JPH0814011B2

JPH0814011B2 - 高強度ダイカスト用亜鉛基合金

Info

Publication number: JPH0814011B2
Application number: JP62329387A
Authority: JP
Inventors: 篤幸岡田; 廣後藤; 武司尾城
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Kinzoku Co Ltd
Priority date: 1987-12-24
Filing date: 1987-12-24
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH01168834A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、高強度ダイカスト用亜鉛基合金に関し、よ
り詳しくは、高い機械的強度と良好な溶湯流動性を有
し、ダイカスト合金として従来合金より一層の薄肉化に
よる軽量化が可能になるほか、鋳造温度が下がることに
よる金型寿命の延長が期待できる新合金に係わる。

〔従来の技術〕

現在、ダイカスト用亜鉛合金は２種類がJIS化されて
いる。このうち、我国では亜鉛合金ダイカスト２種（ZD
C2）が、圧倒的に多く使用されており、全使用量の95％
以上を占めていると思われる。このZDC2は、重量百分率
でAl3.9〜4.3％、Mg0.03〜0.06％残部実質的にZnからな
る合金で、すでに約35年にわたる使用実績があり、機械
部品、装飾品、日用品に広く使用されている。このZDC2
の特徴としては、融点が低く、鉄を侵食しないため、ホ
ットチャンバーダイカストが可能である。型寿命が永
い、適当な機械的強度がある、機械加工がしやすい、メ
ッキが容易である等の利点が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、近年、材質改善の進歩が著しいプラス
チック材料およびAlダイカスト品に押されて、Znダイカ
スト品の利用分野が狭くなりつつある。このためZnダイ
カスト品のマーケットを拡大できる高強度でしかも薄肉
化が可能な新ダイカスト用Zn合金の出現が待望されてお
り、いくつかの改良Zn合金が発表されている。しかし、
これらはいずれも高強度を優先させるために、Zn合金の
長所である低い鋳造温度と流動性がある程度犠牲にされ
るという問題点を有している。

本発明の目的とするところは、ZDC2以下の低い鋳造温
度と優れた流動性を有しつつ、強度の大幅な向上を可能
にしたダイカスト用亜鉛合金を提供することにある。

なお、以下に示す百分率は重量による。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本発明者らは上記問題点を解決するために種々検討を
重ねた結果、Zn−6.8％Al−4.0％Cuの近傍の合金が凝固
開始温度が約390℃とZDC2とほぼ同じながら、流動性で
はZDC2を大幅に上回っていることを知見した。この良好
な流動性はダイカスト時の湯温を下げ、型の寿命を延ば
すことを可能にするほか、ダイカスト品を一層薄肉化で
きることを意味する。また、同系合金のダイカスト品の
機械的強度はZDC2に比較し大きく上昇し、室温における
抗張力が40Kgf/mm²以上とZn合金としては最高レベルに
達することを知見した。しかも、ZDC2に比較してAlおよ
びCuを増量したことにより懸念される衝撃値の低下が実
用上問題にならない程度で留まったこと、さらに同系合
金にTi,Coおよび／またはNiのいずれか１種または２種
以上を添加することにより衝撃値が上昇することを見出
した。

本発明はかかる知見に基ずくものであって、その構成
組成成分はAlを5.0〜9.0％,Cuを2.0〜6.5％,Mgを0.01〜
0.20％，必要に応じCoおよびNiの１種または２種を0.30
％以下および／またはTiを0.40％以下を含有し、残部が
不可避不純物を別にしてZnからなるものである。

次に、本発明における組成成分範囲の限定理由につい
て説明する。

Al成分は、合金の強度向上して有効である。またAlは
溶湯の流動性を左右する因子であり、Zn−Al−Cu三元系
については、初晶がβ相（Al固溶体）の領域では、流動
性が低下する傾向があるが、初晶がα相（Zn固溶体）お
よびε相（Zn−Cu固溶体）の領域では流動性を改善す
る。流動性が最も良くなる成分は、Al6.8％,Cu4.0％で
あり、ZDC2より良好なる範囲は、Al5.0〜9.0％である。
すなわち、Alが5.0％未満では、本発明合金の高強度と
溶湯の高い流動性との双方の特性を具備する利点が現わ
れず、Alが9.0％を越えると溶湯の流動性がZDC2よりも
低下する。

Cu成分は、合金中に一様に分布すると共に、ε相（Zn
−Cu固溶体）と三元包共晶相（Zn−Al−Cu）を作り、合
金の強度を顕著に上昇させる作用をするほか、溶湯の流
動性に対しても大きな影響を持つ。例えば包共晶組成
（Al6.8％、Cu4.0％）以上にCu量が多くなると、ε相が
初晶となり、凝固開始温度が高くなって、流動性が低下
する。すなわち、Cuは、ZDC2との対比上、表面的にはAl
と似た効果を持ち、包共晶組成以下のCu量では、β相
（Al固溶体）が初晶となるため流動性が低下し、また包
共晶組成よりも多量に添加されても、流動性が低下す
る。このように、Cu含有量は溶湯の流動性の比較におい
て決定され、2.0％未満で流動性が低下し、6.5％を越え
ると再び溶湯の流動性が低下しZDC2以下となる。よって
Cuの実用範囲は2.0〜6.5％とする。

Mg成分は、Alを含むZn合金に生じやすい粒間腐食を防
止する作用を有すると共に、同合金系で生じる時効反応
を遅くする効果を有する。粒界腐食を防止する作用の下
限はMg0.01％である。一方、後の試験例でも示すよう
に、Mgの添加量の増加と共に、抗張力は、わずかに上昇
するが0.2％を越えると辟開しやすくなり衝撃値の低下
を生じる。よってMgの実用範囲は、0.01〜0.2％とす
る。

CoとNi成分は、共に溶湯中でAlと共存し、化合物を形
成する。CoはAl₃Co₂になり、NiはAl₃Niになる。CoとNi
は、合金中の挙動が良く似ており、合金に与える作用も
良く似ており、等価の作用を有する。CoとNiは抗張力お
よび伸びを向上させると共に、0.1％までの添加で溶湯
の流動性を改善する効果を有する。しかしながら、後の
試験例で示すように、CoとNiの過剰添加は、衝撃値を低
下させることになる。以上の諸条件およびCoが高価であ
ることを考え併せると、CoおよびNiの１種または２種を
添加する場合の添加量は、実用上0.3％以下であり、好
ましくは0.03〜0.20％とする。

Ti成分は、溶湯中でAl₃Tiなる化合物を作り、このAl₃
Tiは、結晶微細化作用を持つ。本発明の合金系は、Alと
Cuとの組合せにより、初晶がα相（Zn固溶体）、β相
（Al溶体）およびε相（Zn−Cu固溶体）と３通りある
が、Al₃Tiはいずれの場合においても結晶微細化作用が
あり、抗張力と衝撃値を向上させるが、反面多量に添加
すると衝撃値と流動性が低下する。Tiの作用は、CoとNi
と作用と原理的に異なるため、互いにマイナスの効果を
生じることがなく、両方添加することにより、Ti添加の
欠点のひとつである流動性の低下をCoとNiの添加で補う
ことができる。Tiの添加は実用上0.40％以下であり、好
ましくは、0.03〜0.10％とする。

本発明合金の衝撃値は2.2〜5.8Kgf−m/cm²とZDC2の衝
撃値11.0〜14.0Kgf−m/cm²より低いが、日本鉛亜鉛需要
研究会発行の「鉛と亜鉛」誌第126号（1985年７月号）
によれば、ダイカストしたZA−27合金の衝撃値は1.3Hgf
−m/cm²（５ジュール）と低い。ZA−27合金のダイカス
ト品は、北米においてすでに数千トンの実績があるの
で、ZA−27合金のデータを基に安全を見込み、衝撃値2.
0Kgf−m/cm²以上を実用できる範囲とした。

このような理由から、本発明にかかる合金は、従来の
ZDC2のダイカスト温度よりも低い390℃以上でダイカス
トでき、室温における抗張力はZDC2よりも50％以上も高
い、最高値で47.8Kgf−m/mm²あり、衝撃値も問題なく、
ZDC2よりも数段実用性に優れた合金であるといえる。

以下に実施例を示す。

実施例黒鉛ルツボにて、ベースとしての電気亜鉛（Zn）に所
要量のAl、Cu、Mgを添加し、必要ならばCoとNiおよびTi
を母合金のかたちで添加し、第１表に示す組成の合金を
作製した。試作した合金は溶湯の状態で流動性を測定
し、機械的性質を調べる試験片は、直接ホットチャンバ
ーダイカストで作製した。できた試験片は、長さ230m
m、平行部直径6mmの引張試験用と6.35mm角の衝撃試験用
である。ダイカストの条件は、溶湯温度421℃、型温度1
50℃、型締力250ton、ダイカスト機アキュムレーター圧
力85Kgf/cm²とした。

これらの試験片を用い、以下の試験を行った。

☆引張試験：インストロン引張試験機による条件：標点間50mm断面6mmφ、引張速度10cm/min、室温 ☆衝撃値シヤルピー衝撃試験機による条件：試験片断面6.35mm角ノッチなし、室温 ☆流動性試験所定の成分の溶湯を十分撹拌し、420℃に保つ。この
溶湯の中に、外径6mmφ、内径4mmφのガラス管の一端を
挿入し、かつ他端から240mmHgの負圧を加える。この
時、ガラス管内に流入して固化した金属の重量を測定
し、流入量とする。流入量が多く、重量のある方法が流
動性が良いと判定する。

得られた結果を第１表に示す。

第１表に示した試験結果から以下のようなことがわか
る。すなわち、試料No.2〜６から明らかなようにAlの添
加量が増すにつれて、強度（抗張力）が増大する。しか
し、溶湯の流動性はAl6.8％を最高としてAlが減少して
も、増加しても上昇する。

また、試料No.4とNo.7〜10から明らかなように、Cuの
増加量につれて、強度（抗張力）が増大する。しかし溶
湯の流動性は、Cu4.0％を最高として、Cuが減少して
も、増加しても上昇する。

そして、本発明実施例合金では、溶湯の流動性が、い
ずれも試料No.1のZDC2における14.2gより良好であるこ
とがわかる。すなわち、ZDC2より溶湯の流動性が良好で
あることはダイカスト製品を一層薄肉化、軽量化するこ
とが可能になることを意味するものである。

また、本発明実施例合金では、強度（抗張力）は33.2
〜47.8Kgf/mm²にあり、ZDC2試料（No.1）の29.8Kgf/mm²
に比較して大幅な向上が得られている。

試料No.4とNo.11、No12から明らかなように、Mgの添
加量が増すにつれて、衝撃値の低下が大きくなり、0.20
％を越えると実用に適さなくなる。この現象はMg量が急
冷されたZn合金の辟開しやすさと密接な関係があるため
と思われる。Mg量が0.2％を越えると抗張力が低下する
理由はここにある。

試料No.13〜15及びNo.23、No.24から明らかなよう
に、本発明合金系に関しては、CoとNiの作用は非常に類
似性が強い。Co＋Niは、0.1％近傍までは、流動性と強
度（抗張力）が増加するが0.1％を添加すると、衝撃値
の低下が目立ち、0.3％以上では実用に耐えなくなる。

試料No.16〜18から明らかなように、Tiは0.40％を越
えると、ZDC2より溶湯の流動性が低下する。しかしなが
ら、ダイカストのような急冷されるZn合金の場合、0.1
％近傍までは、衝撃値を向上させる効果がある。0.1％
を越えると、衝撃値と流動性が低下しはじめ、0.4％を
越えると実用に耐えなくなる。

試料No.19〜22から明らかなように、Co＋NiおよびTi
それぞれ0.1％添加した試料がAl6.8％、Cu4.0％近傍の
成分中で最高の強度（抗張力）を示し、衝撃値も6.6Kgf
−m/cm²と高い値を示している。このように、TiとCo＋N
iは本発明合金系では、それぞれの長所を示すので、互
いの欠点を補うことが可能である。

以上、試験例には、代表的な合金を挙げて説明した
が、他の配合割合にて各成分を変化させて試験しても、
同様の結果が得られた。

〔発明の効果〕

本発明にかかる合金は、従来35年以上にわたってダイ
カスト合金として使用されてきた、ZDC2よりも、溶湯の
流動性に優れ、かつ大幅な機械的性質の向上という本来
相反する特性が改善されたものである。従って、本発明
合金は、一層の薄肉化による軽量化が可能になり、ZDC2
に代り、亜鉛ダイカスト品の新しい用途を開拓し、拡大
できる有用合金である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Al:5.0〜9.0重量％、Cu:2.0〜6.5重量％お
よびMg:0.01〜0.20重量％を含有し、残部が不可避不純
物を別にしてZnからなる高強度ダイカスト用亜鉛基合
金。
【請求項２】Al:6.0〜9.0重量％、Cu:2.0〜6.5重量％、
Mg:0.01〜0.20重量％、CoおよびNiの１種または２種:0.
30重量％以下を含有し、残部が不可避不純物を別にして
Znからなる高強度ダイカスト用亜鉛基合金。
【請求項３】Al:5.0〜9.0重量％、Cu:2.0〜6.5重量％、
Mg:0.01〜0.20重量％およびTi:0.40重量％以下を含有
し、残部が不可避不純物を別にしてZnからなる高強度ダ
イカスト用亜鉛基合金。
【請求項４】Al:5.0〜9.0重量％、Cu:2.0〜6.5重量％、
Mg:0.01〜0.20重量、CoおよびNiの１種または２種:0.30
重量％以下およびTi:0.40重量％以下を含有し、残部が
不可避不純物を別にしてZnからなる高強度ダイカスト用
亜鉛基合金。