JP3800575B2 - 金型用亜鉛合金、金型及び金型用ブロック - Google Patents
金型用亜鉛合金、金型及び金型用ブロック Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車業界、家電業界等で広く利用されている少量生産用金型の製作に用いる亜鉛合金及びその合金からなる金型及び金型用ブロックに関し、より詳しくは、硬度が向上しており、凝固開始温度が低下しており、且つポロシティの発生の抑制された金型用亜鉛合金及びこの合金を用いて鋳造で製作された金型及び金型用ブロックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラスチックの射出成形及び鋼板のプレス成形に用いられる金型としては、鋳鉄製、鋳鋼製の数十万ショットを越える大量生産に適した金型、及び亜鉛基合金を４１０〜４５０℃で砂型鋳造することにより製作された量産前の少量試作に適した金型が知られている。この亜鉛基合金としてはＺＡＳ（Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−０．０４Ｍｇ）が一般的であるが、最近、更に高強度化した亜鉛基合金も開発されている（特公平６−７５８１４号公報、特公平６−１５６９８号公報、特公平７−４１３９９号公報、特公平７−７２３１３号公報等）。しかしながら、これらの高強度化亜鉛基合金はいずれも汎用のＺＡＳと比べて鋳造性が微妙に変化、特に融点が僅かにせよ上昇する方向に変化するという問題があった。
【０００３】
一方、本出願人は、先に、アルミニウムを含有する亜鉛合金又はアルミニウム及び銅を含有する亜鉛合金にマグネシウムを添加することによって融点を下げ、硬度を上げた合金（Ｚｎ−３〜１０．５Ａｌ−０〜１０．５Ｃｕ−１〜４Ｍｇ）を提案した（特開平４−１４３２３８号公報）。しかし、この先に提案した合金は、融点が下がるものの引けの発生状況等が変化するので使い易い合金とは言えず、同時に衝撃強さが大幅に低下し、またポロシティが発生するという問題があった。それでこの先に提案した合金は肉盛等により表面硬質層の形成に用いるという方向で検討されてきた（特開平５−８４５９１号公報、特開平５−１２３８５８号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、より硬質にすることで耐久性が向上しており、より凝固開始温度を下げることで鋳造の際の注湯温度が下がり、エネルギーコストが下がり、鋳造、加工が容易であり、また溶解ポットの寿命が延伸され、加えて注湯後の凝固時間が短縮しており、しかもポロシティの発生が抑制された金型用亜鉛合金及びこれを用いて鋳造で製作された金型及び金型ブロックを提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、マグネシウムを添加したＺｎ−Ａｌ−Ｃｕ系亜鉛合金は硬質であると共に融点が低下する傾向にあることに着目して、Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系亜鉛合金の鋳造性、耐衝撃性が改善でき、ポロシティの発生が抑制される成分組成範囲を探索した。その結果、アルミニウム含有量が３〜５質量％であり、銅含有量が２〜４質量％であり、マグネシウム含有量が１．５〜２．５質量％である場合に限り、凝固開始温度がＺＡＳの４１０℃から３９０℃以下に低下するにも関わらず、型の形状再現性が向上すると共にポロシテイの発生が著しく減少すること、即ち、ＺＡＳ以上の鋳造性が得られること、また、この範囲では亜共晶となることもあり、ＺｎＭｇ化合物が微細化する傾向にあり、衝撃強さはＺＡＳに比べて１／２程度に低下するものの金型用途に問題ない程度に押さえられることを見いだし、本発明を完成した。
【０００６】
即ち、本発明の金型用亜鉛合金は、マグネシウム１．５〜２．５質量％、アルミニウム３〜５質量％及び銅２〜４質量％を含み、残部が亜鉛と不可避の不純物からなり、凝固開始温度が３９０℃以下、ビッカース硬さが１５０以上で、ポロシティの発生の抑制された、金型用亜鉛合金である。
また、本発明の金型用亜鉛合金は、更に、チタン０．０３〜０．２質量％、ジルコニウム０．０３〜０．２質量％、ポロン０．０３〜０．２質量％及びランタノイド０．０３〜０．２質量％のいずれか１種以上を含むことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の亜鉛合金において、アルミニウムは亜鉛合金の引張強さ等の機械的強度を増大させる働きがあり、その添加効果を発揮させるためには３質量％以上含有することが好ましい。しかし、その添加量が５質量％を超えると逆引け等の鋳造性の問題が生じやすく、また、マグネシウム含有量との関連でポロシティ発生の原因となる傾向があるので好ましくない。
【０００８】
本発明の亜鉛合金において、銅は亜鉛合金の引張強さ等の機械的強度を更に増大させる働きがあり、その添加効果を発揮させるためには２質量％以上含有することが好ましい。しかし、その添加量が４質量％を超えると逆引け等の鋳造性の問題が生じやすく、また、マグネシウム含有量との関連でポロシティ発生の原因となる傾向があるので好ましくない。
【０００９】
本発明の亜鉛合金において、マグネシウムは亜鉛合金の硬さを上昇させる働きがあり、１質量％以上の添加で硬さが急上昇し、１５０以上のビッカース硬さを得ることができる。また、マグネシウムは亜鉛合金の凝固開始温度、実用鋳造温度を低下させる働きがあり、その添加効果を発揮させるためには１質量％以上含むことが必要である。しかし、マグネシウムの添加量が１．５質量％以下である場合には、共晶点から遠いためポロシテイが発生しやすくなる。一方、その添加量を共晶の２．５質量％以上にした場合はＺｎＭｇ系化合物が粗大になり衝撃強さが極端に低下する。また、こうした化合物の存在がポロシテイの原因になりやすい。従って、ポロシティの発生を抑制するためにはマグネシウム含有量が１．５〜２．５質量％である必要がある。
【００１０】
本発明の亜鉛合金においては、亜鉛合金の機械的強度を更に増大させるためにチタン０．０３〜０．２質量％、ジルコニウム０．０３〜０．２質量％、ポロン０．０３〜０．２質量％及びランタノイド０．０３〜０．２質量％のいずれか１種以上を含むことができる。それらの添加量が０．０３質量％未満の場合には添加効果が不十分であり、また０．２質量％を超えて添加してもそれ以上の添加効果は得られない。
【００１１】
本発明の金型用亜鉛合金は凝固開始温度が３９０℃以下であり、ビッカース硬さが１５０以上であり、ポロシティの発生が抑制されたものであるので、鋳造の際の注湯温度が低くてすみ、エネルギーコストが低減され、また溶解ポットの寿命が延長され、加えて注湯後の凝固時間が短縮され、更に、この亜鉛合金を用いて鋳造で製作された金型は耐久性が向上している。
【００１２】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明を説明する。
実施例１及び比較例１〜５
下記組成の亜鉛合金を用意した。
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−０．０４Ｍｇ（比較例１）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−０．５Ｍｇ（比較例２）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−１．０Ｍｇ（比較例３）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−２．０Ｍｇ（実施例１）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−３．０Ｍｇ（比較例４）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−５．０Ｍｇ（比較例５）
【００１３】
上記の各亜鉛合金を４３０℃で、引け量測定用のコニカルシェルモールドに鋳造して鋳物を得た。それらの鋳物の縦断面の状態を図１〜図６の写真に示す。実施例１の鋳物の写真は図４であり、比較例１〜５の鋳物の写真はそれぞれ図１、図２、図３、図５及び図６である。図１〜図６から明らかなように、マグネシウム添加量が２質量％である実施例１においてはポロシティの発生は観察されなかったが、マグネシウム添加量が０．０４質量％、０．５質量％、１．０質量％、３．０質量％、５．０質量％である場合にはポロシテイの発生が観察された。
【００１４】
実施例２及び比較例６
下記組成の亜鉛合金を用意した。
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−２．０Ｍｇ（実施例２）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−０．０４Ｍｇ（比較例６）
上記の各亜鉛合金について、凝固開始温度、ビッカース硬さ、ブリネル硬さ、圧縮強度、引張強度及びシャルピー衝撃値を求めた。それらの測定結果を第１表に示す。
【００１５】
第１表から明らかなように、本発明の亜鉛合金（実施例２の亜鉛合金）はＺＡＳ合金（比較例６の亜鉛合金）に比べて衝撃値と引張強度は少し低下するものの硬さ、圧縮強度はＺＡＳを上回っている。
【００１６】
実施例３及び比較例７
下記組成の亜鉛合金を用意した。
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−２．０Ｍｇ（実施例３）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−０．０４Ｍｇ（比較例７）
上記の各亜鉛合金を用いてＲ部が３ｍｍ、５ｍｍ又は７ｍｍとなるプレス用金型を製作した。それらの金型を用いて１ｍｍ厚の鋼板をそれぞれ１００枚プレス成形した後、それらの金型のＲ部の形状の変化を調べて磨耗量を測定した。磨耗量の測定は図７に示す部分についての値である。それらの測定結果を第２表に示す。
【００１７】
第２表から明らかなように、本発明の亜鉛合金（実施例３の亜鉛合金）はＺＡＳ合金（比較例７の亜鉛合金）に比べて６倍から１２倍のプレス耐久性を有している。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の金型用亜鉛合金は凝固開始温度が低く、ビッカース硬さが高く、ポロシティの発生が抑制されたものであるので、鋳造の際の注湯温度が低くてすみ、エネルギーコストが低減され、また溶解ポットの寿命が延長され、加えて注湯後の凝固時間が短縮され、更に、この亜鉛合金を用いて鋳造で製作された金型は耐久性が向上していて型寿命が長い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 比較例１の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示す写真である。
【図２】 比較例２の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示す写真である。
【図３】 比較例３の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示す写真である。
【図４】 実施例１の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示す写真である。
【図５】 比較例４の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示す写真である。
【図６】 比較例５の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示す写真である。
【図７】 金型のＲ部の磨耗量の測定を説明する概略図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車業界、家電業界等で広く利用されている少量生産用金型の製作に用いる亜鉛合金及びその合金からなる金型及び金型用ブロックに関し、より詳しくは、硬度が向上しており、凝固開始温度が低下しており、且つポロシティの発生の抑制された金型用亜鉛合金及びこの合金を用いて鋳造で製作された金型及び金型用ブロックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラスチックの射出成形及び鋼板のプレス成形に用いられる金型としては、鋳鉄製、鋳鋼製の数十万ショットを越える大量生産に適した金型、及び亜鉛基合金を４１０〜４５０℃で砂型鋳造することにより製作された量産前の少量試作に適した金型が知られている。この亜鉛基合金としてはＺＡＳ（Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−０．０４Ｍｇ）が一般的であるが、最近、更に高強度化した亜鉛基合金も開発されている（特公平６−７５８１４号公報、特公平６−１５６９８号公報、特公平７−４１３９９号公報、特公平７−７２３１３号公報等）。しかしながら、これらの高強度化亜鉛基合金はいずれも汎用のＺＡＳと比べて鋳造性が微妙に変化、特に融点が僅かにせよ上昇する方向に変化するという問題があった。
【０００３】
一方、本出願人は、先に、アルミニウムを含有する亜鉛合金又はアルミニウム及び銅を含有する亜鉛合金にマグネシウムを添加することによって融点を下げ、硬度を上げた合金（Ｚｎ−３〜１０．５Ａｌ−０〜１０．５Ｃｕ−１〜４Ｍｇ）を提案した（特開平４−１４３２３８号公報）。しかし、この先に提案した合金は、融点が下がるものの引けの発生状況等が変化するので使い易い合金とは言えず、同時に衝撃強さが大幅に低下し、またポロシティが発生するという問題があった。それでこの先に提案した合金は肉盛等により表面硬質層の形成に用いるという方向で検討されてきた（特開平５−８４５９１号公報、特開平５−１２３８５８号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、より硬質にすることで耐久性が向上しており、より凝固開始温度を下げることで鋳造の際の注湯温度が下がり、エネルギーコストが下がり、鋳造、加工が容易であり、また溶解ポットの寿命が延伸され、加えて注湯後の凝固時間が短縮しており、しかもポロシティの発生が抑制された金型用亜鉛合金及びこれを用いて鋳造で製作された金型及び金型ブロックを提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、マグネシウムを添加したＺｎ−Ａｌ−Ｃｕ系亜鉛合金は硬質であると共に融点が低下する傾向にあることに着目して、Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系亜鉛合金の鋳造性、耐衝撃性が改善でき、ポロシティの発生が抑制される成分組成範囲を探索した。その結果、アルミニウム含有量が３〜５質量％であり、銅含有量が２〜４質量％であり、マグネシウム含有量が１．５〜２．５質量％である場合に限り、凝固開始温度がＺＡＳの４１０℃から３９０℃以下に低下するにも関わらず、型の形状再現性が向上すると共にポロシテイの発生が著しく減少すること、即ち、ＺＡＳ以上の鋳造性が得られること、また、この範囲では亜共晶となることもあり、ＺｎＭｇ化合物が微細化する傾向にあり、衝撃強さはＺＡＳに比べて１／２程度に低下するものの金型用途に問題ない程度に押さえられることを見いだし、本発明を完成した。
【０００６】
即ち、本発明の金型用亜鉛合金は、マグネシウム１．５〜２．５質量％、アルミニウム３〜５質量％及び銅２〜４質量％を含み、残部が亜鉛と不可避の不純物からなり、凝固開始温度が３９０℃以下、ビッカース硬さが１５０以上で、ポロシティの発生の抑制された、金型用亜鉛合金である。
また、本発明の金型用亜鉛合金は、更に、チタン０．０３〜０．２質量％、ジルコニウム０．０３〜０．２質量％、ポロン０．０３〜０．２質量％及びランタノイド０．０３〜０．２質量％のいずれか１種以上を含むことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の亜鉛合金において、アルミニウムは亜鉛合金の引張強さ等の機械的強度を増大させる働きがあり、その添加効果を発揮させるためには３質量％以上含有することが好ましい。しかし、その添加量が５質量％を超えると逆引け等の鋳造性の問題が生じやすく、また、マグネシウム含有量との関連でポロシティ発生の原因となる傾向があるので好ましくない。
【０００８】
本発明の亜鉛合金において、銅は亜鉛合金の引張強さ等の機械的強度を更に増大させる働きがあり、その添加効果を発揮させるためには２質量％以上含有することが好ましい。しかし、その添加量が４質量％を超えると逆引け等の鋳造性の問題が生じやすく、また、マグネシウム含有量との関連でポロシティ発生の原因となる傾向があるので好ましくない。
【０００９】
本発明の亜鉛合金において、マグネシウムは亜鉛合金の硬さを上昇させる働きがあり、１質量％以上の添加で硬さが急上昇し、１５０以上のビッカース硬さを得ることができる。また、マグネシウムは亜鉛合金の凝固開始温度、実用鋳造温度を低下させる働きがあり、その添加効果を発揮させるためには１質量％以上含むことが必要である。しかし、マグネシウムの添加量が１．５質量％以下である場合には、共晶点から遠いためポロシテイが発生しやすくなる。一方、その添加量を共晶の２．５質量％以上にした場合はＺｎＭｇ系化合物が粗大になり衝撃強さが極端に低下する。また、こうした化合物の存在がポロシテイの原因になりやすい。従って、ポロシティの発生を抑制するためにはマグネシウム含有量が１．５〜２．５質量％である必要がある。
【００１０】
本発明の亜鉛合金においては、亜鉛合金の機械的強度を更に増大させるためにチタン０．０３〜０．２質量％、ジルコニウム０．０３〜０．２質量％、ポロン０．０３〜０．２質量％及びランタノイド０．０３〜０．２質量％のいずれか１種以上を含むことができる。それらの添加量が０．０３質量％未満の場合には添加効果が不十分であり、また０．２質量％を超えて添加してもそれ以上の添加効果は得られない。
【００１１】
本発明の金型用亜鉛合金は凝固開始温度が３９０℃以下であり、ビッカース硬さが１５０以上であり、ポロシティの発生が抑制されたものであるので、鋳造の際の注湯温度が低くてすみ、エネルギーコストが低減され、また溶解ポットの寿命が延長され、加えて注湯後の凝固時間が短縮され、更に、この亜鉛合金を用いて鋳造で製作された金型は耐久性が向上している。
【００１２】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明を説明する。
実施例１及び比較例１〜５
下記組成の亜鉛合金を用意した。
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−０．０４Ｍｇ（比較例１）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−０．５Ｍｇ（比較例２）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−１．０Ｍｇ（比較例３）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−２．０Ｍｇ（実施例１）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−３．０Ｍｇ（比較例４）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−５．０Ｍｇ（比較例５）
【００１３】
上記の各亜鉛合金を４３０℃で、引け量測定用のコニカルシェルモールドに鋳造して鋳物を得た。それらの鋳物の縦断面の状態を図１〜図６の写真に示す。実施例１の鋳物の写真は図４であり、比較例１〜５の鋳物の写真はそれぞれ図１、図２、図３、図５及び図６である。図１〜図６から明らかなように、マグネシウム添加量が２質量％である実施例１においてはポロシティの発生は観察されなかったが、マグネシウム添加量が０．０４質量％、０．５質量％、１．０質量％、３．０質量％、５．０質量％である場合にはポロシテイの発生が観察された。
【００１４】
実施例２及び比較例６
下記組成の亜鉛合金を用意した。
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−２．０Ｍｇ（実施例２）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−０．０４Ｍｇ（比較例６）
上記の各亜鉛合金について、凝固開始温度、ビッカース硬さ、ブリネル硬さ、圧縮強度、引張強度及びシャルピー衝撃値を求めた。それらの測定結果を第１表に示す。
【００１５】
【００１６】
実施例３及び比較例７
下記組成の亜鉛合金を用意した。
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−２．０Ｍｇ（実施例３）
Ｚｎ−４．１Ａｌ−３．０Ｃｕ−０．０４Ｍｇ（比較例７）
上記の各亜鉛合金を用いてＲ部が３ｍｍ、５ｍｍ又は７ｍｍとなるプレス用金型を製作した。それらの金型を用いて１ｍｍ厚の鋼板をそれぞれ１００枚プレス成形した後、それらの金型のＲ部の形状の変化を調べて磨耗量を測定した。磨耗量の測定は図７に示す部分についての値である。それらの測定結果を第２表に示す。
【００１７】
【００１８】
【発明の効果】
本発明の金型用亜鉛合金は凝固開始温度が低く、ビッカース硬さが高く、ポロシティの発生が抑制されたものであるので、鋳造の際の注湯温度が低くてすみ、エネルギーコストが低減され、また溶解ポットの寿命が延長され、加えて注湯後の凝固時間が短縮され、更に、この亜鉛合金を用いて鋳造で製作された金型は耐久性が向上していて型寿命が長い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 比較例１の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示す写真である。
【図２】 比較例２の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示す写真である。
【図３】 比較例３の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示す写真である。
【図４】 実施例１の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示す写真である。
【図５】 比較例４の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示す写真である。
【図６】 比較例５の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示す写真である。
【図７】 金型のＲ部の磨耗量の測定を説明する概略図である。
Claims (2)
- マグネシウム１．５〜２．５質量％、アルミニウム３〜５質量％及び銅２〜４質量％を含み、残部が亜鉛と不可避の不純物からなり、凝固開始温度が３９０℃以下、ビッカース硬さが１５０以上で、ポロシティの発生の抑制された、金型用亜鉛合金。
- 請求項１記載の合金からなる金型又は金型用ブロック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08436598A JP3800575B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 金型用亜鉛合金、金型及び金型用ブロック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08436598A JP3800575B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 金型用亜鉛合金、金型及び金型用ブロック |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11279673A JPH11279673A (ja) | 1999-10-12 |
| JP3800575B2 true JP3800575B2 (ja) | 2006-07-26 |
Family
ID=13828511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08436598A Expired - Fee Related JP3800575B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 金型用亜鉛合金、金型及び金型用ブロック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3800575B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106816195B (zh) * | 2017-02-27 | 2019-03-12 | 东北大学 | γ射线屏蔽材料及其制备方法 |
| KR101910868B1 (ko) * | 2017-02-28 | 2018-10-23 | 창원대학교 산학협력단 | 방향성 결정립을 갖는 아연-알루미늄 합금 및 그 제조방법 |
-
1998
- 1998-03-30 JP JP08436598A patent/JP3800575B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11279673A (ja) | 1999-10-12 |
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