JPH08104972A - アルミニウム材押出し加工用鋼製ダイスのガス窒化方法 - Google Patents

アルミニウム材押出し加工用鋼製ダイスのガス窒化方法

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JPH08104972A
JPH08104972A JP26311194A JP26311194A JPH08104972A JP H08104972 A JPH08104972 A JP H08104972A JP 26311194 A JP26311194 A JP 26311194A JP 26311194 A JP26311194 A JP 26311194A JP H08104972 A JPH08104972 A JP H08104972A
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JP
Japan
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nitriding
vinyl chloride
chloride resin
slit
gas
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JP26311194A
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Inventor
Shigeo Ohira
重男 大平
Toshio Kawai
利雄 川合
Reiko Takazawa
令子 高澤
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Nippon Light Metal Co Ltd
Original Assignee
Nippon Light Metal Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 均一な硬度分布で窒化処理されたベアリング
面をもつアルミ押出し成形用鋼製ダイスを得る。 【構成】 狭隘なスリットが形成された鋼製ダイス素材
を工具鋼で作成し、スリットに塩化ビニル樹脂を充填し
た鋼製ダイス素材を密閉容器に収容し、400℃以上の
高温に保持して塩化ビニル樹脂を熱分解させ、分解生成
ガスでスリット内壁面をクリーニングした後、密閉容器
を窒化性雰囲気に置換して窒化処理する。 【効果】 塩化ビニル樹脂の熱分解によって生成したハ
ロゲン,ハロゲン水素化物がスリットに充満し、ベアリ
ング面をクリーニングし、窒化反応をベアリング面全域
にわたり均一化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミ押出し用ダイス
等の鋼製ダイスの表面に均質な硬質層をガス窒化処理で
形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】安定な窒化物を形成するCr,Mo等の
合金元素を含む鋼材は、窒化処理によって著しく硬化す
る。鋼材表面に形成された窒化層は、ビッカース硬さで
100〜1300に達し、耐摩耗性に富み、高温硬さが
高く、再加熱によっても硬さの低下が少ない。このよう
なことから、アルミの押出し等に使用される熱間加工用
ダイスには、Crを含む熱間工具鋼を使用し、窒化処理
によって表面硬化させている。窒化処理には、塩浴窒
化,ガス窒化等がある。塩浴窒化は、短時間の処理で窒
化層が形成され、しかも低コストである。しかし、処理
温度が550〜570℃と高く、環境に悪影響を与える
シアン系の塩浴を使用することから、ガス窒化が主流と
なってきている。
【0003】ガス窒化では、アンモニアの気流中で鋼材
を500〜570℃に10〜100時間加熱した後、徐
冷する。アンモニアは高温域で分解し、反応性の強い発
生基のN及びHとなり、Fe,Cr等の金属元素と化合
して窒化物を作り、硬質の窒化層となる。処理温度が5
70℃以下であることから母材の損耗が少なく、焼入れ
の必要がないため処理後の鋼材に変形が少ない。ガス窒
化処理された鋼材表面の硬化層は、最表面に数μm程度
のFe2 N相を主成分とする白層が形成されている。白
層は、耐食性にも優れているが、比較的脆く、厚く成長
したものでは外力が加わったときに割れや剥離を起こし
易い。白層の割れや剥離は、白層の厚みを小さくするこ
とにより抑制される。白層を薄く成長させる方法として
は、通常のガス窒化を短時間で行う第1段階に続いて高
温,高NH3 解離度で窒化する2段窒化が採用されてい
る。
【0004】しかし、ガス窒化は、塩浴窒化に比較して
処理時間が長く、窒化処理層が浅い欠点がある。また、
雰囲気中のNと結合して硬質化合物となるCr,Al,
Mo,V等を含む窒化用鋼は、窒化処理前の状態で比較
的強固な酸化皮膜が表面に形成されている。酸化皮膜
は、母材表面にNが侵入することを抑制し、硬質窒化層
を浅くするばかりでなく、酸化皮膜で覆われていない部
分との間で窒化反応の難易度に相違が生じる。その結
果、鋼材表面に形成された窒化層が不均質になり、製品
の品質安定性が低下する。表面の酸化皮膜は、鋼材表面
に反応性の高いハロゲンガスを接触させることにより除
去される。たとえば、特公昭45−39925号公報,
特公昭45−25966号公報等で紹介されているよう
に、塩化ビニル樹脂(CH2 CHCl)nの分解生成ガ
スで処理するとき、鋼材表面がクリーニングされる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】アルミニウム材の押出
し加工に使用される鋼製ダイスは、押出し形材の目標形
状に対応したスリットが形成されている。スリットを区
画するベアリング面は、押出し中に最も過酷な環境に曝
され、損耗の激しい箇所である。従来法に従って、樹脂
の分解生成ガスでベアリング面をクリーニングすると、
幅狭のスリットにあっては十分な量の分解生成ガスが侵
入せず、分解生成ガスとの接触反応が十分に行われな
い。その結果、ベアリング面が十分にクリーニングされ
ず、必要とする高度をもった硬質層がベアリング面に形
成されない。本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、スリットとなる空間部に塩化ビニ
ル樹脂を詰め込むことにより、ベアリング壁面を優先的
にクリーニングし、高度が高く且つ均質な窒化層をベア
リング面に形成し、耐久性に優れた押出し加工用鋼製ダ
イスを得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のガス窒化方法
は、その目的を達成するため、狭隘なスリットが形成さ
れた鋼製ダイス素材を工具鋼で作成し、スリットに塩化
ビニル樹脂を充填した鋼製ダイス素材を密閉容器に収容
し、400℃以上の高温に保持して塩化ビニル樹脂を熱
分解させ、分解生成ガスでスリット内壁面をクリーニン
グした後、密閉容器を窒化性雰囲気に置換して窒化処理
することを特徴とする。塩化ビニル樹脂としては、熱分
解後に残渣を残さないものが好ましく、包装用ポリ塩化
ビニルフィルム又はシート、或いは塩化ビニル樹脂系接
着剤等の1種または2種以上が使用される。この塩化ビ
ニル樹脂をスリットに充填し400〜500℃に30〜
60分間保持するとき、塩化ビニル樹脂の熱分解によっ
てハロゲンやハロゲン水素化物が発生し、スリットの内
壁面がクリーニングされる。クリーニング後、密閉容器
の雰囲気をNH3 +N2 等に置換し、500〜570℃
に3〜12時間加熱する。このとき、スリット内壁面が
クリーニングされた活性状態にあるため、窒化反応が迅
速に且つ均一に進行し、良質の硬質窒化膜が形成され
る。
【0007】
【作用】塩化ビニル樹脂を高温加熱すると、200℃付
近で分解反応が開始し、ハロゲンガス,ハロゲン水素化
物等のガスが発生する。しかし、塩化ビニル樹脂で鋼製
ダイス素材を単にラッピングして加熱するだけでは、狭
隘なスリットに持ち込まれるハロゲンガス,ハロゲン水
素化物等の分圧が不足し、所期のクリーニング作用が得
られない。この点、本発明にあっては、スリットに塩化
ビニル樹脂を詰め込んでいるので、分解生成ガスがスリ
ット内に暫定的に充満し、クリーニング作用に必要な分
圧が得られる。また、分解反応終了後にはスリット内に
分解残渣が残らないため、後続する窒化処理工程に悪影
響を与えることがない。したがって、雰囲気を窒化性と
することにより、分解生成ガスによってクリーニングさ
れたベアリング面が均一に窒化処理される。その結果、
ベアリング面に均質な窒化膜が形成され、品質が高位に
安定した押出し加工用鋼製ダイスが得られる。塩化ビニ
ル樹脂の熱分解により塩化水素を発生させるため、20
0℃以上の温度で塩化ビニル樹脂を加熱する必要があ
る。しかし、500℃を越える温度に加熱すると、NH
3 が分解し易くなる。したがって、塩化ビニル樹脂の熱
分解は、NH3 の導入を伴う窒化の前処理として500
℃以下で行う必要がある。
【0008】
【実施例】工具鋼SKD61を押出し加工用ダイス形状
に成形し、スリット厚みが0.3mm,0.5mm及び
1mmで、ベアリング長さが30mmのスリットを形成
した。シート状の塩化ビニル樹脂を細かく裁断したもの
をスリットに詰め込み、密閉容器に装入した。密閉容器
内で工具鋼を500℃に40分間加熱することによって
塩化ビニル樹脂を熱分解し、分解生成ガスでスリットの
内壁面をクリーニングした。加熱後のスリットには、分
解残渣は全く見られなかった。次いで、容器内の雰囲気
をNH3 +N2 の混合ガスに代え、昇温速度100℃/
時で550℃まで昇温し、550℃に6時間保持した
後、放冷した。常温まで降温した段階で、窒化処理され
た工具鋼を密閉容器から取り出した。
【0009】窒化処理された工具鋼について、図1に示
すようにスリットの長さ方向及びベアリング面の深さ方
向に関して複数の測定点でベアリング面の硬度を測定し
た。スリット厚み0.3mmのベアリング面では、図2
に示すように、ベアリング面の長手方向に関してほぼ均
一の硬度分布になっていた。また、スリット厚みが0.
5mm及び1mmのものでも、同様に均一な硬度分布を
もつベアリング面が窒化処理後に得られた。比較のた
め、同じスリット厚み0.3mmを持つ鋼製ダイスを、
スリットに塩化ビニル樹脂を詰め込むことなく同一条件
下でガス窒化した。窒化処理後のベアリング面は、図3
に示すようにスリット両側に位置するベアリング面の硬
度が低下していた。この対比から明らかなように、スリ
ットに充填した塩化ビニル樹脂を熱分解させ、分解生成
ガスによってベアリング面が均質にクリーニングされ、
後続する窒化処理工程で硬度分布が一定した窒化膜が生
成することが判る。窒化処理された鋼製ダイスは、部分
的に硬度が不足することなくベアリング面が均一に硬質
化されているため、品質が高位に安定し、耐久性に優れ
たものとなる。
【0010】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、狭隘な間隙をもつスリットに塩化ビニル樹脂を充填
した状態で加熱することにより、塩化ビニル樹脂の熱分
解で生じたハロゲンやハロゲン水素化物でベアリング面
をクリーニングした後、窒化処理によって均質な硬質膜
を形成している。この方法によるとき、クリーニング不
足等に起因した窒化不良な部分が生じることなく、均質
な硬度分布にベアリング面を硬質化することが可能とな
る。そのため、窒化処理された鋼製ダイスは、高位に安
定した品質をもち、耐久性に優れたダイスとしてアルミ
ニウム材料の熱間押出しに使用される。また、この鋼製
ダイスを使用して熱間押出しするとき、ベアリング面の
硬度が高いことから、長期間に渡って形状精度に優れた
押出し成形品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 鋼製ダイスの硬度を測定した測定点
【図2】 本発明実施例で窒化処理された鋼製ダイスの
硬度分布
【図3】 塩化ビニル樹脂を使用しない比較例で窒化処
理された鋼製ダイスの硬度分布

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 狭隘なスリットが形成された鋼製ダイス
    素材を工具鋼で作成し、スリットに塩化ビニル樹脂を充
    填した鋼製ダイス素材を密閉容器に収容し、400℃以
    上の高温に保持して塩化ビニル樹脂を熱分解させ、分解
    生成ガスでスリット内壁面をクリーニングした後、密閉
    容器を窒化性雰囲気に置換して窒化処理するアルミニウ
    ム材押出し加工用鋼製ダイスのガス窒化方法。
  2. 【請求項2】 塩化ビニル樹脂として包装用ポリ塩化ビ
    ニルフィルム又はシート,或いは塩化ビニル樹脂系接着
    剤を使用する請求項1記載のガス窒化方法。
  3. 【請求項3】 400〜500℃に30〜60分間保持
    することにより、塩化ビニル樹脂を熱分解させる請求項
    1記載のガス窒化方法。
  4. 【請求項4】 窒化性雰囲気がNH3 とN2 との混合ガ
    スである請求項1〜3の何れかに記載のガス窒化方法。
  5. 【請求項5】 窒化性雰囲気中で鋼製ダイス素材を50
    0〜570℃に3〜12時間加熱する請求項1〜4の何
    れかに記載のガス窒化方法。
JP26311194A 1994-10-03 1994-10-03 アルミニウム材押出し加工用鋼製ダイスのガス窒化方法 Pending JPH08104972A (ja)

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