JPH10324938A - 亜鉛／銅／アルミニウム系合金及びそのダイカスト - Google Patents
亜鉛／銅／アルミニウム系合金及びそのダイカストInfo
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- JPH10324938A JPH10324938A JP10094483A JP9448398A JPH10324938A JP H10324938 A JPH10324938 A JP H10324938A JP 10094483 A JP10094483 A JP 10094483A JP 9448398 A JP9448398 A JP 9448398A JP H10324938 A JPH10324938 A JP H10324938A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C18/00—Alloys based on zinc
- C22C18/02—Alloys based on zinc with copper as the next major constituent
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 引張強度及び圧縮強度の高い合金を提供す
る。 【解決手段】 一次相としてε相を含む亜鉛基合金にチ
タンを添加することによって、亜鉛合金の引張強度及び
圧縮強度を高めることができる、ということが判明し
た。本発明の合金は、重力鋳造法、永久鋳型鋳造法、又
は、ダイカスト法に使用され、構成部品又は工具を鋳造
することができる。好ましい実施例においては、０．０
１−０．１重量パーセントのチタンが、３−１２重量パ
ーセントの銅、２−５重量パーセントのアルミニウム、
微量成分、及び、残余量の亜鉛を含む亜鉛基合金に添加
される。本発明の合金は、従来報告されていなかった予
期しない挙動を示す。
る。 【解決手段】 一次相としてε相を含む亜鉛基合金にチ
タンを添加することによって、亜鉛合金の引張強度及び
圧縮強度を高めることができる、ということが判明し
た。本発明の合金は、重力鋳造法、永久鋳型鋳造法、又
は、ダイカスト法に使用され、構成部品又は工具を鋳造
することができる。好ましい実施例においては、０．０
１−０．１重量パーセントのチタンが、３−１２重量パ
ーセントの銅、２−５重量パーセントのアルミニウム、
微量成分、及び、残余量の亜鉛を含む亜鉛基合金に添加
される。本発明の合金は、従来報告されていなかった予
期しない挙動を示す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、亜鉛基合金の改善
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】亜鉛合金は、過去数十年にわたって、種
々の用途で使用されてきた。ザマク（Ｚａｍａｋ）３及
びザマク５の如き合金が、ネットシェイプ・ダイカスト
法の要求を満たすために、１９２０年代に開発された。
その後、他の２つの合金、すなわち、これもダイカスト
法に使用されるザマク２、及び、原型工具を製造するた
めに重力鋳造法で使用されるカークサイトが開発され、
その目的のために広く使用された。これらの合金は、微
量の銅を含有する約４重量パーセントのアルミニウム
（ザマク３）、約１重量パーセントの銅（ザマク５）、
及び、約３重量パーセントの銅（ザマク２及びカークサ
イト）を含んでいる。これらの合金の凝固は、一次η相
のデンドライト（樹枝状晶）の形成で開始し、これらデ
ンドライトは、次に、（η＋α）共晶によって包囲され
る。上記η相は、六方最密充填（ＨＣＰ）結晶構造を有
しており、一方、アルファ（α）は、面心立方体（ＦＣ
Ｃ）である。
々の用途で使用されてきた。ザマク（Ｚａｍａｋ）３及
びザマク５の如き合金が、ネットシェイプ・ダイカスト
法の要求を満たすために、１９２０年代に開発された。
その後、他の２つの合金、すなわち、これもダイカスト
法に使用されるザマク２、及び、原型工具を製造するた
めに重力鋳造法で使用されるカークサイトが開発され、
その目的のために広く使用された。これらの合金は、微
量の銅を含有する約４重量パーセントのアルミニウム
（ザマク３）、約１重量パーセントの銅（ザマク５）、
及び、約３重量パーセントの銅（ザマク２及びカークサ
イト）を含んでいる。これらの合金の凝固は、一次η相
のデンドライト（樹枝状晶）の形成で開始し、これらデ
ンドライトは、次に、（η＋α）共晶によって包囲され
る。上記η相は、六方最密充填（ＨＣＰ）結晶構造を有
しており、一方、アルファ（α）は、面心立方体（ＦＣ
Ｃ）である。
【０００３】亜鉛合金の次の重要な開発は、ＺＡ−５、
ＺＡ−８、ＺＡ−１２及びＺＡ−２７と呼ばれる一群の
Ｚｎ−Ａｌ合金が開発された約２５年前に行われた。上
記数字５、８、１２及び２７は、アルミニウムの公称重
量パーセントを表している。これらの合金の凝固は、一
次α相のデンドライトの形成で開始し、これらデンドラ
イトは、次に、（η＋α）共晶によって包囲される。上
記総ての合金において、アルミニウムが主要な強化剤で
あると考えられている。上述の合金は、厳密な寸法公差
をもって、且つ、比較的低コストで、種々の鋳造法で鋳
造又は製造することができる。代表的な鋳造法は、重力
鋳造法、及び、ダイカスト法である。溶融した亜鉛合金
を、加圧することなく（重力鋳造法）、又は、加圧した
状態（ダイカスト法）で、一定体積のキャビティの中に
注入する。
ＺＡ−８、ＺＡ−１２及びＺＡ−２７と呼ばれる一群の
Ｚｎ−Ａｌ合金が開発された約２５年前に行われた。上
記数字５、８、１２及び２７は、アルミニウムの公称重
量パーセントを表している。これらの合金の凝固は、一
次α相のデンドライトの形成で開始し、これらデンドラ
イトは、次に、（η＋α）共晶によって包囲される。上
記総ての合金において、アルミニウムが主要な強化剤で
あると考えられている。上述の合金は、厳密な寸法公差
をもって、且つ、比較的低コストで、種々の鋳造法で鋳
造又は製造することができる。代表的な鋳造法は、重力
鋳造法、及び、ダイカスト法である。溶融した亜鉛合金
を、加圧することなく（重力鋳造法）、又は、加圧した
状態（ダイカスト法）で、一定体積のキャビティの中に
注入する。
【０００４】商用のダイカスト用亜鉛合金（ザマク、及
び、Ｚｎ−Ａｌ（ＺＡ）合金）は、強度特性及び／又は
クリープ特性が小さいので、装飾用又は非構造用の用途
に使用されている。より高度の要件を満たすためには、
スチールの如きより強度の高い材料を用いる。スチール
部品は、通常、機械加工され、一方、亜鉛合金は、ある
形状にダイカストすることができる。カークサイト（４
重量パーセントのＡｌ、３重量パーセントのＣｕ、残余
量の亜鉛）の如き他の亜鉛合金が、薄板金属の打ち抜き
加工を行うための原型工具のために日常的に使用され
る。しかしながら、カークサイトの工具は、比較的軟ら
かく、一般的には、大量生産には適していない。
び、Ｚｎ−Ａｌ（ＺＡ）合金）は、強度特性及び／又は
クリープ特性が小さいので、装飾用又は非構造用の用途
に使用されている。より高度の要件を満たすためには、
スチールの如きより強度の高い材料を用いる。スチール
部品は、通常、機械加工され、一方、亜鉛合金は、ある
形状にダイカストすることができる。カークサイト（４
重量パーセントのＡｌ、３重量パーセントのＣｕ、残余
量の亜鉛）の如き他の亜鉛合金が、薄板金属の打ち抜き
加工を行うための原型工具のために日常的に使用され
る。しかしながら、カークサイトの工具は、比較的軟ら
かく、一般的には、大量生産には適していない。
【０００５】ＡＣｕＺｉｎｃ（登録商標：２−４重量パ
ーセントのＡｌ、４−１１重量パーセントのＣｕ、残余
量の亜鉛）として知られる最近開発された亜鉛基合金
が、Ｒａｓｈｉｄ ａｎｄ Ｈａｎｎａの米国特許第
４，９９０，３１０号に開示されるように、耐クリープ
性の亜鉛合金として用いることができる。これらの合金
は、（η＋α＋ε）三元共晶、及び、何等かのη相によ
って包囲されたεデンドライトを含んでいる。上記ε相
デンドライトの体積割合及びサイズは、銅含有率と共に
増大する。そのような合金は、既存の商用合金よりも強
度が高くより耐久性があることが分かった。最近、その
ような合金の強度は、ひずみ速度が増大すると増大し、
そのような強度は、温度が高くなるとより大きくなるこ
とも分かった。
ーセントのＡｌ、４−１１重量パーセントのＣｕ、残余
量の亜鉛）として知られる最近開発された亜鉛基合金
が、Ｒａｓｈｉｄ ａｎｄ Ｈａｎｎａの米国特許第
４，９９０，３１０号に開示されるように、耐クリープ
性の亜鉛合金として用いることができる。これらの合金
は、（η＋α＋ε）三元共晶、及び、何等かのη相によ
って包囲されたεデンドライトを含んでいる。上記ε相
デンドライトの体積割合及びサイズは、銅含有率と共に
増大する。そのような合金は、既存の商用合金よりも強
度が高くより耐久性があることが分かった。最近、その
ような合金の強度は、ひずみ速度が増大すると増大し、
そのような強度は、温度が高くなるとより大きくなるこ
とも分かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するため
の手段】本発明は、上記ＡＣｕＺｉｎｃ（登録商標）合
金を更に改善するものである。
の手段】本発明は、上記ＡＣｕＺｉｎｃ（登録商標）合
金を更に改善するものである。
【０００７】本発明は、一次相としてイプシロン（ε）
を含む亜鉛基合金にチタンを添加すると、該合金の引張
強度及び圧縮強度が増大する、という発見を含む。この
合金は、重力鋳造法、永久鋳型法又はダイカスト法で用
いられて、部品又は工具を鋳造することができる。好ま
しい実施例においては、約０．０１−０．１重量パーセ
ントのチタンを、約３−１２重量パーセントの銅、約２
−５重量パーセントのアルミニウム、微量成分、及び、
残余量の亜鉛を含む亜鉛基合金に添加する。確認された
挙動は、予期しないものであって、以前には報告されて
いないものであった。そのような挙動の原因は、分かっ
ていない。
を含む亜鉛基合金にチタンを添加すると、該合金の引張
強度及び圧縮強度が増大する、という発見を含む。この
合金は、重力鋳造法、永久鋳型法又はダイカスト法で用
いられて、部品又は工具を鋳造することができる。好ま
しい実施例においては、約０．０１−０．１重量パーセ
ントのチタンを、約３−１２重量パーセントの銅、約２
−５重量パーセントのアルミニウム、微量成分、及び、
残余量の亜鉛を含む亜鉛基合金に添加する。確認された
挙動は、予期しないものであって、以前には報告されて
いないものであった。そのような挙動の原因は、分かっ
ていない。
【０００８】上述の添加は、亜鉛基合金の靭性を改善し
た。新規なＡｌ−Ｚｎ−Ｔｉ相（Ａｌ5Ｔｉ10Ｚｎ3）が
形成された。このＡｌ−Ｚｎ−Ｔｉ相は、多数の微細な
ε相（Ｚｎ4Ｃｕ）を形成するための核として作用し、
チタンを含まないＺｎ−Ｃｕ−Ａｌ合金に比較して、大
きな表面積を有していた。硬質のε相の数の大きさ及び
表面積の大きさが、上記合金の靭性を改善した。
た。新規なＡｌ−Ｚｎ−Ｔｉ相（Ａｌ5Ｔｉ10Ｚｎ3）が
形成された。このＡｌ−Ｚｎ−Ｔｉ相は、多数の微細な
ε相（Ｚｎ4Ｃｕ）を形成するための核として作用し、
チタンを含まないＺｎ−Ｃｕ−Ａｌ合金に比較して、大
きな表面積を有していた。硬質のε相の数の大きさ及び
表面積の大きさが、上記合金の靭性を改善した。
【０００９】チタンを添加することにより圧縮強度及び
靭性が増大する結果、上述の亜鉛合金は、そのような挙
動が有益である自動車用又は非自動車用の部品又は工具
に信頼性をもって使用することができる。本発明の合金
は、薄板金属、種々の総形工具及びインパクト工具、圧
縮力を受ける構成部品、並びに、大きな力に耐えなけれ
ばならない他の部品を形成するための、定形鋳造金型に
使用することができる。本発明の合金部品は、ダイカス
ト法又は重力鋳造法によって、シェイプ又はニアネット
シェイプに製造することができる。
靭性が増大する結果、上述の亜鉛合金は、そのような挙
動が有益である自動車用又は非自動車用の部品又は工具
に信頼性をもって使用することができる。本発明の合金
は、薄板金属、種々の総形工具及びインパクト工具、圧
縮力を受ける構成部品、並びに、大きな力に耐えなけれ
ばならない他の部品を形成するための、定形鋳造金型に
使用することができる。本発明の合金部品は、ダイカス
ト法又は重力鋳造法によって、シェイプ又はニアネット
シェイプに製造することができる。
【００１０】本発明の上述の及び他の目的、特徴並びに
利点は、以下の発明の実施の形態の項の記載、図面の簡
単な説明の項の記載、頭書の請求の範囲の記載、及び、
図面から明らかとなろう。
利点は、以下の発明の実施の形態の項の記載、図面の簡
単な説明の項の記載、頭書の請求の範囲の記載、及び、
図面から明らかとなろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明を実施するのに適当な亜鉛
合金は、０．０１重量パーセントと０．１重量パーセン
トとの間の量のチタンと、約３重量パーセントと１２重
量パーセントとの間の量の銅と、約２重量パーセントと
５重量パーセントとの間の量のアルミニウムと、０重量
パーセントと０．０５重量パーセントとの間の量のマグ
ネシウムと、鉄及び他の典型的な不純物を含み実質的に
は亜鉛である残余量の物質とを含んでいる。ホットチャ
ンバダイカスト法に関する好ましい銅含有率は、約５重
量パーセントと７重量パーセントとの間の値である。４
重量パーセント未満の銅を含む合金は、重要なε相を形
成することができず、一方、銅が約８重量パーセントよ
りも多い場合には、融点が高くなって、一般的なホット
チャンバダイカスト法を実施することができない。対照
的に、コールドチャンバ合金のための好ましい銅含有率
の範囲は、約９重量パーセントと１１重量パーセントと
の間である。銅含有率が約１２重量パーセントよりも高
い場合には、別の相が形成されて、所望の（ε−η）共
晶のミクロ組織を阻害する。
合金は、０．０１重量パーセントと０．１重量パーセン
トとの間の量のチタンと、約３重量パーセントと１２重
量パーセントとの間の量の銅と、約２重量パーセントと
５重量パーセントとの間の量のアルミニウムと、０重量
パーセントと０．０５重量パーセントとの間の量のマグ
ネシウムと、鉄及び他の典型的な不純物を含み実質的に
は亜鉛である残余量の物質とを含んでいる。ホットチャ
ンバダイカスト法に関する好ましい銅含有率は、約５重
量パーセントと７重量パーセントとの間の値である。４
重量パーセント未満の銅を含む合金は、重要なε相を形
成することができず、一方、銅が約８重量パーセントよ
りも多い場合には、融点が高くなって、一般的なホット
チャンバダイカスト法を実施することができない。対照
的に、コールドチャンバ合金のための好ましい銅含有率
の範囲は、約９重量パーセントと１１重量パーセントと
の間である。銅含有率が約１２重量パーセントよりも高
い場合には、別の相が形成されて、所望の（ε−η）共
晶のミクロ組織を阻害する。
【００１２】本発明を実施する際の合金の好ましいアル
ミニウム含有率の範囲は、約２重量パーセントと５重量
パーセントとの間である。一般的なダイカスト温度で取
り扱うために便利な十分な流動性を得るためには、アル
ミニウム含有率は、少なくとも約２重量パーセントであ
るのが望ましい。約４重量パーセントよりも多いアルミ
ニウムを含む合金は、望ましくないα相を形成する。
ミニウム含有率の範囲は、約２重量パーセントと５重量
パーセントとの間である。一般的なダイカスト温度で取
り扱うために便利な十分な流動性を得るためには、アル
ミニウム含有率は、少なくとも約２重量パーセントであ
るのが望ましい。約４重量パーセントよりも多いアルミ
ニウムを含む合金は、望ましくないα相を形成する。
【００１３】寸法精度を向上させると共に、応力腐食割
れを低減させるために、少量のマグネシウムが存在する
のが望ましい。好ましいマグネシウム含有率の範囲は、
約０．０２５重量パーセントと０．０５重量パーセント
との間である。
れを低減させるために、少量のマグネシウムが存在する
のが望ましい。好ましいマグネシウム含有率の範囲は、
約０．０２５重量パーセントと０．０５重量パーセント
との間である。
【００１４】以下に、本発明の合金の実施例、及び、そ
の結果を説明する。この例のために選択された主金属
は、１０．４重量パーセントの銅、４．１重量パーセン
トのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマグネ
シウムを含む工業用純度の亜鉛合金であった。この合金
をコアレス型誘導電気炉の中で融解し、張力用の張力砂
型の中に鋳込んだ。適当量のＡｌ、５重量パーセントの
チタン及び１重量パーセントのホウ素を母合金としての
上記溶融金属に加えて、６５０°Ｃ（すなわち、液体の
温度よりも約１００°Ｃ高い温度）で３０分間にわたっ
て保持し、引張り試験片及び圧縮試験片用の鋳型に鋳込
んだ。
の結果を説明する。この例のために選択された主金属
は、１０．４重量パーセントの銅、４．１重量パーセン
トのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマグネ
シウムを含む工業用純度の亜鉛合金であった。この合金
をコアレス型誘導電気炉の中で融解し、張力用の張力砂
型の中に鋳込んだ。適当量のＡｌ、５重量パーセントの
チタン及び１重量パーセントのホウ素を母合金としての
上記溶融金属に加えて、６５０°Ｃ（すなわち、液体の
温度よりも約１００°Ｃ高い温度）で３０分間にわたっ
て保持し、引張り試験片及び圧縮試験片用の鋳型に鋳込
んだ。
【００１５】引張り試験片（ゲージ長さ５０．８ｍｍ、
直径１２．９ｍｍ）、及び、圧縮試験片（ゲージ長さ５
０ｍｍ、直径１８ｍｍ）を、箱形炉が装備されたインス
トロン・ユニバーサル（Ｉｎｓｔｒｏｎ Ｕｎｉｖｅｒ
ｓａｌ）試験機で試験した。引張り試験は、鋳放しの試
験片に対して室温で行った。圧縮試験は、鋳放しの試験
片、及び、１００°Ｃ又は２００°Ｃの恒温油浴の中で
１０日間にわたって時効処理された試験片の両方に対し
て行った。これらの圧縮試験は、室温、９３°Ｃ（２０
０°Ｆ）、１５０°Ｃ（３００°Ｆ）及び１７７°Ｃ
（３５０°Ｆ）で行った。試験片の温度は、該試験片の
表面に取り付けた熱電対によって連続的に監視した。試
験片は、２．５ｍｍ／分のクロスヘッド速度で圧縮され
た。試験の間に、荷重−伸びのデータを自動的に記録し
た。これらのデータから、比例限度（すなわち、測定可
能な塑性流動が起こる応力）、並びに、０．５パーセン
ト及び１パーセントの降伏応力値を決定した。
直径１２．９ｍｍ）、及び、圧縮試験片（ゲージ長さ５
０ｍｍ、直径１８ｍｍ）を、箱形炉が装備されたインス
トロン・ユニバーサル（Ｉｎｓｔｒｏｎ Ｕｎｉｖｅｒ
ｓａｌ）試験機で試験した。引張り試験は、鋳放しの試
験片に対して室温で行った。圧縮試験は、鋳放しの試験
片、及び、１００°Ｃ又は２００°Ｃの恒温油浴の中で
１０日間にわたって時効処理された試験片の両方に対し
て行った。これらの圧縮試験は、室温、９３°Ｃ（２０
０°Ｆ）、１５０°Ｃ（３００°Ｆ）及び１７７°Ｃ
（３５０°Ｆ）で行った。試験片の温度は、該試験片の
表面に取り付けた熱電対によって連続的に監視した。試
験片は、２．５ｍｍ／分のクロスヘッド速度で圧縮され
た。試験の間に、荷重−伸びのデータを自動的に記録し
た。これらのデータから、比例限度（すなわち、測定可
能な塑性流動が起こる応力）、並びに、０．５パーセン
ト及び１パーセントの降伏応力値を決定した。
【００１６】１０．４重量パーセントの銅、４．１重量
パーセントのアルミニウム及び０．０５重量パーセント
のマグネシウムを含む亜鉛合金にチタンを添加したとこ
ろ、引張り特性の向上が観察された。チタンを添加しな
い場合の最大抗張力（ＵＴＳ）は、３０１ＭＰａであっ
た。チタンを０．０１パーセント乃至０．１パーセント
添加した場合のＵＴＳの範囲は、３４２ＭＰａと３５３
ＭＰａの間であり、その増大率は、１３−１７パーセン
ト（図１）であった。降伏強度は、ほんの僅かしか変化
しなかった。上記増大の大部分は、０．０１パーセント
のチタンで起こっている。従来の認識とは反対に、ＵＴ
Ｓの増大と共に靭性が増大した。塑性ひずみは、チタン
を添加しない場合の０．２２パーセントから、チタンを
０．０１乃至０．１パーセント添加した場合の約０．５
パーセントまで増大した（図２）。
パーセントのアルミニウム及び０．０５重量パーセント
のマグネシウムを含む亜鉛合金にチタンを添加したとこ
ろ、引張り特性の向上が観察された。チタンを添加しな
い場合の最大抗張力（ＵＴＳ）は、３０１ＭＰａであっ
た。チタンを０．０１パーセント乃至０．１パーセント
添加した場合のＵＴＳの範囲は、３４２ＭＰａと３５３
ＭＰａの間であり、その増大率は、１３−１７パーセン
ト（図１）であった。降伏強度は、ほんの僅かしか変化
しなかった。上記増大の大部分は、０．０１パーセント
のチタンで起こっている。従来の認識とは反対に、ＵＴ
Ｓの増大と共に靭性が増大した。塑性ひずみは、チタン
を添加しない場合の０．２２パーセントから、チタンを
０．０１乃至０．１パーセント添加した場合の約０．５
パーセントまで増大した（図２）。
【００１７】上記比例限度は、変形の開始の目安であ
り、その材料の強度の目安を与える。圧縮している間の
比例限度を、チタン濃度の関数として、図３乃至図５に
プロットしてある。室温においては、両方のタイプ（鋳
放しの状態、及び、時効処理した状態）の試験片に関し
て、比例限度は、最大０．０１５パーセントのチタン添
加量におけるほぼ２０ＭＰａだけ増大した。チタン添加
量を増大すると、この傾向は逆転し、比例限度を減少さ
せる傾向があった。この減少は、より高い温度で時効処
理された材料より、鋳放しの材料においてより顕著であ
った。図４は、１００°Ｃで１０日間にわたって時効処
理された試験片の傾向を示しており、また、図５は、２
００°Ｃで１０日間にわたって時効処理された試験片の
傾向を示している。
り、その材料の強度の目安を与える。圧縮している間の
比例限度を、チタン濃度の関数として、図３乃至図５に
プロットしてある。室温においては、両方のタイプ（鋳
放しの状態、及び、時効処理した状態）の試験片に関し
て、比例限度は、最大０．０１５パーセントのチタン添
加量におけるほぼ２０ＭＰａだけ増大した。チタン添加
量を増大すると、この傾向は逆転し、比例限度を減少さ
せる傾向があった。この減少は、より高い温度で時効処
理された材料より、鋳放しの材料においてより顕著であ
った。図４は、１００°Ｃで１０日間にわたって時効処
理された試験片の傾向を示しており、また、図５は、２
００°Ｃで１０日間にわたって時効処理された試験片の
傾向を示している。
【００１８】９３°Ｃ、１５０°Ｃ、１７７°Ｃにおけ
る熱間圧縮においては、チタンの効果は、室温における
効果とは異なっていた。チタンを０．０１５重量パーセ
ント添加したところ、亜鉛合金の比例限度は、その試験
片の履歴（時効処理の温度及び時間）に応じて、２０−
２５ＭＰａだけ減少した。上記両方のタイプの試験片に
関してチタン濃度を増大させると、チタンを０．０１５
重量パーセント添加した場合の上記強度の減少傾向が逆
転し、チタンを添加しない強度とほぼ同じ強度が得られ
た。
る熱間圧縮においては、チタンの効果は、室温における
効果とは異なっていた。チタンを０．０１５重量パーセ
ント添加したところ、亜鉛合金の比例限度は、その試験
片の履歴（時効処理の温度及び時間）に応じて、２０−
２５ＭＰａだけ減少した。上記両方のタイプの試験片に
関してチタン濃度を増大させると、チタンを０．０１５
重量パーセント添加した場合の上記強度の減少傾向が逆
転し、チタンを添加しない強度とほぼ同じ強度が得られ
た。
【００１９】１０．４重量パーセントの銅、４．１重量
パーセントのアルミニウム及び０．０５重量パーセント
のマグネシウムを含む亜鉛合金の鋳放しのミクロ組織
（図６）は、大きなε（Ｚｎ4Ｃｕ）一次相（白いデン
ドライト）と、二元包晶反応の生成物としての少量のη
相と、（η＋α＋ε）三元共晶とを含んでおり、これら
は、３７８°Ｃの最終的な凝固段階において析出する。
チタンを添加することにより、顕著な結晶粒微細化がミ
クロ組織に観察された。チタンを添加すると、図６に示
すように、合金の硬質相であるε相（白）の初晶が、細
かくなり、「非樹枝状晶すなわち非デンドライト状」に
なった。図７は、ε相が、金属間化合物の中心に現れて
いる状態を示している。上記金属間化合物は、エネルギ
分散型Ｘ線分析によって確認されたものであって、Ａｌ
5Ｔｉ10Ｚｎ3に基づくものであり、恐らく、不均質な結
晶化を行わせる核として作用したＡｌ3Ｔｉから形成さ
れたものである。
パーセントのアルミニウム及び０．０５重量パーセント
のマグネシウムを含む亜鉛合金の鋳放しのミクロ組織
（図６）は、大きなε（Ｚｎ4Ｃｕ）一次相（白いデン
ドライト）と、二元包晶反応の生成物としての少量のη
相と、（η＋α＋ε）三元共晶とを含んでおり、これら
は、３７８°Ｃの最終的な凝固段階において析出する。
チタンを添加することにより、顕著な結晶粒微細化がミ
クロ組織に観察された。チタンを添加すると、図６に示
すように、合金の硬質相であるε相（白）の初晶が、細
かくなり、「非樹枝状晶すなわち非デンドライト状」に
なった。図７は、ε相が、金属間化合物の中心に現れて
いる状態を示している。上記金属間化合物は、エネルギ
分散型Ｘ線分析によって確認されたものであって、Ａｌ
5Ｔｉ10Ｚｎ3に基づくものであり、恐らく、不均質な結
晶化を行わせる核として作用したＡｌ3Ｔｉから形成さ
れたものである。
【００２０】上述の結果は、新しい相に関する最初の報
告であると考えられる。小さな結晶粒度が存在すること
自体は、特性を改善するための唯一の原因とはならな
い。その証拠は、強度を改善して増大させる別の原因と
しての包晶反応も指している。最初に核生成するε相
は、液体と反応して、固体のη相（灰色）で覆われる。
大きな体積割合のη相が微粒化した合金に観察される理
由は、より大きな体積割合のε相の表面積が包晶変態を
起こすために利用可能であるからである。ε相の結晶粒
微細化の根拠はあるが、強度を高める実際のメカニズム
の詳細は明確ではない。
告であると考えられる。小さな結晶粒度が存在すること
自体は、特性を改善するための唯一の原因とはならな
い。その証拠は、強度を改善して増大させる別の原因と
しての包晶反応も指している。最初に核生成するε相
は、液体と反応して、固体のη相（灰色）で覆われる。
大きな体積割合のη相が微粒化した合金に観察される理
由は、より大きな体積割合のε相の表面積が包晶変態を
起こすために利用可能であるからである。ε相の結晶粒
微細化の根拠はあるが、強度を高める実際のメカニズム
の詳細は明確ではない。
【００２１】１０．４重量パーセントの銅、４．１重量
パーセントのアルミニウム及び０．０５重量パーセント
のマグネシウムを含む鋳放し合金の室温における機械的
な性質に対するチタンの添加効果は、０．０１５重量パ
ーセントのチタン添加量においてその最大値に達し、Ｕ
ＴＳは、３５０ＭＰａであり、また、圧縮に関する比例
限度は、２５５ＭＰａであった。チタンを含み時効処理
された合金は、同様な挙動を示すように思われる。この
挙動は、一次相としてε相を含み、重力鋳造法、永久鋳
型法又はダイカスト法によって製造される総ての亜鉛合
金（ＡＣｕＺｉｎｃ（登録商標）５、及び、ＡＣｕＺｉ
ｎｃ（登録商標）１０と呼ばれる）に対して同様な効果
を有するものと予期された。この認識と、最大０．１重
量パーセントのチタンを含む材料は、チタンが添加され
ない合金よりも、異なる温度における時効処理の間の寸
法安定性が高いという知識を組み合わせると、チタンを
含む合金は、室温で使用される定形鋳造金型に使用する
のに好ましいということが言える。
パーセントのアルミニウム及び０．０５重量パーセント
のマグネシウムを含む鋳放し合金の室温における機械的
な性質に対するチタンの添加効果は、０．０１５重量パ
ーセントのチタン添加量においてその最大値に達し、Ｕ
ＴＳは、３５０ＭＰａであり、また、圧縮に関する比例
限度は、２５５ＭＰａであった。チタンを含み時効処理
された合金は、同様な挙動を示すように思われる。この
挙動は、一次相としてε相を含み、重力鋳造法、永久鋳
型法又はダイカスト法によって製造される総ての亜鉛合
金（ＡＣｕＺｉｎｃ（登録商標）５、及び、ＡＣｕＺｉ
ｎｃ（登録商標）１０と呼ばれる）に対して同様な効果
を有するものと予期された。この認識と、最大０．１重
量パーセントのチタンを含む材料は、チタンが添加され
ない合金よりも、異なる温度における時効処理の間の寸
法安定性が高いという知識を組み合わせると、チタンを
含む合金は、室温で使用される定形鋳造金型に使用する
のに好ましいということが言える。
【００２２】本発明のダイカストは、図８に概略的に示
す通常のコールドチャンバダイカスト機を用いて、亜鉛
ベースの銅／アルミニウム／チタン合金から形成され
た。機械１０は、可動プラテン１１と、固定プラテン１
３とを備えることができる。金型半部１２、１４が、プ
ラテン１１、１３にそれぞれ取り付けられており、通路
（図示せず）を通って循環される水によって冷却され
る。図示の閉位置おいて、金型半部１２、１４は協働し
て、一定体積の金型キャビティ１６を規定する。この金
型キャビティ１６は、所望の形態の鋳造物を製造するた
めの適当な寸法及び形状を有している。鋳造サイクルの
間の適宜な時間に、プラテン１１は、プラテン１３と相
対的に動いて、鎖線１８で示す平面に沿って金型半部１
２、１４を分離して、製品である鋳造物を排出できるよ
うにする。機械１０は、更に、キャビティ１６に連通す
る概ね円筒形のショットスリーブ２２を含むショット装
置２０も備えている。スリーブ２２は、例えば、適宜な
取鍋２８からの溶融金属の装入物２６の注入を許容する
入口２４を有している。油圧駆動型のショットプランジ
ャ３０が、スリーブ２２の中に摺動可能に収容されてお
り、金型部分に向かって前進して、金属をスリーブ２２
からキャビティ１６の中に押し込むようになっている。
す通常のコールドチャンバダイカスト機を用いて、亜鉛
ベースの銅／アルミニウム／チタン合金から形成され
た。機械１０は、可動プラテン１１と、固定プラテン１
３とを備えることができる。金型半部１２、１４が、プ
ラテン１１、１３にそれぞれ取り付けられており、通路
（図示せず）を通って循環される水によって冷却され
る。図示の閉位置おいて、金型半部１２、１４は協働し
て、一定体積の金型キャビティ１６を規定する。この金
型キャビティ１６は、所望の形態の鋳造物を製造するた
めの適当な寸法及び形状を有している。鋳造サイクルの
間の適宜な時間に、プラテン１１は、プラテン１３と相
対的に動いて、鎖線１８で示す平面に沿って金型半部１
２、１４を分離して、製品である鋳造物を排出できるよ
うにする。機械１０は、更に、キャビティ１６に連通す
る概ね円筒形のショットスリーブ２２を含むショット装
置２０も備えている。スリーブ２２は、例えば、適宜な
取鍋２８からの溶融金属の装入物２６の注入を許容する
入口２４を有している。油圧駆動型のショットプランジ
ャ３０が、スリーブ２２の中に摺動可能に収容されてお
り、金型部分に向かって前進して、金属をスリーブ２２
からキャビティ１６の中に押し込むようになっている。
【００２３】本発明の亜鉛ダイカストは、図９に概略的
に示すホットチャンバダイカスト機５０を用いても製造
された。機械５０は、それぞれ固定プラテン５３及び可
動プラテン５５に取り付けられている水冷型の金型半部
５２、５４を備えている。上記可動プラテン５５は、上
記金型半部を図９に示す閉位置と開位置との間で動かす
ようになっている。上記閉位置においては、上記金型半
部は協働して鋳造キャビィティ５６を形成し、また、上
記開位置においては、上記金型半部は、鎖線５８で示す
平面に沿って分離されて、製品である鋳造物を排出でき
るようになっている。通常のホットチャンバダイカスト
法に従って、ダイカスト機５０は、るつぼ６３の中に保
有されている溶融金属浴６４の中に部分的に浸漬された
グーズネック・スリーブ６２を有するショット装置６０
を備えている。このショット装置６０は、更に、上記グ
ーズネック６２の中に摺動可能に収容された油圧作動型
のプランジャ６８を備えている。プランジャ６８が、図
９に示す後退位置にある時には、浴６４からの溶融金属
の装入物が、入口ポート６６を通ってグーズネック６２
を充填する。鋳造作業を行うために、プランジャ６８は
下方に駆動されて、溶融金属をスリーブ６２を通して金
型キャビティ５６の中に押し込む。
に示すホットチャンバダイカスト機５０を用いても製造
された。機械５０は、それぞれ固定プラテン５３及び可
動プラテン５５に取り付けられている水冷型の金型半部
５２、５４を備えている。上記可動プラテン５５は、上
記金型半部を図９に示す閉位置と開位置との間で動かす
ようになっている。上記閉位置においては、上記金型半
部は協働して鋳造キャビィティ５６を形成し、また、上
記開位置においては、上記金型半部は、鎖線５８で示す
平面に沿って分離されて、製品である鋳造物を排出でき
るようになっている。通常のホットチャンバダイカスト
法に従って、ダイカスト機５０は、るつぼ６３の中に保
有されている溶融金属浴６４の中に部分的に浸漬された
グーズネック・スリーブ６２を有するショット装置６０
を備えている。このショット装置６０は、更に、上記グ
ーズネック６２の中に摺動可能に収容された油圧作動型
のプランジャ６８を備えている。プランジャ６８が、図
９に示す後退位置にある時には、浴６４からの溶融金属
の装入物が、入口ポート６６を通ってグーズネック６２
を充填する。鋳造作業を行うために、プランジャ６８は
下方に駆動されて、溶融金属をスリーブ６２を通して金
型キャビティ５６の中に押し込む。
【図１】１０．４重量パーセントの銅、４．１重量パー
セントのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の室温における最大抗張力
（ＵＴＳ）並びに０．２パーセント降伏強度（０．２％
ＹＳ）に対するチタンの添加効果を示すグラフである。
セントのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の室温における最大抗張力
（ＵＴＳ）並びに０．２パーセント降伏強度（０．２％
ＹＳ）に対するチタンの添加効果を示すグラフである。
【図２】１０．４重量パーセントの銅、４．１重量パー
セントのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の室温における引張り伸び率
に対するチタンの添加効果を示すグラフである。
セントのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の室温における引張り伸び率
に対するチタンの添加効果を示すグラフである。
【図３】１０．４重量パーセントの銅、４．１重量パー
セントのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の比例限度に対するチタン濃
度の効果を、鋳放しの場合について示すグラフである。
セントのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の比例限度に対するチタン濃
度の効果を、鋳放しの場合について示すグラフである。
【図４】１０．４重量パーセントの銅、４．１重量パー
セントのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の比例限度に対するチタン濃
度の効果を、１００°Ｃで１０日間にわたって時効処理
を行った場合について示すグラフである。
セントのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の比例限度に対するチタン濃
度の効果を、１００°Ｃで１０日間にわたって時効処理
を行った場合について示すグラフである。
【図５】１０．４重量パーセントの銅、４．１重量パー
セントのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の比例限度に対するチタン濃
度の効果を、２００°Ｃで１０日間にわたって時効処理
を行った場合について示すグラフである。
セントのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の比例限度に対するチタン濃
度の効果を、２００°Ｃで１０日間にわたって時効処理
を行った場合について示すグラフである。
【図６】1０．４重量パーセントの銅、４．１重量パー
セントのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金のミクロ組織に対するチタン
濃度の効果を、（ａ）チタンを添加しない場合の鋳放し
のミクロ組織（大きなε（Ｚｎ4Ｃｕ）一次相（白いデ
ンドライト）、二元包晶反応の生成物としての少量のη
相、及び、（η＋α＋ε）三元共晶を示す）に関して、
また、（ｂ）０．０１５重量パーセントのチタンを添加
した場合の鋳放しのミクロ組織（合金中の硬質相である
ε（Ｚｎ4Ｃｕ）一次相の顕著な結晶粒微細化を示す）
に関して、それぞれ比較して示す顕微鏡写真である。
セントのアルミニウム及び０．０５重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金のミクロ組織に対するチタン
濃度の効果を、（ａ）チタンを添加しない場合の鋳放し
のミクロ組織（大きなε（Ｚｎ4Ｃｕ）一次相（白いデ
ンドライト）、二元包晶反応の生成物としての少量のη
相、及び、（η＋α＋ε）三元共晶を示す）に関して、
また、（ｂ）０．０１５重量パーセントのチタンを添加
した場合の鋳放しのミクロ組織（合金中の硬質相である
ε（Ｚｎ4Ｃｕ）一次相の顕著な結晶粒微細化を示す）
に関して、それぞれ比較して示す顕微鏡写真である。
【図７】０．０１５重量パーセントのチタンを含む本発
明の亜鉛合金の中のＡｌ5Ｔｉ1 0Ｚｎ3に基づく粒子のエ
ネルギ分散型Ｘ線分析のグラフであり、ε相を有する
０．０１５重量パーセントのチタン合金（図示のよう
に、Ａｌ5Ｔｉ10Ｚｎ3として特定されている）に関する
図６の顕微鏡写真の拡大図を示している。
明の亜鉛合金の中のＡｌ5Ｔｉ1 0Ｚｎ3に基づく粒子のエ
ネルギ分散型Ｘ線分析のグラフであり、ε相を有する
０．０１５重量パーセントのチタン合金（図示のよう
に、Ａｌ5Ｔｉ10Ｚｎ3として特定されている）に関する
図６の顕微鏡写真の拡大図を示している。
【図８】本発明の亜鉛／アルミニウム／銅／チタン合金
を鋳造するためのコールドチャンバダイカスト機の断面
図である。
を鋳造するためのコールドチャンバダイカスト機の断面
図である。
【図９】本発明の亜鉛／アルミニウム／銅／チタン合金
を鋳造するためのホットチャンバダイカスト機の断面図
である。
を鋳造するためのホットチャンバダイカスト機の断面図
である。
１０、５０ ダイカスト機 １１、５５ 固定プラテン １３、５３ 可動プラテン １２、１４、５２、５４ 金型半部 １６、５６ 金型キャビティ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モイヌディン・サダール・ラシッド アメリカ合衆国ミシガン州48302，ブルー ムフィールド・ヒルズ，パルメット・コー ト 1776
Claims (13)
- 【請求項１】 約０．０１乃至約０．１重量パーセント
のチタンと、約３乃至約１２重量パーセントの銅と、約
２乃至約５重量パーセントのアルミニウムと、約８１乃
至約９５重量パーセントの亜鉛とを含むことを特徴とす
る合金。 - 【請求項２】 請求項１に記載の合金において、ε一次
相と、η相と、（η＋α＋ε）三元共晶とを含むことを
特徴とする合金。 - 【請求項３】 請求項１に記載の合金において、４乃至
７重量パーセントの銅を含んでおり、ホットチャンバダ
イカスト法で鋳造されたことを特徴とする合金。 - 【請求項４】 請求項１に記載の合金において、７乃至
１１重量パーセントの銅を含んでおり、コールドチャン
バダイカスト法で鋳造されたことを特徴とする合金。 - 【請求項５】 請求項１に記載の合金において、約０．
０１乃至０．０１５重量パーセントのチタンを含むこと
を特徴とする合金。 - 【請求項６】 請求項１に記載の合金において、微量成
分を更に含むことを特徴とする合金。 - 【請求項７】 Ａｌ5Ｔｉ10Ｚｎ3の粒子を含むことを特
徴とする合金。 - 【請求項８】 約０．０１乃至約０．１重量パーセント
のチタンと、約３乃至約１２重量パーセントの銅と、約
２乃至約５重量パーセントのアルミニウムと、約８１乃
至約９５重量パーセントの亜鉛とを含むことを特徴とす
るダイカスト。 - 【請求項９】 請求項８に記載のダイカストにおいて、
ε一次相と、η相と、（η＋α＋ε）三元共晶とを含む
ことを特徴とするダイカスト。 - 【請求項１０】 亜鉛／銅／アルミニウム系の合金であ
って、当該合金の引張強度を向上させるに十分な量のチ
タンを含むことを特徴とする亜鉛／銅／アルミニウム系
合金。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載の亜鉛／銅／アルミ
ニウム系合金において、約３乃至１２重量パーセントの
銅と、約２乃至約５重量パーセントのアルミニウムと、
約８１乃至９５重量パーセントの亜鉛とを含むことを特
徴とする亜鉛／銅／アルミニウム系合金。 - 【請求項１２】 亜鉛／銅／アルミニウム系の合金であ
って、チタンを含まない合金に比較してε相の表面積を
増大させるに十分な量のチタンを含むことを特徴とする
亜鉛／銅／アルミニウム系合金。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載の亜鉛／銅／アルミ
ニウム系合金において、約３乃至１２重量パーセントの
銅と、約２乃至約５重量パーセントのアルミニウムと、
約８１乃至９５重量パーセントの亜鉛とを含むことを特
徴とする亜鉛／銅／アルミニウム系合金。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US83496797A | 1997-04-07 | 1997-04-07 | |
| US834967 | 1997-04-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10324938A true JPH10324938A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=25268245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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