JPH11350034A - 金型の焼入れ方法 - Google Patents
金型の焼入れ方法Info
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- JPH11350034A JPH11350034A JP17810198A JP17810198A JPH11350034A JP H11350034 A JPH11350034 A JP H11350034A JP 17810198 A JP17810198 A JP 17810198A JP 17810198 A JP17810198 A JP 17810198A JP H11350034 A JPH11350034 A JP H11350034A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、靭性に影響を及ぼす炭化物の析出
を抑え、かつベイナイト組織の生成を抑えること、さら
に冷却割れを抑えることのできる焼入れ方法を提供す
る。 【解決手段】 ９５０℃から７００℃を、金型表面にお
いて３０℃／分〜６０℃／分で冷却する第一の冷却工程
と、４００℃から２５０℃を、金型表面において１０℃
／分〜２０℃／分で冷却する第二の冷却工程により、焼
入れを行う金型の焼入れ方法である。
を抑え、かつベイナイト組織の生成を抑えること、さら
に冷却割れを抑えることのできる焼入れ方法を提供す
る。 【解決手段】 ９５０℃から７００℃を、金型表面にお
いて３０℃／分〜６０℃／分で冷却する第一の冷却工程
と、４００℃から２５０℃を、金型表面において１０℃
／分〜２０℃／分で冷却する第二の冷却工程により、焼
入れを行う金型の焼入れ方法である。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は靭性に優れる金型の
焼入れ方法に関するものである。
焼入れ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ダイカスト金型や熱間鍛造金型などの製
造においては、焼入れ工程が必須である。焼入れに対し
ては、脆いベイナイト組織を生成しないようにできるだ
け急冷することが求められている。そのため、通常は油
冷による焼入れが行われている。しかし、大型の金型で
は急冷すると冷却時の応力による割れや、歪が発生する
場合があり、ベイナイトの生成をある程度容認した油冷
よりも冷却速度の遅い衝風冷却が採用される場合が多い
ものであった。
造においては、焼入れ工程が必須である。焼入れに対し
ては、脆いベイナイト組織を生成しないようにできるだ
け急冷することが求められている。そのため、通常は油
冷による焼入れが行われている。しかし、大型の金型で
は急冷すると冷却時の応力による割れや、歪が発生する
場合があり、ベイナイトの生成をある程度容認した油冷
よりも冷却速度の遅い衝風冷却が採用される場合が多い
ものであった。
【０００３】最近、特公平６−１０４８５１号におい
て、熱間ダイス鋼をオーステナイト化温度まで加熱する
工程と、前記加熱された熱間ダイス鋼をベイナイト領域
のノーズに向かう冷却速度で空冷ないし衝風冷却によっ
て複合冷却変更温度まで冷却する工程と、前記空冷ない
し衝風冷却された熱間ダイス鋼を前記ベイナイト領域の
ノーズを避ける冷却速度で油冷などによる急冷を行う工
程からなる熱間ダイス鋼の金型焼入れ方法が提案され
た。この金型冷却方法は、熱歪が問題となる高温域で
は、冷却速度が速くなり過ぎる油冷を行わず、ベイナイ
ト組織の生成が問題となる低温側で油冷を適用するもの
で、冷却時の応力による割れ等の問題を解決すると共に
靭性の高い金型が得られるので、金型の寿命向上も達成
できる優れた焼入れ方法である。
て、熱間ダイス鋼をオーステナイト化温度まで加熱する
工程と、前記加熱された熱間ダイス鋼をベイナイト領域
のノーズに向かう冷却速度で空冷ないし衝風冷却によっ
て複合冷却変更温度まで冷却する工程と、前記空冷ない
し衝風冷却された熱間ダイス鋼を前記ベイナイト領域の
ノーズを避ける冷却速度で油冷などによる急冷を行う工
程からなる熱間ダイス鋼の金型焼入れ方法が提案され
た。この金型冷却方法は、熱歪が問題となる高温域で
は、冷却速度が速くなり過ぎる油冷を行わず、ベイナイ
ト組織の生成が問題となる低温側で油冷を適用するもの
で、冷却時の応力による割れ等の問題を解決すると共に
靭性の高い金型が得られるので、金型の寿命向上も達成
できる優れた焼入れ方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、金型が更に大型
化・複雑形状化する傾向にあり、一部の金型では更なる
靭性の向上が必要となる場合が出てきた。本発明者の検
討によれば、上述の熱歪が問題となる高温域では、冷却
速度が速くなり過ぎる油冷を行わず、ベイナイト組織の
生成が問題となる低温側で油冷を適用する方法が靭性向
上に対して極めて有効であった。そして、さらに靭性向
上のための検討を進めた所、焼入れ時の高温域におい
て、炭化物析出が靭性の低下の原因の一つとなっている
ことを突き止めた。本発明の目的は、より靭性に優れる
金型の焼入れ方法を提供することである。
化・複雑形状化する傾向にあり、一部の金型では更なる
靭性の向上が必要となる場合が出てきた。本発明者の検
討によれば、上述の熱歪が問題となる高温域では、冷却
速度が速くなり過ぎる油冷を行わず、ベイナイト組織の
生成が問題となる低温側で油冷を適用する方法が靭性向
上に対して極めて有効であった。そして、さらに靭性向
上のための検討を進めた所、焼入れ時の高温域におい
て、炭化物析出が靭性の低下の原因の一つとなっている
ことを突き止めた。本発明の目的は、より靭性に優れる
金型の焼入れ方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、熱歪が問題と
なる高温域では、冷却速度が速くなり過ぎる油冷を行わ
ず、ベイナイト組織の生成が問題となる低温側で油冷を
適用する方法において、高温域の冷却条件を９５０℃か
ら７００℃を３０℃／分〜６０℃／分という特定の範囲
にすることにより、靭性に影響を及ぼす炭化物の析出を
抑え、かつベイナイト組織の生成を抑えること、さらに
焼割れを抑えることのできる焼入れ方法を検討し本発明
に到達した。すなわち、９５０℃から７００℃を、金型
表面において３０℃／分〜６０℃／分で冷却する第一の
冷却工程と、４００℃から２５０℃を、金型表面におい
て１０℃／分〜２０℃／分で冷却する第二の冷却工程に
より、焼入れを行う金型の焼入れ方法である。
なる高温域では、冷却速度が速くなり過ぎる油冷を行わ
ず、ベイナイト組織の生成が問題となる低温側で油冷を
適用する方法において、高温域の冷却条件を９５０℃か
ら７００℃を３０℃／分〜６０℃／分という特定の範囲
にすることにより、靭性に影響を及ぼす炭化物の析出を
抑え、かつベイナイト組織の生成を抑えること、さらに
焼割れを抑えることのできる焼入れ方法を検討し本発明
に到達した。すなわち、９５０℃から７００℃を、金型
表面において３０℃／分〜６０℃／分で冷却する第一の
冷却工程と、４００℃から２５０℃を、金型表面におい
て１０℃／分〜２０℃／分で冷却する第二の冷却工程に
より、焼入れを行う金型の焼入れ方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明者は、まず、靭性に及ぼす
金型材料の組織の影響について鋭意研究を行い、焼入れ
温度に加熱した際に得られたオーステナイト組織の結晶
粒界（以下旧オーステナイト結晶粒界と称する）への炭
化物の析出と、粗大化したベイナイト組織の影響が大き
いことを見出した。さらに、旧オーステナイト結晶粒界
への炭化物析出およびベイナイト組織の生成について研
究を行った結果、以下の結論を得た。旧オーステナイト
粒界への炭化物析出は９５０℃から７００℃の温度範囲
で起こるため、炭化物析出を抑制するためにはこの温度
域を通過する時間を短くし、さらに熱歪をできるだけ抑
えつつ、冷却を施す必要がある。本発明においては、そ
の条件として、冷却速度が３０℃／分〜６０℃／分と規
定するものである。
金型材料の組織の影響について鋭意研究を行い、焼入れ
温度に加熱した際に得られたオーステナイト組織の結晶
粒界（以下旧オーステナイト結晶粒界と称する）への炭
化物の析出と、粗大化したベイナイト組織の影響が大き
いことを見出した。さらに、旧オーステナイト結晶粒界
への炭化物析出およびベイナイト組織の生成について研
究を行った結果、以下の結論を得た。旧オーステナイト
粒界への炭化物析出は９５０℃から７００℃の温度範囲
で起こるため、炭化物析出を抑制するためにはこの温度
域を通過する時間を短くし、さらに熱歪をできるだけ抑
えつつ、冷却を施す必要がある。本発明においては、そ
の条件として、冷却速度が３０℃／分〜６０℃／分と規
定するものである。
【０００７】また、本発明の対象とする金型は、その形
状が一定ではなく、大きさ、形状などで冷却速度が大き
く変わり、特に金型のキャビティ面は、曲率半径の小さ
いコーナー部を有する複雑形状となり、金型の冷却速度
は特に形状に依存するため、その金型に最適な冷却能力
で冷却する必要があり、最大の留意点としては、曲率半
径の小さいコーナー部に応力の集中を避ける冷却方法を
選ぶことが重要である。
状が一定ではなく、大きさ、形状などで冷却速度が大き
く変わり、特に金型のキャビティ面は、曲率半径の小さ
いコーナー部を有する複雑形状となり、金型の冷却速度
は特に形状に依存するため、その金型に最適な冷却能力
で冷却する必要があり、最大の留意点としては、曲率半
径の小さいコーナー部に応力の集中を避ける冷却方法を
選ぶことが重要である。
【０００８】本発明の冷却速度を付与するには、従来行
われている空冷や気体のみを冷媒として用いる冷却など
では、特に大型の金型や、キャビティー部が複雑なもの
では、炭化物の析出を抑制するには冷却速度が遅い場合
があり、この炭化物析出により靭性が低下する場合があ
る。従って、好適な冷媒としては、液体と気体の混合冷
媒や、液体と固体の混合冷媒が挙げられ、特に液体と気
体の混合冷媒を用いることが望ましい。具体的には、た
とえば水と空気の組合せによる混合冷媒を用いれば、金
型の大きさや形状に合わせた冷媒の量のコントロール
が、容易になることから、最適な冷却能力を得ることが
できる。
われている空冷や気体のみを冷媒として用いる冷却など
では、特に大型の金型や、キャビティー部が複雑なもの
では、炭化物の析出を抑制するには冷却速度が遅い場合
があり、この炭化物析出により靭性が低下する場合があ
る。従って、好適な冷媒としては、液体と気体の混合冷
媒や、液体と固体の混合冷媒が挙げられ、特に液体と気
体の混合冷媒を用いることが望ましい。具体的には、た
とえば水と空気の組合せによる混合冷媒を用いれば、金
型の大きさや形状に合わせた冷媒の量のコントロール
が、容易になることから、最適な冷却能力を得ることが
できる。
【０００９】また本発明では、金型の表面の冷却速度の
コントロールを規定した。本発明の冷却工程で冷却速度
は、放射温度計または接触型（熱伝対）温度計で検温す
ることができる。金型の表面は複雑な形状であることが
多く、また肉厚の変動も大きい。このような金型を冷却
する場合、薄肉部の冷却は速く、厚肉部の冷却は遅くな
るため、金型全体としての冷却は温度的に大きな不均一
を生ずる場合が多く、不均一に冷却されることで、熱処
理組織を不均一にし、さらに歪をも発生させる。これら
の問題を抑制するには前記冷却速度の範囲内で、金型の
キャビティー面のうち、最も厚みの厚い箇所での冷却速
度をコントロールすることが特に望ましい。
コントロールを規定した。本発明の冷却工程で冷却速度
は、放射温度計または接触型（熱伝対）温度計で検温す
ることができる。金型の表面は複雑な形状であることが
多く、また肉厚の変動も大きい。このような金型を冷却
する場合、薄肉部の冷却は速く、厚肉部の冷却は遅くな
るため、金型全体としての冷却は温度的に大きな不均一
を生ずる場合が多く、不均一に冷却されることで、熱処
理組織を不均一にし、さらに歪をも発生させる。これら
の問題を抑制するには前記冷却速度の範囲内で、金型の
キャビティー面のうち、最も厚みの厚い箇所での冷却速
度をコントロールすることが特に望ましい。
【００１０】また、ベイナイト組織については、焼入れ
冷却過程の４００℃から２５０℃の温度域を急冷して、
ベイナイトノーズを避けることが特に重要であるが、空
冷では冷却速度が不十分で、大きな靭性低下をもたらし
ていることがわかった。そして、この４００℃から２５
０℃という特定の温度域を急冷することにより、ベイナ
イト組織の生成と粗大化を抑制できることを見出した。
つまり、靭性の向上のためには、焼入れ冷却過程におい
て上述の特定温度域を、金型表面における冷却速度にお
いて、１０℃／分〜２０℃／分の速度で急冷することが
効果があるという知見を得た。
冷却過程の４００℃から２５０℃の温度域を急冷して、
ベイナイトノーズを避けることが特に重要であるが、空
冷では冷却速度が不十分で、大きな靭性低下をもたらし
ていることがわかった。そして、この４００℃から２５
０℃という特定の温度域を急冷することにより、ベイナ
イト組織の生成と粗大化を抑制できることを見出した。
つまり、靭性の向上のためには、焼入れ冷却過程におい
て上述の特定温度域を、金型表面における冷却速度にお
いて、１０℃／分〜２０℃／分の速度で急冷することが
効果があるという知見を得た。
【００１１】そのため、本発明の第二の冷却工程の冷却
速度としては、１０℃／分未満の冷却ではベイナイト生
成を避けられず、また２０℃／分を超える冷却速度では
焼入れ冷却時に割れを引き起こすことが多いからであ
る。これらの冷却方法を用いることで、金型を均一に冷
却でき、さらに優れた靭性を付与することができる。
速度としては、１０℃／分未満の冷却ではベイナイト生
成を避けられず、また２０℃／分を超える冷却速度では
焼入れ冷却時に割れを引き起こすことが多いからであ
る。これらの冷却方法を用いることで、金型を均一に冷
却でき、さらに優れた靭性を付与することができる。
【００１２】また、本発明の第二の冷却工程で用いられ
る冷媒としては、液体の冷媒を用いることが望ましく、
具体的にはたとえば油を用いて油冷を施す。これは、均
一冷却が達成され易いことや、油の種類を選択すること
で、使用温度が４０℃〜２００℃位まで可変であるた
め、金型の大きさ、形状にあわせて、油の温度を調整す
ることで、本発明の冷却速度を付与することができる。
る冷媒としては、液体の冷媒を用いることが望ましく、
具体的にはたとえば油を用いて油冷を施す。これは、均
一冷却が達成され易いことや、油の種類を選択すること
で、使用温度が４０℃〜２００℃位まで可変であるた
め、金型の大きさ、形状にあわせて、油の温度を調整す
ることで、本発明の冷却速度を付与することができる。
【００１３】
【実施例】本実施例では、本発明の効果を説明すべく、
本発明ダイカスト金型および比較ダイカスト金型を製作
し、その特性を比較した。これらの本発明金型および比
較金型は、その素材として何れもＳＫＤ６１を使用した
もので、概略寸法は３５０ｍｍ×３１０ｍｍ×１７０ｍ
ｍである。本発明金型の焼入れ冷却は、焼入れ温度１０
３０℃から５００℃までを水と空気を吹き付けて冷却を
行った後、５００℃以下は油冷を行い、１５０℃で空冷
とし、冷却速度のコントロールを施した。また、第一の
冷却工程の検温は、放射温度計で、第二の冷却工程の検
温は、接触型（熱電対）温度計にて測定した。また、比
較金型の焼入れ冷却は油冷のみで行ったもの、および空
冷を行ったものを用いた。それぞれの冷却速度を表１に
示す。
本発明ダイカスト金型および比較ダイカスト金型を製作
し、その特性を比較した。これらの本発明金型および比
較金型は、その素材として何れもＳＫＤ６１を使用した
もので、概略寸法は３５０ｍｍ×３１０ｍｍ×１７０ｍ
ｍである。本発明金型の焼入れ冷却は、焼入れ温度１０
３０℃から５００℃までを水と空気を吹き付けて冷却を
行った後、５００℃以下は油冷を行い、１５０℃で空冷
とし、冷却速度のコントロールを施した。また、第一の
冷却工程の検温は、放射温度計で、第二の冷却工程の検
温は、接触型（熱電対）温度計にて測定した。また、比
較金型の焼入れ冷却は油冷のみで行ったもの、および空
冷を行ったものを用いた。それぞれの冷却速度を表１に
示す。
【００１４】油冷にて冷却した金型である比較金型Ｎ
ｏ．２は、焼入れ冷却時に曲率半径の小さいコーナー部
から割れが発生し、使用できなくなったのに対し、本発
明金型Ｎｏ．１は焼入れ冷却時の割れは発生しなかっ
た。本発明金型は上述の焼入れ処理後、焼戻し処理によ
り４５ＨＲＣに調質した。また、比較金型も特性比較の
ため、同様の焼戻し処理により、４５ＨＲＣに調質し
た。そして、本発明金型および比較金型より試験片を採
取し、２mmＵシャルピー衝撃試験を行った結果を表１に
示す。
ｏ．２は、焼入れ冷却時に曲率半径の小さいコーナー部
から割れが発生し、使用できなくなったのに対し、本発
明金型Ｎｏ．１は焼入れ冷却時の割れは発生しなかっ
た。本発明金型は上述の焼入れ処理後、焼戻し処理によ
り４５ＨＲＣに調質した。また、比較金型も特性比較の
ため、同様の焼戻し処理により、４５ＨＲＣに調質し
た。そして、本発明金型および比較金型より試験片を採
取し、２mmＵシャルピー衝撃試験を行った結果を表１に
示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】この結果より、空冷を施した比較金型Ｎ
ｏ．３の靭性に劣り、一方、本発明金型は油冷された金
型と同等の靭性を有していることがわかる。また、試験
片のミクロ組織を観察し、図１に本発明の冷却方法を用
いたＮｏ．１を、図２に油冷を施した比較金型Ｎｏ．２
を、図３に空冷を施した比較金型Ｎｏ．３の顕微鏡写真
を示す。空冷を施した比較金型Ｎｏ．３は、旧オーステ
ナイト粒界への炭化物の析出が観られたが、本発明金型
および油冷を施した比較金型Ｎｏ．２は旧オーステナイ
ト粒界への炭化物の析出は見られなかった。以上の結果
より、本発明の焼入れ冷却方法によれば、焼入れ冷却時
の割れを防止しながら、炭化物の粒界析出を抑えること
ができ、靭性に優れる金型を得ることができることがわ
かる。
ｏ．３の靭性に劣り、一方、本発明金型は油冷された金
型と同等の靭性を有していることがわかる。また、試験
片のミクロ組織を観察し、図１に本発明の冷却方法を用
いたＮｏ．１を、図２に油冷を施した比較金型Ｎｏ．２
を、図３に空冷を施した比較金型Ｎｏ．３の顕微鏡写真
を示す。空冷を施した比較金型Ｎｏ．３は、旧オーステ
ナイト粒界への炭化物の析出が観られたが、本発明金型
および油冷を施した比較金型Ｎｏ．２は旧オーステナイ
ト粒界への炭化物の析出は見られなかった。以上の結果
より、本発明の焼入れ冷却方法によれば、焼入れ冷却時
の割れを防止しながら、炭化物の粒界析出を抑えること
ができ、靭性に優れる金型を得ることができることがわ
かる。
【００１７】
【発明の効果】本発明の金型およびその焼入れ冷却方法
によれば、靭性を大きく改善することができ、金型の硬
さ設定を従来より高く設定することができるので、耐ヒ
ートクラック性も優れ、金型の寿命を向上させることが
できる。
によれば、靭性を大きく改善することができ、金型の硬
さ設定を従来より高く設定することができるので、耐ヒ
ートクラック性も優れ、金型の寿命を向上させることが
できる。
【図１】本発明の冷却方法によって得られた顕微鏡写真
である。
である。
【図２】比較例として、油冷を施して得られた顕微鏡写
真である。
真である。
【図３】比較例として、空冷を施して得られた顕微鏡写
真である。
真である。
Claims (1)
- 【請求項１】 ９５０℃から７００℃を、金型表面にお
いて３０℃／分〜６０℃／分で冷却する第一の冷却工程
と、４００℃から２５０℃を、金型表面において１０℃
／分〜２０℃／分で冷却する第二の冷却工程により、焼
入れを行うことを特徴とする金型の焼入れ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17810198A JPH11350034A (ja) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | 金型の焼入れ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17810198A JPH11350034A (ja) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | 金型の焼入れ方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11350034A true JPH11350034A (ja) | 1999-12-21 |
Family
ID=16042673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17810198A Pending JPH11350034A (ja) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | 金型の焼入れ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11350034A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006342368A (ja) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Daido Steel Co Ltd | 鋼部材の熱処理方法 |
| WO2012091069A1 (ja) * | 2010-12-29 | 2012-07-05 | 日立金属株式会社 | 金型の焼入れ方法 |
-
1998
- 1998-06-10 JP JP17810198A patent/JPH11350034A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006342368A (ja) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Daido Steel Co Ltd | 鋼部材の熱処理方法 |
| WO2012091069A1 (ja) * | 2010-12-29 | 2012-07-05 | 日立金属株式会社 | 金型の焼入れ方法 |
| JP5075293B2 (ja) * | 2010-12-29 | 2012-11-21 | 日立金属株式会社 | 金型の焼入れ方法 |
| TWI427152B (zh) * | 2010-12-29 | 2014-02-21 | Hitachi Metals Ltd | 模具的淬火方法 |
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