(57)【要約】【課題】  潤滑剤付着性、耐焼付き性に優れる温熱間加工用被覆工具とその製造方法を提供する。【解決手段】  熱間金型用合金工具鋼もしくは高速度工具鋼を母材として、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂの１種以上を主体とした窒化物層もしくは炭窒化物層であるａ層を形成した温熱間加工用工具であって、該ａ層の上には、Ｆｅ，Ｍｏ，Ｗのうちの１種以上を主体とした硫化物層であるｂ層が存在し、かつ被覆の最表層の表面粗さがＲｚ：１５超〜４０μｍである潤滑剤付着性および耐焼付き性に優れた温熱間加工用被覆工具である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間金型用合金工具鋼もしくは高速度工具鋼を母材として、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂの１種以上を主体とした窒化物層もしくは炭窒化物層であるａ層を形成した温熱間加工用工具であって、該ａ層の上には、Ｆｅ，Ｍｏ，Ｗのうちの１種以上を主体とした硫化物層であるｂ層が存在し、かつ被覆の最表層の表面粗さがＲｚ：１５超〜４０μｍであることを特徴とする潤滑剤付着性および耐焼付き性に優れた温熱間加工用被覆工具。
【請求項２】
前記ａ層の直上に、前記ｂ層が存在し、該ｂ層の直上にはＴｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｕの１種以上を主体とした金属層もしくは金属酸化物層であるｃ層が存在することを特徴とする請求項１に記載の潤滑剤付着性および耐焼付き性に優れた温熱間加工用被覆工具。
【請求項３】
前記ａ層の直上に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｕの１種以上を主体とした金属層もしくは金属酸化物層であるｃ層が存在し、該ｃ層の直上には前記ｂ層が存在することを特徴とする請求項１に記載の潤滑剤付着性および耐焼付き性に優れた温熱間加工用被覆工具。
【請求項４】
前記ｂ層に、Ｎｂ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎの１種以上が合計で１５原子％以下含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の潤滑剤付着性および耐焼付き性に優れた温熱間加工用被覆工具。
【請求項５】
各層の厚さが、前記ａ層は１〜１５μｍ、前記ｂ層は０．５〜１０μｍ、前記ｃ層は１〜５μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の潤滑剤付着性および耐焼付き性に優れた温熱間加工用被覆工具。
【請求項６】
前記母材にはあらかじめ窒化処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の潤滑剤付着性および耐焼付き性に優れた温熱間加工用被覆工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温間ないしは熱間で金属同士摺動を伴う環境にて使用される鍛造用金型等の温熱間加工用被覆工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の温熱間加工では、一般的には被加工材を５００℃から１０００℃程度の高温に加熱して作業を行う。これによって、被加工材の変形抵抗は常温のそれより小さくなるものの、使用される工具においても被加工材からの熱影響を大きく受けて、たとえ熱間金型用合金工具鋼や高速度工具鋼といった高強度合金工具鋼を金型材として使用したとしても、金型の機械的特性は常温に比べて大きく劣化する。更には、例えば温熱間鍛造においては、型打ちの都度、金型に潤滑剤が吹き付けられるため、金型表面には熱サイクルによる熱応力が発生し、ヒートクラックや割れといった損耗が発生する。
【０００３】
このような過酷な使用環境に対応するために、温熱間加工用金型等の工具においては、従来より表面に窒化あるいは浸硫窒化処理が施されてきた。これは、外部より工具表面０．０５〜０．３０ｍｍ程度の深さまでＮ（窒素）原子を導入して、Ｎ（窒素）原子を多量に固溶した窒化層を形成させる手法である。この窒化層は、高温での耐摩耗性を有するため、温熱間域で使用される金型等の工具の寿命改善に大きな役割を果たしてきた。
【０００４】
しかし、製造業においては、より一層の低コスト化を実現するために、生産効率を高める取り組みが進められている。これにより、製品のニアネットシェイプ化や高精度化が強く求められるとともに、金型等の工具の寿命改善要求も一段と厳しいものとなってきている。更に近年では、地球環境への配慮という社会的要請から、金型等の工具に吹き付けられる潤滑剤が、これまでの黒鉛系から白色系へ移行するなど、金型等の工具の使用条件も変化し、それによって金型等の工具にかかる負荷の様相も変わりつつある。このようなことから、従来までの窒化や浸硫窒化処理だけでは、十分な特性を示さなくなってきている。
【０００５】
そこで、温熱間加工用金型等の工具の表面を更に強化する手段として、複合コーティングの適用が検討されている。複合コーティングであれば、様々な機能を有する皮膜を段階的に積層させて、その時点で最も必要とされる機能に特化した表面状態を、意図的に出現させることが可能となる。例えば、窒化した母材上に、耐摩耗性を有するＣｒやＴｉなどの窒化物や炭窒化物といった硬質皮膜を蒸着し、更にその上には、耐焼付き性を改善するための自己潤滑層や、潤滑剤付着性を向上させる金属層を形成させた複合皮膜構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２９２４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、温熱間加工用金型等の工具における窒化物もしくは炭窒化物といった硬質皮膜は、冷間加工用金型等の工具に適用した場合ほど十分には機能しないと考えられてきた。しかし、特許文献１のように、各積層に機能を振り分けることによって、温熱間領域においても、硬質皮膜に十分な耐摩耗性を発現させることが可能となることが提案されている。特許文献１の効果は、自己潤滑層の機能もさることながら、潤滑剤付着性を高める金属層の効果によるところが大きい。
【０００７】
特許文献１においては、加工開始直後の、金型等の工具と被加工材のなじみが少ない段階においては、工具表面に潤滑剤の留まる量が多いほど、工具の損傷を小さく抑えることができるとして、工具の表面粗さを、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−１９９４に規定された十点平均粗さＲｚにおいて４〜１５μｍに調整することが規定されており、この表面粗さを達成する目的で、工具最表面に金属層が必要とされている。
【０００８】
特許文献１は、温熱間加工初期における潤滑剤付着性を向上させる発明であるが、表面粗さＲｚが１５μｍを超えると、皮膜の剥離が生じてしまうと述べられている。表面粗さＲｚが１５μｍに至るまでは、表面粗さＲｚの増加につれて潤滑剤付着量も増加するが、表面粗さＲｚが１５μｍを超えると、皮膜が剥離しやすくなるので、潤滑剤付着量が急激に減少してしまうのである。
本発明の目的は、上記のような問題を解決した潤滑剤付着性、耐焼付き性に優れる温熱間加工用被覆工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記問題について検討を重ねた結果、皮膜密着性が改善され、剥離が起こらなければ、表面粗さＲｚの増加とともに潤滑剤付着量を更に増加させることができ、耐焼付き性が向上することを確認した。そして、その面粗度の適正範囲は、特許文献１で示された範囲よりも広く、表面粗さＲｚにして１５μｍを超え４０μｍまでであること、また、表面粗さＲｚが適正範囲にあれば、必ずしも金属層は必要ではないこと、更には、適切な複合皮膜を達成するための製造方法を見いだし、本発明に至ったものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、熱間金型用合金工具鋼もしくは高速度工具鋼を母材として、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂの１種以上を主体とした窒化物層もしくは炭窒化物層であるａ層を形成した温熱間加工用工具であって、該ａ層の上には、Ｆｅ，Ｍｏ，Ｗのうちの１種以上を主体とした硫化物層であるｂ層が存在し、かつ被覆の最表層の表面粗さがＲｚ：１５超〜４０μｍである潤滑剤付着性および耐焼付き性に優れた温熱間加工用被覆工具である。
【００１１】
また、本発明は、前記ａ層の直上に、前記ｂ層が存在し、該ｂ層の直上にはＴｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｕの１種以上を主体とした金属層もしくは金属酸化物層であるｃ層が存在する潤滑剤付着性および耐焼付き性に優れた温熱間加工用被覆工具である。
また、本発明は、前記ａ層の直上に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｕの１種以上を主体とした金属層もしくは金属酸化物層であるｃ層が存在し、該ｃ層の直上には前記ｂ層が存在する潤滑剤付着性および耐焼付き性に優れた温熱間加工用被覆工具である。
また、本発明の前記ｂ層については、Ｎｂ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎのうちの１種以上が合計で１５原子％以下まで含まれていることが望ましい。
また、本発明の各層の厚さは、前記ａ層は１〜１５μｍ、前記ｂ層は０．５〜１０μｍ、前記ｃ層は１〜５μｍであることが望ましい。
また、熱間金型用合金工具鋼もしくは高速度工具鋼でなる母材は、あらかじめ窒化処理が施されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱間金型用合金工具鋼もしくは高速度工具鋼において、機能の異なる複数の皮膜を複層構造とすることによって、潤滑剤付着性ならびに耐焼付き性に優れた温熱間加工用工具を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の最大の特徴は、温熱間加工用被覆工具において、熱間金型用合金工具鋼もしくは高速度工具鋼を母材として、その直上にＴｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂの１種以上を主体とした窒化物層もしくは炭窒化物層でなるａ層を耐摩耗性を向上するために形成し、かつ該ａ層の上に、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗの１種以上を主体とした硫化物層であるｂ層を耐焼付き性改善のために形成すると同時に、潤滑剤の付着性を向上させるために被覆工具の最表層の表面粗さをＲｚ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−１９９４に規定された十点平均粗さ）：１５超〜４０μｍとする構成とした点にある。なお、本発明における熱間金型用合金工具鋼とは、ＪＩＳ−Ｇ−４４０４−２０００において、熱間金型用として分類されている合金工具鋼（例えばＳＫＴ４やＳＫＤ６１など）を指し、また、高速度工具鋼とは、ＪＩＳ−Ｇ−４４０３−２０００に規定されている高速度工具鋼（例えばＳＫＨなど）を指す。更に、これらをもとにして開発された改良鋼をも含むものである。
【００１４】
熱間金型用合金工具鋼や高速度工具鋼は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂのうちの１種以上を主体とした窒化物もしくは炭窒化物をその表面に形成することで、温熱間加工においても分解されにくく、安定して良好な耐摩耗性を示すことができる。これらの皮膜は厚いほど耐摩耗性の持続性が高まるが、圧縮応力が高いため、必要以上に厚く形成させると皮膜が破壊されてしまう。したがって、十分な耐摩耗性を有する健全な皮膜を得るためには、その厚さを１〜１５μｍに調整することが望ましい。より好ましい膜厚範囲は、２〜８μｍである。
【００１５】
Ｆｅ，Ｍｏ，Ｗは硫化物を安定に形成する。これらは摩擦係数が低いために、温熱間加工用工具に被覆された場合、耐焼付き性の改善に非常に効果的である。これらは被加工材との摺動によって剥離し、いずれは消滅するものであるから、表面堆積量は多いほど効果の持続時間は長い。十分な耐焼付き性と生産性を考慮して、その皮膜厚さは、０．５〜１０μｍであることが望ましい。より好ましくは、２〜５μｍである。
【００１６】
Ｎｂ，Ｔｉ，Ｃｒも硫化物を形成する元素である。そして、これらの元素がＦｅ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上を主体とする硫化物に含まれると、硫化物の硬度を高める作用を示す。この作用は、本発明の複合皮膜においては、皮膜持続性を高める効果をもたらすため、ｂ層にはＮｂ，Ｔｉ，Ｃｒが含まれることが好ましい。
また、Ｎ（窒素）についても同様に、Ｆｅ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種類以上を主体とする硫化物に含まれると、硫化物の硬度を高める作用を示す。この作用により、本発明の複合皮膜においては、皮膜持続性を高める効果をもたらすため、ｂ層にはＮが含まれることが好ましい。
しかし、上記のＮｂ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎが必要以上にｂ層に含有されると、硬度が高くなりすぎて、該ｂ層が本来有する低摩擦特性が損なわれて、耐焼付き性が劣化してしまうため、該ｂ層のＮｂ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎの含有量は合計で１５原子％以下であることが望ましい。
【００１７】
また、本発明におけるａ層構成物質は、いずれもビッカース硬さＨＶ１０００以上の高硬度を有するため、非常に優れた耐摩耗性を示すものの、塑性変形能が著しく劣る。したがって、皮膜とした場合に母材が大きく変形すると、その変形に追随できずに破壊してしまう。このため、ａ層はできるだけ硬さの高い物質の上に蒸着されることが望ましく、この意味で、本発明の複合皮膜は、ａ層は母材直上に蒸着され、また、ｂ層はａ層の上に存在する形態でなければならない。
【００１８】
白色系潤滑剤は、液体状態で温熱間加工用工具の表面に留まり、該工具の熱によって水分が蒸発して、その残留物が該工具表面に付着した状態において潤滑および被加工材の型離れ性を発揮すると考えられている。この効果は、工具全体の温度が不均一な加工初期の段階において大きい。本発明者らの検討の結果、皮膜密着性が高い場合には、最表層の表面粗さがＲｚにおいて１５μｍを超える場合に潤滑剤付着性が向上することが明らかとなった。表面粗さＲｚが１５μｍ未満の場合にも、ある程度の効果は認められるが、温熱間加工において十分な潤滑剤付着量を確保するために、表面粗さＲｚが１５μｍを超える場合により効果が大きい。一方、表面粗さＲｚが４０μｍを超えると、液体を表面に留める効果が著しく低減するため、潤滑剤は乾燥する前に該工具の付着面から流れ落ちてしまう。したがって、本発明が規定する温熱間加工用工具の最表層の表面粗さは、表面粗さＲｚが１５超〜４０μｍである。より好ましくは、表面粗さＲｚが２０〜３５μｍである。
【００１９】
本発明の温熱間加工用被覆工具の表面粗さは、金属層もしくは金属酸化物層を被覆することによって容易に調整することができる。その方法は、例えば物理蒸着法のうち、アーク放電式イオンプレーティング法において、金属ターゲットを使用して、ドロップレットと呼ばれる液滴を故意に発生させ、工具表面に付着、凝固させることによって可能である。本発明者らは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｕといった金属元素を１種以上含むターゲットを使用し、成膜時の雰囲気圧力を調整することによって、本発明に見合った適切なドロップレットを容易に形成できることを確認した。よって、本発明の温熱間加工用被覆工具の表面粗さを容易に形成するために、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｕの１種以上を主体とした金属層もしくは金属酸化物層であるｃ層を本発明の温熱間加工用被覆工具の被覆構成に存在させることが好ましい。
【００２０】
ｃ層は、本発明で規定された最表層の表面粗さＲｚを得るために形成されるものである。したがって、ｃ層自体が適度な粗さを有する場合には、その上層の表面粗さを制御することが可能であるので、その存在位置が最表層であっても、ａ層とｂ層の間であっても、複合皮膜としての表面粗さを調整することは可能である。また、ｃ層が適度な表面粗さをもたらすためには、ある程度以上の膜厚を有する必要があるが、必要以上に厚く成膜してしまうと、複合皮膜の密着性が低下してしまう。本発明で規定した表面粗さを得ながら、十分な皮膜密着性を確保するためにはｃ層の膜厚は、１〜５μｍであることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の温熱間加工用被覆工具は、母材の直上に耐摩耗性に優れるａ層が存在し、かつその上層に耐焼付き性を向上させるｂ層が形成されると同時に、最表層の表面粗さＲｚが１５超〜４０μｍであるので、その皮膜構成は、下層から表面に向かって母材、ａ層、ｂ層、ｃ層の順序であっても、母材、ａ層、ｃ層、ｂ層の順序であっても良い。これは、最表層の表面粗さは、潤滑剤の付着性を高めることで、該工具と被加工材のなじみが少ない加工初期の段階での摩耗による焼付きを防止する点に効果を有し、ｂ層の存在は潤滑剤による耐焼付き性の効果が低下する加工中期の摩耗による焼付きを防止する点に効果を有するためである。
【００２２】
ａ層、ｂ層、ｃ層は、物理蒸着法によって形成させることが可能であるが、この方法によれば、成膜装置の性能上、不純物としてのＯ（酸素）が皮膜に混入することは避けがたい。その量は、多い場合には５０原子％を超えることが確認されている。混入したＯ（酸素）原子が、各皮膜内でどのような状態となるかについては不明な部分もあるが、本発明で対象とした各窒化物、炭窒化物、硫化物などの機能を阻害しない限りにおいて、本発明の皮膜内にＯ（酸素）原子が存在しても差し支えない。
【００２３】
窒化物や炭窒化物のような硬質皮膜は、高硬度であるため、塑性変形能に乏しい。このため、母材が変形してしまうと、その変形に追従できずに破壊を起こして剥離してしまい、結果として皮膜密着性が劣ることになる。このような現象をなくすためには、母材の硬度を高めて、硬質皮膜との硬度差を小さくしておけば良く、この意味で、母材にあらかじめ窒化処理を施しておくことが望ましい。しかし、窒化処理によって母材表面にＦｅの炭窒化物層（白層）が生じてしまうと、硬質皮膜は白層との密着性が非常に悪いため、硬質皮膜がうまく蒸着されない。したがって、白層が生成されない条件で窒化処理を行うか、白層が生じてしまった場合には、硬質皮膜の蒸着前に、あらかじめ白層を除去しておくことが好ましい。
【実施例１】
【００２４】
熱間金型用合金工具鋼（ＪＩＳ鋼種ＳＫＤ６１）の焼鈍材について、角状試験片（高さ８ｍｍ×幅２５ｍｍ×長さ２５ｍｍ）と円柱状試験片（φ５ｍｍ×長さ５０ｍｍ）、および皮膜断面組織観察用と表面粗さ測定用の試験片を用意した。これらについて、必要に応じてあらかじめ研磨を施して表面粗度を調整した後、１０２０℃×３０分で油中焼入れを行った。次に（６１０℃〜６３０℃）×３０分で空冷という時効処理を２回以上施して、硬さを４４ＨＲＣに調整した。
【００２５】
これらの試験片に対して、圧力４００Ｐａの（０．３〜９．０体積％Ｎ２＋残部Ｈ２）雰囲気中で、試験片に約０．１０〜０．２０Ｗ／ｃｍ２の電力密度を印加して、５６０℃のもとでプラズマ窒化処理を施した。窒化層は、光学顕微鏡による試験片断面組織観察と、ビッカース硬さ測定によって確認される厚さが、およそ１５０μｍになるように調整した。また、この処理によって最表面に白層は形成されていないことを確認した。
【００２６】
次に、各試験片について、物理蒸着法（ＰＶＤ）によって表１に示すような表面皮膜を形成した。このうち、ａ層（窒化物層もしくは炭窒化物層）は、ＰＶＤ法のうちのアーク放電式イオンプレーティング法により形成した。成膜には金属ターゲットを使用して、３．０Ｐａ〜４．０ＰａのＮ２もしくは（５０体積％のＮ２＋５０体積％のＣＨ４）雰囲気中、４５０℃に加熱した試験片に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した。膜厚は成膜時間によって調整した。
【００２７】
ｃ層（金属層もしくは金属酸化物層）についても、アーク放電式イオンプレーティング法により形成した。成膜には金属ターゲットを使用して、４．０ＰａのＡｒ雰囲気中、バイアス電圧を０Ｖ、試験片温度を３５０℃とした。膜厚は成膜時間によって調整した。
【００２８】
ｂ層（硫化物層）はＰＶＤ法のうちのスパッタ法によって形成した。このときのバイアス電圧は−５０Ｖとした。成膜時は０．３５ＰａのＡｒまたは（７０体積％のＡｒ＋３０体積％のＮ２）雰囲気、試験片温度は３００℃とした。膜厚は成膜時間によって調整した。
【００２９】
ａ層とｂ層の蒸着直前には、イオンエッチング（プラズマクリーニング）を行った。これは被処理物の最表層の汚れを除去し、活性な蒸着面を出現させることによって、その後の皮膜密着性を高めることが目的である。本実施例のイオンエッチングは、ＰＶＤ装置内に取り付けられた熱フィラメントに５０Ａの放電電流を流してＡｒイオンを発生させ、バイアス電圧を印加した被処理物にこのＡｒイオンを衝突させる方法で行った。ａ層蒸着直前のイオンエッチング条件は、バイアス電圧を−２００Ｖ、Ａｒガス圧力２．０〜２．７Ｐａ、時間７２００ｓとした。
【００３０】
本発明を構成する各層のうち、硫化物であるｂ層は、膜密着性がａ層やｃ層に比べて劣る。そこで、本実施例においては、ｂ層蒸着直前にもイオンエッチングを施した。イオンエッチング条件は、バイアス電圧−３００Ｖ、Ａｒガス圧力０．３５Ｐａ、時間２４００ｓとした。
【００３１】
各膜厚は、光学顕微鏡観察によって測定した。表面粗さＲｚは、オリンパス光学株式会社製走査型レーザー顕微鏡ＯＬＳ１０００によって、基準面積０．３５ｍｍ×０．２６ｍｍとして測定および解析を行なった。
【００３２】
必要に応じて、ｂ層の組成をＸ線光電子分光法により測定した。測定には試料の上面２ｍｍ×１０ｍｍの領域を使用し、測定の直前に、Ａｒイオンによって３０秒間スパッタを行って最表層を除去した。Ｘ線源には、Ａｌ（Ｋα１，２）を用いた。
【００３３】
以上の各試料の皮膜構成、各皮膜の膜厚および最表面の表面粗さＲｚを表１に示す。
【００３４】
【表１】
2005246468.tif 000002
【００３５】
また、各試料の潤滑剤付着量は、３００℃に加熱した角状試験片に対して、４７０ｍｍ離れた位置から白色系高分子潤滑剤１０％溶液（大同化学工業（株）製ホットアクブル３００ＴＫ）を２ｍｌ／秒で２秒間吹き付け、常温まで冷却した後にその重量変化を読み取るものとした。
【００３６】
耐焼付き性を評価するための熱間摺動試験は、円柱状試験片をボール盤に装着して４０３ｍｍ／秒で回転させ、これを６００℃に加熱したＪＩＳ鋼種ＳＮＣＭ４３９に最大２００ＭＰａまでの所定荷重で押し付け、最長４０秒間摩擦摺動させた。試験片が摺動面に焼付いた荷重を焼付き限界面圧として評価した。以上の潤滑剤付着量および焼付き限界面圧の測定評価結果を表２に示す。
【００３７】
【表２】
2005246468.tif 000003
【００３８】
Ｎｏ．１とＮｏ．２は、ａ層、ｂ層、ｃ層を有する。両者はｂ層とｃ層の順序が逆であるが、ともに高い耐焼付き性と潤滑剤付着性を示している。
Ｎｏ．３とＮｏ．４は、ｃ層を持たないが、窒化処理前に母材表面を研磨することによって、本発明規定の下限側の表面粗さに調整されたものである。潤滑剤付着量は、表面粗さが大きいほど多くなるため、他の本発明試料に比べて潤滑剤の付着量が少ないものの、温熱間加工用工具として十分な潤滑剤付着性を示している。
また、Ｎｏ．４は、ａ層の膜厚が、本発明規定の上限側の値を有しているが、熱間摺動試験においても皮膜が剥離することなく、良好な耐焼付き性を示している。
Ｎｏ．５，Ｎｏ．６，Ｎｏ．７は、いずれも、ｂ層に本発明規定範囲内のＮｂ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎを含有しているが、いずれも優れた耐焼付き性を示している。
Ｎｏ．８は、ｂ層の膜厚が本発明規定の下限側の値を有しているが、十分な耐焼付き性を示している。
【００３９】
Ｎｏ．９とＮｏ．１０は、それぞれｂ層、ａ層を有していない。このため、それぞれ低摩擦特性と耐摩耗性がもたらされず、熱間摺動試験において十分な耐焼付き性が得られていない。
Ｎｏ．１１は、ａ層、ｂ層の存在によって、熱間での摺動特性には優れる。しかし、表面粗さが本発明規定範囲未満であり、十分な潤滑剤付着量が得られていない。
Ｎｏ．１２は、表面粗さが大きすぎるため、表面に留まる潤滑剤の量が少なくなっている。
Ｎｏ．１３は、該ｃ層の膜厚が小さすぎて、良好な表面粗さが得られていない。
【実施例２】
【００４０】
次に、表１の本発明のうちＮｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３と、比較例のうちＮｏ．１１、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３と同様の皮膜を、ギヤ成形用熱間鍛造金型に適用し、実金型による寿命評価を行った。
上記の金型母材には、表３に示す化学成分を有し、硬さを５５ＨＲＣに調整した高速度鋼を用い、あらかじめ実施例１と同様の窒化処理ならびに物理蒸着法による成膜を施した。
金型形状は、直径２００ｍｍ、高さ１００ｍｍである。これを２５００ｔ鍛造プレス機にセットして、９００℃に加熱されたＳ４５Ｃを成形した。表４に各表面処理を施した金型の寿命を示す。
【００４１】
【表３】
2005246468.tif 000004
【００４２】
【表４】
2005246468.tif 000005
【００４３】
本発明の皮膜を有する金型は、いずれも２０，０００個以上を成形することができた。寿命に至った原因は、金型を長期間使用したことによる摩耗であった。
【００４４】
一方、比較例であるＮｏ．１２、Ｎｏ．１３は、実施例１では良好な熱間摺動特性を示したものの、実施例２の実金型での評価ではいずれも低寿命となっている。これは、表面粗さが本発明の規定を大きく外れているために、潤滑剤付着量が少なく、加工初期段階で割れたためである。