JPH11151563A - Al合金鋳造用の金型およびその製造方法 - Google Patents

Al合金鋳造用の金型およびその製造方法

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JPH11151563A
JPH11151563A JP31752397A JP31752397A JPH11151563A JP H11151563 A JPH11151563 A JP H11151563A JP 31752397 A JP31752397 A JP 31752397A JP 31752397 A JP31752397 A JP 31752397A JP H11151563 A JPH11151563 A JP H11151563A
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JP
Japan
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mold
layer
oxide
alloy
nbc
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JP31752397A
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English (en)
Inventor
Toshimitsu Fujii
利光 藤井
Yukinori Matsuda
幸紀 松田
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Al合金のダイカストや低圧鋳造に使用する
金型の、Al合金溶湯による溶損を、表面処理によっ
て、より効果的に防止する。 【解決手段】 熱間工具鋼で製造した金型の溶湯に接す
る表面の、少なくとも溶損を受けるおそれのある部分
に、厚さが5μm以上の保護層を形成する。この保護層
はNb酸化物からなることが好ましい。 ただし、面積
率にして30%以上をNb酸化物が占めていれば、残り
はNi基またはCo基の耐熱合金の層であってもよい。
Nb酸化物の保護層は、プラズマ溶射、放電肉盛また
はPVDによりNbまたはNbCの被膜を形成し、それ
を酸化処理して形成することができる。 Nb酸化物と
Ni基またはCo基の耐熱合金とからなる保護層を設け
るには、NbまたはNbCの粉末とNi基またはCo基
の耐熱合金の粉末との混合粉末をプラズマ溶射し、形成
された溶射被膜をを酸化処理すればよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Al合金のダイカ
スト、低圧鋳造などに使用する鋳造金型と、その製造方
法に関する。 ここで「金型」の語は、割型、中子、入
子ピンなどを含めた、鋳造用の型を構成する部品の総称
である。
【0002】
【従来の技術】従来のAl合金鋳造用の金型は、JIS
SKD61に代表される熱間工具鋼を材料として製造
されている。 金型の使用に当って、高温の溶融Al合
金が高速で流入する湯口近傍の金型段差部や入子ピンな
どには、溶損が生じやすい。この溶損が進むと製品に凸
部欠陥が発生したり、鋳造品の離型が困難になるなどの
問題が出る。 これが、金型の寿命を低下させる大きな
要因となっている。
【0003】こうした溶損への対策として、工具鋼で製
造した金型の溶湯に接する表面に、軟窒化や浸硫窒化な
どの表面処理を施している。 しかし、それでも改善は
不十分であって、より効果的な表面強化の方策が要望さ
れていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の要望にこたえて、Al合金鋳造用の金型において、効
果的な表面処理を行なうことにより耐溶損性を改善した
もの、およびそのような金型の製造方法を提供すること
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の、耐溶損性が改
善されたAl合金鋳造用の金型のひとつの態様は、熱間
工具鋼を材料とし、溶湯に接する表面の少なくとも溶損
を受けるおそれのある部分を、厚さ5μm以上の保護層
で被覆してなり、この保護層の面積率にして30%以上
をNb酸化物の層が占め、残りの面積率をNi基または
Co基の耐熱合金の層が占めていることを特徴とする。
【0006】本発明の、耐溶損性が改善されたAl合金
鋳造用の金型のいまひとつの態様としては、上記の保護
層の全部をNb酸化物の層が占めていることを特徴とす
るものがある。
【0007】
【発明の実施の形態】金型の溶損を防止すべき表面に設
ける被覆層は、長期にわたる耐溶損性能を確保するため
に、厚さ5μm以上であることを要する。 被覆層の構
成成分としてはNb酸化物がとくに有効であることか
ら、Nb酸化物が面積率にして30%以上を占めるよう
にする。
【0008】上記のAl合金鋳造用の金型を製造する本
発明の方法は、熱間工具鋼で金型を製造し、その溶湯に
接する表面の少なくとも溶損を受けるおそれのある部分
に、下記3種のいずれかの方法によって、厚さ5μm以
上の、Nb酸化物からなるか、またはNb酸化物を含有
する保護層を形成することからなる。 1)NbおよびNbCの一方もしくは両方の粉末、また
はNbおよびNbCの一方もしくは両方の粉末とCo基
またはNi基の耐熱合金の一方もしくは両方の粉末との
混合粉末をプラズマ溶射し、溶射層に対して酸化処理を
行なう。 2)Nbを消耗電極とする放電肉盛を行ない、Nbの肉
盛層に対して酸化処理をする。 3)NbまたはNbCを蒸着させ、蒸着層に対して酸化
処理を行なう。
【0009】熱間工具鋼としては、前記SKD61鋼の
ほか、5%Cr−2%Mo系または5%Cr−3%Mo
系のSKD61改良鋼などを使用すればよい。 プラズ
マ溶射、放電肉盛および蒸着(PVD)は、それぞれの
分野で常用されている技術に従って実施することができ
る。
【0010】〔実験例〕JIS−SKD61鋼を焼入れ
・焼戻し処理し、硬さHRC48に調質したものを素材
として用いた。 この素材から、機械加工により下記2
種の試験片を用意した。 φ8×60L:プラズマ溶射用および放電肉盛用 φ10×60L:PVD用、比較例(従来法)用および
参照例(無処理)用 これらの試験片に対して、それぞれ表1に示した条件で
プラズマ溶射、放電肉盛、PVD、ならびに軟窒化、浸
硫窒化を施し、一部は無処理のままとした。プラズマ溶
射および放電肉盛をした試料は、精加工をして、その寸
法をφ10×60Lと、PVD用などのそれに揃えた。
【0011】処理した試験片の半分について、大気炉中
で600℃または1000℃に5分間加熱し、空冷する
酸化処理を施した。
【0012】 表 1 No. 区分 表 面 処 理 方 法 条 件 酸化処理 1 比較例 プラズマ溶射 ステライト21 無し 2 比較例 プラズマ溶射 ステライト21 600℃ 3 比較例 プラズマ溶射 ステライト21+10%NbC 無し 4 比較例 プラズマ溶射 ステライト21+10%NbC 600℃ 5 比較例 プラズマ溶射 ステライト21+30%NbC 無し 6 実施例 プラズマ溶射 ステライト21+30%NbC 600℃ 7 比較例 プラズマ溶射 ステライト21+50%NbC 無し 8 実施例 プラズマ溶射 ステライト21+50%NbC 600℃ 9 実施例 プラズマ溶射 ステライト21+50%NbC 1000℃ 10 比較例 プラズマ溶射 ステライト21+70%NbC 無し 11 実施例 プラズマ溶射 ステライト21+70%NbC 600℃ 12 比較例 プラズマ溶射 NbC 無し 13 実施例 プラズマ溶射 NbC 600℃ 14 比較例 プラズマ溶射 Nb 無し 15 実施例 プラズマ溶射 Nb 600℃ 16 実施例 プラズマ溶射 ステライト21+50%Nb 600℃ 17 比較例 プラズマ溶射 ナイモニック80A+50%NbC 無し 18 比較例 プラズマ溶射 ナイモニック80A+50%NbC 600℃ 19 比較例 放電肉盛 Nb 無し 20 実施例 放電肉盛 Nb 600℃ 21 実施例 放電肉盛 Nb 1000℃ 22 比較例 PVD Nb 無し 23 実施例 PVD Nb 600℃ 24 比較例 PVD NbC 無し 25 実施例 PVD NbC 600℃ 26 参照例 軟窒化 27 参照例 浸硫窒化 28 参照例 無処理 *1)プラズマ溶射の混合粉末の配合比率は重量% *2)ステライト21:Co−28Cr−5.5Mo−0.25C−2.5Ni *3)ナイモニック80A:73Ni−19.5Cr−1Co−2.3Ti −1.4Al−1.5Fe−0.05C。
【0013】酸化処理を施した試験片および施さない試
験片について、X線回折により、表面に形成された酸化
物を同定した。 あわせて各試験片の断面について組織
を観察し、酸化物の厚さおよび面積率を測定した。
【0014】続いて各試験片を、下記の条件でAl合金
溶湯中に深さ30mm浸漬し、試験片の中心が直径30mm
の円を描くように回転させる浸漬試験をしたのち、溶損
の状況をしらべた。 Al合金溶湯:B390合金(Al−17Si−4.5
Cu) 溶湯温度:760℃ 回転速度:200rpm 浸漬時間:40分間 浸漬試験終了後、試験片を飽和NaOH水溶液に浸漬し
て付着したAl合金を除去し、溶損により生じた重量減
を測定した。 耐溶損性を、 溶損率=(試験前重量−試験後重量)÷(試験前のφ10×
30L部の重量)×100(%) の値で評価した。以上の結果を、表2に示す。
【0015】 表 2 No. 区分 表 面 酸 化 状 況 溶損率 同定酸化物 Nb酸化物層 Nb酸化物 (%) 厚さ(μm) 面積率(%) 1 比較例 − − − 13.9 2 比較例 Co34 − − 11.6 3 比較例 − − − 9.8 4 比較例 Nb25,Nb6O 4 11.4 6.9 5 比較例 − − − 7.1 6 実施例 Nb25,Nb6O 6 30.8 1.0 7 比較例 − − − 5.6 8 実施例 Nb25,Nb6O 16 51.5 0.8 9 実施例 Nb25,Nb6O 30 56.6 0.7 10 比較例 − − − 3.8 11 実施例 Nb25,Nb6O 42 68.7 0.4 12 比較例 − − − 1.2 13 実施例 Nb25,Nb6O 48 100.0 0.3 14 比較例 − − − 1.1 15 実施例 Nb25,Nb6O 11 100.0 0.2 16 実施例 Nb25,Nb6O 14 59.3 0.5 17 比較例 − − − 5.3 18 比較例 Nb25,Nb6O 12 47.2 0.7 19 比較例 − − − 1.2 20 実施例 Nb25,Nb6O 10 100.0 0.2 21 実施例 Nb25,Nb6O 26 100.0 0.1 22 比較例 − − − 1.1 23 実施例 Nb25,Nb6O 12 100.0 0.1 24 比較例 − − − 1.2 25 実施例 Nb25,Nb6O 12 100.0 0.2 26 参照例 化合物層厚さ=6.5μm 硬化層深さ=0.12μm 4.1 27 参照例 化合物層厚さ=14.2μm 硬化層深さ=0.16μm 1.3 28 参照例 82.5
【0016】
【実施例】自動車部品ケースをダイカストにより製造す
る金型の中子ピンを対象に、各種の処理を行なって、実
用性能を評価した。 中子ピン素材:JIS−SKD61鋼、焼入れ・焼戻し
材(HRC48) 中子ピン形状:φ20×200L 前記したAl合金であるB390合金のダイカストを行
なって、中子ピンに溶損が生じて補修が必要となるまで
のショット数で、耐溶損性を評価した。 表面処理の条
件を表3に、表面酸化の状況と耐溶損性とを表4に、そ
れぞれ示す。
【0017】 表 3 No. 区分 表 面 処 理 方 法 条 件 酸化処理 1 実施例 プラズマ溶射 ステライト21 大気炉 +50%NbC (600℃x5分−空冷) 2 実施例 プラズマ溶射 ステライト21 バーナー酸化 +50%NbC 3 実施例 放電肉盛 Nb バーナー酸化 4 実施例 PVD NbC 大気炉 (600℃x5分−空冷) 5 参照例 軟窒化 6 参照例 浸硫窒化 表 4 No. 区分 表 面 酸 化 状 況 ショット数 Nb酸化物層厚さ(μm) Nb酸化物面積率(%) (回) 1 実施例 18 53.5 4000 2 実施例 15 100 3500 3 実施例 14 100 3500 4 実施例 13 100 4000 5 参照例 化合物層厚さ=6.8μm 硬化層深さ=0.15μm 1500 6 参照例 化合物層厚さ=15.3μm 硬化層深さ=0.17μm 2000
【0018】
【発明の効果】本発明により、Al合金鋳造用の金型の
耐溶損性が改善され、金型寿命が顕著に延長される。
その結果、高品質のAl合金鋳造品を、低減されたコス
トで提供することが可能になった。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al合金鋳造用の金型であって、熱間工
    具鋼を材料とし、溶湯に接する表面の少なくとも溶損を
    受けるおそれのある部分を、厚さ5μm以上の保護層で
    被覆してなり、この被覆層の面積率にして30%以上を
    Nb酸化物の層が占め、残りの面積率をNi基またはC
    o基の耐熱合金の層が占めていることを特徴とする金
    型。
  2. 【請求項2】 Al合金鋳造用の金型であって、熱間工
    具鋼を材料とし、溶湯に接する表面の少なくとも溶損を
    受けるおそれのある部分を、厚さ5μm以上の保護層で
    被覆してなり、この保護層の全部をNb酸化物の層が占
    めていることを特徴とする金型。
  3. 【請求項3】 Al合金鋳造用の金型の製造方法であっ
    て、熱間工具鋼で金型を製造し、その溶湯に接する表面
    の少なくとも溶損を受けるおそれのある部分に、Nbお
    よびNbCの一方もしくは両方の粉末、またはNbおよ
    びNbCの一方もしくは両方の粉末とCo基およびNi
    基の耐熱合金の一方もしくは両方の粉末との混合粉末を
    プラズマ溶射し、溶射層に対して酸化処理を行なって、
    Nb酸化物またはNb酸化物とCo基および(または)
    Ni基の耐熱合金とからなる厚さ5μm以上の保護層を
    形成することからなる金型の製造方法。
  4. 【請求項4】 Al合金鋳造用の金型の製造方法であっ
    て、熱間工具鋼で金型を製造し、その溶湯に接する表面
    の少なくとも溶損を受けるおそれのある部分に、Nbを
    消耗電極とする放電肉盛を行ない、肉盛層に対して酸化
    処理を行なって、Nb酸化物の厚さ5μm以上のほご層
    を形成することからなる金型の製造方法。
  5. 【請求項5】 Al合金鋳造用の金型の製造方法であっ
    て、熱間工具鋼で金型を製造し、その溶湯に接する表面
    の少なくとも溶損を受けるおそれのある部分に、Nbま
    たはNbCを蒸着させ、蒸着層に対して酸化処理を行な
    って、Nb酸化物の厚さ5μm以上のほご層を形成する
    ことからなる金型の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007222880A (ja) * 2006-02-21 2007-09-06 Mitsubishi Electric Corp 金型
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
JP2021062396A (ja) * 2019-10-17 2021-04-22 エア・ウォーターNv株式会社 ダイカスト金型および鋼の表面処理方法

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