JPH10323746A - 表面被覆鋳抜ピン - Google Patents
表面被覆鋳抜ピンInfo
- Publication number
- JPH10323746A JPH10323746A JP13320697A JP13320697A JPH10323746A JP H10323746 A JPH10323746 A JP H10323746A JP 13320697 A JP13320697 A JP 13320697A JP 13320697 A JP13320697 A JP 13320697A JP H10323746 A JPH10323746 A JP H10323746A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐折損性に優れ、長期間使用可能なアルミニ
ウム合金やマグネシウム合金などの軽金属の鋳造に用い
られる鋳抜ピンの寿命向上することで、鋳造トラブルを
なくし、低コスト、高品質の鋳造品を生産する。 【解決手段】 表面に４ａ，５ａ，６ａ族の窒化物、炭
窒化物、硼化物、窒硼化物より選ばれた１種の単層もし
くは２種以上の複層を被覆し、表面粗さがＲｍａｘで１
０μｍ未満である表面被覆鋳抜ピンを使用する。
ウム合金やマグネシウム合金などの軽金属の鋳造に用い
られる鋳抜ピンの寿命向上することで、鋳造トラブルを
なくし、低コスト、高品質の鋳造品を生産する。 【解決手段】 表面に４ａ，５ａ，６ａ族の窒化物、炭
窒化物、硼化物、窒硼化物より選ばれた１種の単層もし
くは２種以上の複層を被覆し、表面粗さがＲｍａｘで１
０μｍ未満である表面被覆鋳抜ピンを使用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐折損性に優れ、
長期間使用可能なアルミニウム合金やマグネシウム合金
などの軽合金の鋳造に用いられる鋳抜ピンに関する。
長期間使用可能なアルミニウム合金やマグネシウム合金
などの軽合金の鋳造に用いられる鋳抜ピンに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、アルミニウム合金の鋳造に用い
られるダイカスト鋳抜ピンの材質として、ＳＫＤ６１等
の工具鋼が用いられるのが一般的である。その工具鋼製
の鋳抜ピンの加工仕上表面粗さは，Ｒｍａｘで１０〜２
０μｍ程度である。この鋳抜きピンをアルミニウム合金
鋳物ダイカストに使用した場合、ＳＫＤ６１とアルミニ
ウム合金溶湯が反応して、まず焼き付き現象が発生す
る。この焼き付き現象により、製品への外観，寸法不良
という問題が発生する。更に反応が進むと工具鋼表面部
がアルミニウム合金溶湯中に溶けだす溶損が発生する。
この溶損が発生すると溶湯が鋳抜きピンの溶損部に進入
凝固するために、離型時の離型力が高まり、さらには鋳
抜きピン自体が破損する場合もあった。さらに、溶損及
びそれに伴う破損により鋳抜きピン自体の形状が変わり
使用できなくなる場合もあった。また、上記したアルミ
ニウム合金と工具鋼との反応以外に、鋳抜きピン表面に
は繰り返し鋳造時の加熱冷却により、熱疲労クラックが
発生し表面に凹凸が生じる。この熱疲労クラックが切り
欠き効果となり鋳抜きピンが折損する場合もあった。
られるダイカスト鋳抜ピンの材質として、ＳＫＤ６１等
の工具鋼が用いられるのが一般的である。その工具鋼製
の鋳抜ピンの加工仕上表面粗さは，Ｒｍａｘで１０〜２
０μｍ程度である。この鋳抜きピンをアルミニウム合金
鋳物ダイカストに使用した場合、ＳＫＤ６１とアルミニ
ウム合金溶湯が反応して、まず焼き付き現象が発生す
る。この焼き付き現象により、製品への外観，寸法不良
という問題が発生する。更に反応が進むと工具鋼表面部
がアルミニウム合金溶湯中に溶けだす溶損が発生する。
この溶損が発生すると溶湯が鋳抜きピンの溶損部に進入
凝固するために、離型時の離型力が高まり、さらには鋳
抜きピン自体が破損する場合もあった。さらに、溶損及
びそれに伴う破損により鋳抜きピン自体の形状が変わり
使用できなくなる場合もあった。また、上記したアルミ
ニウム合金と工具鋼との反応以外に、鋳抜きピン表面に
は繰り返し鋳造時の加熱冷却により、熱疲労クラックが
発生し表面に凹凸が生じる。この熱疲労クラックが切り
欠き効果となり鋳抜きピンが折損する場合もあった。
【０００３】これらの現象に対し、近年、アルミニウム
合金とダイカスト金型の反応を抑制し、ダイカスト金型
の寿命を高めるため、表面処理として塩浴窒化法を用い
ることが知られており、この表面処理は鋳抜きピンにも
適用されている。しかしながら、鋳抜きピンの鉄とアル
ミニウム合金等の軽合金は親和性が高く、たとえ窒化し
たとしても、その反応を抑制するには限度がある。そこ
で、アルミニウム合金と親和性の低いセラミック成分を
従来の靭性の高い工具鋼などの母材上に被覆することに
より、長寿命化することが検討されている。
合金とダイカスト金型の反応を抑制し、ダイカスト金型
の寿命を高めるため、表面処理として塩浴窒化法を用い
ることが知られており、この表面処理は鋳抜きピンにも
適用されている。しかしながら、鋳抜きピンの鉄とアル
ミニウム合金等の軽合金は親和性が高く、たとえ窒化し
たとしても、その反応を抑制するには限度がある。そこ
で、アルミニウム合金と親和性の低いセラミック成分を
従来の靭性の高い工具鋼などの母材上に被覆することに
より、長寿命化することが検討されている。
【０００４】本発明者らもＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ＰＣＶ
Ｄ法によりＴｉＮ、ＴｉＣＮに代表される種々の硬質皮
膜の効果について検討した。その結果、そのいずれの被
覆においてもアルミニウム合金と鋳抜きピンとの反応が
抑制されることを確認した。さらに熱疲労クラックの発
生伝播においても、これら表面被覆された鋳抜きピン
は、従来の被覆されていない鋳抜きピンに比べ著しい改
善効果がみられた。これは硬質被膜は高温で被覆された
後に冷却されるが、その冷却課程で母材である工具鋼と
硬質被膜との熱膨張係数の差により、硬質被膜に圧縮の
残留応力が付与され、硬質被膜の表面に付与された圧縮
残留応力は、熱疲労クラックの発生伝播を著しく抑制す
ることによる。さらに硬質被膜は、単一成分の単層であ
っても効果は充分に認められるが、種々の異なる成分の
被膜を積層し複層化することにより、よりいっそうの熱
疲労クラックの発生伝播の抑制に効果があることを確認
した。これは単層の場合、表面に発生した熱疲労クラッ
クは比較的容易に被膜内部に伝播する傾向にある。複層
化することによりクラックは被膜と被膜との界面を表面
に並行に伝わる現象が発生し、被膜内部へのクラックの
伝播が遅れる傾向にあるためである。さらに望ましく
は、比較的柔らかく靭性のある被膜を介在させること
が、クラックの伝播を抑制し、よりいっそうの効果をも
たらす。
Ｄ法によりＴｉＮ、ＴｉＣＮに代表される種々の硬質皮
膜の効果について検討した。その結果、そのいずれの被
覆においてもアルミニウム合金と鋳抜きピンとの反応が
抑制されることを確認した。さらに熱疲労クラックの発
生伝播においても、これら表面被覆された鋳抜きピン
は、従来の被覆されていない鋳抜きピンに比べ著しい改
善効果がみられた。これは硬質被膜は高温で被覆された
後に冷却されるが、その冷却課程で母材である工具鋼と
硬質被膜との熱膨張係数の差により、硬質被膜に圧縮の
残留応力が付与され、硬質被膜の表面に付与された圧縮
残留応力は、熱疲労クラックの発生伝播を著しく抑制す
ることによる。さらに硬質被膜は、単一成分の単層であ
っても効果は充分に認められるが、種々の異なる成分の
被膜を積層し複層化することにより、よりいっそうの熱
疲労クラックの発生伝播の抑制に効果があることを確認
した。これは単層の場合、表面に発生した熱疲労クラッ
クは比較的容易に被膜内部に伝播する傾向にある。複層
化することによりクラックは被膜と被膜との界面を表面
に並行に伝わる現象が発生し、被膜内部へのクラックの
伝播が遅れる傾向にあるためである。さらに望ましく
は、比較的柔らかく靭性のある被膜を介在させること
が、クラックの伝播を抑制し、よりいっそうの効果をも
たらす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、鋳抜
きピンを表面被覆処理することにより、アルミニウム合
金溶湯と鋳抜きピン表面との反応はほとんど抑制するこ
とができた。しかしながら、表面被覆により、熱疲労ク
ラックの発生はある程度は抑制できるが、いまだ十分満
足される長寿命のダイカスト鋳抜きピンを得るには至っ
ていない。
きピンを表面被覆処理することにより、アルミニウム合
金溶湯と鋳抜きピン表面との反応はほとんど抑制するこ
とができた。しかしながら、表面被覆により、熱疲労ク
ラックの発生はある程度は抑制できるが、いまだ十分満
足される長寿命のダイカスト鋳抜きピンを得るには至っ
ていない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋳抜きピ
ン表面に発生する熱疲労クラックの発生を抑制するため
には、鋳抜きピンの表面粗さが影響すると考えて種々検
討を行った結果、鋳抜きピンの表面粗さを小さくすれ
ば、熱疲労クラックの発生はある程度は抑制できること
を見出し本発明に想到した。すなわち、本発明は表面に
４ａ，５ａ，６ａ族の窒化物、炭窒化物、硼化物、窒硼
化物より選ばれた１種の単層もしくは２種以上の複層を
被覆し、表面粗さがＲｍａｘで１０μｍ未満であること
を特徴とする表面被覆鋳抜ピンである。表面に被覆され
る被覆層は４ａ，５ａ，６ａ族の窒化物、炭窒化物、硼
化物、窒硼化物より選ばれた１種の単層もしくは２種以
上の複層を被覆すれば良い。特に２種以上の複層の場合
には、被覆層の境目に従って熱疲労クラックが進展する
ため、表面の被覆層は剥離するが内側の被覆層は残り、
熱疲労クラックが母材に進展せず長期間の使用が可能と
なる。また、鋳抜きピンの母材材質としては靭性に優れ
る工具鋼が好適である。
ン表面に発生する熱疲労クラックの発生を抑制するため
には、鋳抜きピンの表面粗さが影響すると考えて種々検
討を行った結果、鋳抜きピンの表面粗さを小さくすれ
ば、熱疲労クラックの発生はある程度は抑制できること
を見出し本発明に想到した。すなわち、本発明は表面に
４ａ，５ａ，６ａ族の窒化物、炭窒化物、硼化物、窒硼
化物より選ばれた１種の単層もしくは２種以上の複層を
被覆し、表面粗さがＲｍａｘで１０μｍ未満であること
を特徴とする表面被覆鋳抜ピンである。表面に被覆され
る被覆層は４ａ，５ａ，６ａ族の窒化物、炭窒化物、硼
化物、窒硼化物より選ばれた１種の単層もしくは２種以
上の複層を被覆すれば良い。特に２種以上の複層の場合
には、被覆層の境目に従って熱疲労クラックが進展する
ため、表面の被覆層は剥離するが内側の被覆層は残り、
熱疲労クラックが母材に進展せず長期間の使用が可能と
なる。また、鋳抜きピンの母材材質としては靭性に優れ
る工具鋼が好適である。
【０００７】また、鋳抜きピンの表面粗さはＲｍａｘで
１０μｍ未満である。従来の鋳抜きピンの表面粗さはＲ
ｍａｘで２０〜３０μｍ程度あったが、本発明において
はＲｍａｘで１０μｍ未満とすることにより、熱疲労ク
ラックの発生を抑制する。表面粗さがＲｍａｘで１μｍ
より小さい場合には、ダイヤモンド研磨仕上げ加工が必
要となり加工コストが倍増する割には、表面粗さＲｍａ
ｘで１〜１０μｍの場合に比べて熱疲労クラックの抑制
効果は差が少ないため、好ましい表面粗さはＲｍａｘで
１〜１０μｍの範囲である。さらに鋳抜きピンとして使
用中にかかる機械的応力をも考慮する必要がある場合に
は、表面粗さはＲｍａｘで１μｍ〜５μｍが好適であ
る。
１０μｍ未満である。従来の鋳抜きピンの表面粗さはＲ
ｍａｘで２０〜３０μｍ程度あったが、本発明において
はＲｍａｘで１０μｍ未満とすることにより、熱疲労ク
ラックの発生を抑制する。表面粗さがＲｍａｘで１μｍ
より小さい場合には、ダイヤモンド研磨仕上げ加工が必
要となり加工コストが倍増する割には、表面粗さＲｍａ
ｘで１〜１０μｍの場合に比べて熱疲労クラックの抑制
効果は差が少ないため、好ましい表面粗さはＲｍａｘで
１〜１０μｍの範囲である。さらに鋳抜きピンとして使
用中にかかる機械的応力をも考慮する必要がある場合に
は、表面粗さはＲｍａｘで１μｍ〜５μｍが好適であ
る。
【０００８】
（実施例１）工具鋼であるＳＫＤ６１の表面に表１に示
す硬質被覆及び表面粗さ（Ｒｍａｘ）の試験片を熱疲労
試験を行った。試験方法は、試験片を６００℃に加熱し
１５０秒保持した後、水冷し４０℃に５秒保持する行程
を１サイクルとして２５００サイクル行った。試験後の
各試験片の表面部の熱疲労クラックの発生状況を観察
し、その結果を表１に示す。
す硬質被覆及び表面粗さ（Ｒｍａｘ）の試験片を熱疲労
試験を行った。試験方法は、試験片を６００℃に加熱し
１５０秒保持した後、水冷し４０℃に５秒保持する行程
を１サイクルとして２５００サイクル行った。試験後の
各試験片の表面部の熱疲労クラックの発生状況を観察
し、その結果を表１に示す。
【０００９】
【表１】
【００１０】この表１より、表面の硬質被膜は同じで
も、従来の鋳抜きピンの標準的な表面粗さであるＲｍａ
ｘ１０〜２０μｍをＲｍａｘ１０μｍ以下とすることに
より、熱疲労クラックの発生を抑制することができるこ
とが分かる。
も、従来の鋳抜きピンの標準的な表面粗さであるＲｍａ
ｘ１０〜２０μｍをＲｍａｘ１０μｍ以下とすることに
より、熱疲労クラックの発生を抑制することができるこ
とが分かる。
【００１１】（実施例２）外径１６ｍｍ、長さ１２５ｍ
ｍのＳＫＤ６１母材を用いてＰＣＶＤ法（プラズマＣＶ
Ｄ）により表２に示す表面被覆層を形成し、表面被覆ダ
イカスト用鋳抜きピンを作成した。コーティング条件
は、反応ガスとして、Ｈ2，Ａｒ，Ｎ2，ＣＨ4，ＴｉＣ
ｌ4，ＺｒＣｌ4，ＴａＣｌ4，ＢＣｌ3を用いた。成膜温
度は５５０℃とし、被膜厚さは１０μｍとした。比較例
として同じ母材を用いて表面処理を何も施さないもの並
びに塩浴窒化処理を施したものを製作した。これらのダ
イカスト用鋳抜きピンの表面粗さは全てＲｍａｘで１〜
２μｍである。これらのダイカスト用鋳抜きピンを６８
０℃のアルミニウム溶湯に２時間浸漬し、ダイカスト用
鋳抜きピンの重量減少率を測定した。その結果を表２に
示す。
ｍのＳＫＤ６１母材を用いてＰＣＶＤ法（プラズマＣＶ
Ｄ）により表２に示す表面被覆層を形成し、表面被覆ダ
イカスト用鋳抜きピンを作成した。コーティング条件
は、反応ガスとして、Ｈ2，Ａｒ，Ｎ2，ＣＨ4，ＴｉＣ
ｌ4，ＺｒＣｌ4，ＴａＣｌ4，ＢＣｌ3を用いた。成膜温
度は５５０℃とし、被膜厚さは１０μｍとした。比較例
として同じ母材を用いて表面処理を何も施さないもの並
びに塩浴窒化処理を施したものを製作した。これらのダ
イカスト用鋳抜きピンの表面粗さは全てＲｍａｘで１〜
２μｍである。これらのダイカスト用鋳抜きピンを６８
０℃のアルミニウム溶湯に２時間浸漬し、ダイカスト用
鋳抜きピンの重量減少率を測定した。その結果を表２に
示す。
【００１２】
【表２】
【００１３】表２に示すように被膜を形成することによ
り、アルミニウム溶湯による溶損がほぼ抑制されること
が確認された。
り、アルミニウム溶湯による溶損がほぼ抑制されること
が確認された。
【００１４】（実施例３）外径１６ｍｍ、長さ１２５ｍ
ｍのＳＫＤ６１母材を用いてＣＶＤ法により、表３に示
す被膜を形成し、ダイカスト用鋳抜きピンを作成した。
使用ガスは、Ｎ2，ＣＨ4，ＴｉＣｌ4を用い、成膜温度
は１０００℃とした。コーティング後さらに熱処理を行
い母材の硬さの調整を行った。また、同じ母材を用いて
実施例１と同様にＰＣＶＤ、ＰＶＤによる被膜を形成し
たものも作成した。比較例として、表面処理を施さない
もの、表面より７０μｍ、１００μｍ塩浴窒化により表
面を窒化したものを作成した。これらのダイカスト用鋳
抜きピンを実際のダイカスト金型に取り付け、折損まで
の回数を測定した。その結果を表３に示す。
ｍのＳＫＤ６１母材を用いてＣＶＤ法により、表３に示
す被膜を形成し、ダイカスト用鋳抜きピンを作成した。
使用ガスは、Ｎ2，ＣＨ4，ＴｉＣｌ4を用い、成膜温度
は１０００℃とした。コーティング後さらに熱処理を行
い母材の硬さの調整を行った。また、同じ母材を用いて
実施例１と同様にＰＣＶＤ、ＰＶＤによる被膜を形成し
たものも作成した。比較例として、表面処理を施さない
もの、表面より７０μｍ、１００μｍ塩浴窒化により表
面を窒化したものを作成した。これらのダイカスト用鋳
抜きピンを実際のダイカスト金型に取り付け、折損まで
の回数を測定した。その結果を表３に示す。
【００１５】
【表３】
【００１６】表３の結果から明らかなように、本発明の
表面被覆鋳抜きピンは、実際のアルミニウム鋳造におい
ても従来の鋳抜きピンに比べて、１０倍以上の寿命向上
が確認された。中でも表面粗さ５μｍ以下のものについ
ては、２０倍近い寿命の向上が確認される。更に、多層
化した場合には、より一層の寿命向上が確認された。全
体的には、ＰＣＶＤ法が本発明中でも比較的長寿命であ
るが、これはＰＣＶＤ法による被膜には、ＰＶＤ、ＣＶ
Ｄ法による被膜に比べ、密着力及び圧縮残留応力が高
く、また被膜の欠陥が少ない良好な被膜が形成されるこ
とによると考えられる。
表面被覆鋳抜きピンは、実際のアルミニウム鋳造におい
ても従来の鋳抜きピンに比べて、１０倍以上の寿命向上
が確認された。中でも表面粗さ５μｍ以下のものについ
ては、２０倍近い寿命の向上が確認される。更に、多層
化した場合には、より一層の寿命向上が確認された。全
体的には、ＰＣＶＤ法が本発明中でも比較的長寿命であ
るが、これはＰＣＶＤ法による被膜には、ＰＶＤ、ＣＶ
Ｄ法による被膜に比べ、密着力及び圧縮残留応力が高
く、また被膜の欠陥が少ない良好な被膜が形成されるこ
とによると考えられる。
【００１７】
【発明の効果】本発明の表面被覆鋳抜きピンは、アルミ
ニウム鋳造等の軽合金の鋳造に用いた場合、従来品に比
較してアルミニウム溶湯等による溶損もなく、繰り返し
鋳造による熱疲労クラックの発生も少ないため、長寿命
並びに耐折損性にすぐれるという特徴を有する。
ニウム鋳造等の軽合金の鋳造に用いた場合、従来品に比
較してアルミニウム溶湯等による溶損もなく、繰り返し
鋳造による熱疲労クラックの発生も少ないため、長寿命
並びに耐折損性にすぐれるという特徴を有する。
Claims (1)
- 【請求項１】 表面に４ａ，５ａ，６ａ族の窒化物、炭
窒化物、硼化物、窒硼化物より選ばれた１種の単層もし
くは２種以上の複層を被覆し、表面粗さがＲｍａｘで１
０μｍ未満であることを特徴とする表面被覆鋳抜ピン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13320697A JPH10323746A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 表面被覆鋳抜ピン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13320697A JPH10323746A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 表面被覆鋳抜ピン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10323746A true JPH10323746A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15099220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13320697A Pending JPH10323746A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 表面被覆鋳抜ピン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10323746A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008188608A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Daido Steel Co Ltd | ダイカスト金型およびその表面処理方法 |
| JP2008188609A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Daido Steel Co Ltd | ダイカスト金型およびその表面処理方法 |
| JP2012183548A (ja) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Daido Steel Co Ltd | ダイカスト用金型 |
-
1997
- 1997-05-23 JP JP13320697A patent/JPH10323746A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008188608A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Daido Steel Co Ltd | ダイカスト金型およびその表面処理方法 |
| JP2008188609A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Daido Steel Co Ltd | ダイカスト金型およびその表面処理方法 |
| JP2012183548A (ja) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Daido Steel Co Ltd | ダイカスト用金型 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040517 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20060317 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060707 |