(57)【要約】  ダイカスト装置または押し出しプレスの構成部品のための工具鋼組成物であって、上記工具鋼組成物は、約０．３５重量％〜約０．４０重量％の炭素（Ｃ）、約０．３２重量％〜約０．５０重量％のケイ素（Ｓｉ）、約４．５０重量％〜約５．５０重量％のクロム（Ｃｒ）、約３．７５重量％〜約４．７５重量％のモリブデン（Ｍｏ）、約０．８０重量％〜約１．００重量％のバナジウム（Ｖ）、および、鉄（Ｆｅ）を含んでいる、工具鋼組成物。
2019534943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイカスト装置または押し出しプレスの構成部品のための工具鋼組成物であって、
上記工具鋼組成物は、約０．３５重量％〜約０．４０重量％の炭素（Ｃ）、約０．３２重量％〜約０．５０重量％のケイ素（Ｓｉ）、約４．５０重量％〜約５．５０重量％のクロム（Ｃｒ）、約３．７５重量％〜約４．７５重量％のモリブデン（Ｍｏ）、約０．８０重量％〜約１．００重量％のバナジウム（Ｖ）、および、鉄（Ｆｅ）を含んでいる、工具鋼組成物。
【請求項２】
上記工具鋼組成物は、さらに約０．３６重量％〜約０．３９重量％の炭素（Ｃ）を含んでいる、請求項１に記載の工具鋼組成物。
【請求項３】
上記工具鋼組成物は、さらに約０．３７重量％〜約０．３９重量％の炭素（Ｃ）を含んでいる、請求項２に記載の工具鋼組成物。
【請求項４】
上記工具鋼組成物は、さらに約０．３８重量％の炭素（Ｃ）を含んでいる、請求項３に記載の工具鋼組成物。
【請求項５】
上記工具鋼組成物は、さらに約０．３２重量％〜約０．４５重量％のケイ素（Ｓｉ）を含んでいる、請求項１〜４の何れか１項に記載の工具鋼組成物。
【請求項６】
上記工具鋼組成物は、さらに約０．３２重量％〜約０．４０重量％のケイ素（Ｓｉ）を含んでいる、請求項５に記載の工具鋼組成物。
【請求項７】
上記工具鋼組成物は、さらに約０．３４重量％のケイ素（Ｓｉ）を含んでいる、請求項６に記載の工具鋼組成物。
【請求項８】
上記工具鋼組成物は、さらに約４．９０重量％〜約５．１０重量％のクロム（Ｃｒ）を含んでいる、請求項１〜７の何れか１項に記載の工具鋼組成物。
【請求項９】
上記工具鋼組成物は、さらに約４．９５重量％〜約５．０５重量％のクロム（Ｃｒ）を含んでいる、請求項８に記載の工具鋼組成物。
【請求項１０】
上記工具鋼組成物は、さらに約５．０３重量％のクロム（Ｃｒ）を含んでいる、請求項９に記載の工具鋼組成物。
【請求項１１】
上記工具鋼組成物は、さらに約３．８０重量％〜約４．５０重量％のモリブデン（Ｍｏ）を含んでいる、請求項１〜１０の何れか１項に記載の工具鋼組成物。
【請求項１２】
上記工具鋼組成物は、さらに約３．８５重量％〜約４．２５重量％のモリブデン（Ｍｏ）を含んでいる、請求項１１に記載の工具鋼組成物。
【請求項１３】
上記工具鋼組成物は、さらに約４．１８重量％のモリブデン（Ｍｏ）を含んでいる、請求項１２に記載の工具鋼組成物。
【請求項１４】
上記工具鋼組成物は、さらに約０．８５重量％〜約０．９８重量％のバナジウム（Ｖ）を含んでいる、請求項１〜１３の何れか１項に記載の工具鋼組成物。
【請求項１５】
上記工具鋼組成物は、さらに約０．９０重量％〜約０．９６重量％のバナジウム（Ｖ）を含んでいる、請求項１４に記載の工具鋼組成物。
【請求項１６】
上記工具鋼組成物は、さらに約０．９４重量％のバナジウム（Ｖ）を含んでいる、請求項１５に記載の合成特殊鋼。
【請求項１７】
上記工具鋼組成物は、さらに、約０．４０重量％〜約０．５０重量％のマンガン（Ｍｎ）、約０重量％〜約０．０５重量％のリン（Ｐ）、約０．０６重量％〜約０．１２重量％のニッケル（Ｎｉ）、約０．００５重量％〜約０．０１５重量％のコバルト（Ｃｏ）、約０．０５重量％〜約０．１０重量％の銅（Ｃｕ）、および、約０．０９重量％〜約０．１４重量％のタングステン（Ｗ）から選択される１つ以上を含んでいる、請求項１〜１６の何れか１項に記載の工具鋼組成物。
【請求項１８】
請求項１〜１７の何れか１項に記載の工具鋼組成物を含む鋼を熱処理する工程を有し、
上記熱処理は、（ｉ）上記工具鋼を、約８５０℃〜約１１２５℃の範囲内の１つ以上の温度にて、約１時間〜約２５時間の合計時間にて加熱する、焼き入れ用の熱処理、（ｉｉ）上記焼き入れされた工具鋼を、約３７５℃〜約６７５℃の範囲内の１つ以上の温度にて、約１時間〜約２５時間の合計時間にて加熱する、焼き戻し用の熱処理を含む、工具鋼の製造方法。
【請求項１９】
上記焼き入れ用の熱処理は、上記鋼を、約８００℃〜９００℃の第１温度に加熱して、当該第１の温度にて少なくとも３０分間維持する工程と、上記鋼を、約９５０℃〜１１５０℃の第２温度に加熱して、当該第２の温度にて少なくとも３０分間維持する工程と、を含む、請求項１８に記載の製造方法。
【請求項２０】
上記焼き戻し用の熱処理は、上記鋼を少なくとも１回の焼き戻しサイクルに供することを包含し、
上記焼き戻しサイクルは、上記鋼を、約４００℃〜約６００℃の温度に加熱して、当該温度にて少なくとも６０分間維持する工程を含む、請求項１８に記載の製造方法。
【請求項２１】
上記少なくとも１回の焼き戻しサイクルは、複数の焼き戻しサイクルを含む、請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２２】
ピストン穴を備えている、ダイカスト装置のためのショットスリーブであって、
上記ショットスリーブは、（ｉ）軸方向の穴を備えている、伸長したボディーと、（ｉｉ）上記伸長したボディーの表面上に形成されているスリーブライナーであって、上記ピストン穴の表面を規定しているスリーブライナーと、を備えており、
上記ボディー、および、上記スリーブライナーの少なくとも１つは、請求項１〜１７の何れか１項に記載の組成物を含む工具鋼によって成形されている、ショットスリーブ。
【請求項２３】
上記スリーブライナーに隣接するように上記軸方向の穴の中に収容されているスリーブ挿入体をさらに備えており、
上記スリーブ挿入体は、上記ピストン穴の更なる表面を規定している、請求項２２に記載のショットスリーブ。
【請求項２４】
上記スリーブ挿入体は、上記工具鋼によって形成されている、請求項２３に記載のショットスリーブ。
【請求項２５】
前面と、外側に伸びた円周状のフランジとを備えている、一般的に円筒状である基材と、
上記基材と結合している拡張可能な襟であって、上記円周状のフランジに隣接している、内側に伸びた円周状のリブを備えている襟と、
上記基材と結合し、かつ、上記襟に隣接している、襟支持体と、
上記基材と結合し、かつ、上記襟によって収容されている、移動可能なプランジャーであって、上記基材の上記前面と境を接するように形成された後面を備えているプランジャーと、を備えており、
上記基材、上記襟、上記襟支持体、および、上記プランジャーの少なくとも１つは、請求項１〜１７の何れか１項に記載の組成物を含む工具鋼によって成形されている、金属の押し出しプレスのためのダミーブロック。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、概して鋼組成物に関し、特にダイカスト装置または押し出しプレスの構成部品のための工具鋼組成物に関する。
【０００２】
〔背景技術〕
自動車製造の分野では、歴史的に鋼によって形成されてきた構造用部品（例えば、エンジンクレードル）が、次第に、アルミ合金の鋳物に置き換えられつつある。このような鋳物は、通常、大きく、複雑であり、比較的薄く、自動車製造における高品質な規格に適合することが求められる。これらの要求を満たすために、このような鋳物の製造には、典型的に、バキュームアシストダイカストが用いられる。
【０００３】
バキュームアシストダイカスト装置は、ときにプランジャーと呼ばれるピストンを備えている。当該ピストンは、ショットスリーブのピストン穴を通って前進し、液体金属を型穴の中へ押し込む。ピストン穴を介した液体金属の流れを助けるために、ピストン穴に対して真空が適用される。交換式のウェアリングが、ピストンの上に備えられる。当該ウェアリングは、ピストンのストローク全体に沿って、ピストン穴の内側と絶え間ない接触を保っている。これによって、真空および液体金属の両方を密閉している。
【０００４】
例えば、図１は、従来技術であるバキュームアシストダイカスト装置の一部分を示しており、当該バキュームアシストダイカスト装置は、概して、部材番号２０にて示される。バキュームアシストダイカスト装置２０は、液体金属（図示せず）をダイカスト型穴（図示せず）の中へ押し込んで鋳物を形成するために、ショットスリーブ３０内に規定されたピストン穴２８内を移動可能なピストンを備えている。示している例では、ピストンは、ストロークの開始位置に配置されている。当該開始位置は、ポート３４の後方であって、当該ポート３４を介して、液体金属がピストン穴２８内へ導入される。
【０００５】
ピストンは、ピストン柄（図示せず）の前端に取り付けられたピストン先端４０を備えている。ピストン先端４０は、前面４２を有している。当該前面４２は、ポート３４を介して、液体金属と接触してピストン穴２８内へ導入するように形成されている。ピストン先端４０は、ピストン先端４０の外表面上に配置されたウェアリング４４を有している。
【０００６】
運転中、ストロークサイクルの開始時において、ピストンは、ピストン穴２８内の開始位置に位置しており、液体金属が、ポート３４を介して、ピストン先端４０の前方にあるピストン穴２８内に導入される。上記ピストンは、次に、金属の鋳物を形成するための型穴の中に液体金属を押し込むために、ピストン穴２８の中を通って前方に移動される。次いで、上記ピストンは、ストロークサイクルを完了させるために、開始位置に向かって後方に移動される。この動作の間、ピストン先端４０の上に配置されているウェアリング４４は、ピストン穴２８の内部表面４８と絶え間なく接触し、液体金属がピストン先端４０とピストン穴２８の内部表面４８との間を通過することを防ぐための液体金属シールを提供する。ウェアリング４４は、また、ピストン穴２８の前方の容積内を真空（換言すれば、低圧）に維持するための真空シールを提供する。当該サイクルは、所望の数だけ繰り返されて、金属の鋳物が複数生産される。
【０００７】
改良された耐摩耗性を有するダイカスト装置のショットスリーブが記載されている。例えば、米国特許第５１９５５７２号明細書（Linden, Jr. et al.）には、ダイカスト機器と共に用いられる、ツーピースのショットスリーブが開示されている。当該ショットスリーブは、第１の円筒型のスリーブ領域と、第２の円筒型のスリーブ領域とを有し、これらのスリーブ領域は、除去可能に、軸方向に、互いに固定されている。これらのスリーブ領域は、それぞれ、両端部が開放されており、溶解した金属の流れのための内部通路を有している。第２のスリーブ領域は、溶解した金属を内部通路内に受け止めるための注ぎ口を有している。
【０００８】
米国特許第５３２２１１１号明細書（Hansma）には、金属ダイカストに使用される、裏地付きの（lined）ショットスリーブが開示されている。上記裏地付きのショットスリーブは、伸長した主ボディー部を備えている。当該主ボディー部は、当該主ボディー部の第一末端と第二末端との間にて軸方向に伸長する収容穴を規定する、第１の連続した内壁表面を有している。伸長するセラミック製の裏地は、収容穴の中における安定した配置のために適合されており、当該裏地は、（ｉ）当該裏地の第一末端と第二末端との間にて軸方向に伸長する円筒状の穴を規定する、第２の連続した内壁表面と、（ｉｉ）第１の連続した内壁表面と摩擦が生じるように接触するように適合されている外壁表面と、を有している。セラミック製の裏地は、主ボディー部の第１の連続した内壁表面が溶解した金属と接触することから守るための、物理的および熱的な絶縁体として機能する。
【０００９】
カスト装置のための工具鋼組成物もまた、記載されている。例えば、米国特許第６４７９０１３号明細書（Sera et al.）には、非鉄金属（例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金、または、亜鉛合金）の鋳造が開示されており、当該鋳造では、効果的な量の炭素、ケイ素、マンガン、クロム、モリブデン、バナジウム；任意の量のコバルト；および、さらなる量のモリブデンを含む工具鋼から製造されたカスト構成部品が用いられている。カスト構成部品（特に、鋳型）として工具鋼を用いると、耐腐食性、耐酸化性、耐軟化性、耐劣化性、および、耐変形性が改善される。
【００１０】
改良が、常に望まれている。少なくとも、ダイカスト装置、または、押し出しプレスの構成部品のための新規な工具鋼組成物を提供することを、目的とする。
【００１１】
〔要約〕
従って、一実施形態では、ダイカスト装置または押し出しプレスの構成部品のための工具鋼組成物であって、上記工具鋼組成物は、約０．３５重量％〜約０．４０重量％の炭素（Ｃ）、約０．３２重量％〜約０．５０重量％のケイ素（Ｓｉ）、約４．５０重量％〜約５．５０重量％のクロム（Ｃｒ）、約３．７５重量％〜約４．７５重量％のモリブデン（Ｍｏ）、約０．８０重量％〜約１．００重量％のバナジウム（Ｖ）、および、鉄（Ｆｅ）を含んでいる工具鋼組成物を提供する。
【００１２】
上記工具鋼組成物は、さらに約０．３６重量％〜約０．３９重量％の炭素（Ｃ）を含んでいてもよい。上記工具鋼組成物は、さらに約０．３７重量％〜約０．３９重量％の炭素（Ｃ）を含んでいてもよい。上記工具鋼組成物は、さらに約０．３８重量％の炭素（Ｃ）を含んでいてもよい。
【００１３】
上記工具鋼組成物は、さらに約０．３２重量％〜約０．４５重量％のケイ素（Ｓｉ）を含んでいてもよい。上記工具鋼組成物は、さらに約０．３２重量％〜約０．４０重量％のケイ素（Ｓｉ）を含んでいてもよい。上記工具鋼組成物は、さらに約０．３４重量％のケイ素（Ｓｉ）を含んでいてもよい。
【００１４】
上記工具鋼組成物は、さらに約４．９０重量％〜約５．１０重量％のクロム（Ｃｒ）を含んでいてもよい。上記工具鋼組成物は、さらに約４．９５重量％〜約５．０５重量％のクロム（Ｃｒ）を含んでいてもよい。上記工具鋼組成物は、さらに約５．０３重量％のクロム（Ｃｒ）を含んでいてもよい。
【００１５】
上記工具鋼組成物は、さらに約３．８０重量％〜約４．５０重量％のモリブデン（Ｍｏ）を含んでいてもよい。上記工具鋼組成物は、さらに約３．８５重量％〜約４．２５重量％のモリブデン（Ｍｏ）を含んでいてもよい。上記工具鋼組成物は、さらに約４．１８重量％のモリブデン（Ｍｏ）を含んでいてもよい。
【００１６】
上記工具鋼組成物は、さらに約０．８５重量％〜約０．９８重量％のバナジウム（Ｖ）を含んでいてもよい。上記工具鋼組成物は、さらに約０．９０重量％〜約０．９６重量％のバナジウム（Ｖ）を含んでいてもよい。上記工具鋼組成物は、さらに約０．９４重量％のバナジウム（Ｖ）を含んでいてもよい。
【００１７】
上記工具鋼組成物は、さらに、約０．４０重量％〜約０．５０重量％のマンガン（Ｍｎ）、約０重量％〜約０．０５重量％のリン（Ｐ）、約０．０６重量％〜約０．１２重量％のニッケル（Ｎｉ）、約０．００５重量％〜約０．０１５重量％のコバルト（Ｃｏ）、約０．０５重量％〜約０．１０重量％の銅（Ｃｕ）、および、約０．０９重量％〜約０．１４重量％のタングステン（Ｗ）から選択される１つ以上を含んでいてもよい。
【００１８】
一実施形態では、上述した工具鋼組成物を含む鋼を熱処理する工程を有する工具鋼の製造方法であって、上記熱処理は、（ｉ）上記工具鋼を、約８５０℃〜約１１２５℃の範囲内の１つ以上の温度にて、約１時間〜約２５時間の合計時間にて加熱する、焼き入れ用の熱処理、および、（ｉｉ）上記焼き入れされた工具鋼を、約３７５℃〜約６７５℃の範囲内の１つ以上の温度にて、約１時間〜約２５時間の合計時間にて加熱する、焼き戻し用の熱処理を含む、工具鋼の製造方法を提供する。
【００１９】
上記焼き入れ用の熱処理は、上記鋼を、約８００℃〜９００℃の第１温度に加熱して、当該第１の温度にて少なくとも３０分間維持する工程と、上記鋼を、約９５０℃〜１１５０℃の第２温度に加熱して、当該第２の温度にて少なくとも３０分間維持する工程と、を含んでもよい。
【００２０】
上記焼き戻し用の熱処理は、上記鋼を少なくとも１回の焼き戻しサイクルに供することを包含し、上記焼き戻しサイクルは、上記鋼を、約４００℃〜約６００℃の温度に加熱して、当該温度にて少なくとも６０分間維持する工程を含んでもよい。上記少なくとも１回の焼き戻しサイクルは、複数の焼き戻しサイクルを含んでもよい。
【００２１】
別の実施形態では、ピストン穴を備えている、ダイカスト装置のためのショットスリーブであって、上記ショットスリーブは、（ｉ）軸方向の穴を備えている、伸長したボディーと、（ｉｉ）上記伸長したボディーの表面上に形成されているスリーブライナーであって、上記ピストン穴の表面を規定しているスリーブライナーと、を備えており、上記ボディー、および、上記スリーブライナーの少なくとも１つは、上述した組成物を含む工具鋼によって成形されている、ショットスリーブを提供する。
【００２２】
上記ショットスリーブは、上記スリーブライナーに隣接するように上記軸方向の穴の中に収容されているスリーブ挿入体をさらに備えており、上記スリーブ挿入体は、上記ピストン穴の更なる表面を規定していてもよい。上記スリーブ挿入体は、上記工具鋼によって形成されていてもよい。
【００２３】
上記スリーブライナーは、上記ピストン穴の表面を規定する窒化物層を有していてもよい。
【００２４】
上記スリーブライナーは、上記軸方向の穴の表面上に、一体化して形成されていてもよい。上記スリーブライナーは、溶接された層であってもよい。
【００２５】
上記ショットスリーブは、さらに、スリーブライナーに隣接するように軸方向の穴の中に収容されているスリーブ挿入体をさらに備えており、当該スリーブ挿入体は、ピストン穴の更なる表面を規定していてもよい。軸方向の穴は、第１の軸方向の穴の部分と、第２の軸方向の穴の部分とを含み得、第１の軸方向の穴の部分は、スリーブ挿入体に適合しており、スリーブライナーは、第２の軸方向の穴の部分の表面上に形成されている。上記ボディーは、ポートを備えていてもよく、当該ポートを介して、ピストン穴の中に液体金属が導入され得る。スリーブ挿入体は、当該ポートと位置合わせされた口径を有している。スリーブ挿入体は、当該スリーブ挿入体が周囲から圧縮されるように設定された、軸方向の断面（axial cut）を有していてもよい。スリーブ挿入体は、ピストン穴の更なる表面を規定する、窒化物の表層を有していてもよい。
【００２６】
別の実施形態では、前面と、外側に伸びた円周状のフランジとを備えている、一般的に円筒状である基材と、上記基材と結合している拡張可能な襟であって、上記円周状のフランジに隣接している、内側に伸びた円周状のリブを備えている襟と、上記基材と結合し、かつ、上記襟に隣接している、襟支持体と、上記基材と結合し、かつ、上記襟によって収容されている、移動可能なプランジャーであって、上記基材の上記前面と境を接するように形成された後面を備えているプランジャーと、を備えており、上記基材、上記襟、上記襟支持体、および、上記プランジャーの少なくとも１つは、上述した組成物を含む工具鋼によって成形されている、金属の押し出しプレスのためのダミーブロックを提供する。
【００２７】
上記襟支持体および上記基材は、上記円周状のリブに適合している環状溝を規定していてもよい。
【００２８】
上記円周状のリブは、円周状のフランジの後方フランジ表面と隣接する、前方リブ表面を有していてもよい。上記襟および上記ダミーブロック基材は、インターロックの様式（interlocking manner）にて、互いにかみ合っていてもよい。
【００２９】
上記襟および上記襟支持体の一方または両方は、焼嵌め（shrink-fitting）によって、上記基材と結合していてもよい。
【００３０】
上記円周状のフランジは、上記前方表面の一部を規定していてもよい。
【００３１】
上記プランジャーは、使用中に鋼片（billet）と隣接するように設計された凸状の表面を有していてもよい。
【００３２】
上記ダミーブロックは、さらに、ダミーブロックと押出しラム（ram）とを繋ぐために、後方に引き伸ばされた留め具（stud）、または、引き伸ばされた突起（projection）を備えていてもよい。上記留め具、または、引き伸ばされた突起は、中心のボディーと、当該ボディーから伸びる複数の取っ手と、を備えていてもよい。取っ手の各々は、ボディー中心の中へ取っ手を一体化させる、後方の部分を有していてもよい。
【００３３】
〔図面の簡単な説明〕
添付の図面を参照しながら、実施形態について、より詳細に説明する。
【００３４】
図１は、先行技術のショットスリーブと、ピストンのピストン先端とを備えている、先行技術のダイカスト装置の一部分の横断面図である。
【００３５】
図２は、ショットスリーブと、ピストンのピストン先端とを備えている、ダイカスト装置の一部分の横断面図である。
【００３６】
図３は、図２の上記ショットスリーブの斜視図である。
【００３７】
図４は、図２の上記ショットスリーブを透視した斜視図である。
【００３８】
図５は、図２の上記ショットスリーブの側面図である。
【００３９】
図６は、図２の上記ショットスリーブの上面図である。
【００４０】
図７は、図２の上記ショットスリーブの注ぎ口（pour）側の端面図である。
【００４１】
図８は、図２の上記ショットスリーブの金型（die）側の端面図である。
【００４２】
図９は、図７の上記ショットスリーブにおける、切断線に沿った断面図である。
【００４３】
図１０は、図９の上記ショットスリーブにおける、番号参照１０にて特定された部分を拡大した部分図である。
【００４４】
図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄおよび１１Ｅは、図５の上記ショットスリーブにおける、切断線に沿った断面図である。
【００４５】
図１２Ａは、押し出しプレスのダミーブロック形成部の横断面図である。
【００４６】
図１２Ｂは、図１２Ａの上記ダミーブロックにおける、参照番号１２Ｂにて特定された部分を拡大した部分図である。
【００４７】
図１２Ｃは、図１２Ａの上記ダミーブロック、および、金属押し出しプレスの押出しラム形成部部分の横断面図である。
【００４８】
図１３は、図２の上記ショットスリーブの一部、および、図１２Ａの上記ダミーブロックの少なくとも一部の典型的な工具鋼を製造する際の、典型的な熱処理のグラフである。
【００４９】
図１４は、図１３の上記工具鋼の金属サンプルの光学顕微鏡の像である。
【００５０】
図１５Ａ〜１５Ｃは、図１４の上記金属サンプルのエッチング後における光学顕微鏡の像である。
【００５１】
図１６は、図１３の上記金属サンプルの距離の関数として示される、硬度のグラフである。
【００５２】
図１７Ａおよび１７Ｂは、Ｈ１３グレードの鋼にて作製された張力試験試料の温度上昇中における引張試験にて測定されたひずみ（strain）の関数として示される、引張応力のグラフである。
【００５３】
図１８Ａおよび１８Ｂは、図１４の上記工具鋼にて作製された張力試験試料の温度上昇中における引張試験にて測定されたひずみの関数として示される、引張応力のグラフである。
【００５４】
図１９は、図１３の上記工具鋼にて作製されたサンプルの焼き戻し温度の関数として示される、硬度のグラフである。
【００５５】
図２０Ａおよび２０Ｂは、それぞれ、ＤＩＮ１．２３６７グレードの鋼、および、図１３の上記工具鋼に似た組成を有する別の典型的な工具鋼における、凝固曲線（solidification curve）のグラフである。
【００５６】
〔実施形態の詳細な説明〕
図２には、バキュームアシストダイカスト装置の一部分が示されており、当該バキュームアシストダイカスト装置は、参照番号１２０にて示されている。バキュームアシストダイカスト装置１２０は、液体金属（図示せず）をダイカスト型穴（図示せず）の中に押し込んで鋳物を形成するために、ショットスリーブ１３０の内部に規定されているピストン穴の中を移動可能なピストンを備えている。ショットスリーブ１３０は、ポート１３４を備えており、当該ポート１３４を介して、液体金属がピストン穴１３６の中に導入される。例示するように、上記ピストンは、ストロークの開始位置に配置されており、当該開始位置は、ポート１３４の後方である。
【００５７】
上記ピストンは、ピストン柄（図示せず）の前端に取り付けられたピストン先端１４０を備えている。ピストン先端１４０は、ポート１３４を経てピストン穴１３６の中へ導入された液体金属と接触するように構成されている正面１４２を有している。ピストン先端１４０は、その外側の表面上に配置されているウェアリング１４４を有している。
【００５８】
ショットスリーブ１３０は、図３〜１１Ｅに、より良く示され得る。ショットスリーブ１３０は、工具鋼にて製造された、細長いショットスリーブボディー１５２を備えている。当該工具鋼は、従来の工具鋼よりも、（ｉ）より高い極限張力応力（ultimate tensile stress）、（ｉｉ）より高い降伏応力（yield stress：ＹＳ）、（ｉｉｉ）昇温における（すなわち、約４００℃から約８２５℃へ）より高い弾性率、および、（ｉｖ）より高い耐摩耗性、を有する。この実施形態では、上記工具鋼は、以下の組成を有する：約０．３５重量％〜約０．４０重量％の炭素（Ｃ）、約０．３２重量％〜約０．５０重量％のケイ素（Ｓｉ）、約０．４０重量％〜約０．５０重量％のマンガン（Ｍｎ）、約０重量％〜約０．０５重量％のリン（Ｐ）、約４．５０重量％〜約５．５０重量％のクロム（Ｃｒ）、約３．７５重量％〜約４．７５重量％のモリブデン（Ｍｏ）、約０．０６重量％〜約０．１２重量％のニッケル（Ｎｉ）、約０．００５重量％〜約０．０１５重量％のコバルト（Ｃｏ）、約０．０５重量％〜約０．１０重量％の銅（Ｃｕ）、約０．０９重量％〜約０．１４重量％のタングステン（Ｗ）、約０．８０重量％〜約１．００重量％のバナジウム（Ｖ）、鉄（Ｆｅ）によって一般的に構成されているバランス（balanace）、および、不可避の不純物。
【００５９】
ボディー１５２は、注ぎ口側の端部１５４と、金型側の端部１５６と、外側に伸びた円周状のフランジ１５８と、を有している。当該外側に伸びた円周状のフランジ１５８は、ショットスリーブ１３０が、ダイカスト装置２０のダイプラテン（die platen）（図示せず）またはマシーンプラテン（machine platen）（図示せず）と機械的に結合することを、可能にする。上記ボディー１５２は、その内部に広がる、軸方向の穴を有している。この実施形態では、上記軸方向の穴は、第１の軸方向の穴の部分１６２と、第２の軸方向の穴の部分１６４とを有している。上記第１の軸方向の穴の部分１６２は、注ぎ口側の端部１５４から、上記ボディー１５２の長さ方向へ部分的に伸ばされており、上記第２の軸方向の穴の部分１６４は、金型側の端部１５６から、上記ボディー１５２の長さ方向へ部分的に伸ばされている。上記第１の軸方向の穴の部分１６２および上記第２の軸方向の穴の部分１６４は、軸の方向に並べられており、この実施形態では、上記第１の軸方向の穴の部分１６２は、上記第２の軸方向の穴の部分１６４よりも、直径が大きい。金型側の端部１５６にて、上記第２の軸方向の部分１６４は、円錐状の内部表面１６６を有している。当該円錐状の内部表面１６６は、ボディー１５２の中心軸に対して傾いている。上記ボディー１５２は、また、第１の軸方向の穴の部分１６２と第２の軸方向の穴の部分１６４とを取り囲む、複数の内部導管１６８を有している。当該内部導管１６８は、オペレーション中にショットスリーブ１３０を冷却するために、冷却流体源（図示せず）に由来する冷却流体を運ぶように構成されている。上記冷却流体は、水、油、空気、などであってもよい。
【００６０】
上記ボディー１５２は、（ａ）上述した工具鋼の在庫を所望の形状（例えば、ブロック状、または、ロッド状）に機械加工し、次いで（ｂ）機械加工されたブロックに熱処理を施すことによって、製造される。この実施形態では、上記機械加工されたブロックは、真空条件下における熱処理が施される。当該熱処理は、ｉ）焼き入れ用の熱処理と、ｉｉ）それに続く、焼き戻し用の熱処理と、を含む。上記焼き入れ用の熱処理は、上記機械加工されたブロックを、約８５０℃〜約１１２５℃の範囲内の１つ以上の維持温度にて、約１時間〜約２５時間の合計時間、維持することを包含する。上記焼き戻し用の熱処理は、約１時間〜約２５時間の合計時間の、約３７５℃〜約６７５℃の範囲内の１つ以上の維持温度を包含し、各維持温度に加熱されるに先立って、ボディー１５２は、室温にまで冷却される。
【００６１】
上記ショットスリーブ１３０は、さらに、上記ボディー１５２の第１の軸方向の穴の部分１６２内に適合された、交換可能なスリーブ挿入体１７０を備えている。この実施形態では、上記スリーブ挿入体１７０は、熱加工されたＤＩＮ１．２３６７グレードの鋼にて作製されている。上記スリーブ挿入体１７０は、軸方向の切り込み１７２を有している。当該軸方向の切り込み１７２は、ボディー１５２内に挿入される間、および、ボディー１５２から取り除かれる間に、スリーブ挿入体１７０が周囲から圧縮され得るように設計されている。上記スリーブ挿入体１７０は、また、ポート１３４と位置合わせされた開口を有している。上記スリーブ挿入体１７０は、ボディー１５２の中へスリーブ挿入体１７０を挿入する前の窒化処理の間に形成された、窒化物の表層１７４を有している。上記窒化物の表層１７４は、約０．２０ｍｍ〜約０．２５ｍｍの厚さである。当然のことながら、窒化物の表層１７４は、スリーブ挿入体１７０の内部バルクよりも、より高い硬度、および、高温におけるより高い降伏強さ（yield strength）（約６２５℃〜約８２５℃）を有しており、それゆえに、より高い高温安定性を有している。
【００６２】
上記ショットスリーブ１３０は、また、ボディー１５２の第２の軸方向の穴の部分１６４の表面の上に一体化して形成されている、スリーブライナー１８０を備えている。この実施形態では、上記スリーブライナー１８０は、ＤＩＮ１．２３６７グレードの鋼にて形成されている。上記スリーブライナー１８０は、（ｉ）ボディー１５２の第２の軸方向の穴の部分１６４の表面の上に鋼の層を溶接する工程と、次いで、（ｉｉ）溶接された鋼の層を、所望の厚さ、および、所望の表面粗さにまで、研磨およびホーニングする工程と、によって形成される。この実施形態では、研磨およびホーニングされた溶接された鋼の層の厚さは、約１．５ｍｍであり、研磨およびホーニングされた溶接された鋼の層の二乗平均平方根化された（root mean squared （RMS））表面粗さの値は、約３、または、３よりも少ない値である。上記スリーブライナー１８０は、また、金型側の端部１５６に、円錐状の内部表面１８２を有している。当該内部表面１８２は、一般的に、上記ボディーの円錐状の内部表面１６６と同一平面上にある。上記スリーブライナー１８０は、溶接された鋼の層を研磨およびホーニングした後の、ショットスリーブの窒化処理の間に形成された、窒化物の表層１８４を有している。窒化物の表層１７４と同様に、窒化物の表層１８４は、約０．２０ｍｍ〜約０．２５ｍｍの厚さを有する。当然のことながら、窒化物の表層１８４は、スリーブライナー１８０の内部バルクよりも、より高い硬度、および、高温におけるより高い降伏強さ（yield strength）（約６２５℃〜約８２５℃）を有しており、それゆえに、より高い高温安定性を有している。
【００６３】
使用中、上記ショットスリーブ１３０を作製している間、上記ショットスリーブボディーは、上述した組成を有する工具鋼のストックを所望の形状に機械加工し、次いで、当該機械加工された材料に熱処理を施してショットスリーブボディー１５２を産出することによって、製造される。上記ボディー１５２は、次いで、良好な溶接接合を可能にするために、予熱温度にまで加熱される。当該予熱温度は、溶着される鋼層に用いられる鋼の質に依存する。この実施形態では、上記予熱温度は、約３００℃〜約４５０℃である。次いで、約３．０ｍｍの厚さの鋼層が、予熱されたショットスリーブボディー１５２における第２の軸方向の穴の部分１６４の表面上に溶接される。次いで、ショットスリーブボディー１５２、および、ショットスリーブボディー１５２内の溶着された鋼層は、特定の時間および温度のプロフィールにて熱処理を施され、これによって、溶接の間に形成された残留応力を低減させる。上記時間および温度のプロフィールは、溶着される鋼層に用いられる鋼の質に依存する。この実施形態では、上記熱処理は、約３００℃〜約４５０℃の温度を包含する。次いで、上記溶接された鋼層は、当該鋼層の厚さが約１．５ｍｍにまで薄くなるように研磨される。次いで、上記ショットスリーブは、円錐状の内部表面１８２を形成するために、金型側の端部１５６にて、円錐形に掘られる。研磨、および、円錐状の穿孔の後、上記溶接された鋼層は、所望の最終寸法にまで研磨されて、ＲＭＳ表面粗さの値が約３以下に低減され、これによって、スリーブライナー１８０が得られる。次いで、上記ショットスリーブボディー１５２、および、当該ショットスリーブボディー１５２内のスリーブライナー１８０は、上記窒化物の表層１８４を形成するために、窒化処理される。窒化処理の間、上記ショットスリーブボディー１５２、および、当該ショットスリーブボディー１５２内のスリーブライナー１８０は、窒化雰囲気下にて、窒化温度にさらされる。この実施形態では、上記窒素温度は、約５００℃〜約５５０℃である。上記スリーブ挿入体１７０は、スリーブライナー１８０と概ね同じ、内部直径およびＲＭＳ表面粗さを有するように、かつ、窒化物の表層１７４を有するように、別々に製造される。ショットスリーブ１３０を得るために、上記スリーブ挿入体１７０は、上記ボディー１５２の上記第１の軸方向の穴の部分１６２内に挿入され、隣接する状態にて上記スリーブライナー１８０と対向している。当然のことながら、上記スリーブ挿入体１７０、および、上記スリーブライナー１８０は、上記ショットスリーブ１３０の上記ピストン穴１３６の表面を規定している。より具体的に、この実施形態では、上記スリーブ挿入体１７０の上記窒化物の表層１７４、および、上記スリーブライナー１８０の上記窒化物の表層１８４は、上記ショットスリーブ１３０の上記ピストン穴１３６の表面を規定している。
【００６４】
稼働中、ストロークサイクルの開始時において、上記ピストンは、上記ピストン穴１３６の中の開始位置に配置されており、ポート１３４を経て、液体金属が、ピストン先端１４０の前方のピストン穴１３６の中に導入される。次いで、上記ピストンは、金属の鋳物を形成するための型穴の中に液体金属を押し込むために、ピストン穴２８の中を通って前方に移動される。次いで、上記ピストンは、ストロークサイクルを完了させるために、開始位置に向かって後方に移動される。この動作の間、ピストン先端１４０の上に配置されているウェアリング１４４は、ピストン穴１３６の表面と絶え間なく接触し、液体金属がピストン先端１４０とピストン穴２８の内部表面４８との間を通過することを防ぐための液体金属シールを提供する。ウェアリング１４４は、また、ピストン穴１３６の前方の容積内を真空（換言すれば、低圧）に維持するための真空シールを提供する。当該サイクルは、所望の数だけ繰り返されて、金属の鋳物が複数生産される。
【００６５】
評価されているものとしては、工具鋼の温度上昇時における、高い最終的な引張応力（ultimate tensile stress）、高い降伏応力、および、高い弾性率は、通常のダイカスト操作の間に経験する温度上昇時におけるショットスリーブボディー１５２の強度を、有利に増加させる。これらの特徴点は、上記ショットスリーブ１３０が、従来のショットスリーブよりも、より丈夫であり、かつ、より長い耐久年数を有することを、有利に可能にする。
【００６６】
上記工具鋼組成物は、具体的な単一の組成物に限定されない。上記工具鋼組成物は、約０．３６％〜約０．３９％の炭素（Ｃ）を含むことが好ましい。上記工具鋼組成物は、約０．３７％〜約０．３９％の炭素（Ｃ）を含むことがより好ましく、約０．３８％の炭素（Ｃ）を含むことが最も好ましい。
【００６７】
上記工具鋼組成物は、約０．３２％〜約０．４５％のケイ素（Ｓｉ）を含むことが好ましい。上記工具鋼組成物は、約０．３２％〜約０．４０％のケイ素（Ｓｉ）を含むことがより好ましく、約０．３４％のケイ素（Ｓｉ）を含むことが最も好ましい。
【００６８】
上記工具鋼組成物は、約４．９０％〜約５．１０％のクロム（Ｃｒ）を含むことが好ましい。上記工具鋼組成物は、約４．９５％〜約５．０５％のクロム（Ｃｒ）を含むことがより好ましく、約５．０３％のクロム（Ｃｒ）を含むことが最も好ましい。
【００６９】
上記工具鋼組成物は、約３．８０％〜約４．５０％のモリブデン（Ｍｏ）を含むことが好ましい。上記工具鋼組成物は、約３．８５％〜約４．２５％のモリブデン（Ｍｏ）を含むことがより好ましく、約４．１８％のモリブデン（Ｍｏ）を含むことが最も好ましい。
【００７０】
上記工具鋼組成物は、約０．８５％〜約０．９８％のバナジウム（Ｖ）を含むことが好ましい。上記工具鋼組成物は、約０．９０％〜約０．９６％のバナジウム（Ｖ）を含むことがより好ましく、約０．９４％のバナジウム（Ｖ）を含むことが最も好ましい。
【００７１】
上述の実施形態では、上記ショットスリーブボディーは工具鋼によって作製され、スリーブ挿入体１７０およびスリーブライナー１８０は熱加工されたＤＩＮ１．２３６７グレードの鋼によって作製されているが、一方、他の実施形態では、当該スリーブ挿入体および当該スリーブライナーの一方または両方が、工具鋼によって作製され得る。
【００７２】
上記工具鋼は、ダイカスト装置の構成部品に使用されるものに限定されない。別の実施形態では、上記工具鋼は、金属押し出しプレスにおける、１つ以上の構成部品に使用され得る。例えば、図１２Ａ〜１２Ｃに、金属の押し出しに使用される、押し出しプレスのダミーブロックが示されている。当該ダミーブロックは、概して、参照番号２３０にて示されている。ダミーブロック２３０は、（ｉ）内部のダミーブロック基材２４０、（ｉｉ）ダミーブロック基材２４０と結合している外側の襟支持体２４２、（ｉｉｉ）ダミーブロック基材２４０と結合し、かつ、襟支持体２４２に乗っている（seated）、交換可能な襟２４４、および、（ｉｖ）ダミーブロック基材２４０の前方であり、かつ、襟２４４の中に配置されている、移動可能なプランジャー２４６、を備えている。上記プランジャー２４６は、使用時にダミーブロック２３０が鋼片（図示せず）と境を接したときに、後方へ移動して、襟２４４を拡張させるように設計されている。
【００７３】
上記ダミーブロック基材２４０は、平坦な前方の表面２４８を有している、一般的な円筒型のボディーを備えている。円周状のフランジ２５０は、上記ダミーブロック基材２４０の前端から外側に向かって伸びており、平坦な前方の表面２４８の一部分を規定している。上記ダミーブロック基材２４０は、平坦な前方の表面２４８から中央の凹所２５４へ向かって伸びる、中心の穴２５２を有している。上記ダミーブロック基材２４０は、さらに、上記中心の凹所２５４を規定する内部表面上に形成された、複数のネジ山２５６を有している。当該ネジ山２５６は、留め具２６２の柄２６０の外面上に形成されている外側のネジ山、または、別の細長い突起と、相補的に噛み合うように構成されている。上記柄２６０は、バネ２６８に適合された、中央の凹所２６４を有している。当該バネ２６８は、プランジャー２４６をダミーブロック基材２４０の平坦な前方の表面２４８から引き離す（urging away）ための付勢力を提供するように構成されている。後述するように、留め具２６２、または、別の細長い突起は、押出しラム２２８の前方の端の上に設けられており、間隔を置いて配置された４つの取っ手２６６を有している。当該４つの取っ手は、押出しラム２２８の対応する取っ手と接するように、設計されている。
【００７４】
上記襟２４４は、一般的な環状のボディーを有しており、焼き嵌めによって上記ダミーブロック基材２４０と結合している。上記襟２４４は、内側に伸びた円周状のリブ２８０を有しており、当該リブ２８０は、円周状のフランジ２５０の後方の表面と境を接するように構成されている。その結果、上記襟２４４とダミーブロック基材２４０とが、インターロックの様式にて、互いかみ合っている。上記カラー２４４は、また、円錐状の内部表面２８２を有しており、当該円錐状の内部表面２８２は、上記ダミーブロック２３０の上記中心軸２８４に対して傾いているとともに、上記中心軸２８４との第１の角度を規定している。
【００７５】
上記襟支持体２４２は、一般的な環状のボディーを有しており、焼き嵌めによって上記ダミーブロック基材２４０と結合している。上記襟支持体２４２は、上記襟２４４と境を接する前方の表面を有している。その結果、上記襟２４４は、襟支持体２４２に対向するように配置（seated）されている。この方式では、上記襟２４４の上記円周状のリブ２８０が、上記襟支持体２４２と上記ダミーブロック基材２４０との間に設けられている環状溝２８８の中に、適合している。
【００７６】
上記プランジャー２４６は、凸状の前面２９０を有しており、当該凸状の前面２９０は、鋼片と境を接するように構成されている。上記プランジャー２４６も、また、上記凸状の面２９０に隣接する円錐状の外側表面２９２を有している。上記円錐状の外側表面２９２は、上記ダミーブロック２３０の上記中心軸２８４に対して傾いており、その結果、上記円錐状の外側表面２９２は、上記中心軸２８４との第２の角度を規定している。上記プランジャーも、また、平坦な後方の表面２９４を有しており、当該平坦な後方の表面２９４は、上記ダミーブロック基材２４０の上記前方の表面２４８と境を接するように構成されている。柱２９６が、上記後方の表面２９４から後方に向かって伸びており、当該柱２９６は、上記中央の穴２５２を経て、ダミーブロック基材２４０の中央の凹所２５４の中へ伸びるように、成形されている。コネクター２９８は、上記移動可能なプランジャー２４６を上記ダミーブロック基材２４０に結合させるため、および、上記バネ２６８と境を接する表面を提供するために、上記中央の凹所２５４の中にある上記柱２９６の遠方の末端に設けられている。図１２Ｂに示されているように、上記プランジャー２４６は、移動可能なプランジャー２４６がダミーブロック基材２４０に対して押圧されていないときに、上記平坦な後方の表面２９４と上記平坦な前方の表面２４８とが間隔を開けるように、成形されている。
【００７７】
上記円錐状の外側表面２９２と上記中心軸２８４とによって規定される上記第２の角度は、上記円錐状の内部表面２８２と上記中心軸２８４とによって規定される上記第の角度よりも、わずかに大きい。これによって、使用中に上記プランジャー２４６と上記襟２４２とが詰まらない（jammed）ことを、確実にする。記載の実施形態では、第２の角度と第１の角度との差は、約１．５度である。当然のことながら、もし上記円錐状の外側表面２９２の傾斜角度が、上記円錐状の内部表面２８２の傾斜の角度と同等、または、それ未満であるならば、これらの表面は、詰まる。その理由は、その結果、ダミーブロックが容器から移転するときに、上記バネ２６８が上記プランジャー２４６を最初の位置に戻すための十分な力を有していないので、上記プランジャーが後方に向かって移動して襟２４２の中へ進入するからである。
【００７８】
図２０Ｃに、押出しラム２２８の前方の部分が記載されている。押出しラム２２８は、押出しラム２２８の前方の表面から内部に向かって伸びる中心の空洞３０２を有しており、当該中心の空洞３０２は、上記ダミーブロック２３０の上記留め具２６２とかみ合うよう（matingly engage）に構成されている。上記押出しラム２２８は、空洞３０２の中へ突き出した、間隔を置いて配置された４つの取っ手３０４を有している。当該間隔を置いて配置された４つの取っ手３０４は、上記ダミーブロック２３０および留め具２６２が所定の位置へ回転したときに、取っ手２６６の前方の表面と境を接するように構成されている。上記中心の空洞３０２は、比較的大きな半径を有する、部分的に窪んだ後方表面３０６を有しており、当該後方表面３０６は、上記押出しラム２２８の内部の応力集中点を取り除く。加えて、それぞれの取っ手２６６は、上記留め具２６２の中へ上記取っ手２６６の形状を融合させる、先細になった後方部分３０８を有している。当該後方部分３０８は、上記取っ手２６６および上記留め具２６２の中の応力集中点を取り除く。
【００７９】
図３〜図１１Ｅを参照しながら上述したように、１つ以上のダミーブロック基材２４０、外側の襟支持体２４２、結合された交換可能な襟２４４、移動可能なプランジャー２４６、および、押出しラム２２８は、ショットスリーブ１３０のショットスリーブボディー１５２と同じ工具鋼にて作製される。この実施形態では、ダミーブロック基材２４０、外側の襟支持体２４２、交換可能な襟２４４、および、移動可能なプランジャー２４６の各々は、上記工具鋼にて作製される。
【００８０】
上記から分かるように、工具鋼の、高い最終的な引張応力、高い降伏応力、温度上昇時の高い弾性率、および、高い耐摩耗性は、通常の押し出し操作の間に経験する温度上昇時における、ダミーブロック基材２４０、外側の襟支持体２４２、交換可能な襟２４４、および、移動可能なプランジャー２４６の強度を、有利に増加させている。これらの特徴は、ダミーブロック２３０が、従来のダミーブロックよりも、より丈夫であり、かつ、より長い耐久年数を有することを、有利に可能にする。
【００８１】
以下に示す実施例では、上述した実施形態の様々な応用を示す。
【００８２】
〔実施例１〕
この実施例では、表１に示す組成を有する工具鋼にてショットスリーブボディーを作製した。
【００８３】
【表１】
2019534943.tif 000003
【００８４】
上記組成のバランスは、主に、鉄（Ｆｅ）と不可避の不純物とによって構成されていた。
【００８５】
上記組成は、ＡＳＴＭ  Ｅ３５２−９３（２００６）に基づき、光学発行分光法（optical emission spectroscopy：ＯＥＳ）によって測定された。
【００８６】
〔実施例２〕
この実施例では、表１に記載の工具鋼組成物にてブロック形状のサンプルを作製し、当該サンプルを、（ｉ）焼き入れ用の熱処理、および、（ｉｉ）当該（ｉ）に続く焼き戻し用の熱処理を含む、真空条件下における熱処理に供した。この実施例では、上記焼き入れ用の熱処理では、８５０℃の固定温度（hold temperature）にて３．５時間、続いて１０５０℃の固定温度にて２時間、熱処理した。上記焼き戻し用の熱処理では、一連の３種類の異なる固定温度、すなわち、５４０℃の固定温度にて５時間、６１５℃の固定温度にて３．５時間、および、６０５℃の固定温度にて４時間熱処理し、各固定温度へ加熱する前には、上記サンプルを室温にまで冷却した。図１３は、熱処理の概要を示すグラフである。上記熱処理によって、焼き戻しされたサンプルが生産された。
【００８７】
上記焼き戻しされたサンプルを、窒化表面処理に供した。この実施例では、上記窒化表面処理にて、上記焼き戻しされたサンプルを、窒化雰囲気下にて３６時間、約５１５℃〜約５５０℃の窒化温度に維持した。上記窒化表面処理によって、窒化サンプルが生産された。
【００８８】
上記窒化サンプルのサンプルを、鋼質イメージング（metallographic imaging）のために、切断し、かつ、マウントした。上記鋼質サンプルを、ＡＳＴＭ  Ｅ３−１１に基づいて破砕および研磨し、次いで、ＡＳＴＭ  Ｅ４０７−０７ｅ１に基づいて２％の硝酸溶液を用いてエッチングし、微細構造を露出させた。
【００８９】
図１４および図１５Ａ〜１５Ｃは、それぞれ、エッチングする前と、エッチングした後とにおける、上記研磨された鋼質サンプルの光学顕微鏡の像である。鉄窒化物の相が、エッチングされたたサンプルの結晶境界に沿って観察された。
【００９０】
窒化物の表層の厚さを、５００倍率の光学顕微鏡で測定した。上記窒化物の表層において測定された厚さの平均値は、１０．１μｍであった（図１５Ｂ参照）。
【００９１】
図１５Ｃは、上記サンプルの内部バルク（interior bulk）に特有な微細構造を示す（すなわち、上記窒化物の表層から少なくとも０．４ｍｍ）。示されているように、この微細構造は、主として、焼き戻しされたマルテンサイト（martensite）からなるものであった。上記内部バルクの１０箇所の異なる位置にて観察したものの、オーステナイト（austenite）を保持する証拠は、見つからなかった。
【００９２】
〔実施例３〕
この実施例では、実施例２の鋼質サンプルに対して、硬度試験を行った。ＡＳＴＭ  Ｅ３８４−１１ｅ１に基づき、１００ｇｆの負荷力（ＨＶ０．１）と、２５ｇｆの負荷力（ＨＶ０．０２５）とを用いて、ヴィッカース硬度を測定した。ＡＳＴＭ  Ｅ１４０−１２ｂ変換の表１に基づき、ヴィッカース硬度の測定結果をロックウェルＣ硬度の値に変換した。表２にまとめたように、サンプル表面から０．０３ｍｍの位置から始まって、上記内部バルク内にまで伸びる領域を横切るように（それ故に、窒化物の表層は除かれている）、３０μｍの間隔にて、ヴィッカース硬度を測定した。
【００９３】
【表２】
2019534943.tif 000004
【００９４】
図１６は、表２に要約した、上記領域を横切る硬度のプロフィールをプロットしたグラフである。
【００９５】
表３に、上記内部バルク内のヴィッカース硬度の測定結果を要約する。
【００９６】
【表３】
2019534943.tif 000005
【００９７】
表４に、上記窒化物の表層内のヴィッカース硬度の測定結果を要約する。
【００９８】
【表４】
2019534943.tif 000006
【００９９】
〔実施例４〕
この実施例では、２つの異なる工具鋼の引張試験用試料を作製した。上記工具鋼は、（ｉ）Ｈ１３グレードの鋼、および、（ｉｉ）表１に示す工具鋼組成物であって、実施例２の熱処理を施されたもの、であった。上記張力試験用試料を、ＡＳＴＭ  Ｅ２１−０９に基づいた、温度上昇における張力試験に供した。４３０℃（８０６°Ｆ）の温度にて、３０分の浸漬時間（soak time）を用い、０．００５in/in/min、０．０５in/min/inの試験スピードにて、上記試験を行った。
【０１００】
図１７Ａおよび１７Ｂは、Ｈ１３グレードの鋼の試料において、温度上昇時に測定されたひずみ（strain）の関数としての、引張応力のグラフである。図１８Ａおよび１８Ｂは、表１に示す工具鋼組成物にて作製され、かつ、実施例２の熱処理を施された試料において、温度上昇時に測定されたひずみの関数としての、引張応力のグラフである。温度上昇における張力試験のデータの一部を、表５に要約する。
【０１０１】
【表５】
2019534943.tif 000007
【０１０２】
示すように、上記工具鋼は、Ｈ１３グレードの鋼と比較して、より高い極限張力応力（ＵＴＳ）、より高い降伏応力（ＹＳ）、および、温度上昇時のより高い弾性率を有している。
【０１０３】
〔実施例５〕
この実施例では、表１に示す工具鋼組成物のサンプルを、様々な温度における焼き戻し試験に供した。最初に、それぞれのサンプルを、８５０℃の固定温度にて３．５時間、これに続く第２の固定温度（以後、焼き入れ温度とも呼ぶ）にて２時間の熱処理を含む、焼き入れ用の熱処理に供することによって、焼き入れされたサンプルを得た。この実施例では、上記焼き入れ温度は、１０５０℃、１０７０℃、１０９０℃、および、１１００℃であった。次いで、焼き入れされたサンプルの各々を、焼き戻し用の熱処理に供した。当該焼き戻し用の熱処理では、同一の固定温度（以後、焼き戻し温度とも呼ぶ）にて各々２時間の、２回の熱処理を行い、各焼き戻し温度へ加熱する前には、上記サンプルを室温にまで冷却した。この実施例での上記焼き戻し温度は、４００℃、５００℃、５５０℃、５７５℃、６００℃、６２５℃、および、６５０℃であった。
【０１０４】
それぞれの焼き戻しサンプル（焼き戻しされていないサンプルも同様に）について、ＡＳＴＭ  Ｅ３８４−１１ｅ１に基づいて、ヴィッカース硬度を測定した。ヴィッカース硬度の測定結果を、ＡＳＴＭ  Ｅ１４０−１２ｂ変換の表１に基づいて、ロックウェルＣ硬度の値に変換した。
【０１０５】
図１９は、異なる焼き入れ温度を用いた場合の焼き戻し温度の関数としての、ロックウェルＣ硬度のグラフである。図に示すように、本工具鋼における最も高い硬度は、５５０℃の焼き戻し温度を使用したときに得られた。
【０１０６】
〔実施例６〕
この実施例では、異なる２つの鋼のサンプル、すなわち、（ｉ）ＤＩＮ１．２３６７グレードの鋼、および、（ｉｉ）表１に示されるものと同様の工具鋼組成物、を、凝固試験（solidification testing）に供し、金属カーバイド濃度を決定した。表６に、鋼の組成を示す。
【０１０７】
【表６】
2019534943.tif 000008
【０１０８】
示すように、上記工具鋼は、ＤＩＮ１．２３６７グレードの鋼よりも、高いモリブデン濃度およびバナジウム濃度を有している。加えて、示すように、上記工具鋼は、表１に記載の工具鋼に相応する濃度の、炭素、ケイ素、マンガン、クロム、モリブデン、および、バナジウムを有している。
【０１０９】
図２０Ａおよび図２０Ｂは、それぞれ、ＤＩＮ１．２３６７グレードの鋼のサンプル、および、上記工具鋼のサンプルの凝固曲線のグラフである。上記凝固曲線のデータのスケイルガリバー分析（Scheil-Gulliver analysis）によると、上記ＤＩＮ１．２３６７グレードの鋼のサンプルは、０．３９ｍｏｌ％のＭ６Ｃカーバイドと、０．２１ｍｏｌ％のＭ２Ｃカーバイドとを産出し、一方、上記工具鋼のサンプルは、０．５１ｍｏｌ％のＭ６Ｃカーバイドと、０．４３ｍｏｌ％のＭ２Ｃカーバイドとを産出する。内容から分かるように、上記工具鋼サンプルにおけるより高いカーバイド濃度は、より高い、モリブデン濃度およびバナジウム濃度によるものである。金属カーバイドの濃度が高くなるにつれて耐摩耗性が高くなり、上記工具鋼は、従来の工具鋼（例えば、ＤＩＮ１．２３６７グレードの鋼）よりも高い耐摩耗性を、有利に有する。
【０１１０】
以上のように、添付された図面を参照しながら実施形態を説明したが、当業者は、添付された請求項に規定された範囲を逸脱することなく変形および修飾がなされ得ることを、理解する。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】先行技術のショットスリーブと、ピストンのピストン先端とを備えている、先行技術のダイカスト装置の一部分の横断面図である。
【図２】ショットスリーブと、ピストンのピストン先端とを備えている、ダイカスト装置の一部分の横断面図である。
【図３】図２の上記ショットスリーブの斜視図である。
【図４】図２の上記ショットスリーブを透視した斜視図である。
【図５】図２の上記ショットスリーブの側面図である。
【図６】図２の上記ショットスリーブの上面図である。
【図７】図２の上記ショットスリーブの注ぎ口（pour）側の端面図である。
【図８】図２の上記ショットスリーブの金型（die）側の端面図である。
【図９】図７の上記ショットスリーブにおける、切断線に沿った断面図である。
【図１０】は、図９の上記ショットスリーブにおける、番号参照１０にて特定された部分を拡大した部分図である。
【図１１Ａ】図５の上記ショットスリーブにおける、切断線に沿った断面図である。
【図１１Ｂ】図５の上記ショットスリーブにおける、切断線に沿った断面図である。
【図１１Ｃ】図５の上記ショットスリーブにおける、切断線に沿った断面図である。
【図１１Ｄ】図５の上記ショットスリーブにおける、切断線に沿った断面図である。
【図１１Ｅ】図５の上記ショットスリーブにおける、切断線に沿った断面図である。
【図１２Ａ】押し出しプレスのダミーブロック形成部の横断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの上記ダミーブロックにおける、参照番号１２Ｂにて特定された部分を拡大した部分図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａの上記ダミーブロック、および、金属押し出しプレスの押出しラム形成部部分の横断面図である。
【図１３】図２の上記ショットスリーブの一部、および、図１２Ａの上記ダミーブロックの少なくとも一部の典型的な工具鋼を製造する際の、典型的な熱処理のグラフである。
【図１４】図１３の上記工具鋼の金属サンプルの光学顕微鏡の像である。
【図１５Ａ】図１４の上記金属サンプルのエッチング後における光学顕微鏡の像である。
【図１５Ｂ】図１４の上記金属サンプルのエッチング後における光学顕微鏡の像である。
【図１５Ｃ】図１４の上記金属サンプルのエッチング後における光学顕微鏡の像である。
【図１６】図１３の上記金属サンプルの距離の関数として示される、硬度のグラフである。
【図１７Ａ】Ｈ１３グレードの鋼にて作製された張力試験試料の温度上昇中における引張試験にて測定されたひずみの関数として示される、引張応力のグラフである。
【図１７Ｂ】Ｈ１３グレードの鋼にて作製された張力試験試料の温度上昇中における引張試験にて測定されたひずみの関数として示される、引張応力のグラフである。
【図１８Ａ】図１４の上記工具鋼にて作製された張力試験試料の温度上昇中における引張試験にて測定されたひずみの関数として示される、引張応力のグラフである。
【図１８Ｂ】図１４の上記工具鋼にて作製された張力試験試料の温度上昇中における引張試験にて測定されたひずみの関数として示される、引張応力のグラフである。
【図１９】図１３の上記工具鋼にて作製されたサンプルの焼き戻し温度の関数として示される、硬度のグラフである。
【図２０Ａ】および２０Ｂは、ＤＩＮ１．２３６７グレードの鋼における、凝固曲線のグラフである。
【図２０Ｂ】図１３の上記工具鋼に似た組成を有する別の典型的な工具鋼における、凝固曲線のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【国際調査報告】
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