JPS5831066A - 冷間加工用金型 - Google Patents

冷間加工用金型

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JPS5831066A
JPS5831066A JP11710581A JP11710581A JPS5831066A JP S5831066 A JPS5831066 A JP S5831066A JP 11710581 A JP11710581 A JP 11710581A JP 11710581 A JP11710581 A JP 11710581A JP S5831066 A JPS5831066 A JP S5831066A
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JP
Japan
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mold
resistance
punch
nitrided
toughness
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Masamitsu Noguchi
野口 政光
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/06Platens or press rams
    • B30B15/065Press rams

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Mounting, Exchange, And Manufacturing Of Dies (AREA)

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】 開示技術は冷間鍛造等の冷間加工に用いる金型の型材と
その処理技術分野に属する。
而して、この出願の発明は5KH9等に類する強度、圧
縮変形抵抗等を有する高級工具鋼により金型本体を形成
し、更にその表面に耐摩耗性、耐かじり性、焼付性を具
備する窒化処理皮覆層を設けである冷間鍛造用等の冷間
加工用金型に関するものであり、特に、該高級工具鋼を
C:0.35〜07チ、Si:<1.0%、Mn:<1
.0%、Cr : 1.0〜5.0q6、Mo : 0
.1〜7.0 q6、V:0.1〜4.0%残部Feの
組成配合の高合金鋼とし、焼入れ、焼もどしを標準的熱
処理で行い、その後節もどし温度よシ低伝温度で窒化処
理を行って窒化処理被覆層を形成し、処理歪が少く、後
加工を最小限にし、更にはイオンブレーティング等の低
温物理蒸着によってTiN等あ表面硬化層を被覆形成さ
せた冷間加工用金型に係るものである。
周知の如く、冷間鍛造加工、焼結成形、グレス成形等に
於て冷間加工は広く用いられており、それぞれの用途、
加工条件により成形金型が選定使用され、そのポンチ等
の型材も使用負荷によりJISで、例えば、5KDII
(冷間ダイス鋼)から5KH9,5KH57(高速度鋼
)、更には超高合金等多岐に亘っている。
ところで、使用負荷は耐久性との関係で長寿命を有する
べく上記選定が行われるが、該寿命に影響する金型の損
耗形態としては強度、靭性不足に基づく金型の大割れや
、欠は等の部分的チッピング、又、耐摩耗性、耐かじり
、焼付性不足に基づく型表面の摩耗、かじり、焼付、そ
して、主として強度(圧縮耐力)不足に基づく型の変形
等がある0 而して、この様な型損耗に係る型材特性と型材の組成と
は深い相互関係があることが判る。
即ち、型材が前記5KD11から5KH9へ、5KH9
から5KH57へ、と高級化組成へと移行するに伴って
靭性特性が確実に低下することが判っている。
一方、金型の寿命を考慮すると、型材について型変形性
、耐摩耗性、耐かじり、焼付性に対する要求レベルがア
ップするに伴って5KD11から5KH9へ、更に5K
H9から5KH57へ、5KH57から超硬合金へと高
級化する傾向がある。
そして、該型材の表面硬化対策として硬質炭化物、窒化
物の被覆を形成する場合もある。
さりなか”ら、前述の如く、型材の高級化に伴い靭性低
下を来たし、チッピング等が生ずるという欠点が避けら
れない。
これに対処するに近時靭性改善材とし−てのいくつかの
鋼材が開発されているが、あくまで材質そのものの改善
の範囲であるので、靭性は改善されるものの、反射条件
として硬度や摩耗性が低下するという矛盾が生じている
そこで、全く異なる手段として特殊低炭素鋼に焼入れ後
浸炭処理したIC86、IC322等の材料が靭性改善
材として案出されているが、型材用途が冷間鍛造等に比
し比較的低負荷のプレス成形用等に限られ、従って、該
冷間鍛造の如く高応力圧縮を受けると所謂タイコ状に変
形して実用に供せない難点がある。
更k、浸炭処理温度が焼もどし温度以上に高いため変形
、変寸等の処理歪が避けられず、当該処理後の型仕上げ
加工等の後処理が要り、工数が多く、作業が炉頂でコス
ト高につながる不利点があった。
この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく冷間加工
用金型の型材、処理の問題点に鑑み、型本体にC,Si
、 Mn、 Cr、 Mo、 VをFeに対して所定比
率の配分にした高合金鋼の型材を選定することにより5
KH9,5KH57等の高級工具鋼と匹敵する強度、圧
縮変形抵抗を維持することが出来る上に靭性は格段に優
れる様にし、又、型表面は焼もどし温度より低い窒化処
理を行い優れた耐摩耗性、耐かじり、焼付性を具備する
様にすると共に後加工を可及的に少くする様にした冷間
加工金型を提供せんとするものである。
上述目的に沿うこの出願の発明の構成は、型本体を成す
型材としてC:0.35〜0.7%、Si:<1゜0チ
、Mn:<1.0%、Cr : 1.0〜5.0%、M
o : 0..1〜7.0 %、V:0.1〜4.O%
、残部Feとする配合組成の高合金鋼にして標準的熱処
理によシ金型本体全体にわたり約HRC58〜60の均
一な硬さが得られる焼入れ特性を具備する様にし、強度
、圧縮変形抵抗は従来の高級工具鋼と同じである上に熱
処理特性、靭性特性に優れ、550℃以上の焼本どし温
度より低い温度で窒化処理を行って型本体表面に充分な
深さの硬化層を被覆させ、設計によっては更にイオンブ
レーティング等の低温物理蒸着手段によりTiN等の硬
化層を被覆する様にしたことを要旨とするものである。
次にこの出願の発明の実施例を図面を参照して説明すれ
ば以下の通りである。
この出願の発明の要旨を成す金・型1は冷間鍛造用のポ
ンチであシ、その金型本体2はC:0.35〜0.7%
、Si:<1.0%、Mn:ぐ]、00%Cr:1、O
〜5.0.%、Mo : 0.1〜7.0%、V:0.
1〜4.0%残部Feから成る配分組成の高合金鋼であ
る。
尚、例えば、窒化処理を前提とした苛酷な冷鍛金型等の
特殊な用途の場合には更に、W:4.、−20チ、Co
十Ni : l〜12%、At : 0.2〜2.0 
%、  N :0.2%以下を含有させても良い。
而して、上述配分組成については次の理由による0 即ち、Cについては型本体20強度、耐圧縮性を付与す
るのに機能し、0.35%以下では全く機能せず、又、
0.7チを越えると炭化物、窒化物の形成分が増加し、
靭性を低下する。
Siについては靭性に与るに有効な元素であるが、1.
0%を越えると靭性を悪化する。
、  又、Mnについては型材の焼入性を増加するのに
役立つが10チを越えると介在物が増加し靭性を阻害し
てしまう。
そして、Crは同じく焼入性を増加するが、更に窒化処
理の際硬化層の深さを大きくするのに有効に作用するが
、1.01以上でその作用が効き始めるが、5.0%を
越すと炭化物、窒化物の形成を助長して靭性を阻害する
ので好まシくない。
更に、Moについては上記Cr同様焼入性と硬化層増大
に与るが、o、 i qb以下では有効に働かず、7、
 O%を越えると炭化物、窒化物を増加させて靭性を悪
化させることになる。
最後にVについては窒化処理に伴う表面硬さ、硬化深さ
の増加にプラスするが、0.1 %以下ではその効果が
なく、4.0チを越えると同じく炭化物、窒化物の成形
を助勢し、靭性を阻害して感心し々い0 而して、Wl及び、Co+Niについては共に型材の耐
熱性、焼もどし、軟化抵抗を増して有効に働くが7、前
者が4%以下、後者が1チ以下では効果がなく、20%
、12q6を越えるとやはり炭化物、窒化物が増加し靭
性にプラスしない。
又、Atについては窒化処理の硬化深さを迅速、且つ、
大きくするのに有効に作用するが、02チ以下では効か
ず、2.0チを越えると同じく炭化物、窒化物増加に与
シ、靭性に好ましくない。
そして、Nについては強度、耐圧縮性に有効であシ、0
.2チを越えるとやはり炭化物、窒化物生成に与シ、靭
性にとってプラスしない。
上述高合金鋼による所定成形による金型本体2の成形後
標準的熱処理により全体均一に硬さを確、保した後節も
どし温度より低い温度550℃でイオン窒化、ガス窒化
、塩浴窒化、固体窒化等の適宜手段を用いて窒化処理し
、該型本体20表面に充分な深さで窒化処理皮覆層3を
形成させ、表面の耐摩耗性、耐かじり性、焼付性を向上
させる0従って、浸炭処理等の高温による歪もなく、後
仕上げ加工も不要である。
そして、設計によっては更にイオンブレーティング等の
手段により低温での物理蒸着処理を行い、硬さにして約
HRC60以上のTiN等の窒化物や炭化物の硬化層4
を被覆させる0 勿論、型本体20強度、耐圧縮性は上述窒化処理、物理
蒸着により何ら損わるものではなく、この様にして型本
体2の高靭性と表面に於ける耐摩耗性、耐かじり性、焼
付性を分化分担させることが出来る。
次に上述実施例に則す実験例を以下に示す。
型本体2については高合金鋼をC:0.55q6、Si
:0.3%、Mn : 0.4 %、Cr : 4.1
 %%  MO: 5.1チ、W:6.6%、V:1.
96’%、残部二Feの配分組成にし、該高合金鋼を1
200℃ソルトにて焼入れし、56”0℃で焼もどしを
行う。
この状態では硬さHcR60、シャルピー衝撃値は7.
3 kV/cni (10Rノツチ)、又、抗折耐力は
300汚/−が確保出来た。
その後、該成形型本体2に対してガス窒化処理を550
℃×20H行い、その結果窒化皮覆層3を得、その表面
硬度はHV 1200以上、硬化層深さ0、3 tta
n以上の高深さとなり、型本体2に比し耐摩耗性、耐か
じ9性、焼付性を著るしく向上されていることが判った
而して、最後にイオンシレーティングによりTiNの表
面硬化層4を得、その厚さは0.5〜20μであった。
尚、この出願の発明の実施態様は上述実施例に限るもの
でないことは勿論であり、対象も冷間鍛造の外にプレス
成形、焼結成形金型等の種々の態様が採用可能である。
上述の如く、この出願の発明によれば、基本的に金型本
体と表面硬化層との物理的機械的機能を分化分担する様
にし、従って、型本体は硬化層に要求される耐摩耗性、
耐かじシ、焼付性をそれ程考慮する必要がなく、その、
ため、標準的熱処理で均一に得られる焼入性、窒化処理
、物理蒸着処理後に於ても゛猶保持可能な強度、耐圧縮
性等の靭性な得、一方、硬化層では耐摩耗性、耐かじり
性、焼付性を改善させることが出来る優れた効果が奏さ
れる。
従って、これまでの様に耐摩耗性、耐かじシ性、焼付性
と靭性との相反選択をせまられることなく、双方の要求
特性を満足させることが出来る優れた金型が得られる躬
来がある。
而して、金型本体の熱処理後、焼もどし温度より低い温
度、で窒化処理をすることが出来、窒化処理皮覆層の硬
化層が得られて上記メリットがある上に焼もどし温度以
下であるため、熱歪、サイズ変化がなく、そのため、後
処理の仕上げ加工も不要であることになり、工数削減、
コスト低減のメ°リットもある。
加えて、該窒化処理皮覆層に対しイオンル−ティング等
の物理蒸着を施して最終表面硬化層を得ることによりそ
の炭化物、窒化物はこれまでのCVD、TD処理と同じ
かそれ以上の耐摩耗性、耐かじり性、焼付性を付与する
ことが出来、優れた表面特性を与え、二重硬化層をより
改良することが出来る効果がある。
そして、前記型本体の靭性については前記高合金鋼の配
合組成にしたことにより相互牽速相俟って硬化層の機能
とは分担した型本体本来に有効である様にすることが出
来る効果がある。
【図面の簡単な説明】
図面はこの出願の発明の1実施例の説明図であり、冷間
鍛造ポンチのモデルであって、第1図はその下面概略説
明図、第2図”は部分縦断側面説明図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)高級工具鋼よシ成る金型本体と該金型本体表面に
    窒化処理皮覆層を有する冷間加工用金型において、C:
    0.35〜0.7%、Si :<1.OtslMn :
    〈1,0%、Cr : 1.0〜5. O%’、Mo 
    : 0.1〜7.0 ’16、V : 0.1〜4.0
    チ、残部Feの組成高合金鋼の金型本体表面に焼もどし
    温度より低い処理温度で形成した窒化処理皮覆層を設け
    であることを特徴とする冷間加工用金型。
  2. (2)高級工具鋼よシ成る金型本体と該金型本体表面に
    窒化処理皮覆層を有する冷間加工用金型において、C:
    0.35〜0.7%、Si:<0.1%、Mn:< 1
    .0%、Cr : 1.0〜5.0 %、Mo : 0
    .1〜7.0 %、V : 0.1〜4.0チ、残部F
    eの高合金鋼の金型本体表面に焼もどし温度より低い処
    理温度で形成した窒化処理皮覆層を設け、更にその上に
    物理蒸着処理による硬化層を被覆ピであることを特徴と
    する7冷間加工用金型。
JP11710581A 1981-07-28 1981-07-28 冷間加工用金型 Granted JPS5831066A (ja)

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