JPH02190430A - プラスチック成形金型材料用銅合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は熱間加工性が優れたプラスチック成形金型材料
用銅合金に関する。

［従来の技術］ 従来、プラスチック成形金型材料としては、鉄系の機械
構造用炭素鋼又は熱間工具用合金鋼が多く使用されてい
る。この鉄系の材料は高温強度が優れているものの、熱
伝導率が低いので金型の内外側での温度勾配が大きいた
め、金型が割れ易く寿命が短い。

また、熱伝導率が高い材料としては、Ｃｕ−Ｃｒ合金又
はＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金が公知であるが、これらの材料
は高温での強度が低い等の開題点がある。

プラスチック製品はその強度及び成形性等の品質向上に
より、多方面の分野に利用されるようになっており、そ
の生産量は増々増大している。

このプラスチック製品の価格は、成形サイクルの時間を
いかに短縮するがで決まる。特に、大型製品では１サイ
クルに数十分を要するものもあり、成形時間短縮のため
に熱伝導率が高い金型用材料の開発が要望されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前述の如く、従来のプラスチック成形用
の鉄系の金型材料は高温強度が優れている一方、熱伝導
率が劣り、プラスチック成形時の加熱・冷却の繰り返し
・の熱衝撃で割れやすいという欠点を有する。また、熱
伝導率が優れたＣｕ−Ｃｒ合金又はＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合
金は高温強度が劣り、プラスチック成形時において１０
乃至２０ｋｇｆ／−の圧縮応力を繰り返し受けると、短
時間で金型が変形しやすいという難点がある。

ところで、高温強度及び熱伝導度の双方の特性を向上さ
せたプラスチック成形金型用材料として、本願出願人は
既にＭ　ｇ　ｔ！：０．００１乃至０．０１重量％（０
，０１重量％を含まず）含有する銅合金を提案したく特
願昭６３−８３４８１号）、シかしながら、この銅合金
は室温乃至３００　’Ｃという温度範囲においては、靭
性が高く、高温強度及び熱伝導度が優れていて前述の目
的を達成できる優れた合金であるが、５００乃至６００
℃の高温における靭性の低下が著しいという難点がある
。

特に、１２０　ｍｍ以上の厚さを有する大型鋳塊を熱間
加工する場合は、加熱された鋳塊の温度が５００乃至６
００℃の温度域を通過する。このため、前述の銅合金の
鋳塊はこの温度域で鋳塊の内部応力による脆化割れが生
じ易いという欠点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
プラスチック成形の金型材料として、熱伝導率及び高温
強度の双方の特性がいずれも優れており、また鋳塊の高
温での靭性の低下が軽減され、熱間加工の脱化割れが防
止されたプラスチック成形金型材料用銅合金及びその製
造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るプラスチック成形金型材料用銅合金は、Ｎ
ｉ；０．４乃至４．０重量％、Ｓｉ；０．１乃至１．０
重量％、Ｚ　ｎ　；　０．０５乃至１．０重量％及びＭ
　ｇ　、　０．０１乃至０．５重量％（但し、０．０１
重量％含まず）を含有すると共に、Ｃｒ、Ｔｉ及びＺｒ
から選択された少なくとも１種の元素を０．００１乃至
０．０１重量％含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物
であることを特徴とする。

［作用コ 以下、本発明に係るプラスチック成形金型材料用銅合金
及びその製造方法について、詳細に説明する。

一般的に銅及び銅合金は熱伝導率が優れているが、高温
強度が低い。そこで、プラスチック成形金型に使用する
ためには、銅合金を強化する必要があるが、銅合金の強
化法には、固溶強化、加工強化及び析出強化の３種類が
ある０本発明に係るＣｕ−Ｎｉ−３ｉ系合金は析出強化
型の合金であって、高温強度及び熱伝導率の双方が優れ
ていると共に、大型鋳塊の熱間加工における脆化割れを
防止したものである。

次に、本発明に係る銅合金の成分添加理由及び組成限定
理由について説明する。

Ｎｉ Ｎｉは後述するＳｉと共に銅合金の強度を向上させる元
素である。Ｎｉ含有量が０．４重量％未満の場合は、Ｓ
ｉを０．１乃至１，０重量％含有していても強度の向上
は期待できない、一方、Ｎｉが４．０重量％を超えて含
有されると銅合金の加工性が悪くなると共に、そのよう
に多量に添加しても、強度の向上効果は少なくなる。従
って、Ｎｉ含有量は０．４乃至４６０重量％とする。

Ｎｉ Ｓｉも銅合金の強度を向上させる元素である。

Ｎｉ含有量が０．１重量％未満の場合は、Ｎｉが０．４
乃至４．０重量％含有されていても強度の向上は期待で
きない、また、ＳＬが１．０重量％を超えて含有される
と、加工性と熱伝導率が低下すると共に、めっき性も低
下する。従って、Ｓｉ含有量は０，１乃至１．０重量％
とする。

Ｚｎ ＺｎはＰ含有Ｎｉ又はＣｒ等のめっきを行う場合に、そ
の剥離を抑制するために必須の元素である。しかし、Ｚ
ｎ含有量が０．０５重量％未満の場合はこのような効果
が少ない。一方、Ｚｎが１．０重量％を超えて含有され
てもそのめっき剥離の抑制効果は実質的に向上しないの
に対し、めっき性が低下する。従って、Ｚｎ含有量は０
．０５乃至１．０重量％とする。

Ｌ Ｍｇは大型鋳塊の熱間加工性を向上させるために必須の
元素であり、一部は銅合金中に混入してくる低融点のＳ
と反応して高融点のＭｇＳを形成し、残部は銅合金中に
固溶してその粒界を強化する。

Ｍｇ含有量が０．０１重量％以下の場合は、その効果が
少なく、０．５重量％を超えると、湯流れ性が低下して
健全な鋳塊が得られない、従って、Ｍｇ含有量は０．０
１乃至０．５重量％（但し、０．０１重量％を含まず）
とする。

Ｃｒ　　Ｔｉ、Ｚｒ Ｃｒ、Ｔｉ及びＺｒは鋳塊の粒界を強化して熱間加工性
を向上させる。これらの元素は粒界強化上、同等の作用
効果を有し、その添加量が０．００１重量％未満の場合
はその効果が少ない一方、０．０１重量％を超えて含有
されると溶湯が酸化し易くなり、健全な鋳塊が得られな
い、従って、Ｃｒ、Ｔｉ及びＺｒの含有量はいずれも０
．００１乃至０．０１重量％とする。

更に、上述の各元素の外に、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎ及
びＡ１の１種又は２種以上の元素を０．２重量％以下の
添加量で含有してもよい、これらの元素が含有されても
、製品に必要な特性、即ち、高温強度、熱伝導率、耐熱
性及び熱間加工性等について、実用上問題ない特性を維
持すること−ができる。

［実施例］ 次に、本発明の実施例に係るプラスチック成形金型材料
用銅合金を製造してその各種の特性を試験した結果につ
いて、本発明の特許請求の範囲から外れる比較例合金に
ついての試験結果と併せて説明する。

下記第１表は実施例１乃至６及び比較例１乃至６の各合
金の組成を示す、但し、比較例５．６の合金は特願昭６
３−８３４８１号にて本願発明者等が開示した合金であ
る。

この第１表に示す化学組成を有する合金を電気炉により
不活性ガス雰囲気にて、木炭被覆下で溶製し、厚さ５０
ＩＩＩＩ１１、幅８０關、長さ１８０　＋ｕ＋の鋳塊を
鋳造した。次いで、各鋳塊の表裏面を約２關面削した後
、８５０℃に加熱し、厚さが１５鰭になるまで熱間加工
した０次いで、実施例合金血１乃至３については７２５
℃に再加熱し、実施例合金Ｎ［Ｌ　４乃至６については
８００℃に再加熱し、水中に投入して急冷した。このと
きの冷却速度は３０℃／秒である。次に、５００℃の温
度に２時間加熱して焼鈍した。なお、比較例合金Ｎ１１
．１．ＮＯ，２及びＮＩＬ５については７２５℃に再加
熱し、比較例合金Ｎａ３．Ｎｏ、４及びｔＪＬ６につい
ては８００℃に再加熱し、水中に投入して急冷した。こ
のときの冷却速度は３０℃／秒である。その後、５００
℃の温度に２時間加熱して焼鈍した。そして、これらの
各合金から引張試験、圧縮試験、シャルピー衝撃試験及
び熱伝導率測定試験用の試験片を採取した。

そして、各実施例合金及び比較例合金について室温及び
３００℃における各種の特性を試験した。

第２表はその試験結果を示す６但し、比較例７゜８欄は
夫々Ｃｕ−１重量％Ｃｒ合金及び機械構造用炭素鋼につ
いての特性である。

一方、実施例合金Ｎａ　４乃至６及び比較例合金Ｎｏ。

６については、上記工程と同一の鋳造法による鋳塊から
シャルピー衝撃試験片を採取し、室温から７００℃の温
度範囲に亘ってシャルピー衝撃値を求めた。その結果を
第１図に横軸に試験温度をとり、縦軸にシャルピー衝撃
値をとって示す。

この第２表から明らかなように、実施例合金１乃至６は
いずれも３００℃の高温においてもプラスチック成形加
工時に金型が受ける圧縮応力１゜乃至２０ｋｇｆ／−に
十分耐えることができ、金型が変形することはない。ま
た、熱伝導率は約０．５ｃａｌ／（２）秒℃以上であり
、これらの実施例１乃至６の銅合金は鉄系材料の５乃至
８倍の極めて高い熱伝導率を有する。

また第１図に示すように、実施例４乃至６の各合金は大
型鋳塊を熱間加工した場合に鋳塊の脆化割れが発生し易
い５００乃至６００℃の温度域において、比較例６の合
金に比して高い靭性値を有している。１２０ｒｎｍ以上
の厚さの鋳塊では熱間加工のときの脆化割れを生じない
ためには５００乃至６００℃の温度域でシャルピー衝撃
値が３ｋｇｆ−ｍ　／ｃｒＡ以上である必要がある。即
ち、Ｍｇ含有量が０．００２重量％と低い比較例６の合
金においては、この温度域にてシャルピー衝撃値が３ｋ
ｇＬｍ／ｃｎ？以下と高温靭性が低いのに対し、実施例
４乃至６の合金はこの温度域でもシャルピー衝撃値が３
ｋｇｆ−ｍ／−以上と十分に高い靭性を有している。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、高温強度及び耐
熱衝撃性が優れていると共に、高温靭性も優れており、
脱化割れを生じることなく大型鋳塊を容易に熱間加工す
ることができる。しかもこの銅合金は熱伝導率が高いた
め、プラスチック成形の所要時間を大幅に短縮すること
ができ、生産性が向上してプラスチック成形品の製造コ
ストを低減できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は高温におけるシャルピー衝撃値の特性を示すグ
ラフ図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ；０．４乃至４．０重量％、Ｓｉ；０．１乃
   至１．０重量％、Ｚｎ；０．０５乃至１．０重量％及び
   Ｍｇ；０．０１乃至０．５重量％（但し、０．０１重量
   ％含まず）を含有すると共に、Ｃｒ、Ｔｉ及びＺｒから
   選択された少なくとも１種の元素を０．００１乃至０．
   ０１重量％含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物であ
   ることを特徴とするプラスチック成形金型材料用銅合金
   。