本发明涉及在由热作工具钢构成的第一金属体上接合由析出硬化型耐热钢构成的第二金属体而成的异种金属体的接合方法、以及使用该接合方法制造的热锻模具。
背景技术：
1、近年来，通过废弃物的产生防止、削减、再生利用及再利用，为了大幅削减废弃物的产生的努力活跃起来。面向上述情况的实现，进行了与金属材料的再利用相关的研究开发。
2、以往，内燃机的曲轴通过热锻而成形。热锻是通过利用模具对加热至高温而使变形阻力降低的结构材料反复施加高压载荷来转印模具的形状而成形的加工方法。模具在高温且高压下与结构材料反复滑动，因此模具的寿命短。若模具的寿命短，则不仅需要通过模具表面的机械加工进行再生，而且模具的制作费用增加。另外，产生为了更换模具而需要生产线的运转停止、需要基于磨损的各种条件的调整等各种损失。
3、为了抑制由滑动引起的磨损而实现长寿化，考虑用复合金属制造模具。在专利文献1中公开了一种热锻用复合模具，其具备由重视高温耐磨损性的合金构成的第一堆焊层和由重视高温强度的合金构成的第二堆焊层。该模具具备促进来自成为锻造品的粗料的毛边(毛刺)的流动的毛边流动促进区域和抑制来自粗料的毛边的流动的毛边流动抑制区域。在毛边流动促进区域堆焊重视高温耐磨损性的第一堆焊层，在毛边流动抑制区域堆焊重视高温强度的第二堆焊层。
4、另外，在专利文献2中公开了对由析出硬化型耐热合金构成的第一金属材料(铬镍铁合金718)和由非析出硬化型合金构成的第二金属材料(3cr-mo-v钢)进行接合处理时的热处理方法。在该热处理方法中，使由伴随接合的热影响引起的第一金属材料的硬度降低区域及由热影响引起的第二金属材料的硬度上升区域各自的硬度恢复。具体而言，首先，在第一金属材料的固溶化(固溶)热处理条件与第二金属材料的淬火处理条件重复的范围(900℃～1200℃/0.1h以上)内进行一次热处理。由此，因接合而硬度降低的第一金属材料的区域的硬度恢复到高硬度侧。然后，在第一金属材料的时效处理条件与第二金属材料的回火处理条件重复的范围(470℃～850℃/0.1h以上)内进行二次热处理。由此，因接合而硬度上升的第二金属材料的区域的硬度恢复到低硬度侧。
5、[现有技术文献]
6、[专利文献]
7、专利文献1：日本特开平11-347678号公报
8、专利文献2：日本特开平10-298663号公报
技术实现思路
1、[发明所要解决的课题]
2、然而，在专利文献1的技术中，未对通过堆焊而接合的第一堆焊层及第二堆焊层进行接合后的热处理，因此无法充分发挥这些金属材料的特性。另外，专利文献2的技术无法应用于第一金属材料的固溶化(固溶)热处理条件与第二金属材料的淬火处理条件不重复的情况、第一金属材料的时效处理条件与第二金属材料的回火处理条件不重复的情况。即使在热处理条件重复的情况下，由于对两种金属材料同时进行热处理，因此无法以最适合两种金属的条件进行热处理。这样，在与包含异种金属材料的异种金属体相关的技术中，关于适当地发挥各金属材料的特性存在改善的余地。
3、另外，专利文献2的技术将通过电弧焊接、摩擦压接、液相扩散接合中的任一种接合的异种金属体作为热处理方法的应用对象。然而，在异种金属体通过固相扩散接合将两个金属体接合而构成的情况下，若在接合后的一次热处理中异种金属体被急冷，则有可能因冷却时的热应力、相变应力、异种金属间的热膨胀率差、接合界面的热传递等而产生冷却裂纹。
4、在此，考虑在对由析出硬化型耐热合金构成的第一金属材料实施固溶处理以及时效处理之后，通过固相扩散接合将第一金属材料与第二金属材料相互接合。然而，在该情况下，在用于固溶处理、时效处理及固相扩散接合的三次热处理之后，为了由非析出硬化型合金构成的第二金属材料的淬火及回火，还需要两次热处理。因此，接合及热处理所需的成本及能量大。
5、本发明鉴于以上的背景，其课题在于，适当地发挥异种金属体所包含的金属材料的特性，并且削减接合及热处理所需的成本及能量。而且，进而延长热锻模具的寿命，有助于大幅削减废弃物的产生。
6、[用于解决课题的手段]
7、为了解决上述课题，本发明的一个方式是异种金属体2、3的接合方法，所述异种金属体2、3是将由析出硬化型耐热钢构成的第二金属体17与由热作工具钢构成的第一金属体16接合而成的，包括：固溶化工序，将所述第二金属体加热至比所述析出硬化型耐热钢的固溶温度(例如965℃)高的第一规定温度t1，使所述第二金属体固溶后，将所述第二金属体急冷却，使所述第二金属体析出硬化；接合/时效工序，在所述固溶化工序之后，在以规定的压力使所述第二金属体与所述第一金属体相互紧贴的状态下，加热至比所述析出硬化型耐热钢的所述固溶温度低且比所述析出硬化型耐热钢的时效温度高的第二规定温度t2，通过在与所述第二规定温度相应的规定时间内保持所述第二规定温度，对所述第二金属体与所述第一金属体进行固相扩散接合，并且对所述第二金属体进行时效处理；淬火工序，在所述接合/时效工序之后，将在所述第一金属体接合所述第二金属体而成的所述异种金属体加热至比所述析出硬化型耐热钢的所述固溶温度低且比所述热作工具钢的淬火温度高的第三规定温度t3后，进行冷却，由此对所述第一金属体进行淬火；以及回火工序，在所述淬火工序之后，将所述异种金属体加热至比所述淬火温度低的所述热作工具钢的回火温度。
8、根据该方式，第二金属体的固溶化工序在固相扩散接合之前进行，因此能够不受温度、冷却速度的限制而使第二金属体可靠地析出硬化。另外，由于同时进行固相扩散接合和时效处理，因此热处理4次即可。因此，能够削减接合及热处理所需的成本及能量。在第一金属体的淬火工序及回火工序中，能够在不使第二金属体再固溶且不产生冷却裂纹的情况下对第一金属体进行淬火及回火。
9、在上述方式中，可以是，在所述淬火工序中对所述第一金属体进行淬火时的所述第三规定温度处于950℃以上且比1100℃低的温度范围，所述析出硬化型耐热钢是在比950℃低的温度下不进行固溶，而在比1100℃低的温度下进行固溶的析出硬化型ni基合金。
10、根据该方面，能够在不使第一金属体粗粒化的情况下进行淬火，并且能够适当地发挥包括析出硬化型ni基合金的异种金属体的热作工具钢和析出硬化型耐热钢的特性。
11、优选地，所述固溶化工序中的所述第一规定温度高于所述热作工具钢的粗粒化温度。
12、根据该方式，能够采用在固溶化工序中能够使第二金属体可靠地析出硬化、或者固溶温度高、在固溶化中需要水冷那样的急冷的耐热性以及耐磨损性高的析出硬化型耐热钢。由此，异种金属体的耐久性提高。
13、在上述方式中，可以是，在所述淬火工序中，在所述淬火工序中，保持所述第三规定温度的时间是根据所述第一金属体的大小而被推定为使所述第一金属体的整体成为所述第三规定温度所需的推定最短时间，在经过所述推定最短时间后，立即冷却所述异种金属体。
14、根据该方式，能够不使由析出硬化型耐热钢构成的第二金属体过时效地对第一金属体进行淬火。
15、在上述方式中，可以是，在所述固溶化工序中，通过水冷对所述第二金属体进行冷却。
16、根据该方式，能够使析出硬化型耐热钢的溶质原子可靠地析出而使第二金属体硬化。此外，第一金属体通过冷却而淬火，但在时效工序中通过加热、维持为时效温度而被退火。
17、在上述方式中，可以是，在所述淬火工序中，所述异种金属体通过空冷或油冷而被冷却。
18、若通过水冷对由热作工具钢构成的第一金属体进行冷却，则有可能由于热应力而在第一金属体产生裂纹。根据该方式，能够不产生裂纹地对第一金属体进行淬火。
19、在上述方式中，可以是，所述淬火工序与所述接合/时效工序连续地进行。
20、根据该方式，能够将热处理从4次减少到3次。
21、在上述的方式中，可以是，所述回火工序之后的所述第一金属体及所述第二金属体各自的硬度为hrc38以上且47以下。
22、根据该方式，能够使第一金属体以及第二金属体成为适于热锻模具的硬度。
23、可以是，所述热作工具钢为skd61，所述沉淀硬化型耐热钢为ncf 750。
24、根据该方式，能够使用skd61和ncf 750制造适当地发挥它们的特性的异种金属体。
25、另外，为了解决上述课题，本发明的一方式是一种热锻模具1，其具备下模2及上模3，所述下模2及上模3由通过上述的接合方法将所述第二金属体接合于所述第一金属体而成的所述异种金属体形成，其中，所述下模及所述上模具有：型腔8、9，其凹设于各自的分型面6、7；及倾斜面12、13，其为了抑制在所述分型面间产生的毛刺5而形成于所述型腔的外侧，所述下模及所述上模的模具主体均由所述第一金属体形成，所述下模及所述上模的所述倾斜面均由所述第二金属体形成。
26、根据该方式，通过将具有高耐热性以及耐磨损性的第二金属体设置于作为毛刺抑制部发挥功能的倾斜面，从而延长热锻模具的寿命。另外，析出硬化型耐热钢与热作工具钢相比非常昂贵，但由于由析出硬化型耐热钢构成的第二金属体局部地设置于上模以及下模，因此抑制热锻模具的材料成本的上升。
27、[发明效果]
28、根据以上的方式，能够适当地发挥异种金属体所包含的金属材料的特性，并且能够削减接合以及热处理所需的成本以及能量。
1.一种异种金属体的接合方法，所述异种金属体是在由热作工具钢构成的第一金属体上接合由析出硬化型耐热钢构成的第二金属体而成的，其中，该接合方法包括：
2.根据权利要求1所述的异种金属体的接合方法，其中，
3.根据权利要求2所述的异种金属体的接合方法，其中，
4.根据权利要求1～3中任一项所述的异种金属体的接合方法，其中，
5.根据权利要求1～3中任一项所述的异种金属体的接合方法，其中，
6.根据权利要求1～3中任一项所述的异种金属体的接合方法，其中，
7.根据权利要求1～3中任一项所述的异种金属体的接合方法，其中，
8.根据权利要求1～3中任一项所述的异种金属体的接合方法，其中，
9.根据权利要求1～3中任一项所述的异种金属体的接合方法，其中，
10.一种热锻模具，该热锻模具具备下模及上模，所述下模及上模由通过权利要求1所述的接合方法将所述第二金属体接合于所述第一金属体而成的所述异种金属体形成，其中，
