JPH0353046A

JPH0353046A - 鋳造用金型または接溶湯器具ならびに耐溶損性の優れた金型または治工具材料

Info

Publication number: JPH0353046A
Application number: JP18839789A
Authority: JP
Inventors: Isao Tamura; 庸田村; Toshio Okuno; 奥野　利夫
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1991-03-07

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、溶融金属の鋳造用金型または堰、ビン等溶湯
に接する器具類（以下接溶湯器具と記す）およびこれら
に用いられ、十分な強度、靭性を備えており、特に耐溶
損性に優れた金型または治工具材料に関するものである
。

〔従来の技術〕

溶融金属の鋳造による成形（ダイカストまたは重力鋳造
など）に用いられる金型や接溶湯器具（鋳抜きビン、中
子ビン、湯口堰など）には、従来、熱間ダイス鋼、高速
度工具鋼、ステンレス鋼などの鋼や鋳鉄が用いられてき
た。

現在、鋳造による成形で最も多く用いられる被成形金属
はアルミニウム合金であるが、金型や接溶湯器具に使用
されている上記鉄鋼材料のアルミニウム台金溶湯と接触
する部分では、これらの鉄鋼材料がアルミニウム合金溶
湯によって溶損し、アルミニウム合金溶湯中の鉄含有量
を増加し、鋳造部品の品質を低下せしめる、さらに、こ
れら金型等の溶損は操業上種々の不都合を生ゼしぬ、そ
れの耐用期限の長短に大きく影響する。

これらの問題を解決するために、従来、溶融アルミニウ
ム合金と全く反応しないセラミックス系の材料や溶損を
起こしにくいＷ合金、Ｍｏ合金等が一部使用されている
が、これらの材料は価格面や入子として用いられた場合
、周囲の鉄鋼材料との熱膨張率の差が大きいことによる
種々の問題や、折れ・欠けなどに対する強度、靭性、耐
熱衝撃性の不足などの問題があり、必ずしも工業上これ
らの課題を解決するには至っていない。

〔究明が解決しようとする課題〕

本発明は、これらの問題を解消した溶融金ａＵ造用金型
または接溶湯器具およびこれらに用いられ、十分な強度
、靭性を備えており、とくに耐溶損性に優れた金型また
は治工具材料を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、アルミニウム合金を中心とした溶融金属に
よる鉄鋼材料、非鉄合金の溶損について種々検討を行な
った結果、炭化物を相当量分散させた鉄鋼材料が従来の
当該用途用鉄鋼材料に比べ耐溶損性が著しく優れること
を見出し、超硬度高速度工具鋼を低圧鋳造用の治工具材
料として特許出願したが（「非鉄金属鋳造用部品」）、
用途によっては、強度、靭性面のｒＪｊ題から早期の折
損等で不十分な面があった。そこで本発明者らは、前記
超硬度高速度工具鋼と同等量程度の炭化物量を含有し優
れた耐溶損性を保ちつつ、かつ炭化物が分散する母相の
延性靭性を高めて、実用上、十分な強度、靭性を持つ新
しい合金組或の検討を行なった。

本発明組成の金型や接溶湯器具および合金材料は通常の
鋳造または鍛造により作製することができるため、セラ
ミックスやＷ合金、Ｍｏ合金および前記超硬度高速度工
具鋼等にくらべ安価とすることができ、この面からも実
用性が大きい。また、粉末法による組織の微細化効果を
生かし、より一層耐溶損性、靭性の優れた合金組成とす
ることができる。

本開明は、重量でＣ　１．２％を越え２．５％以下、Ｓ
ｉ０．１−３％、Ｍｎ　５〜２５％、Ｃｒ　４−２５％
、場合によっては、さらにＮｉ０．５〜４％、Ｗ，Ｍｏ
、■の一種または二種以上を合計で０．５〜１５％およ
びＣｏ　０．５〜１０％を適宜含有し、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物からなる合金製であることを特徴とする鋳
造用金型または接溶湯器具、ならびに重量でＣ　１．５
％を越え２．５１以下、Ｓｉ０．１−３％、Ｍｎ　５〜
２５％、Ｃｒ１０％を越え２５％以下、Ｃｏ　０．５〜
５％．場合によっては、Ｎｉ　０．５〜４％およびＷ．
Ｍｏ，Ｖの一種または二種以上を合計で０．５〜１０％
適宜含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなることを特徴
とする耐溶損性の優れた金型または治工具材料である。

〔作用〕

前記のように、本発明は、特定の組成範囲の高Ｃ高Ｍｎ
高Ｃｒ鋼を骨子とするものであり、これが溶融金属の溶
損作用に対して高い耐溶損性を示すことを見出したこと
によるものである。

本願の第１の発明の鋳造用金型または接溶湯器具の化学
成分と類似する合金等は、特開昭６２−１５０１７４号
、同６１−２３７５０号、同６０−２４５７７０号、同
６０−３９１５０号、特公昭６２−５９８４号、同５９
−３２５４０号、同６２−８５０４号、特開昭６１−６
０８５３号等に記載がある。しかし、これらのいずれに
も溶融金属による耐溶損性については触れられていない
。このうち高温特性に優れるとするものは、特開昭６０
−２４５７７０号、特公昭５９−３２５４０号および特
開昭６１−６０８５３号に開示がある。これらはそれぞ
れ高強度、耐熱、耐食、耐疲労性に優れ発熱抵抗体等の
用途に適するもの、約７００℃までの高温まで使用可能
で特に高温耐酸化性に優れるもの、および耐摩耗、耐焼
付性、耐割れ性に優れ、継目無し鋼管製造用延伸機のガ
イドシュ一等高い耐熱応力割れ性が要求される用途に適
するものが示されているが、いずれも接触する相手の材
料が固体または高温の大気にさらされた環境での使用を
前提とするものであり、流動する溶融金属による特異な
損傷、すなわち耐溶損性については検討が加えられてい
ない。

また、本願の請求項４〜７に記載の金型または治工具材
料は、従来の公知合金中には見出せず、やはり耐溶損性
が高くかつ十分な強度および靭性を有するものである。

次に本発明鋼の成分範囲の限定理由について述べる。

Ｃは、Ｃｒ．Ｗ，ＭｏおよびＶと結合して、本発明鋼の
優れた耐溶損性を付与する炭化物を形成し、また母相に
適度の強度と靭性を与えるために添加するものである。

しかし、Ｃは多すぎると過剰の炭化物を生じ鍛造性、被
加工性を著しく低下させ、実用面で不都合を生ずるので
、２６５％以下とし、低すぎると上記添加の効果が得ら
れないので、金型または接溶湯器具においては１．２％
を越えるものとし、また、本開明材料においては、この
作用を強化するため１．５％を越えるものとする。

Ｓｉは、用途に応じた耐酸化性を付与するため０．１％
以上添加される。しかし、多すぎると熱伝導率を低下さ
せるので３％以下とする。

Ｍｎは、Ｃ，Ｎｉ．Ｃｏとともに本発明鋼の母相をオー
ステナイト組織とし、高い靭性を付与するために添加す
る。このため５％以上添加するが、多すぎると被加工性
を低下させるので２５％以下とする。

Ｃｒは、Ｃと結合して炭化物を形成し、本発明鋼の最も
重要な特徴である耐溶損性を付与する。

鉄鋼材料の溶融金属による溶損は、溶融金属と母相のＦ
ｅやＮｉが化合物を形成し、これを介して鉄鋼材料が溶
融金属側に拡散することにより、進行する現象であるが
、炭化物が母相を取り囲むことによって母相を溶融金属
から遮蔽することにより、溶損が進行しにくくなる，Ｃ
ｒの過剰な添加は、過度の炭化物を生じ、靭性、被加工
性を著しく低下させ、実用面で不都合を生ずるので、４
％以上２５％以下とする。ただし、本発明の材料におい
ては、上記作用を高く維持するため１０％を越えるもの
とする。

Ｎｉは、Ｃ．Ｍｎ．Ｃｏとともに本発明鋼の母相をオー
ステナイト組織とし、高い靭性を付与するために添加す
る。このため、Ｃ，Ｍｎ，Ｃｏ量との関係において上記
効果を得るため、０．５％以上添加するが、Ｎｉは本発
明鋼の最も重要な特徴である耐溶損性を低下させるので
４％以下とする。

Ｗ．Ｍｏ．Ｖは、時効処理時に、微細な特殊炭化物を析
出して軟化抵抗、高温強度を高める。またＣと結合して
炭化物を形成し、Ｃｒの場合と同様、耐溶損性を付与す
る。さらに、母相に固溶して母相の耐溶損性を高める効
果ももつ。ただし，過度の添加は必要ではなく、金型、
治工具の使用条件に応じた強度、高温強度に基づいて、
一種または二種以上を合計で０．５％〜１５％または、
経済性力）らはＩＯ％以下添加される。

Ｃｏは、Ｃ，Ｍｎ，Ｎｉとともに本発明鋼の母相をオー
ステナイト組織とし、高い靭性を付与するために添加す
る。また同時に、高温強度を高める作用ももつ。このた
め、Ｃ，Ｍｎ．Ｎｉ量との関係において上記効果を得る
ため、０．５％以上添加するが、Ｃｏは多量の添加の必
要はなく、多すぎると靭性を減ずるので１０％以下、経
済性からはさらに低く５％以下とする。

なお、本発明の金型等および材料に公知の種々の快削元
素を添加し、この特性７を向上することは可能である。

〔実施例〕

次に実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

実施例１まず、第１表に示す組成の素材を準備し、第ｌ図に示す
耐アルミ溶損性試験片と耐亜鉛溶損性試験片および図示
しない５ｕφの抗折試験片を作製した。第ｌ表のうち、
ＧとＫは、粉末冶金法によっても試料を作製した．以下
、これらをそれぞれＧ’、Ｋ’　とする。

本発明品および超硬度高速度工具鋼はすべて焼なましま
まとし、比較材のＳＫＤ６１は所定の熱処理を施し、硬
さを約ＨＲＣ３８とし、鋳鉄は鋳造ままとした。

耐アルミ溶損性試験は、アルミ合金ＡＤＣ　１　２の７
００℃の溶湯中に試験片を３時間浸漬し、試験片の試験
前後の重量比で耐溶損性を比較した。耐亜鉛溶損試験に
ついても同様に行った。試験片は、亜鉛合金ＺＡＣ２の
６００℃の溶湯中に１０時間、浸漬された。

耐溶損性の試験の一部は試験の一部は試験片に表面処理
を施して行なった。第２表にこれらそれぞれの表面処理
の処理条件と、処理層の厚みを示す。

第２表第３表は耐溶損性試験の結果と抗折試験片による３点曲
げ試験の吸収エネルギーを示す。比較として前述した本
願出願人が提案した超硬度高速度工具鋼および窒化珪素
系のセラミックスにより作製した試験片のデータも併記
した。

第３表第３表から、本発明品の耐アルミ溶損性、耐亜鉛溶損性
は、ＳＫＤ６　１およびＦＣ２５に比べ、著しく優れる
二と、さらにＳＫＤ６１に窒化処理を施したものより優
れていることがわかる。また、窒化、硼化処理を行なう
ことによって、一層効果を持つことがわかる。

また超硬度高速度工具鋼とは、ほぼ同等、セラミックス
には劣るが、これらと比べて、抗折試験における吸収エ
ネルギーが著しく優れ、折損、破損が起こりにくいこと
が推定できる。また、粉末冶金法により、耐溶損性を付
与する炭化物を微細に均一分散させたＧ′、Ｋ′は通常
の溶製法で作製した同一成分のＧ，Ｋと比べ耐溶損性に
優れ、かつ組織が微細なため、吸収エネルギー特性も優
れている。

なお、本実施例では、アルミ合金と亜鉛合金に対する溶
損試験の結果を示したが、一般に溶融金属による金型等
の溶損は、溶融金属と金型等の母相である金属との接触
による化合物形成により進行するので、本発明の金型等
や材料は、アルミ系や亜鉛系に対すると同様にその他の
溶融金属、例えば、鉄系や銅系の合金に対する耐溶損性
も同様に優れることが推論される．実施例２次に前記の素材から、金型を製作し、実用テストを行な
った結果を示す．アルミダイカスト金型の一部を入子とし、これを本発明
品ＡとＬおよびＳＫＤ６１（熱処理は前記と同様）より
製作した．いずれも溶融ソルト法による窒化処理の一種
であるタフトライド処理を施した。入子は、アルミ合金
の溶湯が、ゲートから直接衝突するゲート正面部に組み
込んだ．アルミ合金の溶湯温度は７５０℃である。

第４表にそれぞれの金型入子の金型寿命を示す。

ＳＫＤ６　１は５５００ショット使用した時点で溶損に
より金型表面が肌あれを生じ、使用を停止した。

これに対し、本発明品ＡおよびＬはともに１５，０００
ショットで肌あれを生ぜず、さらに使用が可能であった
。

第４表実施例３次に、低圧鋳造によるアルミ製品成形に用いる湯口堰の
ロワーホルダを第５表に示す素材で製作した．湯口堰の
構造を第２図に示す。第２図のｌｂがロワーホルダであ
る。２の入子はセラミックス製、１ａのアッパーホルダ
とＩＣのセンターホルダはＳＫＤ６１製とした。またロ
ワーホルダの寸法は第２図中のＤ＝８０ｍｍφ、ｄ＝４
４ｍＩＩｌφ、Ｈ＝３０Ｍである。第５表にこれらの湯
口堰を実機に組み込んで、鋳造テストを行なった時の各
素材によるロワーホルダの耐久性を示す。アルミ合金の
溶湯温度は７５０℃である。

第５表ＳＫＤ６１では１００回の鋳造で溶損が進み、セラミッ
クス製の入子との間にすきまを生じ、鋳造中に溶湯が、
湯口堰より漏れ出したが、本発明の湯口堰はいずれもほ
ぼ１５００回まで使用することができた。なお、さらに
これらに浸硫窒化または硼化処理を施したものは２００
０回鋳造を行なっても溶湯の漏れは生じなかった。また
超硬度高速度工具鋼は１２００回まで溶損は生じなかっ
たが、ひび割れ状のクラックを多数生じた。

実施例４次に、低圧鋳造によるアルミ製品成形に用いる鋳抜ビン
を第６表に示す素材で製作した。その形状を第３図に示
す。寸法は第３図中のｄ＝５〜φ、長さは２００ｍｍで
ある。同表にそれぞれの素材で製作した鋳抜ビンの耐久
性を比較して示した。

ＳＫＤ６　１では２００回の鋳造で溶損によりビンの径
が細くなり寸法不良で使用が不可能となった。

また超硬度高速度工具鋼は、１５０回の鋳造で折損を生
じ、耐溶損性を高めるために浸硫窒化を行なったもので
は、さらに早期に折損（５０本）を生じた．これに対し
、本発明品Ａ，Ｂ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍは折損を生ぜず、い
ずれもほぼ８５０回まで使用可能で最終的にはビンにア
ルミ合金の溶損による付着を生じた。また本発明品Ｂお
よびＬに浸硫窒化処理したものは、１，０００回鋳造し
ても問題を生じなかった。

第６表実施例５次にアルミダイカスト成形に用いる中子ビンを第７表に
示した素材により製作した。これらの耐久寿命を同表に
示す。本発明品ＨはＳＫＤ６１の１０倍以上の耐久性を
持つことがわかる。またアルミダイカストの場合、鋳造
後に金型や中子ビン等は水冷され、急冷されるので耐熱
衝撃性の低いセラミックス製の中子ビンは一回目の鋳造
で破損した。ただし、本発明品Ｇは、破損はしなかった
が、ビンの一部にクラックが入った。これに対し粉末冶
金法で作製したＧ’，　Ｋ’は、これらのクラツクが発
生しなかった。

第７表〔発明の効果〕以上述べたように、本発明は、アルミ合金を始めとした
溶融金属鋳造用の金型または接溶湯器具およびこれに用
いる材料で、従来材ＳＫＤ６１を始めとする熱間ダイス
鋼や鋳鉄等に比べ著しく耐溶損性に優れるため、これら
の耐久寿命に大幅な向上効果をもたらすものである。

また同様に耐溶損性が優れる超硬度高速度工具鋼やセラ
ミックスが工業実用上、折損、破損の問題点から適用が
進まなかったのに対し、本発明の金型等や材料は靭性、
抗折強度、耐熱衝撃性に優れるため実用性も大きい．さ
らにＷ，Ｍｏ合金に比べ、安価で製造できる。

このようにその工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例ｌで、溶融アルミおよび亜鉛に使用した
溶損試験片を示す図、第２図は実施例２で使用した鋳抜
きビンを示す図、および第３図は実施例３で使用した湯
口堰を示す断面図である。ｌａ：アッパホルダ、ｌｂ：ロアホルダ、１ｃ：第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】１　重量で、Ｃ１．２％を越え２．５％以下、Ｓｉ０．
１〜３％、Ｍｎ５〜２５％、Ｃｒ４〜２５％、またはさ
らに必要に応じＮｉ０．５〜４％、Ｗ、Ｍｏ、Ｖの一種
または二種以上合計で０．５〜１５％およびＣｏ０．５
〜１０％の一種または二種以上を含み、残部Ｆｅならび
に不可避的不純物からなる合金製でなることを特徴とす
る鋳造用金型または接溶湯器具。２　合金は、重量で、Ｃ１．５％を越え２．５％以下、
Ｓｉ０．１〜３％、Ｍｎ５〜２５％、Ｃｒ１０％を越え
２５％以下、Ｃｏ０．５〜５％、またはさらに必要に応
じ、Ｎｉ０．５〜４％およびＷ、Ｍｏ、Ｖの一種または
二種以上合計で０．５〜１０％の一種または二種を含み
、残部Ｆｅならびに不可避的不純物からなることを特徴
とする請求項１記載の鋳造用金型または接溶湯器具。３　粉末冶金法により組織を微細化したことを特徴とす
る請求項１または２記載の鋳造用金型または接溶湯器具
。４　重量で、Ｃ１．５％を越え２．５％以下、Ｓｉ０．
１〜３％、Ｍｎ５〜２５％、Ｃｒ１０％を越え２５％以
下、Ｃｏ０．５〜５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物
からなることを特徴とする耐溶損性の優れた金型または
治工具材料。５　重量で、Ｃ１．５％を越え２．５％以下、Ｓｉ０．
１〜３％、Ｍｎ５〜２５％、Ｃｒ１０％を越え２．５％
以下、Ｃｏ０．５〜５％、Ｎｉ０．５〜４％、残部Ｆｅ
および不可避的不純物からなることを特徴とする耐溶損
性の優れた金型または治工具材料。６　重量で、Ｃ１．５％を越え２．５％以下、Ｓｉ０．
１〜３％、Ｍｎ５〜２５％、Ｃｒ１０％を越え２５％以
下、Ｃｏ０．５〜５％、Ｗ、Ｍｏ、Ｖの一種または二種
以上を合計で０．５〜１０％、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなることを特徴とする耐溶損性の優れた金型
または治工具材料。７　重量で、Ｃ１．５％を越え２．５％以下、Ｓｉ０．
１〜３％、Ｍｎ５〜２５％、Ｃｒ１０％を越え２５％以
下、Ｃｏ０．５〜５％、Ｎｉ０．５〜４％、Ｗ、Ｍｏ、
Ｖの一種または二種以上合計で０．５〜１０％、残部Ｆ
ｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐溶
損性の優れた金型または治工具材料。