JPH045748B2 - - Google Patents

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JPH045748B2
JPH045748B2 JP63083481A JP8348188A JPH045748B2 JP H045748 B2 JPH045748 B2 JP H045748B2 JP 63083481 A JP63083481 A JP 63083481A JP 8348188 A JP8348188 A JP 8348188A JP H045748 B2 JPH045748 B2 JP H045748B2
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JP
Japan
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weight
temperature
annealing
alloys
copper alloy
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JP63083481A
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JPH01283334A (ja
Inventor
Motohisa Myato
Isao Hosokawa
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明はプラスチツク成形金型材料用銅合金の
製造方法に関する。 [従来の技術] 従来、プラスチツ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、熱伝導率が劣るので金型の内
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問題点があ
る。 プラスチツ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
なつており、その生産量は増々増大している。 このプラスチツク製品の価格は、成形サイクル
の時間をいかに短縮するかで決まる。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、従来のプラスチツ
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、プラスチツク成形時の
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、
プラスチツク成形時において10乃至20Kgf/mm2
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。 本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので
あつて、プラスチツ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
たプラスチツク成形金型材料用銅合金の製造方法
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ツク成形金型材料用銅合
金の製造方法は、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;0.001乃至0.01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%(0.01重量%含まず)含有し、残部がCu及
び不可避的不純物である銅合金の鋳塊を、熱間加
工した後、650乃至810℃の温度に5分乃至3時間
加熱し、次いで、600℃以上の温度から15℃/秒
以上の冷却速度で冷却した後、400乃至550℃の温
度に5分乃至4時間焼鈍することを特徴とする。 [作用] 以下、本発明に係るプラスチツク成形金型材料
用銅合金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、プラスチツク成形
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。本発明に係る
高温強度及び熱伝導率の双方が優れたCu−Ni−
Si系合金は析出強化型の合金である。 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、Si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。従つて、Ni含有量は0.4乃至
4.0重量%とする。 Si Siも銅合金の強度を向上させる元素である。Si
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、Si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、めつき性も
低下する。従つて、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等のめつきを行う場合に、
その剥離を抑制するために必須の元素である。し
かし、Zn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つき剥離の抑制効果は実質
的に向上しないのに対し、めつき性が低下する。
従つて、Zn含有量は0.05乃至1.0重量%とする。 Mg Mgは熱間加工性を向上させるための必須元素
であり、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を形成する。Mg含有量が
0.001重量%未満の場合はその効果が少なく、
0.01重量%以上になると、Cuと低融点の共晶を生
じ、熱間加工が困難になると共に、溶湯が酸化し
易くなつて湯流れ性が低下し、健全な鋳塊が得ら
れない。従つて、Mg含有量は0.001乃至0.01重量
%(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
%以上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。従つてCr、Ti及びZrの含
有量はいずれも0.001乃至0.01重量%(0.01重量%
を含まず)とする。 更に、上述の各元素の外に、Mn、Fe、Co、
Sn及びAl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。 次に、上述の組成を有するプラスチツク成形金
型材料用銅合金の製造方法について説明する。 先ず、本発明にて規定した組成の合金を通常の
半連続鋳造法により鋳造して得た鋳塊に対し、例
えば、800乃至870℃の温度から熱間加工を開始す
る。この熱間加工において、終了温度が825℃以
上であると、結晶粒が50μm以上に粗大化し、後
述する析出硬化焼鈍後に強度の向上は認められる
ものの、結晶粒界が脆化して高温での衝撃値が低
下し、対熱衝撃性が劣化する。従つて、熱間加工
終了温度が810℃以下になるように、温度調整し
て熱間加工することが好ましい。 熱間加工材は鋳塊の大きさ、加工スケジユール
又は加工材の部位によつて、結晶粒度が異なるた
めに、結晶粒を均一化させる必要上、650乃至810
℃の温度に5分乃至3時間加熱して焼鈍する。こ
の焼鈍温度が650℃未満の場合にはNi2Siの析出
が生じ、圧延材のままでのレベラーによる矯正時
に割れが発生する。一方、焼鈍温度が825℃を超
える場合は結晶粒が50μm以上に粗大化し、析出
硬化焼鈍後に脆化割れが発生しやすくなる。ま
た、焼鈍時間が5分未満の場合は結晶粒の均一化
が不十分であり、逆に3時間を超えて焼鈍するこ
とは無駄である。従つて、焼鈍時間は5分乃至3
時間とする。 次いで、600℃以上の温度から15℃/秒以上の
冷却速度で冷却する。この冷却開始(焼入)温度
が600℃未満の場合は、冷却速度を15℃/秒以上
としても、Ni及びSiが固溶せず、析出硬化焼鈍
以前に析出を始めてしまい、その析出物が凝集粗
大化する。同様に、冷却速度が15℃/秒未満の場
合は、600℃以上の温度から冷却を開始しても、
析出物が凝集粗大化する。従つて、焼入温度は
600℃以上とし、冷却速度は15℃/秒以上とする。 次いで、析出硬化のために銅合金を焼鈍する
が、この析出硬化焼鈍はNi2Siの析出量が最も多
くなる温度範囲にて行う。 即ち、導電率が最も高くなる温度が500℃であ
り、焼鈍温度が550℃を超えるとNi2Siが固溶し
て析出量が減少し、導電率及び熱伝導率が低下す
る。一方、焼鈍温度が400℃未満の場合はNi2Si
化合物の析出量が少なく、強度の向上効果が十分
に得られないと共に、熱伝導率も低い。従つて、
焼鈍温度は400乃至550℃とする。焼鈍時間が5分
未満の場合は析出量が不足し、4時間を超えて焼
鈍することは熱経済上から無駄である。従つて、
焼鈍時間は5分乃至4時間とする。 [実施例] 次に、本発明の実施例に係るプラスチツク成形
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4の各合金の組成を示す。
【表】 この第1表に示す化学組成を有する合金を電気
炉で待機中にて、木炭被覆下で溶製し、厚さ50
mm、幅80mm、長さ180mmの鋳塊を鋳造した。次い
で、各鋳塊の表裏面を約2mm面削した後、850℃
に加熱し、厚さが15mmになるまで熱間加工した。
次いで、実施例合金No.1乃至3については725℃
に再加熱し、実施例合金No.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
の時の冷却速度は30℃/秒である。次に、500℃
の温度に2時間加熱して焼鈍した後、引張試験、
圧縮試験、シヤ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。 下記第2表は実施例合金及び比較例合金につい
ての各特性の試験結果を示す。但し、比較例5,
6欄は夫々Cu−1重量%Cr合金及び機会構造用
炭素鋼についての特性である。
【表】 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
チツク成形加工時に金型が受ける圧縮応力10乃至
20Kgf/mm2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/cm
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。 次に、本発明方法により製造した銅合金につい
てその比較例と共に説明する。前述の第1表に示
す実施例2及び実施例5の銅合金と同一組成の鋳
塊の表裏両面を夫々2.5mmだけ面削した後、850℃
に加熱し、45mmの厚さから15mmの厚さまで熱間加
工して、700℃、750℃、775℃、810℃、825℃及
び850℃の5種類のうちのいずれかの温度に再加
熱し、30分間焼鈍した。その後、この焼鈍材を
700℃の温度か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、350乃至
600℃の温度範囲において、50℃おきに設定され
た6種類の焼鈍温度のうちのいずれかの焼鈍温度
を選択し、この焼鈍温度に2時間加熱して析出硬
化焼鈍した。その後、引張試験及びシヤルピー衝
撃試験用試験片を採取した。 下記第3表は実施例方法及び比較例方法の製造
条件と、その条件により製造された合金の各試験
結果を示す。但し、各方法により製造した銅合金
の組成は、合金組成No.欄が2の場合は前述の第1
表の実施例2欄の組成と同一であり、5の場合は
実施例5欄の組成と同一である。 また、第1図は縦軸に熱間加工後の再加熱温度
をとり、横軸に結晶粒度をとつて両者の関係を示
すグラフ図である。この第1図において、実線は
第1表の実施例合金1乃至3と同一組成の合金、
破線は実施例合金4乃至6と同一組成の合金につ
いてその再加熱温度を変化させたものである。こ
の第1図から明らかなように、825℃以上の温度
に再加熱すると、結晶粒度が50μm以上に粗大化
する。一方、再加熱温度が810℃以下の場合には
結晶粒度が50μm以下である。
【表】 また第3表からも明らかなように、本発明の実
施例方法により製造された銅合金は、いずれも高
温伸び及びシヤルピー衝撃値が優れており、従つ
て耐熱衝撃性が高いプラスチツク成形用金型の製
造が可能である。 [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、プラスチツク成形金型
用材料として極めて信頼性が高い銅合金が得ら
れ、しかもこの銅合金は熱伝導率が高いため、プ
ラスチツク成形の所要時間を大幅に短縮すること
が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図は再加熱温度と結晶粒度との関係を示す
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;0.001乃至
    0.01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%(0.01重量
    %含まず)含有し、残部がCu及び不可避的不純
    物である銅合金の鋳塊を、熱間加工した後、650
    乃至810℃の温度に5分乃至3時間加熱し、次い
    で、600℃以上の温度から15℃/秒以上の冷却速
    度で冷却した後、400乃至550℃の温度に5分乃至
    4時間焼鈍することを特徴とするプラスチツク成
    形金型材料用銅合金の製造方法。
JP8348188A 1987-12-21 1988-04-05 プラスチック成形金型材料用銅合金の製造方法 Granted JPH01283334A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61106737A (ja) * 1984-10-29 1986-05-24 Kobe Steel Ltd 電磁攪拌器を内蔵する連続鋳造用鋳型材料

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