JPH089112B2 - 成形金型用アルミニウム合金溶加材 - Google Patents

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、ゴム成形用のアルミニウム
合金金型を溶接するのに好適なアルミニウム合金溶加材
に関する。

（従来の技術） プラスチツク、ゴム等の成形用の金型は、従来、鋼製
のものが中心であつたが、鋼製金型は重く、加工に手間
がかかるうえにさびやすいなどの欠点があつた。そのた
め最近アルミニウム合金製の金型が使用されるようにな
つてきた。

アルミニウム合金金型は、次のような特徴を有する。

熱伝導がよく、シヨツトサイクルが早くなり、生産性
が高い。

加工しやすく、型彫り時間が短縮できる。

鋼製に比べ重量が約1/3と軽く、着脱、保守が容易で
超大型金型の製造が可能である。

低発泡射出成形、型発泡成形、中空成形、真空成形、
回転成形などは、鋼製同様の寿命がある。

しかしながらアルミニウム合金金型の最も大きな問題
は、補修溶接、型のつなぎ溶接等の溶接に関する難点で
あつた。すなわち、従来の溶加材（例えばJIS 2319、53
56、4043合金）でアルミニウム合金金型（特に7000系合
金、例えば7075、7039合金等）を溶接した場合、溶接割
れが起きる、又フオトエツチングにおける溶接部のエツ
チング性が非溶接部と異なるため溶接部のビード跡が成
形プラスチツク等の製品に転写される等の問題があつ
た。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、プラスチツク、ゴム等の成形金型用
アルミニウム合金の溶接において、溶接割れが発生せ
ず、しかもフオトエツチングしても溶接部が母材と変わ
りなくエツチングできる好適な溶加材を提供することに
ある。

（問題を解決するための手段） 本発明は、上記したような従来の溶加材の欠点を改善
すべく鋭意研究を重ねた結果、7000系アルミニウム合金
からなる金型の溶接において、Al−Si系合金にMg、Feを
所定量含有させてなる溶加材が溶接割れを起こさず、母
材の非溶接部と変わらないフオトエツチング性を示すこ
とを見い出した。本発明は、この知見に基づいてなされ
たものである。

すなわち、本願第１発明は、Si6.0〜12.0％、Fe0.2〜
1.0％、Mg0.2〜1.0％（以上重量％）を含有し、残部がA
lと不可避不純物からなる成形金型用アルミニウム合金
溶加材であり、本願第２発明は、Si6.0〜12.0％、Fe0.2
〜1.0％、Mg0.2〜1.0％を主要元素とし、さらにTi0.001
〜0.4％およびB0.0001〜0.01％、Zr0.01〜0.3％（以上
重量％）のうち１種以上を含有し、残部がAlと不可避不
純物からなる成形金型用アルミニウム合金溶加材であ
り、本願第３発明は、Si6.0〜12.0％、Fe0.2〜1.0％、M
g0.2〜1.0％を含有し、さらにNa0.001〜0.5％、Sb0.001
〜0.5％、Sr0.001〜0.5％（以上重量％）のうち１種以
上を含有し、残部がAlと不可避不純物からなる成形金型
用アルミニウム合金溶加材であり、さらに本願第４発明
は、Si6.0〜12.0％、Fe0.2〜1.0％、Mg0.2〜1.0％を主
要元素とし、Ti0.001〜0.4％およびB0.0001〜0.01％、Z
r0.01〜0.3％のうち１種以上を含有し、さらにNa0.001
〜0.5％、Sb0.001〜0.5％、Sr0.001〜0.5％（以上重量
％）のうち１種以上を含有し、残部がAlと不可避不純物
からなることを特徴とする成形金型用アルミニウム合金
溶加材である。

本願第１〜第４発明の溶加材に含有させる各成分の作
用と含有量の限定理由は、次の通りである。

本願第１発明において、Siの含有量は6.0〜12.0％
（％は重量％、以下同じ）とする。Siは湯流れ性を良く
し、溶接割れを防止すると共にフオトエツチング性を母
材程度にする作用があるが、6.0％未満および12.0％を
越える場合は、フオトエツチング性が母材と異なり、溶
接部のビード跡が、成形プラスチツク等の製品に転写さ
れてしまうからである。

Feの含有量は0.2〜1.0％とする。Feは強度強化要素と
して作用し、0.2％未満では効果が少なく、1.0％を越え
るとフオトエツチング性が悪くなるからである。

Mgの含有量は0.2〜1.0％とする。Mgは強度強化要素と
して作用し0.2％未満では効果がなく、1.0％を越えると
フオトエツチング性が悪くなるからである。

本願第２発明は、上記第１発明合金にさらに、Ti、
Ｂ、Zrから選ばれた少なくとも１種を含有させるもので
あるが、これにより、第１発明合金溶加材の溶接割れ
性、フオトエツチング性をさらに向上させることができ
る。

この場合Tiの含有量は0.001〜0.4％とする。Tiは結晶
粒微細化効果要素で溶接割れを改善し、0.001％未満で
は効果が無く、0.4％を越えるとAlと化合物を作つて靭
性を劣化させる。

Ｂの含有量は0.0001〜0.01％とする。ＢはTiと共に結
晶微細化の作用をなし、溶接割れを防止する。0.0001％
未満では効果が無く、0.01％を越えると靭性を劣化させ
る。

Zrの含有量は0.01〜0.3％とする。Zrは溶接割れ改善
要素として作用し、0.01％未満では効果が無く、0.3％
を越えると巨大晶出物が生成するので好ましくない。

本願第３発明は、前記第１発明合金にさらに、Na、S
b、Srから選ばれた少なくとも１種を含有させるもので
あるが、これにより、第１発明合金溶加材の機械的性
能、切削性をさらに向上させることができる。

この場合Naの含有量は0.001〜0.5％とする。Naは、Al
−Si合金の粗い薄片状Siを含むSi共晶混合物を微細に分
散した混合物に変え、強度の向上および切削性を改善す
る。0.001％未満では効果が無く、0.5％を越えると靭性
を劣化させる。

Sbの含有量は0.001〜0.5％とする。SbはNaと同様にAl
−Si合金の改良に作用し、0.001％未満では効果が無
く、0.5％を越えると靭性を劣化させる。

Srの含有量は0.001〜0.5％とする。SrはNa、Sbと同様
にAl−Si合金の改良に作用し、0.001％未満では効果が
無く、0.5％を越えると靭性を劣化させる。

本発明の溶加材を用いる金型用母材としては、7000系
合金（Al−Zn−Mg系合金、Al−Zn−Mg−Cu系合金等）が
最も好ましい。また本発明の溶加材は、溶接割れ防止用
溶加材として金型に限らず同系合金の治具や構造物にも
使用することができる。

本発明の溶加材は、溶接法には特に制限がなく、交流
TIG溶接、直流TIG溶接、MIG溶接のいずれにも使用でき
る。

本発明の溶加材を用いる溶接条件は特に制限されない
が、JIS Z 3604（1976年）イナートガスアーク溶接作業
標準（アルミニウム及びアルミニウム合金）に基づく条
件が望ましい。

本発明の溶加材は、プラスチツク、ゴム等の成形金型
用アルミニウム合金の溶接用として好適である。

（実施例） 次に本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明す
る。

第１表に示す合金組成のアルミニウム合金No.1〜18を
鋳造し、それぞれ常法により直径1.6mmの電極ワイヤ及
び直径3.2mmの溶接棒として下記のMIG溶接およびTIG溶
接に使用した。なお比較のため第１表に示すアルミニウ
ム合金No.19〜22（比較合金）及び従来合金No.23（2319
合金）、No.24（5356合金）、No.25（4043合金）を使用
して上記と同様の電極ワイヤ及び溶接棒を作成し、２種
の溶接に使用した。

一方、溶接母材としては第２表に示す合金組成のアル
ミニウム合金Ａ（7075系）及びＢ（7079系）を使用し、
これを鋳造後に圧延加工して第１図に示すような寸法10
0mm×60mm、厚さ10mmの金型用板材（溶接母材）１を作
成した。次いでこの板材を、継手としてＶ形が形成され
るよう開先加工した（100mmの辺にそつて深さ5mm、45゜
の角度で開先加工しアルミニウム合金Ａから作成した板
材をMIG溶接の母材とし、アルミニウム合金Ｂからの板
材をTIG溶接の母材とする）。

このように開先加工した溶接母材を突き合せて、上記
の電極ワイヤまたは溶接棒を用い第３表に示す条件でMI
G溶接またはTIG溶接して第２図に示す材料を得た。同図
は側面図であり、図中、１は溶接母材、３はＶ形の開先
部であり、４は溶接ビード4aを有する溶接部を示す。第
３図はこのようにして溶接して得られた金型材料５の斜
視図であり、図中、１は溶接母材、６は第２図に示した
溶接ビード4aを削除して平坦化した溶接部である。

このように各溶加材を用いて溶接し、作成した金型材
料５について、プラスチツク、ゴム等の成形金型として
必要な耐溶接割れ性とフオトエツチング性を試験した。
なお試験方法は下記のとおりである。

〔試験方法〕

ａ）耐溶接割れ性…溶接した部分の溶接ビードを削除し
て平坦化した溶接部６の表面の溶接割れの有無をJIS Z
2343に基づく浸透探傷試験法により調べた。

ｂ）フオトエツチング性…溶接した部分の溶接ビードを
削除して平坦にした溶接部６の面をフオトエツチング
し、溶接部分が他の部分と同じようにフオトエツチング
され、プラスチツクの成形において帯状の溶接部ビード
が転写されないかどうかを調べた。この場合のフオトエ
ツチング処理は次の工程で行つた。

脱脂→洗浄→写真（感光）膜塗布→写真撮影（露光）→
現像→エツチング→膜除去→丸味付けエツチング→仕上
げ この試験において金型材料５はそれぞれ第３図に示す
ように３等分（5a、5b、5c）した形でフオトエツチング
処理に供した。すなわち、金型材料５の溶接部６が、そ
れぞれ中央にくるよう３つに分画した5a、5b、5cの部分
のうち5aの部分は上記フオトエツチング工程において現
像後マスキングしてエツチングを行わず、5b及び5cの部
分はフオトエツチングを行い、さらに5cの部分はフオト
エツチング後アルマイト処理をした。このように処理を
した金型材料５をブロー成型機に取り付け塩化ビニル樹
脂を成形し、得られた塩化ビニル樹脂成形品の表面を観
察し、金型の溶接部６のビード跡が転写されたか否かを
判定した。

上記の２種の試験結果を第４表に示すが、この表にお
いて、耐溶接割れ性については割れが発生したものは
×、割れが発生しなかつたものは○、フオトエツチング
性については、成形した樹脂表面にビード跡の帯状形状
が転写されたものは×、転写されなかつたものは○とし
てそれぞれ示した。

第４表から明らかなように本発明のアルミニウム合金
の溶加材を用いた場合は、溶接割れの発生は無く、また
フオトエツチングした面からのビード跡の転写は全く無
かつた。しかし、比較合金では溶接割れは発生しなかつ
たものの、フオトエツチングした型で成形するとビード
跡が転写された。従来合金を用いた場合は、2319合金を
用いると溶接割れ、ビード転写があり、5356合金、4043
合金を用いると溶接割れは起こらなかつたがビード跡の
転写が出て、ともに悪かつた。以上の結果より、本発明
合金溶加材を用いてMIG溶接およびTIG溶接した場合は溶
接割れが発生せず、ビード跡の転写もないことがわか
る。

（発明の効果） 本発明の溶加材を用いてプラスチツク、ゴム等の7000
系の成形用アルミニウム合金金型（Al−Zn−Mg系合金、
Al−Zn−Mg−Cu系合金等）を溶接すると溶接割れが発生
せず、しかもフオトエツチングした場合溶接ビード跡が
プラスチツク、ゴム等の成形製品に転写されない良好な
表面が得られる。なお本発明の溶加材は同系合金の治具
や構造物にも使用できる。このように本発明の溶加材は
工業上顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、金型用板材（溶接母材）の寸法、形状を示す
斜視図であり、第２図は溶接状態を示す側面図、第３図
は溶接して得られる金型材料の斜視図を示す。 １……金型用板材（溶接母材）、３……Ｖ形開先部、４
……溶接部、4b……溶接ビード、５……金型材料、６…
…平坦化した溶接部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Si6.0〜12.0％、Fe0.2〜1.0％、Mg0.2〜1.
   0％（以上重量％）を含有し、残部がAlと不可避不純物
   からなることを特徴とする成形金型用アルミニウム合金
   溶加材。
2. 【請求項２】Si6.0〜12.0％、Fe0.2〜1.0％、Mg0.2〜1.
   0％を含有し、さらにTi0.001〜0.4％、B0.0001〜0.01
   ％、Zr0.01〜0.3％（以上重量％）のうち１種以上を含
   有し、残部がAlと不可避不純物からなることを特徴とす
   る成形金型用アルミニウム合金溶加材。
3. 【請求項３】Si6.0〜12.0％、Fe0.2〜1.0％、Mg0.2〜1.
   0％を含有し、さらにNa0.001〜0.5％、Sb0.001〜0.5
   ％、Sr0.001〜0.5％（以上重量％）のうち１種以上を含
   有し、残部がAlと不可避不純物からなることを特徴とす
   る成形金型用アルミニウム合金溶加材。
4. 【請求項４】Si6.0〜12.0％、Fe0.2〜1.0％、Mg0.2〜1.
   0％を含有し、さらにTi0.001〜0.4％、B0.0001〜0.01
   ％、Zr0.01〜0.3％のうち１種以上を含有し、さらにNa
   0.001〜0.5％、Sb0.001〜0.5％、Sr0.001〜0.5％（以上
   重量％）のうち１種以上を含有し、残部がAlと不可避不
   純物からなることを特徴とする成形金型用アルミニウム
   合金溶加材。