JPH01168834A - 高強度ダイカスト用亜鉛基合金 - Google Patents

高強度ダイカスト用亜鉛基合金

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JPH01168834A
JPH01168834A JP32938787A JP32938787A JPH01168834A JP H01168834 A JPH01168834 A JP H01168834A JP 32938787 A JP32938787 A JP 32938787A JP 32938787 A JP32938787 A JP 32938787A JP H01168834 A JPH01168834 A JP H01168834A
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岡田 篤幸
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廣 後藤
Takeshi Oshiro
尾城 武司
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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、高強度ダイカスト用亜鉛基合金に関し、より
詳しくは、高い機械的強度と良好な溶湯流動性を有し、
ダイカスト合金として従来合金より一層の薄肉化による
軽量化が可能になるほか、鋳造温度が下がることによる
金型寿命、の延長が期待できる新合金に係わる。
〔従来の技術〕
現在、ダイカスト用亜鉛合金は2種類がJIS化されて
いる。このうち、我国では亜鉛合金ダイカスト2種(Z
DC2)が、圧倒的に多く使用されており、全使用量の
95%以上を占めていると思われる。このZDC2は、
重量百分率でA Q 3.9〜4.3%、 Mg 0.
03〜0.06%残部実質的にZnからなる合金で、す
でに約35年にわたる使用実績があり1機械部品、装飾
品1日用品に広く使用されている。このZDC2の特徴
としては、融点が低く、鉄を侵食しないため、ホットチ
ャンバーダイカストが可能である、型寿命が永い、適当
な機械的強度がある1機械加工がしやすい、メツキが容
易である等の利点が挙げられる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、近年、材質改善の進歩が著しいプラスチ
ック材料およびAlダイカスト品に押されて、Znダイ
カスト品の利用分野が狭くなりつつある。このためZn
ダイカスト品のマーケットを拡大できる高強度でしかも
薄肉化が可能な新ダイカスト用Zn合金の出現が待望さ
れており、いくつかの改良Zn合金が発表されている。
しかし、これらはいずれも高強度を優先させるために、
Zn合金の長所である低い鋳造温度と流動性がある程度
犠牲にされるという問題点を有している。
本発明の目的とするところは、ZDC2以下の低い鋳造
温度と優れた流動性を有しつつ、強度の大幅な向上を可
能にしたダイカスト用亜鉛合金を提供することにある。
なお、以下に示す百分率は重量による。
〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明者ら
は上記問題点を解決するために種々検討を重ねた結果、
Zn−6,8%A fi−4,0%Cuの近傍の合金が
凝固開始温度が約390℃とZDC2とほぼ同じながら
、流動性ではZDC2を大幅に上回っていることを知見
した。この良好な流動性はダイカスト時の湯温を下げ、
型の寿命を延ばすことを可能にするほか、ダイカスト品
を一層薄肉化できることを意味する。また。
同系合金のダイカスト品の機械的強度はZDC2に比較
し大きく上昇し、室温における抗張力が40Kgf/a
m”以上とZn合金としては最高レベルに達することを
知見した。しかも、ZDC2に比較してAnおよびCu
を増量したことにより懸念される衝撃値の低下が実用上
問題にならない程度で留まったこと、さらに同系合金に
Ti、Coおよび/またはNiのいずれか1種または2
種以上を添加することにより衝撃値が上昇することを見
出した。
本発明はかかる知見に基ずくものであって。
その構成組成成分はAlを5.0〜9.0%、Cuを2
.0〜6.5%yMgを0.01〜0.20%、必要に
応じCoおよびNiの1種または2種を0.30%以下
および/またはTiを0.40%以下を含有し、残部が
不可避不純物を別にしてZnからなるものである。
次に1本発明における組成成分範囲の限定理由について
説明する。
Al酸成分、合金の強度向上して有効である。
またAnは溶湯の流動性を左右する因子であり、Zn−
An−Cu三元系については、初晶がβ相(Al固溶体
)の領域では、流動性が低下する傾向があるが、初晶が
α相(Zn固溶体)およびε相(Zn−Cu固溶体)の
領域では流動性を改善する。流動性が最も良くなる成分
は、Al6.8%、Cu4.0%であり、ZDC2より
良好なる範囲は、Al5.0〜9.0%である。すなわ
ち、Alが5.0%未満では、本発明合金の高強度と溶
湯の高い流動性との双方の特性を具備する利点が現われ
ず、Alが9.0%を越えると溶湯の流動性がZDC2
よりも低下する。
Cu成分は、合金中に一様に分布すると共に、ε相(Z
n−Cu固溶体)と三元包共晶相(Zn−An−Cu)
を作り、合金の強度を顕著に上昇させる作用をするほか
、溶湯の流動性に対しても大きな影響を持つ0例えば包
共晶組成(Af16.8%、 Cu4.0%)以上にC
u量が多くなると、と相が初晶となり、凝固開始温度が
高くなって、流動性が低下する。すなわち、Cuは、Z
DC2との対比上1表面的にはAlと似た効果を持ち、
包共晶組成以下のCu量では、β相(Al固溶体)が初
晶となるため、流動性が低下し、また包共晶組成よりも
多量に添加されても、流動性が低下する。このように、
Cu含有量は溶湯の流動性の比較において決定され、2
.0%未満で流動性が低下し、6.5%を越えると再び
溶湯の流動性が低下しZDC2以下となる。よってCu
の実用範囲は2.0〜6.5%とする。
Mg成分は、Alを含むZn合金に生じやすい粒間腐食
を防止する作用を有すると共に、同合金系で生じる時効
反応を遅くする効果を有する。
粒界腐食を防止する作用の下限はMg0.01%である
。一方、後の試験例でも示すように、Mgの添加量の増
加と共に、抗張力は、わずかに上昇するが0.2%を越
えると辞開しやすくなり衝撃値の低下を生じる。よって
Mgの実用範囲は、0.01〜0.2%とする。
CoとNi成分は、共に溶湯中でAlと共存し、化合物
を形成する。coはA Q @ Cozになり、Niは
Al3Niになるm CoとNiは、合金中の挙動が良
く似ており1合金に与える作用も良く似ており、等価の
作用を有する。CoとNiは抗張力および伸びを向上さ
せると共に、0.1%までの添加で溶湯の流動性を改善
する効果を有する。
しかしながら、後の試験例で示すように、C。
とNiの過剰添加は、衝撃値を低下させることになる0
以上の諸条件およびCoが高価であることを考え併せる
と、CoおよびNiの1種または2種を添加する場合の
添加量は、実用上0.3%以下であり、好ましくは0.
03〜0.20%とする。
Ti成分は、溶湯中でAl3Tiなる化合物を作り、こ
のAl、Tiは、結晶微細化作用を持つ。
本発明の合金系は、AlとCuとの組合せにより、初品
がα相(Zn固溶体)、β相(Al溶体)およびε相(
Zn−Cu固溶体)と3通りあるが、Al3Tiはいず
れの場合においても結晶微細化作用があり、抗張力と衝
撃値を向上させるが、反面多量に添加すると衝撃値と流
動性が低下する。Tiの作用は、CoとNiと作用と原
理的に異なるため、互いにマイナスの効果を生じること
がなく、両方添加することにより、Ti添加の欠点のひ
とつである流動性の低下をG。
とNiの添加で補うことができる。Tiの添加は実用上
0.40%以下であり、好ましくは、0.03〜0.1
0%とする。
本発明合金の衝撃値は2.2〜5.8Kgf−m/ci
とZDC2の衝撃値11.0〜14.OKgf−m/f
flより低いが、日本鉛亜鉛需要研究会発行の「鉛と亜
鉛」誌第126号(1985年7月号)によれば、ダイ
カストしたZA−27合金の衝撃値は1.3Kgf−m
/aJ(5ジユール)と低い、ZA−27合金のダイカ
スト品は、北米においてすでに数千トンの実績があるの
で、ZA−27合金のデータを基に安全を見込み、衝撃
値2.OKgf−m/a#以上を実用できる範囲とした
このような理由から、本発明にかかる合金は。
従来のZDC2のダイカスト温度よりも低い390℃以
上でダイカストでき、室温における抗張力はZDC2よ
りも50%以上も高い、最高値で47.8Kgf−m/
間2あり、衝撃値も問題なく、 2DC2よりも数段実
用性に優れた合金であるといえる。
以下に実施例を示す。
実施例 黒鉛ルツボにて、ベースとしての電気亜鉛(Zn)に所
要量のA Q 、 Cu、 Mgを添加し、必要ならば
CoとNiおよびTiを母合金のかたちで添加し、第1
表に示す組成の合金を作製した。試作した合金は、溶湯
の状態で流動性を測定し1機械的性質を調べる試験片は
、直接ホットチャンバーダイカストで作製した。できた
試験片は、長さ230mm、平行部直径6■鳳の引張試
験用と6.35mm角の衝撃試験用である。ダイカスト
の条件は、溶湯温度420℃、型温度150℃、型締力
250ton、ダイカスト機アキュムレーター圧力85
Kgf/adとした。
これらの試験片を用い、以下の試験を行った。
☆引張試験: インストロン引張試験機による 条件:iR点点間50mm面6Il1mφ、引張速度1
0G/min、室温 ☆衝撃値 シャルピー衝撃試験機による 条件:試験片断面6.35+++m角ノツチなし、室温
☆流動性試験 所定の成分の溶湯を十分攪拌し、420℃に保つ、この
溶湯の中に、外径6■φ、内径4mmφのガラス管の一
端を挿入し、かつ他端から240m+*Hgの負圧を加
える。この時、ガラス管内に流入して固化した金属の重
量を測定し。
流入量とする。流入量が多く1重量のある方が流動性が
良いと判定する。
得られた結果を第1表に示す。
(以下余白) 第1表に示した試験結果から以下のようなことがわかる
。すなわち、試料No、2〜6から明らかように八Ωの
添加量が増すにつれて、強度(抗張力)が増大する。し
かし、溶湯の流動性はAl6.8%を最高としてAlが
減少しても、増加しても上昇する。
また、試料N004とN007〜10から明らかなよう
に、Cuの増加−につれて、強度(抗張力)が増大する
。しかし溶湯の流動性は、Cu4.0%を最高として、
Cuが減少しても、増加しても上昇する。
そして、本発明実施例合金では、溶湯の流動性が、いず
れも試料N001のZDC2における14.2gより良
好であることがわかる。すなわち、ZDC2より溶湯の
流動性が良好であることはダイカスト製品を一層薄肉化
、軽量化することが可能になることを意味するものであ
る。
また、本発明実施例合金では、強度(抗張力)は33.
2〜47.8Kgf /mm”にあり、ZDC2試料(
No、 l )の29.8Kg f / mm”に比較
して大幅な向上が得られている。
試料No、4とNo、11. No12から明らかなよ
うに、Mgの添加量が増すにつれて、衝撃値の低下が大
きくなり、0.20%を越えると実用に適さなくなる。
この現象はMg量が急冷されたZn合金の辞開しやすさ
と密接な関係があるためと思われる。Mg量が0.2%
を越えると抗張力が低下する理由はここにある。
試料No、13〜15及びNo、23、No、24から
明らかなように、本発明合金系に関しては、CoとNi
の作用は非常に類似性が強い* Co + N xは、
0.1%近傍までは、流動性と強度(抗張力)が増加す
るが0.1%を添加すると、衝撃値の低下が目立ち、0
.3%以上では実用に耐えなくなる。
試料No、16〜18から明らかなように、Tiは0゜
40%を越えると、ZDC2より溶湯の流動性が低下す
る。しかしながら、ダイカストのような急冷されるZn
合金の場合、0.1%近傍までは、衝撃値を向上させる
効果がある。0.1%を越えると、衝撃値と流動性が低
下しはじめ、0.4%を越えると実用に耐えなくなる。
試料No、19〜22から明らかなように、Co+Ni
およびTiそれぞれ0.1%添加した試料がAl6.8
%、 Cu4.0%近傍の成分中で最高の強度(抗張力
)を示し、?#撃値も6.6Kg f −m/ tyA
と高い値を示している。このように、TiとG。
+Niは本発明合金系では、それぞれの長所を示すので
、互いの欠点を補うことが可能である。
以上、試験例には1代表的な合金を挙げて説明したが、
他の配合割合にて各成分を変化させて試験しても、同様
の結果が得られた。
〔発明の効果〕
本発明にかかる合金は、従来35年以上にわたってダイ
カスト合金として使用されてきた、ZDC2よりも、溶
湯の流動性に優れ、かつ大幅な機械的性質の向上という
本来相反する特性が改善されたものである。従って、本
発明合金は。
−層の薄肉化による軽量化が可能になり、ZDC2に代
り、亜鉛ダイカスト品の新しい用途を開拓し、拡大でき
る有用合金である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、Al:5.0〜9.0重量%、Cu:2.0〜6.
    5重量%およびMg:0.01〜0.20重量%を含有
    し、残部が不可避不純物を別にしてZnからなる高強度
    ダイカスト用亜鉛基合金。 2、Al:5.0〜9.0重量%、Cu:2.0〜6.
    5重量%、Mg:0.01〜0.20重量%、Coおよ
    びNiの1種または2種:0.30重量%以下を含有し
    、残部が不可避不純物を別にしてZnからなる高強度ダ
    イカスト用亜鉛基合金。 3、Al:5.0〜9.0重量%、Cu:2.0〜6.
    5重量%、Mg:0.01〜0.20重量%およびTi
    :0.40%以下を含有し、残部が不可避不純物を別に
    してZnからなる高強度ダイカスト用亜鉛基合金。 4、Al:5.0〜9.0重量%、Cu:2.0〜6.
    5重量%、Mg:0.01〜0.20重量%、Coおよ
    びNiの1種または2種:0.30重量%以下およびT
    i:0.40重量%以下を含有し、残部が不可避不純物
    を別にしてZnからなる高強度ダイカスト用亜鉛基合金
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