JP2017071847A

JP2017071847A - 亜鉛ダイカスト合金

Info

Publication number: JP2017071847A
Application number: JP2015212348A
Authority: JP
Inventors: 克彦堀尾; Katsuhiko Horio; 伸文上島; Nobufumi Ueshima; 及川　勝成; Masanari Oikawa; 勝成及川; 毅千代窪; Takeshi Chiyokubo; 宏和内海; Hirokazu Utsumi; 博輝氏家; Hiroteru Ujiie
Original assignee: HORIO SEISAKUSHO KK; Tohoku University NUC; Miyagi Prefectural Government.
Current assignee: HORIO SEISAKUSHO KK; Tohoku University NUC; Miyagi Prefectural Government.
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2017-04-13

Abstract

【課題】ダイカスト用亜鉛ダイカスト合金をホットチャンバーダイカスト機で生産できることを維持しながら組成を変更することにより高強度であり経年強度劣化抑制、耐クリープ性を有す。
【解決手段】組成比を次のように変更する。Ａｌ：１０〜２０重量％、Ｃｕ：０．１〜５重量％、Ｍｇ：０．１〜１．０重量％、を含有し残部をＺｎと不可避不純物からなる。引張強度は従来ＪＩＳＺＤＣ−２：２８９〜３０４ＭＰａに対し本発明：４１８ＭＰａ以上を得ている。経年強度劣化はＺＤＣ−２：低下率１７％に対し１０％以下、クリープ歪みＺＤＣ−２：４．６％に対し１％以下を達成した。高精度、高強度、一定荷重が連続して作用し高信頼性を必要とする構造部材への転用可能となり工期短縮や性能向上に貢献する。

Description

本発明は高強度を有しながら、経年強度劣化を抑制し、耐クリープ性に優れた亜鉛ダイカスト合金に関するものである。

亜鉛ダイカスト合金は、金型転写性に優れ、５００℃以下の比較的低温で鋳造可能であることから、低コストで寸法精度の高い製品を生産可能である。近年、このような亜鉛ダイカスト合金のコスト優位性に着目して、高い信頼性が必要な構造部材への利用が求められている。

従来の高強度を有する亜鉛ダイカスト合金は、ＪＩＳ規格金型合金３種や、ＡＳＴＭ規格ＺＡ合金（ＺＡ８、ＺＡ１２、ＺＡ２７）がある。これらの合金は、アルミニウムと銅の含有量を増加させることによって、高強度を得ている。しかしながら、これらの合金は、引張強度が４００ＭＰａ程度であり、特にアルミニウム含有量が多いＺＡ合金は、９５℃、１０日の時効処理で１５〜２０％程度の強度低下が生ずるため、高信頼性が必要な構造部材に利用することはできない。

また、ＪＩＳＺＤＣ２といった従来の亜鉛ダイカスト合金は、耐クリープ特性が低い（１００℃、２５ＭＰａで１００時間後の歪み５％）ため、長時間一定応力が作用するような構造部材に利用することはできない。

このような課題に対し、例えば特許文献１ではアルミニウムを１２〜３０質量％、銅を６〜２０重量％含有させることで、引張強度が４５０ＭＰａ以上としながら、時効軟化を抑制できることが開示されている。

また、特許文献２ではマグネシウムを１〜４．５質量％含有し、銅、ニッケル及びマンガンの少なくとも１種を合計で７質量％以下追加含有することで、耐クリープ特性を向上できることが開示されている。

しかしながら、特許文献１の合金はアルミニウムおよび銅含有量が多いことから、ホットチャンバーダイカストで製造することが難しく、コスト優位性に優れる亜鉛合金の特性を損なう。また、銅の含有量が多く密度が増加することから、部品の重量が増加する。

また、特許文献２の合金はマグネシウム含有量が多いため、靱性が低く構造部材には不適である。

特公平８−２３０５６特許第４２０４６５０号

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、高強度を有しながら経年劣化を抑制しつつ、耐クリープ特性に優れ、コストを抑制した亜鉛合金を提供することを目的とする。

課題を解決する為の手段

上記の目的を達成するため鋭意検討した結果、亜鉛合金においてアルミニウムを１０〜２０質量％、マグネシウムを０．１〜１．０質量％含有させることにより、ダイカストに用いる、高強度を有しながら経年劣化を抑制しつつ、耐クリープ特性に優れた亜鉛合金が得られることを見出した。

即ち、本発明のダイカスト用いる、高強度を有しながら経年劣化を抑制しつつ、耐クリープ特性に優れた亜鉛合金は、アルミニウムを１０〜２０質量％、マグネシウムを０．１〜１．０質量％含有し、残部を亜鉛と不可避不純物からなることを特徴とする。

本発明の亜鉛合金は、必要により、銅を０．１〜５質量％追加含有することができる。また、本発明の成形品は、上記した亜鉛合金からダイカストにより成形されたことを特徴とする。

本発明の亜鉛合金において、アルミニウムを含有させると強度が向上する。アルミニウム含有量の増加とともに強度は向上するが、経年劣化による強度低下が顕著となる。経年劣化の原因は、アルミニウムが添加されると生ずる共晶相（ＦＣＣ（Ａｌ）＋Ｚｎ）が粗大化することである。これに対して、マグネシウムを０．１質量％以上含有させると、亜鉛が塊状に晶出して、前述した共晶相、すなわち経年劣化により粗大化する相の占める割合が小さくなり、経年劣化が抑制される。このようにマグネシウムを添加することは、組織を安定化させる効果があることから、耐クリープ特性を向上させる効果がある。しかしながら、マグネシウムの添加量が１．０質量％を超えると、引張試験後の破断伸びが１％以下となり、構造部材として利用することができない。また、アルミニウム含有量が１０質量％以下であると、強度向上効果が小さく、２０質量％以上であると、経年劣化の程度が大きく、マグネシウム添加による経年劣化抑制の効果が得にくくなる。従って、本発明の亜鉛合金においては、アルミニウムの含有量を１０〜２０質量％、望ましくは１０〜１２質量％、マグネシウム含有量を０．１〜１質量％、望ましくは０．４〜０．５質量％とする。

本発明の亜鉛合金においては、必要により、銅を０．１〜５質量％追加含有することで、銅濃度が高い相が晶出することから、亜鉛合金の機械的強度を増加させることができる。

本発明による亜鉛合金は、アルミニウムと銅の含有量を増加させすぎないように、マグネシウムを添加して経年劣化を抑制し、耐クリープ性を向上させていることから、鋳造温度が低く、ホットチャンバーダイカストに特に適している。

以下に、実施例等に基づいて本発明を具体的に説明する。
実施例１〜４及び比較例１〜３
ダイカストマシンに付属した溶解炉で、Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ母合金のインゴットを約８０ｋｇ溶解し、溶湯温度が６００℃に到達した後、純マグネシウム（９９．７％以上）を目標の組成となるよう秤量して加えて、表１に示す合金成分を表１に示す量（質量％）含有し、残部が亜鉛と不可避の不純物からなる亜鉛合金を作成した。それらの亜鉛合金から、ホットチャンバーダイカストにより、下記の成形条件下で、平行部直径５ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験片を作製した。

成形条件：溶湯温度５００℃、型温度８０℃、型締め力２４５ｋＮ、射出速度１．３８ｍ／ｓ、鋳造圧力７２ＭＰａ

前記した試験片を用いて以下の試験を実施した。
鋳造したままの試験片及び１００℃で１週間の時効後の試験片を用い、クロスヘッド速度５ｍｍ／ｍｉｎ、標点間距離２５ｍｍの条件で引張試験を実施した。また、同じ試験片を用いて、鋳造したままの試験片を、試験温度１００℃、試験荷重２５ＭＰａの条件で、１００時間後のクリープ歪を求めた。測定結果は表２に示すとおりであった。

表２のデータから明らかなように、実施例１〜４の亜鉛合金は、アルミニウム含有量が少ない従来亜鉛合金１、２およびマグネシウム含有量が少ない比較例１〜３と比較して、高強度を有しながら、時効後の強度低下が小さく、クリープ歪が小さい。

一方、本発明の亜鉛合金のアルミニウム含有量より多い従来亜鉛合金３は、高強度を有するが、時効後の強度低下が実施例より大きく、クリープ歪も大きい。さらに、本発明の組成範囲から外れているＭｇ含有量が１質量％より多い比較例３は、時効後の強度低下は少なく、クリープ歪も小さいが、破断伸びが１％未満であり、構造部材には適さない。

発明の効果

本発明の高強度を有しながら経年劣化を抑制しつつ、耐クリープ特性に優れ、コストを抑制した亜鉛合金は、これまで亜鉛合金の適用が困難であった、一定荷重が連続して作用し、高信頼性が要求される構造部材への適用が可能である。これにより、メタルインジェクションモールドや焼結で製作する部品の代替が可能となる。

Claims

アルミニウムを１０〜２０質量％、マグネシウムを０．１〜１．０質量％含有し、残部を亜鉛と不可避不純物からなることを特徴とする、ダイカストに用いる亜鉛合金。
銅を０．１〜５質量％追加含有することを特徴とする請求項１記載の、ダイカストに用いる亜鉛合金。
引張強度が４１８ＭＰａ以上で有ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した亜鉛合金。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の亜鉛合金からなり、ダイカストにより成形されたことを特徴とする成形品。