JPH08176658A - 時効硬化型鋼から成る鋳造用金型を用いた鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】時効硬化型鋼から成るダイカスト金型を用いて
鋳造を行うに当り、金型の耐ヒートチェック性を向上さ
せることで金型寿命を向上させる。 【構成】時効硬化型鋼を用いて鋳造用金型を製造するに
当り、所望形状とした鋳造用金型を、最高硬さが得られ
るピーク時効温度よりも２０〜２００℃低い温度領域で
時効処理し、以て表層部及び内部共に時効処理不足とし
た鋳造用金型を用いて鋳造を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は鋳造方法に関し、詳し
くは時効硬化型鋼から成る鋳造用金型を用いてダイカス
ト等所定の鋳造を行うに際し、金型の耐ヒートチェック
性を高めて金型寿命を向上させるための技術手段に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳造用金型、例えば溶湯に圧力を
加えて金型に注入し鋳造するダイカスト用の金型の鋼材
として熱間工具鋼が用いられていた。この熱間工具鋼に
てダイカスト金型等を製造する場合、その過程で焼入・
焼戻処理を行い、以て所要の硬さ，強度を発現させる。

【０００３】しかしながらその焼入れ処理は１０００℃
を超える高温処理であるため、また焼入れに際してマル
テンサイト変態を伴うため、焼入れ・焼戻しによって大
きな熱処理歪，変形が生ずる。

【０００４】このためかかる熱間工具鋼にてダイカスト
金型等を製造する場合、焼入・焼戻処理の前に一旦粗加
工を行い、そして焼入・焼戻処理後に再び仕上げのため
の加工が必要であって２度の加工を必要とし、そのため
加工工数が多くなって金型製造のための所要時間が長
く、このことが大きな問題となっていた。

【０００５】そこで金型用材料として主に航空機材料等
として用いられている高強度の且つ加工性に優れたマル
エージング鋼等の時効硬化型鋼の適用も研究されている
（例えば特開昭５２−２３５２０号）。

【０００６】マルエージング鋼等の時効硬化型鋼は、５
００℃前後の時効処理によって析出反応を起こさせ、材
料硬さを発現させるもので、その際に変態を伴わず、従
って焼入・焼戻鋼よりも熱処理歪，熱処理変形が少な
く、１回の加工で金型を製造することが可能で、加工時
間を低減できる利点を有している。

【０００７】ところで時効硬化型鋼は、一般には材料強
度を確保するために硬度が最も高くなるピーク時効温度
において時効処理して使用され、場合によってダイカス
ト金型に用いられるときには、溶湯温度がピーク時効温
度よりも高いために、金型表層部を軟化し難くする目的
で、溶湯温度に近づけた高い温度で時効処理して使用さ
れる場合もある。この場合、時効温度がピーク時効温度
よりも高い温度であり、金型は過時効状態で使用される
ことになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ダイカスト
製品は近年高強度化，高意匠性等が要求されるようにな
ってきており、これに伴って鋳造条件も高温高圧化し、
溶湯温度がより高温化する傾向にある。この場合におい
て時効硬化型鋼から成る鋳造用金型は、使用中にコーナ
ーの温度上昇並びに冷却速度がコーナー部以外に比して
大きいことから、これに起因してコーナー部に熱応力が
集中してコーナー部から早期にヒートチェックが発生
し、その結果上記焼入・焼戻処理して用いられる従来の
鋼材から成る金型に比べて寿命が短寿命であるという問
題があった。ここでヒートチェックとは、金型表面の急
速加熱冷却に伴う熱応力の繰返しによって金型表面に発
生するクラックである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願の発明はこのような
課題を解決するためになされたものである。而して本願
の発明は、時効硬化型鋼を用いて鋳造用金型を製造する
に当り、所望形状とした鋳造用金型を、最高硬さが得ら
れる時効温度であるピーク時効温度よりも低い温度領域
で時効処理し、表層部及び内部共に時効処理不足状態の
鋳造用金型を用いて鋳造を行うことを特徴とする（請求
項１）。

【００１０】ここで上記時効処理は、ピーク時効温度よ
りも２０〜２００℃低い温度範囲で行うのが望ましい。
（請求項２）。

【００１１】

【作用】本発明者等は、鋳造用金型における耐ヒートチ
ェック性を高める研究を行う中で、耐ヒートチェック性
と時効処理温度との関係を調べた結果、それらの間に密
接な関係があり、従来のようにピーク時効温度で時効処
理した場合或いはこれより高い温度で過時効処理した場
合に比べて、鋳造用金型を不完全時効状態の下で使用し
た方が耐ヒートチェック性、従って金型寿命が良好であ
るとの知見を得た。本発明はこのような知見の下に完成
されたものである。

【００１２】このようにピーク時効温度よりも低い温度
で時効処理することによって金型寿命が向上することの
理由として、先ず第一に鋳造用金型に欠くことのできな
い靱性が向上することが挙げられる。

【００１３】第二に、鋳造を繰返し行う間に溶湯からの
直接加熱を受ける金型表層部の硬さが上昇する一方、特
に溶湯からの加熱作用を受けない金型内部については硬
さが上昇せず、この結果金型に、表面処理材に似た硬さ
分布状態が形成されることが挙げられる。

【００１４】ヒートチェックは、溶湯により繰返し加熱
・冷却される表層部と、加熱されない内部との熱膨張の
差によって生ずる熱応力が金型の材料強度を上回ること
によって生ずるものであり、またその際の熱応力は金型
表層部と内部との相対強度により変化し得るものであ
る。

【００１５】而して表層部に比べて内部の硬さの方が低
い状況下では、表層部に生じた熱応力は内部に分散され
易く、これによってヒートチェックの成長が良好に抑制
されるものと考えられる。そして例えば金型使用中の温
度は時々時効温度を超えるため、ピーク時効処理したも
の或いは過時効処理したものは、金型表面硬さは低下一
方であり、熱履歴によって表層部の方が内部に比べて軟
化する現象が生じ、これがヒートチェックを促進する方
向に作用する結果、金型寿命が短寿命になるものと考え
られる。何れにしろ本発明によって鋳造用金型の耐ヒー
トチェック性が向上し、これによって金型寿命が長寿命
化する効果が得られる。

【００１６】本発明においては、時効処理をピーク時効
温度よりも２０〜２００℃低い温度領域で行った場合に
良好な結果の得られることが確認されている。２００℃
よりも更に低い温度領域で時効処理を行った場合には、
靱性は向上するものの金型として必要な強度が不足する
結果、金型のコーナー部等でヒートチェック発生が促進
されることがある。逆にピーク時効温度とそれより２０
℃低い温度の範囲内で時効処理を行った場合、上記した
効果が十分に得られない。特に望ましい温度領域はピー
ク時効温度よりも６０〜１５０℃低い温度領域である。

【００１７】

【実施例】次に本発明の実施例を以下に詳しく説明す
る。表１に示す化学組成の時効硬化型鋼を用い、これを
固溶化熱処理後に種々の時効温度で時効処理して試験片
を作製し、耐ヒートチェック性を評価した。このとき試
験前後での表層部の軟化の程度も調査した。また併せて
実型を用いての鋳造実験を繰返し行って金型寿命を調査
した。尚、時効時間及び時効後の冷却はそれぞれ５時間
と一定であり、また冷却は何れも空冷にて行った。

【００１８】また耐ヒートチェック性の評価は次のよう
にして行った。即ち１５ｍｍφ，肉厚５ｍｍの試験片に
対し、高周波加熱式ヒートチェック試験機を用いて加熱
６５０℃×４秒及び水冷３秒を１サイクルとして、１０
００サイクル繰り返した後、円周上に発生したクラック
の数，長さを求めた。これらの結果が表２に示してあ
る。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】また図１に、１８％Ｎｉマルエージング鋼
を代表としてその時効温度と耐ヒートチェック性の関係
を示した。

【００２２】尚、時効処理するに際して、被処理材とな
る金型の大きさが大きく、加熱時に表層部と内部で温度
差が生じる恐れのある場合には時効処理時間を一定時間
以上長くとる必要があり、反対に処理時間が長すぎても
経済性の面で不利であることから、時効処理時間として
適切な時間は２時間〜８時間である。

【００２３】上記結果に見られるように、本発明例の時
効条件で時効処理したものは、試験中の加熱により表層
部が軟化しにくく、従来のピーク時効処理又は過時効処
理を施したものより耐ヒートチェック性が向上してい
る。時効硬化型鋼が加熱により容易且つ大きな硬化挙動
を示すため、このような表層部の硬度変化が加熱時に起
こっているものと考えられる。

【００２４】図１から明らかなように、時効処理温度と
してはピーク時効温度よりも２０〜２００℃低い温度領
域で行うのが良く、特に６０〜１５０℃低い温度領域で
行うのがより望ましいことが分かる。

【００２５】次に、金型寿命に関しては本発明例により
ピーク時効処理した金型に対し２〜３倍の寿命向上が見
られた。尚特開平５−１５４６３５号公報のごとく金型
表層部を完全時効，中心部を不完全時効処理場合の結果
も表２の末行に比較例として示した。この場合もやはり
本発明例に比較して金型寿命が低いことが分かった。こ
れは、末行の比較例の場合表層部が内部に比較して硬
く、靱性に乏しく、使用初期に発生したクラックが進展
し易いことによるものと推察される。

【００２６】以上本発明の実施例を詳述したがこれはあ
くまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、鋳造用金型における靱
性が向上するとともに耐ヒートチェック性が向上し、こ
れによって金型寿命が長寿命化する効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に従って時効処理を行った場合
に優れた耐ヒートチェック性が得られることを示した図
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時効硬化型鋼を用いて鋳造用金型を製造
   するに当り、所望形状とした鋳造用金型を、最高硬さが
   得られる時効温度であるピーク時効温度よりも低い温度
   領域で時効処理し、表層部及び内部共に時効処理不足状
   態の鋳造用金型を用いて鋳造を行うことを特徴とする時
   効硬化型鋼から成る鋳造用金型を用いた鋳造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記時効処理を前記
   ピーク時効温度よりも２０〜２００℃低い温度領域で行
   うことを特徴とする時効硬化型鋼から成る鋳造用金型を
   用いた鋳造方法。