(57)【要約】  金型を加熱してＡ３変態点以上から１１５０℃未満の温度範囲に保持する加熱・保持工程と、前記加熱・保持工程の後、前記金型を油槽に浸漬し、油冷により金型の表面温度が７００℃以下であってＭｓ点は超えている温度まで冷却する第一の冷却工程と、前記第一の冷却工程の後、前記金型を油槽から引き上げて油冷を中断し、前記金型の表面温度がＭｓ点を超える温度域であって前記金型の表面と内部との温度差が２００℃以内となるまで保持する改良保持工程と、前記改良保持工程の後、前記金型の表面温度が２００℃となるまで１℃／分〜５０℃／分の速度で冷却する第二の冷却工程と、を具備した金型の焼入れ方法。
2012091069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型を加熱してＡ３変態点以上から１１５０℃未満の温度範囲に保持する加熱・保持工程と、
前記加熱・保持工程の後、前記金型を油槽に浸漬し、油冷により金型の表面温度が７００℃以下であってＭｓ点は超えている温度まで冷却する第一の冷却工程と、
前記第一の冷却工程の後、前記金型を油槽から引き上げて油冷を中断し、前記金型の表面温度がＭｓ点を超える温度域であって前記金型の表面と内部との温度差が２００℃以内となるまで保持する改良保持工程と、
前記改良保持工程の後、前記金型の表面温度が２００℃となるまで１℃／分〜５０℃／分の速度で冷却する第二の冷却工程と、
を具備したことを特徴とする金型の焼入れ方法。
【請求項２】
前記改良保持工程を、前記金型を油槽から引き上げて油冷を中断し、再度の浸漬および引き上げを、前記金型の表面温度がＭｓ点を超える温度域であって前記金型の表面と内部との温度差が２００℃以内となるまで繰り返す工程としたことを特徴とする請求項１に記載の金型の焼入れ方法。
【請求項３】
前記改良保持工程における引き上げ回数が３回以上であることを特徴とする請求項２に記載の金型の焼入れ方法。
【請求項４】
前記第二の冷却工程では、金型内部の温度が４００℃から２５０℃に下がるまで１℃／分〜１５℃／分の速度で冷却することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の金型の焼入れ方法。
【請求項５】
前記第二の冷却工程は、油冷であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の金型の焼入れ方法。
【請求項６】
前記第一の冷却工程、改良保持工程、および、第二の冷却工程における環境は、非酸化性雰囲気とすることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の金型の焼入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型の焼入れ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型には高硬度、高靭性が要求され、その特性は焼入れ方法により大きく影響される。
昇温の際には、合金元素を最大限固溶させるため、結晶粒が粗大化しない範囲で高めの焼入れ温度が選定される。また、焼入れの際には、高靭性を得るために、結晶粒を微細化するのと同時に、結晶粒界への炭化物析出を抑え、ベイナイト変態も防止する必要がある。このとき、急冷が求められるが、一方、急冷すると金型の歪み、変形が大きくなるため、冷却速度を適切にコントロールする必要がある。このため、従来から種々の提案がなされており、主として、焼入れ温度からの冷却条件を調整して、低歪みと高靭性の両立を達成するといった方法が採用されている。【０００３】
例えば、特開２００６−３４２３７７号公報（特許文献１）には、焼入れ温度への加熱に続く冷却を、焼入れ温度から６００℃までの高温領域は２０℃／分〜５℃／分とし、次いで恒温保持してから、４００℃から２００℃までの低温領域は１℃／分〜１５℃／分となるように実施するマルクエンチ法が提案されている。これにより、焼割れを避けて、低歪みかつ高靱性の金型を得ることができるとされている。マルクエンチ法は、急冷による焼割れを防止するために、焼入れ時の冷却を、マルテンサイト変態の上部、またはそれよりやや高い温度で恒温保持して、各部の温度が均一化した後に冷却する処理である。【０００４】
また、本出願人は特開２００９−０７４１５５号公報（特許文献２）において、焼入れ温度の昇温側条件と、冷却側条件との両方に着目した金型の焼入れ方法を提案した。すなわち、Ａ１変態点からＡ３変態点の温度域を１００℃／ｈ以上の速度で加熱する焼入れ昇温工程の後、Ａ３変態点以上で１１５０℃を超えない温度域を保持する保持工程を行い、次いでＡ３変態点から６００℃までの温度域を５℃／分〜２０℃／分の速度で冷却する高温側焼入冷却工程を行い、５００℃〜４００℃までの温度域にて０．５時間〜５時間保持する中断保持工程を経た後、４００℃〜２００℃の温度域を１℃／分〜１５℃／分の速度で冷却する低温側焼入冷却工程を経る方法である。【０００５】
また、特開２００１−１５２２４３号公報（特許文献３）、特開２００２−３０９３１４号公報（特許文献４）は、同一出願人による焼入れ方法に関する技術が開示されている。具体的には、鋼材部品を、マルテンサイト変態開始点（Ｍｓ点）の直上温度まで急冷し、焼入れ油の中から取り出し、当該鋼材部品の保有熱によりマルテンサイト変態開始点（Ｍｓ点）の直上近傍の温度になるまで恒温保持する技術である。これにより、引用文献３の０００２段落に例示される歯車等の部品や、引用文献４の０００９段落に例示される角柱部材のコーナー部などの先鋭部、といった内部体積の小さなものを好適に焼入れ処理できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４２３７７号公報
【特許文献２】特開２００９−０７４１５５号公報
【特許文献３】特開２００１−１５２２４３号公報
【特許文献４】特開２００２−３０９３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らも、マルクエンチ法を検討してきたが、上述した特許文献１および特許文献２に開示される条件では、金型の表面の靭性が不足し、更に改善の余地があることを認識した。【０００８】
また、特許文献３および特許文献４に開示される技術を、歯車等より一般的に体積が大である金型に適用すると、冷却速度のコントロールが難しく、急冷の際、金型の表面がＭｓ点以下の温度に低下してしまう。このとき、金型内部は殆ど温度低下が見られず、焼入れ油から取り出すと、金型内部の保有熱により再び表面の温度がＭｓ点以上となり、金属組織が不安定となって、金型に硬さのばらつきが生じてしまう。また、重量の大きな金型の場合では、Ｍｓ点直上近傍の温度になるまで恒温保持しようとすると、それに必要な時間が長くなり過ぎ、生産性も著しく悪くなってしまう。【０００９】
本発明の目的は、特に金型表面の靭性を合理的に改善できる焼入れ方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、熱間金型の表面の靭性を改善するためには、
１）結晶粒界への炭化物析出を確実に避けるため、ベイナイトの変態領域（ベイナイトノーズ）を考慮した冷却速度よりも遥かに早い冷却速度を適用する必要があること、
および、
２）この早い冷却速度の適用による表面と内部の温度差による弊害は、冷却中断状態を適正に管理することにより合理的に解消できること、
を見出し本発明に到達した。【００１１】
すなわち本発明は、
金型を加熱してＡ３変態点以上から１１５０℃未満の温度範囲に保持する加熱・保持工程と、
前記加熱・保持工程の後、前記金型を油槽に浸漬し、油冷により金型の表面温度が７００℃以下であってＭｓ点は超えている温度まで冷却する第一の冷却工程と、
前記第一の冷却工程の後、前記金型を油槽から引き上げて油冷を中断し、前記金型の表面温度がＭｓ点を超える温度域であって前記金型の表面と内部との温度差が２００℃以内となるまで保持する改良保持工程と、
前記改良保持工程の後、前記金型の表面温度が２００℃となるまで１℃／分〜５０℃／分の速度で冷却する第二の冷却工程と、
を具備したことを特徴とする金型の焼入れ方法である。【００１２】
また本発明は、前記改良保持工程を、前記金型を油槽から引き上げて油冷を中断し、再度の浸漬および引き上げを、前記金型の表面温度がＭｓ点を超える温度域であって前記金型の表面と内部との温度差が２００℃以内となるまで繰り返す工程に変更しても良い。このとき、引き上げ回数が３回以上であることが好ましい。
好ましくは、前記第二の冷却工程では、金型内部の温度が４００℃から２５０℃に下がるまで１℃／分〜１５℃／分の速度で冷却する金型の焼入れ方法である。
更に好ましくは、前記第二の冷却工程は、油冷とする。
更に好ましくは、前記第一の冷却工程、改良保持工程、および、第二の冷却工程における環境は、非酸化性雰囲気とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の金型の焼入れ方法により、特に金型の表面靭性を改善することができるため、金型の寿命を向上させることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の焼入れ条件の一例を示したヒートパターンの概要図である。なお、改良保持工程は、本図では便宜上直線として表示している。
【図２】本発明の第一の冷却工程以降の金型冷却時の温度実測値と、シミュレーション結果とを示した図である。
【図３】本発明の金型の焼入れ方法を適用し、焼戻しを行った後の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上述したように、本発明の重要な特徴は、金型の焼入れ方法において、焼入れ時の冷却条件を最適化したことにある。以下に本発明を説明する。
先ず、加熱・保持工程について説明する（図１（４））。
本発明の加熱・保持工程の温度は、Ａ３変態点以上で１１５０℃を超えない温度域に設定する。これは、この温度がＡ３変態点未満であると、炭化物や合金元素の固溶が不十分で、硬さが低く、また高温強度も低いためヒートクラックが発生しやすくなるからである。また、温度が１１５０℃を超えると、結晶粒をピンニングしている炭化物も固溶し、結晶粒が異常成長するからである。
これらの問題の発生を抑制し、結晶粒の微細化を達成するには、Ａ３変態点以上で１１５０℃未満の温度範囲が必要となる。好ましくは１０１０℃以上１１５０℃未満の温度範囲である。
【００１６】
次に、本発明の冷却工程について説明する。
本発明では、加熱・保持工程の後、金型を油槽に浸漬し油冷により金型の表面温度が７００℃以下の温度（但し、Ｍｓ点を超える温度）となるまで冷却する第一の冷却工程を行う（図１（５））。
本発明で第一の冷却工程を油冷とするのは、結晶粒界に炭化物が析出する領域を確実に避けることができるためである。この油冷により、金型表面の靭性が確実に高まる。
本発明で油冷を選択したのは、油冷であると焼入れ油の温度の調節により、冷却能を好適に調節することも可能であるためである。例えば、冷却能の高い水冷とすると冷却速度が速すぎて、第一の冷却工程で金型表面がマルテンサイト変態する危険性が高く、また、冷却能の低い衝風冷却や液体噴霧では、金型表面の冷却が遅くなって炭化物析出領域を経る可能性があるためである。
なお、油冷による第一の冷却工程の金型表面の冷却速度は金型の大きさにもよるが、おおよそ８０℃／分〜２５０℃／分程度であり、従来の衝風冷却や液体噴霧による金型の焼入れ方法と比較して遥かに速い冷却速度である。
また、第一の冷却工程において、金型の表面温度が７００℃以下となるまで冷却するのは、７００℃を超える温度領域で油冷を中断すると、結晶粒界に炭化物が析出する可能性があるためである。析出の可能性をなくすためには、金型の表面温度がＭｓ点を超えてＭｓ点＋２００℃の温度範囲に至るまで油冷を行う。なお、表面温度をＭｓ点以下まで冷却すると、金型の表面近傍の金属組織がマルテンサイト変態して、次の改良保持工程時で金属組織が不均一となる。そのため、本発明では表面温度の管理が重要となる。
本発明では上述した油冷による第一の冷却工程により、特に金型表面とその近傍領域の靭性を向上させることができる。
【００１７】
続いて本発明では、改良保持工程を行う。（図１（６）および図２）
第一の冷却工程では著しく早い冷却速度を適用するため、金型の表面と内部の温度差が大きくなる。改良保持工程ではこれを速やかに少なくして熱応力を緩和する。
この改良保持工程には二つの方法がある。
【００１８】
第一の改良保持工程は、金型を油槽から引き上げ、油却を中断して放冷したままにする方法である。この方法では、金型内部の熱が金型表面に多量に伝達され表面温度が上昇してくる。これにより金型表面と内部の温度差が速やかに緩和されていく。
【００１９】
第二の改良保持工程は、金型の油槽への浸漬と油槽からの引き上げを繰り返す方法である。この第二の改良保持工程では、第一改良保持工程と同様に金型表面と内部の温度差が速やかに緩和されていく他、以下の効果も得ることができる。
（１）金型の抜熱量を大きくすることができ、金型内部の冷却速度を速めることができる。その結果、金型内部のパーライトの生成をより確実に防止することが可能となる。
（２）金型表面および金型内部の冷却速度が速くなり、金型内部まで炭化物析出領域を避けて冷却することが可能となる。
（３）金型全体の冷却速度が速いことから、特に２００ｋｇ以上の大型の金型の焼入れに好適である。
（４）焼入れに要する時間を短縮でき生産性を向上することができる。
このうち、特に（１）、（２）及び（４）の効果をより確実に得るには、Ｍｓ点＋２５℃以上の温度範囲で第二の改良保持工程に移行することが好ましい。特に一回目は金型表面が４００℃を下回らないうちに引き上げると良い。これは、金型が重量物であることが多く、過度にＭｓ点近傍まで冷却すると、金型表面と金型内部との温度差が広がって変形し易くなるためである。
また、金型表面の温度が直近の引き上げ時の表面温度から２００℃（好ましくは１００℃）上昇するまでに次の浸漬を開始すると良い。
【００２０】
これにより、金型表面のマルテンサイト変態を防止し、抜熱量を大きくして処理時間を短縮することが可能となる。油槽への浸漬回数が増えるほど前述の効果が特に得やすくなり、引き上げは３回以上繰り返すのが良い。特に２００ｋｇを超える大型の金型の場合では、上記のように、最初の引き上げ温度（表面温度）を高めとし、順次引き上げ温度を下げるようにして、浸漬と引き上げの繰り返しの回数を増やすのが好ましい。
【００２１】
上述した第一の改良保持工程と第二の改良保持工程の何れを選択するかは、例えば、金型の重量や処理時間、また、金型の表面積と体積とを考慮して判断するのが良い。例えば、１００ｋｇ以上の金型を短時間で処理するには第二の改良保持工程が適している。
【００２２】
上述した二つの改良保持工程とも、油冷によって金型の表面と内部の温度差が２００℃以内に至るまで行う。温度差が２００℃を越えたまま第二の冷却工程に移ると、熱応力差に起因する歪みや変形のおそれがあるためである。より確実に歪みや変形を防止するには金型の表面と内部の温度差を１５０℃以内とすると良い。
なお、金型は１００ｋｇを越え約２トン程度の重量物のものもあるため、従来技術のようにＭｓ点の直上近傍の温度になるまで恒温保持すると処理時間が長くなり、生産性を著しく低下させる。そのため、使用の態様により、例えば、金型の表面と内部との温度差が５０℃〜２００℃（好ましくは５０℃〜１５０℃）となった時点で第二の冷却工程を行っても差し支えない。
この改良保持工程を採用することにより、従来のマルクエンチで必要とされていた恒温保持炉、あるいはソルトバスを不要とすることができることも本発明の大きな特徴である。
【００２３】
次いで、改良保持工程の後、金型の表面温度が２００℃となるまで１℃／分〜５０℃／分の速度で冷却する第二の冷却工程を行う。（図１（７））
この第二の冷却工程の冷却速度は、冷却中の被熱処理材（金型）のベイナイトの生成を抑制し、また、急冷による温度むらも抑制し、靭性と焼入れ歪み、および、割れを制御するのに必要な冷却速度である。
表面温度の冷却速度が１℃／分未満では、ベイナイトの生成抑制が不十分となり靭性が低下する。５０℃／分を越えるとマルテンサイト変態中の製品の温度差が大きくなり、冷却中の温度むらにより、歪みが大きくなり易く、焼割れのリスクも大きくなる。好ましい表面温度の冷却速度は１０℃／分〜３０℃／分である。
第二の冷却工程は、金属組織制御の観点から、中心部の冷却速度も重要であり、ベイナイトが生成する４００℃〜２５０℃の領域を１℃／分〜１５℃／分で冷却するのが良い。この範囲であれば、粗大なベイナイトの生成を抑制し、より確実に靭性を向上させることができる。好ましくは、５℃／分〜１５℃／分であり、前記の効果をより確実に得ることができる。
この第二の冷却工程では、冷却速度を上述の温度範囲に調整するのが容易であり、特に被熱処理材の内部の金属組織が塊状ベイナイト組織となり難い冷却速度を得やすい、油冷とするのが良い。
【００２４】
本発明では、上述した前記第一の冷却工程、改良保持工程、および、第二の冷却工程における環境は、非酸化性雰囲気とするのがよい。具体的には窒素や不活性ガスあるいは真空雰囲気（減圧雰囲気）が適用できる。
これは、特に、第一の冷却工程が焼入れ温度から油槽への急冷を行うものであるため、焼入れ油が激しく燃焼して火災等の災害が生じる可能性をなくすためである。
また、非酸化性雰囲気とすると、被熱処理材の酸化や脱炭も防止できる。
【００２５】
次に、上述の焼入れ温度まで加熱する条件について述べておく。
本発明では、焼入れ温度に加熱する条件として、低温側焼入れ昇温工程の昇温条件も併せて調整すると更に好ましい（図１（１））。なお、ここでいう低温側とは、Ａ１変態点以下の温度領域をいう。
低温側焼入れ昇温工程の条件は、２００℃／ｈ以下の昇温速度とするのが良い。これは、この昇温速度が速すぎると、被熱処理材に歪みが生じたり、被熱処理材の表層部と内部との温度差が大きくなってしまい、部位による結晶粒のばらつきが生じる可能性が高くなるためである。好ましい昇温速度は５０℃／ｈ〜１５０℃／ｈの範囲である。
【００２６】
上述の低温側焼入れ昇温工程の途中で、１回以上の温度保持をする温度保持工程を行ってもよい（図１（２））。
温度保持工程を行うことにより、被熱処理材を加熱したときの温度むらが軽減されるため、変形が少なくなる。また、金型製作時に発生した加工残留応力も予熱することで除去され、その後の加熱で変態点を通過する際に残留歪みを駆動力にした結晶粒の異常成長も抑制する効果もある。この効果をより確実に得るには、Ａ１変態点−２００℃〜Ａ１変態点−１５℃の温度範囲で温度保持工程を行うとよい。より好ましくはＡ１変態点−７０℃〜Ａ１変態点−２０℃の温度範囲である。
なお、温度保持をする時間は、上述のように被熱処理材を加熱したときの温度むらを軽減することを目的とするため、余りに短時間では温度むらの軽減効果が得難くなる。そのため、温度むらを軽減させるのに十分な時間とするのが良い。被熱処理材の重量や形状によって時間は一概に定めることはできないが、経験上、０．５時間〜５時間程度保持するのが好ましい。０．７５時間以上保持すると、表層温度と内部の温度差を３０℃以内とすることが可能となるため、好ましくは０．７５時間（４５分）以上保持するのが良い。
【００２７】
温度保持工程の後、高温側昇温工程として、Ａ１変態点からＡ３変態点の温度域を１００℃／ｈ以上の速度で加熱するとよい（図１（３））。これは、フェライトから新しいオーステナイトの結晶粒が生成するときに、加熱速度が速いと、平衡温度からの過熱効果により、オーステナイトの核生成密度が高く、結晶粒を微細化する作用が得られるためである。
以上、加熱・保持工程までの昇温工程の条件を調整することで、非熱処理部材を均一な結晶粒に調整できる。
【実施例１】
【００２８】
以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
表１に示す組成の熱間ダイス用金型材料から、３００ｍｍ（ｗ）×３００ｍｍ（ｌ）×３００ｍｍ（ｔ）のブロックを切り出して、第一の改良保持工程を施す第一の試料と、第二の改良保持工程を施す第二の資料とを作成した。用意した合金は何れもＪＩＳ−ＳＫＤ６１相当材である。
この合金のＡ１変態点は８５０℃、Ａ３変態点は８９５℃、Ｍｓ点は３００℃、粒界炭化物析出領域のノーズは、７００℃−２０分である。【００２９】
【表１】
2012091069.tif 000003
【００３０】
上記の試料を用いて焼入れ処理をした。加熱・保持工程までの温度条件は、以下の通りである。
＜第一の試料＞
第一の試料を焼入れ炉に挿入し、昇温を開始した。低温側昇温工程（１）の条件は１５０℃／ｈとし、８００℃で４時間の温度保持工程（２）を実施した。その後、高温側昇温工程（３）として１５０℃／ｈの条件で１０２５℃まで昇温して、加熱・保持工程（４）に移った。
＜第二の試料＞
第二の試料を焼入れ炉に挿入し、昇温を開始した。低温側昇温工程（１）の条件は２００℃／ｈとし、８００℃で２時間の温度保持工程（２）を実施した。その後、高温側昇温工程（３）として２００℃／ｈの条件で１０２５℃まで昇温して、加熱・保持工程（４）に移った。【００３１】
続く、第一の試料に施す第一の改良保持工程および測定温度、並びに、第二の冷却工程を表２に、第二の試料に施す第二の改良保持工程および測定温度、並びに、第二の冷却工程を表３に示す。なお、温度は、何れも試料にドリルで切削孔を形成して熱電対温度計を挿入し、表面近傍と内部（中心部）を測定した結果である。【００３２】
【表２】
2012091069.tif 000004
【００３３】
【表３】
2012091069.tif 000005
【００３４】
上記工程終了の後、４５ＨＲＣに焼戻しをして、シャルピー衝撃値を評価した。シャルピー衝撃試験は２ｍｍＵノッチ試験を実施した。シャルピー衝撃値を表４に示す。なお、表４の「比較例」は特許文献２のＮｏ．６合金（ＪＩＳ  ＳＫＤ６１相当合金）の試験結果であり、従来のマルクエンチ法による冷却によるものである。この比較例（特許文献２のＮｏ．６）は、今回行った実施例とほぼ同じ熱履歴であり、その焼入れ条件は以下の通りである。
試験片を、７５℃／ｈで昇温し（低温側昇温工程（１））、８００℃で１時間保持し（温度保持工程（２））、１７５℃／ｈの条件で１０２０℃まで昇温して（高温側昇温工程（３））、加熱・保持工程（４）に移した。その後、Ａ３〜６００℃の温度域については１２℃／分の速度で冷却し、４００℃で１時間の保持を行い、４００℃〜２００℃の温度域については１０℃／分の速度で冷却を行った。冷却は不活性ガス雰囲気でガス加圧量を制御しながら行ったものである。【００３５】
【表４】
2012091069.tif 000006
【００３６】
表４に示したように、本発明の焼入れ方法を適用したものは、従来のマルクエンチ法を適用したものより優れた靭性を有することが確認できた。また、試料の大きさと重量が同じであるにも関わらず、第二の試料の内部のシャルピー衝撃値が向上している。これは、金型内部の冷却速度が速まったため、金型内部においても炭化物の粒界析出が抑制できていることを示している。【００３７】
また、図２に、第二の試料について、第一の冷却工程以降のヒートパターンの実測値を示すと共に、浸漬と引き上げを１回のみ行った場合のシミュレーション結果（第一の改良保持工程の採用結果に相当）をプロットした。
図２に示したように、浸漬と引き上げを繰り返し行ったほうが内部（中心部）の冷却速度が速いことが分かる。また、全体の冷却速度も早いことが確認できる。これらの結果から、特に、第二の改良保持工程を施す本発明は、重量の大きな金型の焼入れに適していることが分かる。
なお、第二の試料の表面側からミクロ観察用試験片を切り出して、粒界析出の有無を調査した結果、図３に示したように粒界析出物は殆ど確認することができなかった。また、寸法変化量も最大で０．５ｍｍ程度であり、寸法変化も抑制できていることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の金型の焼入れ方法は、金型の靭性を改善することができるため、金型の寿命を向上させることが期待できる。そのため、金型に限らず、靭性を改善可能な焼入れ方法として他の用途への適用も期待できる。特に大型の被熱処理材であるほど、その改善効果が期待できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  低温側昇温工程
２  温度保持工程
３  高温側昇温工程
４  加熱・保持工程
５  第一の冷却工程
６  改良保持工程
７  第二の冷却工程
【図１】
2012091069.tif 000007
【図２】
2012091069.tif 000008
【図３】
2012091069.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月1日(2012.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型を加熱してＡ３変態点以上から１１５０℃未満の温度範囲に保持する加熱・保持工程と、
前記加熱・保持工程の後、前記金型を油槽に浸漬し、油冷により金型表面を８０℃／分〜２５０℃／分の速度で冷却し、金型の表面温度が７００℃以下であってＭｓ点は超えている温度まで冷却する第一の冷却工程と、
前記第一の冷却工程の後、前記金型を油槽から引き上げて油冷を中断し、再度の浸漬および引き上げを、前記金型の表面温度がＭｓ点を超える温度域であって前記金型の表面と内部との温度差が２００℃以内となるまで繰り返す改良保持工程と、
前記改良保持工程の後、前記金型の表面温度が２００℃となるまで１℃／分〜５０℃／分の速度で冷却する第二の冷却工程と、
を具備したことを特徴とする金型の焼入れ方法。
【請求項２】
前記改良保持工程における引き上げ回数が３回以上であることを特徴とする請求項１に記載の金型の焼入れ方法。
【請求項３】
前記第二の冷却工程では、金型内部の温度が４００℃から２５０℃に下がるまで１℃／分〜１５℃／分の速度で冷却することを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載の金型の焼入れ方法。
【請求項４】
前記第二の冷却工程は、油冷であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の金型の焼入れ方法。
【請求項５】
前記第一の冷却工程、改良保持工程、および、第二の冷却工程における環境は、非酸化性雰囲気とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の金型の焼入れ方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
すなわち本発明は、
金型を加熱してＡ３変態点以上から１１５０℃未満の温度範囲に保持する加熱・保持工程と、
前記加熱・保持工程の後、前記金型を油槽に浸漬し、油冷により金型表面を８０℃／分〜２５０℃／分の速度で冷却し、金型の表面温度が７００℃以下であってＭｓ点は超えている温度まで冷却する第一の冷却工程と、
前記第一の冷却工程の後、前記金型を油槽から引き上げて油冷を中断し、再度の浸漬および引き上げを、前記金型の表面温度がＭｓ点を超える温度域であって前記金型の表面と内部との温度差が２００℃以内となるまで繰り返す改良保持工程と、
前記改良保持工程の後、前記金型の表面温度が２００℃となるまで１℃／分〜５０℃／分の速度で冷却する第二の冷却工程と、
を具備したことを特徴とする金型の焼入れ方法である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また本発明では、前記改良保持工程における引き上げ回数が３回以上であることが好ましい。
更に好ましくは、前記第二の冷却工程では、金型内部の温度が４００℃から２５０℃に下がるまで１℃／分〜１５℃／分の速度で冷却する金型の焼入れ方法とする。
更に好ましくは、前記第二の冷却工程は、油冷とする。
更に好ましくは、前記第一の冷却工程、改良保持工程、および、第二の冷却工程における環境は、非酸化性雰囲気とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
第二の改良保持工程（請求項１に対応）は、金型の油槽への浸漬と油槽からの引き上げを繰り返す方法である。この第二の改良保持工程では、第一改良保持工程と同様に金型表面と内部の温度差が速やかに緩和されていく他、以下の効果も得ることができる。
（１）金型の抜熱量を大きくすることができ、金型内部の冷却速度を速めることができる。その結果、金型内部のパーライトの生成をより確実に防止することが可能となる。
（２）金型表面および金型内部の冷却速度が速くなり、金型内部まで炭化物析出領域を避けて冷却することが可能となる。
（３）金型全体の冷却速度が速いことから、特に２００ｋｇ以上の大型の金型の焼入れに好適である。
（４）焼入れに要する時間を短縮でき生産性を向上することができる。
このうち、特に（１）、（２）及び（４）の効果をより確実に得るには、Ｍｓ点＋２５℃以上の温度範囲で第二の改良保持工程に移行することが好ましい。特に一回目は金型表面が４００℃を下回らないうちに引き上げると良い。これは、金型が重量物であることが多く、過度にＭｓ点近傍まで冷却すると、金型表面と金型内部との温度差が広がって変形し易くなるためである。
また、金型表面の温度が直近の引き上げ時の表面温度から２００℃（好ましくは１００℃）上昇するまでに次の浸漬を開始すると良い。
【国際調査報告】
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