WO2006129608A1 - 金型補強方法及び金型補修方法 - Google Patents

金型補強方法及び金型補修方法 Download PDF

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WO2006129608A1
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Toshimasa Kumaki
Mitsuo Kuwabara
Kazuo Matsushita
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Honda Motor Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a mold reinforcing method and a mold repairing method for reinforcing or repairing various molds including a forging mold.
  • Damaged portions such as cracks and wear generated in the mold cause burrs and distortion in the product, and increase the work of removing and shaping the product in a post process. Therefore, in order to prevent the occurrence of such product defects, the molds should be reinforced in advance, or the damaged molds should be repaired! /.
  • the forging die has a high stress at the time of use and thermal fatigue, and the build-up portion is easily peeled off, so that reinforcement or repair by the build-up is difficult. Therefore, forging dies are forced to be disposed of if damaged, which is uneconomical. Disclosure of the invention
  • a general object of the present invention is to provide a method for reinforcing a mold which enables strong and reliable reinforcement.
  • the main object of the present invention is to provide a method of reinforcing a mold which improves the durability of the mold.
  • Another object of the present invention is to provide a method of reinforcing a mold which improves the productivity of the product and improves the economy.
  • Another object of the present invention is to provide a mold repair method for recovering the durability of the mold.
  • Still another object of the present invention is to provide a mold repair method capable of improving the productivity of a product again.
  • a first element powder having the property of increasing the hardness of a mold made of an Fe-based alloy by being carbided, and a second element having a melting point lower than that of the first element powder. Coating a mixed powder having a powder on at least a region to be reinforced of the mold;
  • the first element powder in the mixed powder is carbonized by heat treating at least a region to be reinforced of the mold coated with the mixed powder using processing heat when processing a workpiece with the mold. And diffusing into the mold;
  • a mold reinforcement method is provided, including: That is, this reinforcement method is implemented before any damage occurs in the mold.
  • the hardness and strength of the mold can be reliably improved, for example, it is difficult to wear even if forging is repeated, and a highly durable forged forging that is less likely to cause defects.
  • a processing mold is obtained, which can contribute to the improvement of product productivity and economy.
  • molds such as press molds and forging molds.
  • the first element powder having the property of increasing the hardness of a mold composed of an Fe-based alloy by being carbided, and a melting point lower than that of the first element powder Coating a mixed powder having a two-element powder in at least a repair target area of the mold;
  • a mold repair method including:
  • this repair method is carried out to recover the damage after the damage occurs in the mold. And, according to the repair method, the hardness and strength of the mold can be recovered, so even if repeated forging is repeated, it is difficult to cause re-abrasion, which is hard to cause re-deletion. You can get the type. After all, product productivity is improved again.
  • Fe-based alloy examples include tool steel, high-speed tool steel, die steel, powder high-speed alloy steel, SCM, SNC, SNCM, and structural alloy steel for SCr.
  • carbon steel, low carbon steel structural steels can be mentioned.
  • the first element powder is preferably at least one selected from the group consisting of Fe, Ni, and Co, and carbides an Fe-based alloy well.
  • Al or Al—Mn eutectic alloy is preferable.
  • A1 has a melting point lower than that of the first element powder
  • the eutectic point of the Al—Mn eutectic alloy is lower than the melting point of A1.
  • Such A1 and A1-Mn eutectic alloys act as attractants for the first element powder
  • a reducing agent for reducing the oxide film present on the surface of the Fe-based alloy into the mixed powder.
  • a reducing agent for reducing the oxide film present on the surface of the Fe-based alloy into the mixed powder.
  • the reducing agent scavenges oxygen to prevent the acidity of Al. Therefore, the characteristic deterioration of A1 is prevented, and the adhesion of the first element powder to the Fe-based alloy is improved.
  • the reducing agent may include carbon powder or sugar.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a forging die on which a die reinforcing method or a die repairing method according to the present embodiment is performed.
  • FIGS. 2A to 2C are process explanatory views showing a reinforcement process of the forging die of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view showing a state in which a coating agent is filled in a crack (damaged portion) of the forging die shown in FIG.
  • FIGS. 4A to 4C are process explanatory views showing the repairing process of the forging die of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • This forging die 10 is an Fe-based alloy such as tool steel, high-speed tool steel, die steel, and alloy steel such as powder powder, chair, etc., and makes the engine power of automobile smooth and uniform. It is a mold for forging and forming a spider that constitutes a constant velocity joint for transmission to wheels, and is made of Fe-based alloy such as tool steel, high-speed tool steel, die steel and alloy steel such as powder high-speed steel.
  • the forging die 10 includes a lower die 11 and an upper die 12 which is displaceable relative to the lower die 11.
  • the lower die 11 and the upper die 12 have a spider shape. Cavities l la and 12a are formed, respectively, into which materials (workpieces), such as aligned and heat-softened steel materials, are pressed.
  • the method of reinforcing the forging die 10 will be described with reference to FIGS. 2A to 2C.
  • the first element powder having the property of increasing the hardness of the forging die 10 made of alloy steel which is an Fe-based alloy by being carbided, and the melting point lower than that of the first element powder, for example, the melting point is 600 °
  • the melting point is 600 °
  • the first element powder include at least one selected from the group consisting of Fe, Ni and Co. If the metal species of the carbide to be diffused is Fe in the post process, Fe powder will The blended powder may be prepared. If the metal species to be diffused is Ni, a mixed powder containing Ni powder may be prepared, and if Co, a mixed powder containing Co powder may be prepared. Of course, if, for example, both Fe and Co are to be diffused, a mixed powder may be prepared which contains both Fe powder and Co powder.
  • preferable examples of the second element powder include A1 or A1-Mn eutectic alloy.
  • a spontaneously formed oxide film is present on the surface of the forging die 10 (alloy steel) to be reinforced.
  • a large amount of heat energy must be supplied so that the metal atoms can pass through the oxide film.
  • a mixed powder of the first element powder and the second element powder is added to a solvent, and a substance which acts as a reducing agent on the oxide film and which does not react with the alloy steel is dispersed in the solvent.
  • the coating may be prepared by dissolving it.
  • Preferred examples of such a reducing agent include, but are not limited to, the ability to include each resin of cellulose, polybutyl, acryl, melamine, styrene and epoxy.
  • the concentration of the reducing agent may be about 5%.
  • a substance having the property of increasing the reinforcement strength of the forging die 10 may be added to the mixed powder.
  • Preferred examples of such materials include at least one of the groups W, Ti, V, Mo and Nb.
  • the mixed powder is applied to the surface of a cavity 1 la (12a) which is a region to be reinforced of the forging die 10 to form a mixed powder layer 14.
  • the application of the mixed powder may be carried out by applying a coating agent prepared by dispersing the mixed powder in a solvent as described above.
  • a solvent it is preferable to select an organic solvent which easily evaporates, such as acetone or alcohol.
  • powders of Ni, Co and the like are dispersed in a solvent so that powders of C and Si as a reducing agent are dispersed.
  • a brush coating method using the brush 13 may be adopted.
  • known coating techniques other than brushing, such as spray coating may be employed.
  • a release agent 15 is applied onto the mixed powder layer 14 in the cavity 11a (12a).
  • a heated material (not shown) is pressed into the cavity l la (12a). At this time, the mixed powder layer 14 never comes into contact with the material because the release agent 15 is present.
  • the heat treatment of the forging die 10 is performed using the processing heat of the material. As a result, man-hours and labor can be reduced, and the cost required for reinforcement can be reduced.
  • the mixed powder layer 14 During this heat treatment, reflow of the mixed powder layer 14 occurs, and the mixed powder is uniformly coated on the inner surface of the cavity 1 la (12a) of the forging die 10. At this time, by melting the second element powder having a melting point lower than that of the first element powder first, the first element powder, further, W, Ti, and V are attracted so as to be attracted to the second element powder. At least one of the groups of Mo, Nb and Nb is uniformly coated.
  • the reducing agent captures O.
  • carbon powder or C produced from decomposition of the resin combines with O to form CO, CO. Therefore, various metals including A1 can be prevented from being oxidized.
  • C and C that are constituent elements of the alloy steel
  • the C produced from the decomposition of the reducing agent reacts with the first element powder to form carbides.
  • these also form carbides.
  • the formed carbide is diffused to the deep inside of the cavity 11 a (12 a) of the forging die 10 while repeating decomposition and formation. That is, the formed carbide is immediately decomposed to return to the first element powder, and in this state, it diffuses and moves relatively to the surface side.
  • the carbides diffuse into the inside of the cavity l la (12a) of the forging die 10, and as a result, as shown in FIG. 2C, the diffusion layer 16 is formed.
  • the thickness of the diffusion layer ie, the diffusion distance of the carbide, extends up to a depth of about 15 mm in surface force.
  • the concentration of carbides gradually decreases, and a clear interface does not occur between the carbide diffusion end and the forging die 10. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of a stress concentration at this portion and the occurrence of a brittle fracture, so that the property of the cavity 1 la (12a) of the forging die 10 in which the diffusion layer 16 is formed is secured.
  • the hardness of the forging die 10 is improved. As described above, according to the method for reinforcing a mold according to the present embodiment, since carbides exist deep inside the forging mold 10, the hardness and strength of the forging mold 10 rise to the inside, As a result, the internal wear resistance is improved and the deformation is difficult.
  • TiC, TiN and the like improves the heat resistance of the metal by the so-called carbide effect, and improves the strength of the metal by the so-called carbide dispersion effect.
  • the snoider is continuously manufactured using the forging die 10 that is reinforced at the previous forging process. That is, warm forging or hot forging is repeatedly performed. As described above, since the forging die 10 is reinforced as described above, generation of cracks, wear, etc. in the forging die 10 is suppressed. As a result, spiders with excellent dimensional accuracy can be produced over a long period of time. Next, a method of repairing the forging die 10 will be described.
  • Repairing of the forging die 10 is performed when forging is repeatedly performed and a damaged portion such as the crack C as shown in FIG. 3 is generated.
  • the repair method generally follows that described above.
  • the area on the surface of the cavity 11 a (12 a) in the forging die 10 in which the crack C has occurred, ie, the area to be repaired, is applied and filled with the crack C. Thereby, the mixed powder layer 14 is formed on the crack C.
  • spray application may be employed.
  • heat treatment is applied to the cavity l la (12a) of the forging die 10.
  • the heat treatment is performed by the burner flame 20.
  • the mixed powder layer 14 occurs during this heat treatment, and the mixed powder is uniformly coated on the inner surface of the cavity 11 a (12 a) of the forging die 10.
  • the first element powder, and further W, Ti, V are attracted to the second element powder.
  • At least one of the groups Mo, Nb and Nb uniformly enters the forging die 10 from the inside of the first rack C.
  • cavity 11 a (12 a) of forging die 10 C which is a constituent element of the alloy steel, C generated by decomposition of the reducing agent, and the first element powder react with each other And chars are formed. Also in this case, the carbide is diffused and diffused to the deep inside of the cavity 11 a (12 a) of the forging die 10 while repeating decomposition and formation.
  • the carbon material diffuses into the inside of the damaged portion in the cavity 11a (12a) of the forging die 10, and as a result, as shown in FIG. 4C, the diffusion layer 16 is formed. That is, the damaged part is recovered.
  • the concentration of carbides gradually decreases, and a clear interface does not occur between the carbide diffusion end and the forging die 10. Therefore, since the occurrence of brittle fracture can be avoided, the toughness of the cavity 11a (12a) of the forging die 10 in which the diffusion layer 16 is formed can be secured.
  • the thickness of the diffusion layer that is, the diffusion distance of the carbide is Similarly, it extends up to about 15 mm deep from the surface.
  • the hardness of the forging die 10 is improved to the depth where the carbide has diffused. Since the carbides exist deep inside the forging die 10, the hardness and strength of the forging die 10 rise to the inside, and as a result, the wear resistance of the inside is improved and it becomes difficult to deform. Furthermore, the formation of TiC, TiN or the like improves the heat resistance of the metal by the so-called carbide effect, and improves the strength of the metal by the so-called carbide dispersion effect.
  • the damaged portion of the forging mold 10 is filled with the coating agent, and in the damaged portion, the diffusion layer 16 is present. Hardness and strength increase again, wear resistance improves, and deformation becomes difficult. As a result, it is possible to recover the forging die 10 to a state having characteristics required for practical use.
  • the life of the forging die 10 can be extended by pre-reinforcing the forging die 10 or performing Z or repair.
  • the Fe-based alloy may be SCM, SNC, SNCM, structural alloy steel for SCr, or carbon steel, structural steel for low carbon steel.
  • the mold is not limited to the forging mold 10, and may be a mold for use other than forging, such as a mold for pressing and a mold for molding which are not limited.

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Abstract

 混合粉末層(14)を、Fe基合金からなる鍛造用金型(10)のキャビティ(11a、12a)の少なくとも補強予定領域ないし補修予定領域に塗布する。この混合粉末層(14)は、炭化物化することで鍛造用金型(10)の硬度を上昇させる性質を有する第1元素粉末と、該第1元素粉末に比して低融点の第2元素粉末を含む。補強の場合、鍛造用金型(10)によってワークを加工し、この際の加工熱を利用して、混合粉末層(14)が被覆された鍛造用金型(10)の熱処理を行う。これにより混合粉末層(14)をリフローさせるとともに、鍛造用金型(10)内に炭化物を拡散させる。

Description

明 細 書
金型補強方法及び金型補修方法
技術分野
[0001] 本発明は、鍛造用金型をはじめとする各種の金型を補強ないし補修するための金 型補強方法及び金型補修方法に関する。
背景技術
[0002] 一般に、鍛造用金型、プレス用金型及び铸造用金型等の金型では、金型同士の 当接部や溶融金属湯が高速で衝突する部分に応力が作用し、クラックや摩耗等が 生じる。
[0003] 金型に生じたクラックや摩耗等の損傷部は、製品にバリや歪みを発生させる要因と なり、後工程での製品のノ リ取り作業や整形作業を増大させてしまう。そこで、このよ うな製品不良の発生を未然に防ぐため、金型に予め補強を行ったり、又は、損傷が 生じた金型に対して補修を行ったりして!/、る。
[0004] 従来、この種の金型の補強方法としては、金型に損傷が生じ易い部位に、放電被 覆を利用して肉盛りする方法が知られている。この肉盛り方法では、火花放電に伴う 高温を利用して金属、炭化物セラミックス及びサーメット等の電極材を、金型における 損傷が生じ易い部位の表面に蒸着して表面処理を行い、硬度、耐蝕性及び耐久性 等を向上させる放電被覆処理が行われている(例えば、特開平 01— 210133号公 報参照)。
[0005] 金型に損傷部が発生した際に行う補修に関しても、上記補強方法に準拠すること が想起される。
[0006] し力しながら、前記補強方法ないし補修方法では、肉盛り部と金型との接合強度が 脆弱で、その耐久性に限界があるため、補強ないし補修を頻繁に行う必要があり、製 品の生産性の低下を招くという難点がある。
[0007] 特に、鍛造用金型は、使用時の応力が高いことや、熱疲労も加わり、肉盛り部が剥 離し易いため、肉盛りによる補強ないし補修が困難である。従って、鍛造用金型は、 損傷すると廃棄処分を強いられており、不経済である。 発明の開示
[0008] 本発明の一般的な目的は、強固且つ確実な補強を可能する金型補強方法を提供 することにある。
[0009] 本発明の主たる目的は、金型の耐久性を向上させる金型補強方法を提供すること にある。
[0010] 本発明の別の目的は、製品の生産性を向上させて経済性を向上させる金型補強 方法を提供することにある。
[0011] 本発明のまた別の目的は、金型の耐久性を回復させる金型補修方法を提供するこ とにある。
[0012] 本発明のさらに別の目的は、製品の生産性を再度向上させることが可能な金型補 修方法を提供することにある。
[0013] 本発明の一実施形態によれば、炭化物化することで Fe基合金からなる金型の硬度 を上昇させる性質を有する第 1元素粉末及び前記第 1元素粉末より融点の低い第 2 元素粉末を有する混合粉末を、前記金型の少なくとも補強予定領域に被覆する工程 と、
前記金型によってワークを加工する際の加工熱を利用して、前記混合粉末が被覆 された前記金型の少なくとも補強予定領域を熱処理することにより、前記混合粉末中 の前記第 1元素粉末を炭化して前記金型内に拡散させる工程と、
を含む金型補強方法が提供される。すなわち、この補強方法は、金型に損傷部が 生じる前に実施される。
[0014] 本発明によれば、金型の硬度や強度を確実に向上させることができるので、例えば 、鍛造加工を繰り返し行っても摩耗し難ぐしかも、欠損が生じ難い耐久性の高い鍛 造加工用金型が得られ、製品の生産性及び経済性の向上に寄与できる。勿論、プレ ス用金型及び铸造用金型等の金型においても同様である。
[0015] そして、ワークの加工熱を利用して金型の熱処理が行われるため、工数及び労力 の低減が可能となり、製造コストを低減することができる。
[0016] ここで、金型によってワークをカ卩ェする際には、該金型の内面に塗布される離型剤 によって前記混合粉末と前記ワークとの接触を防止するようにすればよ!、。これにより 、混合粉末がワークに作用することが回避される。
[0017] 本発明の別の一実施形態によれば、炭化物化することで Fe基合金からなる金型の 硬度を上昇させる性質を有する第 1元素粉末及び前記第 1元素粉末より融点の低い 第 2元素粉末を有する混合粉末を、前記金型の少なくとも補修予定領域に被覆する 工程と、
前記混合粉末が被覆された前記金型の少なくとも補修予定領域を加熱すること〖こ より、前記混合粉末中の前記第 1元素粉末を炭化して前記金型内に拡散させる工程 と、
を含む金型補修方法が提供される。
[0018] すなわち、この補修方法は、金型に損傷部が生じた後、該損傷部を回復するため に実施される。そして、該補修方法によれば、金型の硬度や強度を回復させることが できるので、鍛造加工を繰り返し行っても再摩耗し難ぐしカゝも、再欠損が生じ難い耐 久性の高い金型を得ることができる。結局、製品の生産性が再度向上する。
[0019] いずれの場合においても、前記 Fe基合金の好適な例としては、工具鋼、高速度ェ 具鋼、ダイス鋼、粉末ハイスの合金鋼、 SCM、 SNC、 SNCM、 SCrの構造用合金鋼 、又は炭素鋼、低炭素鋼の構造用鋼を挙げることができる。
[0020] また、前記第 1元素粉末は、 Fe、 Ni、 Coの群の少なくともいずれか 1種であることが 好適であり、 Fe基合金を良好に炭化物化する。
[0021] また、前記第 2元素粉末としては、 A1又は Al— Mn共晶合金が好適である。 A1は第 1元素粉末より融点が低ぐ Al— Mn共晶合金の共晶点は、 A1の融点に比してさらに 低い。このような A1及び A1— Mn共晶合金は、第 1元素粉末の誘引剤として作用する
[0022] さらに、 Fe基合金の表面に存在する酸化物膜を還元するための還元剤を前記混 合粉末に配合することが好ましい。この場合、第 1元素粉末の原子が拡散する際に 酸ィ匕物膜が除去されて ヽるので、低エネルギで原子拡散が生じる。
[0023] しカゝも、第 2元素粉末として A1を使用した場合、還元剤が酸素を捕捉することで A1 の酸ィ匕が防止される。従って、 A1の特性劣化が防止され、第 1元素粉末の Fe基合金 への密着性が良好になる。 [0024] 還元剤の好適な例としては、炭素粉末又は榭脂を挙げることができる。
[0025] また、前記混合粉末に、 W、 Ti、 V、 Mo又は Nbを添加することがさらに好ましい。こ の場合、金型の強度が一層向上するからである。
図面の簡単な説明
[0026] [図 1]図 1は、本実施の形態に係る金型補強方法又は金型補修方法が実施される鍛 造用金型の概略斜視図である。
[図 2]図 2A〜図 2Cは、図 1の鍛造用金型の補強過程を示す工程説明図である。
[図 3]図 3は、図 1に示す鍛造用金型のクラック (損傷部)に塗布剤が充填された状態 を示す要部概略縦断面図である。
[図 4]図 4A〜図 4Cは、図 1の鍛造用金型の補修過程を示す工程説明図である。 発明を実施するための最良の形態
[0027] 以下、本発明に係る金型補強方法及び金型補修方法につき好適な実施の形態を 挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
[0028] 先ず、図 1に示す鍛造用金型 10の補強方法につき説明する。
[0029] この鍛造用金型 10は、 Fe基合金、例えば工具鋼、高速度工具鋼、ダイス鋼及び粉 末ノ、イス等の合金鋼力 なり、自動車のエンジン動力を滑らかに且つ等速に車輪に 伝えるための等速ジョイントを構成するスパイダを鍛造成形するための金型であり、 F e基合金、例えば工具鋼、高速度工具鋼、ダイス鋼及び粉末ハイス等の合金鋼から なる。
[0030] 鍛造用金型 10は、下型 11と、この下型 11に対して相対的に変位可能な上型 12と を備え、これら下型 11及び上型 12には、スパイダの形状に整合し、加熱軟化した鋼 材等の素材 (ワーク)が圧入されるキヤビティ l la、 12aがそれぞれ形成されている。
[0031] この鍛造用金型 10の補強方法につき、図 2A〜図 2Cを参照して説明する。先ず、 炭化物化することで Fe基合金である合金鋼からなる鍛造用金型 10の硬度を上昇さ せる性質を有する第 1元素粉末と、第 1元素粉末より低融点、例えば、融点が 600°C 〜750°Cである第 2元素粉末との混合粉末を用意する。
[0032] 第 1元素粉末の好適な例としては、 Fe、 Ni、 Coの群の少なくともいずれか 1種が挙 げられる。後工程において、拡散させたい炭化物の金属種が Feであれば Fe粉末が 配合された混合粉末を調製すればよい。また、拡散させたい金属種が Niであれば Ni 粉末が配合された混合粉末を調製し、 Coであれば Co粉末が配合された混合粉末を 調製すればよい。勿論、例えば、 Feと Coの双方を拡散させる場合、 Fe粉末及び Co 粉末の双方が配合された混合粉末を調製すればょ ヽ。
[0033] 一方、第 2元素粉末の好適な例としては A1又は A1— Mn共晶合金が挙げられる。
[0034] ここで、補強対象である鍛造用金型 10 (合金鋼)の表面には、通常、自発的に形成 された酸化物膜が存在する。この状態で第 1元素粉末に含まれる金属原子を拡散さ せるには、当該金属原子が酸ィ匕物膜を通過できるように、多大な熱エネルギを供給 しなければならない。これを回避するために、混合粉末には、酸化物膜を還元するこ とが可能な還元剤、例えば、炭素を混合することが好ましい。
[0035] 又は、第 1元素粉末と第 2元素粉末の混合粉末を溶媒に添加し、この溶媒に、酸ィ匕 物膜に対して還元剤として作用し且つ合金鋼とは反応しない物質を分散ないし溶解 させて塗布剤を調製するようにしてもよい。このような還元剤の好適な例としては、 -ト ロセルロース、ポリビュル、アクリル、メラミン、スチレン、エポキシの各榭脂を挙げるこ とができる力 特にこれらに限定されるものではない。なお、還元剤の濃度は、 5%程 度とすればよい。
[0036] さらに、混合粉末に、鍛造用金型 10の補強強度を上昇させる性質を有する物質を 添加するようにしてもよい。このような物質の好適な例としては、 W、 Ti、 V、 Mo、 Nb の群の少なくともいずれ力 1種を挙げることができる。
[0037] そして、前記混合粉末を、図 2Aに示すように、鍛造用金型 10の補強予定領域であ るキヤビティ 1 la (12a)の表面に塗布して混合粉末層 14を形成する。
[0038] 混合粉末の塗布は、上記したように、混合粉末を溶媒に分散させて調製した塗布 剤を塗布することによって行えばよい。溶媒としては、アセトンやアルコール等、容易 に蒸発する有機溶媒を選定することが好ましい。前記塗布剤を調製する場合、溶媒 に Ni、 Co等の粉末を分散させればよぐ還元剤としての Cや Si等の粉末を分散させ るようにしてちょい。
[0039] また、塗布方法としては、刷毛 13を使用する刷毛塗り法を採用すればよい。勿論、 刷毛塗り法以外の公知の塗布技術、例えばスプレー塗布を採用するようにしてもょ ヽ [0040] 次に、図 2Bに示すように、キヤビティ 11a (12a)内の混合粉末層 14上に離型剤 15 を塗布する。
[0041] 次に、キヤビティ l la (12a)内に加熱された素材(図示せず)を圧入する。このとき、 離型剤 15が存在するために、前記混合粉末層 14が素材に接触することはない。
[0042] 次に、いわゆる型閉じを行う。これにより前記素材に対する鍛造成形加工が開始さ れ、最終的に、所定形状の等速ジョイントが成形される。
[0043] この際に、鍛造用金型 10のキヤビティ 11a (12a)に対する熱処理が進行する。型閉 じに伴い、前記素材から下型 11及び上型 12に対して熱が伝達されるからである。
[0044] このように、本実施の形態では、素材の加工熱を利用して鍛造用金型 10の熱処理 が行われる。このため、工数及び労力の低減が可能となり、補強に要するコストが低 減される。
[0045] この熱処理の際に混合粉末層 14のリフローが起こり、鍛造用金型 10のキヤビティ 1 la (12a)内面に混合粉末が均等に被覆される。このとき、第 1元素粉末より融点の低 い第 2元素粉末が先に溶融することで、この第 2元素粉末に誘引されるように、第 1元 素粉末、さらには、 W、 Ti、 V、 Mo、 Nbの群の少なくともいずれ力 1種が均等に被覆 される。
[0046] この現象は、第 2元素粉末の融点が低いほど起こり易い。従って、上記したように、 金属の中では比較的低融点の A1や、共晶点が A1の融点に比して低 、A1— Mn共晶 合金を用いることが好適である。なお、 A1は、第 1元素粉末によって置換されながら 表層に移動し、最終的には、溶剤等の酸素と結合して、表層においてスラッジィ匕され る。このため、 A1が内部に存在することに起因して鍛造用金型 10の脆化や破断が生 じることが回避される。
[0047] なお、混合粉末に炭素粉末ゃ榭脂等の還元剤が存在する場合、この還元剤が Oを 捕捉する。例えば、炭素粉末、又は樹脂が分解して生じた Cは、 Oと化合して CO、 C Oとなる。このため、 A1をはじめとする各種金属が酸ィ匕することを防止することができ
2
る。
[0048] さらに、鍛造用金型 10のキヤビティ 11a (12a)では、合金鋼の構成元素である Cや 、還元剤が分解することによって生成した Cと、第 1元素粉末とが反応し、炭化物が生 成される。 W、 Ti、 V、 Mo、 Nbの群の少なくともいずれ力 1種を添カ卩した場合には、こ れらも炭化物を形成する。
[0049] 生成した炭化物は、分解、生成を繰り返しながら、鍛造用金型 10のキヤビティ 11a ( 12a)の内部深くまで拡散する。すなわち、生成した炭化物は即座に分解して第 1元 素粉末に戻り、この状態で、表層側に相対的に拡散移動する。
[0050] このようにして、鍛造用金型 10のキヤビティ l la (12a)の内部に炭化物が拡散し、 その結果、図 2Cに示すように、拡散層 16が形成される。拡散層の厚み、すなわち、 炭化物の拡散距離は、最大で表面力 15mm程度の深さまで及ぶ。
[0051] なお、炭化物の濃度は漸次的に減少し、炭化物の拡散到達終端部と鍛造用金型 1 0との間に明確な界面が生じることはない。従って、この部位に応力集中が生じて脆 性破壊が生じることを回避することができるので、拡散層 16が形成された鍛造用金型 10のキヤビティ 1 la ( 12a)の 性が確保される。
[0052] 換言すれば、この場合、金属元素を拡散させることに伴って脆性が増すことを回避 することができる。従って、鍛造加工を繰り返し行っても、鍛造用金型 10に割れ等の 損傷が生じ難い。すなわち、鍛造用金型 10の寿命を長期化することができる。
[0053] し力も、炭化物が存在する領域では、鍛造用金型 10の硬度が向上する。上記した ように、本実施の形態に係る金型補強方法によれば、鍛造用金型 10の内部深くまで 炭化物が存在するので、該鍛造用金型 10の硬度及び強度が内部まで上昇し、その 結果、内部の耐摩耗性が向上するとともに、変形し難くなる。
[0054] さらには、 TiC、 TiN等が生成することにより、いわゆる炭化物効果によって金属の 耐熱性が向上するとともに、いわゆる炭化物分散効果によって金属の強度が向上す る。
[0055] スノイダは、前回の鍛造成形加工時に補強がなされた鍛造用金型 10を用いて連 続的に製造される。すなわち、温間鍛造加工ないしは熱間鍛造加工が繰り返して実 施される。し力しながら、上記したように、鍛造用金型 10には補強が施されているの で、該鍛造用金型 10にクラックや摩耗等が生じることが抑制される。結局、寸法精度 に優れるスパイダを長期間にわたって作製することが可能となる。 [0056] 次に、鍛造用金型 10の補修方法につき説明する。
[0057] 鍛造用金型 10に対する補修は、鍛造加工が繰り返し実施され、図 3に示すようなク ラック C等の損傷部が生じたときに実施される。その補修方法は、上記した補強方法 に概ね準ずる。
[0058] すなわち、図 4Aに示すように、鍛造用金型 10におけるキヤビティ 11a (12a)の表 面のクラック Cが生じた領域、すなわち、補修予定領域に塗布してクラック Cを充填す る。これにより、クラック C上に混合粉末層 14が形成される。
[0059] この場合においても、刷毛 13を使用する刷毛塗り法を採用することが可能である。
勿論、刷毛塗り法以外の公知の塗布技術、例えばスプレー塗布を採用するようにし てもよい。
[0060] 次に、図 4Bに示すように、鍛造用金型 10のキヤビティ l la (12a)に対して熱処理を 施す。この場合、熱処理はバーナー火炎 20によって行う。
[0061] 補強時と同様に、この熱処理の際に混合粉末層 14のリフローが起こり、鍛造用金 型 10のキヤビティ 11a (12a)内面に混合粉末が均等に被覆される。このとき、第 1元 素粉末より融点の低い第 2元素粉末が先に溶融することで、この第 2元素粉末に誘 引されるように、第 1元素粉末、さらには、 W、 Ti、 V、 Mo、 Nbの群の少なくともいず れカ 1種カ^ラック C内から鍛造用金型 10内に均等に進入する。
[0062] その一方で、鍛造用金型 10のキヤビティ 11a (12a)では、合金鋼の構成元素であ る Cや、還元剤が分解することによって生成した Cと、第 1元素粉末とが反応し、炭化 物が生成する。この場合も、炭化物は、分解、生成を繰り返しながら鍛造用金型 10の キヤビティ 11 a ( 12a)の内部深くまで拡散する。
[0063] このようして、鍛造用金型 10のキヤビティ 11a (12a)における損傷部の内部に炭化 物が拡散し、その結果、図 4Cに示すように、拡散層 16が形成される。すなわち、損 傷部が回復されるに至る。
[0064] 勿論、炭化物の濃度は漸次的に減少し、炭化物の拡散到達終端部と鍛造用金型 1 0との間に明確な界面が生じることはない。従って、脆性破壊が生じることを回避する ことができるので、拡散層 16が形成された鍛造用金型 10のキヤビティ 11a (12a)の 靱性を確保することができる。拡散層の厚み、すなわち、炭化物の拡散距離は、上記 同様、最大で表面から 15mm程度の深さまで及ぶ。
[0065] そして、上記したように、鍛造用金型 10の硬度は、炭化物が拡散した深さまで再向 上する。鍛造用金型 10の内部深くまで炭化物が存在するので、該鍛造用金型 10の 硬度及び強度が内部まで上昇し、その結果、内部の耐摩耗性が向上するとともに、 変形し難くなる。さらには、 TiC、 TiN等が生成することにより、いわゆる炭化物効果 によって金属の耐熱性が向上するとともに、いわゆる炭化物分散効果によって金属 の強度が向上する。
[0066] すなわち、本実施の形態に係る金型補修方法によれば、鍛造用金型 10の損傷部 が塗布剤で充填されるとともに、該損傷部では、拡散層 16が存在することで内部まで 硬度及び強度が再上昇して耐摩耗性が向上し、変形し難くなる。その結果、鍛造用 金型 10を、実用に供する際に希求される特性を有する状態に回復させることができ る。
[0067] 以上のように、鍛造用金型 10に対して補強を予め施したり、及び Z又は補修を行 つたりすることによって、該鍛造用金型 10の寿命を長期化することができる。
[0068] 以上、金型補修方法及び金型補強方法について詳述したが、本発明は、前記実 施の形態記載の金型補修方法に限定されるものではなぐ本発明の特許請求の範 囲に記載されている発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものであ る。
[0069] 例えば、前記 Fe基合金は、合金鋼の他に、 SCM、 SNC、 SNCM、 SCrの構造用 合金鋼、又は炭素鋼、低炭素鋼の構造用鋼であってもよい。
[0070] また、金型は鍛造用金型 10に限定されるものではなぐプレス用金型ゃ铸造用金 型等、鍛造加工以外に供される金型であってもよい。
[0071] 上記した補強を行った鍛造用金型 10であっても、過度の長期間にわたって鍛造カロ ェを行うとクラック C等の損傷部が生じることがあるが、この場合に、上記した補修を行 うようにしてもょ 、ことは 、うまでもな!/、。

Claims

請求の範囲
[1] 炭化物化することで Fe基合金からなる金型(10)の硬度を上昇させる性質を有する 第 1元素粉末及び前記第 1元素粉末より融点の低い第 2元素粉末を有する混合粉末 を、前記金型(10)の少なくとも補強予定領域に被覆する工程と、
前記金型(10)によってワークを加工する際の加工熱を利用して、前記混合粉末が 被覆された前記金型(10)の少なくとも補強予定領域を熱処理することにより、前記 混合粉末中の前記第 1元素粉末を炭化して前記金型(10)内に拡散させる工程と、 を含むことを特徴とする金型補強方法。
[2] 請求項 1記載の金型補強方法にお!、て、前記 Fe基合金は、工具鋼、高速度工具 鋼、ダイス鋼、粉末ハイスの合金鋼、 SCM、 SNC、 SNCM、 SCrの構造用合金鋼、 又は炭素鋼、低炭素鋼の構造用鋼であることを特徴とする金型補強方法。
[3] 請求項 1又は 2記載の金型補強方法において、前記第 1元素粉末は、 Fe、 Ni、 Co の群の少なくともいずれ力 1種であることを特徴とする金型補強方法。
[4] 請求項 1〜3のいずれか 1項に記載の金型補強方法において、前記第 2元素粉末 は、 A1又は Al—Mn共晶合金であることを特徴とする金型補強方法。
[5] 請求項 1〜4のいずれか 1項に記載の金型補強方法において、前記 Fe基合金の表 面に存在する酸化物膜を還元するための還元剤を前記混合粉末に配合することを 特徴とする金型補強方法。
[6] 請求項 5記載の金型補強方法にお 、て、前記還元剤が炭素粉末、榭脂又は Siで あることを特徴とする金型補強方法。
[7] 請求項 1〜6の 、ずれか 1項に記載の金型補強方法にお!、て、前記混合粉末に W
、 Ti、 V、 Mo、 Nbの群の少なくともいずれか 1種を添加することを特徴とする金型補 強方法。
[8] 請求項 1〜7のいずれか 1項に記載の金型補強方法において、前記金型(10)の内 面に塗布される離型剤(15)によって、前記混合粉末と前記ワークとの接触を防止す ることを特徴とする金型補強方法。
[9] 炭化物化することで Fe基合金からなる金型(10)の硬度を上昇させる性質を有する 第 1元素粉末及び前記第 1元素粉末より融点の低い第 2元素粉末を有する混合粉末 を、前記金型(10)の少なくとも補修予定領域に被覆する工程と、
前記混合粉末が被覆された前記金型(10)の少なくとも補修予定領域を加熱するこ とにより、前記混合粉末中の前記第 1元素粉末を炭化して前記金型(10)内に拡散さ せる工程と、
を含むことを特徴とする金型補修方法。
[10] 請求項 9記載の金型補修方法にお 、て、前記 Fe基合金は、工具鋼、高速度工具 鋼、ダイス鋼、粉末ハイスの合金鋼、 SCM、 SNC、 SNCM、 SCrの構造用合金鋼、 又は炭素鋼、低炭素鋼の構造用鋼であることを特徴とする金型補修方法。
[11] 請求項 9又は 10記載の金型補修方法において、前記第 1元素粉末は、 Fe、 Ni、 C oの群の少なくともいずれか 1種であることを特徴とする金型補修方法。
[12] 請求項 9〜11のいずれか 1項に記載の金型補修方法において、前記第 2元素粉 末は、 A1又は Al—Mn共晶合金であることを特徴とする金型補修方法。
[13] 請求項 9〜 12のいずれか 1項に記載の金型補修方法において、前記 Fe基合金の 表面に存在する酸化物膜を還元するための還元剤を前記混合粉末に配合すること を特徴とする金型補修方法。
[14] 請求項 13記載の金型補修方法において、前記還元剤が炭素粉末、榭脂又は Siで あることを特徴とする金型補修方法。
[15] 請求項 9〜 14のいずれか 1項に記載の金型補修方法において、前記混合粉末に
W、 Ti、 V、 Mo、 Nbの群の少なくともいずれ力 1種を添加することを特徴とする金型 補修方法。
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