JP2871280B2 - ＡｌまたはＡｌ合金鋳造用銅合金金型 - Google Patents
ＡｌまたはＡｌ合金鋳造用銅合金金型Info
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- JP2871280B2 JP2871280B2 JP9218692A JP9218692A JP2871280B2 JP 2871280 B2 JP2871280 B2 JP 2871280B2 JP 9218692 A JP9218692 A JP 9218692A JP 9218692 A JP9218692 A JP 9218692A JP 2871280 B2 JP2871280 B2 JP 2871280B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ＡｌまたはＡｌ合金
鋳造用銅合金金型に関するものである。
鋳造用銅合金金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＡｌまたはＡｌ合金の鋳造金型
に用いられる金型材料としては、鉄系合金材料が用いら
れている。しかし、前記鉄系合金金型は、鉄系合金の熱
伝導性の低さから冷却速度が遅く、したがって、１回の
鋳造時間を長くとらなければならず、そのために単位時
間当たりのＡｌまたはＡｌ合金鋳造スピードを高めるこ
とができず、ＡｌまたはＡｌ合金鋳造スピードを高めて
コストを削減するという要求には対応できなかった。さ
らに、鉄系合金材料金型を用いて鋳造したＡｌまたはＡ
ｌ合金鋳物は結晶粒が微細化せず、Ａｌ合金鋳物の強度
および延性を十分に確保できないという課題もあった。
に用いられる金型材料としては、鉄系合金材料が用いら
れている。しかし、前記鉄系合金金型は、鉄系合金の熱
伝導性の低さから冷却速度が遅く、したがって、１回の
鋳造時間を長くとらなければならず、そのために単位時
間当たりのＡｌまたはＡｌ合金鋳造スピードを高めるこ
とができず、ＡｌまたはＡｌ合金鋳造スピードを高めて
コストを削減するという要求には対応できなかった。さ
らに、鉄系合金材料金型を用いて鋳造したＡｌまたはＡ
ｌ合金鋳物は結晶粒が微細化せず、Ａｌ合金鋳物の強度
および延性を十分に確保できないという課題もあった。
【０００３】そこで、ＡｌまたはＡｌ合金鋳造用金型と
して、水冷または空冷の銅合金金型を用いることが考え
られるが、銅合金は一般にＡｌ溶湯と反応しやすく、Ａ
ｌまたはＡｌ合金を銅合金製金型に鋳造すると、Ａｌと
銅合金が反応し金型内面にＣｕ−Ａｌ合金層が生じて付
着し、金型寿命も短く、実用に供することができないと
いう欠点があった。
して、水冷または空冷の銅合金金型を用いることが考え
られるが、銅合金は一般にＡｌ溶湯と反応しやすく、Ａ
ｌまたはＡｌ合金を銅合金製金型に鋳造すると、Ａｌと
銅合金が反応し金型内面にＣｕ−Ａｌ合金層が生じて付
着し、金型寿命も短く、実用に供することができないと
いう欠点があった。
【０００４】この対策としては、例えば、銅合金金型の
表面上へのセラミック溶射した銅合金金型（軽金属学
会、第８０回春期大会講演概要、Ｐ．１９５〜１９
６）、銅合金金型の表面上へＷＣを溶射した銅合金金
型、銅合金金型の表面上へ硬質Ｃｒメッキをした銅合金
金型、銅合金金型の表面上へＮｉ−５％Ｆｅ合金メッキ
をした銅合金金型、銅合金金型の表面上へＣｏ−２０％
Ｎｉ合金メッキをした銅合金金型などが提案されてい
る。
表面上へのセラミック溶射した銅合金金型（軽金属学
会、第８０回春期大会講演概要、Ｐ．１９５〜１９
６）、銅合金金型の表面上へＷＣを溶射した銅合金金
型、銅合金金型の表面上へ硬質Ｃｒメッキをした銅合金
金型、銅合金金型の表面上へＮｉ−５％Ｆｅ合金メッキ
をした銅合金金型、銅合金金型の表面上へＣｏ−２０％
Ｎｉ合金メッキをした銅合金金型などが提案されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記セラミッ
クおよびＷＣ溶射層は剥離しやすく、また、硬質Ｃｒメ
ッキ、Ｎｉ−５％Ｆｅ合金メッキおよびＣｏ−２０％Ｎ
ｉ合金メッキ等はＡｌ溶湯との反応性に問題があり、十
分満足のいくものではなかった。
クおよびＷＣ溶射層は剥離しやすく、また、硬質Ｃｒメ
ッキ、Ｎｉ−５％Ｆｅ合金メッキおよびＣｏ−２０％Ｎ
ｉ合金メッキ等はＡｌ溶湯との反応性に問題があり、十
分満足のいくものではなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
Ｃｕ合金のもつ優れた冷却能を犠牲にすることがなく、
Ａｌ溶湯と反応することがなく、さらに使用寿命の長い
ＡｌまたはＡｌ合金鋳造用銅合金金型を得るべく研究を
行った結果、（１） Ｔａは、Ａｌ溶湯との濡れ性が悪
くまたＡｌ溶湯との反応がないところから、銅または銅
合金金型表面上にＴａ層を形成すると、銅または銅合金
金型寿命が向上し、このＴａ層を形成した銅または銅合
金金型を用いてＡｌまたはＡｌ合金を鋳造すると、単位
時間当たりのＡｌまたはＡｌ合金鋳造スピードを高める
ことができ、得られたＡｌまたはＡｌ合金鋳物の組織も
微細化し、強度および延性が鉄系合金材料金型で鋳造し
た場合に比べ１０〜２０％程度向上する、（２） さら
に、銅または銅合金金型とＴａ層との間に、中間層とし
て、Ｎｉメッキ層、Ｎｉ合金メッキ層、Ｃｒメッキ層、
Ｆｅメッキ層のうちの単層または２層以上の複数層から
なる中間層を形成すると、Ｔａ層の銅または銅合金金型
表面に対する密着性がさらに向上し、一層金型寿命が向
上する、などの知見を得たのである。
Ｃｕ合金のもつ優れた冷却能を犠牲にすることがなく、
Ａｌ溶湯と反応することがなく、さらに使用寿命の長い
ＡｌまたはＡｌ合金鋳造用銅合金金型を得るべく研究を
行った結果、（１） Ｔａは、Ａｌ溶湯との濡れ性が悪
くまたＡｌ溶湯との反応がないところから、銅または銅
合金金型表面上にＴａ層を形成すると、銅または銅合金
金型寿命が向上し、このＴａ層を形成した銅または銅合
金金型を用いてＡｌまたはＡｌ合金を鋳造すると、単位
時間当たりのＡｌまたはＡｌ合金鋳造スピードを高める
ことができ、得られたＡｌまたはＡｌ合金鋳物の組織も
微細化し、強度および延性が鉄系合金材料金型で鋳造し
た場合に比べ１０〜２０％程度向上する、（２） さら
に、銅または銅合金金型とＴａ層との間に、中間層とし
て、Ｎｉメッキ層、Ｎｉ合金メッキ層、Ｃｒメッキ層、
Ｆｅメッキ層のうちの単層または２層以上の複数層から
なる中間層を形成すると、Ｔａ層の銅または銅合金金型
表面に対する密着性がさらに向上し、一層金型寿命が向
上する、などの知見を得たのである。
【０００７】この発明はかかる知見にもとづいてなされ
たものであって、（１） 銅または銅合金金型表面上
に、厚さ：０．００５ｍｍ〜３ｍｍのＴａ層を形成して
なるＡｌまたはＡｌ合金鋳造用銅合金金型、（２） 銅
または銅合金金型表面上に、Ｎｉメッキ層、Ｎｉ合金メ
ッキ層、Ｃｒメッキ層、Ｆｅメッキ層のうちの単層また
は２層以上の複数層からなる中間層を形成し、さらにそ
の上にＴａ層を形成してなり、前記中間層およびＴａ層
メッキの合計厚さが０．００５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内に
あるＡｌまたはＡｌ合金鋳造用銅合金金型、に特徴を有
するものである。
たものであって、（１） 銅または銅合金金型表面上
に、厚さ：０．００５ｍｍ〜３ｍｍのＴａ層を形成して
なるＡｌまたはＡｌ合金鋳造用銅合金金型、（２） 銅
または銅合金金型表面上に、Ｎｉメッキ層、Ｎｉ合金メ
ッキ層、Ｃｒメッキ層、Ｆｅメッキ層のうちの単層また
は２層以上の複数層からなる中間層を形成し、さらにそ
の上にＴａ層を形成してなり、前記中間層およびＴａ層
メッキの合計厚さが０．００５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内に
あるＡｌまたはＡｌ合金鋳造用銅合金金型、に特徴を有
するものである。
【０００８】次に、この発明におけるメッキを上記の通
り限定した理由を説明する。 （ａ）Ｔａ層 Ｔａ層は、Ａｌ溶湯との濡れ性および反応性が極めて少
なく、銅または銅合金金型寿命を向上させるが、その厚
さが０．００５ｍｍ未満だと、Ａｌ溶湯流により短期間
に摩耗しかつ剥離しやすく、一方、その厚さが３ｍｍを
越えると、冷却能が低下し、鋳造したＡｌ鋳物の特性が
鉄系合金金型に比べて向上しなくなる。したがって、Ｔ
ａ層の厚さは、０．００５ｍｍ〜３ｍｍとした。
り限定した理由を説明する。 （ａ）Ｔａ層 Ｔａ層は、Ａｌ溶湯との濡れ性および反応性が極めて少
なく、銅または銅合金金型寿命を向上させるが、その厚
さが０．００５ｍｍ未満だと、Ａｌ溶湯流により短期間
に摩耗しかつ剥離しやすく、一方、その厚さが３ｍｍを
越えると、冷却能が低下し、鋳造したＡｌ鋳物の特性が
鉄系合金金型に比べて向上しなくなる。したがって、Ｔ
ａ層の厚さは、０．００５ｍｍ〜３ｍｍとした。
【０００９】（ｂ）中間層 銅または銅合金金型表面とＴａ層との間に、Ｎｉメッキ
層、Ｎｉ合金メッキ層、Ｃｒメッキ層、Ｆｅメッキ層の
うちの単層または２層以上の複数層からなる中間層を施
すと、Ｔａ層の密着性が向上し、金型寿命が一層向上す
るが、Ｔａ層と中間層の合計厚さが０．００５ｍｍ以下
だと摩耗および剥離しやすく、また、Ｔａ層と中間層の
合計で３ｍｍを越えると冷却能が低下し、Ａｌ鋳物の特
性が鉄系合金金型に比べて、向上しなくなるので好まし
くない。したがって、Ｔａ層と中間層の合計厚さを０．
００５ｍｍ〜３ｍｍとした。
層、Ｎｉ合金メッキ層、Ｃｒメッキ層、Ｆｅメッキ層の
うちの単層または２層以上の複数層からなる中間層を施
すと、Ｔａ層の密着性が向上し、金型寿命が一層向上す
るが、Ｔａ層と中間層の合計厚さが０．００５ｍｍ以下
だと摩耗および剥離しやすく、また、Ｔａ層と中間層の
合計で３ｍｍを越えると冷却能が低下し、Ａｌ鋳物の特
性が鉄系合金金型に比べて、向上しなくなるので好まし
くない。したがって、Ｔａ層と中間層の合計厚さを０．
００５ｍｍ〜３ｍｍとした。
【００１０】
【実施例】次に、この発明を実施例にもとづいて、具体
的に説明する。純ＣｕまたはＣｕ−０．６％Ｃｒ−０．
１％Ｚｒからなる組成の耐熱Ｃｕ合金を使用し、直径：
５０ｍｍ、深さ：５０ｍｍの大空間およびその大空間の
下方に続く直径：２０ｍｍ、深さ：５０ｍｍの小空間か
らなるキャビティを有し、外部寸法が高さ：１５０ｍ
ｍ、幅：１００ｍｍ、厚さ：１００ｍｍを有する二つ割
り金型を機械加工にて作製し、次いで、これら金型キャ
ビティの内面に、表１〜表３に示される、減圧プラズマ
溶射による溶射Ｔａ層または中間メッキ層と減圧プラズ
マ溶射による溶射Ｔａ層からなる表面処理層を形成し、
本発明金型１〜１７および比較金型１〜３（表３におい
て、＊印を付けた値はこの発明の範囲外の値を示す）を
作製した。
的に説明する。純ＣｕまたはＣｕ−０．６％Ｃｒ−０．
１％Ｚｒからなる組成の耐熱Ｃｕ合金を使用し、直径：
５０ｍｍ、深さ：５０ｍｍの大空間およびその大空間の
下方に続く直径：２０ｍｍ、深さ：５０ｍｍの小空間か
らなるキャビティを有し、外部寸法が高さ：１５０ｍ
ｍ、幅：１００ｍｍ、厚さ：１００ｍｍを有する二つ割
り金型を機械加工にて作製し、次いで、これら金型キャ
ビティの内面に、表１〜表３に示される、減圧プラズマ
溶射による溶射Ｔａ層または中間メッキ層と減圧プラズ
マ溶射による溶射Ｔａ層からなる表面処理層を形成し、
本発明金型１〜１７および比較金型１〜３（表３におい
て、＊印を付けた値はこの発明の範囲外の値を示す）を
作製した。
【００１１】さらに比較のため、前記Ｃｕ−０．６％Ｃ
ｒ−０．１％Ｚｒからなる組成の耐熱Ｃｕ合金金型の内
面に、表３に示す、セラミック溶射、ＷＣ溶射、硬質Ｃ
ｒメッキ、Ｎｉ−５％Ｆｅ合金メッキ、Ｃｏ−２０％Ｎ
ｉ合金メッキなどの表面処理層を施した従来金型１〜５
を用意し、さらに、これとは別に、銅合金金型と同形状
のＦｅ合金金型の従来金型６を用意した。
ｒ−０．１％Ｚｒからなる組成の耐熱Ｃｕ合金金型の内
面に、表３に示す、セラミック溶射、ＷＣ溶射、硬質Ｃ
ｒメッキ、Ｎｉ−５％Ｆｅ合金メッキ、Ｃｏ−２０％Ｎ
ｉ合金メッキなどの表面処理層を施した従来金型１〜５
を用意し、さらに、これとは別に、銅合金金型と同形状
のＦｅ合金金型の従来金型６を用意した。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】
【表３】
【００１５】上記表１〜表３に示した金型を用い、 鋳込材 ：Ａｌ合金（ＡＣ４Ｃ）、 鋳込温度：７００℃、 鋳造回数：最高５００回、 の条件で鋳造試験を行ない、鋳造後の鋳型内面のＡｌ合
金溶湯との反応の状況および表面処理層の剥離の状況を
調べた。表面処理層の剥離については、目視にて剥離の
有無を観察し、剥離が発生する鋳造回数で評価した。剥
離が発生した場合は、以後の鋳造試験は行なわなかっ
た。
金溶湯との反応の状況および表面処理層の剥離の状況を
調べた。表面処理層の剥離については、目視にて剥離の
有無を観察し、剥離が発生する鋳造回数で評価した。剥
離が発生した場合は、以後の鋳造試験は行なわなかっ
た。
【００１６】Ａｌ合金溶湯との反応については、剥離が
発生した時点または、剥離が発生しない場合は５００回
鋳造時点でのＡｌ合金の金型への付着状況を目視にて調
べ、ほとんど付着していないものは○印、わずかに付着
しているものは△印、付着量が多い場合は×印を付して
示した。さらに、上記金型を用いて鋳造した上記被鋳造
物（アルミニウム合金鋳物）の引張試験を行ない、引張
強度、伸びを測定し、これらの結果を表４〜表６に示し
た。
発生した時点または、剥離が発生しない場合は５００回
鋳造時点でのＡｌ合金の金型への付着状況を目視にて調
べ、ほとんど付着していないものは○印、わずかに付着
しているものは△印、付着量が多い場合は×印を付して
示した。さらに、上記金型を用いて鋳造した上記被鋳造
物（アルミニウム合金鋳物）の引張試験を行ない、引張
強度、伸びを測定し、これらの結果を表４〜表６に示し
た。
【００１７】
【表４】
【００１８】
【表５】
【００１９】
【表６】
【００２０】
【発明の効果】表１〜表６に示される結果から、本発明
金型１〜１７を用いて鋳造したＡｌ合金鋳物は、従来金
型１（セラミック溶射金型）、従来金型２（ＷＣ溶射金
型）および従来金型６（従来のＦｅ合金金型）用いて鋳
造したＡｌ合金鋳物に比べて強度および伸びが優れてお
り、また、本発明金型１〜１７は、従来金型３（硬質Ｃ
ｒメッキ金型）、従来金型４（Ni−5 ％Fe合金単層メッ
キ金型）および従来金型５（Cr−20％Ni合金単層メッキ
金型）に比べ、Ａｌ合金溶湯との反応性が低いことがわ
かる。
金型１〜１７を用いて鋳造したＡｌ合金鋳物は、従来金
型１（セラミック溶射金型）、従来金型２（ＷＣ溶射金
型）および従来金型６（従来のＦｅ合金金型）用いて鋳
造したＡｌ合金鋳物に比べて強度および伸びが優れてお
り、また、本発明金型１〜１７は、従来金型３（硬質Ｃ
ｒメッキ金型）、従来金型４（Ni−5 ％Fe合金単層メッ
キ金型）および従来金型５（Cr−20％Ni合金単層メッキ
金型）に比べ、Ａｌ合金溶湯との反応性が低いことがわ
かる。
【００２１】また、比較金型１〜３に示されるように、
Ｔａ層または中間メッキ層がこの発明の範囲から外れて
いると（表３において、＊印を付けた値はこの発明の範
囲外の値を示す）、鋳造回数が少なくて表面処理層の剥
離が発生したり、得られたＡｌ合金鋳物の強度および伸
びが低下したりして好ましくないことがわかる。
Ｔａ層または中間メッキ層がこの発明の範囲から外れて
いると（表３において、＊印を付けた値はこの発明の範
囲外の値を示す）、鋳造回数が少なくて表面処理層の剥
離が発生したり、得られたＡｌ合金鋳物の強度および伸
びが低下したりして好ましくないことがわかる。
【００２２】このように、この発明のＡｌ合金鋳造用金
型は、従来のＦｅ金型よりも優れた機械的特性を有する
Ａｌ合金鋳物が得られ、また、従来のセラミック溶射、
硬質Ｃｒメッキ等に比べ、剥離の発生、あるいは、Ａｌ
との反応性も少ないので、耐久性が優れるとともに、冷
却速度が速いため、１回の鋳造時間が短くすることがで
きて生産性が向上し、Ａｌ合金鋳物の製造コストを低減
でき、もって産業の発展に大いに貢献しうるものであ
る。
型は、従来のＦｅ金型よりも優れた機械的特性を有する
Ａｌ合金鋳物が得られ、また、従来のセラミック溶射、
硬質Ｃｒメッキ等に比べ、剥離の発生、あるいは、Ａｌ
との反応性も少ないので、耐久性が優れるとともに、冷
却速度が速いため、１回の鋳造時間が短くすることがで
きて生産性が向上し、Ａｌ合金鋳物の製造コストを低減
でき、もって産業の発展に大いに貢献しうるものであ
る。
【００２３】なお、前記実施例においては、Ｔａ層は、
減圧プラズマ溶射による溶射Ｔａ層を用いたが、この発
明のＴａ層は前記減圧プラズマ溶射による溶射Ｔａ層に
限定されるものではなく、通常の電気メッキＴａ層、化
学メッキＴａ層などその他の手段により形成されたＴａ
層を用いてもよい。
減圧プラズマ溶射による溶射Ｔａ層を用いたが、この発
明のＴａ層は前記減圧プラズマ溶射による溶射Ｔａ層に
限定されるものではなく、通常の電気メッキＴａ層、化
学メッキＴａ層などその他の手段により形成されたＴａ
層を用いてもよい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 4/06 Ｃ２３Ｃ 4/06 Ｃ２５Ｄ 3/54 Ｃ２５Ｄ 3/54 5/14 5/14 (56)参考文献 特開 平４−247805（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−151941（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−205652（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−253355（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−185990（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22D 17/22 B22C 9/06 C22C 27/02 103 C22C 4/06
Claims (2)
- 【請求項１】 銅または銅合金金型表面上に、厚さ：
０．００５ｍｍ〜３ｍｍのＴａ層を形成してなることを
特徴とするＡｌまたはＡｌ合金鋳造用銅合金金型。 - 【請求項２】 銅または銅合金金型表面上に、Ｎｉメッ
キ層、Ｎｉ合金メッキ層、Ｃｒメッキ層、Ｆｅメッキ層
のうちの単層または２層以上の複数層からなる中間層を
形成し、さらにその上にＴａ層を形成してなり、前記中
間層およびＴａ層メッキの合計厚さが０．００５ｍｍ〜
３ｍｍの範囲内にあることを特徴とするＡｌまたはＡｌ
合金鋳造用銅合金金型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9218692A JP2871280B2 (ja) | 1992-03-18 | 1992-03-18 | ＡｌまたはＡｌ合金鋳造用銅合金金型 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9218692A JP2871280B2 (ja) | 1992-03-18 | 1992-03-18 | ＡｌまたはＡｌ合金鋳造用銅合金金型 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05261509A JPH05261509A (ja) | 1993-10-12 |
| JP2871280B2 true JP2871280B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=14047414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9218692A Expired - Lifetime JP2871280B2 (ja) | 1992-03-18 | 1992-03-18 | ＡｌまたはＡｌ合金鋳造用銅合金金型 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2871280B2 (ja) |
-
1992
- 1992-03-18 JP JP9218692A patent/JP2871280B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05261509A (ja) | 1993-10-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981208 |