銅の連続熱間押し出しダイスに適した材料を選択するにはどうすればよいでしょうか?

銅加工業界において、連続熱間押出は銅棒や銅線などの重要形状品を製造するための中核技術であり、ダイス材料の選択は生産効率、製品品質、そして総コストに直接影響を及ぼします。本稿では、実際の生産ニーズの観点から従来の金型鋼の限界を分析し、コバルト合金の利点を詳しく説明するとともに、適用事例を通して企業が銅連続熱間押出ダイス材料を選択するための専門的なガイダンスを提供します。

銅の連続熱間押出における材料要件の定義

業界における金型のコア要件

銅棒や銅線は、送電、鉄道輸送、電子機器などの分野で広く使用されており、その生産は水平連続熱間押出機の効率的な稼働に依存しています。これらの機械は、銅ビレットを途切れることのない押出プロセスで特定の断面を持つ形材に加工するため、金型の安定性、耐摩耗性、精度保持能力に対する要求が非常に高く、製品仕様の均一性を確保するために、金型は長期間の生産期間にわたって一貫した性能を維持する必要があります。

金型の動作環境における課題

銅材料の連続熱間押出成形における動作環境は極めて過酷です。金型は500～600℃の温度、数百メガパスカルの押出圧力、そして銅材料の流れによって生じる激しい摩擦に継続的に耐えなければなりません。このような条件下では、金型の高温硬度、耐摩耗性、耐熱疲労性が、その性能を評価する上で重要な指標となります。これらの特性に欠陥があると、生産中断や製品廃棄につながる可能性があります。

従来の金型鋼の欠点

H11、H13、H21鋼の性能欠陥

長年にわたり、H11、H13、H21などの熱間加工用金型鋼は、銅押出成形に広く使用されてきました。しかし、連続熱間押出成形では、高温脱炭が顕著に発生します。500℃を超える温度では、鋼表面の炭素元素が容易に酸化・消失し、表面硬度が急速に低下し、金型の摩耗が促進されます。さらに、600℃を超えると、これらの鋼の硬度は急激に低下し、押出成形に必要な構造強度を維持できなくなり、銅材料の寸法精度に直接影響を及ぼします。また、頻繁な加熱・冷却サイクルは金型内に交互応力を誘発し、微小亀裂の発生を招き、これが徐々に伝播して、最終的には金型の早期破損につながります。

銅の熱間押し出し金型にコバルト合金が選ばれるのはなぜですか?

材料特性の利点

ST 3はコバルト基合金の代表的な合金で、優れた高強度・高靭性、高温強度、耐食性を備え、銅材料の連続熱間押出という過酷な環境に特に適しています。600℃以上の温度では、ST 3合金はHRC 40～45の硬度を維持し、温度上昇とともに徐々に低下し、崖のような硬度低下を回避し、長期の高温条件下での構造安定性を確保します。耐摩耗性は炭化物ではなく、合金本来の金属間化合物の強化に起因します。その結果、高温摩擦条件下での耐摩耗性はH13鋼の3～5倍となり、銅材料の流れによる表面摩耗に効果的に抵抗します。コバルト基合金は頻繁な温度変動に耐えることができ、熱応力亀裂の発生を低減し、金型の安定した稼働サイクルを大幅に延長します。

インドの顧客事例

インドの銅加工会社は、当初、金型材料の選定においてST3合金の高コストに大きな懸念を抱いていました。そこで、金型設計プロセスに介入する専任チームを編成し、3Dモデリングを用いて金型ランナー構造を最適化し、コア加工部の材料厚を削減し、熱間組立にST3とH13を組み合わせたプロセスを採用することで、強度を維持しながらコバルト合金材料の使用量を削減しました。

最適化されたST 3合金金型をテストした結果、お客様は生産効率の大幅な向上を実感しました。金型1個あたりのコストは増加しましたが、全体的なコスト削減を実現しました。

銅生産効率を高めるための適切な金型材料の選択

連続熱間押出による銅材料の効率的な生産には、高性能な金型材料が不可欠です。従来の金型用鋼は、高温・高摩耗環境下において性能限界に達しており、これが業界の発展を阻害するボトルネックとなっています。コバルト合金は、優れた赤外硬度、耐摩耗性、耐熱疲労性を備えており、この課題に対する理想的なソリューションを提供します。

金型寿命が短い、生産が不安定などの問題に直面している場合は、カスタマイズされたソリューションについてお問い合わせください。