パート1 -冷間加工死ぬ鋼鉄
冷間加工用金型鋼には、打ち抜き・切断用の金型（打ち抜き金型、トリミング金型、パンチ、ハサミ）、冷間圧造金型、冷間押出金型、曲げ金型、伸線金型などが含まれます。
1. 冷間加工の作業条件と性能要件金型鋼
冷間加工作業中金型鋼、加工材料の高い変形抵抗により、金型の作動部分には大きな圧力、曲げ力、衝撃力、摩擦力がかかります。したがって、冷間加工金型を廃棄する通常の理由は、摩耗によるものです。また、公差を超える破壊や潰れ力、変形により早期に破損する場合もあります。
切削工具鋼と比較して冷間加工金型鋼には多くの類似点があります。金型には、プレス加工をスムーズに進めるために、高い硬度と耐摩耗性、高い曲げ強度、十分な靭性が求められます。違いは、金型の形状や加工技術が複雑であることに加え、摩擦面積が大きく摩耗する可能性が高いため、修理や研磨が難しいことです。したがって、より高い耐摩耗性が要求される。金型は加工時に高い打抜き圧力がかかり、複雑な形状のため応力が集中しやすいため、高い靱性が求められます。金型は大型で複雑な形状をしているため、高い焼入性、変形の少なさ、割れの発生しやすさが求められます。つまり、冷間加工における焼入性、耐摩耗性、靭性の要件金型鋼切削工具鋼よりも高い。ただし、赤硬さの要求は比較的低いか、基本的に要求されない（冷間状態で成形されるため）ため、高耐摩耗性、微変形性の開発など、冷間加工金型に適した鋼種も生成されています。冷間加工金型鋼高靭性冷間加工金型鋼.
2. 鋼種の選択
通常、冷間金型の使用条件に応じて、鋼種の選択は次の4つの状況に分けられます。
①C小型、シンプルな形状、軽荷重の古い加工用金型。
例えば、鋼板を切断するための小型のパンチやハサミは、T7A、T8A、T10A、T12A などの炭素工具鋼で作ることができます。このタイプの鋼の利点は次のとおりです。加工性が良く、価格も安く、ソースも容易です。しかし、焼入れ性が低く、耐摩耗性が悪く、焼入変形が大きいという欠点があります。したがって、寸法が小さく、形状が単純で、荷重が軽い工具の製造や、低硬化層と高い靭性が必要な冷間加工金型の製造にのみ適しています。
② 大寸法、複雑な形状、軽荷重の冷間加工金型。
一般的に使用される鋼種には、9SiCr、CrWMn、GCr15、9Mn2V などの低合金切削工具鋼が含まれます。これらの鋼の油中での焼き入れ直径は、一般に 40 mm 以上に達することがあります。その中でも9Mn2V鋼は冷間加工の一種です。金型鋼近年中国でCrを含まない製品が開発されました。Crを含む鋼を代替または部分的に代替できます。
9Mn2V鋼はCrWMn鋼よりも炭化物不均質性や焼割れ傾向が小さく、9SiCr鋼よりも脱炭傾向が小さく、炭素工具鋼より焼入れ性が優れています。価格は後者に比べて約 30% 高いだけなので、促進して使用する価値のある鋼種です。ただし、9Mn2V 鋼には、衝撃靱性が低いことや、製造時や使用時に発生する亀裂現象など、いくつかの欠点もあります。また、焼き戻しの安定性が悪く、焼き戻し温度は通常180℃を超えない。200℃で焼き戻すと、曲げ強さおよび靭性が低い値を示し始めます。
9Mn2V 鋼は、硝酸塩や熱油などの比較的穏やかな冷却能力を持つ焼入れ媒体で焼入れできます。厳しい変形要件と低硬度要件を持つ一部の金型では、オーステナイト系等温焼入れを使用できます。
③大寸法、複雑な形状、重荷重の冷間加工金型。
Cr12Mo、Crl2MoV、Cr6WV、Cr4W2MoV などの中合金鋼または高合金鋼を使用する必要があります。さらに、高速度鋼も使用できます。
近年、冷間加工用金型としてハイスを使用する傾向が高まっていますが、現時点ではハイス特有の赤く硬い強度を活かすものではなく、むしろ、焼入性が高く、耐摩耗性が高いのが特徴です。したがって、熱処理プロセスにも違いがあるはずです。
ハイスを冷間金型として使用する場合は、靭性を向上させるために低温焼入れを使用する必要があります。たとえば、W18Cr4V鋼の切削工具に一般的に使用される焼き入れ温度は1280〜1290℃です。冷間加工金型を製作する場合は、1190℃の低温焼入れを使用する必要があります。別の例は、W6Mo5Cr4V2 鋼です。低温焼入れを使用することにより、特に損失率が大幅に低減され、寿命が大幅に向上します。
④ 衝撃荷重がかかり、刃隙間が狭い冷間加工金型。
前述したように、最初の 3 種類の冷間ダイス鋼の性能要件は主に高い耐摩耗性であるため、高炭素過共析鋼、さらにはレデブライト鋼が使用されます。ただし、サイドタワーカッティングダイやブランキングダイなどの一部の冷間加工ダイでは、バットジョイントが薄く、使用時に衝撃荷重を受けるため、高い衝撃靱性が要求されます。この矛盾を解決するには、次のような手段が考えられます。
Ⅰ-炭素含有量を減らし、亜共析鋼を使用して、一次および二次炭化物による鋼の靱性の低下を回避します。
Ⅱ-SiやCrなどの合金元素を添加して鋼の焼き戻し安定性と温度（240〜270℃で焼き戻し）を改善すると、焼き入れ応力を完全に排除し、硬度を低下させることなく性能を向上させることができます。
Ⅲ-Wなどの元素を添加して耐火性炭化物を形成し、結晶粒を微細化し靭性を向上させます。高靭性冷間加工金型に一般的に使用される鋼には、6SiCr、4CrW2Si、5CrW2Si などが含まれます。
3. 冷間ダイス鋼の性能を最大限に活かす方法
Cr12系鋼や高速度鋼を冷間加工用金型として使用する場合、鋼材の脆性が高く、使用中に亀裂が発生しやすいことが大きな問題となります。そのためには十分な鍛造方法により炭化物を微細化する必要があります。さらに、新しい鋼種を開発する必要があります。新しい鋼種の開発の焦点は、鋼の炭素含有量と炭化物形成元素の数を減らすことにあるべきです。
Cr4W2MoV鋼は、高硬度、高耐摩耗性、良好な焼入性などの利点を持っています。また、良好な焼き戻し安定性と総合的な機械的特性も備えています。珪素鋼板の金型製造などに使用されており、Cr12MoV鋼と比較して1～3倍以上の長寿命化が可能です。しかし、この鋼は鍛造温度範囲が狭く、鍛造時に割れが発生しやすい鋼です。鍛造温度と動作仕様は厳密に管理する必要があります。
Cr2Mn2SiWMoV鋼は、焼入温度が低く、焼入変形が小さく、焼入性が高い鋼です。空気急冷微変形と呼ばれます金型鋼.
7W7Cr4MoV 鋼は、W18Cr4V および Cr12MoV 鋼の代わりに使用できます。炭化物の不均一性と鋼の靭性が大幅に向上するのが特徴です。
一部2 -熱間加工金型鋼
1. 熱間加工用金型の使用条件
熱間加工金型には、ハンマー鍛造金型、熱間押出金型、ダイカスト金型などがあります。前述したように、熱間加工金型の加工条件の主な特徴は、溶銑との接触にあり、これが冷間加工金型の加工条件との大きな違いです。したがって、次の 2 つの問題が発生します。
（１）金型キャビティの表面金属を加熱する。通常、ハンマリングダイが動作しているとき、ダイキャビティの表面温度は300〜400℃以上に達する可能性があり、熱間押出ダイスは500〜800℃以上に達する可能性があります。ダイカスト金型キャビティの温度は、ダイカスト材料の種類と注入温度に関係します。ブラックメタルをダイカストする場合、金型キャビティの温度は1000℃以上に達することがあります。このように使用温度が高いと、金型キャビティの表面硬度と強度が大幅に低下し、使用中に折れやすくなります。ホットに求められる基本性能金型鋼は、高温での硬度と強度を含む高い熱可塑性耐性と、鋼の高い焼き戻し安定性を実際に反映する高い熱可塑性耐性です。このことから、熱間ダイス鋼を合金化する最初の方法、つまり、Cr、W、Si などの合金元素を添加することで鋼の焼き戻し安定性を向上できることがわかります。
(2) 金型キャビティの表面金属に熱疲労（クラック）が発生します。熱間金型の動作特性は断続的です。溶銑の形成後は、金型キャビティの表面を水、油、空気などの媒体で冷却する必要があります。したがって、熱間金型の加工状態は加熱と冷却を繰り返し、金型キャビティの表面金属は熱膨張を繰り返し、すなわち引張応力と圧縮応力を繰り返し受ける。その結果、金型キャビティの表面に亀裂が生じます。これを熱疲労といいます。したがって、ホットの 2 番目の基本性能要件は、金型鋼つまり、熱疲労耐性が高いということです。
一般的に、鋼の熱疲労耐性に影響を与える主な要因は次のとおりです。
① 鋼の熱伝導率。鋼の高い熱伝導率により、金型の表面金属の加熱の程度が軽減され、それによって鋼の熱疲労の傾向が軽減されます。一般に、鋼の熱伝導率は炭素含有量に関係していると考えられています。炭素含有量が多いと熱伝導率が低くなり、熱間加工には不向きです。金型鋼。低炭素含有量の中炭素鋼 (C0.3% 5 ～ 0.6%) が製造で一般的に使用されますが、これは鋼の硬度と強度の低下につながる可能性があり、有害でもあります。
②鋼の臨界点効果。通常、鋼の臨界点 (Acl) が高いほど、熱疲労傾向は低くなります。したがって、鋼の臨界点は、一般に合金元素 Cr、W、Si、鉛を添加することによって高められます。これにより、鋼の耐熱疲労性が向上します。
2. 一般的に使用される熱間金型用鋼
(1) ハンマー鍛造型用鋼。一般的に、ハンマー鍛造型に鋼を使用する場合には 2 つの顕著な問題があります。まず、動作中に衝撃荷重がかかります。したがって、鋼の機械的特性、特に耐塑性変形性と靭性が高いことが要求されます。2 番目の理由は、ハンマー鍛造金型の断面サイズが比較的大きい (<400 mm) ため、金型全体の均一な微細構造と性能を確保するには鋼の高い焼入れ性が必要です。
一般的に使用されるハンマー鍛造型鋼には、5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW、5CrNiTi、5CrMnMoSiV などがあります。ハンマーアイモールドの種類が異なれば、使用する材料も異なります。非常に大型または大型のハンマー鍛造金型の場合は、5CrNiMo が推奨されます。５ＣｒＮｉＴｉ、５ＣｒＮｉＷ、５ＣｒＭｎＭｏＳｉも使用できる。5CrMnMo鋼は通常、中小型のハンマー鍛造金型に使用されます。
(2) 熱間押出金型には鋼が使用されており、熱間押出金型の加工特性は荷重速度が遅いことです。したがって、金型キャビティの加熱温度は比較的高く、通常は500〜800℃までになります。このタイプの鋼の性能要件は、主に高い高温強度 (つまり、高い焼き戻し安定性) と高い熱疲労耐性に焦点を当てる必要があります。AK と焼入性の要件を適切に下げることができます。一般に、熱間押出金型のサイズは小さく、多くの場合 70 ～ 90 mm 未満です。
一般的に使用される熱間押出金型には、4CrW2Si、3Cr2W8V、および 5% Cr タイプの熱間加工が含まれます。金型鋼s.その中でも4CrW2Siは冷間加工と両方の加工が可能です。金型鋼そして熱い仕事金型鋼。用途が異なるため、異なる熱処理方法を使用できます。冷間金型を作成する場合は、より低い焼入れ温度 (870 ～ 900 ℃) と低温または中温の焼戻し処理が使用されます。熱間金型を作製する場合は、より高い焼入れ温度（通常950～1000℃）と高温焼戻し処理が行われます。
(3) ダイカスト金型用鋼。全体として、ダイカスト金型用の鋼の性能要件は熱間押出金型の性能要件と同様であり、高い焼き戻し安定性と熱疲労耐性が主な要件です。したがって、一般的に使用される鋼種は、通常、熱間押出金型に使用される鋼と同じです。従来通り、4CrW2Siや3Cr2W8Vといった鋼材が使用されています。ただし、低融点 Zn 合金ダイカスト金型には 40Cr、30CrMnSi、40CrMo が使用されるなどの違いがあります。Al、Mg合金ダイカスト金型は4CrW2Si、4Cr5MoSiVなどが選択可能です。Cu合金ダイカスト金型には3Cr2W8V鋼が主に使用されます。
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投稿日時: 2023 年 6 月 21 日