JIS冷間工具鋼材

冷間加工工具鋼は、ゲージ、ドリル鋼、パンチプレスなどの工具、およびスタンピング、鍛造、圧延、圧延などの金型の主な原材料です。 切削、曲げ、スタンピング、圧縮などのプロセスでは、金型は高い表面圧力と衝撃荷重にさらされます。ほとんどの金型は、摩耗、熱間曲げ、ひび割れなどの理由で廃棄されます。 冷間加工工具鋼は、一般に焼入れ焼戻しを行い、硬度約60HRCの条件下で使用する必要があります。 したがって、高強度、高耐摩耗性、高耐疲労性、高靭性が求められます。

耐摩耗性は冷間加工工具鋼の最も重要な特性です。 耐摩耗性を向上させるための基本的な方法は、鋼の硬度を上げることです。 鋼中のCの含有量を増やすと、硬度を向上させることができます。 さらに、Cr、Mo、V、Wおよびその他の元素を添加すると、鋼にM7C3、M6C、MCおよびその他の超硬が含まれるようになり、鋼の耐摩耗性をさらに向上させることができます。 ただし、炭化物の量が多すぎると、鋼の靭性と耐疲労性が低下します。 したがって、用途に応じて適切な冷間加工工具鋼を選択する必要があります。

 

JIS規格は主に炭素工具鋼と 合金工具鋼、そのうち11は炭素工具鋼、10は合金工具鋼です。 炭素工具鋼のC含有量は0.55％〜1.50％で、少量のSiとMnが含まれています。 750〜840℃で焼入れ、150〜200℃で焼戻した後、硬度は54〜63HRCに達することがあります。 炭素工具鋼は合金元素が少なく焼入れ性が悪いため、水冷焼入れが必要ですが、中心硬度が低いまま表面のみが焼入れされます。 最も一般的に使用されているグレードはSK105（1.05C-0.2Si-0.25Mn）で、切削工具、ドリル鋼、治具、パンチングダイとして使用できます。 JISは、合金工具鋼を切削工具鋼、耐衝撃工具鋼、冷間加工金型鋼、熱間加工金型鋼、および多くのグレードの改良鋼に分類しています。 以下は、合金工具鋼の代表的なグレードの特性の簡単な説明です。

 

低合金工具鋼

低合金工具鋼には、少量の合金元素が含まれています。 冷間加工ダイス鋼。 一般的に使用されるグレードは、SKS93（1.05C-0.95Mn-0.4Cr）およびSKS3（0.95C-1.05Mn-0.75Cr）です。 SKS3鋼には0.75％のWも含まれており、焼入れ性と靭性が向上しています。 刃先、ゲージ、パンチングダイなどの製作に使用できます。

 

高C-Cr冷間加工工具鋼

代表的な素材はSKD11（1.5C-12CR-1MOシリーズ）です。 Cr含有量が高いと、親相に粗いCr炭化物（M7C3）が生成され、耐摩耗性が向上します。 SKD11は焼入れ性が良く、空冷により均一なコア硬度が得られます。 焼入れ温度は1000〜1040℃で、真空熱処理炉で一般的に使用されています。

SKD11よりも耐摩耗性に優れた冷間加工工具鋼は、CとCrの含有量が多いSKD1（2C-12Crシリーズ）であり、耐摩耗性の高いSKD1工具鋼です。 ただし、Crカーバイドが多いため、SKD11よりも靭性や耐疲労性が劣ります。 SKD1の焼入れ温度は950℃であり、一般的に使用されている焼入れ温度とは異なり、焼入れ性が悪いため、油焼入れが必要であり、SKD1は一般的に使用されていません。 SKD11をベースにさまざまな目的で改良されたさまざまな鋼が開発され、広く使用されています。

 

5％Cr冷間加工工具鋼

JIS 5％Cr冷間加工工具鋼の代表的なグレードはSKD12（1C-5Cr-1Moシリーズ）です。SKD12はSKD11よりも靭性に優れ、C、Cr含有量が少ないですが、耐摩耗性はやや劣ります。 SKD12の利点は、熱処理サイズの変形異方性が小さいことです。 SKD12の焼入れ温度は970℃、焼戻し硬度は低温で60HRC、焼戻し硬度は高温で58HRC未満です。 これらは一般的な工具鋼とは異なるため、ほとんど使用されません。

 

8％Cr冷間加工工具鋼

JIS規格には8％Cr鋼は含まれていませんが、広く使用されています。 SKD11に基づいて調整された鋼の元素含有量と主な組成は1C-8Cr-2Moです。 モールド鋼は、EDMと焼入れ残留応力、および不十分な靭性のためにしばしば割れます。 高温焼戻しは残留応力を効果的に除去できますが、高温焼戻し後のSKD11は必要な硬度と靭性を得ることができません。

したがって、SKD11に基づいてCとCrを減らし、Moを増やして8％Cr鋼を形成し、高温焼戻しによって鋼を作ることも62HRCの高硬度を得ることができます。 8％Crは、耐摩耗性と切削能力においてSKD11ほど良くありません。 しかし、その優れた総合性能により、今でも広く使用されています。 SKD11を使用した冷間工具鋼の標準グレードです。

 

マトリックススタンピング金型鋼

マトリックススタンピングモールド鋼は、SKD11粗炭化物を排除したマトリックス鋼と同等です。 まだJIS規格には含まれていませんが、多くの企業で開発され広く使用されています。 8％Crをベースに、CとCrがさらに低減され、鋼に粗い炭化物がほとんどないため、鋼の靭性と耐疲労性は8％Cr鋼よりもはるかに優れています。 熱処理寸法変形の被削性と異方性も向上します。 マトリックススタンピング金型鋼は、完成した金型の製造時間を短縮します。

 

火炎表面硬化鋼

工具鋼は通常、従来の焼入れ焼戻し後に使用されます。 火炎面焼入れ鋼は、鋼の焼入れ焼戻し処理を簡略化したもので、主成分は0.7C-1Si-1Mn-1Crであり、溶接ノズルまたはヒューズノズルで部品を加熱し、次に冷却して、上記の硬度を得るための加工金型硬度要件です。 60HRC。 火炎面硬化鋼は、焼入れ温度範囲が広く、一定の焼入れ性、靭性、溶接性を備えています。 JIS規格には含まれていませんが、スタンピングダイス鋼よりも価格が安く、熱処理時間も短く、納期も短いため、自動車メーカーのカッティングダイに広く使用されています。