JPS63203221A - 金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐食性、耐摩耗性、耐熱性に優れた金型に関
するものである。

〔従来の技術〕

近年、技術の高度化に伴って、金型による型加工品は寸
法管理が益々厳しくなってきた。

これに伴って、型材料としても耐摩耗性、耐食性に優れ
た高級材料が志向される様になった。

従来、型材料としては、工具鋼とりわけ５ＫＤ−１１，
５ＫＤ−６１等の材質が一般的に用いられているが、こ
の材料では上記要求に対応できなくなっているのが現状
である。

この結果、一部の分野では、ＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金も
使用される様になったが、この合金は耐食性に問題があ
る上に、値段も極端に高く、使用分野が制限される。こ
のため、耐食性、耐摩耗性に優れ、値段も安く、汎用性
のある型材が望まれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、かかる経緯に鑑みてなされたもので、その目
的とする所は安価で、汎用性があって、耐食、耐摩、耐
熱性に優れた新しい構造の金型を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、上記問題に関して鋭意研究を行った結果次
の知見を得た。本発明は、この知見をもとになされたも
のである。

（１）　　基材として金属材料、特に鉄鋼材料を用いた
金型の材料加工面に、炭化物の分散した耐食、耐摩耗、
耐熱合金の層を一体的に被覆した構造の、いわゆる複合
構造の金型にすると、上記問題点が解決できること。

（２）炭化物の分散した耐食、耐摩耗、耐熱合金として
は、Ｎｉ基あるいはＧｏ基合金の素地に、周期律表の第
ｒＶＡ、ＶＡ、ＶＩＡ族の元素の炭化物あるいはこれら
の炭化物を基本成分とする複合炭化物・め中から選ばれ
た１種あるいは２種以上の炭化物が分散した合金が好ま
しいこと。

（３）上記被覆層の形成には、Ｎｉ基あるいはＣｏ基の
合金粉末と、周期律表の第ＩＶＡ、ＶＡ、ＶＩＡ族元素
の炭化物あるいは、これらの炭化物を基本成分とする複
合炭化物の１種あるいは２種以上の粉末の混合物を粉体
肉盛によって肉盛溶接する方法あるいはＨＩＰ焼結によ
って一体的に焼結させる方法が有効であること。

（４）上記炭化物の粒径は５〜３００μｍの範囲のもの
が好ましいこと。

（５）上記炭化物の混合量は、体積比で１０〜８０％の
範囲が好ましいこと。

〔作　用〕

金型材料の加工面は極めて複雑な曲面を呈することもあ
り、このような加工面に薄くて均一な厚みの合金層を形
成するには、肉盛溶接法あるいはＨＩＰ焼結法が最も好
ましい方法である。

肉盛溶接あるいはＨＩＰ焼結するためには、素地を形成
する合金は耐食、耐摩、耐熱性の外に、金型基材の融点
以下の温度で基材に融着あるいは焼結でき、しかも炭化
物となじみの良いことが必要になる。

本発明の素地成分にＮｉｉ、　ＣｏｊＪ合金が選んだの
は、このことを考慮したからである。

旧、　Ｃｏ以外の成分としては色々な組合せがあるが、
例えば次の組合せのものが有効である。

Ｃｒ：　５．０〜２０．Ｏｗｔ、％ 基地中に固溶して基地の硬さの向上に有効であり、また
Ｃと結合して炭化物を形成して耐摩耗性を高める。しか
し５．０％未満では耐摩耗性、耐食性が不十分であり、
２０．０％を越えると脆くなるので好ましくない。

最も好ましい範囲は１０．０〜１８．０％である。

Ｂ：１．Ｑ〜５．０　匈ｔ０％ 組成中に高硬度の硼化物を析出させるので合金の硬さを
高め、また耐摩耗性を向上させるのに効果があり、更に
溶融点を下げる効果がある。

しかし、１％未満では十分な硬さかえられず、溶融点も
高くなり、肉盛後、あるいは焼結後冷却する際に割れや
すくなる。また、５．０％を越えると合金が脆くなり割
れやすくなるので好ましくない。

最も好ましい範囲は２．４〜４．０％である。

Ｆｅ：１０％以下 基地の靭性向上に有効であるが、１０．０％を越えると
、基地の硬さを低下させ、また耐食性も低下させるので
好ましくない。

最も好ましい範囲は３〜６％である。

Ｓｉ：０．５〜５．０％ 基地の高硬度化に有効で、また脱酸元素としても必要で
ある。しかし、０．５％未満では必要な硬さが得られず
、また５、　０％を越えると靭性を悪化させるので好ま
しくない。

最も好ましい範囲は、２．０〜４．０％である。

Ｃ：２．０％以下 ＮｉあるいはＣｏに固溶して強度を高めると共に、合金
元素と結合して炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる
。しかし、２．０％を越えると靭性を低下させるので好
ましくない。

最も好ましい範囲は、０．４〜１．０％である。

本発明では上記Ｎｉ基、Ｃｏ基の合金素地の中に周期律
表の第ＩＶＡ、ＶＡ、ＶＩＡ族元素の炭化物あるいは、
これらを基本成分とする複合炭化物の中から選ばれた１
種又は２種以上の炭化物が分散されている。

これらの炭化物は高硬度の炭化物であり、肉盛後あるい
は焼結後の合金に十分な耐摩耗性を与えるが、なかでも
比重６．５〜８．５の炭化物が最も好ましい。

比重がこの範囲のものであると、炭化物はＮｉ基、Ｃｏ
基の合金素地（比重約７．５）の中に均等に分散するこ
とができる。

また、炭化物の全量の３０体積以上をこの炭化物にする
と、残りの炭化物は上記比重範囲を逸脱するものでも炭
化物全体の分散性はほとんど阻害されることはない。

使用する炭化物の粒径は、５〜３００μ翔の範囲が好ま
しい範囲である。５μｍ未満では肉盛中あるいは焼結中
に、素地に過度に固溶することがある。また、３００μ
ｍを越えると、肉盛層あるいは焼結層に割れが生じやす
くなり好ましくない。

炭化物の混合量は、体積比で１０〜８０％の範囲が好ま
しいが、肉盛溶接によって合金層を形成する場合は、上
限を５０％に抑えるのが好ましい。

肉盛溶接では、５０％を越えると割れに対して過度に敏
感になるためである。

ＨＩＰ焼結による場合は、８０％まで添加しても割れに
対しては比較的安全である。

以上のようにして得られる耐食、耐摩耗性合金の層は、
肉盛溶接あるいはＨＩＰ焼結によって形成されるので、
拡散層を介して金型母材に強固に結合し、耐剥離性が大
きい。

次に、本発明金型の母材について述べる。

本発明の肉盛層あるいは焼結層は、素地を構成する合金
そのものが脆くて割れやすい材質であるうえに、更に炭
化物粒子が分散しているので、冷却時の引張応力によっ
て割れが発生しゃすい。

一方、金型母材としては機械構造用炭素鋼、合金鋼、そ
の他用途に応じて各種材質の鋼材を適用できるが、その
中でオーステナイト系ステンレス鋼を使用するのが、ク
ラック防止の観点からは有利である。すなわち、母材は
熱膨張（収縮）係数が大きいため、肉盛層あるいは焼結
層の収縮に十分に追従することができる。また、冷却時
に変態が起らず、オーステナイト状態のままであるので
、塑性変形能が大きく、割れ防止に有利である。

本発明の合金層を形成する方法としては、前記したよう
に肉盛溶接法およびＨＩ　Ｐ焼結法が好ましい方法であ
るが、次に、これらの方法につい′て述べる。

（１）　　肉盛溶接法 熱源としてガスあるいはプラズマを用い、前記した粉体
材料を溶接部に吹きつけ、同じ熱源あるいは別の熱源を
使って基地金属（Ｎｉ基、Ｃ。

基合金）を溶融して、母材および炭化物となじませて一
体化させる方法である。

（２）ＨＩＰ焼結法 金型母材の加工面に鉄板で作ったキャニング材を当接さ
せることなく離隔して配置し、底面および側面の一端を
封止材で封止した後、他端の側面より前記した原料粉末
の混合物を充てんし、脱気した後他端の側面も封止する
。

次に、これを熱間静水圧焼結（ＨＩＰ焼結）に付し、キ
ャニング材に作用する加圧力で上記原料粉末を金型母材
に押し当て、焼結させる。

焼結後、キャニング材を除去して所定寸法に仕上げるこ
とにより、金型が完成する。

〔実施例〕

本発明の構造を実施例図面に゛よって説明する。

第１図（ａ）、　（ｂ）は本発明実施例金型の構造を説
明する図である。

１は金型母材、２は母材１の上に被覆された耐食、耐摩
耗、耐熱性合金の層である。

合金層２は、Ｎｉ基、Ｃｏ基合金の基地の中に周期律表
第１’／Ａ、ＶＡ、ＶＩＡ族元素の炭化物あるいはこれ
らの炭化物を基本成分とする複合炭化物が分散した合金
から成り、母材１に冶金的に接合されている。

金型母材１に合金層２を被覆するにあたっては、母材１
をあらかじめ金型曲面に荒加工して、この面に合せて合
金層を被覆する場合と、母材は未加工（平面）のまま、
この上に合金層を必要な厚さ被覆して、この被覆層に金
型の曲面を後加工する場合、及びこの両方を折衷する場
合がある。第１図（ａ）は母材をあらかじめ加工した場
合のもので、金型曲面の起伏が激しいものに有効である
。第１図（ｂｌは母材は未加工のまま被覆して後で加工
する場合のもので、金型曲面が比較的平坦なものに有利
である。

次に、第１図（ａ）の構造の金型をＨＩＰ焼結及び肉盛
法で製造する場合の具体的な実施例について述べる。

実施例１：ＨＩＰ焼結を利用する場合 ＨＩＰ焼結を利用して本発明を実施する場合の具体的な
要領を第２図により説明する。

１は金型母材、２はキャニング材、３はキャニング材と
母材の側面の隙間を封止する側面封止材、４はキャニン
グ材と母材の隙間に充てんされた焼結原料粉末である。

く金型母材〉 金型母材は１１００Ｘ１００Ｘ５０の材質が３０Ｍ４４
０ブロツクを用いて、第２図の１にて示すような断面形
状（最大溝深さ１０ｍｍ）にあらかじめ荒加工したもの
を使用した。

〈キャニング材〉 キャニング材２には、厚さ２龍の軟鋼板を第２図に示す
ような断面形状にあらかじめ金型の曲面形状に沿って成
形加工したものを用いた。

〈焼結合金〉 焼結合金の原料粉末の組成を第１表に示す。

〈原料粉末の充てん〉 第２図に示すような配置で、金型母材１とキャニング材
２を１５ｍの隙間を置いて配置し、同図の左側面の隙間
を残して、他の側面の隙間は側面封止材３で封止し、残
った左側隙間より原料粉末４を充てんし、充てん後脱気
し、残りの隙間を封止した。これを前記第１表の隘１〜
６の組成の各々について行った。

＜ＨＩＰ焼結〉 圧力１１００　ｋｇ／ｃｏ？、温度９８０℃でＨＩＰ焼
結した。

焼結後、各々のキャニング材を機械的に除去し、所定の
寸法に仕上げて金型を完成した。１１ｋＬ１〜６の各々
の金型について、焼結合金と金型母材の接合の状態およ
び炭化物の分散の状態について調べた。

接合の状態は各金型とも完全に一体焼結されていた。

炭化物の分散性は各金型とも概ね良好で、特にＮｃＬ３
、魚５．１１ｋ１６が優れていた。

また、いずれの焼結層にも割れは認められなかった。

実施例２；肉盛溶接を利用する場合 く金型母材〉 型材として１００Ｘ１００Ｘ５０鶴の５ＵＳ３０４オー
ステナイト系ステンレス鋼のブロックを用い、これを第
３図の１にて示す断面形状（最大溝深さ１０ｍ）にあら
かじめ荒加工したものを母材とした。

く肉盛合金〉 肉盛合金の原料粉末の組成を第２表に示す。

く肉盛溶接〉 患１〜６の各々の組成についてプラズマ溶接によって厚
みがｌＱｍｍの肉盛を行い所定寸法に仕上げ、第３図に
示す様な構造の金型を作製した。同図の７は金型母材、
２は肉盛層である。

肉盛後、ｌ１ｋＬ１〜６の各々について、肉盛境界部の
融着状況及び炭化物の分散状況について調べた。

境界部には拡散層が形成され、肉盛合金は母材に完全に
融着していた。

炭化物の分散性は、いずれの合金も概ね良好で特に、Ｎ
１３、磁５、階６が優れていた。

また、いずれの肉盛層にも割れは認められなかった。

〔発明の効果〕 本発明は、以上詳記したように、金型母材の加工面に耐
食、耐摩耗、耐熱性に優れた合金層を薄く、かつ均一な
厚さで被覆一体化させることが可能であり、金型の耐久
性と経済性の向上に大いに貢献できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する図である。 第２図は、ＨＩＰ焼結を用いて本発明を実施した場合の
具体的な要領を説明する図である。 第３図は肉盛溶接を用いて本発明を実施した場合の金型
の構造を説明する図である。 第１図で、１・・・金型母材、２・・・合金層第２図で
、ｌ・・・金型母材、２・・・キャニング材、３・・・
側面封止材、４・・・原料粉末第３図で、１・・・金型
母材、２・・・肉盛層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）型材料として金属材料を用いた金型の材料加工面
   に、耐食、耐摩、耐熱性の合金の層が一体的に被覆され
   た構造の金型であって、該合金の層が、Ｎｉ基あるいは
   Ｃｏ基合金の素地に周期律表の第IVＡ、ＶＡ、VIＡ族元
   素の炭化物あるいはこれらの炭化物を基本成分とする複
   合炭化物の中から選ばれた１種又は２種以上の炭化物が
   分散した合金で構成されてなることを特徴とする金型。
2. （２）上記合金層が、Ｎｉ基あるいはＣｏ基合金の粉末
   と、周期律表の第IVＡ、ＶＡ、VIＡ族元素の炭化物ある
   いはこれらを基本成分とする複合炭化物の１種又は２種
   以上の粉末を肉盛溶接あるいはＨＩＰ焼結することによ
   って形成されたものである特許請求の範囲第１項に記載
   の金型。
3. （３）上記炭化物の粒径が５〜３００μｍである特許請
   求の範囲第１項又は第２項に記載の金型。
4. （４）上記炭化物の混合量が、体積比で１０〜８０％で
   ある特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載の
   金型。