JPH08104973A - 白層のない鋼製ダイスの窒化方法 - Google Patents

白層のない鋼製ダイスの窒化方法

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JPH08104973A
JPH08104973A JP26311294A JP26311294A JPH08104973A JP H08104973 A JPH08104973 A JP H08104973A JP 26311294 A JP26311294 A JP 26311294A JP 26311294 A JP26311294 A JP 26311294A JP H08104973 A JPH08104973 A JP H08104973A
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重男 大平
Toshio Kawai
利雄 川合
Reiko Takazawa
令子 高澤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 白層の除去が不要な硬質窒化層が形成された
鋼製ダイスを得る。 【構成】 鋼製ダイス素材をシアン浴等に浸漬して塩浴
窒化し、次いでNH3 −N2 雰囲気でガス窒化する。5
00〜520℃の加熱に続いて520〜570℃に加熱
する2段階窒化でガス窒化することもできる。 【効果】 塩浴窒化で生成した白層がガス窒化時に分解
されるため、白層を除去する必要がなく、硬質の拡散層
が母材深部まで形成される。

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白層のない硬質層を形成
する窒化方法に関する。
【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、2〜3時間の短時
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。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500℃程度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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】塩浴窒化された鋼材に
は、厚み5〜10μmの白層が表面に形成されている。
白層は、硬質で耐摩耗性に優れているものの、脆く剥離
し易い欠点がある。白層が剥離した部分では、表面の硬
さにバラツキが生じ、品質が安定しない。このような実
用上の問題から、塩浴窒化された鋼材は、白層を研削等
で白層を除去して使用している。しかし、白層の除去を
手作業で行っているため、熟練が必要とされることは勿
論、個人差によるバラツキが品質管理上の問題となる。
他方、ガス窒化は、塩浴窒化に比較して温度及び雰囲気
ガスの制御に自由度が高い。また、500℃以下の温
度、具体的には400〜450℃に処理温度を設定する
とき、白層のない窒化層を形成することができる。しか
し、必要とする硬さを持つ硬化層を得るためには、長時
間の処理が必要であり、生産性の低下を招く。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、塩浴窒化とガス窒化とを組み合わせることにより、
塩浴窒化で生成した白層をガス窒化で除去し、品質安定
性に優れた硬質膜をもつ鋼製ダイスを得ることを目的と
する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化方法は、そ
の目的を達成するため、鋼製ダイス素材を塩浴窒化し、
次いでガス窒化することを特徴とする。塩浴窒化では、
たとえばKCN,NaCN等のシアン塩及びKCNO,
NaCNO等のシアン酸塩からなる窒化浴を使用する。
塩浴窒化で生じた白層は、塩浴窒化後の鋼材をガス窒化
するとき、自動的に除去される。ガス窒化は、1段窒化
又は2段窒化の何れでも良いが、白層の効率的な除去及
び処理の迅速性を考慮したとき2段窒化が好ましい。2
段窒化では、NH3 解離度30%以下のNH3 −N2
囲気で500〜520℃に加熱した後、NH3 解離度6
5〜85%のNH3 −N2 雰囲気で520〜570℃に
鋼製ダイス素材を加熱する。
【0005】
【作用】本発明は、短時間処理が可能な塩浴窒化と白層
を生成しないガス窒化を組み合わせたものである。塩浴
窒化では、従来法と同様に白層が生成する。この白層
は、後続するガス窒化工程で分解し、鋼材内部に拡散す
る。その結果、研削等の作業を必要とせず、白層のない
拡散層のみからなる硬質皮膜が形成される。このとき、
NH3 及びN2 を使用した純ガス窒化を採用すると、白
層の除去が効果的になる。また、NH3 解離度30%以
下のNH3 −N2 雰囲気で500〜520℃に加熱した
後、NH3 解離度65〜85%のNH3 −N2 雰囲気で
520〜570℃に鋼製ダイス素材を加熱するとき、白
層が一層効率よく除去されると共に、ガス窒化も迅速化
される。鋼製ダイス素材を脱脂線状後、シアン化塩とシ
アン酸塩(たとえば、KCN+KCNO)を含む塩浴中
で、570℃,2時間の窒化処理を行う。次いで、この
塩浴窒化処理を前処理として、純ガス窒化を施す。純ガ
ス窒化は、最大流量4.4m3 /時のNH3 と最大流量
5.6m3 /時のN2 ガスを使用し、520℃,6時間
で窒化した後、昇温し、更に560℃,6時間の2段窒
化処理を行うことが好ましい。
【0006】
【実施例】工具鋼SKD61を熱処理し、硬さHRC48
に調質した鋼材を使用した。鋼材を、NaCN及びNa
CNOを含む塩浴に温度570℃で150分間浸漬する
ことにより塩浴窒化した。塩浴窒化された鋼材を硝酸ア
ルコールでエッチングした後、顕微鏡で表面観察した。
観察結果を図1に示すように、鋼材表面に平均厚み数μ
mの白層が形成されており、白層の下に0.1mm程度
の拡散層が観察された。この鋼材を、同じ窒化浴に5時
間浸漬したところ、図2に示すように白層が5〜10μ
m程度に更に厚く成長した。白層の下にある拡散層も、
約0.15mmの深さで母材の内部深くまで成長してい
た。このように厚膜化した白層は、外部からの衝撃によ
って容易に母材から剥離する傾向を示した。
【0007】そこで、2段目の塩浴窒化に代え、ガス窒
化を採用した。塩浴窒化した鋼材を脱脂・洗浄した後、
NH3 44%及びN2 56%の組成を持つ窒化性雰囲気
中で520℃×6時間→560℃×6時間の加熱処理を
施し、室温まで空冷した。ガス窒化後の鋼材表面は、図
3に示すように、白層が観察されず、実質的に拡散層だ
けになっていた。このときに得られた拡散層は、2段目
の塩浴窒化で得られた拡散層よりも深い0.25mmで
あった。図1〜3に示す表面層をもつそれぞれの鋼材に
ついて、深さ方向に関する硬度分布を測定した。測定結
果を示す図4にみられるように、塩浴窒化とガス窒化と
を組み合わせた本発明例では、硬化層が0.25mmの
深さまで達しており、2段目に塩浴窒化した場合よりも
深い硬化層になっていることが判る。また、表面硬度
は、白層に匹敵する値を示している。このことから、硬
くて深い拡散層が白層なしで得られ、白層剥離の心配が
全くない窒化層が形成されることが確認された。
【0008】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、塩浴窒化とガス窒化とを組み合わせることにより、
短時間で硬化層が形成される塩浴窒化の長所を活用しな
がら、塩浴窒化で生じた白層をガス窒化によって消失さ
せている。これにより、白層の除去が省略でき、必要と
する表面硬度を持ち、品質が高位に安定した鋼製ダイス
が得られる。この鋼製ダイスは、アルミニウムの熱間押
出しに使用するとき、形状特性の良好な押出し製品が長
期間にわたって安定して製造される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 1段階で塩浴窒化した鋼材の表面層
【図2】 2段階で塩浴窒化した鋼材の表面層
【図3】 塩浴窒化後にガス窒化した鋼材の表面層
【図4】 窒化処理された鋼材の厚み方向に関する硬度
分布

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼製ダイス素材を塩浴窒化し、次いでガ
    ス窒化することを特徴とする白層のない鋼製ダイスの窒
    化方法。
  2. 【請求項2】 KCN,NaCN等のシアン化塩及びK
    CNO,NaCNO等のシアン酸塩からなる窒化浴に鋼
    製ダイス素材を浸漬する請求項2記載の窒化方法。
  3. 【請求項3】 塩浴窒化で生じた白層をガス窒化により
    除去する請求項1記載のガス窒化方法。
  4. 【請求項4】 NH3 解離度30%以下のNH3 −N2
    雰囲気で加熱した後、NH3 解離度65〜85%のNH
    3 −N2 雰囲気で加熱する2段階で請求項1又は2記載
    のガス窒化を行う鋼製ダイスの窒化方法。
  5. 【請求項5】 第1段階で鋼製ダイス素材を500〜5
    20℃に加熱し、第2段階で鋼製ダイス素材を520〜
    570℃に加熱する請求項4記載の鋼製ダイスの窒化方
    法。
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