JPH01142045A - 低時効性亜鉛基合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主としてプラスチックの成形に用いられる金
型として使用可能な低時効性亜鉛基合金に関する。

（従来の技術） 近年、ＯＡ機器等の各種機器のハウジング、部品等がプ
ラスチック化されるとともに、機器の性能を向上させる
べくモデルチェンジが頻繁に行われている。

それに伴って、プラスチック製品の成形サイクルの短縮
がみられ、多品種少量生産が実施されている。

このことから、プラスチックの成形用金型には、従来の
材料に代わって、鋳造・加工が容易な新しい材料が求め
られている。

従来、プラスチックの成形用金型、特に射出成形用金型
には、鋳鉄、鋳鋼等の金属が用いられてきたが、これら
の金属は、機械的強度に優れるものの、鋳造・加工が困
難であり、鋳造温度が高いため、鋳造に大規模な設備を
必要とする。

又、鋳造は砂型でなされるため、鋳造品の表面が粗くな
り、そのために、表面研磨に多大の工数を必要とする。

しかも、精密な金型を製作するためには、切削、放電加
工等の機械加工に多大の時間を必要とする。

そこで、鋳鉄、鋳鋼に代わって、銅合金が使用されてい
るが、銅合金は鋳造温度が高いため、鋳造には酸化防止
等の設備や処理を要し、又、その鋳造温度が１０００℃
を越えるため、鋳型には石膏が使用できず、セラミック
モールドが用いられる。

セラミックモールドは高価であるうえに、鋳型の製作が
困難である。

しかも銅合金は、鋳鉄や鋳鋼と同様に長時間の放電加工
を必要とする。

このような欠点を解決するために、鋳造温度が低（、鋳
造・加工が容易なプラスチック成形用金型材料として、
亜鉛合金が提案されている。

この亜鉛合金は、ダイキャスト用亜鉛合金（ＺＤＣ−１
）をベースとしており、亜鉛のほかにアルミニウム、銅
、マグネシウム等を含有している。

例えば、特公昭５１−５３４２号公報には、アルミニウ
ム、銅、マグネシウム、ベリリウム、チタニウム、銀及
び残部亜鉛からなる耐摩耗性亜鉛合金が開示されている
。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、これらの亜鉛合金は機械的強度が不充分である
うえに、粒界腐食を阻止する目的で添加したマグネシウ
ムがアルミニウムの影響による寸法変化を遅らせる作用
を有するため、金型の製作中に大きな寸法変化が生じる
こともあり、プラスチックの成形用金型とした場合、表
面にクラックの発生するおそれがある。

又、この金型を用いて成形作業を重ねるにつれて、金型
の精度が低下し、成形品にいわゆるばりが発生する恐れ
があり、そのために試作用金型程度にしか用いることが
できない。

そこで、更に、合金の強度をあげるためには、アルミニ
ウム、もしくは銅の含有量を増大させることが考えられ
る。

特に、アルミニウムの添加は強度の増加に著しい効果が
ある。

しかしながら、これらの元素の添加量が増えると、時効
による寸法変化が太き（なる。

従って、精密金型のみならず、形状の複雑な金型には向
かないのが実状である。

特に、銅に起因する寸法変形は、場合によっては、約１
％にも達し、機械的強度にも影響するうえ、相変態温度
が高いため、溶体化処理等の方法が取りにくい等の欠点
がある。

本発明は、上記従来の問題点を解決するものであり、そ
の目的とするところは機械的強度に優れ、且つ、時効に
よる寸法・物性変化が小さく、鋳造・加工が容易で、し
かも短時間で製作可能な金型用合金を提供することにあ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明はアルミニウム、銅を含有する従来の亜鉛基合金
のアルミニウム及び銅の量を厳しく制御すると共に、チ
タニウムとランタニド系列の元素を゛添加することによ
り、機械的強度なニびに機械加工性を向上させるほか、
銅の析出による体積膨張を抑え、時効の影響（寸法変化
、強度低下）を最小限に抑えることができる。

本発明の亜鉛基合金は、アルミニウム８〜１８重量％、
銅６〜１５重量％、チタニウム０．０５〜３重量％、ラ
ンタニド系列あ元素の少なくとも一種を０．０５〜１重
量％、マグネシウム０．０１〜０゜２５％を含有し、残
部が亜鉛と不可避的不純物よりなることにより、上記目
的が達成される。

尚、ここで不可避的不純物とは、通常グイキャスト用亜
鉛合金として使用される最純亜鉛地金を原料としても、
なお精錬の過程で混入を避けがたい元素、並びに鋳造等
の過程で、外部から混入の可能性のあるすべての元素を
指し、具体的にはＪＩＳ−Ｈ５３０１一種で規定される
ように、重量％でＰ　ｂ　０．００７以下、Ｆ　ｅ　Ｏ
，１０以下、Ｃｄ　０゜００５以下、ＳｎＯ，００５以
下、及び特許請求の範囲に記載されていないすべての金
属、半金属元素の総和０．０５％までを指す。

本発明において、チタニウムは銅と安定な化合物を生成
して結晶粒界に析出し、本合金の結晶粒径を微細化させ
、機械的強度や硬度を増大させるほか、銅の析出による
体積膨張を抑えることにより、時効（寸法変化、強度低
下）を最小限に抑えることができるが、添加量が多くな
るとハードスポットが出現し、もろ（なるので、０．０
５〜３重量％添加される。

又、ランタニド系列の元素の効果は、アルミニウム及び
銅と安定な化合物を作り、結晶粒界に析出するため、銅
の含有量を１５％まで増やしても、時効による寸法変化
が殆どみられない上に、新しい元素を添加したことによ
る強度低下が殆どない合金が得られることにあるが、添
加量が多くなると、もろくなるので、０．０５〜１重量
％添加される。

ランタニド系列の元素の添加には、ミツシュメタル（セ
リウム、ランタンを主成分とするランタニド系列の混合
物）を使用するのが最も安価であり、実用価値がある。

アルミニウム及び銅の添加量は、その添加効果を十分に
発揮させるために、それぞれ８〜１８重量％、６〜１５
重量％に限定されるのであって、過少の場合は機械的強
度や硬度が不足し、過多になると硬度は増大するものの
、脆さが発現し、本発明の時効低減が困難になる。

マグネシウムの添加は粒間腐食の抑制に必須であり、そ
の添加量は、０．０１〜０．２５重量％である。

過少の場合は効果がなく、過多の場合は合金の脆性が増
し、強度低下を生じる。゛ （実施例） 以下に本発明の実施例について述べる。

実施例１〜９、比較例１〜７゜ 表１にて示した所定量のアルミニウム、銅、チタニウム
、ミツシュメタル（表においてＭｍと示す）、マグネシ
ウム及び亜鉛を均一に溶解させた後、ＪＩＳ−Ｈ５３０
１参考図Ａに示される引張試験片（１）及び参考図Ｂに
示される硬さ試験片（２）を作成した。

この試験片（１）の鋳造直後（鋳造後３０時間以内）の
引張強度（ｋｇ　／　ａｆ　）はＪＩＳ−Ｚ２２４１に
従って測定した。

更に、試験片（２）のプリンネル硬度（ＨＢ）をＪＩＳ
−Ｚ２２４３に従って測定するとともに、９５℃で７２
０時間時効後における伸びを測定し、得られた結果を表
２に示した。

（以下余白） 表１ （単位：重量％） 表２ 以上の結果より、チタンの添加効果は０．０５〜３重量
％の範囲で明確に認められる。

又、チタン添加量が過少になると効果は認められず、過
大になると硬度は増加するが、脆性が増し、強度はばら
つきが大きくなる。

（発明の効果） 本発明の低時効性亜鉛基合金は、上記の如き構成となさ
れているので、機械的強度、表面硬度に優れるとともに
、時効による寸法変化が著しく小さい。

従って、本合金をプラスチックの成形用金型として使用
した場合、加工が容易なので製作コストが安く、多品種
少量生産に好適であるばかりでなく、表面にクランクの
発生するおそれがなく、又、成形作業を重ねても、金型
精度の低下がないプラスチック成形用金型を提供するこ
とができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、重量百分率で、アルミニウム８〜１８％、銅６〜１
   ５％、チタニウム０．０５〜３％、マグネシウム０．０
   １〜０．２５％及びランタニド系列の元素の少なくとも
   一種を０．０５〜１％含有し、残部が亜鉛もしくは亜鉛
   と不可避的不純物よりなることを特徴とする低時効性亜
   鉛基合金。