JPH01246335A - 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
型として好適に使用される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、加工が容易で、短期間に製作が
可能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、寸法精度、成形シジット数の面から、鋳鉄、鋳鋼
等の金属が用いられてきた。

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が必要となる。

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、納期、コストの面から多品種少量生産の要求に
合わなくなってきている。

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が、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
を必要とするため、多品種少量生産用金型の要求には合
わなくなってきている。

このような欠点を解決するために、鋳造温度が低く、鋳
造、機械加工が容易なプラスチ・ツク成形用金型材料と
して、亜鉛基台金が提案されている。

この亜鉛基合金の多くは、ダイキャスト用亜鉛合金（Ｚ
ＤＣ−１）をベースとしており、例えば、特公昭５１−
７９６３３号公報には、重量百分率で、アルミニウム８
〜１１％、！Ｍ　８〜１１％、ニッケル８〜１１％、マ
グネシウム０．０３〜０．０６％を含有し、残部が亜鉛
と不可避的不純物からなる高強度耐摩耗性亜鉛基合金が
開示されている。

しかしながら、上記亜鉛基合金は、機械的強度が不十分
であるため、表面にクランクや割れの発生する恐れがあ
り、この金型を用いてプラスチック製品の成形作業を重
ねるにつれて、製品にいわゆるばりが発生する恐れがあ
ったので、試作用金型程度にしか用いることができなか
った。

そこで、亜鉛基合金の強度を高めるために、アルミニウ
ムもしくは銅の含有量を増大することが考えられるが、
強度の向上には効果があるものの、時効による寸法変化
が大きくなり、精密金型や複雑な形状の金型には向かな
いのが実状である−特に、銅の関与した寸法変化は、場
合によっては約１％にも達し、機械的強度を低下させる
ばかりでなく、相変態温度が高いため、溶体化処理など
の方法が取り難い等の問題点があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記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である。

（課題を解決するための手段） 本発明の亜鉛基合金は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであり、重量百分率で、アルミニウム
８〜１８％、銅６−１５％、チタニウム０．０５〜３％
、マグネシウム０．０１〜０．２５％、ランタニド系列
の元素のうち少な（とも一種を０．０５〜１％、ベリリ
ウム０．００１〜０．１％を含有し、残部が亜鉛及び不
可避的不純物からなることにより、上記目的が達成され
る。

即ち、本発明はアルミニウム、銅、マグネシウム、ベリ
リウムを含有する亜鉛基合金に、更に微量のチタニウム
、ランタニド系列の元素を添加することにより、機械的
強度並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）
を最小限に抑えた金型用亜鉛基合金を提供することにあ
る。

本発明において、アルミニウム及び銅の添加効果を十分
に発揮させるには、添加量は、それぞれ、８〜１８重量
％、６〜１５重量％である。

過少の場合は機械的強度や表面硬度を十分に発揮させる
ことができず、過多の場合は硬度は向上するものの、脆
性が増すと共に、時効の影響を低減することができなく
なる。

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
出して、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、時効の影響（寸法変化、強度低下）を最
小限に抑えることができ、０．０５〜３重量％添加され
る。

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、脆性が増すと共に、強度のばらつきが大きくな
る。

マグネシウムは、結晶粒界に析出し、特に粒界腐食の防
止に効果を有することが知られており、その添加は粒間
腐食の抑制に必須であり、０．０１〜０．２５重量％添
加される。

過少の場合は効果がなく、過多の場合は合金の強度が低
下し、脆性が増す。

ランタニド系列の元素は、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、銅の添加量を
１５％まで増やしても、時効による寸法変化や強度低下
がみられない合金を堤供し、その添加量は０．０５〜３
重量％である。

過小の場合は効果がなく、過多の場合はハードスポット
を生じることにより、脆性が増す。

ランタニド系列の元素としては、セリウム、ランタンを
主成分とするランタニド系列元素の混合物であるミツシ
ュメタルを使用するのが、最も安価であり、実用的であ
る。

本発明においてベリリウムは、脆性の発現を抑制して、
合金の表面硬度を高める効果があり、０゜００１〜０．
１重量％添加される。

過小の場合は効果がなく、過多の場合は脆性が発現する
。

同様の効果は、銅の大量添加でも可能であるが、この場
合は延性が失われ、掻めて脆い合金となる。

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、重量百分率でＰ　ｂ　ＯｏＯＯ７以下、Ｆ　ｅ
　０．１０以下、Ｃｄ　Ｏ，ＯＯ５以下、Ｓｎ０．００
５以下を指す。

（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へ・７ 表１に示す所定量のアルミニウム（ＡＩ）、１（Ｃｕ）
、チタニウム（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）　、ラン
タニド系列元素のミツシュメタル（Ｍｍと記す）、ベリ
リウム（Ｂｅ）及び亜鉛（Ｚｒｌ）を、十分に溶解して
、均一な組成の合金となした後、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）の鋳造直後（鋳造後３０時間以内）に
おける引張強度（ｋｇ　／　ｄ　）をＪＩＳ−Ｚ２２４
１に従って測定した。

また、試験片（２）のプリネル硬度（ＨＢ）をＪＩＳ−
２２２４３に従って測定した後、試験片（２）を９５℃
で７２０時間時効処理を施し、伸び（％）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 表２ （発明の効果） 本発明の低時効性亜鉛基合金は、上述のように、チタニ
ウム、ランタニド系列元素の添加により、機械的強度、
硬度が優れるだけでなく、亜鉛基合金の問題点であった
時効による寸法変化を抑えることができる。また、ベリ
リウムの添加により、表面硬度を大幅に向上させること
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、表面にクラックを発生するおそれがなく、プ
ラスチックの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％、ランタニド系列の元素のうち少なくと
   も一種を０．０５〜１％、ベリリウム０．００１〜０．
   １％を含有し、残部が亜鉛及び不可避的不純物からなる
   ことを特徴とする低時効性亜鉛基合金。