JPH0238653B2

JPH0238653B2 - Purasuchitsukukanagatayodogokinoyobisonoseizohoho

Info

Publication number: JPH0238653B2
Application number: JP1649186A
Authority: JP
Inventors: Kyoshi Morya; Shinsuke Haneda
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-01-27
Filing date: 1986-01-27
Publication date: 1990-08-31
Anticipated expiration: 2006-01-27
Also published as: JPS62174341A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、熱伝導度が大きくかつ鏡面性に優れ
ると共に高強度を有するプラスチツク金型用銅合
金と、その製造方法に関する。（従来の技術）プラスチツク成形の分野において、成形サイク
ルの時間短縮を目的として熱伝導度の大きい金型
材料が要求されているが、従来のFe系材料では
限界がある。一方熱伝導度の大きいプラスチツク金型材とし
て、「特開昭59−133357」に示されるようなCu−
Ni−Si系合金がある。これはNi及びSiと残部Cu
からなる合金を固溶体化処理し、更に時効処理を
施し、H_RC3〜36の硬さを有するようにしたこと
を特徴としたものである。しかし、このプラスチ
ツク金型材は熱間加工が困難であり、鋳造状態で
の使用を余儀なくされている。（発明が解決しようとする問題点）前記Cu−Ni−Si系のプラスチツク金型材は既
に触れたように熱間加工が困難なため鋳造状態で
使用されねばならず、そのため結晶粒度が大きく
かつそのばらつきも大なるまゝであるからプラス
チツク金型として要求される鏡面性が得難いとい
う問題を有している。また鋳造状態での使用はとりもなおさず結晶粒
の微細化のなされていないまゝの使用であるから
結晶粒界は補強されておらず、高い硬さは得られ
るものゝ強度が十分でなかつた。そのため金型に
へたり及びクラツクが発生し実用化が困難であつ
た。本発明は、従来のものがもつ上記の問題点を解
決し、高熱伝導度を有すると共に鏡面性及び強度
の優れたプラスチツク金型用銅合金及びその製造
方法を提供することを目的とする。（問題点を解決するための手段）高熱伝導度を有し、かつ鏡面性及び強度の優れ
たプラスチツク金型用銅合金を提供するために、
その組成を重量百分率で、Ni2.0〜5.0％、Si0.5〜
2.0％、Co0.5〜2.0％、Zr0.01〜0.5％、Cr0.1〜0.5
％、Al0.5〜1.5％を含有し、残部実質的にCuから
なるようにしたのであり、材質を調整して優れた
プラスチツク金型用材として製造するために、上
記組成で溶製された銅合金を750℃〜950℃で加工
率60％以上の熱間加工を施して後、800℃〜950℃
に保持して固溶体化処理を行い、同処理後1.0
℃／sec以上の冷却速度で冷却し、450℃〜550℃
で時効処理を施すようにしたのである。（実施例）先ず成分の限定理由を詳述する。 Ni：2.0〜5.0％（重量百分率、以下同じ） NiはSiと析出物を形成する。すなわちNi₂Siと
なり強度向上のため重要である。従つてNiとSi
の重量比率は理論量とする必要がある。たゞし
2.0％未満のNi量では、理論量のSiが存在したと
しても強度が十分に得られず、また５％を越える
Ni量では熱伝導度が低くなり過ぎる。第１図はNi量と熱伝導度の関係を示したもの
である。但し供試合金は、Cr、Zr、Al、Coの含
有量を本発明の限定範囲で一定とし、Ni及びSi
はNi／Si＝4.0なる関係で含有し、残部実質的に
CuからなるCu合金であり、Ni及びSiを前記関係
を保持して種々加えた各素材に加工率80％の熱間
加工を施して後、900℃で固溶体化処理を行い、
2.5℃／secの冷却速度で冷却し、500℃で時効処
理をしたものについて熱伝導度を測定した結果を
グラフとしたものであり、縦軸に熱伝導度、横軸
にNi％を示している。以上の第１図から明らかなようにNiが５％を
越えると熱伝導度は0.20cal／sec.cm以下となり、
低くなり過ぎるものである。 Si：0.5〜2.0％ SiはNi及びCoと析出物を形成し強度向上に重
要である。但しSiが0.5％未満の場合は析出強化
が十分でなく、2.0％を越えて含まれる場合は熱
伝導度が低下し、十分な熱伝導度が得られない。すなわちこのSiや前記のNiがα相中に固溶さ
れたまゝのときは熱伝導度が著しく低下するもの
で、従つてSi量、Ni量を析出物形成の理論量と
するのであり、前記Niの2.0〜5.0％に対してSiは
0.5〜2.0％である。但し実際的には、添加のNiをNi珪化物として
十分析出させるためにはSi量を理論量よりやゝ過
剰とし、後述するCr及びCoにより過剰Siを珪化
物として安定化させる方法が有効かつ望ましい方
法である。 Co：0.5〜2.0％ CoはSiと析出物を形成し析出強化の役割を果
すと共に、鋳造組織の微細化に重要である。これ
は初晶として晶出するα相の微細化に効果が認め
られるのであり、この効果は0.5％以上で顕著と
なり、1.5％を越えるとNiと同様熱伝導度の低下
を招来し、必要とする熱伝導度が得られないので
ある。 Al：0.5〜1.5％ Alは高温における表面酸化を防止するために
必要であり、高温における鏡面性の維持に重要で
ある。またα相を強化するための元素でもある。但しAlの0.5％以下は上記効果は認められず、
1.5％を越えて含まれる場合は熱伝導度が低下し
必要とする熱伝導度は得られない。第２図はAl量と熱伝導度の関係を示したグラ
フであり、供試合金は、4.0％Ni、1.2％Si、0.8％
Co、0.3％Cr、0.5％Zrを含むと共にAl量を種々
変えて添加し、残部実質的にCuの各素材を、加
工率80％の熱間加工を施して後900℃に保持して
固溶体化処理を行い、2.5℃／secの冷却速度で冷
却し500℃で時効処理したものであり、これら各
試料について熱伝導度を測定した結果をグラフと
しているのである。縦軸に熱伝導度、横軸にAl
％をとつた。同図によればAl量が1.5％を越えると熱伝導度
は0.20cal／sec・cm以下となり十分な熱伝導度が
得られないことが判る。 Cr：0.1〜0.5％、Zr：0.01〜0.5％ Cr及びZrは高温における絞り及び伸びを改善
するために添加され、熱間加工を可能とするため
に必要な元素である。その効果はCr0.1％、Zr0.01％から認められ、
Cr及びZrがそれぞれ0.5％を越えて含まれても前
記効果の伸びは顕著でなくなり、むしろ熱伝導度
低下の要因となる。またCr、Zrはそれぞれ単独では十分な効果が
認められないのである。次に、上述の成分を有して残部実質的にCuか
らなる合金の最適な材質調整処理方法について詳
述する。 (a) 熱間加工熱間加工は結晶粒の微細化に必要である。若
し該加工が十分でない場合は鋳造組織がその
まゝもちきたされて粗大な結晶粒を多く残しば
らつきの大きい組織となる。従つて、微細化を十分にするためには加工率
60％以上の熱間加工が必要で、これによつて結
晶粒界の補強もなされるのであり、また同時に
鏡面状態の得やすくなるのである。第３図は熱間加工率と結晶粒度（平均粒度）
の関係を示したグラフで、縦軸に粒度（JIS
H0501）、横軸に熱間加工率をとつている。供試合金は、2.8％Ni、0.9％Si、0.8％Co、
0.8％Al、0.2％Cr、0.5％Zrを含み残部実質的
にCuよりなる合金で、同合金のインゴツトを
溶製した後、750℃〜950℃の範囲で各種加工率
の熱間鍛造を施したもので、グラフは上記各加
工率と平均結晶粒度との関係を調査しグラフ化
したものである。同図から平均結晶粒度0.2mm以下の細粒とす
るためには60％以上の熱間加工率が必要である
ことが判る。なお熱間加工の温度域は750℃〜950℃が適切
である。第４図に2.8％Ni、0.9％Si、0.8％Co、0.8％
Al、0.2％Cr、0.5％Zrを含み残部実質的にCu
からなる本発明実施例のインゴツト材の高温特
性を示す（実線曲線）が、750℃以上で絞り50
％を越え、熱間加工が可能であることが判る。但し950℃以上では融点との関係で材質が軟
化し加工困難となる。また同図には比較のために、3.0％Ni、0.9％
Si、残部実質的にCuよりなるインゴツト材の
高温特性も示した（破線曲線）。該インゴツト
は900℃においても絞りが20％であり、950℃以
上では軟化のため熱間加工が困難であることが
判る。なお同図は縦軸が特性値（引張強さ、絞り）、
横軸が温度である。 (b) 固溶体化処理固溶体化処理は800℃〜950℃で行う必要があ
る。 800℃以下では、Ni、Siが十分に固溶せず、
950℃を越える場合は軟化し変形するためであ
る。 (c) 固溶体化処理後の冷却及び時効処理固溶体化処理後、時効処理温度までの冷却に
は1.0℃／sec以上の冷却速度が必要である。これは上記冷却速度以下では析出物が時効処
理以前に析出を始め、その析出物が凝集粗大化
するために時効処理を施しても十分な強度が得
られないからである。第５図は、3.5％Ni、1.2％Si、1.0％Co、0.8
％Al、0.35％Cr、0.5％Zrを含有し残部実質的
にCuからなるインゴツトに80％熱間加工を施
し、900℃に保持して固溶体化処理して後、400
℃まで平均冷却速度を種々変えて冷却し、次い
で400℃〜600℃の範囲で時効処理をした各試料
について硬さを調査し、縦軸に硬さ、横軸に時
効温度をとり、各試料毎の「硬さ−時効温度」
曲線を示したもので、同図から前記冷却速度が
強度を示すパラメータとしての硬さに及ぼす影
響が明らかであり、1.0℃／sec以下の冷却速度
の場合は強度不足となることが判る。時効温度は第５図から明らかなように450℃
〜550℃の範囲が強度確保のために必要であり、
450℃未満での時効処理では析出が不十分で必
要強度が得られず、550℃を越える場合は過時
効現象となり強度の低下を招来する。次に本発明の具体的実施例を比較例と共に示
す。具体的実施例１下記第１表は組成を特定範囲内で種々変えた本
発明の実施例と各種の比較例について、引張強
さ、硬さ、熱間絞り（800℃）を比較したもので
ある。本発明の実施例（No.１〜７）は溶製した各イン
ゴツトに対して、750℃〜950℃で80％熱間加工を
施して後、900℃に保持して固溶体化処理を行い、
次いで2.5℃／secの冷却速度で冷却し、500℃で
時効処理したものである。比較例のうちNo.10は上記実施例と同様の処理を
示しているが、No.８、９、11〜15は熱間加工がで
きないため、同加工を行わず熱間加工以外の熱処
理については実施例と同一条件で行つた。

【表】＊熱間加工ができないため、インゴツト材を熱処理
したものについての試験値。
第１表において比較例のNo.８及び９はZr及び
Crがそれぞれ単独で添加されている例であり、
実施例のNo.４及び５と比較して熱間絞りが小さく
熱間加工が困難である。比較例のNo.11〜14は本発明で必須とする元素が
含まれていないため、熱間絞りが著しく小さい。比較例No.14と実施例のNo.７とを比較した場合、
Ni量の多いNo.14の熱伝導度が小さい。比較例No.10及び９と実施例No.５及び１とを比較
した場合、必須元素が特定範囲を越える比較例で
は熱伝導度が小さくなつている。強度においては、比較例No.10が実施例に匹敵す
る値を示しているものゝ、他の比較例は総て実施
例より劣つている。具体的実施例２第２表は、3.5％Ni、0.9％Si、1.0％Co、0.8％
Al、0.35％Cr、0.1％Zr、残部実質的にCuからな
るインゴツトを各種条件で処理し製造したものに
ついて、引張強さ及び結晶粒度を調査した結果を
示している。

【表】

【表】第２表において本発明の実施例（No.１〜７）は
本発明特定の範囲内の条件で処理されたものであ
り、比較例は上記特定範囲を逸脱する部分を有す
る条件で処理されている。比較例No.13の場合、熱間加工温度が低いため熱
間割れを生じている。比較例No.14と実施例No.２を比較した場合、No.14
の冷却速度が小さくかつ熱間加工率が小さいた
め、強度が小さくまた結晶粒が大きい。比較例No.10は冷却速度が小さいため強度が十分
でなく、冷却速度として少なくとも1.0℃／secが
必要である。比較例No.11及び12は固溶体化温度が低いため、
実施例No.３及びNo.４と比較して強度が低く、同処
理温度としては800℃以上の温度が必要であるこ
とが判る。また950℃を越える場合は固溶体化処理時に変
形を生じるようになる。比較例No.８及び９を実施例No.２と比較した場
合、比較例は時効温度が適当でないため強度が低
く、時効温度としては450℃〜550℃が必要であ
る。（発明の効果）以上の通り本発明合金は適切な成分の組合せ及
び材質調整を処理方法とにより、高い熱伝導性を
有すると共に高強度及び優れた鏡面性を具え、従
来プラスチツク金型用銅合金が高熱伝導度を有す
るものゝ強度不足でありかつ粗大結晶粒による鏡
面性の問題を見事に解決しているのである。すなわち本発明合金は引張強さ60Kgｆ／mm²以
上、熱伝導度0.20cal／sec.cm以上を有するもので
あり、このことは従来の鋼系金型材に比しプラス
チツク成形サイクルを３倍とすることを可能にし
ているのである。また前記高熱伝導度を有する銅合金と比べて金
型としての寿命は２倍に達しており成形能率及び
金型寿命の延長に大きく寄与するものであり、そ
の工業的価値は著大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はNi量と熱伝導度の関係を示すグラフ、
第２図はAl量と、熱伝導度の関係を示すグラフ、
第３図は熱間加工率と結晶粒度との関係を示すグ
ラフ、第４図は本発明合金実施例インゴツト材と
比較例インゴツト材の高温特性を示すグラフ。第
５図は平均冷却速度の影響及び時効特性（硬さ）
との関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量百分率で、Ni2.0〜5.0％、Si0.5〜2.0％、
Co0.5〜2.0％、Zr0.01〜0.5％、Cr0.1〜0.5％、
Al0.5〜1.5％を含有し、残部実質的にCuからなる
ことを特徴とするプラスチツク金型用銅合金。２重量百分率で、Ni2.0〜5.0％、Si0.5〜2.0％、
Co0.5〜2.0％、Zr0.01〜0.5％、Cr0.1〜0.5％、
Al0.5〜1.5％を含有し、残部実質的にCuからなり
溶製された銅合金を、750℃〜950℃で加工率60％
以上の熱間加工を施して後、800℃〜950℃に保持
して固溶体化処理を行い、同処理後1.0℃／sec以
上の冷却速度で冷却し、450℃〜550℃で時効処理
を施すことを特徴とするプラスチツク金型用銅合
金の製造方法。