[0105] S、Se、Te、Ca、Pb和Bi的全部都具有改进模具用钢的切削性的效果。由于根据本实施方案的模具用钢与传统的模具用钢相比具有相对少的Si含量,所以机械加工性不是很高。可通过向其中添加这些元素来改进切削性。将各元素的含量的下限确定为能够获得改进切削性的效果的含量。同时,当过量添加这些元素时,改进切削性的效果饱和并且热加工性降低,并且冲击值和镜面抛光性降低。从避免这些特性劣化的观点,确定其含量的上限。
[0106] 根据本实施方案的模具用钢包含上述必需元素并且进一步任选地包含添加元素。因此,其以良好平衡的方式具有高硬度、耐偏析、耐珍珠岩的析出、高耐腐蚀性、耐δ-铁氧体的析出、慢淬火时的高冲击值和高导热率的各特性。以该方式,可提供满足树脂材料的注射成型工艺和模具的制造工艺中近几年各种要求的模具。
[0107] 由于根据本实施方案的模具用钢具有高硬度,所以当将钢制成模具时可获得高耐磨耗性。特别是在将如玻璃纤维等硬质材料混合至树脂材料的情况下这是有利的。此外,由于模具用钢具有高硬度,所以改进模具的镜面抛光性并且防止当将微小的凹凸结构转印至树脂制品时导致的制品的设计性的损害。可通
过热处理的条件将模具用钢的硬度调节至一定程度,但如上所述优选混入硬质材料的树脂的注射成型用模具具有47HRC以上的硬度并且更优选模具具有49HRC以上的硬度。当模具具有上述组成时,实施热处理后此硬度变得容易稳定地实现。
[0108] 此外,由于根据本实施方案的模具用钢不仅具有高硬度而且具有少偏析,所以提供高镜面抛光性。此外,在使模具表面进行压花加工的情况下,由于偏析少所以几乎不产生压花不均匀。由于通过偏析引起的与化学溶液
接触时部位间的腐蚀性的差异的产生导致产生压花不均匀。
[0109] 珍珠岩不可能析出的事实影响模具的镜面抛光性的改进。此外,由于珍珠岩不可能析出,所以防止起点为珍珠岩的模具的断裂。珍珠岩在淬火速度小的情况下特别容易析出。然而,由于通过模具用钢的组成的效果抑制珍珠岩的析出,所以即使当模具大型化并且淬火速度变小时珍珠岩也不可能析出,由此,确保高镜面抛光性和高淬透性。
[0110] 此外,由于模具用钢具有高耐腐蚀性,因此即使在模具中设置水冷却回路的情况下,也抑制模具中腐蚀的发生并且获得维持冷却能力和防止由于腐蚀引起的裂纹的效果。
[0111] 耐δ-铁氧体的析出具有改进镜面抛光性和防止模具裂纹的效果。此外,由于模具不仅具有耐δ-铁氧体的析出而且具有高冲击值,因此抑制模具的裂纹。特别是,在模具的大型化和模具的制造环境的多样化的情况下,模具的淬火速度在许多情况下变小。即使在进行此类慢淬火的情况下,由于具有高冲击值的模具,所以也防止裂纹。
[0112] 最后,由于模具用钢具有高导热率,所以在树脂的注射成型时可以使注射的树脂材料快速固化。以该方式,可响应于近几年发展的注射成型的高循环生产的要求。具体地,优选25℃下的导热率为大于或等于20W/m/K。模具用钢的导热率可通过激光闪光法来评价。
[0113] 由于根据本实施方案的模具用钢具有上述特性,所以所述钢可合适地用作各种塑料的注射成型用模具。此外,所述钢当用于如
橡胶的成型或加工;钢板的冷
压制成型;和钢板的
热冲压(也称为模压淬火或模具淬火)等除了塑料的注射成型以外的其它用途时,可发挥高性能。此外,为了进一步改进硬度或镜面抛光性的目的,有效的是,将各种表面改性如
喷丸;
喷砂;氮化;
物理气相沉积(PVD);
化学气相沉积(CVD);和
镀覆等施用于根据本实施方案的模具用钢。
[0114] 上述根据本实施方案的模具用钢可例如,如下所述来适当地生产。即,首先,将具有上述化学组成的钢在
真空感应炉等中熔融以
铸造成钢锭。然后,使获得的钢锭进行热
锻造和/或
热轧,然后调节为具有要求尺寸的钢材料。
[0115] 此外,根据需要进行一种以上的热处理。热处理的种类的实例包括淬火、回火、
深冷处理和球化退火处理。具体地,淬火或回火的实例包括将在1,000℃至1,200℃的温度范围内加热0.5小时至1.5小时后的模具冷却的淬火。关于冷却速度,除了快速冷却以外,可示例1,030℃至550℃的温度范围内以约5℃/min至150℃/min冷却并且在550℃至100℃的温度范围内以约1℃/min至30℃/min冷却的方法。可示例以下方法:进行淬火,并且其后根据需要在例如-196℃或-76℃的温度下进行深冷处理0.5小时至1小时,并且在200℃至700℃的温度下进一步进行加热0.5小时至1.5小时并且进行空气冷却以进行使模具回火。此外,作为球化退火处理,具体地,可示例以下方法:在850℃至950℃的温度下使模具进行加热3小时至5小时,以10℃/小时至40℃/小时的速度在炉中冷却至约600℃,然后使模具空气冷却。
[0117] 将参考实施例详细描述本发明。
[0118] 分别制备具有表1和2列出的组分组成(单位:质量%)的模具用钢。具体地,将具有各组成比的钢在真空感应炉中熔融以铸造成7吨的钢锭。然后,通过进行
热锻造来生产具有有尺寸为300mm×700mm的尺寸的矩形形状的截面的
块。此外,使获得的块进行加热至1,050℃并且急速冷却的正火并且通过在700℃下加热进行回火。此外,通过在930℃下加热并且逐步冷却使该块进行退火。
[0119] 从由此获得的由各模具用钢形成的块的中心附近切出试验片,并且进行用于评价回火硬度、耐珍珠岩的析出、冲击值、耐腐蚀性、耐δ-铁氧体的析出、镜面抛光性、压花加工性和导热率的各特性的试验。以下将描述试验方法。
[0120] <回火硬度>
[0121] 切出尺寸为15mm×15mm×25mm的方棒作为试验片并且进行回火硬度的试验。具体地,使试验片通过加热至1,030℃、保持60分钟、然后急速冷却进行淬火。其后,使试验片在450℃至600℃的温度下进行回火2小时。根据洛氏C级(HRC)测量其硬度并且将回火时的温度范围内获得的最大硬度取作回火硬度。
[0122] <耐珍珠岩的析出>
[0123] 在模拟模具的淬火的试验中评价耐珍珠岩的析出。具体地,将具有尺寸为φ4mm×10mm的大致形状的试验片加热至1,030℃,保持15分钟,然后以预定冷却速度冷却至室温(25℃)。然后,切断冷却后的试验片,观察切断面的结构,然后判定珍珠岩的有无。基于观察到珍珠岩的析出的最大冷却速度A(℃/min)评价耐珍珠岩的析出。即,进行以下评价:A为小于5的情况标记为意味着特别不可能析出珍珠岩的(S);A为5以上且小于10的情况标记为意味着不可能析出珍珠岩的(A);A为10以上且小于30的情况标记为意味着轻微地容易析出珍珠岩的(B);和A为大于或等于30的情况标记为意味着容易析出珍珠岩的(C)。
[0124] <冲击值>
[0125] 通过进行模拟使大模具通过使用具有低性能的装置进行淬火的情况的试验来评价冲击值。具体地,使用尺寸为11mm×11mm×60mm的方棒,并且通过在1,030℃至550℃的温度范围内以50℃/min冷却,并且在550℃至100℃的温度范围内以2℃/min冷却,然后在450℃至600℃的温度范围下进行回火2小时使方棒进行淬火。作为回火温度,选择可获得各种钢的最大硬度的温度。将这些处理后的方棒加工成具有切口(上端R部的半径为1mm)的大致尺寸为10mm×10mm×55mm的试验片,并且根据卡毕冲击试验测量室温(25℃)下的冲击值E(J/cm2)。关于获得的冲击值E,进行以下评价:E为大于或等于35的情况标记为意味着冲击值特别高的(S);E在20以上且小于35的范围内的情况标记为意味着冲击值高的(A);E在10以上且小于20的范围内的情况标记为意味着冲击值小的(B);和E为小于10的情况标记为意味着冲击值非常小的(C)。
[0126] <耐δ-铁氧体的析出>
[0127] 使用于耐δ-铁氧体的析出、耐腐蚀性、镜面抛光性、压花加工性和导热率的试验的试验片进行急速淬火和回火。具体地,试验片通过在1,030℃下均热1小时后急速冷却进行淬火,然后在450℃至600℃的温度下进行回火2小时。作为回火温度,选择获得各种钢的最大硬度的温度。
[0128] 使由此获得的试验片的对应于与作为试验片切出前的块材料的长度方向平行的面的表面抛光。使抛光的试验片用酸腐蚀,然后通过使用光学
显微镜观察其结构。此时,进行以下评价:未观察到δ-铁氧体的情况标记为意味着不可能析出δ-铁氧体的(A)并且观察到δ-铁氧体的情况设定为意味着容易析出δ-铁氧体的(C)。
[0129] <耐腐蚀性>
[0130] 对进行如上所述的急速淬火和回火的试验片进行润湿试验,并且评价耐腐蚀性。具体地,进行镜面抛光的试验片在98%的湿度且50℃的温度的环境下放置24小时后目视观察生锈状况。进行以下评价:几乎不产生生锈的情况设定为意味着耐腐蚀性非常高的(S);
轻微产生生锈的情况标记为意味着耐腐蚀性高的(A);生锈相当明显的情况标记为意味着耐腐蚀性低的(B);和试验片深度生锈的情况标记为意味着耐腐蚀性非常低的(C)。
[0131] <镜面抛光性>
[0132] 进行抛光直到如上所述的进行淬火和回火的试验片上达到计数#50000的研磨粒,并且观察认为如波纹和针孔等缺陷的结构的有无。进行以下评价:几乎不存在此类结构的情况标记为意味着镜面抛光性非常高的(S:作为模具优异);此类结构没有很多的情况标记为意味着镜面抛光性高的(A:可用作模具);此类结构明显的情况标记为意味着镜面抛光性低的(B:在许多情况下不可用作模具);和有很多此类结构的情况标记为意味着镜面抛光性非常低的(C:不可用作模具)。
[0133] <压花加工性>
[0134] 使如上所述的进行急速淬火和回火的试验片进行镜面抛光,用化学溶液腐蚀,然后进行压花加工。此时观察压花状态,并且进行以下评价:没有压花不均匀的情况标记为意味着压花加工性优异的(A);轻微产生压花不均匀的情况标记为意味着压花加工性轻微降低的(B);和大大地产生压花不均匀的情况标记为意味着压花加工性差的(C)。
[0135] <导热率>
[0136] 导热率λ(W/m/K)通过激光闪光法来测量。即,用激光照射试验片并且通过使用
热电偶测量此时的试验片背面的温度变化ΔT。当将试验片的质量设定为M,其厚度设定为L,并且由于用激光照射而赋予试验片的
热能设定为Q时,由“Cp=Q/(M·ΔT)[J/(kg·K)]的关系计算试样的
比热Cp。此外,通过使用安装在试验片的表面侧的红外检测器测量达到试验片中温度变化的最大值的一半的时间(t1/2),并且由“α=0.1388×L2/(t1/2)[m2/s]”的关系计算试验片的热扩散率α。此外,由“λ=Cp·α·ρ[W/(m·K)]”的关系计算试样的导热率λ。在25℃下进行测量。如下评价导热率:λ为大于或等于22的情况标记为意味着导热率非常高的(S);λ在20以上且小于22的范围内的情况标记为意味着导热率高的(A);λ在19以上且小于20的范围内的情况标记为意味着导热率低的(B);和λ为小于19的情况标记为意味着导热率非常低的(C)。
[0137] 根据各实施例和比较例的模具用钢的组分组成列在表1和2中,并且各种试验结果列在表3和4中。“-0.1Cr+1.1
[0138] 表1
[0139]
[0140] 表2
[0141]
[0142] 表3
[0143]
[0144] 表4
[0145]
[0146] 首先,检测关于根据比较例的各钢的特性。以下,当根据各比较例的钢中存在劣化的特性时,考虑主要原因,但钢材料的特性取决于作为整体的组成并且原因不必然取决于特定的组分元素的量。
[0147] 钢17的冲击值和耐腐蚀性差。认为主要由于Cr和Mn的含量少,因此在慢淬火时粗大的贝氏体容易析出,由此冲击值小。此外,由于Cr的含量少,不可能形成稳定的钝化膜并且降低耐腐蚀性。
[0148] 钢18的耐珍珠岩的析出和压花加工性差。认为因为由于Cr的含量过大而C的含量相对多并且Mn的含量相对少使得碳化物容易析出,所以珍珠岩容易析出。此外,压花加工性降低的原因为由于Cr的含量多使得Cr显著偏析。
[0149] 钢19的耐珍珠岩的析出、耐δ-铁氧体的析出和压花加工性差。此外,硬度表示作为模具用钢所需硬度相对低的值。认为珍珠岩容易析出,因为与钢18类似,Cr的含量过大而Mn的含量相对少。此外,δ-铁氧体容易析出的原因为过量包含用作铁氧体稳定化元素的Cr、Mo和V并且也相对多地包含Si。还通过用作奥氏体稳定化元素的C和Mn的含量少的事实促进δ-铁氧体的析出。此外,因为Cr的含量多因此压花加工性降低。由于C的含量少所以硬度低。另外,因为Cr和Mo的含量多并且C的含量少所以耐腐蚀性变得非常优异。
[0150] 钢20的镜面抛光性、压花加工性和导热率差。认为因为由于Mn和Cr的含量多而发生偏析镜面抛光性和压花加工性降低,由此容易产生波纹。导热率低的原因为基体中固溶的Mn或Cr的含量多。
[0151] 钢21的耐腐蚀性差。此外,硬度表示作为模具用钢所需的硬度的相对低的值。认为耐腐蚀性低因为,与钢17类似,Cr的含量少。此外,由于C和Si的含量少所以硬度低。此外,这种钢中,球化退火特性也差并且通过退火钢材料的软化困难。认为这是因为Mn和Cr的含量少并且碳化物的聚集和粗大化慢。
[0152] 钢22的冲击值、耐腐蚀性和镜面抛光性差。认为冲击值低因为与钢17类似由于Cr和Mn的含量少使得在慢淬火时粗大的贝氏体容易析出,此外,由于过大含量的V和N和大含量的C使得V的粗大的碳氮化物增多,其变为断裂的起点。耐腐蚀性低的原因为Cr的含量少。此外,由于除了由于偏析引起的波纹的影响以外由于上述粗大的碳氮化物的脱落引起的针孔的产生所以镜面抛光性低。
[0153] 钢23-26为商购可得的模具用钢。钢23的硬度、冲击值、耐腐蚀性和镜面抛光性差。由于C的含量非常少所以硬度低。此外,由于Cr和Mn的含量少所以冲击值和耐腐蚀性低。因为除了由于Ni、Cu或Al的偏析引起的波纹容易产生的事实以外,由于低硬度引起的夹杂物的脱落使得容易产生针孔,所以镜面抛光性低。
[0154] 钢24为SUS420J2。这种钢的耐珍珠岩的析出、冲击值、压花加工性和导热率差。这些主要是由于C、Si和Cr的含量多。此外,由于在在晶界上碳化物容易析出,所以冲击值变低。
[0155] 钢25为JIS SKD61。主要因为Mn和Cr的含量少所以冲击值低并且耐腐蚀性也低。
[0156] 由于C、Si和Mo的含量多使得钢26具有非常高的硬度。然而,主要由于C、Si和Cr的含量多使得钢26的耐珍珠岩的析出、冲击值、耐腐蚀性、镜面抛光性和导热率差。大量粗大的Cr系结晶碳化物和大量固溶元素是降低各种特性的原因。
[0157] 与根据比较例的各种钢相比,根据本发明实施例的钢的种类全部具有大于或等于49HRC的硬度并且具有耐珍珠岩的析出,慢淬火时的高冲击值,高水平的耐腐蚀性、耐δ-铁氧体的析出、镜面抛光性、压花加工性和导热率的特性。此外,关于钢13,由于包含S并且作为MnS存在于钢中,冲击值和镜面抛光性略低,但作为模具用钢这些在实用上为充分优异的特性。
[0158] 如上所述,发现当C、Si、Cr、Mn、Mo、V和N的含量在预定范围内并且特别是Cr和Mn的含量满足预定关系时,与传统的钢相比,以良好平衡的方式改进上述各种特性。
[0159] 虽然参考其具体实施方案详细描述了本发明,但显而易见的是对于本领域的技术人员可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行各种变化和改变。
[0160] 本
申请基于日本专利申请2014年3月7日提交的2014-045098,并且通过参考将其内容整体并入本文中。