JPH11279673A - 金型用亜鉛合金、金型及び金型用ブロック - Google Patents

金型用亜鉛合金、金型及び金型用ブロック

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JPH11279673A
JPH11279673A JP8436598A JP8436598A JPH11279673A JP H11279673 A JPH11279673 A JP H11279673A JP 8436598 A JP8436598 A JP 8436598A JP 8436598 A JP8436598 A JP 8436598A JP H11279673 A JPH11279673 A JP H11279673A
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耕平 久保田
Takashi Ogami
孝 大上
Fuminori Matsuda
文憲 松田
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Mitsui Kinzoku Co Ltd
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐久性が向上しており、鋳造の際の注湯温度が
下がり、エネルギーコストが下がり、鋳造、加工が容易
であり、溶解ポットの寿命が延伸され、注湯後の凝固時
間が短縮しており、しかもポロシティの発生が抑制され
た金型用亜鉛合金及びこれを用いて鋳造で製作された金
型及び金型ブロックを提供すること。 【解決手段】マグネシウム1.5〜2.5重量%、アル
ミニウム3〜5重量%及び銅2〜4重量%を含み、所望
によりチタン0.03〜0.2重量%、ジルコニウム
0.03〜0.2重量%、ポロン0.03〜0.2重量
%及びランタノイド0.03〜0.2重量%のいずれか
1種以上を含み、残部が亜鉛と不可避の不純物からな
り、凝固開始温度が390度以下、ビッカース硬さが1
50以上で、ポロシティの発生の抑制された、金型用亜
鉛合金、並びに該合金からなる金型又は金型用ブロッ
ク。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車業界、家電
業界等で広く利用されている少量生産用金型の製作に用
いる亜鉛合金及びその合金からなる金型及び金型用ブロ
ックに関し、より詳しくは、硬度が向上しており、凝固
開始温度が低下しており、且つポロシティの発生の抑制
された金型用亜鉛合金及びこの合金を用いて鋳造で製作
された金型及び金型用ブロックに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、プラスチックの射出成形及び鋼板
のプレス成形に用いられる金型としては、鋳鉄製、鋳鋼
製の数十万ショットを越える大量生産に適した金型、及
び亜鉛基合金を410〜450℃で砂型鋳造することに
より製作された量産前の少量試作に適した金型が知られ
ている。この亜鉛基合金としてはZAS(Zn−4.1
Al−3.0Cu−0.04Mg)が一般的であるが、
最近、更に高強度化した亜鉛基合金も開発されている
(特公平6−75814号公報、特公平6−15698
号公報、特公平7−41399号公報、特公平7−72
313号公報等)。しかしながら、これらの高強度化亜
鉛基合金はいずれも汎用のZASと比べて鋳造性が微妙
に変化、特に融点が僅かにせよ上昇する方向に変化する
という問題があった。
【0003】一方、本出願人は、先に、アルミニウムを
含有する亜鉛合金又はアルミニウム及び銅を含有する亜
鉛合金にマグネシウムを添加することによって融点を下
げ、硬度を上げた合金(Zn−3〜10.5Al−0〜
10.5Cu−1〜4Mg)を提案した(特開平4−1
43238号公報)。しかし、この先に提案した合金
は、融点が下がるものの引けの発生状況等が変化するの
で使い易い合金とは言えず、同時に衝撃強さが大幅に低
下し、またポロシティが発生するという問題があった。
それでこの先に提案した合金は肉盛等により表面硬質層
の形成に用いるという方向で検討されてきた(特開平5
−84591号公報、特開平5−123858号公
報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、より硬質に
することで耐久性が向上しており、より凝固開始温度を
下げることで鋳造の際の注湯温度が下がり、エネルギー
コストが下がり、鋳造、加工が容易であり、また溶解ポ
ットの寿命が延伸され、加えて注湯後の凝固時間が短縮
しており、しかもポロシティの発生が抑制された金型用
亜鉛合金及びこれを用いて鋳造で製作された金型及び金
型ブロックを提供することを課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、マグネシ
ウムを添加したZn−Al−Cu系亜鉛合金は硬質であ
ると共に融点が低下する傾向にあることに着目して、Z
n−Al−Cu−Mg系亜鉛合金の鋳造性、耐衝撃性が
改善でき、ポロシティの発生が抑制される成分組成範囲
を探索した。その結果、アルミニウム含有量が3〜5重
量%であり、銅含有量が2〜4重量%であり、マグネシ
ウム含有量が1.5〜2.5重量%である場合に限り、
凝固開始温度がZASの410℃から390℃以下に低
下するにも関わらず、型の形状再現性が向上すると共に
ポロシテイの発生が著しく減少すること、即ち、ZAS
以上の鋳造性が得られること、また、この範囲では亜共
晶となることもあり、ZnMg化合物が微細化する傾向
にあり、衝撃強さはZASに比べて1/2程度に低下す
るものの金型用途に問題ない程度に押さえられることを
見いだし、本発明を完成した。
【0006】即ち、本発明の金型用亜鉛合金は、マグネ
シウム1.5〜2.5重量%、アルミニウム3〜5重量
%及び銅2〜4重量%を含み、残部が亜鉛と不可避の不
純物からなり、凝固開始温度が390度以下、ビッカー
ス硬さが150以上で、ポロシティの発生の抑制され
た、金型用亜鉛合金である。また、本発明の金型用亜鉛
合金は、更に、チタン0.03〜0.2重量%、ジルコ
ニウム0.03〜0.2重量%、ポロン0.03〜0.
2重量%及びランタノイド0.03〜0.2重量%のい
ずれか1種以上を含むことができる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の亜鉛合金において、アル
ミニウムは亜鉛合金の引張強さ等の機械的強度を増大さ
せる働きがあり、その添加効果を発揮させるためには3
重量%以上含有することが好ましい。しかし、その添加
量が5重量%を超えると逆引け等の鋳造性の問題が生じ
やすく、また、マグネシウム含有量との関連でポロシテ
ィ発生の原因となる傾向があるので好ましくない。
【0008】本発明の亜鉛合金において、銅は亜鉛合金
の引張強さ等の機械的強度を更に増大させる働きがあ
り、その添加効果を発揮させるためには2重量%以上含
有することが好ましい。しかし、その添加量が4重量%
を超えると逆引け等の鋳造性の問題が生じやすく、ま
た、マグネシウム含有量との関連でポロシティ発生の原
因となる傾向があるので好ましくない。
【0009】本発明の亜鉛合金において、マグネシウム
は亜鉛合金の硬さを上昇させる働きがあり、1重量%以
上の添加で硬さが急上昇し、150以上のビッカース硬
さを得ることできる。また、マグネシウムは亜鉛合金の
凝固開始温度、実用鋳造温度を低下させる働きがあり、
その添加効果を発揮させるためには1重量%以上含むこ
とが必要である。しかし、マグネシウムの添加量が1.
5重量%以下である場合には、共晶点から遠いためポロ
シテイが発生しやすくなる。一方、その添加量を共晶の
2.5重量%以上にした場合はZnMg系化合物が粗大
になり衝撃強さが極端に低下する。また、こうした化合
物の存在がポロシテイの原因になりやすい。従って、ポ
ロシティの発生を抑制するためにはマグネシウム含有量
が1.5〜2.5重量%である必要がある。
【0010】本発明の亜鉛合金においては、亜鉛合金の
機械的強度を更に増大させるためにチタン0.03〜
0.2重量%、ジルコニウム0.03〜0.2重量%、
ポロン0.03〜0.2重量%及びランタノイド0.0
3〜0.2重量%のいずれか1種以上を含むことができ
る。それらの添加量が0.03重量%未満の場合には添
加効果が不十分であり、また0.2重量%を超えて添加
してもそれ以上の添加効果は得られない。
【0011】本発明の金型用亜鉛合金は凝固開始温度が
390度以下であり、ビッカース硬さが150以上であ
り、ポロシティの発生が抑制されたものであるので、鋳
造の際の注湯温度が低くてすみ、エネルギーコストが低
減され、また溶解ポットの寿命が延長され、加えて注湯
後の凝固時間が短縮され、更に、この亜鉛合金を用いて
鋳造で製作された金型は耐久性が向上している。
【0012】
【実施例】以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明
を説明する。実施例1及び比較例1〜5下記組成の亜鉛
合金を用意した。 Zn−4.1Al−3.0Cu−0.04Mg(比較例
1) Zn−4.1Al−3.0Cu−0.5Mg(比較例
2) Zn−4.1Al−3.0Cu−1.0Mg(比較例
3) Zn−4.1Al−3.0Cu−2.0Mg(実施例
1) Zn−4.1Al−3.0Cu−3.0Mg(比較例
4) Zn−4.1Al−3.0Cu−5.0Mg(比較例
5)
【0013】上記の各亜鉛合金を430℃で、引け量測
定用のコニカルシェルモールドに鋳造して鋳物を得た。
それらの鋳物の縦断面の状態を図1〜図6の写真に示
す。実施例1の鋳物の写真は図4であり、比較例1〜5
の鋳物の写真はそれぞれ図1、図2、図3、図5及び図
6である。図1〜図6から明らかなように、マグネシウ
ム添加量が2重量%である実施例1においてはポロシテ
ィの発生は観察されなかったが、マグネシウム添加量が
0.04重量%、0.5重量%、1.0重量%、3.0
重量%、5.0重量%である場合にはポロシテイの発生
が観察された。
【0014】実施例2及び比較例6下記組成の亜鉛合金
を用意した。 Zn−4.1Al−3.0Cu−2.0Mg(実施例
2) Zn−4.1Al−3.0Cu−0.04Mg(比較例
6) 上記の各亜鉛合金について、凝固開始温度、ビッカース
硬さ、ブリネル硬さ、圧縮強度、引張強度及びシャルピ
ー衝撃値を求めた。それらの測定結果を第1表に示す。
【0015】 第1表から明らかなように、本発明の亜鉛合金(実施例
2の亜鉛合金)はZAS合金(比較例6の亜鉛合金)に
比べて衝撃値と引張強度は少し低下するものの硬さ、圧
縮強度はZASを上回っている。
【0016】実施例3及び比較例7下記組成の亜鉛合金
を用意した。 Zn−4.1Al−3.0Cu−2.0Mg(実施例
3) Zn−4.1Al−3.0Cu−0.04Mg(比較例
7) 上記の各亜鉛合金を用いてR部が3mm、5mm又は7
mmとなるプレス用金型を製作した。それらの金型を用
いて1mm厚の鋼板をそれぞれ100枚プレス成形した
後、それらの金型のR部の形状の変化を調べて磨耗量を
測定した。磨耗量の測定は図7に示す部分についての値
である。それらの測定結果を第2表に示す。
【0017】 第2表から明らかなように、本発明の亜鉛合金(実施例
3の亜鉛合金)はZAS合金(比較例7の亜鉛合金)に
比べて6倍から12倍のプレス耐久性を有している。
【0018】
【発明の効果】本発明の金型用亜鉛合金は凝固開始温度
が低く、ビッカース硬さが高く、ポロシティの発生が抑
制されたものであるので、鋳造の際の注湯温度が低くて
すみ、エネルギーコストが低減され、また溶解ポットの
寿命が延長され、加えて注湯後の凝固時間が短縮され、
更に、この亜鉛合金を用いて鋳造で製作された金型は耐
久性が向上していて型寿命が長い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 比較例1の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示
す写真である。
【図2】 比較例2の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示
す写真である。
【図3】 比較例3の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示
す写真である。
【図4】 実施例1の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示
す写真である。
【図5】 比較例4の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示
す写真である。
【図6】 比較例5の亜鉛合金鋳物の縦断面の状態を示
す写真である。
【図7】 金型のR部の磨耗量の測定を説明する概略図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 文憲 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マグネシウム1.5〜2.5重量%、アル
    ミニウム3〜5重量%及び銅2〜4重量%を含み、残部
    が亜鉛と不可避の不純物からなり、凝固開始温度が39
    0度以下、ビッカース硬さが150以上で、ポロシティ
    の発生の抑制された、金型用亜鉛合金。
  2. 【請求項2】マグネシウム1.5〜2.5重量%、アル
    ミニウム3〜5重量%及び銅2〜4重量%を含み、更
    に、チタン0.03〜0.2重量%、ジルコニウム0.
    03〜0.2重量%、ポロン0.03〜0.2重量%及
    びランタノイド0.03〜0.2重量%のいずれか1種
    以上を含み、残部が亜鉛と不可避の不純物からなり、凝
    固開始温度が390度以下で、ビッカース硬さが150
    以上で、ポロシティの発生の抑制された、金型用亜鉛合
    金。
  3. 【請求項3】請求項1〜2記載の合金からなる金型又は
    金型用ブロック。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018159890A1 (ko) * 2017-02-28 2018-09-07 창원대학교 산학협력단 방향성 결정립을 갖는 아연-알루미늄 합금 및 그 제조방법

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CN108779516A (zh) * 2017-02-28 2018-11-09 昌原大学校产学协力团 具有方向性晶粒的锌-铝合金及其制备方法

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