JPH1161375A

JPH1161375A - 熱間加工用金型の表面処理方法および熱間加工用金型

Info

Publication number: JPH1161375A
Application number: JP21934497A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nagasawa; 政幸長澤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1997-08-14
Filing date: 1997-08-14
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】使用中の大割れを防止し得る熱間加工用金型
の表面処理方法とそのための熱間加工用金型を提供す
る。【課題手段】金型のガス表面硬化処理において、金型
冷却孔の内面に硬化防止剤を塗布すると共に、金型冷却
孔の開口部を封止する部材を取り付ける表面処理方法で
ある。望ましくは、開口部を封止する部材を着脱可能に
取り付け、好ましくは、ネジ止めにて取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面処理における
内部冷却孔の硬化を防止することによって、早期割れを
防止する熱間加工用金型およびそのための表面処理方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】使用中の熱間加工用金型は、「高温の溶
融状態の金属に接する加熱状態」と「被成形材を金型か
ら取り出した後に水、潤滑剤等の冷媒で急冷するという
冷却状態」に交互にさらされるため、その金型には、こ
の熱サイクルによる圧縮−引張の応力が繰り返し負荷さ
れることとなり、それに起因するヒートクラックの発生
が懸念されている。特に、アルミニウム合金や亜鉛合金
の鋳造に用いられるダイカスト用金型は、キャビティ内
に溶融状態の被成形材を圧入することから、上記の繰り
返し応力に起因するヒートクラックの発生は深刻な問題
であり、金型の寿命短期化の主要因ともなっている。一
般にヒートクラック寿命の向上のためには、金型の硬さ
を上げることに効果があり、最近では浸炭や窒化といっ
た表面処理により金型表面の硬さを上げることが広く行
われるようになってきた。

【０００３】しかし、表面処理によるヒートクラック寿
命が向上する一方、従来の表面処理が成された金型で
は、そのヒートクラック寿命よりも早期に「大割れ」が
発生する場合があり、金型寿命の向上方法として研究の
余地を残すものであった。つまり、金型に設けられてい
る冷却孔の内面は、金型表面との温度差による引張応力
が負荷されている上、冷却水による腐食環境下にもさら
されているため、応力腐食割れが発生し易い状況にあ
り、よって、この内部冷却孔の内面をも硬化した従来の
金型では、脆化による割れの急速進展が懸念されるので
ある。すなわち、早期割れを防止するためには、内部冷
却孔の硬化を防止し得る表面処理方法の確立が重要とな
る。

【０００４】この内部冷却孔からの早期割れを防止し得
る表面処理方法としては、特開昭５８−２２３７３号の
方法が提案されている。これは、塩浴窒化処理の場合に
ついて、２つの開口部を持つ内部冷却孔の両方の開口部
にあるいは、一方にパイプ、他方に栓を溶接することに
よって、冷却孔の硬化を防止する方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開昭５８−
２２３７３号の方法は、冷却孔の硬化防止方法として有
効である。しかし、この方法は、塩浴窒化処理のような
浸炭窒化液を用いる場合について、その効果を発揮する
ものであり、近年、多くの金型に適用されるようになっ
たガス雰囲気による表面処理の場合には適用できない。
そこで、本発明は、窒化ガスあるいは浸炭ガスといった
表面処理ガス雰囲気にて行われる表面処理において、内
部冷却孔の硬化を防止し得る熱間加工用金型の表面処理
方法およびその熱間加工用金型を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】まず、本発明者は、ガス
雰囲気中での表面処理において、そのガスの冷却孔への
侵入状況を把握すると同時に、冷却孔の内面とガスの接
触を容易かつ低コストにて、防止し得る方法を検討し
た。その結果、ガスとの接触を防止するに有効な手段で
ある、例えば窒化防止剤といった硬化防止剤を冷却孔内
部に塗布・適用したのみでは、冷却孔の奥の方で塗布ム
ラができてしまい、その結果、高濃度の表面処理ガスの
流入によって十分な硬化の防止が達成できない知見を得
た。

【０００７】そこで、本発明者は、上述の結果を鑑みて
更なる検討を行なった結果、まず、冷却孔へのガスの流
入そのものを防止する方法が有効である知見に到達し、
さらに、容易かつ低コストにて優れた硬化防止方法をも
検討した結果、本発明に到達したのである。すなわち、
本発明の熱間加工用金型の表面処理方法は、金型のガス
表面硬化処理において、金型冷却孔の内面に硬化防止剤
を塗布すると共に、金型冷却孔の開口部を封止する部材
を取り付けるものである。

【０００８】また、表面処理後の熱間加工用金型におい
ては、その冷却孔の開口部に取り付けた封止部材を取り
除く必要があるのだが、本発明では、その表面処理工程
の容易化および低コスト化をも考慮した方法を達成すべ
く、以下の方法に至った。すなわち、開口部を封止する
部材を着脱可能に取り付ける方法であり、好ましくは、
ネジ止めによる取り付けによる方法であって、本発明で
あれば、複数回の表面処理工程にも、適用が可能であ
る。

【０００９】よって、金型冷却孔の開口部に、封止する
部材を取り付けるための加工がなされた本発明の熱間加
工用金型であれば、ヒートクラックと大割れによる寿命
の短期化を同時に改善することが可能であり、好ましく
は、封止部材が着脱可能に取り付けられるもの、あるい
は、その開口部を螺子状に加工したものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の最大の特徴は、冷却孔へ
のガスの流入そのものを防止する思想のもと、容易かつ
低コストにて金型冷却孔の硬化を防止する手段を達成し
たところにある。

【００１１】熱間加工用金型の表面処理工程において、
金型の内部冷却孔までが硬化すると、その内面に脆い層
が生成されるため、先述した冷却水を原因とする応力腐
食割れが急速進展することが懸念され、その結果、ヒー
トクラック寿命の向上に反して、早期の割れが生じる。
この表面処理工程を原因とする「大割れ」の早期発生
は、従来よりその改善方法が検討されてきたが、ことガ
ス雰囲気による表面処理においては、その改善方法とし
て適確な手段が未だもって提案されていなかった。

【００１２】そこで、本発明者は、表面処理ガスの冷却
孔内部への侵入挙動について、詳細なる研究を重ねた結
果、まず、冷却孔へのガスの流入そのものを防止する方
法に併せて、それに硬化防止剤を使用することが、有効
であることを見いだしたのである。つまり、金型冷却孔
の内面に硬化防止剤を塗布すると共に、金型冷却孔の開
口部を封止する部材を取り付ける熱間加工用金型の表面
処理方法であり、本発明であれば、ガス表面処理工程の
際に生じる冷却孔内部の硬化を十分にかつ、容易・低コ
ストにて、防止し得るに最適な方法として、表面処理の
本来の目的である「ヒートクラック寿命の向上」を図る
ことが可能となる。

【００１３】以下に、本発明の効果について、ガス窒化
処理の場合を例に詳しく説明する。図２は、４つの孔
（各１０ｍｍφ×３００ｍｍ）を加工したＳＫＤ６１製
の試験片１（１００ｍｍ×１００ｍｍ×３１０ｍｍ）に
ついてその断面を示すものであり、本発明およびその比
較となる熱間加工用金型を想定したものである。なお、
４つの孔のうち、孔２は防窒化処理を全く施していない
もの、孔３はステンレス製ネジ６を取り付けたのみのも
の、孔４はその内面に窒化防止剤７を塗布したのみのも
の、そして、孔５はその内面に窒化防止剤７を塗布し、
さらにその開口部にステンレス製ネジ６を取り付けた本
発明に該当するものである。そして、上記の加工を施し
た試験片１にガス窒化処理を施した後、この試験片１を
切断し、４つの孔２、３、４、５について、その開口部
より２５０ｍｍ深さでの断面硬さ分布を測定した。その
結果が図３に示すグラフである。

【００１４】図３より、防窒化処理を全く施していない
孔２は、表面がガス窒化により１０００ＨＶ以上に、ネ
ジ止めのみあるいは窒化防止剤のみの孔３、４でも６５
０〜７５０ＨＶ程度まで硬化している。その一方、ネジ
止めと窒化防止剤の塗布を併用した本発明の表面処理方
法を適用した孔５は、ネジ止めによる窒化性ガス流入量
の微量化と窒化防止剤の相乗効果によって、全く硬化し
ていないことから、本発明が硬化防止に優れた効果を示
すことがわかる。

【００１５】以上より、開口部の封止に窒化防止剤の塗
布を併用する本発明の表面処理方法を適用することで、
表面処理による脆化層の生成を防止することができるた
め、金型使用中におけるヒートクラックの発生はもちろ
ん、大割れの発生による早期寿命問題の改善が可能とな
る。そして、冷却孔の開口部に封止部材取り付け用の加
工が成された本発明の熱間加工用金型であれば、その表
面処理の際の開口部の封止が可能である。また、封止部
材の着脱を可能にすることによって、本発明の表面処理
工程をより容易かつ低コストに行なうことができ、複数
の表面処理工程にも対応が可能となる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明の熱間加工用金型（ＳＫＤ６
１、金型キャビティ面凸部から金型裏面の距離ａ＝２５
０ｍｍ）の表面処理方法の一例として、その一部分を示
すものである。なお、この金型は、ヒートクラック寿命
向上のもと、実際にガス窒化処理を施したところ、防窒
化処理を行なわなかったために内部冷却孔の応力腐食割
れにより早期割れを起こしたダイカスト金型と同形状の
ものである。本実施例では、上記の金型を使用すること
で、本発明の効果を、ガス窒化処理法を例に説明する。

【００１７】まず、本発明およびその比較例に対応する
試料の作製にあたって、焼入れ−焼戻し後、仕上げ加工
を行った図１の金型８を準備した。なお、本発明の熱間
加工用金型は、図１に従い、その内部冷却孔９（直径ｂ
＝１０ｍｍ）については、脱脂・洗浄後、窒化防止剤７
を塗布してから、その開口部をステンレス製ネジ６にて
封止した試料Ｎｏ．１とした。また、その比較例とし
て、内部冷却孔にネジ止めによる封止のみを施したもの
を試料Ｎｏ．２とした。

【００１８】そして、ヒートクラック寿命を向上させる
べく、これら試料Ｎｏ．１、２の金型にガス窒化処理を
施した後、これらの金型によるアルミダイカストを実施
し、その使用における金型の状況を調査した。調査結果
を表１に示す。なお、比較試料Ｎｏ．３は、表面処理自
体を行なわずにダイカストを実施した場合の結果であ
る。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１より、試料Ｎｏ．１の金型は、１２万
ショットの使用においても、冷却部よりの大割れおよび
キャビティ面のヒートクラックが発生せず、本発明の優
れた効果が確認できた。その一方、開口部の封止のみを
適用した比較試料Ｎｏ．２は、その窒化処理の際に、冷
却孔内部への窒化ガスの侵入防止が不十分であったた
め、キャビティ面の耐ヒートクラック特性には優れるも
のの、１．５万ショットという早期使用にて大割れを生
じる結果となった。また、表面処理自体を施さなかった
試料Ｎｏ．３は、その８万ショット使用後の状態におい
て冷却孔内面の硬化による大割れこそ発生していない
が、キャビティ面にヒートクラックが発生する結果、こ
れ以上の使用が不可能となった。

【００２１】

【発明の効果】以上より、本発明を適用した熱間加工用
金型であれば、その表面処理工程を原因とする使用中の
耐大割れ特性に優れるため、耐ヒートクラック特性をも
十分に発揮できることから、その寿命の長期化が可能で
ある。そして、容易かつ低コストにて熱間加工用金型の
長寿命化が達成できる本発明は、金型生産の効率向上に
もつながり、その有益性は非常に高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱間加工用金型の表面処理方法の一例
を示す図である。

【図２】本発明および比較例である表面処理方法の実施
状況を示す図である。

【図３】本発明および比較例を適用した孔内面の断面硬
さ分布を示す図である。

【符号の説明】

１：試験片、２，３，４，５：孔、６：ステンレス製ネ
ジ、７：窒化防止剤、８：金型、９：内部冷却孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型のガス表面硬化処理において、金型
冷却孔の内面に硬化防止剤を塗布すると共に、金型冷却
孔の開口部を封止する部材を取り付けることを特徴とす
る熱間加工用金型の表面処理方法。
【請求項２】開口部を封止する部材を着脱可能に取り
付けることを特徴とする請求項１に記載の熱間加工用金
型の表面処理方法。
【請求項３】開口部を封止する部材の取り付けが、ネ
ジ止めによることを特徴とする請求項１ないし２に記載
の熱間加工用金型の表面処理方法。
【請求項４】金型冷却孔の開口部に、封止する部材を
取り付けるための加工がなされていることを特徴とする
熱間加工用金型。
【請求項５】封止部材を着脱可能に取り付けるため加
工がなされていることを特徴とする請求項４に記載の熱
間加工用金型。
【請求項６】開口部が螺子状に加工されていることを
特徴とする請求項４ないし５に記載の熱間加工用金型。