(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．３〜０．５％、
Ｓｉ：≦２．０％、
Ｃｒ：３．０〜６．０％、
Ｍｏ：１．０〜３．０％、
Ｖ：０．２〜１．５％
を含み、残部Ｆｅならびに不可避的不純物からなる熱間工具鋼において、母材硬さ８０〜１０２ＨＲＢを有し、焼入れ焼戻しを行うことなく窒化処理したときの窒化層の３０μｍ内部の硬さが６００ＨＶ以上であり、該窒化深さ５０〜２５０μｍであることを特徴とする低圧鋳造法で成形されるアルミダイカスト製品の製造に用いられる耐アルミ溶損性に優れた金型。
【請求項２】
請求項１に記載の金型であって、繰り返し窒化処理を施すことを特徴とする低圧鋳造法で成形されるアルミダイカスト製品の製造に用いられる耐アルミ溶損性に優れた金型。
【請求項３】
請求項１に記載の金型であって、繰り返し窒化処理を施すことを特徴とする低圧鋳造法で成形されるアルミダイカスト製品の製造に用いられる耐アルミ溶損性に優れた金型の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧鋳造法で成形されるアルミダイカスト製品の製造に用いられる耐アルミ溶損性に優れた金型およびその加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アルミダイカスト用の金型は、高温、高圧に繰り返しさらされるので、その金型表面には圧縮および引張の熱応力が負荷され、この熱応力が繰り返し負荷されるため、金属表面に熱疲労クラックや型割れが発生し、被加工材に転写されるようになる。この熱疲労クラックや型割れが激しくなり、金型が使用できなくなる。そのため、上記金型には、熱疲労クラックや型割れに対する抵抗性が要求される。
【０００３】
上述した金型において、熱疲労クラックに対して抵抗性を持たせるには、硬さを向上させることが有効である。また、型割れに対しては抵抗性を持たせるには、靱性を向上させることが有効である。そこで、通常、市販されているＪＩＳ規格のＳＫＤ６１のように、適当な硬さに焼入れ、焼戻しが行われ、最後に仕上げ加工が施されることにより作製されている。このようにＳＫＤ６１は、優れた焼入性を有しているので、焼入れ、焼戻し工程により金型を十分硬くすることが出来ると共に靱性を向上させることができる。そのため、得られた金型は、熱疲労クラックおよび型割れの発生が少ないものとなる。
【０００４】
一方、特開平５−１４０６９５号公報のように、アルミ押出しダイス用鋼として硬さＨＲＣ５０以上に焼入れ焼戻しした後、窒化処理をして使用するものや、特開平７−２０７４１４号公報のように、アルミ鍛造用金型鋼として硬さＨＲＣ４６以上で使用するもの等が開示されている。いずれも、ダイスに加工した時、靱性が高く、焼戻し軟化抵抗に優れ、ダイス全体にたわみ、熱疲労クラックおよび型割れの発生が少ないアルミ成形用金型として知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来におけるアルミ成形用金型は、いずれも焼入れ、焼戻し材、あるいは焼入れ、焼戻しした後、窒化処理をして使用するものであり、確かに型寿命は長くなるが、しかしながら、焼入れ、焼戻し工程、仕上加工工程が必要となり、コストアップという最大の問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、焼入れ、焼戻し工程、ないし仕上加工工程を省略し、焼鈍と繰り返し窒化によりトータルコストを低減した耐アルミ溶損性に優れた金型およびその加工方法を提供することにある。
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．３〜０．５％、Ｓｉ：≦２．０％、Ｃｒ：３．０〜６．０％、Ｍｏ：１．０〜３．０％、Ｖ：０．２〜１．５％を含み、残部Ｆｅならびに不可避的不純物からなる熱間工具鋼において、母材硬さ８０〜１０２ＨＲＢを有し、焼入れ焼戻しを行うことなく窒化処理したときの窒化層の３０μｍ内部の硬さが６００ＨＶ以上であり、該窒化深さ５０〜２５０μｍであることを特徴とする低圧鋳造法で成形されるアルミダイカスト製品の製造に用いられる耐アルミ溶損性に優れた金型。
（２）前記（１）に記載の金型であって、繰り返し窒化処理を施すことを特徴とする低圧鋳造法で成形されるアルミダイカスト製品の製造に用いられる耐アルミ溶損性に優れた金型。
（３）前記（１）に記載の金型であって、繰り返し窒化処理を施すことを特徴とする低圧鋳造法で成形されるアルミダイカスト製品の製造に用いられる耐アルミ溶損性に優れた金型の加工方法にある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る熱間工具鋼としては、特に限定するものでないが、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ系熱間工具鋼が望ましく、例えば以下実施例に示すような、Ｃ：０．３〜０．５％、Ｓｉ：≦２．０％、Ｃｒ：３．０〜６．０％、Ｍｏ：１．０〜３．０％、Ｖ：０．２〜１．５％を含み、残部Ｆｅならびに不可避的不純物からなる熱間工具鋼を用いる。必要に応じて、Ｎｂ，Ｎｉ，Ｗ，ＣｏおよびＳなどの快削元素を含む熱間工具鋼を用いることも可能である。Ｃは、高温硬さを維持し、また、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒなどの炭化物を形成し、結晶粒の微細化効果、耐摩耗性、高温硬さを与えるために添加する元素である。Ｓｉは、脱酸材であると共に本発明の硬さ８０〜１０２ＨＲＢを保持し、ダイス用鋼として必要な強度を得るために必要な元素である。
【０００８】
Ｃｒは、適正な添加量の設定により、高温強度の向上、Ｃと結合して炭化物を形成することによる耐摩耗性の向上、さらに、窒化処理のとき、Ｎと結合して窒化物を形成し、本発明の最大の特徴とする耐溶損性を付与する。これは窒化物が母材に高密度で分布することによって、母材と溶融金属の反応界面を小さくすることにより、溶損が進行しにくくなるためである。Ｍｏ、Ｖは、窒化処理のとき、Ｎと結合して窒化物を形成し、Ｃｒと同様に母材と溶融金属の反応界面を小さくすることにより、溶損が進行しにくくなるためである。また、耐熱疲労クラック性を向上させる成分である。
【０００９】
次に、母材硬さ８０〜１０２ＨＲＢとした理由は、母材硬さは金型強度として必要であり、８０ＨＲＢ未満では最適な金型強度を得ることが出来ず、また、１０２ＨＲＢを超えると被削性が低下するため、その範囲を８０〜１０２ＨＲＢとした。窒化層の３０μｍ内部の硬さが６００ＨＶ以上とした理由は、耐アルミ溶損性のため必要で６００ＨＶ未満ではその効果が不十分であることから、その下限を定めた。また、窒化深さ５０〜２５０μｍとした理由は、耐アルミ溶損性のため必要で、５０μｍ未満ではその効果が得られず、また、２５０μｍを超えると大割れする危険性が高くなることから、その範囲を５０〜２５０μｍとした。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
供試材として、Ｃ：０．３〜０．５％、Ｓｉ：≦２．０％、Ｃｒ：３．０〜６．０％、Ｍｏ：１．０〜３．０％、Ｖ：０．２〜１．５％なる鋼を用い、３００ｋｇを真空誘導溶解炉で溶解し、インゴットに鋳造した後１１００℃に加熱し、φ３０ｍｍに鍛伸し、８７０℃焼鈍（供試材Ｄは省略）してアルミ溶損試験片を作製した。一方、角３０×１００×１００ｍｍに鍛伸し、８７０℃焼鈍して被削性試験片を作製した。さらに、φ６５ｍｍに鍛伸し、８７０℃焼鈍後金型を作製し実機評価を行った。その結果を表１および表２に示す。
【００１１】
なお、試験片の窒化処理条件としては、窒化方法：イオン（プラズマ）窒化、Ｎ／Ｈ比：２５／７５、ガス圧：６Ｔｏｒｒ、処理温度：５００〜６００℃、処理時間：２〜１５時間で行なった。窒化深さは、マイクロビッカース硬度計を用いて、窒化層の最表面から硬さ測定を行い、母材硬さと一致するまでの距離とした。また、母材硬さは、ロックウェル硬度計Ｂスケールを用いて測定した。その時のアルミ溶損試験条件としては、アルミ合金：ＡＤＣ１２（Ａｌ−１２Ｓｉ−２Ｃｕ）、溶湯温度：７２０℃、回転数：２５ｒｐｍ（回転半径１０ｃｍ）、浸漬時間：６０分、浸漬深さ：５０ｍｍ、ｎ数：２なる条件で行った。その場合のアルミ溶損試験機の概略図を図１に示す。
【００１２】
図１に示すように、溶解槽１内にアルミ合金２をヒーター３により加熱してアルミ合金２を溶解すると共に、試験片４をアルミ合金２の表面５０ｍｍの深さにホルダー５により回転させながらアルミ溶損の試験を行った。被削性評価は、φ１２のハイス製エンドミルを用い、回転数９００ｒｐｍ、切削速度５０ｍ／ｍｉｎ、１刃削り０．１ｍｍ／刃、切削油なしの条件で行った。また、被削性指数として工具摩耗量が０．２ｍｍのときの切削長を指数化したものである。実機テストは、Ａｌ合金：ＡＤＣ１２、型内圧：１．２気圧、製品１個の成形時間：２分／ショットの条件で行った。
【００１３】
【表１】
0003983502.tif 000002
【００１４】
【表２】
0003983502.tif 000003
【００１５】
表１および表２に示すように、供試材Ａは本発明例であり、供試材Ｂ〜Ｅは比較例である。表１に示す溶損試験結果によれば、本発明例Ａは比較例Ｂ〜Ｅに比較して、溶損減量率が低く、特に比較例Ｂ、Ｃは溶損減量率が高い。また、本発明例Ａの被削性指数１００に対し、比較例は、いずれも切削長が長く、特に比較例Ｄ、Ｅは被削性の悪いことが分かる。さらに、表２には実機試験の結果を示すように、本発明供試材Ａは、比較例である供試材Ｅと比べて型寿命は同等であるが、しかし、型作製コストは大幅に低いものである。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による焼入れ、焼戻しを省略して焼鈍と窒化処理によるダイカスト金型を作製することが出来、得られた金型の耐熱疲労クラック性は良好で、しかも金型作製コストを大幅に低減することが可能となり、生産コストを大幅に削減できる耐アルミ溶損性に優れた金型を提供するもので工業的に極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルミ溶損試験機の概略図である。
【符号の説明】
１  溶解槽
２  アルミ合金
３  ヒーター３
４  試験片
５  ホルダー
【図１】
0003983502.tif 000004