(57)【要約】【課題】チッピングや欠け等の発生を阻止しつつ、耐摩耗性を長期間に亘って保持することにより、工具としての耐久性を著しく高めた転造ダイスを提供すること。【解決手段】転造ダイス２において、被転造部材の表面に喰い込んで転造加工を行う転造加工面６に対して、窒素原子を含むプラズマを用いたアトム窒化処理によって、最表面に窒素化合物層が存在しないアトム窒化層１４を形成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被転造部材の表面に喰い込んで転造加工を行う転造加工面に対して、窒素原子を含むプラズマを用いたアトム窒化処理によって、最表面に窒素化合物層が存在しないアトム窒化層が形成されてなる転造ダイスにして、
かかる転造加工面に形成された谷部間に位置する山部の少なくとも山頂部位において、前記アトム窒化層の最表面の窒素濃度が、２質量％を超えないように構成されていると共に、かかる最表面から少なくとも４０μｍを超える深さにおいて実用窒化層が形成されてなり、且つ表面ビッカース硬度が１１００〜１３００ＨＶの範囲内にあり、更に最表面からの深さが深くなるに従ってビッカース硬度が漸次低下して、４０μｍの深さにおけるビッカース硬度が１０００ＨＶ以上であることを特徴とする耐久性に優れた転造ダイス。
【請求項２】
前記アトム窒化処理による窒素拡散領域が、最表面から６０μｍ以上の深さに至るまで形成されている請求項１に記載の耐久性に優れた転造ダイス。
【請求項３】
前記アトム窒化層の最表面から６０μｍの深さにおけるビッカース硬度が、９００ＨＶ以上である請求項１又は請求項２に記載の耐久性に優れた転造ダイス。
【請求項４】
ネジ転造ダイスであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の耐久性に優れた転造ダイス。
【請求項５】
被転造部材に対する転造加工面が形成されてなる転造ダイス素材に対して、窒素原子を含むプラズマを用いたアトム窒化処理を施し、最表面に窒素化合物層が存在しないアトム窒化層が形成されてなる転造ダイスを製造する方法にして、
前記アトム窒化処理を施して、前記転造加工面の窒化を行う処理工程と、かかるアトム窒化処理を中断して、アトム窒化処理温度において保持することにより、表面から内部に窒素を拡散せしめる保持工程とを含むことを特徴とする転造ダイスの製造方法。
【請求項６】
前記処理工程におけるアトム窒化処理温度及び前記保持工程における保持温度が、それぞれ、４００〜５５０℃である請求項５に記載の転造ダイスの製造方法。
【請求項７】
前記処理工程におけるアトム窒化処理時間及び前記保持工程における保持時間が、それぞれ、１０分乃至１０時間である請求項５又は請求項６に記載の転造ダイスの製造方法。
【請求項８】
前記処理工程と前記保持工程とからなるプロセスを一つのサイクルとして、それを複数回繰り返すことを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか１項に記載の転造ダイスの製造方法。
【請求項９】
前記複数回のサイクルの実施において、先のサイクルの処理工程におけるアトム窒化処理時間よりも後のサイクルの処理工程におけるアトム窒化処理時間を短くすることからなる請求項８に記載の転造ダイスの製造方法。
【請求項１０】
前記複数回のサイクルの実施において、先のサイクルの保持工程における保持時間よりも後のサイクルの保持工程における保持時間を長くすることからなる請求項８又は請求項９に記載の転造ダイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐久性に優れた転造ダイス及びその製造方法に係り、特に、鋼製ダイスの耐久性を効果的に向上せしめて、その格段の長寿命化を実現した転造ダイスと、それを有利に製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被転造部材の表面に喰い込んで転造加工を行う転造加工面（転造成形面）を有する鋼製の転造ダイスにおいては、かかる転造加工面に山部や谷部からなる所定形状のパターンが形成されて、それが被転造部材に押し付けられるものであることから、その山部の山頂部位に大きな押圧力が作用することとなり、そのために、かかる山頂部位が摩耗され易く、またチッピングや欠損等の欠陥が惹起され易く、そしてそれによって、その耐久性を低下せしめ、ひいては工具寿命が短くなる問題を内在している。
【０００３】
そこで、そのような転造加工面の表面を窒化処理して、その表層部に、窒化層（窒素拡散層）を形成することにより、耐摩耗性を向上せしめ、転造ダイスの工具寿命を確保する対策が、従来より講じられて来ているのである。そして、そのような窒化処理の方法としては、例えば、特開平８−１０４９７３号公報において採用されているような塩浴窒化法や、特開２０１０−５６５４号公報、特開２０１５−１００７９７号公報等において採用されているイオン窒化法が、よく知られている。
【０００４】
しかしながら、特開平８−１０４９７３号公報等において明らかにされている塩浴窒化法を用いた窒化処理においては、Ｆｅ4 ＮやＦｅ3 Ｎ等の窒素化合物の層が窒化層の表層部に厚く形成されるようになり、この窒素化合物によって表面硬さは高くなるものの、硬くて脆い化合物層であるところから、転造ダイスとして転造加工に用いたとき、チッピングや欠損等が発生し易くなるという問題を内在するものであった。
【０００５】
また、イオン窒化法を採用して得られた転造ダイスについて開示する特開２０１０−５６５４号公報にあっても、転造ダイスの耐久性を向上せしめるべく、表面に形成される化合物層深さが１μｍ以下となるように制御することが指摘されているが、そのようなイオン窒化処理においても、上記した塩浴窒化法の場合と同様に、化合物層が必然的に生じて存在することとなり、それによって、チッピングや欠損の発生を避けることが出来ないものであった。しかも、そこでは、実用窒化層は５〜４０μｍの範囲内の深さにおいて形成されているに過ぎず、また表面硬さが１３００ＨＶ以上となるようなイオン窒化層が形成されることとなるため、チッピングや欠損等の問題は依然として残り、充分な耐久性の向上効果を期待し得るものではなかった。
【０００６】
さらに、特開２０１５−１００７９７号公報に開示の転造ダイスにあっては、その表層部にイオン窒化処理にて形成されたイオン窒化層が、その表面のビッカース硬度を１１００〜１２５０ＨＶ程度に低くする一方、その内部の１０〜２０μｍ深さ位置においては、１０００〜１２００ＨＶとなるように制御して、窒化層の表面から内部に向かって、硬度低下の勾配が緩やかになるように構成することによって、耐摩耗性や耐チッピング性を高めて、工具寿命を安定して向上せしめ得ることが、明らかにされている。しかしながら、そこでは、窒化層の深さが精々４０〜４５μｍ程度であり、しかも、４０μｍの深さにおける硬度は９００ＨＶ以下となり、またその実用窒化層の深さは４０μｍ程度となるものであるところから、耐摩耗性の向上効果は充分なものではなかったのである。尤も、そのような実用窒化層乃至イオン窒化層の深さが、より一層深くなるように、長時間のイオン窒化処理を実施した場合には、前記した窒素化合物層が窒化層の表面に厚く形成されるようになり、そのために、窒化層の表面硬度が著しく増大するようになるところから、チッピングや欠損等の問題が早期に惹起されて、その耐久性が低下せしめられることとなるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１０４９７３号公報
【特許文献２】特開２０１０−５６５４号公報
【特許文献３】特開２０１５−１００７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、チッピングや欠け等の発生を阻止しつつ、耐摩耗性を長期間に亘って保持することにより、工具としての耐久性乃至は寿命を著しく高めた転造ダイスと、その有効な製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、本発明にあっては、かくの如き課題の解決のために、被転造部材の表面に喰い込んで転造加工を行う転造加工面に対して、窒素原子を含むプラズマを用いたアトム窒化処理によって、最表面に窒素化合物層が存在しないアトム窒化層が形成されてなる転造ダイスにして、かかる転造加工面に形成された谷部間に位置する山部の少なくとも山頂部位において、前記アトム窒化層の最表面の窒素濃度が、２質量％を超えないように構成されていると共に、かかる最表面から少なくとも４０μｍを超える深さにおいて実用窒化層が形成されてなり、且つ表面ビッカース硬度が１１００〜１３００ＨＶの範囲内にあり、更に最表面からの深さが深くなるに従ってビッカース硬度が漸次低下して、４０μｍの深さにおけるビッカース硬度が１０００ＨＶ以上であることを特徴とする耐久性に優れた転造ダイスを、その要旨とするものである。
【００１０】
なお、このような本発明に従う転造ダイスの好ましい態様の一つによれば、前記アトム窒化処理による窒素拡散領域が、最表面から６０μｍ以上の深さに至るまで形成されているように構成される。
【００１１】
また、かかる本発明に従う転造ダイスの好ましい態様の他の一つによれば、前記アトム窒化層の最表面から６０μｍの深さにおけるビッカース硬度が、９００ＨＶ以上であるように構成されることとなる。
【００１２】
さらに、本発明に従う転造ダイスは、望ましくは、ネジ転造ダイスが対象とされるものである。
【００１３】
そして、本発明にあっては、上述の如き転造ダイスを有利に得るために、被転造部材に対する転造加工面が形成されてなる転造ダイス素材に対して、窒素原子を含むプラズマを用いたアトム窒化処理を施し、最表面に窒素化合物層が存在しないアトム窒化層が形成されてなる転造ダイスを製造する方法にして、前記アトム窒化処理を施して、前記転造加工面の窒化を行う処理工程と、かかるアトム窒化処理を中断して、アトム窒化処理温度において保持することにより、表面から内部に窒素を拡散せしめる保持工程とを含むことを特徴とする転造ダイスの製造方法をも、その要旨とするものである。
【００１４】
なお、このような本発明に従う転造ダイスの製造方法の望ましい態様の一つよれば、前記処理工程におけるアトム窒化処理温度及び前記保持工程における保持温度は、それぞれ、４００〜５５０℃であり、また前記処理工程におけるアトム窒化処理時間及び前記保持工程における保持時間は、それぞれ、１０分乃至１０時間である。
【００１５】
また、本発明にあっては、有利には、前記処理工程と前記保持工程とからなるプロセスを一つのサイクルとして、それを複数回繰り返すことにより、上記した優れた特徴を有する転造ダイスを有利に得ることが出来るのであり、その際、かかる複数回のサイクルの実施において、先のサイクルの処理工程におけるアトム窒化処理時間よりも後のサイクルの処理工程におけるアトム窒化処理時間を短くしたり、先のサイクルの保持工程における保持時間よりも後のサイクルの保持工程における保持時間を長くしたりすることが、有利に採用されることとなる。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明に従う転造ダイスにあっては、その転造加工面に、硬くて脆い窒素化合物層が最表面に存在することのないアトム窒化層が形成されているところから、そのような窒素化合物層に起因するチッピングや欠損等の問題の発生が効果的に回避されつつ、転造加工面に形成された谷部間に位置する山部の少なくとも山頂部位に形成されるアトム窒化層においては、その最表面の窒素濃度が２質量％を超えないように構成されると共に、実用窒化層が最表面から少なくとも４０μｍを超える深さに至るまで形成されて、表面ビッカース硬度が１１００〜１３００ＨＶの範囲内とされ、更に最表面から４０μｍの深さにおけるビッカース硬度が１０００ＨＶ以上となるように構成されていることによって、少なくとも、かかる山頂部位、ひいては転造加工面における耐摩耗性が、工具としての長期使用において、有利に確保され得ることとなったのであり、以て、転造ダイスの耐久性が効果的に向上され得て、工具寿命を大幅に向上せしめ得たのである。
【００１７】
また、本発明に従う転造ダイスの製造方法によれば、転造ダイス素材に形成された、被転造部材に対する転造加工面に対して、窒素原子を含むプラズマを用いたアトム窒化処理を施す処理工程の後に、そのようなアトム窒化処理の施された転造ダイス素材に対して、アトム窒化処理を行うことなく、アトム窒化処理温度において保持して、窒素の拡散を図る保持工程が採用されているところから、そのような保持工程において、転造ダイス素材の転造加工面の表層部に形成されるアトム窒化層の最表面の領域に存在する窒素を、深さ方向の内部にまで効果的に拡散せしめて、かかる最表面の窒素濃度を下げ、最適な表面硬さを実現すると共に、アトム窒化層の内部の硬度を有利に高め得て、目的とする特性を有するアトム窒化層が形成された転造ダイスが、有利に得られることとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明において対象とする転造ダイスの一つであるネジ転造平ダイスを用いたネジ転造工程の一例を示す説明図である。
【図２】図１において用いられるネジ転造平ダイスの転造加工面を示す斜視説明図とその転造加工面の断面の部分拡大説明図である。
【図３】図２に示される転造加工面の断面の部分拡大図における山部部分を、更に拡大して示す断面説明図である。
【図４】本発明に従う転造ダイスの転造加工面に形成されるアトム窒化層の特性の一例を示すものであって、（ａ）は、アトム窒化層の表面からの深さと窒素濃度との関係を示すチャートであり、（ｂ）は、そのような転造加工面に形成されたアトム窒化層の表面からの距離とマイクロビッカース硬さとの関係を示すグラフの一例である。
【図５】従来のイオン窒化法により転造加工面に形成されるイオン窒化層の特性の一例を示すものであって、（ａ）は、イオン窒化層の表面からの距離と窒素濃度との関係を示すチャートであり、（ｂ）は、イオン窒化層の表面からの距離とマイクロビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【図６】転造ダイスの転造加工面にそれぞれ形成された、本発明に従うアトム窒化層と従来のイオン窒化層とをＸ線回折分析して得られた結果を対比して示すチャートである。
【図７】実施例において得られた、アトム窒化層とイオン窒化層の深さ方向におけるマイクロビッカース硬さの測定結果を対比して示すグラフである。
【図８】実施例において得られた、アトム窒化層の深さ方向における窒素濃度の測定結果を示すチャートである。
【図９】実施例において得られた、イオン窒化層の深さ方向における窒素濃度の測定結果を示すチャートである。
【図１０】実施例において窒化処理して得られた平ダイスの転造加工面における山部の山頂部位の断面写真であって、（ａ）は、アトム窒化層が設けられてなるものの金属組織のナイタール腐食写真であり、（ｂ）は、イオン窒化層が設けられてなるものの金属組織のナイタール腐食写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００２０】
先ず、転造ダイスを用いて被転造部材を転造加工する一例として、図１には、鋼製のネジ転造平ダイスを用いたネジの転造加工工程の一例が示されている。そこにおいて、ネジ転造平ダイス（金型）は、それぞれ、鋼製の矩形ブロック状乃至は厚肉平板状の固定側転造ダイス２ａと移動側転造ダイス２ｂとから構成され、それらが、互いに平行に所定間隙を隔てて配置された状態において、ネジ山のないブランクネジ４が、被転造部材として、それら転造ダイス２ａ，２ｂ間の間隙内に一端側から挿入されて挟み込まれるようになっているのである。一方、それら転造ダイス２ａ，２ｂの対向面は、それぞれ、転造加工面６とされて、そこに、目的とするネジの転造成形のために山を切る（転造する）ための溝（谷部とその間に山部）が、設けられている。そして、それら転造ダイス２ａ，２ｂ間にブランクネジ４を挟んだ状態において、移動側転造ダイス２ｂを、固定側転造ダイス２ａに対して移動せしめることにより、ブランクネジ４を軸回りに回転させて、その脚部に所定のネジ山を転造成形した後、目的とするネジ８が、転造ダイス２ａ，２ｂの他端側から排出されることとなる。
【００２１】
そして、そのような固定側転造ダイス２ａや移動側転造ダイス２ｂとして用いられる転造ダイス２の転造加工面６には、ネジ山の成形のために、図２に示されるように、山部１０や谷部１２が交互に設けられてなる凹凸構造（パターン）が形成されて、そのような凹凸面が、被転造部材であるブランクネジ４の脚部に押し付けられることにより、その表面に喰い込んで、転造加工が行われることとなるのであるが、その際、かかる転造加工面６の山部１０、特に、その山頂部位から被転造部材の表面に当接せしめられて、大きな押圧力（塑性変形荷重）が作用することとなるところから、少なくとも、そのような山部１０の山頂部分を含む転造加工面６には、高い耐摩耗性と共に、チッピングや欠損等の問題が短期間で発生することがないような特性が、求められているのである。
【００２２】
そこで、本発明にあっては、かかる転造ダイス２の転造加工面６に対して、窒素原子を含むプラズマを用いたアトム窒化処理を施すことによって、最表面に窒素化合物層が存在しないアトム窒化層を形成すると共に、図３に示される如く、かかる転造加工面６における谷部１２，１２間に位置する山部１０の、少なくとも山頂部位に形成されたアトム窒化層１４が、その最表面の窒素濃度が２質量％を超えないように構成し、また、かかる最表面から少なくとも４０μｍを超える深さにおいて実用窒化層を形成せしめたのであり、更に、表面ビッカース硬度が１１００〜１３００ＨＶの範囲内にあり、且つアトム窒化層１４の最表面から深さが深くなるに従ってビッカース硬度が漸次低下して、かかる最表面から４０μｍの深さにおけるビッカース硬度が、１０００ＨＶ以上であるように構成したのである。
【００２３】
すなわち、本発明に従う転造ダイス２にあっては、その転造加工面６が、アトム窒化処理手法を採用して窒化処理されているところから、転造加工面６の全面に亘って窒素が材質内に入り込み、窒化層としてのアトム窒化層１４が形成されることとなるのであるが、そのようなアトム窒化層１４の最表面には、従来のイオン窒化処理にて形成されるイオン窒化層の如く、Ｆｅ4 ＮやＦｅ3 Ｎの窒素化合物の層が存在することが実質的にないところから、そのような脆い化合物層の存在によって、チッピングや欠損等の問題が、転造ダイスとして使用中に早期に惹起されることが、効果的に抑制乃至は阻止され得ることとなるのである。また、そのような本発明に従うアトム窒化層１４の特徴は、イオン窒化層との対比において、Ｘ線回折分析結果を示す図６から明らかなところであり、そこでは、アトム窒化層が、α−Ｆｅのピークしか示していないのに対して、イオン窒化層の場合にあっては、α−Ｆｅのピークの他、Ｆｅ4 ＮやＦｅ3 Ｎのピークが複数表れており、窒素化合物層が形成されていることが、認められるのである。
【００２４】
ところで、本発明において、転造ダイス２の転造加工面６に、上述のようなアトム窒化層１４を形成するアトム窒化処理は、窒素原子を金属内部へ拡散、浸透せしめる一つの手法として知られており、例えば、ＷＯ２０１２／１５３７６７号公報や特開２０１３−８２９７６号公報、特開２０１６−１９６６９６号公報等に明らかにされている如く、窒素を含むガスに電子ビーム又はマイクロ波を照射して得られる、窒素原子を含むプラズマを用いて、転造加工面を処理する等の手法に従って、目的とするアトム窒化層１４は容易に形成され得るところであり、また、それら公報に開示の手法の他、公知の他のアトム窒化処理手法も、適宜に採用されるところである。
【００２５】
さらに、かかる転造ダイス２の転造加工面６に形成されるアトム窒化層１４、特に図３に示される如く、転造加工面６に形成された谷部１２，１２間に位置する山部１０の少なくとも山頂部位に形成されるアトム窒化層１４は、その最表面の窒素濃度が２質量％を超えないように、好ましくは１．９質量％以下となるように構成されて、表面硬度が高くなり過ぎないように調整されている。また、かかる最表面から少なくとも４０μｍを超える深さにおいて、好ましくは７０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上の深さにおいて、実用窒化層、換言すれば窒素の拡散、浸透によって、母材の硬さに５０ＨＶを加えた値以上の硬さが実現された領域が形成され、更に表面ビッカース硬度が１１００〜１３００ＨＶ、好ましくは１１５０〜１２５０ＨＶの範囲内となるように調整され、且つ最表面からの深さが深くなるに従ってビッカース硬度が緩やかに漸次低下して、４０μｍの深さにおけるビッカース硬度が１０００ＨＶ以上となるように構成されているのである。、このような特性を具備することによって、転造ダイス２の転造加工面６に、有効な硬さを有するアトム窒化層１４が深く（厚く）形成されて、その優れた耐摩耗性を長期間に亘って発揮せしめつつ、チッピングや欠損等の問題の発生を効果的に抑制乃至は阻止して、工具寿命の向上が有利に図られ得ることとなったのである。
【００２６】
なお、転造加工面６における谷部１２，１２間に位置する山部１０の山頂部位における表面ビッカース硬度は、直接には測定することが困難であるところから、一般に、平坦面に対する同一条件下でのアトム窒化処理にて形成されるアトム窒化層について、その最表面のビッカース硬度を測定し、その値から、山頂部位における表面ビッカース硬度が推定されることとなる。
【００２７】
そして、上述せる本発明に従う転造ダイスの転造加工面に形成されるアトム窒化層１４の特徴は、図４（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示される、アトム窒化層１４の表面からの距離に対する窒素濃度及びビッカース硬度の測定結果の一例と、図５（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示される、イオン窒化層の表面からの距離に対する窒素濃度及びビッカース硬度の測定結果の一例とを対比することにより、より一層明らかなところである。
【００２８】
また、転造ダイス２の転造加工面６に対するアトム窒化処理によって、上述の如き特性を有するアトム窒化層１４が、かかる転造加工面６における少なくとも山部１０の山頂部位に形成せしめられることにより、そこでは、かかるアトム窒化処理による窒素拡散領域が、最表面から６０μｍ以上の深さに至るまで、好ましくは１００μｍ以上の深さに至るまで形成されるように構成され、これによって、アトム窒化層１４の深さが深くなり、また深さに対する硬度変化が小さくなるようにして、耐摩耗性に優れた硬度の高い領域が厚く形成されることにより、耐久性、ひいては工具寿命の向上に有利に寄与せしめ得たのである。
【００２９】
さらに、本発明にあっては、上述の如く厚く形成されるアトム窒化層１４において、その最表面から６０μｍの深さ、好ましくは７０μｍの深さにおけるビッカース硬度が９００ＨＶ以上となるように構成することが望ましく、これによって、優れた耐摩耗性を長期間に亘って確保することが可能となって、耐久性の向上、そして工具寿命のより一層の向上を図ることが可能となるのである。
【００３０】
ところで、かくの如き本発明に従う耐久性に優れた転造ダイスを製造するに際しては、被転造部材に対する転造加工面（山部１０及び谷部１２）が形成されてなる転造ダイス素材に対して、窒素原子を含むプラズマを用いたアトム窒化処理を施すことにより、転造加工面の窒化を行う処理工程と、そのようなアトム窒化処理を中断して、換言すれば転造ダイス素材の処理系に、窒素原子を含むプラズマが導入されるのを停止して、そのまま、アトム窒化処理温度において保持することにより、窒素の内部への拡散を図る保持工程とを採用して、目的とするアトム窒化層が、転造ダイス素材の転造加工面に形成されるようにした手法が、有利に採用されるのである。そこにおいて、アトム窒化処理温度における保持工程は、その前工程である処理工程におけるアトム窒化処理によって導入された窒素を、最表面から深さ方向に拡散せしめて、最表面の窒素濃度を低下せしめることにより、形成されたアトム窒化層の最表面の硬度が高くなり過ぎないようにして、チッピングや欠損等の問題の発生を抑制乃至は回避するものであり、また、それによって、アトム窒化層１４が深く形成されるように寄与するものである。
【００３１】
なお、上述の如き処理工程と保持工程とが適用されて、目的とする本発明に従う転造ダイスを与える転造ダイス素材には、公知の鋼材質の素材が適宜に用いられ得るところであり、例えば、ＳＫＤ、ＳＫＨ等の合金工具鋼や高速度工具鋼等の工具鋼が、適宜に用いられることとなる。そして、そのような所定の鋼材質からなる転造ダイス素材には、目的とする転造ダイスの転造加工面に相当する面において、被転造部材を転造加工するための山部（１０）や谷部（１２）が形成されて、そこに、本発明に従うアトム窒化処理が施されることとなるのである。
【００３２】
また、かかるアトム窒化処理には、公知のアトム窒化処理条件がそのまま採用され得、例えば、アトム窒化処理温としては、一般に、４００〜５５０℃、好ましくは４５０〜５２０℃の範囲内の温度が採用されることとなる。従って、アトム窒化処理工程に続く保持工程においても、一般に、４００〜５５０℃、好ましくは４５０〜５２０℃の範囲内の温度が採用されることとなる。なお、保持工程における保持温度は、一般に、処理工程におけるアトム窒化処理温度と同様な温度とされることが望ましいが、アトム窒化処理温度（４００〜５５０℃）の範囲内において変化させることも可能である。また、アトム窒化処理時間としては、一般に、１０分〜１０時間、好ましくは１時間〜８時間の範囲内において、採用されることが望ましく、保持工程における保持時間としても、同様に、１０分〜１０時間、好ましくは１時間〜８時間の範囲内において採用されることとなる。
【００３３】
そして、本発明にあっては、上記したアトム窒化処理に係る処理工程と、アトム窒化処理温度における保持工程とからなるプロセスを一つのサイクルとして、それを複数回繰り返して、転造加工面に、目的とするアトム窒化層を形成する手法が好適に採用され、これによって、転造加工面内部への窒素の拡散の向上を図ると共に、内部に拡大された窒素拡散層の靱性が効果的に回復せしめられ得て、耐摩耗性や耐チッピング性、耐欠損性に優れた転造加工面が、有利に形成せしめられるのである。
【００３４】
また、そのような処理工程と保持工程とからなるプロセスを一つのサイクルとして、それを、複数回繰り返す場合において、先に実施されるサイクルの処理工程における処理時間よりも、その後に実施されるサイクルの処理工程における処理時間を短くしたり、或いはそれに変えて、又はそれと共に、先に実施されるサイクルの保持工程における保持時間よりも、その後に実施されるサイクルの保持工程における保持時間を長くすることが有利に採用され、これによって、最表面の窒素濃度を下げつつ内部への窒素の拡散をより一層有利に実現せしめて、本発明に従う特性を有するアトム窒化層が、有利に形成されることとなる。
【００３５】
以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。
【００３６】
例えば、本発明において規定される特性を有するアトム窒化層は、転造ダイスにおける転造加工面（転造成形面）に設けられた山部や谷部のうち、少なくとも山部の山頂部位において形成されるものであるが、そのような山頂部位は、勿論、山部の他の部位、例えば基部等や谷部部位に形成されるアトム窒化層にも、本発明に従う特性を付与しても、何等差し支えない。
【００３７】
また、上述した実施形態においては、ネジ転造ダイスの一つとして、ネジ転造平ダイスを挙げて説明しているが、本発明が、ネジ転造丸ダイスにもそのまま適用され得るものであることは、言うまでもないところであり、更にプラネタリ式ダイス等種々の転造ダイスにも有利に適用され得るものであり、加えて、スプライン、セレーション、ウォーム等のような回転対称体である機械要素部品の転造加工に用いられるダイスにも、好適に適用され得るところである。
【実施例】
【００３８】
以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。
【００３９】
先ず、転造ダイス素材として、冷間工具鋼からなる１０５ｍｍ×２５ｍｍ×２５ｍｍのサイズの平ダイス素材であって、その転造加工面となる面に対してネジ形成用の谷部と山部が設けられてなるものを、準備した。そして、特開２０１６−１９６６９６号公報に記載の如き窒化処理装置を用い、その処理室内に、かかる平ダイス素材を配置してなる状態において、窒素：水素：アルゴン＝１：０．０５：０．８なる比率の雰囲気ガスを用いて、大電流電子ビームの照射により、窒素分子を解離して、生成せしめられた高濃度の窒素原子雰囲気、換言すれば窒素原子を含むプラズマによる窒化処理を、かかる平ダイス素材の転造加工面に対して、４８０℃の温度で６時間実施した後、そのままの温度（４８０℃）において、かかる窒素を含むプラズマの生成を停止した状態下において、２時間の保持を行い、保温処理を実施した（１回目の処理工程と保持工程の実施）。更に、そのような１回目の窒化処理工程に続いて、２回目のアトム窒化処理と保温処理を実施した（２回目の処理工程と保持工程の実施）。なお、２回目のアトム窒化処理と保温処理の温度には、それぞれ、１回目と同じ温度を採用したが、２回目のアトム窒化処理時間は４時間とし、また２回目の保温時間は４時間とした。
【００４０】
次いで、かくの如くして、平ダイス素材の転造加工面に所定のアトム窒化層を形成して得られた平ダイス（発明品）について、その転造加工面における山部の山頂部分に形成されたアトム窒化層の断面における、深さ方向の窒素濃度の変化及びビッカース硬度の変化を、それぞれ、調べた。なお、アトム窒化層における窒素濃度の測定には、ＥＰＭＡ（日本電子株式会社製：フィールドエミッション電子プローブマイクロアナライザ  ＪＸＡ−８５３０Ｆ）によるＷＤＸ線分析法を採用し、またビッカース硬度の測定には、マイクロビッカース硬さ計（株式会社アカシ製：微小硬さ試験機  ＨＭ−１２４）を用いて、それぞれの測定を実施した。そして、その得られたビッカース硬度の変化及び窒素濃度の変化を、それぞれ、図７及び図８に示した。また、上記の測定により、アトム窒化層最表面の窒素濃度が１．８質量％であり、実用窒化層の深さは１０５μｍであり、表面ビッカース硬度が１２２４ＨＶであり、４０μｍの深さにおけるビッカース硬度は１０４０ＨＶであることが解った。
【００４１】
一方、比較のために、同様な平ダイス素材を用いて、従来と同様なイオン窒化処理を施して得られた平ダイス（比較品）についても、その転造加工面に形成されたイオン窒化層における窒素濃度の変化及びビッカース硬度の変化を、上記と同様にして調べ、その結果を、図７及び図９に、それぞれ、示した。その結果、イオン窒化層の最表面の窒素濃度：２．６質量％、実用窒化層深さ：５５μｍ、表面ビッカース硬度：１２７３ＨＶ、４０μｍの深さにおけるビッカース硬度：９２０ＨＶであることが解った。
【００４２】
また、図７に示されるアトム窒化層とイオン窒化層のビッカース硬度変化の対比から明らかなように、本発明に従って形成されたアトム窒化層においては、より深い深さ領域まで、高いビッカース硬度が、小さな硬度変化の割合において形成されており、また図８と図９の対比から明らかな如く、本発明に従って形成されたアトム窒化層においては、最表面の窒素濃度は２質量％以下の低い濃度ではあるものの、その窒素濃度の変化は小さく、且つ４０μｍを超える深い深さ領域まで高い窒素濃度が維持されていることが認められ、これによって、本発明に従って形成されたアトム窒化層が優れた耐摩耗性を維持し、ひいては耐久性を著しく向上せしめ得るものであることが理解される。
【００４３】
さらに、そのような平ダイスの転造加工面における山部の山頂部分の金属組織のナイタール腐食写真を、本発明に従って、アトム窒化層が設けられたもの（発明品）と、従来のイオン窒化層を設けてなるもの（比較品）について撮影した結果を、図１０（ａ）及び（ｂ）に示しているが、本発明に従う平ダイスにおける山頂部分には、何等の窒素化合物層も認められないのに対して、従来の平ダイスに設けられたイオン窒化層においては、白矢印で示される山頂部分に、３μｍ程度までの厚さの白い層が、窒素化合物の層として形成されていることを、認めることが出来る。
【００４４】
なお、かかる本発明に従う平ダイスのアトム窒化層と従来の平ダイスにおけるイオン窒化層についてＸ線回折装置（株式会社リガク製：自動Ｘ線回折装置  ＳｍａｒｔＬａｂ）を用いて、Ｘ線回折分析して、化合物層の有無を評価したところ、図６と同様な結果が得られ、本発明に従うアトム窒化層においては、Ｆｅ4 ＮやＦｅ3 Ｎ等の窒素化合物によるピークは、何等認められなかった。
【００４５】
次いで、上記の本発明に従うアトム窒化層が形成されてなる平ダイス（発明品）と従来の如きイオン窒化層が形成されてなる平ダイス（比較品）を用い、更に市販のイオン窒化された平ダイス（市販品）を用いて、それぞれ、実機により、被転造部材であるＳＣＭ製ブランクネジのネジ転造を実施し、工具寿命に到達するまでに転造加工することの出来るブランクネジの個数を調べ、その結果を、下記表１に示した。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
かかる表１の結果から明らかなように、本発明に従ってアトム窒化層が形成されてなる発明品平ダイスにあっては、転造加工が可能な個数が８８０００個であるのに対して、イオン窒化層を設けてなる比較品平ダイスや市販品の平ダイスは、それぞれ、５５５００個及び３００００個となり、本発明に従うアトム窒化層が設けられてなる平ダイス（発明品）の工具寿命が、著しく向上せしめられ得ていることが、理解される。
【符号の説明】
【００４８】
２    転造ダイス                    ２ａ  固定側転造ダイス
２ｂ  移動側転造ダイス              ４    ブランクネジ
６    転造加工面                    ８    ネジ
１０  山部                          １２  谷部
１４  アトム窒化層
【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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