(57)【要約】      （修正有）【課題】塩浴炉に比べ潮解性がなく、環境にも優しい流動層熱処理炉を使用して金型を作製する方法で、金型の一面側を焼き入れ温度に保持された炉の流動層に部分浸漬し、所定時間保持後焼き入れをし、その後全体を焼き戻し処理を行うことで、金型の一面側から他面側に沿って硬さ勾配を持った金型を提供することを目的とするものである。【解決手段】硬さ勾配を持った金型を作製する手段として流動層熱処理炉４を用いて、予熱処理５、部分浸漬予熱６、部分浸漬焼入温度保持７、部分焼き入れ８、焼き戻し処理９を行い、更に細かい金型の硬さ制御のために流動層熱処理炉を用いて部分焼き戻し処理を行い、仕上げ加工１４を行うことで製品となる金型１５を作製することを特徴とする流動層を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の構成とした。【選択図】図１
2005059054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬さ勾配を持った金型を作製する手段として流動層熱処理炉を用いて、予熱処理、部分浸漬予熱、部分浸漬焼入温度保持、部分焼き入れ、焼き戻し処理を行い、更に細かい金型の硬さ制御のために流動層熱処理炉を用いて部分焼き戻し処理を行い、仕上げ加工を行うことで製品となる金型を作製することを特徴とする流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬さ勾配を持った金型を作製する手段として、流動層炉を用いて部分焼き入れ、部分焼き戻し処理等の部分熱処理を行い作製する金型に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来、金型の作製等には、塩浴炉を使用した塩浴熱処理によるものが多く普及している。  
【０００３】
しかしながら、従来用いられている塩浴炉は、塩を使用するため腐食性が高く、更に水洗処理等が必要となるため、非常に手間が掛かると共に、塩浴蒸発ガス、工場排水、塩浴産業廃棄物等の公害対策等の問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は塩浴炉に比べ潮解性がなく、環境にも優しい流動層熱処理炉を使用して金型を作製する方法で、金型の一面側を焼き入れ温度に保持された炉の流動層に部分浸漬し、所定時間保持後焼き入れをし、その後全体を焼き戻し処理を行うことで、金型の一面側から他面側に沿って硬さ勾配を持った金型を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するために、硬さ勾配を持った金型を作製する手段として流動層熱処理炉を用いて、予熱処理、部分浸漬予熱、部分浸漬焼入温度保持、部分焼き入れ、焼き戻し処理を行い、更に細かい金型の硬さ制御のために流動層熱処理炉を用いて部分焼き戻し処理を行い、仕上げ加工を行うことで製品となる金型を作製することを特徴とする流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の構成とした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、以下の効果が得られる。第１に、流動層熱処理炉を使用することで、効率的に各処理工程を行うことができると共に、環境問題にも配慮することができる。
【０００７】
第２に、部分焼き入れを施した後に焼き戻し処理を行うことで、最初の部分焼き入れにより金型の厚さ方向にマルテンサイト相の濃度勾配ができ、前記マルテンサイト相がその後の焼き戻し処理により硬さと靱性に強い影響を及ぼすため、金型の一面側から他面側に沿って硬さ勾配を持った金型を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
潮解性がなく、環境に優しい流動層熱処理炉を使用することで硬さ勾配のある金型の作成を実現した。
【実施例１】
【０００９】
以下に、添付図面に基づいて、本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型を詳細に説明する。図１は本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の作製工程を示す流れ図である。図２から図５は、作製工程中の各工程での処理状態を示す図である。
【００１０】
図１は、本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の作製工程を示す流れ図である。図１に示すように、金型の作製工程１は、粗加工済み金型２を大気炉３に入れ、流動層熱処理炉４で予熱処理５、部分浸漬予熱６、部分浸漬焼入温度保持７、部分焼き入れ８、焼き戻し処理９の各処理を行い、底面硬さの低い合格金型１０はそのまま仕上げ加工１４を行い製品１５となり、流動層熱処理炉４での各処理後、底面硬さの高すぎた金型１１は再度流動層熱処理炉１２で部分焼き戻し処理１３をした後に仕上げ加工１４を行い製品１５となる。
【００１１】
図２から図５は、図１に示した金型の作製工程１の各工程での処理状態を示す図である。図２は予熱処理工程での処理状態を示した図、図３は部分浸漬予熱工程での処理状態を示した図、図４は部分浸漬焼入温度保持工程での処理状態を示した図、図５は部分焼き戻し処理工程での処理状態を示した図である。以下に、図２から図５に示した処理状態の図と併せて、図１に示した金型の作製工程１の各工程について説明する。
【００１２】
本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の作製工程１は、先ず、粗加工済み金型２を大気炉３で作製する。この時、粗加工済み金型２とは、仕上げの各処理工程によって削られていく部分を仕上げ代として加味した大きさの金型である。
【００１３】
ここで使用する大気炉３とは、流動層炉の底から空気を吹き上げることで大気炉３となるものである。また、粗加工済み金型２の作製に使用する炉は、大気炉３でなく窒素ガス雰囲気炉でも構わない。前記窒素ガス雰囲気炉も大気炉３と同様に、流動層炉の底から窒素ガスを吹き上げることで、窒素ガス雰囲気炉となる。
【００１４】
大気炉３で粗加工済み金型２は、次に流動層熱処理炉４での各処理が施される。流動層熱処理炉４での最初の処理は予熱処理５である。予熱処理５について、図２の予熱処理での処理状態を示した図を用いて説明する。
【００１５】
図２に示すように、予熱処理５では、粗加工済み金型２は金型懸垂用冶具１６の台座１６ｃに底面２ａが上になり、上面２ｂが下になるように載せられている。金型懸垂用冶具１６は支持部１６ｂの上部に設けられた吊り掛け部１６ａをクレーンに吊るし、クレーンにより矢印１７方向に懸垂される。
【００１６】
予熱処理５を行う時の流動層熱処理炉４の炉内壁４ａに囲まれた流動層４ｂの温度は８５０度である。予熱処理５を行う時には、金型懸垂用冶具１６の台座１６ｃに載せられた粗加工済み金型２は、流動層４ｂに浸漬しないよう、流動層４ｂの直上まで懸垂され保持される。
【００１７】
予熱処理５の次に行う工程は部分浸漬予熱６の工程である。部分浸漬予熱６について、図３の部分浸漬予熱での処理状態を示した図を用いて説明する。
【００１８】
図３に示すように、部分浸漬予熱６では、予熱処理５で８５０度に予熱した流動層４ｂに粗加工済み金型２を部分浸漬させる。即ち、金型懸垂用冶具１６の台座１６ｃに上面２ｂが下になるよう載せられた粗加工済み金型２のほぼ半分の高さまで流動層４ｂに浸漬するよう、金型懸垂用冶具１６で調節し、粗加工済み金型２の上面２ｂ側を流動層４ｂに部分浸漬する。
【００１９】
部分浸漬予熱６での流動層４ｂの温度は８５０度とし、流動層４ｂに粗加工済み金型２の上面２ｂ側を部分浸漬したままで、約２時間、８５０度の予熱を保持する。
【００２０】
部分浸漬予熱６後の処理工程は部分浸漬焼入温度保持７の工程である。図４の部分浸漬焼入温度保持での処理状態を示した図を用いて、部分浸漬焼入温度保持７について説明する。
【００２１】
部分浸漬焼入温度保持７の工程では、部分浸漬予熱６の工程で２時間保持した粗加工済み金型２の上面２ｂ側を流動層４ｂに部分浸漬した状態のまま、炉の温度を上昇させ、流動層４ｂの温度を焼き入れ温度である１０３０度とする。
【００２２】
図４に示すように、部分浸漬焼入温度保持７の工程は、部分浸漬予熱６の状態のまま、炉の温度を上昇させるので、金型懸垂用冶具１６の台座１６ｃに載せられた粗加工済み金型２は、上面２ｂ側が流動層４ｂに部分浸漬した状態のままで炉の温度を上昇させ、流動層４ｂの温度を１０３０度まで上昇させ、２時間保持することで、金型に焼き入れ温度勾配をつける。
【００２３】
部分浸漬焼入温度保持７後の工程は、部分焼き入れ８の工程である。部分焼き入れ８とは、部分浸漬焼入温度保持７で１０３０度まで上昇させた流動層４ｂで部分浸漬を２時間保持した後、油焼き入れを行う工程である。
【００２４】
部分焼き入れ８の処理をした後、金型全体を焼き戻し処理するための焼き戻し処理９の工程を行う。焼き戻し処理９の工程で、金型全体を所定の温度と時間で焼き戻し処理を行うことで、金型の一面側から他面側に沿って硬さ勾配を持った金型を作製することができる。
【００２５】
このように、部分焼き入れ８の後に全体を焼き戻し処理９の処理を行うのは、最初に部分焼き入れ８の処理を行うことで、金型の厚さ方向にマルテンサイト相の濃度勾配ができ、前記マルテンサイト相がその後の焼き戻し処理により硬さと靱性に強く影響を及ぼすためである。
【００２６】
流動層熱処理炉４を用いて予熱処理５、部分浸漬予熱６、部分浸漬焼入温度保持７、部分焼き入れ８、焼き戻し処理９の各処理工程を行うことで、底面硬さの低い合格金型１０が作製できた場合には、そのまま仕上げ加工１４を行い、製品１５となる。
【００２７】
また、流動層熱処理炉４での各処理工程を行い、底面硬さの高すぎた金型１１となった場合には、更に細かい硬さ制御のための処理を行う。即ち、流動層熱処理炉１２による部分焼き戻し処理１３の処理を行い、硬さ制御をする。
【００２８】
図５は部分焼き戻し処理での処理状態を示した図である。流動層熱処理炉４での予熱処理５、部分浸漬予熱６、部分浸漬焼入温度保持７、部分焼き入れ８、焼き戻し処理９を行った結果、底面硬さの高すぎた金型１１は、硬さ制御をするために再度流動層熱処理炉１２で部分焼き戻し処理１３を行う。
【００２９】
図５に示したように、部分焼き戻し処理１３の工程では、底面硬さの高すぎた金型１１を上面１１ｂが上、底面１１ａが下になるように、金型懸垂用冶具１６の台座１６ｃに載せる。クレーンを用いて金型懸垂用冶具１６を上下させ調節し、底面硬さの高すぎた金型１１の底面１１ａ側を流動層１２ｂに部分浸漬させる。尚、符号１２ａは炉内壁を表している。
【００３０】
部分焼き戻し処理１３に使用する流動層熱処理炉１２の流動層１２ｂの温度は、６５０度から７３０度程度の間で必要に応じて調節する。このようにして、底面１１ａ側を部分浸漬させ、部分焼き戻し処理１３を行うことで、金型底面の細かい硬さ制御ができる。
【００３１】
底面硬さの高すぎた金型１１に流動層熱処理炉１２による部分焼き戻し処理１３を施し、金型底面の細かい硬さ制御を施すことで、作製された合格金型は、仕上げ加工１４を行い、製品１５となる。
【００３２】
以上のように、図１に示した金型の作製工程１の各処理工程を行うことにより、流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型が作製できる。
【００３３】
図６は本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型で使用する金型の平面図、図７はその金型の断面図、図８はその金型の斜視図である。
【００３４】
図６から図８に示すように金型１８は径の大きさの違う２つの円柱からできている高温工具鋼（ＤＨ３１）の受け入れ材であり、下部１８ａの円柱の径よりも上部１８ｂの径のほうが小さい。
【００３５】
また図７に示すように、下部１８ｂの中央に穿設された孔１８ｃの径よりも下部１８ａの中央に穿設された孔１８ｄの径のほうが小さくなっており、二つの孔１８ｃ、１８ｄは繋がっており金型１８の中央を貫通して設けられている。
【００３６】
上部１８ｂに穿設された懸垂用ネジ孔１８ｅ、１８ｅに対応するように、下部１８ａの下面側には懸垂用ネジ孔１８ｆ、１８ｆが穿設されている。
【００３７】
図９は本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の実験結果を示す金型の縦断面硬さ分布図である。
【００３８】
図９に示した実験の条件は金型１８に高温工具鋼（ＤＨ３１）の受け入れ材を使用し、流動層熱処理炉にて前記金型１８の底面から４０ｍｍまでは流動層１９に漬けずにその他の部分を流動層に漬けて部分焼入れを１０３０℃の温度で１時間行い、その時の底面温度を７５０℃として油焼入れを行い、最後に全体焼戻し処理として５５０℃の流動層炉に３時間漬ける処理を２回とした。尚、符号１９ａは流動層浸漬位置を表している。
【００３９】
前記条件のもとで金型１８に実験を行い得られた結果が図９である。図９に示すように、金型１８の部分焼入れ・全体焼戻し処理により、硬さ勾配をもつ金型が得られ、硬さ勾配を持つ金型作製には、部分焼入れが有効であることが分かる。
【００４０】
図１０は本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の実験結果を示す金型への焼戻し硬さに及ぼす焼入れ温度の影響を表したグラフである。
【００４１】
グラフ２０の縦軸は焼入れ・焼戻し硬さ（ＨＲＣ）２０ａを表し、横軸は焼入れ温度２０ｂを示している。実験材料として１４×１４×１６ｍｍの小角材を使用し、焼入れ温度を６００℃から５０℃間隔で９５０℃までと１０３０℃の９つの温度でそれぞれ測定し、各温度で２時間保持した後、水焼入れを行った。
【００４２】
その後、５５０℃で３時間かけて焼戻しを行い空冷する行程を２回繰り返し硬さを測定した。
【００４３】
図１０で示したように、８００℃以下の焼入れ温度ではその後の焼戻し処理によって硬さ上昇はなく、実験材料の低い硬さを保持しているが、８００℃以上で測定した場合高い硬さを保持している。
【００４４】
このことから硬さ勾配を持った金型を得る有効な部分焼入れは焼入れ温度に浸漬された反対側の面（底面）の温度を８００〜８５０℃に保持することであることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の作製工程を示す流れ図である。
【図２】本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の作製工程中、予熱処理工程での処理状態を示す図である。
【図３】本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の作製工程中、部分浸漬予熱工程での処理状態を示す図である。
【図４】本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の作製工程中、部分浸漬焼入温度保持工程での処理状態を示す図である。
【図５】本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の作製工程中、部分焼き戻し処理工程での処理状態を示す図である。
【図６】本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型で使用する金型の平面図である。
【図７】本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型で使用する金型の断面図である。
【図８】本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型で使用する金型の斜視図である。
【図９】本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の実験結果を示す金型の縦断面硬さ分布図である。
【図１０】本発明である流動層炉を用いた部分熱処理による硬さ勾配を持った金型の実験結果を示す金型への焼戻し硬さに及ぼす焼入れ温度の影響を表したグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
１          金型の作製工程
２          粗加工済み金型
２ａ        底面
２ｂ        上面
３          大気炉
４          流動層熱処理炉
４ａ        炉内壁
４ｂ        流動層
５          予熱処理
６          部分浸漬予熱
７          部分浸漬焼入温度保持
８          部分焼き入れ
９          焼き戻し処理
１０          底面硬さの低い合格金型
１１          底面硬さの高すぎた金型
１１ａ        底面
１１ｂ        上面
１２          流動層熱処理炉
１２ａ        炉内壁
１２ｂ        流動層
１３          部分焼き戻し処理
１４          仕上げ加工
１５          製品
１６          金型懸垂用冶具
１６ａ        吊り掛け部
１６ｂ        支持部
１６ｃ        台座
１７〜１７ｃ  矢印
１８          金型
１８ａ        下部
１８ｂ        上部
１８ｃ        孔
１８ｄ        孔
１８ｅ        懸垂用ネジ孔
１８ｆ        懸垂用ネジ孔
１９          流動層
１９ａ        流動層浸漬位置
２０          グラフ
２０ａ        焼入れ・焼戻し硬さ（ＨＲＣ）
２０ｂ        焼入れ温度
【図１】
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【図２】
2005059054.tif 000004
【図３】
2005059054.tif 000005
【図４】
2005059054.tif 000006
【図５】
2005059054.tif 000007
【図６】
2005059054.tif 000008
【図７】
2005059054.tif 000009
【図８】
2005059054.tif 000010
【図９】
2005059054.tif 000011
【図１０】
2005059054.tif 000012