JP4057108B2 - ダイキャスト金型用材料 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，アルミニウム（Ａｌ）又はＡｌ基合金からなるＡｌ含有金属のためのダイキャスト機に於ける金型や，その他の直接溶湯に接触する，スリーブ，シリンダープランジャー，押出しピン，さらに中子等の部材の材料（以下，これ等を総称してダイキャスト金型用材料と呼ぶ）に関し，詳しくは，ダイキャスト金型用材料の製造に用いるのに適した粉末冶金法によって鍛造等の塑性加工されたＷ−Ｍｏ合金材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム（Ａｌ）ダイキャスト金型については，サーメット材料として，Ｗ＋Ｍｏを合金添加金属とする数多くの提案がなされているように，際立って良い材料が見い出されていないのが現状である。この理由は，溶融Ａｌ自身が非常に腐蝕性を有する金属であるからである。
【０００３】
一方，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ系をベースとしたサーメット合金では，その耐蝕性を満足出来ていないのが現状である。
【０００４】
従来，鉄鋼用溶湯材料のダイキャストの鋳型物の材料にサーメット合金を用いたもの代表例として，特公昭６１−４９３７８号公報（以下，文献１と呼ぶ）に開示されたものがある。
【０００５】
具体的に，文献１の請求項１には，（イ）ＴｉとＷの複合炭化・窒化物固溶体が１〜１０％，（ロ）分散相形成成分として，Ｍｇ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｙ，Ｈｆの酸化物のうち１〜２種以上で，０．０５〜２％の（イ）及び（ロ）を含有し残りがＷであるダイキャスト金型部材用サーメットが開示されている。
【０００６】
また，文献１の請求項２には，（ハ）ＴｉとＷの複合炭窒化物固溶体：１〜１０％と，（ニ）分散相形成成分として，Ｍｇ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｙ，Ｈｆの酸化物のうち１〜２種以上：０．０５〜２％，更に（ホ）結合形成成分としてＭｏ：１〜１０％で，（ハ），（ニ），及び（ホ）を含有した残りがＷのサーメットが開示されている。
【０００７】
また，文献１の請求項３には，（ヘ）ＴｉとＷの複合炭窒化物固溶体：１〜１０％で，（ト）Ｍｇ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｙ，Ｈｆの酸化物のうち１〜２種以上：０．０５〜２％，更に（チ）結合成分としてＣｒ：１〜１０％を含有し，（ヘ），（ト），及び（チ）の残りがＷのサーメット合金が開示されている。
【０００８】
また，文献２の請求項４には，ＴｉとＷの（リ）複炭窒化物固溶体：１〜１０％，（ヌ）Ｍｇ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｙ，Ｈｆの酸化物のうちの１〜２種以上：０．０５〜２％と，（ヲ）Ｍｏ：１〜１０％，Ｃｒ：１〜１０％で残りがＷのサーメット合金が開示されている。
【０００９】
さらに，文献１には，前記各合金は，耐摩耗性，耐塑性変形性，耐酸化性，耐熱衝撃性，及び耐蝕性を具備すると述べられている。しかし，文献１には，Ａｌ及びその合金に適用することに関しては，全く述べられていない。
【００１０】
また，一般に，Ａｌの溶湯のダイキャスト金型用材料は，耐摩耗性，耐蝕性，及び耐熱衝撃性が要求されている（以下，ダイキャスト金型用材料要求特性と呼ぶ）。一般に，ダイキャスト法は高い生産性で，寸法精度の高い，鋳物を製造する事が出来る事から，Ａｌ，Ｃｕ及びこれらの合金の鋳物の製造に用いられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，本発明者らの検証の結果，前述したＴｉ，Ｗ等の複炭窒化物を使ったサーメット材は，Ａｌ及びその合金の溶湯の腐蝕については，残念ながら，短寿命となってしまうことが分った。特に，この原因はＴｉ，Ｗ等の複炭窒化物の耐蝕性は良いがＣｒ等のサーメット合金を作る為の液相焼結体（文献１では，結合相形成分と呼んでいる金属）がＺｎ及びＡｌには，短寿命である事が分った。
【００１２】
よって，文献１の金型では，Ｃｕの耐蝕性はあまり問題とならないがＡｌ及びその合金の溶湯は激しい腐蝕性を有しており，現在は，Ａｌ及びその合金のダイキャスト金型用材料については，なかなか適当な材料が見い出されていない。
【００１３】
そこで，本発明の技術的課題は，Ａｌ又はＡｌ基合金等のＡｌ含有金属に対して，耐腐食性を備えた寿命の長いサーメット合金からなるダイキャスト金型用材料を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は，前記課題を解決するために，種々テストを繰り返した結果，どのようなｗｔ％でも固溶体合金を作るＷ−Ｍｏ合金に，Ｃａの酸化物（ＣａＯ）をドープし，鍛造したものが，Ａｌの溶湯を鋳込んだダイキャスト金型用材料として，非常に長寿命になることを見出だし，本発明を為すに至ったものである。
【００１５】
即ち、本発明によれば、Ａｌ又はＡｌ基合金からなるアルミニウム含有金属ダイキャストを製造するための金型用材料において、０．０５〜４．０ｗｔ％のＣａと５〜９５ｗｔ％のＷと残部がＭｏとからなる組成のＷ−Ｍｏ合金で、前記Ｗ−Ｍｏ合金中の前記ＣａはＣａＯとしてドープされており、且つ密度が理論密度比９９．５％以上であることを特徴とするダイキャスト金型用材料が得られる。
【００１６】
また，本発明によれば，前記ダイキャスト金型用材料において、不純物として，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂのうちの少なくとも一種を０．０５ｗｔ％以下含有することを特徴とするダイキャスト金型用材料が得られる。
【００１７】
また，本発明によれば，前記ダイキャスト金型用材料において，インゴットから少なくとも７０％の加工率で圧延及び鍛造のうちの少なくとも一方の塑性加工が施されていることを特徴とするダイキャスト金型用材料が得られる。
【００１８】
ここで，本発明において，ダイキャスト金型用材料とは，ダイキャスト機に於ける金型や，その他の直接溶湯に接触する，スリーブ，シリンダープランジャー，押出しピン，さらに中子等の部材の材料を呼ぶ。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
まず，Ｗのブルーオキサイドと呼ばれているＷＯ2.8-2.9 の酸化物粉末とＭｏのブラウンオキサイドと呼ばれているＭｏＯ2 の酸化物粉末を用意して，塩化カルシウム水溶液を用意し，粉末冶金法によるドープ釜にドープ液を入れ，撹拌，混合，乾燥を行う『ドーピング』を行う。なお，この時，Ｗ−Ｍｏの組成（ｗｔ％）を０〜１００％の範囲内に調節したオキサイドを用意する。その各々のオキサイドにＣａ量を変化させてドープする。このドープドオキサイドを所定のボートに入れ，水素を流した還元炉にそのボートを挿入して，ドープドＣａ（実際はＣａＯの粒子）のＷ−Ｍｏ合金粉約３〜５μｍを作る。次に，この粉末を用いラバーに充填し，水圧プレスにて丸棒圧粉体を作り水素雰囲気中の間接焼炉内で約１８００°×２０時間焼結し，インゴットを作った。このＷ−ＭｏインゴットのＷの組成は，Ｗが０〜１００％の範囲内で，各々のＷ／Ｍｏ比率に対して残留するＣａ（ＣａＯの形態である）の量を０〜４％（ｗｔ％）迄変化させたインゴットを作製した。その後，各々のインゴットから鍛造上りの板厚の比率である加工率を７０％以上になる迄，熱間溝ロール圧延加工を行い，直径（Ｄ）２２ｍｍ×長さ（Ｌ）１１０ｍｍの丸棒材料を作製した。
【００２１】
この丸棒材料を機械加工により，Ｄ２０×Ｌ１００ｍｍに仕上げ，これをＡｌダイキャスト機の金型中子として用い，鋳型キャビティに組込んだ状態で，中子材の鋳肌面粗さが許容値を外れた時点をもって，使用寿命とした。これらの結果を下記表１に示した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
上記表１の結果から，Ｃａをドープする事により，しかもＷ−Ｍｏ合金にする事によって，ダイキャスト金型用材料の長寿命化が図れる事が判明した。実験として５０，０００回を越えるものは，テストが大変なので長寿命であり５０，０００回でストップした。なお１５，０００回未満のものは短寿命とした。
【００２４】
比較の為に，上記表１のＷ／Ｍｏ＝５０％／４１％に４．００％Ｃａをドープした材料に，金属元素Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの単独又は複合の合量で５．０％入れて焼結したサーメット合金も，第１の実施の形態と同様の寸法で評価した。その結果，比較材料は，ショット数が５００回と，非常に短かい寿命であった。これは明らかにＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ等の金属元素を入れることによりしかも焼結したままのサーメット合金にする事により，Ａｌの溶液（湯）に，耐えられない事が分った。
【００２５】
ちなみに上記表１のＷ／Ｍｏ合金のＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ合量は０．０５％（５００ｐｐｍ）以下のトレース程度の残量であった。
【００２６】
又，上記表１のＣａが４．０％を越えるものは割れが発生し圧延加工が不能であった。
【００２７】
次に，本発明の実施の形態によるダイキャスト金型用材料の寿命の加工率への依存性について調査した。具体的には，上記実施の形態と同様に作製した組成５０％ＷでＣａが４％で残部がＭｏの材料を用いて，加工率による寿命テストを行った。その結果を下記表２に示す。
【００２８】
【表２】
【００２９】
上記表２から明らかなように，加工率７０％未満のものは密度が低く，空孔を有している為，そのテスト結果からダイキャスト金型材としては不適である事が分った。さらに，上記表２から，加工率が７０％未満のものは，寿命が短くなる事が分った。この理由は，７０％以上の加工率で理論密度になる事に基因しているものと考えている。
【００３０】
以上説明したように，本発明の実施の形態において，Ｗ／Ｍｏ合金（Ｆｅ系金属元素が少ない高純度のもの）にＣａをドープしたものであって，Ｃａが０．０５〜４．０ｗｔ％で，しかもＷ／Ｍｏ合金でＷの組成（ｗｔ％）が５〜９５％で残部としてＭｏを有する材料で，しかもインゴットより断面減少率で７０％以上の加工率を有するＡｌダイキャスト金型用材料が，耐蝕性に対して優れている事が判明した。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，Ａｌ又はＡｌ基合金からなるＡｌ含有金属に対して，耐腐食性を備えた寿命の長いサーメット合金からなるダイキャスト金型用材料を提供することができる。
【００３２】
また，本発明によれば，粉末冶金法のプロセスで，充分製造可能であり工業化が容易であるダイキャスト金型用材料を提供することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は，アルミニウム（Ａｌ）又はＡｌ基合金からなるＡｌ含有金属のためのダイキャスト機に於ける金型や，その他の直接溶湯に接触する，スリーブ，シリンダープランジャー，押出しピン，さらに中子等の部材の材料（以下，これ等を総称してダイキャスト金型用材料と呼ぶ）に関し，詳しくは，ダイキャスト金型用材料の製造に用いるのに適した粉末冶金法によって鍛造等の塑性加工されたＷ−Ｍｏ合金材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム（Ａｌ）ダイキャスト金型については，サーメット材料として，Ｗ＋Ｍｏを合金添加金属とする数多くの提案がなされているように，際立って良い材料が見い出されていないのが現状である。この理由は，溶融Ａｌ自身が非常に腐蝕性を有する金属であるからである。
【０００３】
一方，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ系をベースとしたサーメット合金では，その耐蝕性を満足出来ていないのが現状である。
【０００４】
従来，鉄鋼用溶湯材料のダイキャストの鋳型物の材料にサーメット合金を用いたもの代表例として，特公昭６１−４９３７８号公報（以下，文献１と呼ぶ）に開示されたものがある。
【０００５】
具体的に，文献１の請求項１には，（イ）ＴｉとＷの複合炭化・窒化物固溶体が１〜１０％，（ロ）分散相形成成分として，Ｍｇ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｙ，Ｈｆの酸化物のうち１〜２種以上で，０．０５〜２％の（イ）及び（ロ）を含有し残りがＷであるダイキャスト金型部材用サーメットが開示されている。
【０００６】
また，文献１の請求項２には，（ハ）ＴｉとＷの複合炭窒化物固溶体：１〜１０％と，（ニ）分散相形成成分として，Ｍｇ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｙ，Ｈｆの酸化物のうち１〜２種以上：０．０５〜２％，更に（ホ）結合形成成分としてＭｏ：１〜１０％で，（ハ），（ニ），及び（ホ）を含有した残りがＷのサーメットが開示されている。
【０００７】
また，文献１の請求項３には，（ヘ）ＴｉとＷの複合炭窒化物固溶体：１〜１０％で，（ト）Ｍｇ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｙ，Ｈｆの酸化物のうち１〜２種以上：０．０５〜２％，更に（チ）結合成分としてＣｒ：１〜１０％を含有し，（ヘ），（ト），及び（チ）の残りがＷのサーメット合金が開示されている。
【０００８】
また，文献２の請求項４には，ＴｉとＷの（リ）複炭窒化物固溶体：１〜１０％，（ヌ）Ｍｇ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｙ，Ｈｆの酸化物のうちの１〜２種以上：０．０５〜２％と，（ヲ）Ｍｏ：１〜１０％，Ｃｒ：１〜１０％で残りがＷのサーメット合金が開示されている。
【０００９】
さらに，文献１には，前記各合金は，耐摩耗性，耐塑性変形性，耐酸化性，耐熱衝撃性，及び耐蝕性を具備すると述べられている。しかし，文献１には，Ａｌ及びその合金に適用することに関しては，全く述べられていない。
【００１０】
また，一般に，Ａｌの溶湯のダイキャスト金型用材料は，耐摩耗性，耐蝕性，及び耐熱衝撃性が要求されている（以下，ダイキャスト金型用材料要求特性と呼ぶ）。一般に，ダイキャスト法は高い生産性で，寸法精度の高い，鋳物を製造する事が出来る事から，Ａｌ，Ｃｕ及びこれらの合金の鋳物の製造に用いられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，本発明者らの検証の結果，前述したＴｉ，Ｗ等の複炭窒化物を使ったサーメット材は，Ａｌ及びその合金の溶湯の腐蝕については，残念ながら，短寿命となってしまうことが分った。特に，この原因はＴｉ，Ｗ等の複炭窒化物の耐蝕性は良いがＣｒ等のサーメット合金を作る為の液相焼結体（文献１では，結合相形成分と呼んでいる金属）がＺｎ及びＡｌには，短寿命である事が分った。
【００１２】
よって，文献１の金型では，Ｃｕの耐蝕性はあまり問題とならないがＡｌ及びその合金の溶湯は激しい腐蝕性を有しており，現在は，Ａｌ及びその合金のダイキャスト金型用材料については，なかなか適当な材料が見い出されていない。
【００１３】
そこで，本発明の技術的課題は，Ａｌ又はＡｌ基合金等のＡｌ含有金属に対して，耐腐食性を備えた寿命の長いサーメット合金からなるダイキャスト金型用材料を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は，前記課題を解決するために，種々テストを繰り返した結果，どのようなｗｔ％でも固溶体合金を作るＷ−Ｍｏ合金に，Ｃａの酸化物（ＣａＯ）をドープし，鍛造したものが，Ａｌの溶湯を鋳込んだダイキャスト金型用材料として，非常に長寿命になることを見出だし，本発明を為すに至ったものである。
【００１５】
即ち、本発明によれば、Ａｌ又はＡｌ基合金からなるアルミニウム含有金属ダイキャストを製造するための金型用材料において、０．０５〜４．０ｗｔ％のＣａと５〜９５ｗｔ％のＷと残部がＭｏとからなる組成のＷ−Ｍｏ合金で、前記Ｗ−Ｍｏ合金中の前記ＣａはＣａＯとしてドープされており、且つ密度が理論密度比９９．５％以上であることを特徴とするダイキャスト金型用材料が得られる。
【００１６】
また，本発明によれば，前記ダイキャスト金型用材料において、不純物として，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂのうちの少なくとも一種を０．０５ｗｔ％以下含有することを特徴とするダイキャスト金型用材料が得られる。
【００１７】
また，本発明によれば，前記ダイキャスト金型用材料において，インゴットから少なくとも７０％の加工率で圧延及び鍛造のうちの少なくとも一方の塑性加工が施されていることを特徴とするダイキャスト金型用材料が得られる。
【００１８】
ここで，本発明において，ダイキャスト金型用材料とは，ダイキャスト機に於ける金型や，その他の直接溶湯に接触する，スリーブ，シリンダープランジャー，押出しピン，さらに中子等の部材の材料を呼ぶ。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
まず，Ｗのブルーオキサイドと呼ばれているＷＯ2.8-2.9 の酸化物粉末とＭｏのブラウンオキサイドと呼ばれているＭｏＯ2 の酸化物粉末を用意して，塩化カルシウム水溶液を用意し，粉末冶金法によるドープ釜にドープ液を入れ，撹拌，混合，乾燥を行う『ドーピング』を行う。なお，この時，Ｗ−Ｍｏの組成（ｗｔ％）を０〜１００％の範囲内に調節したオキサイドを用意する。その各々のオキサイドにＣａ量を変化させてドープする。このドープドオキサイドを所定のボートに入れ，水素を流した還元炉にそのボートを挿入して，ドープドＣａ（実際はＣａＯの粒子）のＷ−Ｍｏ合金粉約３〜５μｍを作る。次に，この粉末を用いラバーに充填し，水圧プレスにて丸棒圧粉体を作り水素雰囲気中の間接焼炉内で約１８００°×２０時間焼結し，インゴットを作った。このＷ−ＭｏインゴットのＷの組成は，Ｗが０〜１００％の範囲内で，各々のＷ／Ｍｏ比率に対して残留するＣａ（ＣａＯの形態である）の量を０〜４％（ｗｔ％）迄変化させたインゴットを作製した。その後，各々のインゴットから鍛造上りの板厚の比率である加工率を７０％以上になる迄，熱間溝ロール圧延加工を行い，直径（Ｄ）２２ｍｍ×長さ（Ｌ）１１０ｍｍの丸棒材料を作製した。
【００２１】
この丸棒材料を機械加工により，Ｄ２０×Ｌ１００ｍｍに仕上げ，これをＡｌダイキャスト機の金型中子として用い，鋳型キャビティに組込んだ状態で，中子材の鋳肌面粗さが許容値を外れた時点をもって，使用寿命とした。これらの結果を下記表１に示した。
【００２２】
【表１】
上記表１の結果から，Ｃａをドープする事により，しかもＷ−Ｍｏ合金にする事によって，ダイキャスト金型用材料の長寿命化が図れる事が判明した。実験として５０，０００回を越えるものは，テストが大変なので長寿命であり５０，０００回でストップした。なお１５，０００回未満のものは短寿命とした。
【００２４】
比較の為に，上記表１のＷ／Ｍｏ＝５０％／４１％に４．００％Ｃａをドープした材料に，金属元素Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの単独又は複合の合量で５．０％入れて焼結したサーメット合金も，第１の実施の形態と同様の寸法で評価した。その結果，比較材料は，ショット数が５００回と，非常に短かい寿命であった。これは明らかにＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ等の金属元素を入れることによりしかも焼結したままのサーメット合金にする事により，Ａｌの溶液（湯）に，耐えられない事が分った。
【００２５】
ちなみに上記表１のＷ／Ｍｏ合金のＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ合量は０．０５％（５００ｐｐｍ）以下のトレース程度の残量であった。
【００２６】
又，上記表１のＣａが４．０％を越えるものは割れが発生し圧延加工が不能であった。
【００２７】
次に，本発明の実施の形態によるダイキャスト金型用材料の寿命の加工率への依存性について調査した。具体的には，上記実施の形態と同様に作製した組成５０％ＷでＣａが４％で残部がＭｏの材料を用いて，加工率による寿命テストを行った。その結果を下記表２に示す。
【００２８】
【表２】
上記表２から明らかなように，加工率７０％未満のものは密度が低く，空孔を有している為，そのテスト結果からダイキャスト金型材としては不適である事が分った。さらに，上記表２から，加工率が７０％未満のものは，寿命が短くなる事が分った。この理由は，７０％以上の加工率で理論密度になる事に基因しているものと考えている。
【００３０】
以上説明したように，本発明の実施の形態において，Ｗ／Ｍｏ合金（Ｆｅ系金属元素が少ない高純度のもの）にＣａをドープしたものであって，Ｃａが０．０５〜４．０ｗｔ％で，しかもＷ／Ｍｏ合金でＷの組成（ｗｔ％）が５〜９５％で残部としてＭｏを有する材料で，しかもインゴットより断面減少率で７０％以上の加工率を有するＡｌダイキャスト金型用材料が，耐蝕性に対して優れている事が判明した。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，Ａｌ又はＡｌ基合金からなるＡｌ含有金属に対して，耐腐食性を備えた寿命の長いサーメット合金からなるダイキャスト金型用材料を提供することができる。
【００３２】
また，本発明によれば，粉末冶金法のプロセスで，充分製造可能であり工業化が容易であるダイキャスト金型用材料を提供することができる。
Claims (3)
- Ａｌ又はＡｌ基合金からなるアルミニウム含有金属ダイキャストを製造するための金型用材料において、０．０５〜４．０ｗｔ％のＣａと５〜９５ｗｔ％のＷと残部がＭｏとからなる組成のＷ−Ｍｏ合金で、前記Ｗ−Ｍｏ合金中の前記ＣａはＣａＯとしてドープされており、且つ密度が理論密度比９９．５％以上であることを特徴とするダイキャスト金型用材料。
- 請求項１に記載のダイキャスト金型用材料において、不純物として、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂのうちの少なくとも一種を０．０５ｗｔ％以下含有することを特徴とするダイキャスト金型用材料。
- 請求項１に記載のダイキャスト金型用材料において、インゴットから少なくとも７０％の加工率で圧延及び鍛造のうちの少なくとも一方の塑性加工が施されていることを特徴とするダイキャスト金型用材料。
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| JP25321397A JP4057108B2 (ja) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | ダイキャスト金型用材料 |
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| JP25321397A JP4057108B2 (ja) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | ダイキャスト金型用材料 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH1192850A JPH1192850A (ja) | 1999-04-06 |
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1997
- 1997-09-18 JP JP25321397A patent/JP4057108B2/ja not_active Expired - Fee Related
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