JPS60211001A - 熱間加工工具の製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ、産業上の利用分野 本発明は、特許請求の範囲第１）項の前文に記載の熱間
加工工具の製造方法に関する。

ｂ、従来の技術とその問題点 金属融成物を噴霧し、その粒子を直ちに型に集めること
によって気孔のない又は殆んど気孔のない原成形品を製
造することは既に知られている。

そのような方法は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公
開第２５３７１０３号公報に記載されている。この原成
形品の比重は、少くとも９０％、通常９５〜９９％でな
ければならない。これは、依然として存在する気孔がこ
れ以上互に結合しないことを意味している。このことは
、熱せられた状態にある部分を、鍛造、プレスまたは押
出しプレスによってさらに加工する必要があり、気孔内
への酸素の侵入は不都合な内部酸化を起させ、その結果
、機械的な特性が劣化するようになるため、重大な問題
である。

さらに、反応気体または真空の中で熱処理を行なう必要
のある有孔性の製品または半製品を粉末冶金の方法によ
って製造することが一般に行われている。この方法は少
くとも下記の工程、即ち粉末の製造、粉末の凝縮、成形
体の焼結を特徴とする特に、大きな製品を製造する場合
、高い経費を必要とする。

さらに、耐摩耗性の成形体を製造するため、プレス前に
金属粉末に補強物質（例えばＡ＃、（＋、）を添加する
ことが知られている。この場合に、しばしば、プレス工
具がひどく摩耗することが欠点である。

Ｃ０目的 本発明の目的は、噴霧された金属融成物からなり７０〜
９０％の比重をもった熱間加工工具を製造することが可
能な簡素化された方法、およびこの方法を実施するため
の装置を提供することにある。

ｄ１問題点を解決するための手段 この目的は、特許請求の範囲第１）項記載の方法によっ
て達成される。この方法の好適な実施態様は、特許請求
の範囲第２）項ないし第１０）項に示されている。本発
明方法を実施するための装置は、特許請求の範囲第１１
）項に記載されている。この装置の好適な実施態様は、
特許請求の範囲第１２）項ないし第１４）項に示されて
いる。

ｅ０発明の要点 本発明によれば、金属融成物を噴霧し融成物粒子を１つ
の型に集めることによって、大きなａ孔性の熱間加工工
具を直接製造することができる。

その場合、処理条件、すなわち融成物の過熱、単位時間
当りの融成物の流れ（これは融成物噴射直径によって決
定される）、噴霧気体の量、温変。

速度および噴霧ノズルから型までの距離を、融成物粒子
が噴霧ノズルの下にある型または型に既に集められた融
成物粒子に衝突した際に、融成物粒子が練り粉のような
硬さをもつ程度に冷却されているよう選定することがで
きる。この場合、“練り粉のような”とは、粒子が少し
の圧力によってまだ変形可能な状態を意味しており、即
ち、この状態では、粒子は完全に凝固しているが、まだ
液状の核をもち、この核は極めて小さいため、核を包囲
する殻体は、型に衝突した場合に割れることはない。製
造された工具が７０ないし９０％特に８０ないし８５％
の比重をもつようにするには、上記事項が必要である。

そのほか、融成物粒子が互に溶接（焼結）するためには
、充分な熱エネルギーをもつ必要がある。

粒子硬度の調整は、固体の粒子特性が必要であると共に
粒子が付着することを防止するため可及的に少い熱エネ
ルギーをもつことが必要な金属粉末を製造するための粒
子硬度とは根本的に相違する。

これとは逆に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２５３
７１０３号公報による方法の場合には、可及的に高い比
重に調整するため、特に軟らかい粒子が製造され、型に
集められた粒子の堆積の表面に生じた窪みおよび非平面
部は、互に結合された気孔が生じないよう後続の粒子に
よって完全に充填する必要がある。

本発明によれば、融成物の噴霧の際、従来の技術ではそ
れぞれの場合に回避する必要のあった処理条件の組合せ
が調整される。

適当な条件の組合せは、例えば試験において、その他は
一定な条件で、型と噴霧ノズルとの間隔を変化させるこ
とによって見出すことができる。

その場合、傾向として、融成物の一層高い過熱。

単位時間の融成物流量の増加、気体温度の上昇および単
位時間に供給される噴霧気体量の減少が、その他は一定
な条件において、粒子の硬さを軟らかくさせるか、又は
比重を高くさせることに注意する必要がある。

最高９０％特に８０ないし８５％の比重は、気孔が互に
結合された有孔性の成形体を保証する。これは、造形に
プレス工程を必要としない成形体に反応焼鈍処理を行な
うことを可能にし、この処理においては、行われた反応
（例えば脱炭、酸化、還元。

窒化など）が、深部の狭く限られた表面部分だけでなく
、開放された気孔構造であるため、全体的に、又は少く
とも容積の大きな部分において行われる。従って、徹底
的な深部効果によって所望の材料特性（例えば耐熱性）
にすることができる。

また、本発明による方法によって、成形体容積内に所望
の異なる特性を備えた工具を製造することもできる。こ
れは、例えば、噴霧工程中に補強物質（例えば炭化物、
窒化物、酸化物など）を時間制御を行なって噴霧ノズル
に供給し、融成物粒子の流れと共に成形体に混入させる
ことによって可能になる。

このようにすることによって、所定の範囲だけ補強物質
を混入させることができる。例えば耐摩耗性の物体の場
合、後で加工を容易にするため、締付は部材を収容する
役割をなし機械的に加工する必要のある容積部分（例え
ばねし孔）は補強物質が混入しないようにすることがで
きる。また、全体の成形体に均一に補強物質を混入する
ことが可能であることは勿論である。

金属融成物の噴霧の場合および／または反応焼鈍処理中
に（即ち成形体自体内で）補強物質が発生するよう作用
させることが多くの場合において好ましい。そのために
は、融成物を、噴霧前に、噴霧および／または反応焼鈍
に際して使用される気体（例えば窒素、二酸化炭素、空
気の酸素成分など）と反応することが可能で、その際に
補強物質（例えばＡｎ！ｇｏ３）を生成する一種または
多種の金属（例えばＡＣＴｉ、Ｎｂ）と合金化させるこ
とができる。焼鈍処理を行なうためには、成形体は約８
０ないし８５％の比重をもつことが必要である。

例えば空気中の酸素と反応させないようにするには、金
属融成物の噴霧および型内への集積を、外気から遮断さ
れた容器内で行なうことが好ましい。

噴霧気体としては、アルゴンまたは窒素のような不活性
気体を使用することができる。不活性雰囲気の純度に対
する要求はあまり大きくなく、例えば噴霧気体として窒
素を使用することが可能であり、その場合、噴霧を、開
放された容器内で行なうようにすることもできるが、こ
の場合には、噴霧の際に連続して新しく容器に供給され
る窒素のｔＪ）除作用による外気の完全な遮蔽が必要で
ある。

工具内部における異なった材料特性の調整は、噴霧ノズ
ルから受型までの距離を時間の経過！Ｊよって変化させ
、成形体の中に密度および多孔性の相違する層を生成さ
せることによって実現することができる。これは、例え
ば場合によって続いて行なわれる反応焼鈍処理にも影響
がある。一般に、高い密度は、工具への締付部材を取付
ける必要のある場所に望ましい。

場合によってはノズルから型までの距離の変化に関連し
た、均一または故意に不均一な型の充填は、型をノズル
の下で略水平方向に移動させることによって行われる。

原理的には、前述とは逆に、融成物粒子の衝突場所が型
の所望範囲になるようノズルの噴射方向を変化させるこ
ともできる。この方法で、場合によっては時間に応じて
配合される補強物質の添加とも関連し、成形体の内部に
著しく異なる材料特性を備えた工具が製造される。

本発明方法によって製造された工具は、一般に直接製品
として使用されるか、又は比較的簡単な加工（例えば座
、孔）が必要である。しかしながら、多くの場合、成形
体の開放された気孔構造を再び完全に除去することが重
要である。

これは、圧縮（例えば鍛造または押出しプレスによる）
によるか、又は気孔を充填する媒体中への浸漬によって
行われる。

本発明方法を実施するための装置は、融成物容器を備え
、この底部に注出口が取付けられ、この注出口の下方に
は、リング状の噴霧ノズルが注出口と同軸に設けられる
。

このノズルは噴霧気体用の接続部を備えている。

長さが型の長さまたは幅とほぼ等しい、例えば断面が狭
いがやや長い噴霧放射を発生するため、ノズルに他の断
面形状（例えば矩形）を選択することが多くの場合好ま
しい。融成物粒子を集めるための型は、ノズルまでの距
離を変化させることができるよう高さの調整が可能（例
えば電動機駆動により）な収容装置上のノズルの下方に
変換可能に設けられる。特に、型の内部における噴霧放
射の衝突領域を任意に変化することができる（例えば電
動機駆動により）よう、ノズルの下方の収容装置を旋回
可能または移動可能に構成することが好ましい。さらに
、外気から遮断され噴霧気体の排気用の排出口を備え融
成物容器に密接した噴霧容器の中に、ノズルおよび収容
装置を型と共に設けることが好ましい。噴霧によって発
生ずる融成物粒子の凝縮に至るまでの冷却は、先ず第一
に熱放射によって行われ、若干は噴霧気体の熱放散によ
って行われるため、凝縮条件の制御を目的として噴霧容
器に、その壁部の中または壁部に接して補助冷却装置を
設けることが好ましい。

ｆ、実施例 次に、本発明による方法を例示して一層詳細に説明する
。

熱間加工工具として著しい摩耗を受ける成形体を製造す
る。この製品は約４２０ｗｍ　Ｘ　１２０鶴Ｘ　４０ｍ
の寸法を有する。適当な内側寸法を有する金型が、空気
を遮断した密閉容器内に、噴霧ノズルの下方で動くこと
ができるように取付けられる。リング状ノズル（直径８
０龍）から型までの距離は６００龍である。

成形体の密度は約６．３８／ｃｍであり、これは使用さ
れたＣｒＮｉ１の場合、約８０％の比重に相当すること
が検査によって判明した。約１５４０℃に熱せられた溶
融鋼の噴射と同時に、溶融鋼の約５％の割合に相当する
量の微粒酸化物（ＡＡｚＯ＋）が補強物質としてノズル
の吸込み部に連続的に供給される。この融成物は約０．
５ｋｇ／秒の割合でノズルを流れる。噴霧気体としては
、室温の窒素が使用される。噴霧中、型が均一に充填さ
れるよう融成物粒子の噴射の下で型が移動される。成形
体が約３（Ｉｎの高さに達した際に、補強物質の供給が
中断され、ノズルからの距離が短縮される。このように
して、成形体の上部に約９０％の適当な大きさの密度が
生じる。型が充填（成形体重置駒１２．７ｋｇ）された
後に融成物の噴射も中止される。成形体は、酸素を遮断
した状態で約４００℃以下に保たれる。次に、この成形
体は密閉された炉に入れ換えられ、先ず真空にして焼鈍
され、その後、耐熱組織を形成するため、低い窒素圧力
（１バール以下）で窒化される。続いて、補強物質が被
覆されていない上層面の機械加工、例えば面削り、中ぐ
り、ねじ切りが行なわれる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）鋼またはＮｉ、Ｃｏをベースにした特殊合金の融成
   物が気体を媒体として噴霧され融成物粒子が型に集めら
   れるようにされた熱間加工工具の製造方法において、工
   具の比重を７０ないし９０％にするため噴霧の際に生じ
   る融成物粒子が型または型に既に集められた融成物粒子
   に衝突する場合に練り粉のような硬さをもつよう噴霧条
   件（融成物の過熱。 単位時間当りの融成物の流量、気体量、気体速度。 気体温度、噴霧ノズルからの型の距離）を調整し、噴霧
   工程中に噴霧ノズルに補強物質を付加的に供給し、工具
   に反応焼鈍を施すことを特徴とする方法。 ２）添加する補強物質の流量を時間によって変化させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１）項記載の方法。 ３）融成物は、反応焼鈍の際に気体と補強物質を生成す
   る少くとも１つの金属が噴霧前に添加されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１）項記載の方法。 ４）融成物は、噴霧気体と反応しその際に補強物質を生
   成する少くとも１つの金属が噴霧前に添加されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１）項ないし第３）項のい
   ずれかに記載の方法。 ω　噴霧は、密閉された容器内で行われることを特徴と
   する特許請求の範囲第１）項ないし第４）項のいずれか
   に記載の方法。 ６）　噴霧気体としてアルゴンまたは窒素を使用するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５）項記載の方法。 ７）工具の内部を場所によって異なる密度にするため、
   噴霧ノズルと受け型との間の距離を噴霧中に変化させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１）項ないし第６）
   項のいずれかに記載の方法。 ８）融成物粒子の型内における衝突場所を時間の経過に
   よって変化させることを特徴とする特許請求の範囲第１
   ）項ないし第７）項のいずれかに記載の方法。 ９）調整可能な気体導管に接続され融成物容器の注出口
   の下に取り付けられた噴霧ノズルとこのノズルの下に交
   換可能に設けられた型とを備えた特許請求の範囲第１）
   項記載の方法を実施する装置において、型とノズルとの
   間隔を変化させる装置を備えることを特徴とする装置。 １０）　ノズルの下方に移動可能な支持装置の上に型を
   取り付けることを特徴とする特許請求の範囲第９）項記
   載の装置。 １１）　ノズルおよび型は、外気から遮断された容器内
   に設けることを特徴とする特許請求の範囲第９）項又は
   第１０）項記載の装置。 １２）容器の壁に冷却装置を備えることを特徴とする特
   許請求の範囲第１１）項記載の装置。