(57)【要約】    【課題】  粉末高速度工具鋼で形成されてなり、十分な硬さを有し耐摩耗性に優れるとともに、折損を防止する十分な靭性を有する射出成形機や押出成形機に用いられるスクリュを提供する。    【解決手段】  質量％でＣ：０．５％以上２．０％未満、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：３．０〜７．０％、Ｗ：２．０〜２２．０％、Ｍｏ：２．０〜１５．０％、かつＷ＋２Ｍｏ：１２．０％超え３４．０％以下、Ｖ：１．０〜８．０％、Ｃｏ：１．０〜１５．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物を含有する粉末高速度工具鋼からなることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でＣ：０．５％以上２．０％未満、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：３．０〜７．０％、Ｗ：２．０〜２２．０％、Ｍｏ：２．０〜１５．０％、かつＷ＋２Ｍｏ：１２．０％超え３４．０％以下、Ｖ：１．０〜８．０％、Ｃｏ：１．０〜１５．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物を含有する粉末高速度工具鋼からなることを特徴とする成形機用スクリュ。
【請求項２】
前記粉末高速度工具鋼は、硬さがＨＲＣ６３〜６８であり、かつ吸収エネルギーが５０００〜７０００Ｎ・ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の成形機用スクリュ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス繊維やミネラルなどの強化材を多量に含有するプラスチック樹脂やプラスチックマグネットなどの射出成形機や押出成形機に用いられるスクリュに関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機や押出成形機に用いられるスクリュは、プラスチック樹脂やプラスチックマグネットによる激しい摩耗作用や腐食作用を受けるため、優れた耐摩耗性と耐食性を要求される。従来のスクリュとして、スクリュ母材である構造用合金鋼の外表面に、耐摩耗耐食合金を肉盛溶接、溶射の表面処理を施したり、窒化チタンや窒化クロムなどの硬質被膜を施すものがある。また、高硬度の炭化物を含有する粉末高速度工具鋼で形成したスクリュが知られている。
【０００３】
特許文献１には、Ｃ：１．６６〜３．５％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：８．０〜１７．０％、Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．３〜８．０％、Ｖ＋Ｎｂ：１．５〜１４．０％の他に、Ｎｉ：０．２〜５．０％、Ｃｏ：１．０〜８．０％、Ｃｕ：０．２〜５．０％のうち、いずれか１種または２種以上を含むＦｅ基合金粉末を熱間静水圧プレスにより圧密化した後、熱間加工、機械加工を施し、さらに所定の硬さに焼入れ、焼戻しを行なうことにより、炭化物の面積率を２０％以上３５％以下にしたことを特徴とする高温成形用耐食耐摩スクリュが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、Ｃ：０．８〜１．６５％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：４．０〜１０．０％、Ｍｏ＋１／２Ｗ：１．５〜６．０％、Ｖ＋Ｎｂ：１．５〜５．０％、Ｃｏ：２．０〜１０．０％およびＮｉ：０．５〜３．０％、Ｃｕ：０．３〜３．０％の１種または２種を含み、残部実質的にＦｅの合金棒材に機械加工を施し、さらに所定の硬さに焼入れ、焼戻しを施してなる高温焼戻し軟化抵抗、耐食性、耐摩耗性に優れたことを特徴とする高温成形用耐食耐摩スクリュが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−７５６５３号公報
【特許文献２】特開平１−３０１８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スクリュは、その軸の片端部の装着部分を駆動源に嵌入して固着し、この装着部分からやや距離をおいた位置から他端部にかけてのスクリュ形成部分をシリンダ内に挿入され、いわゆる片持ち構造として回転駆動され、射出成形の場合はさらに軸方向の急速な加圧運動が加えられる。このため、特に射出成形の場合には、装着部分に大きな応力が加わり、また、この装着部分には、キー溝やスプラインが刻設されているので、折損が生じ易い。また、スクリュ形成部分の耐摩耗性を向上するために、全体の硬さを高めに設定することは有効であるが、硬さが高過ぎた場合には、靭性が不足して折損などが発生し易い。これは特にガラス繊維やミネラルなどの強化材を４０％以上添加したプラスチック樹脂やプラスチックマグネットなどの難成形材料を成形する場合に課題である。
【０００７】
本発明は、粉末高速度工具鋼で形成されてなり、十分な硬さを有し耐摩耗性に優れるとともに、折損を防止する十分な靭性を有する射出成形機や押出成形機に用いられるスクリュを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の成形機用スクリュは、質量％でＣ：０．５％以上２．０％未満、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：３．０〜７．０％、Ｗ：２．０〜２２．０％、Ｍｏ：２．０〜１５．０％、かつＷ＋２Ｍｏ：１２．０％超え３４．０％以下、Ｖ：１．０〜８．０％、Ｃｏ：１．０〜１５．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物を含有する粉末高速度工具鋼からなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の成形機用スクリュを形成する粉末高速度工具鋼は、硬さがＨＲＣ６３〜６８であり、かつ吸収エネルギーが５０００〜７０００Ｎ・ｍｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の成形機用スクリュの組成範囲（質量％）の限定理由について述べる。
【００１１】
Ｃ：０．５％以上２．０％未満
ＣはＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖと結合して炭化物を形成し、一部は基地中に固溶することにより耐摩耗性を高める。Ｃの含有量が０．５％未満では基地の硬さが低く、耐摩耗性が不足する。また２．０％以上では炭化物の量が多くなり過ぎ機械的性質が劣化する。より好ましいＣの含有量は１．０〜１．５％である。
【００１２】
Ｓｉ：１．５％以下
Ｓｉは脱酸剤と用いられるとともに、基地の硬さを高める効果がある。Ｓｉの含有量が１．５％を超えると脆くなる。
【００１３】
Ｍｎ：１．０％以下
ＭｎはＳｉと同様に脱酸のために添加する。また焼入性を高める効果がある。Ｍｎの含有量が１．０％を超えると効果が飽和する。
【００１４】
Ｃｒ：３．０〜７．０％
Ｃｒは耐食性を改善して腐食摩耗を抑制する。Ｃｒの含有量が３.０％以上で炭化物が十分に形成され耐摩耗性を高める。７．０％を超えると靭性の低下が起きるので好ましくない。より好ましいＣｒの含有量は３．０〜６．０％である。
【００１５】
Ｗ：２．０〜２２．０％、Ｍｏ：２．０〜１５．０％、かつ
Ｗ＋２Ｍｏ：１２．０％超え３４．０％以下
ＷおよびＭｏは耐摩耗性を付与するために重要な元素であり、硬い炭化物を分散させ、基地の硬度を高くする。このためには、Ｗの含有量が２．０％以上、かつＭｏの含有量が２．０％以上、かつＷ＋２×Ｍｏの合計量が１２．０％を超えることが必要である。Ｗ、Ｍｏ含有量を増加することにより、Ｍ6Ｃ型などの炭化物を適度に分散させ、また焼戻し二次硬化量を高める。一方、Ｗが２２．０％、Ｍｏが１５．０％、またはＷ＋２Ｍｏが３４．０％を超えると炭化物が多くなり過ぎ、またマトリックス中に固溶する合金元素も多くなって靭性を劣化させる。より好ましい含有量は、Ｗ：５．０〜１５．０％、Ｍｏ：３．０〜１０．０％、Ｗ＋２Ｍｏ：１２．０％超え２０．０％以下である。
【００１６】
Ｖ：１．０〜８．０％
ＶはＷ、Ｍｏと同様の効果を有しており、Ｖの含有量が１．０％未満では耐摩耗性の向上効果が少なく、逆に８．０％を超えるとスクリュの加工性が難しくなり、また靭性を低下させる。より好ましいＶの含有量は１．０〜６．０％である。
【００１７】
Ｃｏ：１．０〜１５．０％
Ｃｏは基地に固溶して基地の硬度を高める。Ｃｏの含有量が１５．０％を超えると脆くなる。より好ましいＣｏの含有量は１．０〜１０．０％である。
【００１８】
本発明のスクリュは、スクリュ材料の折損の発生し難さを指す靭性を吸収エネルギーで評価した。材料の硬さが高いほど吸収エネルギーは低下する傾向にあり、すなわち硬さと靭性は反比例の関係にある。本発明の粉末高速度工具鋼製のスクリュは、両者を最適なバランスで調整でき、すなわち硬さがＨＲＣ６３〜６８であり、かつ吸収エネルギーが５０００〜７０００Ｎ・ｍｍであるので、十分な硬さを有し耐摩耗性に優れるとともに、折損を防止するのに十分な靭性を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
表１に示す組成範囲（質量％）の粉末合金を熱間静水圧プレスにより圧密化した後、焼入れ、焼戻しを行ない、スクリュ材料として、本発明材１〜３、本発明の組成範囲外の比較材１〜２、特許文献１相当材である従来材を製造した。
【００２０】
これらのスクリュ材料を用いて、硬さ、０．２％耐力、引張強さ、抗折力、吸収エネルギーの特性調査を行なった。表２にその結果を示す。
【００２１】
また、本発明材１と従来材１において、耐摩耗性および耐食性を比較した。耐摩耗性はスラリー摩耗試験として、寸法が５ｍｍ×１０ｍｍ×２０ｍｍの試料を、平均粒径３０μｍのＳｉＯ2スラリー中に、回転数８００ｒｐｍ、５時間回転させた後の摩耗減量（×10-3ｇ）を測定し実施した。
【００２２】
耐食性は、寸法が外径８ｍｍ×１６ｍｍの試料を、溶液温度４０℃の１０％ＨＣｌ水溶液および溶液温度４０℃の１０％Ｈ2ＳＯ4水溶液中に、それぞれ１０時間浸漬した後、腐食減量（×10-3ｇ／cm2／Hr）を調べた。表３に耐摩耗性および耐食性の試験結果を示す。
【００２３】
また、図１に本発明材１のスクリュ材料の金属組織写真（倍率４００倍）を示す。黒色で示される金属基地中に、白色で示される微細な炭化物が均一に分散している。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
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【００２６】
【表３】
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【００２７】
本発明材は、比較材や従来材に比べて、十分な硬さ、耐力、引張強さ、抗折力を有し、特に吸収エネルギーが優れており十分な靭性を有することがわかる。また、本発明材は従来材に比べて格段に耐摩耗性に優れるとともに、耐食性も良好であることが確認できた。
【００２８】
また本発明材および従来材のスクリュ材料を所定のスクリュ形状に加工し、射出成形機用のスクリュを製作した。これらのスクリュを、それぞれ射出成形機に組み込み、プラスチックマグネット成形を行ない、耐用寿命比較試験を実施した。その結果、本発明のスクリュは、従来材と比較し摩耗が少なく、約２倍の耐用寿命で安定した操業を実現することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の成形機用スクリュによれば、十分な硬さを有し耐摩耗性に優れるとともに、十分な靭性を有するので折損を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明材１のスクリュ材料の金属組織写真を示す。
【図１】
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