JPH0941123A - アルミニウム押出し加工用ダイス鋼の窒化方法 - Google Patents

アルミニウム押出し加工用ダイス鋼の窒化方法

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JPH0941123A
JPH0941123A JP20997395A JP20997395A JPH0941123A JP H0941123 A JPH0941123 A JP H0941123A JP 20997395 A JP20997395 A JP 20997395A JP 20997395 A JP20997395 A JP 20997395A JP H0941123 A JPH0941123 A JP H0941123A
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JP
Japan
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nitriding
die
layer
discharge machining
electropolishing
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JP20997395A
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Shigeo Ohira
重男 大平
Hideki Ishii
秀樹 石井
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Nippon Light Metal Co Ltd
Original Assignee
Nippon Light Metal Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 窒化前処理として電解研磨を施すことによ
り、ダイス表面に均質で欠陥のない窒化層を形成する。 【構成】 アルミニウム押出し加工用に使用される熱間
工具鋼をワイヤカット放電加工によって金型に成形した
後、工具鋼表面にある変質層を電解研磨によって均一に
除去し、次いで窒化処理する。 【効果】 放電加工時に生成した電解研磨により変質層
が完全に除去され、平滑で均一な厚みをもつ健全な窒化
層が形成され、ダイス寿命が延長し、押出し材の表面性
状が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム押出し加
工に使用されるダイス鋼の表面を硬質化させる窒化方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム押出し加工用ダイスには、
SKD61を初めとする熱間工具鋼が使用され、ワイヤ
カット放電加工によって金型が製作されている。ワイヤ
カット放電加工は、直接、ダイプレートに穴開け加工で
きる長所をもち、最近ではCADシステムを利用した自
動加工も採用され始めている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ワイヤカット
放電加工では、火花放電による材料の熱的な溶融除去現
象を利用していることから、母材と質的に異なった溶融
再凝固加工された表面に形成される。この変質層は、電
極成分が被加工材表面に移り、溶融層が急冷されて極め
て微細なマルテンサイトに変態したものである。変質層
は、急熱・急冷を受けることからマイクロクラックを含
み、押出し形材の表面に悪影響を及ぼし、或いは窒化層
の割れ,剥離等を促進させてダイス寿命を短くする原因
となる。そのため、ヤスリ等を使用した手作業によって
変質層を除去しているが、手作業による研磨仕上げでは
熟練を要し、不均一な表面仕上げになる場合がある。ま
た、個人差によるバラツキもあり、研磨面の不均一さや
バラツキがその後の窒化処理による窒化層の形成に影響
し、形状不良,表面疵発生等の原因となる不均一な硬度
分布を生じさせ易い。
【0004】押出しダイス等のようにスリットのある金
型では、放電加工による変質層を手作業による研磨で除
去する作業には多大の時間及び労力が必要とされる。そ
のため、現実的には変質層を残存させたままで窒化処理
を行っている。このことも、金型の表面性状を劣化さ
せ、また残存変質層中にあるクラックに起因して窒化層
の割れ,剥離等が生じ易くなる。その結果、押出し形材
の歩留りを低下させる不良率を上昇させる原因となる。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたもの
であり、窒化処理前のダイス鋼表面を電解研磨すること
により、変質層に起因したムラのない窒化処理皮膜の形
成を可能にすることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化方法は、そ
の目的を達成するため、アルミニウム押出し加工用に使
用される熱間工具鋼をワイヤカット放電加工によって金
型に成形した後、工具鋼表面にある変質層を電解研磨に
よって均一に除去し、次いで窒化処理することを特徴と
する。
【0006】
【作用】ダイス素材として使用される熱間工具鋼を放電
加工すると、材料表面が急熱・急冷される。このとき、
放電加工面に加工油の熱分解による浸炭や電極材の移転
現象等も発生する。その結果、放電加工後の工具鋼表面
は、クラックや応力のある溶融再凝固層で覆われた状態
になり、金型の表面性状が劣化し易い。しかし、押出し
ダイスの品質安定性及び寿命向上の観点からみると、放
電加工によって生成した変質層を完全に除去した後で窒
化処理する必要がある。本発明者等は、このような変質
層が窒化処理及び窒化処理後のダイス性状に及ぼす影響
を種々調査・研究した結果、変質層を電解研磨によって
除去するとき、変質層の除去が完全に行われ、しかも変
質層除去後の熱間工具鋼表面に悪影響を及ぼさないこと
を見い出した。すなわち、電解研磨では、研磨対象物を
アノードとし、研磨対象物の表面と加工電極との間に電
解研磨液を流し、加工電極の形状を倣って研磨対象物を
研磨仕上げする。電解研磨液としては、硝酸,高濃度硝
酸ナトリウム水溶液等が電解質原液として使用される。
【0007】電解研磨後の被加工材表面は、加工電極の
形状を転写したものとなることから、使用電極面の粗さ
調整によって精度のよい仕上げ面が得られる。また、高
濃度硝酸ナトリウム水溶液等の電極転写特性の良好な電
解質を使用することによっても、仕上げ面の精度を向上
させることができる。ちなみに、電解研磨で得られる仕
上げ面の到達可能な表面粗さは、放電加工で使用した電
極をそのまま使用する場合の、ほぼ電極面粗さの1/3
程度になる。放電加工後の熱間工具鋼を電解研磨すると
き、放電加工によって生成した変質層が残存したり、不
均一に除去されること等の問題が完全に解消される。そ
のため、後続する窒化処理工程で窒化層が均一に且つ緻
密に形成され、ダイスの寿命が延長されると共に、得ら
れる押出し形材の表面性状が向上する。
【0008】
【実施例】
実施例1:ダイス用鋼材として、熱間工具鋼SKD61
を使用し、次の条件下でワイヤカット放電加工した。 [放電加工の条件] 電極 :直径0.2mmの黄銅 加工液 :純水 放電ピーク電流 :〜31A 電圧 :55〜60V 放電時間 :16μsec 放電加工された鋼材表面を500倍の視野で観察する
と、図1(a)に示すように白層とよばれる放電溶融変
質層がみられた。放電溶融変質層は、表面部を更に5,
000倍の視野まで拡大した図1(b)にみられるよう
に、クラックが入ったものであった。また、下地鋼の硬
さがビッカース硬度Hvで440〜460であったのに
対し、変質層のビッカース硬度はHv600〜800で
あった。
【0009】常法に従ってサンドペーパを使用した手磨
きにより変質層を研磨した。研磨後の表面は、図2
(a)に示すように白層が完全に除去されることなく残
存していた。研磨表面を塩浴窒化したところ、窒化によ
り生成した白層は、図2(b)に示すように不均一な厚
みをもつものであった。不均一な白層は、残存変質層に
由来するものと推察され、押出し加工で得られる形材の
表面性状に悪影響を及ぼした。そこで、図1に示した表
面をもつ放電加工後の鋼材表面を次の条件下で電解研磨
したところ、図3に示すように白層の残存がない極めて
平滑な表面に研磨仕上げされることが判った。 [電解研磨の条件] 加工液:硝酸ナトリウムを67.5%硝酸で希釈して調
製 電 極:グラファイト 電流密度:40A/cm2 電 圧:15〜20V 加工時間:0.5〜5分
【0010】このようにして電解研磨された仕上げ表面
をもつ鋼材を、塩浴窒化,二段ガス窒化及びNV窒化処
理の各窒化処理を施した。塩浴窒化には、KCN+KC
NOを主成分とした塩浴中で、温度570℃×2.5時
間の条件を採用した。二段ガス窒化では、NH3 をベー
スとした純ガス窒化で、520℃×6時間の窒化後、更
に560℃×6時間と温度を二段階に設定した条件を採
用した。また、NV窒化処理には、NF3 ガスにより前
処理を行った後、通常のガス軟窒化で500℃×3時間
の条件を採用した。窒化処理後の表面には、窒化法の如
何に拘らず、図4〜6に示すように極めて平滑で均一な
厚みをもつ窒化層が形成されていた。均一な窒化層の生
成に影響を及ぼす鋼材表面の粗さを調査した。放電加工
されたままの鋼材表面を窒化処理したものでは、図7に
示すように表面粗さがRmax≒15.91μmと粗れて
いた。他方、手研磨後に窒化処理した場合の表面粗さ
は、Rmax ≒5.81μmであった。これに対し、電解
研磨後に窒化処理したものでは、手研磨のほぼ1/2の
表面粗さRmax ≒2.87μmとなり、平滑なベアリン
グ面が得られており、手研磨後の窒化処理したダイスを
凌駕する平滑度をもつことが判った。しかも、手研磨の
場合にみられたような変質層の残存が全くないため、研
磨仕上げの信頼性が格段に高いものであった。
【0011】実施例2:窒化処理の前処理として電解研
磨仕上げを実際のダイスに適用し、形材の表面性状及び
ダイスの表面粗さに及ぼす影響を調査した。ダイス用鋼
材として熱間工具鋼SKD61をHRC48に調質し、ワ
イヤカット放電加工によりベアリング長さ5mm,スリ
ット径40mm×3mmのインサート型ダイスを作製し
た。このダイスを、硝酸ナトリウムを原液とした電解質
中で電解研磨した。また、比較のため、#240のエメ
リー紙で手研磨したダイスを用意した。電解研磨及び手
研磨された各ダイスに570℃×2.5時間の塩浴窒化
を施した。なお、塩浴窒化には、KCN+KCNOを主
成分とする塩浴を使用した。窒化処理されたダイスをア
ルミ合金JIS A6063の熱間押出しに使用した。
押出し条件は、押出し量100m(ビレット10本
分),押出し速度40m/分,ビレット温度480℃及
びダイス温度450℃を採用した。得られた押出し材の
表面粗さを測定した結果を図8に示す。電解研磨後に窒
化処理したダイスを使用した実施例では、図8にみられ
るように押出し材の表面粗さが100m押出し後におい
ても、表面粗さがRmax ≒3.3μmと小さく、表面性
状に優れた押出し材が得られることが確認された。これ
に対し、手研磨後に窒化処理したダイスを使用した比較
例では、押出し当初からの表面粗さも大きく、100m
押出し後においてはRmax ≒4.5μmまで押出し材の
表面が粗面化した。
【0012】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、放電加工時に生成した変質層を電解研磨によって除
去した後で窒化処理することにより、変質層の完全な除
去が可能となり、その後に形成される窒化層が均一で且
つ平滑性に優れたものとしている。なた、変質層に含ま
れているクラック等の欠陥も完全に除去されるため、優
れた特性を呈する窒化層が得られ、長期間にわたって健
全な表面性状をもつアルミ押出し材の製造が可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 視野500倍(a)及び視野50,000倍
(b)でみた放電加工された熱間工具鋼表面の金属組織
【図2】 手磨きされた表面(a)及び窒化処理後の表
面(b)の金属組織
【図3】 放電加工後に電解研磨した熱間工具鋼表面の
金属組織
【図4】 放電加工ままの表面(a)及び電解加工後の
表面(b)を塩浴窒化処理したときに生成した窒化層を
示す金属組織
【図5】 放電加工ままの表面(a)及び電解加工後の
表面(b)をガス窒化処理したときに生成した窒化層を
示す金属組織
【図6】 放電加工ままの表面(a)及び電解加工後の
表面(b)をNV窒化処理したときに生成した窒化層を
示す金属組織
【図7】 ダイスの表面粗さに及ぼす窒化前処理の影響
【図8】 押出し材の表面粗さに及ぼす窒化前処理の影

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム押出し加工用に使用される
    熱間工具鋼をワイヤカット放電加工によって金型に成形
    した後、工具鋼表面にある変質層を電解研磨によって均
    一に除去し、次いで窒化処理することを特徴とするアル
    ミニウム押出し加工用ダイス鋼の窒化方法。
JP20997395A 1995-07-26 1995-07-26 アルミニウム押出し加工用ダイス鋼の窒化方法 Pending JPH0941123A (ja)

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JP20997395A JPH0941123A (ja) 1995-07-26 1995-07-26 アルミニウム押出し加工用ダイス鋼の窒化方法

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007013683A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Showa Dendo K.K. Surface treatment method of aluminum extruding die, and aluminum extruding die
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JP2011045888A (ja) * 2009-08-25 2011-03-10 Nagoyo Tokushuko Co Ltd 金型の製造方法
CN110117766A (zh) * 2018-02-05 2019-08-13 尤尼罗库株式会社 密封用部件的制造方法和基于此的金属块

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