JPH08232058A - ダイカスト用部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐溶損性、耐溶着性及び耐ヒートクラック性
を有すると共に、優れた機械的性質及び耐摩耗性を有
し、また良好な保温性を有するダイカスト用部材及びそ
の製造方法を提供する。 【構成】 先ず、オーステナイト系合金である基材表面
の全て又は一部に自溶性合金を溶射する。その後、自溶
性合金膜を再溶融処理する。この場合、自溶性合金は、
マトリックス組織がオーステナイトであって、Ｎｉを３
０重量％以上、Ｂを１重量％以上及び炭化物を３重量％
以上含有することが好ましい。更に、母材に時効硬化元
素を含有し、自溶性合金膜の再溶融処理の後、時効処理
を施すことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はダイカスト鋳造におい
て、プランジャースリーブ、プランジャーチップ、鋳抜
きピン及び金型本体等として使用されるダイカスト用部
材及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プランジャースリーブ等のダイカスト部
品及び金型本体は高温の溶融金属と接触し、激しい熱サ
イクル及び高負荷が作用するため、前記部品及び金型本
体において、溶損、溶着又はヒートクラック等が発生す
る。

【０００３】このため、従来、ダイカスト用部材には、
高温環境であっても強度及び靱性が優れているＪＩＳ・
ＳＫＤ６１等の熱間工具鋼が広く使用されている。

【０００４】熱間工具鋼をダイカスト用部材として使用
する場合において、疲労強度及び耐ヒートクラック性を
確保するために、引張強度、降伏強度、靱性及び延性等
の調和を考慮して焼入れ及び焼戻しによる調質が行われ
る。

【０００５】しかし、熱間工具鋼に上述のような熱処理
が施されると、機械的性質は向上するが、ダイカスト部
品及び金型本体には溶融金属との反応により溶損、溶着
又は摩耗等が発生する。

【０００６】本願発明者等は、溶融アルミニウムによる
溶損、溶着及び高温下における摩耗に対してＮｉ基でＷ
Ｃ粒子を含有し、添加元素としてＢ、Ｓｉ等を含む自溶
性の溶射皮膜がその抑制に有効であることを知見した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自溶性
溶射皮膜は通常溶射後において、皮膜の気孔を塞いだ
り、皮膜と基材との密着性を向上させるために１０７０
℃〜１０９０℃の温度で熱処理が施される。このため、
通常ダイカスト部材に用いられているＪＩＳ ＳＫＤ６
１材では焼入れ温度を超えて加熱され、結晶粒の粗大化
が生じ母材の機械的強度が実用レベル以下に低下してし
まうという難点がある。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、耐溶損性、耐溶着性及び耐ヒートクラック
性を有すると共に、優れた機械的性質及び耐摩耗性を有
し、また良好な保温性を有するダイカスト用部材及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るダイカスト
用部材は、オーステナイト系合金からなる基材と、この
基材の表面に溶射された自溶性合金膜とを有することを
特徴とする。前記自溶性合金膜は再溶融することが好ま
しく、また前記自溶性合金のマトリックス組織がオース
テナイトであり、その成分組成においてＮｉを３０重量
％以上、Ｂを１重量％以上及び炭化物を３重量％以上含
有することが好ましい。更に、前記基材が時効硬化元素
を含有することが好ましい。

【００１０】本発明に係るダイカスト用部材の製造方法
は、オーステナイト系合金の基材の表面の全面又は一部
に自溶性合金を溶射する工程と、前記工程により形成し
た自溶性合金膜を再溶融処理する工程とを有することを
特徴とする。また、前記自溶性合金又は前記基材の組成
が前記再溶融処理において、同時に前記基材の固溶化が
生じるものであることが好ましい。更に、前記再溶融処
理の後に、前記自溶性合金膜を時効硬化処理することが
好ましい。

【００１１】

【作用】本願発明者等は、耐溶損性、耐溶着性及び耐ヒ
ートクラック性を有すると共に、優れた機械的性質及び
耐摩耗性を有し、また良好な保温性を有するダイカスト
用部材及びその製造方法を開発すべく種々の実験研究を
行った。

【００１２】その結果、オーステナイト系合金からなる
基材に対し、自溶性合金を溶射して５００μｍの厚さを
超える自溶性合金膜を形成し、その後この自溶性合金膜
を火炎又は加熱処理等により再溶融処理（以下、「フュ
ージング処理」という）することにより、基材と自溶性
合金膜との間に無孔性の溶着被膜が形成され、良好な密
着性及び高靱性を有する極めて優れたダイカスト用部材
が得られることを見出した。

【００１３】以下、使用する基材の限定理由及び自溶性
合金の限定理由について説明する。

【００１４】基材：オーステナイト系合金 基材がＳＫＤ鋼である場合には、自溶性合金を溶射する
ことにより、基材と自溶性合金との密着性を向上させる
ことはできるが、約１１００℃の温度でなされるフュー
ジング処理により、基材が軟化してしまう。このため、
自溶性合金膜が形成された基材に対して、フュージング
処理後に焼入れ及び焼戻しを施すことにより、基材の強
度を向上させることはできるが、焼入れ時において自溶
性合金膜が剥離してしまう。これは、フュージング処理
後の冷却過程において、基材の一部又は全部がオーステ
ナイト組織からマルテンサイト組織又はベーナイト組織
に変態する所謂焼入れ変態が生じる。この変態時におい
て、ＳＫＤ鋼の熱膨張係数が大きく変化するため、ＳＫ
Ｄ鋼の基材の表面に形成される自溶性合金膜に割れ又は
剥離が発生してしまう。また、割れ部へ溶融金属が浸入
して、ヒートクラックの起点となり、更に剥離部では溶
損又は溶着が生ずるため、溶射による本来の効果が発揮
されない。

【００１５】そこで、オーステナイト系合金を基材とし
て溶射すると、ＳＫＤ鋼のような焼入れ変態を生ずるこ
となく、冷却後であってもフュージング処理により溶融
された自溶性合金膜は、基材との密着性がより一層向上
し、自溶性合金膜と基材との間に無孔性の良好な自溶性
合金膜が形成される。

【００１６】また、結晶構造が面心立方晶であるオース
テナイト系合金の熱伝導度は、結晶構造が体心立方晶で
あるＳＫＤ鋼の熱伝導度に比べて１／２以下と小さい。
このため、オーステナイト系合金がダイカスト用部材と
して使用されると、ダイカスト部品等は良好な保温性を
有することになる。

【００１７】次に、自溶性合金膜の割れ又は剥離をより
一層確実に防止することができる自溶性合金について説
明する。このような自溶性合金は、そのマトリックス組
織をオーステナイトにすると共に、その成分組成として
Ｎｉを３０重量％以上、Ｂを１重量％以上及び炭化物を
３重量％以上含有するものである。以下、この自溶性合
金の組成限定理由について説明する。

【００１８】自溶性合金のマトリックス組織：オーステ
ナイト組織 自溶性合金の組織を基材と同様のオーステナイト組織と
することにより、フュージング処理後の冷却過程におい
て、基材及び自溶性合金膜とも同一の安定オーステナイ
ト組織として存在することにより、自溶性合金膜の割れ
又は剥離をより一層効果的に防止することができる。従
って、自溶性合金のマトリックス組織をオーステナイト
組織とする。

【００１９】Ｎｉ（ニッケル）：３０重量以上 Ｎｉは自溶性合金膜の靱性を向上させる元素である。こ
の効果を発揮させるためには、Ｎｉを３０重量％以上添
加する必要がある。従って、Ｎｉの含有量は３０重量％
以上とする。

【００２０】Ｂ（ホウ素）：１重量％以上 Ｂは基材及び自溶性合金の溶融状態における反応を抑制
する元素である。自溶性合金にホウ化物が存在すると、
前記溶融状態の合金の濡れ性が大きくなり、また溶融状
態の合金において熱力学的な安定性をもたらす。この効
果を発揮させるためには、Ｂを１重量％以上添加する必
要がある。従って、Ｂの含有量は１重量％以上とする。

【００２１】なお、自溶性合金にＢを添加する方法は特
に限定しないが、Ｎｉ等を主成分とするホウ化物又はＢ
Ｎ等の形態により含有させることができる。

【００２２】炭化物：３重量％以上 炭化物はＮｉと融合し易いため、自溶性合金膜の靱性の
向上に有効な化合物である。また、自溶性合金における
マトリックスの硬度を高めるため、耐摩耗性の向上にも
有効である。このような効果を発揮させるためには、炭
化物を３重量％以上添加する必要がある。従って、炭化
物の含有量を３重量％以上とする。なお、この場合の炭
化物として、ＷＣ、ＳｉＣ、ＮｂＣ又はＣｒ₃Ｃ₂等が好
ましい。

【００２３】次に、基材であるオーステナイト系合金に
時効硬化元素を添加する場合について説明する。時効硬
化元素としては、Ｃ、Ｐ、Ｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ又はＶ
等がある。これらの時効硬化元素を添加することによ
り、これらの元素は炭化物、窒化物若しくはりん化物等
の金属間化合物又はＴｉ若しくはＡｌ等の金属として基
材表面に析出し、これにより時効硬化が生じる。

【００２４】この時効硬化により、基材の強度が向上
し、耐久性が優れたダイカスト用部材を製造することが
できる。また、基材が高強度となるため、部材の肉厚を
減少させることが可能であり、部材の軽量化を図ること
ができる。

【００２５】なお、このような時効硬化は、アルミニウ
ム合金の溶融温度（アルミニウムの融点：６６０．２
℃）又はそれより若干高温である７００〜７５０℃の温
度において、効果的に進行し、析出物が安定的に存在す
る。

【００２６】従って、本発明に係るダイカスト用部材の
製造方法により、アルミニウムダイカスト用部材を製造
する場合には、時効硬化により部材の適正強度が保持さ
れる共に、耐久性が極めて向上することとなる。

【００２７】次に、自溶性合金による溶射処理を施した
オーステナイト系合金からなる基材にフュージング処理
を行うと同時に、前記基材を固溶化させた後、時効硬化
処理を施す場合について説明する。

【００２８】通常、時効硬化処理は時効硬化元素を合金
中に固溶化（溶体化）した後、合金をその固溶温度より
低い温度に保持することにより行われる。従って、本発
明においても、自溶性合金による溶射とフュージング処
理の後に、ダイカスト用部材を一旦固溶化処理した後、
その固溶温度より低い温度で保持して時効硬化処理する
ことができる。

【００２９】しかし、フュージング処理及び時効硬化処
理のための固溶化処理は、ともにダイカスト用部材を加
熱する処理であるため、フュージング処理と固溶化処理
とを別個に行わず、１つの加熱処理により同時に行うこ
とが可能である。つまり、フュージング処理が時効硬化
処理のための固溶化処理をも兼ねることができる。これ
により、時効硬化処理における固溶化の工程を省略する
ことができるため、生産コストの低減を図ることができ
る。

【００３０】具体的には、時効硬化処理のための固溶化
温度及びフュージング処理の加熱温度には夫々適正な温
度範囲がある。そして、フュージング処理の加熱が固溶
化処理の適正範囲より高い温度で行われると、基材の結
晶粒が粗大化し、一方低い温度で行われると、未固溶析
出物が残存してしまう。このような固溶化の適正温度範
囲でない温度で固溶化処理が行われると、基材の機械的
性質が損なわれてしまう。

【００３１】また、フュージング処理が、そのフュージ
ング適正温度範囲より高い温度で行われると、自溶性合
金膜の流動性が高くなることにより膜厚が不均一なもの
となる。一方、低い温度で行われると、自溶性合金膜の
再溶融が生じないために、自溶性合金膜の性能を向上さ
せることができない。

【００３２】従って、基材の固溶化処理をも兼ねるフュ
ージング処理は、固溶化処理及びフュージング処理の夫
々の適正温度範囲が互いに重なり合う部分の温度で行う
必要がある。一般に、時効硬化処理における固溶化処理
は約９５０〜１１５０℃の温度範囲で行われ、一方フュ
ージング処理における加熱は約１０５０〜１１００℃の
温度範囲で行われる。従って、フュージング処理を１０
５０〜１１００℃の温度範囲で行うことが好ましい。

【００３３】なお、時効硬化処理及びフュージング処理
の温度範囲が重なり合うようにするためには、自溶性合
金及び基材の成分組成を調整したり、特に自溶性合金に
添加されるＢ又はＳｉ等の共晶元素を適宜調整ことが有
効である。

【００３４】以上のような、基材の固溶化をも兼ねるフ
ュージング処理後、一定の温度範囲でダイカスト用部材
を保持することにより、基材の強度を向上させて、ダイ
カスト用部材の耐久性をより一層向上させることができ
る。

【００３５】なお、フュージング処理後における時効硬
化処理は、自溶性合金及び基材の成分組成、硬化元素の
種類並びに目的とする強度により異なるが、７００〜７
５０℃の温度で５〜２４時間行うことが好ましく、これ
により、Ｃ、Ｐ、Ｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ及びＶ等によ
る、炭化物、窒化物、リン化物等の金属間化合物又はＴ
ｉ又はＡｌ等の金属を析出させることができる。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の実施例について、本発明の特
許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。

【００３７】本実施例における供試材として、比較例に
はＳＫＤ６１鋼、実施例にはオーステナイト合金である
ＳＵＳ３１０鋼及び時効硬化元素を含有するオーステナ
イト合金であるＡ２８６合金鋼を使用した。なお、Ａ２
８６合金鋼はＣを０．０５重量％、Ｓｉを０．５０重量
％、Ｍｎを１．３５重量％、Ｃｒを１５重量％、Ｎｉを
２６重量％、Ｍｏを１．２４重量％、Ｔｉを２．１重量
％、Ａｌを０．２６重量％及びＶを０．３２重量％を含
有し、残部がＦｅの成分組成からなる。

【００３８】これらの供試材の熱処理及び表面処理等の
材料履歴は下記表１に示すとおりである。

【００３９】

【表１】

【００４０】上記表１に示す実施例Ｎｏ１〜４及び比較
例Ｎｏ１〜３の各供試材を使用して、機械的性質、耐摩
耗性、耐溶損性及び耐ヒートクラック性についての試験
を行った。

【００４１】機械的性質の試験では、最終熱処理を終え
たサンプルを切り出して、硬度測定及びＵノッチシャル
ピー衝撃試験を行った。

【００４２】耐摩耗性の試験では、ピンオンディスクタ
イプの摺動摩耗試験を行った。この場合、各供試材の表
面と同一処理が施されたものをディスクにして、アルミ
ニウム合金（６０２１）をピンとして、下記表２に示す
ような状況により摩耗試験を行った。

【００４３】

【表２】

【００４４】耐溶損性の試験では、７５０℃の温度のＡ
Ｃ８Ｃアルミニウムを溶融し、その中に供試材を３時間
浸漬した後、断面を観察した。

【００４５】また、耐ヒートクラック性の試験では、大
気圧の下で、供試材を水中及び６５０℃の温度の炉中の
環境へ交互に移動させることによる１０００サイクルの
熱サイクル試験を行い、試験後の供試材の断面又は表面
における単位面積当たりのクラック発生数を観察した。

【００４６】以上の試験により、その試験結果を各試験
ごとに４段階の相対評価によって比較して評価を行っ
た。評価が優れている順に優、良、可及び不可の評価を
行い、夫々を「◎」、「○」、「△」及び「×」により
下記表３に示す。

【００４７】

【表３】

【００４８】上記表１及び３に示すように、従来ダイカ
スト用部材として使用されているＳＫＤ６１鋼に対し
て、焼入れ、焼戻しの調質熱処理、窒化処理及び自溶性
溶射を行った比較例Ｎｏ１〜３はいずれも総合的に実施
例Ｎｏ１〜４に比べて劣っている。

【００４９】即ち、比較例Ｎｏ１では、焼入れ及び焼戻
しのみが施されているため、機械的性質は優れている
が、その他の耐摩耗性等の特性はいずれも極めて劣って
いる。

【００５０】また、比較例Ｎｏ２は、比較例Ｎｏ１と同
一の処理を施した後、窒化による表面処理をしているた
め、耐摩耗性が比較例Ｎｏ１に比べて若干向上したが、
まだ十分ではなく、逆に窒化により機械的性質が比較例
Ｎｏ１に比べて劣化してしまった。それにまた、耐溶損
性及び耐ヒートクラック性については何等向上しなかっ
た。 更に、比較例Ｎｏ３は、比較例Ｎｏ１と同一の処
理を施した後、自溶性溶射による被膜形成処理をしてい
るため、比較例Ｎｏ１に比べて耐摩耗性については向上
し、また耐溶損性及び耐ヒートクラック性についても若
干向上した。しかし、自溶性溶射処理により機械的性質
は比較例Ｎｏ１に比べて、極めて劣化してしまった。

【００５１】一方、実施例Ｎｏ１〜４については、各々
表面処理等における条件が異なっているが、いずれも総
合的には優れた結果を示している。

【００５２】即ち、実施例Ｎｏ１は、オーステナイト合
金であるＳＵＳ３１０を使用して自溶性溶射による被膜
形成処理を施しているため、耐摩耗性、耐溶損性及び耐
ヒートクラック性については良好な結果が得られた。し
かし、機械的性質については、良好とはいえないが、ダ
イカスト用部材として十分使用可能な特性を有してい
る。

【００５３】実施例Ｎｏ２は、実施例Ｎｏ１と同様にＳ
ＵＳ３１０を使用しているが、自溶性合金の組織は基材
と同様のオーステナイトであり、またＮｉ、Ｂ及び炭化
物が所定量含有されているため、自溶性合金膜の割れ又
は剥離をより一層確実に防止することにより、実施例Ｎ
ｏ１と比べて耐溶損性がより一層向上した。

【００５４】また、実施例Ｎｏ３は、時効硬化元素を含
有するオーステナイト合金のＡ２８６を使用しており、
また実施例Ｎｏ２と同様の自溶性溶射合金の溶射による
被膜形成処理を施しているため、基材の強度が向上し、
実施例Ｎｏ２に比べて機械的性質及び耐摩耗性がより一
層向上した。

【００５５】更に、実施例Ｎｏ４は、実施例Ｎｏ３と同
様にＡ２８６を使用すると共に、実施例Ｎｏ３と同様の
熱処理を施した後、７２０℃の温度で１５時間保持の時
効処理を施した。これにより、基材の強度がより一層向
上するため、実施例Ｎｏ３に比べて機械的性質及び耐ヒ
ートクラック性がより一層向上し、実施例Ｎｏ１〜４の
中で最も特性が優れたものとなった。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
オーステナイト系合金の基材表面に自溶性合金を溶射
し、その後溶射皮膜を再溶融することにより、耐溶損
性、耐溶着性及び耐ヒートクラック性を有すると共に、
優れた機械的性質及び耐摩耗性を有し、また良好な保温
性を有することができるダイカスト用部材を製造するこ
とができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 4/08 Ｃ２３Ｃ 4/08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーステナイト系合金からなる基材と、
   この基材の表面に溶射された自溶性合金膜とを有するこ
   とを特徴とするダイカスト用部材。
2. 【請求項２】 前記自溶性合金膜は再溶融されたもので
   あることを特徴とする請求項１に記載のダイカスト用部
   材。
3. 【請求項３】 前記自溶性合金のマトリックス組織がオ
   ーステナイトであり、その成分組成においてＮｉを３０
   重量％以上、Ｂを１重量％以上及び炭化物を３重量％以
   上含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のダ
   イカスト用部材。
4. 【請求項４】 前記基材が時効硬化元素を含有すること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のダ
   イカスト用部材。
5. 【請求項５】 オーステナイト系合金の基材の表面の全
   面又は一部に自溶性合金を溶射する工程と、前記工程に
   より形成した自溶性合金膜を再溶融処理する工程とを有
   することを特徴とするダイカスト用部材の製造方法。
6. 【請求項６】 前記自溶性合金又は前記基材の組成が前
   記再溶融処理において、同時に前記基材の固溶化が生じ
   るものであることを特徴とする請求項５に記載のダイカ
   スト用部材の製造方法。
7. 【請求項７】 前記再溶融処理の後に、前記自溶性合金
   膜を時効硬化処理することを特徴とする請求項６に記載
   のダイカスト用部材の製造方法。