 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
||||||||||||||||
|
 |
||||
 |
割れやクラックの発生し難さの指標です。シャルピー衝撃値や抗折力などが一般的に使われ、数値が大きいほど靭性が高く、割れ難い傾向があります。 各種冷間金型用鋼のシャルピー衝撃値を硬さとの関係で整理して下図に示します。硬さが高いほど衝撃値は低下しますが、同じ硬さでも鋼種差があります。SLD(JIS-SKD11)やXVC5(JIS-SKH57)等巨大一次炭化物が多数存在する材料はクラックが発生し易く靭性が低く、粉末ハイス(HAP)は、炭化物量は多いものの微細で均一に分散しているため、靭性が高くなります。 また、個々の鋼種に注目しますと、同材質の最高硬さの近くで衝撃値が低下する傾向がありますが、硬さを低くしても衝撃値はあまり向上しません。このことは、各鋼種で最適な使用硬さがあることと、衝撃値の向上には硬さを下げるよりも鋼種変更が有効であることを示しています。 なお、熱処理につきましては、焼入冷却速度が速いほど靭性が向上する傾向があります。割れ問題のある工具で、油冷、高圧ガス冷、ソルト冷却などの急冷焼入れが採用されるのは、そのためです。  |
|||
| ↑このページのトップへ | ||||
 |
||||
|
工具鋼の靭性の評価指標として広く用いられる値で、2mmUなどのノッチの付いた試験片をハンマーで破壊し、破断に要したエネルギーを試験片の断面積で除した値を用います。熱間工具鋼には2mmUノッチ試験片(JIS・Uノッチ試験片のノッチ下高さ8mm)が、冷間工具鋼には10Rノッチ試験片(JISに規定なし)が使われます。なお、この他に2mmVノッチ試験片(JIS・Vノッチ試験片)やノッチなし試験片(JISには規定がありませんが、海外で使用されています)などが使われます。 | |||
| ↑このページのトップへ | ||||
 |
||||
|
曲げ試験で試験片が折れる際の応力のことです。大きいほど靭性が高くなります。また、同試験で、折れるまでに必要なエネルギーを抗折エネルギー、折れるまでの試験片の最大変位量を最大たわみ量と言い、共に大きい方が高靭性となります。 | |||
| ↑このページのトップへ | ||||
 |
||||
|
引張試験で、破断するまでの最大荷重の値を、試験片の初期断面積で除した値です。 約55HRCまでの低硬度では、引張強さは硬さに比例して高くなり、鋼種間差は比較的小さい傾向があります。しかし、SKD11では約58HRC、高速度工具鋼では約62HRCで極大値となり、それ以上では急激に低下する傾向があります。低下の度合いは、鋼種により差があり、巨大一次炭化物の多い材料では著しくなります。 |
|||
| ↑このページのトップへ | ||||
 |
||||
|
圧縮試験で、破断するまでの最大荷重の値を、試験片の初期断面積で除した値です。 圧縮強さは硬さ54〜70HRCの範囲で、鋼種によらず硬さのみに比例して高くなる傾向があり、圧縮変形している工具の寿命向上のためには硬さの向上が有効となります。 |
|||
| ↑このページのトップへ | ||||
 |
||||
|
引張強さや圧縮強さ以下の応力が繰返し負荷される時、表面に疲労クラックが発生する場合があります。各応力に対する破断サイクル数をプロットし近似線を引いたものがSNカーブですが、このカーブは107サイクル近傍で飽和します。このため、一般的に107サイクルに対応する応力を疲れ強さの判断に用います。 疲れ強さは、引張強さと相関があり、合金工具鋼クラスの材料は、硬さが50〜58HRCのとき、高速度工具鋼は60〜62HRCのときに最大値となります。 疲れ強さは表面粗度やコーナーRの影響を強く受けますので、金型が疲労破壊している場合には、応力集中しやすい部位の仕上面粗度を可能な限り良くすることや、コーナーRを大きくとることが有効な対策となる場合が多くなります。なお、表面粗さによる疲労強さの向上度合いは、粉末高速度工具鋼のように組織の微細均一な材料の方が大きい傾向があります。窒化は母材表面に圧縮応力を残留させますので疲労強さが向上します。 |
|||
| ↑このページのトップへ | ||||
 |
||||
|
熱間で使用される工具の場合、使用温度での強度が重要となりますので、高温引張試験を行います。600℃以下の温度では、材質の差よりも初期硬さの差の影響が大きい傾向があります。700℃では初期硬さの影響は殆どなくなり、W・Moなど高温強さに寄与する元素を多く含む型材の強度が高くなります。750℃以上になると、工具鋼では焼なまし温度域となり、高強度工具鋼でも使用に耐えないため、超耐熱合金などの適用が必要となります。 | |||
| ↑このページのトップへ | ||||
 |
||||
|
熱間工具は、使用時に表面が焼戻し温度以上にさらされるため、使用中に型表面から硬さが低下し、強度・耐摩耗性が低下していきます。この軟化度合いを把握するため、型材を所定温度に保持した場合の硬さ変化を測定したデータです。硬さの低下が少ないほど、軟化抵抗が高い材料です。一般的にW・Moなど高温強さに寄与する元素を多く含む型材の軟化抵抗が高くなります。 | |||
| ↑このページのトップへ | ||||
 |
||||
|
工具表面を被加工材がすべるときに摩耗が起きますが、これに対する抵抗力を耐摩耗性と言います。硬さの向上、耐摩耗性の大きな材料(SLD(JIS-SKD11)や高速度工具鋼など、硬質炭化物が多く含まれる材料)の適用や、表面処理の適用で耐摩耗性の向上が図れます。 工具鋼の耐摩耗性評価には大越式摩耗試験が広く用いられています。 |
|||
| ↑このページのトップへ | ||||
 |
||||
|
熱間工具の表面は、被加工材との接触による昇温、潤滑剤・離型剤噴霧による冷却の温度サイクルにさらされます。このサイクルによる応力サイクルで発生するクラックのことを、ヒートクラックまたはヒートチェック(ダイカスト型の場合はこちらの表現を使用)と言い、これに対する抵抗力を耐ヒートクラック性または耐ヒートチェック性と言います。 耐ヒートクラック性は、昇温温度域における高温強度が高く、冷却温度域における延性の高い材料が優れます。昇温温度が600℃程度までの場合は、高硬度で靭性が下がり難い材料（ダイカスト型材の例：DAC55）を高硬度化して使用することで耐ヒートクラック性は向上します。700℃程度になると、同温度で高温強度の高い材料（ダイカスト型材の例：DAC45）を使うことが有効となります。 |
|||
| ↑このページのトップへ | ||||
 |
||||
|
例えば、アルミダイカストで、溶湯のアルミニウムと金型材料が化学反応により合金化し、それがアルミニウム側に取られていくことにより、金型材表面が侵食される現象や、ゲート正面などで溶湯の衝突により金型材が摩耗する現象を指します。SKD61系材料より、SKD8系やマトリックスハイスなど高合金系の材料の方が耐溶損性に優れます。なお、窒化をすることによっても耐溶損性は改善されます。 | |||
| ↑このページのトップへ | ||||
 |
||||
|
焼入れのし易さを示す指標です。合金元素が含まれないSK材は焼入性が悪く水焼入れしか出来ません。SK材に少量のMnやCrなどを添加して焼入性を改善し、油焼入れを可能にした材料が合金工具鋼のSKS93やSKS3であり、更にCrを添加して焼入性を改善し、空冷を可能とした材料が合金工具鋼のSKD11やSKD61です。 工具鋼は構造用鋼などに比べ焼入性に優れるため、指標としてジョミニーは使用しません。一般的に半冷曲線(焼入冷却速度をX軸、焼入硬さをY軸とし、硬さが出難くなる焼入冷却速度で焼入性を判断します)が用いられます。 |
|||
| ↑このページのトップへ | ||||
 |
||||
|
切削加工のし易さを示す指標です。工具別の切削試験結果などで表わします。冷間工具鋼では一次炭化物の多い材料ほど被切削性が悪い傾向があります。熱間工具鋼では、高靭性の成分系が一般的に悪い傾向があります。また、硫黄を添加した快削鋼は、切粉の分断性が向上しますので、被切削性に優れます。 | |||
| ↑このページのトップへ | ||||
|
