JPH06330207A - シェル中子用の鋳造金型材及びその製造方法 - Google Patents

シェル中子用の鋳造金型材及びその製造方法

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JPH06330207A
JPH06330207A JP11695893A JP11695893A JPH06330207A JP H06330207 A JPH06330207 A JP H06330207A JP 11695893 A JP11695893 A JP 11695893A JP 11695893 A JP11695893 A JP 11695893A JP H06330207 A JPH06330207 A JP H06330207A
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勝 坂倉
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正吉 海沼
Youzou Kumagai
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 金型加工時に要求される放電加工性、溶接性
に優れ、かつ高い熱伝導率を有し、耐サンド摩耗性に優
れたシェル中子用の鋳造金型材を提供する。 【構成】 Al:10〜13重量%、Fe−Si化合
物:3〜5重量%、固溶Si:1重量%以下、Ni:1
〜4.5重量%、Cr,Mg及びGeの一種以上を合計
で1%以下含み、残部がCu及び不可避的不純物より成

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シェル中子を成形する
際に使用する鋳造金型材及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、シェル中子を成形する際に使用す
る金型の材料としてFe系の材料がある。しかし、Fe
系の材料は熱伝導率が小さくシェル中子を成形する成形
サイクルを短縮することができない。この成形サイクル
を短縮し生産性を向上させる為に、熱伝導率の高い材料
が望まれており、熱伝導率の高い材料であるCuを基材
とした金型材が特開昭61−279649号公報に提案
されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のFe系
の材料は、熱伝導率が小さく金型の昇温・冷却に時間が
かかりシェル中子を成形する成形サイクルを短縮するの
に限界があった。また、金型が熱変形し分割面に砂ばり
が発生しやすく手直しが必要となることも多かった。し
たがって、Fe系の材料より熱伝導率が高く、強度及び
硬度がFe系の材料例えばFCD45と同等で、金型加
工時に要求される放電加工性、溶接性の良い金型材の開
発が望まれている。
【0004】上記特開昭61−279649号公報に提
案されているCu系の材料は、合金成分としてZrを含
んでいる。そのZrの添加量は0.01〜3.0重量%
の範囲である。このような組成の材料は、金型加工時に
要求される放電加工性、溶接性においてFe系の材料よ
り著しく低いという問題がある。またシェル中子用金型
は、砂(サンド)を成型するため、耐サンド摩耗性が要
求されるが、上記従来の材料はこの点でも充分でない問
題がある。すなわち、従来技術は、金型材料の放電加工
性、溶接性について配慮されておらず、耐サンド摩耗性
についても充分でなく、シェル中子用の鋳造金型材料と
して適当とは言えない問題があった。
【0005】本発明の目的は、金型加工時に要求される
放電加工性、溶接性に優れ、かつ高い熱伝導率を有し、
耐サンド摩耗性に優れたシェル中子用の鋳造金型材及び
その製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、Al:10〜13重量%、Fe:2.6〜
4.3重量%、Si:0.4〜1.7重量%、Ni:1
〜4.5重量%、Cr,Mg及びGeの一種以上を合計
で1重量%以下を含み、残部がCu及び不可避的不純物
より成ることを特徴とするシェル中子用の鋳造金型材で
ある。
【0007】また本願他の発明は、Al:10〜13重
量%、Fe−Si化合物:3〜5重量%、固溶Si:1
重量%以下、Ni:1〜4.5重量%、Cr,Mg及び
Geの一種以上を合計で1重量%以下含み、残部がCu
及び不可避的不純物より成ることを特徴とするシェル中
子用の鋳造金型材である。ここで、Fe−Si化合物は
Cu−Al合金中にほぼ均一に微細分散されているもの
がよい。
【0008】また本願他の発明は、Al:10〜13重
量%、Fe:2.6〜4.3重量%、Si:0.4〜
1.7重量%、Ni:1〜4.5重量%、Cr,Mg及
びGeの一種以上を合計で1重量%以下を含み、残部が
Cu及び不可避的不純物からなる混合物を溶解して均一
な溶湯にし、この溶湯を脱ガス処理した後、鋳造してF
e−Si化合物をCu−Al合金中にほぼ均一に微細分
散させることを特徴とするシェル中子用の鋳造金型材の
製造方法である。
【0009】
【作用】本発明によれば、Zrを成分に含まないので、
Cu系材料の長所である高い熱伝導率を有すると共に、
金型加工時に要求される放電加工性、溶接性が良い。ま
た、添加されたFeとSiとからFe−Si化合物が生
成され、このFe−Si化合物がCu−Al系合金の固
溶体中に晶出する。これにより、耐サンド摩耗性が改善
される。ただし、Fe−Si化合物はCu−Al系合金
では樹枝状に晶出し基材となる合金の伸びを低下させる
ため靭性が低下し、前記放電加工性等を低下させる方向
にも機能する。Cr,Mg及びGeの一種以上の添加
は、Fe−Si化合物を微細化させ靭性を改善するの
で、放電加工性等の低下を防止する。次に本発明の成分
組成を限定した理由を説明する。
【0010】(1)Alについて Al量は合金の強度と関係が深く、10〜13重量%が
よい。10重量%未満では鋳造のままでシェル中子用金
型材料としての目標ブリネル硬さ180を満足しない、
また、13重量%を超えるとγ2相の析出による脆化が
顕著となるとともに熱伝導度も0.10cal/sec・cm℃と
鉄系材料と同じとなり、シェル中子用金型材料として実
用に不向きとなる。特に10.5〜11.5重量%が最
も好ましい。
【0011】(2)Fe,Siについて FeとSiはFe−Si化合物を形成させるための必須
元素であり、本発明で特に重要な成分である。X線マイ
クロアナライザによる分析結果から化学量論組成でFe
3Siに近いものであることを確認した。このFe−S
i化合物は、重量比でFe:Si≒6:1である。Cu
−Al合金の場合、耐サンド摩耗性を向上するために必
要なFe−Si化合物量は3重量%以上(Fe:2.6
重量%以上,Si:0.4重量%以上)であり、これ以
下では充分な摩耗性が得にくい。耐サンド摩耗性はFe
−Si化合物の量と共に向上するが、5重量%(Fe:
4.3重量%,Si:0.7重量%)を超えると合金の
伸びが目標の1%を達成出来なくなり、その結果加工性
が低下する。またSiが固溶Siとして1重量%以下で
存在していると一層耐サンド摩耗性を向上する。以上の
理由によりFeを2.6〜4.3重量%、Siを0.4
〜1.7重量%とする。特に、Feが3〜4重量%、S
iが0.5〜0.8重量%、固溶Siが0.1〜0.5
重量%が好ましい。
【0012】(3)Niについて Niは銅合金の強度を向上させる元素であり、Niが1
重量%未満であると強度改善効果が無く、4.5重量%
を超えるとFe−Si化合物を含有する本発明の合金で
は加工性が悪くなると共に強度の向上効果も少ない。そ
こでNiを1〜4.5重量%とする。特に3〜4重量%
が好ましい。
【0013】(4)Cr,Mg及びGeについて 前記の如く、Fe−Si化合物はCu−Al系合金では
樹枝状に晶出し基材となる合金の伸びを低下させるため
該合金の靭性が低下し、前記放電加工性等を低下させる
方向にも機能する。Cr,Mg及びGeには、Fe−S
i化合物を細かくし合金の靭性低下を防止する機能があ
る。その添加量が合計で0.01重量%未満ではその機
能が充分に発揮されない。一方、その添加量は合計で1
%を超えると、Cr,Mg及びGe自体の特性により合
金の靭性を却って低下し、放電加工性を低下させる。そ
こで0.01〜1重量%ととした。特に、Crが0.0
1〜0.1重量%、Mg及びGeが0.1〜0.5重量
%が好ましい。
【0014】本発明は、引張強さ600〜650N/m
2、伸び率1〜5%、硬さ(HB)210〜300、及
び熱伝導率0.10〜0.15cal/sec・cm℃のものが
好ましい。
【0015】
【実施例】次に本発明の実施例に基づき詳細に説明す
る。 実施例1 表1に本発明に係るシェル中子用の鋳造金型材及び従来
材の合金組成の一例と機械的特性(引張強さ、伸び、硬
さ)及び熱伝導度を、図1に表1合金No.1の高温引
張試験結果を示す。
【0016】
【表1】
【0017】合金の溶解手順を、表1合金No.4を例
にとって説明する。まずCuを溶解し、その後Fe,S
i,Niを添加し、最後にAlを添加し均一溶湯にし
た。その後、脱スラグ、溶湯中に窒素ガスを吹き込みバ
ブリングによる脱ガス処理を行い、あらかじめ形成した
砂型に鋳込み凝固させてシェル中子用の鋳造金型材とし
ての鋳塊を形成した。鋳込み温度は1200℃であり、
溶解炉はエレマ炉、ルツボは黒鉛を用いた。鋳塊の大き
さは直径50mm×長さ200mmで、重量は約3kg
である。
【0018】本実施例の合金(No.1〜5)は、基本
的にはCu−Al合金にFe−Si化合物(主としてF
3Si)が均一微細に分散していた。引張強さ、伸び
いずれも従来材に比して本発明材が優れており、硬さも
シェル中子用金型材料としての目標ブリネル硬さ180
を満足している。またこれは、シェル中子用金型材料に
要求される熱伝導性に対してもほぼ0.12cal/sec・cm
℃と満足すべき値を示している。また、シェル焼成温度
350℃付近ではFe系の材料FCD45とほぼ同等の
強度である。
【0019】実施例2 実施例1で得られた鋳塊より試験片を採取し、耐サンド
摩耗性を評価した。この耐サンド摩耗性は、水に5%の
珪砂(神宮砂6号)を混合させた溶液に、試験片を10
m/secの速度で回転させた場合の試料の減量を摩耗
率で評価した。図2に各種材料の摩耗率を示す。本発明
合金(表1合金No.2)の摩耗率1は、従来のFC2
5、ジルコニウム銅及び一般のアルミニウム青銅の各摩
耗率2,3,4より少なく、耐サンド摩耗性の優れた材
料であることが判る。
【0020】実施例3 銅電極を用いて本発明合金(表1合金No.6)、従来
のジルコニウム銅及びS45Cを放電加工したときの加
工速度と電極消耗率の比較を行い、その結果を図3,4
に示した。図3より本発明合金の加工速度10は、従来
のジルコニウム銅の加工速度11に比較して改善されて
いることが判る。12はS45Cの加工速度である。ま
た図4より本発明合金の電極消耗率20も従来のジルコ
ニウム銅の電極消耗率21より改善されている。22は
S45Cの電極消耗率である。これらの結果より本発明
合金は金型加工時に要求される放電加工性が良いことが
判る。加工速度が良いことは溶接性が良いことをも示す
ものである。
【0021】実施例4 次に耐久試験結果を説明する。本発明に係るシェル中子
用の鋳造金型材で厚さ150mm、幅250mm、長さ
450mmのシェル中子用金型を製造した。このシェル
中子成型は10,000ショットのシェル中子成型に使
用しても砂による摩耗が少なく、シェル中子用金型とし
てほぼ鉄系材料並みの寿命が得られた。またショットサ
イクルとしても従来の2.4分が1.8分に短縮され経
済的効果は大きかった。
【0022】
【発明の効果】本発明に係る鋳造金型材によれば、金型
加工時に要求される放電加工性、溶接性に優れ、かつ高
い熱伝導率を有し、耐サンド摩耗性に優れたシェル中子
用の金型を鋳造できる。そして、シェル中子成形サイク
ルが短縮され生産性が向上すると共に、耐サンド摩耗性
に優れているためシェル中子用の金型としての長寿命化
を図ることができる。また本発明に係る製造方法によれ
ば、前記金型を簡単に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明合金の引張り強さと温度の関係を示した
図である。
【図2】サンド摩耗試験での各種材料の耐サンド摩耗量
と時間の関係を示した図である。
【図3】当該金型を放電加工する時の各種材料のパルス
オンタイムと加工速度の関係を示した図である。
【図4】当該金型を放電加工する時の各種材料のパルス
オンタイムと電極消耗率の関係を示した図である。
【符号の説明】
1 本発明合金の耐サンド摩耗率 10 本発明合金の加工速度 20 本発明合金の電極消耗率
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 昇 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al:10〜13重量%、Fe:2.6
    〜4.3重量%、Si:0.4〜1.7重量%、Ni:
    1〜4.5重量%、Cr,Mg及びGeの一種以上を合
    計で1重量%以下を含み、残部がCu及び不可避的不純
    物より成ることを特徴とするシェル中子用の鋳造金型
    材。
  2. 【請求項2】 Al:10〜13重量%、Fe−Si化
    合物:3〜5重量%、固溶Si:1重量%以下、Ni:
    1〜4.5重量%、Cr,Mg及びGeの一種以上を合
    計で1%以下含み、残部がCu及び不可避的不純物より
    成ることを特徴とするシェル中子用の鋳造金型材。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載のシェル中子用の鋳造金
    型材において、Fe−Si化合物はCu−Al合金中に
    ほぼ均一に微細分散されているシェル中子用の鋳造金型
    材。
  4. 【請求項4】 Al:10〜13重量%、Fe:2.6
    〜4.3重量%、Si:0.4〜1.7重量%、Ni:
    1〜4.5重量%、Cr,Mg及びGeの一種以上を合
    計で1重量%以下を含み、残部がCu及び不可避的不純
    物からなる混合物を溶解して均一な溶湯にし、この溶湯
    を脱ガス処理した後、鋳造してFe−Si化合物をCu
    −Al合金中にほぼ均一に微細分散させることを特徴と
    するシェル中子用の鋳造金型材の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111455211A (zh) * 2020-05-17 2020-07-28 安徽凯斯威精工科技有限公司 一种高耐蚀高耐磨的铜镍合金材料及其制备方法和应用

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CN111455211A (zh) * 2020-05-17 2020-07-28 安徽凯斯威精工科技有限公司 一种高耐蚀高耐磨的铜镍合金材料及其制备方法和应用

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