平成毯年度 研究報告 充分県工業試験場品準準竺旦撃墜」

1 金属加正接術のブ㌔イチタ宵獲推進事業く且）熱処理を≡おを才る形状変形の予測

機械部 江 藤 博 明

後 藤 章 臣／′

育てばじめに

最近では、大分県内の企業も多種多様な高台金銅を使月∃して、も金型をはじめ治工具等を制作している

単位
A

一が㌔需要者よりの品質に対する要求はますます厳し

享Bさを増Lている。高倉金銅を能率よく駆使するにほ、現在、最もポピュラ州な高台金銅の高機能化技術

コ︹こ1㊧否を左右する。

志④︵︶町

使用日的宣会った熟処理が施されたか否かがその成ば、熱処理であるが、高塩加熱⑳急速冷却に伴う硬化とともに、形状変形と体積変化が同時に起こる。
これらの寸法変化は、金型や治工員等の製作上大．．

きな障害となる。

60

蓼㊥ 30

この熱処理上不可避の課題である寸法変化jに、あるノ定の方向性があることに着目し∴変態応力8率応力愈材料の巽方性の3点からこれを究明した。

30こ＝・

asと50車感醤篭 体積変イヒの傾向を把嫁するため、要汽を絞った試験片

2 実額方法完全焼鈍→硬さ測定→試験片加工与二次元形状測試験片は、閉jのように孔の位置が 一定条件守になるよう黎…泰阜を絞って、初年度は二次元的に捉えた。
園2は∴lj柱テ覧F蔓試験片で球形化現象を究ヒ狂jしたものである。

31 −j lJ7 23 23

卜37

糸†2巨十ト︻︻ん腎L、∴次元形状測定機で行った。

應†⁝毒十︼く旦懇て十﹂む †茸

尉2﹂†−丸元

測定にあたっては、20Cc恒温下に72時巨表∃以ヒ保持﹂ ﹂制御のプロセスで進めた。

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斗休債変化測定（変寸）司郎浄化の解準トヤ炉授受㌍↑定う真空熱処理（高倉金銅1￠50Cc篭低合金鋼85を）0こ〜）

雷J3f）

極トー事k半本定本東＝㊥長＝や長一皿仙一斗…

ユ鮒

琵2 環形楼現象測定位置とその試験韓平成確率度 研究報告 太分県工業試験場

なお、材料どりむカ向としては、金型の作業応力
削立 ′び汀1と裏革考の圧延方向が直角となる必要があるが、県内の金型メ〝カ〉mの「般約まとりかたに準じている。

2エ〉 ㍉鍼′ド ㌢

軟式材の主ミ婆成分ほ姦iのとおりである。

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衰て 供芸式締め主要成分＼、＼ノL−1
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熟処理後の体積変化（変サ）幻′酬曹悠

長手方向に63〟て11／ノi5払耶1膨脹L、縦方向に37粧m／用伽山師拓Lてい牒。膨脹＝＝灘瀾とほぼ同比率の変寸である。
5％以†ご低合金鋼、川％以ぎ二高台金網

長子方向に起こる腫脹（①②隊③④問）は、変寸が2陪、元の良さも2倍であるので、③④＝2／2

3 実験結果及び考察
金型等に使用される高台金銅の最も有効な高機能化は、焼入れである。
焼入れは、高温度に加熱した合金鋼を所定の速度①②長さに比例して変寸言ノている。

ところがもノ、ゝj三毛間のように端面までj5m打と他の部分に比べて薄肉部があると、厚内部CI〕問に比して、収縮比率が薄い方は15mmで4〃m、厚十方は25mmでで冷却する処理で、その目的は璽を硬瀧（耐摩耗性三5〃rnとなり、約1／2となる。この原区首ほ、一番付与h）させることである。

薄い部分が冷却により先に縮み、全体が冷えてくる

本実験でほ、焼入れ硬化に伴う体積変化（変寸）と形状変形（灘がり◎歪）、更に、球形化（部分球形化も含む）について究明した。
焼もどいま、変態点以下の温度で処捜した。この焼もどし処理によって、不安定な焼入れ状態の組織を安：走化iハ 置ききゴニいを防F上しノ、変形の測定竃行っと引っ張られて広がる反転現象である。AB：4／15ニ＝＝iノ／2 歯ユぎレ／25CDが成り立つ。

膨脹収縮に限らず熟処理変形は、変態応力⊥熱応力で複合変形となるので、全く等豪とはならないが、限りなくこの比率に近づく傾向がある。

更に仁黎捉を絞り込んで、鱒孔にL像長方形牒牒た。

純な板状試験片（縦横の比率j，5倍）にして∴ ∴次3．1金型に発嫁する体積変イヒ（変、j▲）の傾向の把捉収縮L、iO2〃m／／／ほOmmの膨脹を起こす。孔の変寸

磯的な金型を㌔ぎ窒ヱてのように孔が両端薗から2 三比率烏ほ招来墨ぐ図3）仁＝／／ であるのでも その分1の比率になるような試験片とし、脹られた要閃に加算され、全体の変、j●は60mmCウ孔があった場合の2絞り込んで焼入れをキさ一った。

倍となる。∠ぺしB＝呈ふ／i．5①②で比例してら、る。

元的解析をすると、茎葉！4のように、7〔）がm／／㍑相即

鮎野議放輯は、代表的な金型用高漕璃硝帰路烏Hである。敏摩は㌘壷ぷ凝一亡ノ室賀l：喜ば、焼入れによる変寸宣とその襖向である。

孔のず∃頂具にかかわらず変、j−の傾向は登ぺ置は1埴性を示Lた。
このことから、長芋プ雄jにほセ‡UD了nそままにつき㍑

Jそ川1膨脹分を見込んでマイナスレつ肛：呈二代をとり、箱方向には、運睾ぷ量のプラスの加二［二代を付ける。必然的に孔有をフでは、そ〔プ〕、を；かつ加巨二代をとれば、高ノ一㊥

率威埠年度 研究機祭 太労農三業試験場

仙W胤〜＼鯛紡織）／／芯言三 ノⅣ さ肛牒服用＼＼√日ヽU〝ハJ／／／㌫霊¶㌫＼∴㌫紅＼協2

ド﹁日＼牒顔／／／㌃言蒜言軒㌣＼慧≠完2；毛︶SしS′iメロて′﹂︹hJバ ／㌫：；一蒜ぴ／髄一・1O︵bSKl）11（く丁しS崩絡：き机≠槻浴 し掛軋∴輔サ（太線のように変寸、測定はA胃㍉ほ際しS規格175〇c）； 母、（亭‡購入：だ㌍考 最方形の板の体積変朋ニ（変寸）のm例㌦Å優SKll＝〔丙焼入）一／竺〆〆Ⅳ一針忘−・〜h濾㌻
底

機能化後に［書的の型の1ナ法となる。
孔の形扶の変化は、ブ寺岳蔓の晶子方向に広がり、縦方向に収縮す

SKL〕11（戸］々焼入）る。つまりは楕円形に変寸しノ、その選ばぬ≠≠−叫−ん′−、ぬ母柑部沈澱＝／∴である。㍑臨削につき駅埴汀ド帯⑪ 告監

針m縦方向に楕＝形に加1二するか、逆の取り代牒つ琵憲（賃31 5〔1 67 9（j ij3

ければ母材都と同様のことかいえる。

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端衝からの距離〔m）＋測定位置（広一〜憲二、）
32円柱型（シャフト等）の球形化

区5 繰り返し焼Åれに伴う資ぞと董の謄移金型周高菜金銅S‡てnユi、SKD6j、SしブS44は≒等、熱処至削こよって高機能化する代表的な朝種で図2の〔工〕D′）／D〉く用0＋（LL′）／1．×＝冗球形化率

ような試験片を作り、程々の焼入れを行い、その変、、、十∩ノじYU化を追求Lた。

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その結果、急速冷却に起附する体積変化」変、j一）1⁝

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為さの或南錐率 出目か大＼

漬箋著に表れている。

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中央に向かって凸彗攣になる球形すと現象が3新種とも【阪Sj｛1）＝300トニ≡崇宍崇兢＼証㌫卦終に則った焼入れ塾焼もどし後の直径は、︹b 端 境かmと＊菓ににりかってぎ三言弧の変、jんとなる。

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封書削乱互が4が汀→6がm烏 SK廿日が3ん号㌃か7↑、＼＼Åだ 頗ある。SK主〕6iがほ〟nlから中東23〃mと大きく、＼＼川口＼〜㌧

河5は、焼入れに伴ッご一変寸の推移を示したもので∵ご量︶に 一志の方向性〔球層′は）があることを見出した。

し 臣芸才、蒜蒜諾警 ′∴過熱焼入れや練り麗し焼入れで変寸を増幅させる

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35以nユセ2呈ノ乙川1と∵層建白著に球形化プラス要因となる〔つ区i6∈ま㌔ 長さ〔つ変寸の推移である（〕Sにi一沌トペ丑悠舶肘＝㌫ ま鋸郡につき㍑肛肌ぶ∵甘㌢mと収締する。

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浮5⊂c 6洲てt 芦妄r貴人 卓毒手々焼人ふ遠敷統人
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焼 ノ人 オt ゼミ 況園6 繰り返し焼Åれに伴う還さ殿推移

iii,O平成4年度 研究報告 太分県工業試験場

SKi〕そ1ミま膨脹傾向を示すが、繰り返し焼入れに伴ことができた。

い急遽に収縮する。過熱及び繰り返し焼入れによっ

この現象解㌻ジョに用いた試験片は、球形化を追求して、変寸を増幅させるとSK06ほミ293がr‡〕、S主（亘〕宣i

た試験片と…司じ試験片で、図2に示すような南澤駅

3ヱ7声nl、SUS∠i40A：476ポロ〕と急速に収縮する。

mm長さほOmmの円柱塑である。シャーープコ山ナ仙が直径が拡張、長さが収縮する

ずんぐりむっくあり細長いので形状変形は起こり易い形である。

り沖 の球形化となる。これらの変寸から次式を作り、（DD′〕／DXほ紆十 くH∴L′）／LX100＝球形比率

閉の表現√﹂．．︑︑．．ノL﹂∋ちnU

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⑳ Siゝj⊃610パ≠鵡ト低合金鋼

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時 間 （分〕欝B 襲撃焼Åれのと…トプ日夕1ラム／雫タmンの叩例…0，0∠を

図8は、そのヒートプログラムパタ岬ンの▲例で一VO．06 卜

ふ球形化率

き叫※J＼へ＼J

長さの変形率岩≡×︹︻＼︵＼C⁝直径の変形率⊂〕ある。この制御は鋼種を問わず歪や曲がりに効率的であり、特に、金型用高台金銅（S‡く了〕11◎61）にほ絶対的な効果を発揮した。図9のようにSKD‖ほi2。2〇c／分で83んFmの曲がりが4．60c／分では3．5−」

誕ブ 各種合金鋼の韓形撒動向

αm、SKD61では12。20c／分で67がrnが4．60c／分で32〃‡nと好結果を得た。但し、SK了〕61は焼もどL温度が600ロCと高い。このことによって耐衝撃性、熟これを基に球形化率を計算するとi男7のようにな軟化抵抗を増しているが、500ロC以上では急激に膨る。高合金鋼は炭化物による上混縮傾向の球形化脹するので、形状変形に影響が出て曲がりが大きく丹心ほ」仁ほ％）、低合金鋼はマルテンサイト変態でなっている。の膨張傾向の球形すと〔Ⅸ′′iどiX O．06％）を起こすことを究明した。

低合金油冷鋼（SKS3 拳Sてて3）は、700〟Ⅱ1が32〔）〃ni、375ノぴmが88がmまで低Fし、昇温制㈲効果
ほあるが∴掛冷なので冷却速度が早く旬 冷郎過程ぷ

3、3高温加熱に起儀する形状変形の制御について従来の熟慮澱では∴炉内圧か透るので対流伝熟藩起こるが、真空熱処理の場合、車ぎ三郎熱のみで等分に形状変形が委ねられることを示し、∃00へ′罰心〃mi′‡a二首の曲がりを見込まなければならない。
しかし∴麦価で加工性も良く彗結構焼入れ性も良加熱することができる。この点に素月Lてい昇温速いので、県卜の企業でも用途によってはよくせわれ度のと血トプログラムパタ岬ンを種々変えることによって、歪や曲がりの形状変形を／な暗に減少させるている。

42年度以降の課題としノては、要受盲iOのように薄肉都平成4年度 研究報告 大分県工業試験場がより鮮明になるように、孔の位置を移動させて、化とともに、形状変形が起こる。

形状変形の動向を追求する必要がある。

この金型等の製作上大きな障害となる変形を次のように究明した。
4．1金型に起こる体積変化（変寸）の傾向把握
長方形の金型では、同量の変寸比率（70〟m／100mm）で、長手方向に膨脹、縦方向に収縮した。型に孔がある場合、孔の変寸比率は母材部の1／2、同傾向の変寸方向を示し、楕円形となる。
事前加工代をこの結果と逆方向にとれば、高機能化後に目的の型の寸法となる。
4．2円柱型（シャフト等）は球形化
直径が膨脹、長さが収縮する −ザんぐりむっくりの球形化となる。
変形率 ＝ 変形量÷元の長さ×100
球形化率＝直径の変形率＋長さの変形率

上式から、炭化物で硬化する高台金銅は、収縮型球形化でMaxO．12％、マルテンサイト変態で硬化する低合金鋼は、膨脹型球形化で0．06％となった。
027（180）（153）

鉄はすべからく熱を加えると丸くなる とまで

83 100 130 145 175（97）（80）（50）（35） （5）は断定しきれないが、すべからく熟応力はそういう端面からの距離（m¶1）

傾向をもっていることを把握できた。

図9 各種合金鋼の昇温速度による変形の推移
4．3高温加熱に起因する変形の抑制

歪や曲がりの形状変形は、変態点近傍を段階式加単位 mm

熱、昇温速度を4．60c／分以下に制御すれば、代表的な金型用合金鋼のSKDllが83〟m→3〟m、SKD61が67〃m→32〃mまで減少可能である。

ただし、低合金鋼（SKS・SK等）のように急冷⊂⊃
▼・・・」
（＝）

（油又は水冷）で硬化するものは、変形が冷却過程に委ねられるので、一定量（320〟m・→88〟m）までは可能だが、それ以下は昇温制御では不可能である。
150

本実験に使用した真空熱処理炉及び三次元形状測図10 孔の位置の軌跡による形状変形の究明

定機は日本自転車振興会から、競輪収益の一部である機械工業振興資金の補助を受けて設置したものである。

4 おわりに精密金型等に使用される合金鋼ほ、熱処理によっ（九州熱処理技術研究会研究発表）（九州産業技術誌山部掲載）て高機能化されるが、高温加熱・急速冷却による硬仙5【