JPH01147036A - 高強度亜鉛基合金 - 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高強度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
が計られ、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、機械的強度は優れるものの、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。

従って、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、鋳造温度カ低く、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製亜鉛合金が開示されている
。

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、強度低下が大きくなる。

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化は、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。

（発明が解決しようとする問題点） 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
よる寸法変化強度変化が小さく、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） 本発明は高濃度のアルミニウム、銅を含有する亜鉛基合
金に、ストロンチウムを添加することにより、時効によ
る強度低下、硬度低下、寸法変化を最小限に抑えること
を主旨とする。

本発明の高強度亜鉛基合金は、アルミニウム７〜１８重
量％、銅８〜１５重量％、ストロンチウム０．０５〜０
．２重量％を含有し、残部が亜鉛又は亜鉛と不可避的不
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、通常ダイキャスト用亜
鉛基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Ｐｂ０．００７以下、Ｆ　ｅ　０．
１０以下、Ｃｄ０、００５以下、Ｓ　ｎ　Ｏ，ＯＯ５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。

本発明の亜鉛基合金において、亜鉛は各含有元素と合金
結晶を形成し、これが微小な結晶体として析出している
が、アルミニウム、銅が成分中にかなり多いため、経時
的にあるいは熱の影響により、ゆっくりと結晶成長が起
こり、時効（寸法変化、強度低下）といわれる変化を起
こす。

この際、結晶の界面（結晶粒界）に析出した金属があれ
ば、結晶の成長は抑制される。

ストロンチウムは一般に金属中、特に本発明のように、
アルミニウム、銅を大量に含有する合金中では、金属の
結晶粒界に集中して、亜鉛基合金の結晶成長を抑制し、
ミクロクリスタリン状態に保つために、合金の機械的強
度を向上させるとともに、時効による強度低下、寸法変
化を防止することができる。

ストロンチウムの添加量は、０．０５〜０．２重量％に
限定されるが、過少の場合は効果がなく、過多の場合は
硬度は増大するものの、脆性が発現し、機械的強度が低
下する。

また、ストロンチウムの添加効果を安定して発揮させる
には、合金からガスを十分に除去した後で、添加する方
がよい。

アルミニウム及び銅の添加量は、それぞれ７〜１８重量
％、７〜１８重量％である。

過少の場合は機械的強度や硬度が不足し、過大になると
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。

（実施例） 以下に本発明の実施例について述べる。

実施例１〜６、比較例１〜６゜ 所定量の亜鉛、アルミニウム、銅を十分に溶解して、均
一な組成の合金となし、塩素を含む脱ガス剤（ヘキサク
ロロエタン）を添加して、溶湯中の溶存ガスを十分に除
去した後、溶湯から分離した酸化物やのろを除去した。

次に、上記合金に所定量のアルミニウムーストロンチウ
ム合金を添加し、均一に溶解して、最終的に表１に示す
組成を有する合金を作製した。

この合金からＪＩＳ−Ｈ５３０１参考図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）の時効前（鋳造後３０時間以内）の引
張強度（ｋｇ　／　ｍ／　）をＪＩＳ−２２２４１に従
って測定した。

更に、試験片（２）のプリンネル硬度（ＨＢ）をＪＩＩ
Ｚ２２４３に従って測定するとともに、その長さを測定
した。

上記試験片（１）及び（２）を２００″Ｃで４８時間熱
処理して、時効を完了させた後、同様な方法で引張強度
、硬度、長さを測定した。

以上の測定結果を表２に示した。

（以下余白） 表　　１ （単位二重量％） （以下余白） 表２ （以下余白） 以上の結果より、前記特定の組成を有するＺｎ−Ａ　１
−Ｃｕ系亜鉛基合金に、ストロンチウムの添加により、
時効による引張強度並びに表面硬度の変化、寸法変化が
改善される。

また、ストロンチウムの添加により、時効前の引張強度
が向上する。

（発明の効果） 本発明の高強度亜鉛基合金は、上記の如き構成となされ
ているので、従来の亜鉛基合金（Ｚｎ−ＡＩ−Ｃｕ−Ｍ
ｇ）より、機械的強度が高くなるとともに、鋳造性、加
工性を損なうことな（、時効による引張強度並びに表面
硬度の低下、寸法変化を防止することができる。

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、表面にクラックの発生するおそれがなく、又
、成形作業を重ねても、金型の精度が低下しないので、
プラスチック成形用金型の材料として非常に有用である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、重量百分率で、アルミニウム７〜１８％、銅８〜１
   ５％、ストロンチウム０．０５〜０．２％、残部が亜鉛
   又は亜鉛と不可避的不純物よりなるることを特徴とする
   高強度亜鉛基合金。