクラ
ック発生の有無を確認したもので、その試験結果を表２
に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】比較金型の試験片１〜５は、表２に示す硬
さにそれぞれ焼入れ焼もどしを行ない、そのまま試験に
供した。一方、比較金型の試験片６〜９および本発明金
型の試験片１、２は、鋼１をHV470に焼入れ焼もどしし
たのち窒化処理を行ない、それぞれの試験片の表層部が
図１の硬さ勾配となるように調整した。なお、表２に示
す窒化表面硬さは、表面から距離25μmの位置を断面か
ら測定したビッカース硬さを、また窒化深さは、表層部
の硬さ勾配が母材硬さと一致するまでの表面からの距離
を示す。表２には、ヒートクラックが発生したサイクル
数のほか、窒化処理をしない状態の鋼１を加熱温度600
℃で引張試験を行ない、その時の0.2％耐力値と、20℃
で引張試験を行い、その時の絞り値を併記した。

【００２５】ヒートクラックは、図２に示した加熱−冷
却過程における表面温度−応力−歪みの関係より発生す
る熱応力によって発生するので、高温耐力の高いものが
有利であるが、冷却時に繰り返し作用する引張応力に対
しては、延性の高い方が有利である。したがって、耐力
と延性の関係よりHV510とHV560である比較金型の試験片
３と４の耐ヒートクラック性が最も良好であった。

【００２６】窒化処理により表面が硬化し、高温耐力は
高くなり、一方延性は低下する。表面硬さが高く、かつ
窒化深さが大きい場合、ヒートクラックが発生しやす
く、また窒化層内を進行しやすいことが容易に推定でき
る。一方、適度な窒化硬さと窒化深さである場合には、
ヒートクラックが発生しにくく、かつ窒化層直下の延性
の高い母材でクラックの進行が止まる。以上述べた挙動
を、比較金型の試験片６と本発明金型の試験片１の窒化
組織とヒートクラック発生後の表面組織を比較して図３
に示す。表２の結果より、窒化層の表面硬さはHV800以
下、窒化深さを100μm以下にすることが耐ヒートクラッ
ク性向上に有効であることがわかる。本発明の金型の窒
化組織はガス窒化、ガス軟窒化、イオン窒化、真空窒化
のいずれでも窒化温度や窒化時間または処理ガス組成を
適当に制御することによって、実現できる。

【００２７】（実施例２）以下、本発明をダイカスト金
型に実施した例を示す。表１に示す鋼１〜３の組成の素
材を準備し、これからダイカスト金型を製作し、実用テ
ストを行なった結果を表３に示す。金型は自動車部品の
アルミ製ヘッドカバーを作る入れ子型であり、寸法は32
0mm×550mm、厚み180mmである。アルミ合金の溶湯温度
は690℃であり、型締力1500tの鋳造機で成形を行なっ
た。

【００２８】

【表３】

【００２９】表３において、鋼１はJIS SKD61である。
熱処理はダイカスト金型に荒加工後、1020℃加熱後、20
0℃以下まで強風をあてて冷却する衝風焼入れ後、焼も
どしにて所定の硬さとなるごとく焼もどしを行なった。
仕上げ加工後、本発明を含む一部の金型には真空窒化処
理を行なった。表３にこれらのダイカスト金型のヒート
クラック発生サイクル数を示す。本製品は外装部品であ
るため、金型にヒートクラックが発生すると製品に転写
されるので、製品の手直しが必要となる。表３中の比較
金型３はヒートクラック発生サイクル数は向上したが、
金型コーナー部より大割れが生じ、所期の金型寿命を満
足しなかった。本発明の窒化処理を行なうことによっ
て、ヒートクラック発生サイクル数が大きく改善され、
製品の手直し工程を大幅に削減することができた。また
用途によっては、鋼２あるいは鋼３のような材料コスト
の高い材料を使用しなくても鋼１(SKD61)に本発明の窒
化処理の適用により、十分なヒートクラック発生寿命を
得ることができた。

【００３０】（実施例３）以下、本発明を熱間プレス金
型に実施した例を示す。表１に示す鋼１、４〜７の組成
の素材を準備し、これから熱間プレス金型を製作し、実
用テストを行なった結果を表４に示す。金型は自動車部
品のベベルギヤを作る入れ子型であり、寸法は直径220m
m、厚み180mmであり、10ヶの歯を有する傘歯車を成形す
るための溝が型面に加工されている。鍛造温度は1050℃
であり、最大能力1500tのクランクプレスで成形を行な
った。

【００３１】

【表４】

【００３２】表４において、鋼１はJIS SKD61である。
熱処理は熱間プレス金型に荒加工後、鋼１、鋼４、５は
1020℃加熱後、鋼６、７は1140℃加熱後、200℃の油に
浸漬する油焼入れ後、焼もどしにて所定の硬さとなるご
とく焼もどしを行なった。仕上げ加工後、本発明を含む
一部の金型にはイオン窒化処理を行なった。表４にこれ
らの熱間プレス金型の型寿命を示す。該金型は多数のコ
ーナー部があるため、あるコーナー部に過大な偏荷重が
かかりやすく、金型コーナー部よりヒートクラックを起
点とした大割れが生じやすい。しかし窒化しない金型は
摩耗が早期に起こりやすかった。本発明の窒化処理を行
なうことによって、摩耗寿命が大きく改善され、また大
割れも生じなかった。

【００３３】（実施例４）以下、本発明をアルミ押出し
金型に実施した例を示す。表１に示す鋼８の組成の素材
を準備し、これからアルミ押出し金型を製作し、実用テ
ストを行なった結果を表５に示す。金型は熱交換器部品
の扁平管を押出しで中空製品とするホローダイスであ
り、直径200mm、厚み65mmの外殻寸法に、矩形（20mm×5
0mm）中空部マンドレルと２ポートをもつ雄型に雌型を
組み合わせたものである。雄型は極めて微細な凹状の溝
(溝のピッチは約0.3mm)を多数設けた構造のベアリング
部を有する。さらに押出し圧力は60kgf/mm²であり、ア
ルミ合金のビレット温度は450℃であり、ダイスの予熱
温度も450℃である。熱処理はダイカスト金型に荒加工
後、1020℃加熱後、200℃以下まで強風をあてて冷却す
る衝風焼入れ後、焼もどしにて所定の硬さとなるごとく
焼もどしを行なった。仕上げ加工後、比較例には、タフ
トライド窒化処理を、本発明には真空窒化処理を行なっ
た。

【００３４】

【表５】

【００３５】表５にこれらの押出し金型の寿命状況を示
す。押出し金型はアルミ合金ビレットと摺動するベアリ
ング面の耐摩耗性を保持するため繰り返し窒化するが、
従来の窒化法の場合、ベアリング部を構成する凸条部全
体が窒化層となり、ヒートクラックを起点として、凸条
部の根元からの欠損が生じ易かった。本発明の窒化処理
を行なうことによって、繰り返し窒化しても、窒化層が
過度に深くなりにくく欠損が起こらなかった。

【００３６】

【発明の効果】以上に記述したように、本発明熱間加工
用金型は従来金型より耐ヒートクラック性に優れ、ダイ
カスト金型のヒートクラック発生サイクル、熱間プレス
金型の耐摩耗寿命向上あるいは、従来窒化法よりヒート
クラックを起点とした大割れに、さらに微細構造のベア
リング部をもつアルミ押出し金型のヒートクラックを起
点とした欠損の点で優れた使用寿命を与える金型を製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】窒化処理した熱間工具鋼のビッカース硬さと表
面からの距離との関係を示す図である。

【図２】熱間加工用の金型表面を200〜600℃に繰り返し
急熱急冷した場合の型表面での表面温度−応力−歪みの
関係を示す図である。

【図３】表２中の比較金型相当の試験片６と、本発明金
型相当の試験片１の窒化金属組織と、ヒートクラック発
生後の表面金属組織を示した写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２３Ｃ 8/26 7516−4Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ 0.30%〜0.55%、Ｓi 1.20%
以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｃr 2.55〜6.50%、ＷとＭoの１
種または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5%、Ｖ 0.2〜1.5
%、残部Ｆeおよび不可避的不純物からなり、少なくとも
作業面に窒化層を有し、かつ前記窒化層の表面から25μ
m内部での硬さがHV800以下であり、さらに基地の硬さよ
り高い硬化層の深さが100μm以下であることを特徴とす
る耐ヒートクラック性にすぐれる熱間加工用金型。
【請求項２】重量％で、Ｃ 0.30%〜0.55%、Ｓi 1.20%
以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｎi 0.1〜1.5%、Ｃr 2.55〜6.50
%、ＷとＭoの１種または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5
%、Ｖ 0.2〜1.5%、残部Ｆeおよび不可避的不純物からな
り、少なくとも作業面に窒化層を有し、かつ前記窒化層
の表面から25μm内部での硬さがHV800以下であり、さら
に基地の硬さより高い硬化層の深さが100μm以下である
ことを特徴とする耐ヒートクラック性にすぐれる熱間加
工用金型。
【請求項３】重量％で、Ｃ 0.30%〜0.55%、Ｓi 1.20%
以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｃr 2.55〜6.50%、ＷとＭoの１
種または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5%、Ｖ 0.2〜1.5
%、Ｃo 0.3〜5.0%、残部Ｆeおよび不可避的不純物から
なり、少なくとも作業面に窒化層を有し、かつ前記窒化
層の表面から25μm内部での硬さがHV800以下であり、さ
らに基地の硬さより高い硬化層の深さが100μm以下であ
ることを特徴とする耐ヒートクラック性にすぐれる熱間
加工用金型。
【請求項４】重量％で、Ｃ 0.30%〜0.55%、Ｓi 1.20%
以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｎi 0.1〜1.5%、Ｃr 2.55〜6.50
%、ＷとＭoの１種または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5
%、Ｖ 0.2〜1.5%、Ｃo 0.3〜5.0%、残部Ｆeおよび不可
避的不純物からなり、少なくとも作業面に窒化層を有
し、かつ前記窒化層の表面から25μm内部での硬さがHV8
00以下であり、さらに基地の硬さより高い硬化層の深さ
が100μm以下であることを特徴とする耐ヒートクラック
性にすぐれる熱間加工用金型。
【請求項５】重量％で、Ｃ 0.30%〜0.55%、Ｓi 1.20%
以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｃr 2.55〜6.50%、ＷとＭoの１
種または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5%、Ｖ 0.2〜1.5
%、Ｎb、Ｔa、Ｔi、の１種または２種以上を合計で0.03
〜0.40％、残部Ｆeおよび不可避的不純物からなり、少
なくとも作業面に窒化層を有し、かつ前記窒化層の表面
から25μm内部での硬さがHV800以下であり、さらに基地
の硬さより高い硬化層の深さが100μm以下であることを
特徴とする耐ヒートクラック性にすぐれる熱間加工用金
型。
【請求項６】重量％で、Ｃ 0.30%〜0.55%、Ｓi 1.20%
以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｎi 0.1〜1.5%、Ｃr 2.55〜6.50
%、ＷとＭoの１種または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5
%、Ｖ 0.2〜1.5%、Ｎb、Ｔa、Ｔi、の１種または２種以
上を合計で0.03〜0.40％、残部Ｆeおよび不可避的不純
物からなり、少なくとも作業面に窒化層を有し、かつ前
記窒化層の表面から25μm内部での硬さがHV800以下であ
り、さらに基地の硬さより高い硬化層の深さが100μm以
下であることを特徴とする耐ヒートクラック性にすぐれ
る熱間加工用金型。
【請求項７】重量％で、Ｃ 0.30%〜0.55%、Ｓi 1.20%
以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｃr 2.55〜6.50%、ＷとＭoの１
種または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5%、Ｖ 0.2〜1.5
%、Ｃo 0.3〜5.0%、Ｎb、Ｔa、Ｔi、の１種または２種
以上を合計で0.03〜0.40％、残部Ｆeおよび不可避的不
純物からなり、少なくとも作業面に窒化層を有し、かつ
前記窒化層の表面から25μm内部での硬さがHV800以下で
あり、さらに基地の硬さより高い硬化層の深さが100μm
以下であることを特徴とする耐ヒートクラック性にすぐ
れる熱間加工用金型。
【請求項８】重量％で、Ｃ 0.30%〜0.55%、Ｓi 1.20%
以下、Ｍn 0.1〜1.5%、Ｎi 0.1〜1.5%、Ｃr 2.55〜6.50
%、ＷとＭoの１種または２種を1/2Ｗ＋Ｍoで1.0〜4.5
%、Ｖ 0.2〜1.5%、Ｃo 0.3〜5.0%、Ｎb、Ｔa、Ｔi、の
１種または２種以上を合計で0.03〜0.40％、残部Ｆeお
よび不可避的不純物からなり、少なくとも作業面に窒化
層を有し、かつ前記窒化層の表面から25μm内部での硬
さがHV800以下であり、さらに基地の硬さより高い硬化
層の深さが100μm以下であることを特徴とする耐ヒート
クラック性にすぐれる熱間加工用金型。