JPH0860248A

JPH0860248A - 金型熱処理方法および装置

Info

Publication number: JPH0860248A
Application number: JP19872294A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Kurata; 一美倉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-08-23
Filing date: 1994-08-23
Publication date: 1996-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】金型熱処理において焼もどし工程を省略でき
る金型熱処理方法、装置の提供。【構成】金型５のキャビティ面５ａのみをＡＣ₃点以
上に加熱保持しその他の部分はＡＣ₃点より低い温度
とし、その後金型全体を急冷する金型熱処理方法。炉を
断熱隔壁３で上下に２分し、上側を加熱保持室１、下側
を冷却室２とし、金型５を、そのキャビティ面５ａのみ
が加熱保持室１に露出されるようにして、断熱隔壁３に
設けた開口部４に挿通させて支持する。加熱保持後、金
型５をそのまま冷却室２の冷却液６内に落とし込んで焼
入れする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金型のキャビティ面の
みを焼入れできる金型熱処理方法およびその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】鋳造金型は、従来、製品鋳造時に金型に
繰返し加わる熱応力振幅によって金型表面に発生する微
細なクラック（ヒートクラック）の発生を抑制するため
に、焼入れされ、キャビティ面硬度が高められてロック
ウェル硬さでＨＲＣ５０〜５２に調整される。ついで、
焼入れによって硬化した内部硬度を軟化させ靱性を高め
て、内部冷却穴からの金型の大割れを防止するために、
焼戻しされ、キャビティ面も内部も含めて全体がＨＲＣ
４３〜４５に調整される。特殊な焼入れ焼戻しの例とし
ては、特開平４−３６７３６０号公報に、低炭素鋼から
なる金属素材に、表面は浸炭処理を施し、その後全体に
対して焼入れ、焼戻しを施し、表面部の硬度を他の部分
に比べて上げるようにしたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の通常の金型熱処
理方法は、焼入れ、焼戻しの２工程を必要とし、熱処理
時間が長く、熱処理費もかかる。また、焼入れ、焼戻し
用に別々に炉が必要で、設備費もかかる。また、特開平
４−３６７３６０号公報の技術は、浸炭処理と通常の焼
入れ、焼戻し処理が施されるため、表面部の歪は微細Ｃ
原子の過飽和固溶による歪（浸炭歪）と焼入れ歪の複合
歪となり、表面部の歪量が全体に増大する。本発明の目
的は、ヒートクラック、大割れを防止でき、しかも従来
に比べて、熱処理工程を１工程減らして、熱処理時間を
短縮でき、熱処理費、設備費を低減できる、金型熱処理
方法および装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の方法、装置は次の通りである。（１）金型のキャビティ面のみを加熱保持室に露出させ
焼入れ温度以上に保持するとともに前記金型のキャビテ
ィ面以外の部分を前記加熱保持室の下方に設けた冷却室
に保持して焼入れ温度より低い温度に維持し、ついで前
記金型の全体を前記冷却室中に落下、浸漬させ、急冷し
て前記キャビティ面を焼入れする、工程からなる金型熱
処理方法。（２）内部に焼入れ温度以上の高温雰囲気を形成する加
熱保持室と、前記加熱保持室の下方に設けられ内部に焼
入れ冷却液を有する冷却室と、前記加熱保持室と前記冷
却室とを隔離し、前記金型のキャビティ面が前記加熱保
持室に露出し前記金型のキャビティ面以外の部分が前記
冷却室に曝されるように前記金型を挿通させる開口部を
有する断熱隔壁と、からなる金型熱処理装置。

【０００５】

【作用】上記（１）では、金型のキャビティ面のみを加
熱保持室に露出させ、焼入れ温度（ＡＣ₃点、鋼で約７
８０℃）以上に保つとともに、それ以外の部分は冷却室
に保持して焼入れ温度より低い温度に保つ。その後、金
型を冷却室に落下させて、冷却室にある水、油、または
ソルト液中に浸漬させ、金型全体を急冷する。この時キ
ャビティ面だけは焼入れ温度以上の温度から急冷される
ので、表面部に硬いマルテンサイト組織が生成し、焼き
が入る。しかし、その他の部分には焼きが入らず、靱性
が維持される。したがって、キャビティ面のみが硬化さ
れてヒートクラックが防止され、内部には靱性が保持さ
れて大割れが防止される。また、従来に比べて焼入れ工
程のみとなり、焼戻し工程がなくなるので、熱処理時間
が焼戻し分短縮され、焼戻し作業が無い分熱処理費が低
減され、焼戻し炉が不要な分設備費が低減される。ま
た、マルテンサイト組織生成領域がキャビティ面部分に
限られ焼入れ歪がキャビティ面部分に限定されるため、
従来不可能とされていた金型表面改質（たとえば、浸
炭、浸炭窒化、ＴＤ処理）が可能となる。上記（２）で
は、１つの熱処理炉を断熱隔壁によって上下２室に分割
し、上室を加熱保持室、下室を冷却室としたので、従来
焼入れ炉と焼戻し炉の２つの炉を必要としたものを１つ
の炉によって熱処理でき、設備費を低減できる。また、
従来は焼入れ炉からとり出して液槽に浸漬していたが、
（２）では落下させるだけで冷却室中の液中にワークを
投入でき、作業が容易化されている。

【０００６】

【実施例】図１は本発明装置の一実施例を示している。
該装置は、内部に鋼のＡＣ₃変態点（約７８０℃、以下
焼入れ温度ともいう）以上の高温雰囲気を形成、保持す
る加熱保持室１と、加熱保持室１の下方に位置し内部に
焼入れ冷却液６（水または油またはソルト液）を有する
冷却室２と、加熱室１と冷却室２とを隔壁する断熱隔壁
３と、を備えている。断熱隔壁３には金型５を挿通させ
る開口部４が設けられており、金型５は、キャビティ面
５ａ（金型使用時に内部にアルミ合金などの溶湯が注湯
されるキャビティを形成する面）のみが加熱保持室１に
露出され、キャビティ面５ａ以外の部分が冷却室２に曝
されるように、断熱隔壁３の開口部４を液密に挿通して
いる。かくして、単一の炉が加熱と冷却の複合炉を構成
している。冷却室２には、図示略の攪拌装置（たとえ
ば、回転プロペラ）とジェット装置が設けられており、
金型５に既に形成されている金型冷却穴５ｂ（金型に溶
湯が注湯された時に溶湯を早く凝固させかつ部分的に冷
却を抑制するために用いられる冷却水が通される穴）に
ジェット装置から冷却液６を強制循環させて、金型の内
部を効果的に冷却し、焼入れ温度以下に保つようにす
る。

【０００７】本発明実施例装置の、従来装置との比較の
ために、図３に、従来の熱処理装置を、工程とともに示
す。そこでは、焼入れのための加熱保持炉１１と冷却液
槽１２、および焼戻しのための加熱保持炉１３が設けら
れる。本発明実施例装置は、従来装置と比べて、焼き戻
しのための加熱保持炉１３が省略できており、かつ焼入
れのための冷却室２が焼入れのための加熱保持室１の直
下に配されている点で、従来装置と異なっている。この
ため、本発明実施例装置では、従来装置に比べ焼戻しの
ための加熱保持炉分、設備費が低減され、かつ焼入れの
ための加熱保持炉から冷却液槽へのワークの投入が容易
となっている。

【０００８】つぎに、本発明実施例の方法を説明する。
図１に示すように、金型５を、そのキャビティ面５ａの
みが加熱保持室１に露出されキャビティ面５以外の部分
が冷却室２に保持されるように、セットし、その状態で
キャビティ面５ａ（とその極く近傍の部分、約１０ｍｍ
厚）のみをＡＣ₃変態点以上の温度（たとえば、１０３
０℃×２時間）に保持し、それ以外の部分をＡＣ₃変態
点より低い温度に維持する。この時、冷却効果を上げる
ため、冷却穴５ｂにも冷却液（約６０℃）を強制循環さ
せる。内部を冷却するのは、急冷時に金型内部にマルテ
ンサイト、トルースタイト等の特異組織が生成しないよ
うにするためであり、内部に焼きが入らないようにする
ためである。

【０００９】ついで、金型５をそのまま下方の冷却室２
内の冷却液６に落下させて浸漬させ、金型全体を冷却液
６に急冷する。これによって、金型５のうち、キャビテ
ィ面５ａは、ＡＣ₃変態点以上の温度から急冷されるの
で、表面部にはマルテンサイト組織が生成して焼きが入
って硬くなるが、キャビティ面５ａ以外の部分はＡＣ ₃
変態点より下方の温度からの急冷のため、焼きが入らず
靱性が維持されたままとなる。図２は、本発明実施例方
法によって熱処理された金型５の硬度分布を示してい
る。図２から分かるように、ロックウェル硬さＨＲＣで
５５以上の硬い部分はキャビティ面５ａ部分に限られて
いる。これと比較するために、図４に、従来の焼入れ直
後（焼戻し前の段階）の金型１５の硬度分布を示す。図
４から分かるように金型１５の表面部が全表面にわたっ
て硬化され、硬化の影響が金型の比較的内部にまで及ぶ
ため焼戻しが必要になることを示している。

【００１０】本発明実施例方法との比較のために、図３
に従来の金型の熱処理方法を示している。まず、焼入れ
工程において、金型全体を加熱保持炉１１内に１０３０
℃×２時間保持し、炉からとり出して、たとえば６０℃
油を入れた冷却液槽１２に投入して焼入れする。この状
態での金型の硬度分布は図４に示した通りである。冷却
穴等を起点とする金型の大割れを防止するために、焼戻
し工程において、金型を加熱保持炉（焼入れの加熱保持
炉とは別の炉）内で６００℃×４時間保持し、炉からと
り出して徐冷（たとえば、放置による空冷）する。これ
によって硬度が高かった部分の硬度が下るが、内部の靱
性が維持される。図１と図３との比較から分かるよう
に、本発明実施例では、従来必要であった焼戻し工程が
無くなり、その分、熱処理時間が短縮され、作業工数も
低減され、コストダウンがはかられる。また、本発明実
施例では、金型５は加熱保持後そのまま下部の冷却室内
に落とし込むだけで焼入れできるので、操作が容易であ
る。

【００１１】また、従来、歪大のために実用化が限られ
ていた金型表面改質（たとえば、浸炭、浸炭窒化、ＴＤ
処理）と焼入れとの共用が、可能になる。一般的に鋳造
金型は、焼入れ時に焼入れ歪を生じるが、これは、フェ
ライト＋パーライトがマルテンサイトに組織変態を起こ
すことに起因するものである。これに一般的な表面改質
処理を施すと、Ｃ（炭素）原子、あるいはＮ（窒素）原
子が表面部に過飽和固溶され、表面改質と焼入れとの両
方を行ったときの歪は、微細原子の過飽和固溶による歪
と焼入れ歪の複合歪となり、歪量は焼入れ歪だけの場合
に比べてさらに増大する。このため、従来は温度処理＋
焼入れ、焼戻しは特殊な場合にのみ限られていた。しか
し、本発明実施例方法では、焼入れをキャビティ面５ａ
だけに限っているので、焼入れ歪をキャビティ面５ａと
その直近部分に限ることができ、かつ過飽和固溶層はキ
ャビティ面より約１〜２ｍｍ程度であるため、金型歪み
を抑えることができ、金型表面改質と焼入れの両方の実
施が本発明実施例方法において可能となる。

【００１２】

【発明の効果】請求項１の方法によれば、焼戻し工程を
省略できることにより、熱処理時間を短縮でき、熱処理
工程を削減でき、これらによってコストダウンできる。
また、キャビティ面はキャビティ面のみの焼入れによっ
てヒートクラックを防止でき、キャビティ面以外の部分
は焼きが入らないため大割れを防止できる。請求項２の
装置によれば、焼入れ、焼き戻し用に２つ必要であった
炉が、上下を断熱隔壁で隔てた単一の炉によって熱処理
することができ、設備費を低減できる。また、金型を下
方の冷却室に落とし込めば焼入れの急冷を実行できるの
で、作業を容易化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る金属熱処理方法の工程
とそれを実施する装置を示す概略断面図である。

【図２】本発明の一実施例の方法にて熱処理した金型の
硬度分布図である。

【図３】従来の金型の焼入れ、焼戻しの工程とそれを実
施する装置を示す概略断面図である。

【図４】図３の従来法に従って焼入れした直後（焼戻し
前）の段階における金型の硬度分布図である。

【符号の説明】

１加熱保持室２冷却室３断熱隔壁４開口部５金型５ａキャビティ面５ｂ冷却穴６冷却液

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｃ２１Ｄ 1/18 Ｖ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型のキャビティ面のみを加熱保持室に
露出させ焼入れ温度以上に保持するとともに前記金型の
キャビティ面以外の部分を前記加熱保持室の下方に設け
た冷却室に保持して焼入れ温度より低い温度に維持し、ついで前記金型の全体を前記冷却室中に落下、浸漬さ
せ、急冷して前記キャビティ面を焼入れする、工程から
なる金型熱処理方法。
【請求項２】内部に焼入れ温度以上の高温雰囲気を形
成する加熱保持室と、前記加熱保持室の下方に設けられ内部に焼入れ冷却液を
有する冷却室と、前記加熱保持室と前記冷却室とを隔離し、前記金型のキ
ャビティ面が前記加熱保持室に露出し前記金型のキャビ
ティ面以外の部分が前記冷却室に曝されるように前記金
型を挿通させる開口部を有する断熱隔壁と、からなる金
型熱処理装置。