JPH04131361A

JPH04131361A - 高耐食高耐摩耗性工具部品材料

Info

Publication number: JPH04131361A
Application number: JP25102790A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ito; 裕司伊藤; Toshio Okuno; 奥野　利夫
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1990-09-20
Publication date: 1992-05-06

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、ＩＣモールド用金型、エンジニアリングプラ
スチック成形用金型、およびプラスチック成形用スクリ
ュ部品などの高耐食高耐摩耗性が要求される用途のうち
、特に高度の耐食、耐摩耗性が必要とされる工具１部品
材料に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ＩＣモールド用金型や充填材入りエンジニアリン
グプラスチックの成形用金型など耐摩耗性が要求される
用途には、５ＫＤＩＩなど高Ｃ１３Ｃｒ系の冷間工具鋼
等が使用されている。また、さらに耐摩耗性を必要とす
る場合には、特公昭５４−２８８２１号、特公昭５４〜
２８８２２号、特開昭６２〜１２４２５９号、特ｒｌｌ
ｌ昭６２〜１２４２６０号、　＊Ｍ昭６２〜１２４２６
１　ｆ等に提案すれた焼結合金工具鋼が用いられている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来鋼は、工具および部品材料として有用なも
のではあるが、未だ以下に述べるような問題点を有して
いる。

■５ＫＤＩＩなどの高Ｃ１３Ｃｒ系の冷間工具鋼や高速
度工具鋼について、まず、上記の１３Ｃｒ系の冷間工具鋼や高速度工具鋼で
は、エンジニアリングプラスチック中に含有されるガラ
ス繊維（Ｓｉｎ、）、その他の硬質のフィラーによる摩
耗作用に対して、耐摩耗性が必ずしも十分ではなく、ま
た成形中に発生する腐食性のガスにより腐食摩耗を起し
、使用寿命が短いという問題点がある。

■特公昭５４−２８８２１号、特公昭５４−２８８２２
号、特開昭６２（２４２５９号、特開昭６２〜１２４２
６０号、特開昭６２〜１２４２６１号に記載された焼結
合金工具鋼について、これらの合金工具鋼は、多量の硬
質炭化物を有する高速度工具鋼に、さらにＴｉ、Ｖ、Ｚ
ｒ、Ｎｂ、Ｈｆ。

Ｔａの窒化物、炭化物または炭窒化物を分散させた焼結
合金である。これらの合金工具鋼は、母材に存在する硬
質の炭化物と、さらに加えた窒化物、炭化物および炭窒
化物により優れた耐摩耗性を示すものである２しかし、プラスチック成形用工具あるいは部品として使
用した場合、基地の耐食性が不足し、腐食摩耗作用によ
り短寿命となる欠点も生じている。

本発明は、以上の状況をもとに、従来鋼よりも優れた耐
食性を有し、かつ特開昭６２〜２９４１４９号、特開昭
６３−１６９３５８号および特開昭６４−７５６５３号
に記載された合金並みの耐食性を有し、さらに特公昭５
４−２８８２１号、特公昭５４−２８８２２号、特開昭
６２〜１２４２５９号、特開昭６２〜１２４２６０号、
特開昭６２〜１２４２６１号に記載された焼結合金と同
等以上の耐摩耗性を有する工具および部品材料の提供を
目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、上記目的を達成するべく検討を行なった。

まず、本発明の工具、部品材料（以下、本発明材料と記
す）の耐摩耗性を向上させるためには、摩耗作用を抑制
する働きが大きい炭化物、窒化物、炭窒化物の１種また
は２種以上の硬質粒子を基質中に適量分散させることで
優れた耐摩耗性を付与する。さらに、合金中にＷ、Ｍｏ
、Ｖを適宜添加することにより、これらが特殊炭化物を
形成し、高度の耐摩耗性を与える基礎を構成する。

次に耐食性は、基地中に固溶するＣｒ量によって左右さ
れるので、Ｃｒ含有量を増大させることにより耐食性の
向上が可能である。しかし、ＣｒはＣと結合し、炭化物
を形成し易いので、前述の従来鋼より優れた耐食性を有
するためには、ＣとＣｒの配合比をＣｒ／Ｃ≧３．０に
調整する必要があることが判明した。

さらに、耐食性を向上させるためには、望ましくは上記
合金にＷ、Ｍｏ、Ｎｆ、Ｃｕ、Ｃｏを適宜添加せしめる
と、耐食性が無添加の場合と比較して、よリー層の耐食
性の向上がなされるという結果も得た。

本発明は以上の知見に基づきなされたものであり、第１
＠明は重量％で、Ｃ２，０〜３．５％、Ｓｉ２．０％以
下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ　７．０％以上１５．０％
未溝、Ｖ　０．５〜１０．０％、残部Ｆｅおよび不可避
的不純物からなり、ＣｒとＣの配合比Ｃｒ／Ｃが３．０
以上である合金にＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの
窒化物、炭化物または炭窒化物の１種または２種以上か
らなる硬質粒子を合計で２〜１２％、均一に分散せしめ
たことを特徴とする高耐食高耐摩耗性工具部品材料であ
る。

さらに第２発明は、重量％で、Ｃ２，０〜３．５％、Ｓ
ｉ２．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ　７．０％以
上１５．０％未満、Ｖ　０．５〜１０，０％、ＷとＭｏ
（７）１種または２種を１７２Ｗ＋Ｍｏで０．５〜５．
０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、Ｃｒと
Ｃの配合比Ｃｒ／Ｃが３．０以上である合金にＴｉ、Ｖ
、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化物または炭窒
化物の１種または２種以上からなる硬質粒子を合計で２
〜１２％、均一に分散せしめたことを特徴とする高耐食
高耐摩耗性工具部品材料である。

第３発明は、重量％で、Ｃ２，０〜３．５％、Ｓｉ２．
０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ　７．０％以上１５
．０％未満、Ｖ　０．５〜１０，０％、これにＮｉ　２
．０％以下、Ｃｏ　０．５〜８．０％およびＣｕ　０．
５〜４．０％の１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅ
および不可避的不純物からなり、ＣｒとＣの配合比Ｃｒ
／Ｃが３．０以上である合金にＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、
Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化物または炭窒化物の１種また
は２種以上からなる硬質粒子を合計で２〜１２％、均一
に分散せしめたことを特徴とする高耐食高耐摩耗性工具
部品材料である。

そして第４発明は、重量％で、Ｃ２，０〜３．５％、Ｓ
ｉ２．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ　７．０％以
上１５．０％未満、Ｖ　０．５〜１０，０％、ＷとＭｏ
の１種または２種を１／２Ｗ＋Ｍｏで０．５〜５．０％
、これにＮｉ２．０％以下、Ｃｏ　０．５〜８．０％お
よびＣｕ　０．５〜４，０％の１種または２種以上を含
有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、Ｃｒと
Ｃの配合比Ｃｒ／Ｃが３．０以上である合金にＴｉ、Ｖ
、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化物または炭窒
化物の１種または２種以上からなる硬質粒子を合計で２
〜１２％、均一に分散せしめたことを特徴とする高耐食
高耐摩耗性工具部品材料である。

本発明は、前述のごとく多量の高硬度の炭化物が存在す
る母材中にさらに、窒化物、炭化物または炭窒化物の１
種または２種以上からなる硬質粒子を均一に分散させる
ことにより、ＩＣモールド樹脂中に含有するＳｉｎ、粒
子や、エンジニアリングプラスチックを強化する目的で
適宜添加されているガラス繊維などの摩耗作用に対して
、優れた耐摩耗性を有するものである。

また、本発明材料は、Ｃｒ含有量を増大させるとともに
、さらにＣｒとＣの配合比を調整することにより、本願
発明のベースとなった従来の工具、部品材料と同等、ま
たはそれ以上の耐食性も付与した。よって、本発明材料
を高耐食、高耐摩耗性工具、部品材料として用いた場合
、長期間の使用に耐え得ることが可能である。

〔作用〕

次に本発明材料の成分限定理由を詳細に説明する。

Ｃは合金中の、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ等と結合し、特殊な
硬質炭化物を形成するほか、焼結前に混合するＴｉ、Ｖ
、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化物または炭窒
化物と炭素を含む硬質の複合化合物を形成し、本発明材
料の特徴であるすぐれた耐摩耗性を付与するための重要
な元素である。しかし、２．０％未満では上記効果を十
分に発揮できず、また、３．５％を越えると靭性が低下
するのでＣは２．０〜３．５％とする。

Ｓｉは、本発明材料の低温域での焼もどしにおける焼も
どし硬さを高め、また用途により耐酸化性を一層高める
ために添加される。多すぎると靭性を低下させるので２
．０％以下とする。

Ｍｎは、脱酸剤として用いられ、同時に焼入性を高める
効果がある。多すぎると焼入時に安定な残留オーステナ
イト量を増大させ、また被切削性を低下させるので２．
０％以下とする。

Ｃｒは、Ｃと結合して硬質炭化物を形成し、耐摩耗性を
向上させ、一部は基地に固溶して耐食性を向上させる極
めて重要な元素である。Ｃｒが１５．０％以上ではＣ量
との関係により、焼入焼もどしにおける最高硬さが低下
し、また靭性も低下する。また７、０％未満の場合、上
記添加の効果が得られないので７．０％以上１５．０％
未満とする。

ＷおよびＭｏは、Ｃと結合して炭化物を形成して、主に
焼入焼もどし硬さの上昇に効果がある。

０．５％未満では上記添加の効果がなく、５．０％を越
えると焼なましにおける硬さの低下が困難となり、被加
工性が悪くなるので１７２Ｗ＋Ｍｏで０．５〜５．０％
とする。

■は、Ｃと結合して本発明材料の基質中にＭＣ型の硬質
炭化物を形成し、これ自身も耐摩耗性を向上させるが、
さらに焼結前に混合するＴｉ、Ｖ。

Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化物または炭窒化
物の一部と反応することにより、焼結時の結合性を増大
させる重要な元素である。多すぎるとＣとのバランスお
よび他の炭化物形成元素Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒとの配合比によ
り、焼入性を低下させるので１０゜０％以下とする。ま
た、０．５％未満では、上記添加の効果が得られないの
で０．５％以上１０．０％以下とする。

Ｃｏは基地中に固溶して本発明材料の耐食性を向上させ
る。　０．５％末滴では上記添加の効果が得られず、８
．０１を越えると靭性の低下が見られるので０．５％以
上８．０％以下とする。

Ｎｉは、Ｃｒを７％以上含む綱の不動態化電流の山を低
くする作用があり、本発明材料を不動態化し暴くする作
用がある。特にＮｉは還元性の酸であるＨ、　Ｓ　Ｏ４
やＨＣＩに対して耐食性を向上させる元素である。２．
０％を越えると焼なまし時の硬さが低下せず、被切削性
に悪影響を及ぼすので２．０％以下とする。

Ｃｕは、耐食性を良好にする元素であるが、４．０％を
を越えると靭性が低下し、また０、５％末滴では上記添
加の効果が得られないので０．５％以上４．０％以下と
する。

Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物、炭化物ま
たは炭窒化物の１種または２種以上を基質中に均一に分
散せしめることにより、基質中のその他の硬質炭化物（
Ｃｒ炭化物など）とあいまって、極めて良好な耐摩耗性
を示す。しかし、１２．０％を越えると基質との結合性
に問題があり、靭性が著しく低下する。また、２．０％
未満では上記添加の効果が得られないので２．０％以上
１２．０％以下とする６〔実施例〕次に実施例と図面に基づいて、本発明をさらに詳細に説
明する。

第１表に示す本発明材料であるＡ〜■までの組成の合金
粉末をアトマイズ装置により製造した。

この粉末をさらに粉砕して２５０ｍｅｓｈ以下に分級し
た後、ＴｉＮ、ＴｉＣ，ＺｒＣＮ、ＶＣ，ＮｂＣ，Ｈｆ
Ｃ，ＴａＣ等の硬質粒子の粉末を第１表に示す割合で混
合した。

さらに、上記粉末の酸素含有量と等量の炭素粉末を添加
し、混合して乾燥後、冷間静水圧プレスで成形した。こ
の成形体を真空中で焼結したのち、熱間静水圧プレスで
真密度化させた。

このようにして得られた試料を焼なましを行なった後、
試験片に加工してＨＲＣ６４狙いで焼入焼もどしを施し
、この試験片を用いてスラリ摩耗試験および各種酸への
浸漬腐食試験を行なった。また、特開昭６２〜１２４２
５９号に記載の工具鋼を比鮫鋼Ｊ、および５ＫＤＩＩを
従来鋼にとして同時にテストした。

さらに、第１表に耐食性の目安となるＣｒ／Ｃの値を併
記した。

スラリ摩耗試験は、第１図に示す要領で、　Ｓｉ０．：
　１０００ｃｃとＨ，Ｏ：　７００ｃｃを混合したスラ
リ中で、ＳｉｍｔＸ１０ｍＷＸ２０繭αの試験片を治具
に設置して、８００ｐｐｍの回転数で８ｈｒ回転させて
摩耗させたときの摩耗減量を測定し、その結果を第２表
に示す。また、第２表には各々の試験片の硬さを併記し
た。本発明材料は、硬質の炭化物とさらに添加したＴｉ
Ｎ等の硬質粒子とがあいまって、比較鋼Ｊおよび従来鋼
にと比較して、摩耗減量が大幅に減少しており、優れた
耐摩耗性を示している。

なかでもＭｏ、Ｖを多量に添加した基質に１０％程度Ｔ
ｉＮ等を添加した試料工が、最も耐摩耗性が良好である
という結果が得られた。

また第２表に、１０％Ｈ，Ｓｏ４，１０％ＨＣＩ、　１
０％ＨＮ０．の各種酸溶液に各々の試験片を同じ条件で
浸漬し、そのときの腐食減量を従来鋼Ｋを１００として
、腐食減量比として指数で表した。

本発明材料は、多量のＣｒを含有させることにより、比
較＃ＩＪと比較して耐食性が大幅に向上していることが
わかる。しかし、単にＣｒ量を増大させても炭化物を形
成してしまえば、耐食性の向上には効果はなく、基地中
の有効Ｃｒ量により耐食性は左右される。

よって、実施例においてもＣｒ／Ｃ値が高くなれば、酸
化性の酸である１０％ＨＮ０．に対する腐食減量比は小
さくなっている。これに対して、従来鋼Ｋ（ＳＫＤＩＩ
）のＣｒ１Ｃ値は８．３６と１本発明材料に比較して高
いにもかかわらずＨＮ○、に対する耐食性が劣っている
理由は、恐らく炭化物の粒径の差によるものではないか
と推察される。また、ｌＯ％Ｈ，Ｓ　０．，１０％ＭＣ
Ｉに対する耐食性はＣｒ／Ｃを上げただけでは効果は少
なく、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕを合わせて添加する
ことにより、大幅な改善がなされている。ＷおよびＭｏ
は優先的にＣと結合して炭化物を形成し、余剰のＣｒが
基地中に固溶し、その結果耐食性が良好となったもので
ある。

また、Ｍｏは炭化物を形成するほか、一部は基地に固溶
して、Ｃｒが形成する不動態被膜を強固にする働きがあ
り、耐食性の向上に寄与する。

Ｃｏ、　Ｎ　ｉも、１０％Ｈ，Ｓ　０．および１０％Ｈ
ＣＩに対する耐食性を向上させる効果がある。Ｃｕの場
合は、ＨＣＩに対する耐食性を向上させるが、一方で耐
Ｈ，Ｓ　０．に対しては耐食性を悪くする結果を得てい
るので、用途によりＣｕの添加は注意が必要である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の工具部品材料は耐食性と耐
摩耗性を兼ね備えた材料で、特に摩耗作用に対して、大
きな抵抗力を示すよう改善したものである。したがって
本発明は、プラスチック成形時に発生するガスによる腐
食作用に対する耐食性はもちろん、近年増大してきたエ
ンジニアリングプラスチックに強化材として、添加され
ている寿ラス繊維やフィシによる摩耗作用に対する耐摩
耗性も十分に有し、ＩＣモールド用金型、エンジニアリ
ングプラスチック成形用金型、プラスチック成形用部品
などの工具および部品として用いた場合、大幅な長寿命
が達成できる工具部品材料である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、スラリ摩耗試験方法を示す概念図である。第１図 λラク浦１皓試゛＃墳駈親ト図

Claims

【特許請求の範囲】１　重量％で、Ｃ２．０〜３．５％、Ｓｉ２．０％以下
、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ７．０％以上１５．０％未満
、Ｖ０．５〜１０．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純
物からなり、ＣｒとＣの配合比Ｃｒ／Ｃが３．０以上で
ある合金にＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物
、炭化物または炭窒化物の１種または２種以上からなる
硬質粒子を合計で２〜１２％、均一に分散せしめたこと
を特徴とする高耐食高耐摩耗性工具部品材料。２　重量％で、Ｃ２．０〜３．５％、Ｓｉ２．０％以下
、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ７．０％以上１５．０％未満
、Ｖ０．５〜１０．０％、ＷとＭｏの１種または２種を
１／２Ｗ＋Ｍｏで０．５〜５．０％残部Ｆｅおよび不可
避的不純物からなり、ＣｒとＣの配合比Ｃｒ／Ｃが３．
０以上である合金にＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ
の窒化物、炭化物または炭窒化物の１種または２種以上
からなる硬質粒子を合計で２〜１２％、均一に分散せし
めたことを特徴とする高耐食高耐摩耗性工具部品材料。３　重量％で、Ｃ２．０〜３．５％、Ｓｉ２．０％以下
、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ７．０％以上１５．０％未満
、Ｖ０．５〜１０．０％、これにＮｉ２．０％以下、Ｃ
ｏ０．５〜８．０％およびＣｕ０．５〜４．０％の１種
または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純
物からなり、ＣｒとＣの配合比Ｃｒ／Ｃが３．０以上で
ある合金にＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａの窒化物
、炭化物または炭窒化物の１種または２種以上からなる
硬質粒子を合計で２〜１２％、均一に分散せしめたこと
を特徴とする高耐食高耐摩耗性工具部品材料。４　重量％で、Ｃ２．０〜３．５％、Ｓｉ２．０％以下
、Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ７．０％以上１５．０％未満
、Ｖ０．５〜１０．０％、ＷとＭｏの１種または２種を
１／２Ｗ＋Ｍｏで０．５〜５．０％、これにＮｉ２．０
％以下、Ｃｏ０．５〜８．０％およびＣｕ０．５〜４．
０％の１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物からなり、ＣｒとＣの配合比Ｃｒ／Ｃが３
．０以上である合金にＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔ
ａの窒化物、炭化物または炭窒化物の１種または２種以
上からなる硬質粒子を合計で２〜１２％、均一に分散せ
しめたことを特徴とする高耐食高耐摩耗性工具部品材料
。