JPS62136554A - 成形金型用鋳鋼 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、高い硬度を有すると共に鋳造時に高い寸法精
度を達成できる成形金型用鋳鋼に関するものである。

（従来の技術） 従来、炭素鋼鋳鋼にＮｉｌ　Ｃｒ、Ｍｏ＋　Ｍｎ。

Ｓｉなどの合金元素を単独または複合で添加して炭素鋼
鋳鋼よりも優れた特性を与えた鋳鋼材料は数多く知られ
ているが、成形用金型としては使用されていない。

（発明が解決しようとする問題点） 一方、成形用金型特に汎用量産用プラスチック成形金型
の場合、ロックウェル硬さく以下、ＩＩＲｃと記す）２
０〜３５クラスの硬度を有する金型が要求されている。

この要求を満足する金型を従来の低合金鋼鋳鋼にて鋳造
して、その鋳肌を成形面として用いる場合以下のような
欠点があった。

（１）低合金鋼鋳銅に鋳造、調質を行いＨＲＣ２０〜３
５レベルとする場合、油冷もしくは水冷による焼入れ時
の反り・歪発生により良好な寸法精度を得ることができ
ない。

（２）　　ここで、焼入れを空冷とすることにより反り
・歪を少なくできるが、ＨＲＣ２０〜３５の硬度の達成
が困難となる。

（３）空冷の程度の焼入れ速度においても、ベイナイト
もしくはマルテンサイト組織となり、充分な硬度を得る
よう上述したように各合金を添加したものでは鋳放し段
階での反り・歪発生が著しく、かつ焼入れ（焼串）時の
反り・歪の変化量も大きい。

本発明の目的は上述した不具合を解消して、ＨＲＣ２０
〜３５の硬度が達成できると共に鋳放し状態および規準
時の鋳物の反り・歪発生量が少ない成形金型用鋳鋼を提
供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の成形金型用鋳鋼は、０．３〜０．５５重量％の
Ｃ，０，３〜１．０重量％のＳ　ｉ　、　０．２〜１．
０重量％のＭ　ｎ　、　０．５〜１．５重量％のＣｒ　
、　０．７〜２．０重量％のＣｕおよび不可避的不純物
と残部Ｆｅよりなり、鋳放し状態および規準時の鋳物の
反り・歪発生量が少なく、焼準状態もしくは焼準後の時
効状態においてＨＲＣ２０〜３５の硬度を有することを
特徴とするものである。

さらに本発明の成形金型用鋳鋼は、０．３〜０．５５重
量％のＣ，０，３〜１．０重量％のＳｉ、０．２〜１．
０重量％のＭ　ｎ　、　０．５〜１．５重量％０Ｃｒ　
ｓＯ，７〜２．０重量％のＣｕ、１．５重量％以下のＮ
ｉおよび不可避的不純物と残部Ｆｅよりなり、鋳放し状
態および規準時の鋳物の反り・歪発生量が少なく、焼準
状態もしくは焼準後の時効状態においてＩＩＲＣ２０〜
３５の硬度を有することを特徴とするものである。

（作　用） 本発明は、ｒＨＲＣ２０〜３５の硬度を有し、寸法精度
が良好な金型を鋳造により作成する」という目的に対し
て各種の合金鋼鋳鋼について鋳造時、熱処理時の反り・
歪、硬度を調査した結果、上述した第１発明および第２
発明の組成の合金鋼鋳鋼が成形金型用鋳鋼材としてきわ
めて好適であることを見い出したことによる。

以下本発明における限定理由を述べる。

・ＨＲＣ２０〜３５ 汎用量産金型としてはＨＲＣ２０以上の硬度が必要であ
ると共に、ＨＲＣ３５を越えるような高合金化もしくは
熱処理を行うと反り・歪量か増大するためＨＲＣ３５以
下とする。

・Ｃ：Ｏ，３〜０．５５重量％ ＨＲＣ２０以上の硬さを焼串、時効処理により得るには
０．３％以上必要である。また、鋳放しもしくは規準時
のパーライト＋フェライト組織において、フェライトの
面積比が５０％以上となると鋳放し時の反り・歪が大と
なる傾向があり、その点からも０．３％以上必要である
。ただし、多量に含有させると靭性、溶接性が劣化する
ため０．５５％以下に限定する。

・Ｓｉ：０．３〜１．０重量％ 溶解時の脱酸効果、溶湯の渦流性の向上のためには０．
３％以上必要である。ただし、多量に含有すると靭性が
劣化するため１．０％以下に限定する。

・Ｍｎ：０．２〜１．０重量％ 溶解時の脱酸、脱硫効果に有効であり０．２％以上必要
である。ただし、１．０％を越えて含有すると、鋳造時
もしくは規準時の反り・歪が大となるため１．０％以下
に限定する。

・Ｃｒ　：　０．５〜１．５重量％ 基地の強化と規準時の組織の微細化に対して有効であり
０．５％以上必要であるが、１．５％を越えて含有させ
ると靭性、溶接性が劣化するばかりか反り・歪も増加す
る傾向にあるため１．５％以下に限定する。

・Ｃｕ：０．７〜２重量％ 基地の強化と時効処理による析出硬化のために少なくと
も０．７％以上が必要である。しかし、２％を越えて含
有してもその効果の向上は少なく反リ・歪の増大化の傾
向があるため２．０％以下に限定する。

・Ｎ　ｉ　：　１．５重量％以下 基地の強化と焼準時の組織の微細化に対して有効である
が、１．５％を越えて含有させると鋳放し状態および焼
準時の反り・歪が増加するため１．５％以下に限定する
。

なお、上記元素以外にＰ、Ｓの含有量については一般的
炭素鋼鋳鋼と同様０．０４％以下が好ましい。

また、上記元素以外に鋳造組織微細化もしくは脱酸の目
的で１．Ａｊ！、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ。

Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｌａの群より選んだ１種または２種
以上を最大０．２％まで添加することが可能である。し
かし、０．２％を越えると鋳放し状態もしくは焼準時の
反り・歪量が増大する危険性がある。

（実施例） 本発明の成形金型用鋳銅を造るには、第１発明および第
２発明に示す組成の合金を所定の成形金型を得るための
鋳型に鋳造後、好ましくは７８０〜８８０°Ｃの温度よ
り焼串してパーライト＋フェライト組織として本発明の
鋳鋼による成形金型を得ている。このとき、その後好ま
しくは４５０〜５５０°Ｃの温度で時効処理を施して硬
化させることも可能である。

ここで焼串条件としては、７８０〜８８０℃の温度から
５００℃の間を平均冷却時間１００〜１０，０ＯＯｓｅ
ｃで冷却するのが反り・歪および硬度の点で好ましい。

ただし、Ｎｉを含む第２発明では５００〜２０＋　０Ｏ
Ｏｓｅｃで冷却するのが好ましい。また、時効処理条件
としては、４５０〜５５０°Ｃの温度に１〜６時間保持
するのが時効硬化を得る上で好ましい。

大施桝工 供試材として第１表に示す成分組成の本発明鋳鋼及び組
成が本発明よりはずれたものとさらに一般的中炭素合金
鋳鋼を準備した。これらの供試材を鋳造後、第１図（ａ
）　、　（ｂ）にその上型の正面図および側面図を示す
と共に、第１図（ｃ）　、　（ｄ）にその下型の正面図
および側面図を示す形状の鋳型に鋳造を行ない、第２図
（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）にその正面図、側面図
および平面図の形状を示す鋳物４を得た。第１図に示す
鋳型１としては、第１図（ｆ）に上型および下型の接合
状態の断面図を示すように、ムライトおよびエチルシリ
ケートよりなる１０１厚のフェイシング２と、骨材とし
てのシャモットとバインダーとしての水ガラスとよりな
るバッキング３とより構成される製品部外寸２８０　ｍ
ｍＸ１８０　ｍｍＸ８０ｍｍ、内寸２００　ｍｎ＋　Ｘ
　１００　ｍｍ　Ｘ　４Ｑｍｍの二重構造セラミック鋳
型を使用している。これにおいて、鋳型１の第１図（ｅ
）に示す１２箇所の鉛直方向の変位を三次元測定機にて
測定して、この変位に対する鋳物４の同一箇所の変位の
差の最大値をもって反り・歪量とした。結果を第１表に
示す。

第１表から明らかなように、鋳放し状態での反り・歪量
については隘１〜９　（第１発明）及び１１ｋＬ１０〜
１３（第２発明）は全て０．１１ｍｍ以下であるのに対
し、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉの添加量が上限を越えているＢ。

Ｄ、　Ｇおよび一般的合金鋳鋼Ｈ，１，Ｊ、には０．１
５ｍｍを越える値となった。なお、反り・歪量は小さけ
れば小さいほど好ましいが、本発明品のように０．１５
ｍｍ以下であれば寸法精度も向上し実使用上はとんど問
題が生ずることがないのに対し、０．１５ｍｍ以上であ
ると金型としての寸法精度に問題が生ずることがあった
。

そして、これらの鋳物に対して、８００℃から冷却して
焼串した場合およびその後５００℃に３時間の時効硬化
処理を行った場合（含Ｃｕ系のみ）の硬度と反り・歪と
の関係を第３図に示す。第３図から明らかなように、本
発明は全てＨＲＣ２０〜３５の範囲にあり反り・歪の増
加も少なく　０．１５ｍｍ以下である。これに対し、Ｃ
＋　Ｃｒ、Ｃｕが下限より低いＡ、Ｅ、Ｃは焼準時の硬
度がＩＩＲＣ２０に満たず、Ａは反り・歪も大きい傾向
にある。また、Ｍｎ。

Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉが上限を越えるＢ、Ｄ、Ｆ、Ｇおよび
一般的合金鋳鋼Ｈ，Ｉ、Ｊ、には反り・歪が大である。

さらに焼準時の冷却条件が時効処理後の硬度に及ぼす影
響を第４図に示す。第４図から明らかなように、本発明
は８００℃から５００℃の冷却時間が８０００ｓｅｃと
なるような肉厚品での焼串条件においてもＨＲＣ２０〜
３５が確保できる。なお、第２発明は８００℃から５０
０℃の冷却時間が１５０　ｓｅｃとなるような薄肉品に
おいてはＨＲＣ３５以上の硬度となり、反り・歪が増大
化する危険性があるが、逆に肉厚がさらに増した場合で
１（ＲＣ２０〜３５が確保できるものである。

次財１生ｌ 第２表に示す成分組成の本発明（第１．第２）Ｎ［Ｌｌ
、２およびＪＩＳに規定される構造用低合金鋳鋼のＳＣ
ＭｎＣｒ４（Ｍｎ　−Ｃｒ系）　、ＳＣＮＣｒＭ２（Ｎ
ｉ　−Ｃｒ−Ｍｏ系）にそれぞれ相当する比較材Ｎ［Ｌ
３．４を用いて、第５図（ａ）　、　（ｂ）にその上型
および下型の正面図を示す形状の二重構造鋳型１０に鋳
造を行ない、第６図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）にその
正面図、側面図および底面図を示す形状の鋳物１１を得
た。これらの鋳物１１に対し、実施例１と同様の方法に
より第５図（ｃ）に示す１６箇所において反り・歪量を
測定すると共に、第６図に示す鋳物キャビィティ部の長
手方向の寸法測定（３点の平均をＡで示す）を行なった
。第３表に機械特性も含めて、反り・歪量および寸法測
定結果を示す。

第２表 第２表および第３表の結果から明らかなように、本発明
の供試材隘１，２は一般的構造用低合金鋼鋳鋼と同等の
機械特性を有しつつ、鋳造および焼半時の反り・歪発生
量は著しく少ないことがわかった。また、本発明品は鋳
放し規準間の寸法変化もほとんどなかった。

（発明の効果） 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
の成形金型用鋳鋼は、一般的精密鋳造法によって良好な
寸法精度と）ＩＲＣ２０〜３５の硬度レベルを達成でき
るものであり、特に正確な寸法精度が要求されるプラス
チック等の成形用金型に好適な材料であり、従来の機械
加工による金型製作に比べても低コスト化、短納期化が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ本発明の鋳鋼を成形す
るための鋳型形状を説明するための線図、第２図（ａ）
〜（ｃ）はそれぞれ本発明の鋳鋼による鋳物の形状を示
す正面図、側面図および平面図、第３図は本発明鋳鋼の
硬度と反り・歪量との関係を示すグラフ、 第４図は本発明鋳鋼の硬度と平均冷却時間との関係を示
すグラフ、 第５図（８）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の鋳鋼を成形す
るための鋳型形状の他の例を説明するための線図、 第６図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の鋳鋼による鋳
物の形状の他の例を示す正面図、側面図および底面図で
ある。 ■、１０・・・鋳型２・・・フエイシング３・・・バッ
キング　　　　４．１１・・・鋳物特許出願人　　日本
碍子株式会社 第１図 （ａ）　　　　　　（ｂ） 第３図 ｚ更潰（ＨＲＣ） 第４図 ｆｆｔ準晴ｇｏｏ’ｃ−ｓｏｏ℃絣ηべ禾Ｐ叶間第５図 （ａ） （Ｃ） 第６図 （ａ）　　　　　　（ｂ） （’Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、０．３〜０．５５重量％のＣ、０．３〜１．０重量
   ％のＳｉ、０．２〜１．０重量％のＭｎ、０．５〜１．
   ５重量％のＣｒ、０．７〜２．０重量％のＣｕおよび不
   可避的不純物と残部Ｆｅよりなり、鋳放し状態および焼
   準時の鋳物の反り・歪発生量が少なく、焼準状態もしく
   は焼準後の時効状態においてＨＲＣ２０〜３５の硬度を
   有することを特徴とする成形金型用鋳鋼。 ２、前記反り・歪発生量が０．１５ｍｍ以下である特許
   請求の範囲第１項記載の成形金型用鋳鋼。 ３、０．３〜０．５５重量％のＣ、０．３〜１．０重量
   ％のＳｉ、０．２〜１．０重量％のＭｎ、０．５〜１．
   ５重量％のＣｒ、０．７〜２．０重量％のＣｕ、１．５
   重量％以下のＮｉおよび不可避的不純物と残部Ｆｅより
   なり、鋳放し状態および焼準時の鋳物の反り・歪発生量
   が少なく、焼準状態もしくは焼準後の時効状態において
   ＨＲＣ２０〜３５の硬度を有することを特徴とする成形
   金型用鋳鋼。 ４、前記反り・歪発生量が０．１５ｍｍ以下である特許
   請求の範囲第３項記載の成形金型用鋳鋼。