特許ウォッチ

公開番号2024165765
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2023082247
出願日2023-05-18
発明の名称異種金属体の接合方法及び熱間鍛造金型
出願人本田技研工業株式会社
代理人弁理士法人大島特許事務所
主分類B23K 20/00 20060101AFI20241121BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】異種金属体に含まれる金属材料の特性が適切に発揮されるようにすると共に、接合及び熱処理に要するコスト及びエネルギーを削減する。
【解決手段】熱間工具鋼からなる第1金属体16に析出硬化型耐熱鋼からなる第2金属体17を接合してなる異種金属体の接合方法は、第2金属体17を第1所定温度T1に加熱した後、急冷する固溶化工程、固溶化工程の後、第2金属体17と第1金属体16とを、所定の圧力をもって互いに密着させた状態で、第2所定温度T2に加熱し、所定時間に亘って保持することにより、第2金属体17と第1金属体16とを固相拡散接合すると共に第2金属体17を時効処理する接合・時効工程、異種金属体を第3所定温度T3に熱加した後、冷却することにより、第1金属体16を焼入れする焼入れ工程、及び、異種金属体を熱間工具鋼の焼戻し温度に加熱する焼戻し工程を含む。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
熱間工具鋼からなる第１金属体に析出硬化型耐熱鋼からなる第２金属体を接合してなる異種金属体の接合方法であって、
前記第２金属体を前記析出硬化型耐熱鋼の溶体化温度よりも高い第１所定温度に加熱し、前記第２金属体を溶体化させた後、前記第２金属体を急冷し、前記第２金属体を析出硬化させる固溶化工程と、
前記固溶化工程の後、前記第２金属体と前記第１金属体とを、所定の圧力をもって互いに密着させた状態で、前記析出硬化型耐熱鋼の前記溶体化温度より低く且つ前記析出硬化型耐熱鋼の時効温度より高い第２所定温度に加熱し、前記第２所定温度に応じた所定時間に亘って前記第２所定温度を保持することにより、前記第２金属体と前記第１金属体とを固相拡散接合すると共に前記第２金属体を時効処理する接合・時効工程と、
前記接合・時効工程の後、前記第１金属体に前記第２金属体を接合してなる前記異種金属体を、前記析出硬化型耐熱鋼の前記溶体化温度より低く且つ前記熱間工具鋼の焼入れ温度より高い第３所定温度に熱加した後、冷却することにより、前記第１金属体を焼入れする焼入れ工程と、
前記焼入れ工程の後、前記異種金属体を、前記焼入れ温度よりも低い前記熱間工具鋼の焼戻し温度に加熱する焼戻し工程と、を含む、接合方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記焼入れ工程において前記第１金属体を焼入れする際の前記第３所定温度が９５０℃以上且つ１１００℃より低い温度範囲にあり、
前記析出硬化型耐熱鋼が、９５０℃より低い温度で溶体化せず、１１００℃より低い温度で溶体化する析出硬化型Ｎｉ基合金である、請求項１記載の接合方法。
【請求項３】
前記固溶化工程における前記第１所定温度が前記熱間工具鋼の粗粒化温度よりも高い、請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記焼入れ工程において、前記第３所定温度を保持する時間は、前記第１金属体の大きさに応じ、前記第１金属体の全体を前記第３所定温度にするのに必要と推定される推定最短時間であり、前記推定最短時間の経過後、直ちに前記異種金属体が冷却される、請求項１～３のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項５】
前記固溶化工程において前記第２金属体が水冷により冷却される、請求項１～３のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項６】
前記焼入れ工程において前記異種金属体が空冷又は油冷により冷却される、請求項１～３のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項７】
前記焼入れ工程が前記接合・時効工程に連続して行われる、請求項１～３のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項８】
前記焼戻し工程の後の前記第１金属体及び前記第２金属体のそれぞれの硬さがＨＲＣ３８以上且つ４７以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項９】
前記熱間工具鋼はＳＫＤ６１であり、前記析出硬化型耐熱鋼はＮＣＦ７５０である、請求項１～３のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の接合方法によって前記第１金属体に前記第２金属体が接合された前記異種金属体によって形成される下型及び上型を備えた熱間鍛造金型であって、
前記下型及び前記上型は、それぞれの割面に凹設されたキャビティと、前記割面間に生じるバリを抑制するために、前記キャビティの外側に形成された傾斜面とを有し、
前記下型及び前記上型の金型本体のそれぞれが前記第１金属体により形成され、
前記下型及び前記上型の前記傾斜面のそれぞれが前記第２金属体により形成されている、熱間鍛造金型。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間工具鋼からなる第１金属体に析出硬化型耐熱鋼からなる第２金属体を接合してなる異種金属体の接合方法、及び、この接合方法を用いて製造された熱間鍛造金型に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物の発生防止、削減、再生利用及び再利用により、廃棄物の発生の大幅な削減に向けた取り組みが活発化している。この実現に向けて、金属材料の再利用に関する研究開発が行われている。
【０００３】
従来、内燃機関のクランクシャフトは熱間鍛造によって成形されている。熱間鍛造は、高温に熱して変形抵抗を低下させた構造材に、金型により高圧荷重を繰り返し加えることによって金型の形状を転写して成形する加工法である。金型は高温且つ高圧下で構造材と繰り返し摺動するため、金型の寿命は短い。金型の寿命が短いと、金型表面の機械加工による再生が必要になるだけでなく、金型の製作費用が嵩む。また、金型を交換するために製造ラインの稼働停止が必要になることや、摩耗による各種条件の調整が必要になる等、様々なロスが発生する。
【０００４】
摺動による摩耗を抑制して長寿化を図るために、金型を複合金属で製造することが考えられる。特許文献１には、高温耐摩耗性を重視した合金によって構成される第１肉盛層と、高温強度を重視した合金によって構成される第２肉盛層とを備えた熱間鍛造用複合金型が開示されている。この金型は、鍛造品となる粗材からのフラッシュ（バリ）の流動を促進させるフラッシュ流動促進領域と、粗材からのフラッシュの流動を抑制するフラッシュ流動抑制領域とを備える。フラッシュ流動促進領域には高温耐摩耗性を重視した第１肉盛層が肉盛され、フラッシュ流動抑制領域には高温強度を重視した第２肉盛層が肉盛される。
【０００５】
また、特許文献２には、析出硬化型耐熱合金からなる第１金属材（インコネル７１８）と、非析出硬化型合金からなる第２金属材（３Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ鋼）とを接合処理した場合の熱処理方法が開示されている。この熱処理方法では、接合に伴う熱影響による第１金属材の硬度低下域及び熱影響による第２金属材の硬度上昇域のそれぞれの硬度を回復させる。具体的には、まず、第１金属材の固溶化（溶体化）熱処理条件と第２金属材の焼入れ処理条件とが重複する範囲（９００～１２００℃／０．１ｈ以上）で１次熱処理が行われる。これにより、接合によって硬度が低下した第１金属材の領域の硬度が高硬度側に回復される。その後、第１金属材の時効処理条件と第２金属材の焼戻し処理条件とが重複する範囲（４７０～８５０℃／０．１ｈ以上）で２次熱処理が行われる。これにより、接合によって硬度が上昇した第２金属材の領域の硬度が低硬度側に回復される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開平１１－３４７６７８号公報
特開平１０－２９８６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術では、肉盛溶接により接合された第１肉盛層及び第１肉盛層について接合後の熱処理が行われていないため、これら金属材料の特性が十分に発揮されない。また、特許文献２の技術は、第１金属材の固溶化（溶体化）熱処理条件と第２金属材の焼入れ処理条件とが重複しない場合や、第１金属材の時効処理条件と第２金属材の焼戻し処理条件とが重複しない場合に、適用することができない。熱処理条件が重複する場合でも、２つの金属材料に対して同時に熱処理が行われるため、両金属に最適な条件で熱処理を行うことができない。このように異種金属材料を含む異種金属体に関する技術においては、各金属材料の特性を適切に発揮させることに関して改善の余地がある。
【０００８】
また、特許文献２の技術は、アーク溶接、摩擦圧接、液相拡散接合のいずれかによって接合された異種金属体を熱処理方法の適用対象としている。しかしながら、異種金属体が２つの金属体を固相拡散接合によって接合して構成されている場合、接合後の１次熱処理において異種金属体が急冷されると、冷却時の熱応力、変態応力、異種金属間の熱膨張率差、接合界面の熱伝達等に起因して、冷却割れが発生する虞がある。
【０００９】
ここで、析出硬化型耐熱合金からなる第１金属材に溶体化処理及び時効処理を施した後に第１金属材と第２金属材とを固相拡散接合によって互いに接合することが考えられる。しかしながらこの場合、溶体化処理、時効処理及び固相拡散接合のための３回の熱処理の後に、非析出硬化型合金からなる第２金属材の焼入れ及び焼戻しのために更に２回の熱処理が必要になる。したがって、接合及び熱処理に必要なコスト及びエネルギーが大きい。
【００１０】
本発明は、以上の背景に鑑み、異種金属体に含まれる金属材料の特性が適切に発揮されるようにすると共に、接合及び熱処理に要するコスト及びエネルギーを削減することを課題とする。そして、延いては熱間鍛造金型の寿命を延ばし、廃棄物の発生の大幅な削減に寄与するものである。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許