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以下にSLD(JIS-SKD11)の焼入焼戻し組織を示しますが、工具鋼のミクロ組織は、基地(マトリックス)と、炭化物(写真では白く存在)と非金属介在物(写真には存在していない)から構成されます。 |
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焼なまし状態ではフェライトであり、焼入焼戻しによりマルテンサイト等の焼入れ組織に変化し、各種工具の使用に耐える強度が得られます。基地の組成は、材料の成分、熱処理状態により変化し、強度・靭性などに影響を与えます。 | |||
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ミクロ組織写真で白く比較的大きく見える一次炭化物と、微細な二次炭化物があります。一次炭化物は熱処理により変化せず、型材の基礎特性を形成します。二次炭化物は、熱処理状態により、基地に溶け込んだり、析出したりし、型材特性を変化させます。炭化物は、基地よりもはるかに硬いので、炭化物が多いと、摩耗し難くなりますが、切削加工も困難になります。また、一次炭化物はファイバー方向に連鎖状に分布するため、炭化物に沿って割れが進みやすく、炭化物が多いほど靭性は低くなります。これら特性から、冷間金型材料は一次炭化物が多数存在する鋼種が多く、熱間金型材料はほとんど存在しない鋼種が多くなります。 | |||
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金属以外の不純物で、型材内に少量存在します。組成は、硫化物、酸化物ですが、JISでは形態別にA・B・C系に分類されます。介在物は、靭性を低下させますので、出来るだけ低減するよう製造しますが、A系介在物(硫化物)は被切削性を改善しますので、硫黄を添加し、A系介在物を多数分布させた快削材料(例：FDAC(熱間工具鋼)、HPM1・HPM77(プラスチック金型用鋼))も存在します。 | |||
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工具鋼は一般的に“造塊→2回の熱間加工(分塊・仕上げ)→熱処理→手入れ→検査”の工程で製造されます。 造塊は、一般的に“電気孤光炉+炉外精錬炉”で溶解後、鋳型に鋳込んで鋼塊を作る工程です。偏析(成分バラツキ)や非金属介在物を低減したい場合には、エレクトロスラグ再溶解(ESR)、真空アーク再溶解(VAR)が適用される場合もあります。また、高炭素・高合金系の製造、偏析の極小化目的で、粉末工程が採用される場合もあります。粉末鋼は炭化物を微細均一化出来る長所があります。 分塊熱間加工は、鋳造組織の破壊と、仕上げ熱間加工に最適な中間素材の製造を目的に行われます。仕上げ熱間加工は、所定寸法への加工だけでなく、最終製品の品質確保も重要な目的となります。 仕上げ加工後は、熱処理工程で、焼なましや焼入焼戻しが施されます。その後、スケール除去、曲り矯正などを行った上、品質検査に合格してから、出荷されます。 |
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鋼塊をミクロ的に拡大観察しますと、最後に凝固した部分(高合金部で炭化物が存在する場合が多い)が網状(ネット状)に存在します。この網状分布が、熱間加工の進行と共に分断され、製品の長手方向への縞状分布に変化していきます。これがファイバー組織で、その流れる方向をファイバー方向と言います(L方向または縦方向とも言います)。 ファイバー方向は、木材の木目のイメージで、型材はファイバー方向(L方向)に掛かる力に対しては、ファイバー直角方向(T方向または横方向とも言う)に掛かる力に対してより割れが発生し難い傾向があります。そのため、割れが問題になる金型では、割れの方向とファイバー方向を直角にするように材取りを行うのが有利となります。 なお、SKD11など炭化物が多い材料では、熱処理後の変寸がファイバー方向＞ファイバー直角方向となる傾向がありますので、変寸を少なく、安定させるためには、ファイバー方向を統一して材取りすることが肝要と言えます。 |
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日立金属(株)が製造方法の最適化を行うことによって達成した、ファイバー方向とファイバー直角方向の機械的性質の差異を低減し等方性を持たせた工具鋼です。鋼の特性の安定化や高寿命化に大きく貢献しています。 | |||
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