JPH10324938A - Zinc-copper-aluminum alloy and its die casting - Google Patents

Zinc-copper-aluminum alloy and its die casting

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JPH10324938A
JPH10324938A JP10094483A JP9448398A JPH10324938A JP H10324938 A JPH10324938 A JP H10324938A JP 10094483 A JP10094483 A JP 10094483A JP 9448398 A JP9448398 A JP 9448398A JP H10324938 A JPH10324938 A JP H10324938A
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JP
Japan
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weight percent
alloy
zinc
copper
titanium
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JP10094483A
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Japanese (ja)
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Michael David Hanna
マイケル・デイヴィッド・ハンナ
Moinuddin Sirdar Rashid
モイヌディン・サダール・ラシッド
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Motors Liquidation Co
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Motors Liquidation Co
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C18/00Alloys based on zinc
    • C22C18/02Alloys based on zinc with copper as the next major constituent

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alloy increased in tensile strength and compressive strength. SOLUTION: It is found that the tensile strength and compressive strength of a zinc alloy can be increased by adding titanium to a zinc-base ally containing ε-phase as primary phase. This alloy is used for gravity casting, permanent mold casting, or die casting and can be cast into component parts or tools. In a preferred embodiment, 0.01-0.1 wt.% of titanium is added to a zinc-base alloy consisting of, by weight, 3-12% copper, 2-5% aluminum, trace components, and the balance zinc. This alloy shows an unexpected behavior so far unreported.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、亜鉛基合金の改善
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a zinc-based alloy.

【0002】[0002]

【従来の技術】亜鉛合金は、過去数十年にわたって、種
々の用途で使用されてきた。ザマク(Zamak)3及
びザマク5の如き合金が、ネットシェイプ・ダイカスト
法の要求を満たすために、1920年代に開発された。
その後、他の2つの合金、すなわち、これもダイカスト
法に使用されるザマク2、及び、原型工具を製造するた
めに重力鋳造法で使用されるカークサイトが開発され、
その目的のために広く使用された。これらの合金は、微
量の銅を含有する約4重量パーセントのアルミニウム
(ザマク3)、約1重量パーセントの銅(ザマク5)、
及び、約3重量パーセントの銅(ザマク2及びカークサ
イト)を含んでいる。これらの合金の凝固は、一次η相
のデンドライト(樹枝状晶)の形成で開始し、これらデ
ンドライトは、次に、(η+α)共晶によって包囲され
る。上記η相は、六方最密充填(HCP)結晶構造を有
しており、一方、アルファ(α)は、面心立方体(FC
C)である。
BACKGROUND OF THE INVENTION Zinc alloys have been used in various applications over the past several decades. Alloys such as Zamak 3 and Zamak 5 were developed in the 1920s to meet the requirements of the net shape die casting process.
Subsequently, two other alloys were developed, Zamak 2, which is also used in die casting, and Kirksite, which is used in gravity casting to produce prototype tools,
Widely used for that purpose. These alloys contain about 4 weight percent aluminum (Zamak 3) containing traces of copper, about 1 weight percent copper (Zamak 5),
And about 3 weight percent copper (Zamak 2 and Kirksite). Solidification of these alloys begins with the formation of primary η phase dendrites, which are in turn surrounded by (η + α) eutectics. The η phase has a hexagonal close-packed (HCP) crystal structure, while alpha (α) is a face-centered cube (FC
C).

【0003】亜鉛合金の次の重要な開発は、ZA−5、
ZA−8、ZA−12及びZA−27と呼ばれる一群の
Zn−Al合金が開発された約25年前に行われた。上
記数字5、8、12及び27は、アルミニウムの公称重
量パーセントを表している。これらの合金の凝固は、一
次α相のデンドライトの形成で開始し、これらデンドラ
イトは、次に、(η+α)共晶によって包囲される。上
記総ての合金において、アルミニウムが主要な強化剤で
あると考えられている。上述の合金は、厳密な寸法公差
をもって、且つ、比較的低コストで、種々の鋳造法で鋳
造又は製造することができる。代表的な鋳造法は、重力
鋳造法、及び、ダイカスト法である。溶融した亜鉛合金
を、加圧することなく(重力鋳造法)、又は、加圧した
状態(ダイカスト法)で、一定体積のキャビティの中に
注入する。
The next significant development of zinc alloys is ZA-5,
A group of Zn-Al alloys called ZA-8, ZA-12 and ZA-27 was made about 25 years before the development. The numbers 5, 8, 12, and 27 represent the nominal weight percent of aluminum. Solidification of these alloys begins with the formation of primary α-phase dendrites, which are then surrounded by the (η + α) eutectic. In all of the above alloys, aluminum is considered to be the primary strengthening agent. The above-described alloys can be cast or manufactured in various casting methods with tight dimensional tolerances and relatively low cost. Typical casting methods are a gravity casting method and a die casting method. The molten zinc alloy is poured into a cavity having a constant volume without pressurizing (gravity casting method) or under a pressurized state (die casting method).

【0004】商用のダイカスト用亜鉛合金(ザマク、及
び、Zn−Al(ZA)合金)は、強度特性及び/又は
クリープ特性が小さいので、装飾用又は非構造用の用途
に使用されている。より高度の要件を満たすためには、
スチールの如きより強度の高い材料を用いる。スチール
部品は、通常、機械加工され、一方、亜鉛合金は、ある
形状にダイカストすることができる。カークサイト(4
重量パーセントのAl、3重量パーセントのCu、残余
量の亜鉛)の如き他の亜鉛合金が、薄板金属の打ち抜き
加工を行うための原型工具のために日常的に使用され
る。しかしながら、カークサイトの工具は、比較的軟ら
かく、一般的には、大量生産には適していない。
[0004] Commercially available zinc alloys for die casting (Zamak and Zn-Al (ZA) alloys) are used for decorative or non-structural applications due to their low strength and / or creep properties. To meet higher requirements,
Use a stronger material such as steel. Steel parts are usually machined, while zinc alloys can be die cast into certain shapes. Kirk Site (4
Other zinc alloys (weight percent Al, 3 weight percent Cu, residual zinc) are routinely used for prototype tools for stamping sheet metal. However, Kirksite tools are relatively soft and are generally not suitable for mass production.

【0005】ACuZinc(登録商標:2−4重量パ
ーセントのAl、4−11重量パーセントのCu、残余
量の亜鉛)として知られる最近開発された亜鉛基合金
が、Rashid and Hannaの米国特許第
4,990,310号に開示されるように、耐クリープ
性の亜鉛合金として用いることができる。これらの合金
は、(η+α+ε)三元共晶、及び、何等かのη相によ
って包囲されたεデンドライトを含んでいる。上記ε相
デンドライトの体積割合及びサイズは、銅含有率と共に
増大する。そのような合金は、既存の商用合金よりも強
度が高くより耐久性があることが分かった。最近、その
ような合金の強度は、ひずみ速度が増大すると増大し、
そのような強度は、温度が高くなるとより大きくなるこ
とも分かった。
A recently developed zinc-based alloy known as ACuZinc® (2-4 weight percent Al, 4-11 weight percent Cu, residual zinc) is disclosed in US Pat. As disclosed in 990,310, it can be used as a creep resistant zinc alloy. These alloys include (η + α + ε) ternary eutectic and ε dendrites surrounded by some η phase. The volume fraction and size of the ε-phase dendrites increase with the copper content. Such alloys have been found to be stronger and more durable than existing commercial alloys. Recently, the strength of such alloys has increased with increasing strain rate,
It has also been found that such strength is greater at higher temperatures.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するため
の手段】本発明は、上記ACuZinc(登録商標)合
金を更に改善するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention further improves the above-mentioned ACuZinc (registered trademark) alloy.

【0007】本発明は、一次相としてイプシロン(ε)
を含む亜鉛基合金にチタンを添加すると、該合金の引張
強度及び圧縮強度が増大する、という発見を含む。この
合金は、重力鋳造法、永久鋳型法又はダイカスト法で用
いられて、部品又は工具を鋳造することができる。好ま
しい実施例においては、約0.01−0.1重量パーセ
ントのチタンを、約3−12重量パーセントの銅、約2
−5重量パーセントのアルミニウム、微量成分、及び、
残余量の亜鉛を含む亜鉛基合金に添加する。確認された
挙動は、予期しないものであって、以前には報告されて
いないものであった。そのような挙動の原因は、分かっ
ていない。
According to the present invention, epsilon (ε) is used as a primary phase.
Including the discovery that the addition of titanium to a zinc-based alloy containing, increases the tensile and compressive strength of the alloy. The alloy can be used in gravity casting, permanent mold or die casting to cast parts or tools. In a preferred embodiment, about 0.01-0.1 weight percent titanium is replaced with about 3-12 weight percent copper, about 2
-5 weight percent aluminum, minor components, and
It is added to a zinc-based alloy containing a residual amount of zinc. The observed behavior was unexpected and not previously reported. The cause of such behavior is unknown.

【0008】上述の添加は、亜鉛基合金の靭性を改善し
た。新規なAl−Zn−Ti相(Al5Ti10Zn3)が
形成された。このAl−Zn−Ti相は、多数の微細な
ε相(Zn4Cu)を形成するための核として作用し、
チタンを含まないZn−Cu−Al合金に比較して、大
きな表面積を有していた。硬質のε相の数の大きさ及び
表面積の大きさが、上記合金の靭性を改善した。
[0008] The above additions have improved the toughness of the zinc-based alloy. Novel Al-Zn-Ti phase (Al 5 Ti 10 Zn 3) is formed. This Al—Zn—Ti phase acts as a nucleus for forming a large number of fine ε phases (Zn 4 Cu),
It had a large surface area as compared with a Zn-Cu-Al alloy containing no titanium. The size of the number of hard ε-phases and the surface area improved the toughness of the alloy.

【0009】チタンを添加することにより圧縮強度及び
靭性が増大する結果、上述の亜鉛合金は、そのような挙
動が有益である自動車用又は非自動車用の部品又は工具
に信頼性をもって使用することができる。本発明の合金
は、薄板金属、種々の総形工具及びインパクト工具、圧
縮力を受ける構成部品、並びに、大きな力に耐えなけれ
ばならない他の部品を形成するための、定形鋳造金型に
使用することができる。本発明の合金部品は、ダイカス
ト法又は重力鋳造法によって、シェイプ又はニアネット
シェイプに製造することができる。
As a result of the increase in compressive strength and toughness due to the addition of titanium, the zinc alloys described above can be used reliably in automotive or non-automotive parts or tools where such behavior is beneficial. it can. The alloys of the present invention are used in shaped casting dies to form sheet metal, various forming and impact tools, components subjected to compressive forces, and other components that must withstand high forces. be able to. The alloy component of the present invention can be manufactured into a shape or a near-net shape by a die casting method or a gravity casting method.

【0010】本発明の上述の及び他の目的、特徴並びに
利点は、以下の発明の実施の形態の項の記載、図面の簡
単な説明の項の記載、頭書の請求の範囲の記載、及び、
図面から明らかとなろう。
The above and other objects, features and advantages of the present invention are described in the following description of the embodiments of the invention, descriptions of the brief description of drawings, descriptions of the claims in the introduction, and
It will be clear from the drawings.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明を実施するのに適当な亜鉛
合金は、0.01重量パーセントと0.1重量パーセン
トとの間の量のチタンと、約3重量パーセントと12重
量パーセントとの間の量の銅と、約2重量パーセントと
5重量パーセントとの間の量のアルミニウムと、0重量
パーセントと0.05重量パーセントとの間の量のマグ
ネシウムと、鉄及び他の典型的な不純物を含み実質的に
は亜鉛である残余量の物質とを含んでいる。ホットチャ
ンバダイカスト法に関する好ましい銅含有率は、約5重
量パーセントと7重量パーセントとの間の値である。4
重量パーセント未満の銅を含む合金は、重要なε相を形
成することができず、一方、銅が約8重量パーセントよ
りも多い場合には、融点が高くなって、一般的なホット
チャンバダイカスト法を実施することができない。対照
的に、コールドチャンバ合金のための好ましい銅含有率
の範囲は、約9重量パーセントと11重量パーセントと
の間である。銅含有率が約12重量パーセントよりも高
い場合には、別の相が形成されて、所望の(ε−η)共
晶のミクロ組織を阻害する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A zinc alloy suitable for practicing the present invention comprises titanium in an amount between 0.01 and 0.1 weight percent, and about 3 and 12 weight percent titanium. Copper in an amount between about 2 and 5 weight percent aluminum, magnesium in an amount between 0 and 0.05 weight percent, iron and other typical impurities And a residual amount of material that is substantially zinc. The preferred copper content for hot chamber die casting is a value between about 5 and 7 weight percent. 4
Alloys containing less than about weight percent copper cannot form a significant ε-phase, while if more than about 8 weight percent copper, the melting point will be high and the typical hot chamber die casting process will be difficult. Can not be implemented. In contrast, the preferred copper content range for cold chamber alloys is between about 9 and 11 weight percent. If the copper content is higher than about 12 weight percent, another phase is formed that inhibits the desired (ε-η) eutectic microstructure.

【0012】本発明を実施する際の合金の好ましいアル
ミニウム含有率の範囲は、約2重量パーセントと5重量
パーセントとの間である。一般的なダイカスト温度で取
り扱うために便利な十分な流動性を得るためには、アル
ミニウム含有率は、少なくとも約2重量パーセントであ
るのが望ましい。約4重量パーセントよりも多いアルミ
ニウムを含む合金は、望ましくないα相を形成する。
The preferred range of aluminum content of the alloy in practicing the present invention is between about 2 and 5 weight percent. The aluminum content is desirably at least about 2 weight percent to obtain sufficient flowability convenient for handling at typical die casting temperatures. Alloys containing more than about 4 weight percent aluminum will form an undesirable alpha phase.

【0013】寸法精度を向上させると共に、応力腐食割
れを低減させるために、少量のマグネシウムが存在する
のが望ましい。好ましいマグネシウム含有率の範囲は、
約0.025重量パーセントと0.05重量パーセント
との間である。
It is desirable that a small amount of magnesium be present to improve dimensional accuracy and reduce stress corrosion cracking. A preferred range of magnesium content is
It is between about 0.025 weight percent and 0.05 weight percent.

【0014】以下に、本発明の合金の実施例、及び、そ
の結果を説明する。この例のために選択された主金属
は、10.4重量パーセントの銅、4.1重量パーセン
トのアルミニウム及び0.05重量パーセントのマグネ
シウムを含む工業用純度の亜鉛合金であった。この合金
をコアレス型誘導電気炉の中で融解し、張力用の張力砂
型の中に鋳込んだ。適当量のAl、5重量パーセントの
チタン及び1重量パーセントのホウ素を母合金としての
上記溶融金属に加えて、650°C(すなわち、液体の
温度よりも約100°C高い温度)で30分間にわたっ
て保持し、引張り試験片及び圧縮試験片用の鋳型に鋳込
んだ。
Hereinafter, examples of the alloy of the present invention and the results thereof will be described. The main metal selected for this example was an industrial purity zinc alloy containing 10.4 weight percent copper, 4.1 weight percent aluminum and 0.05 weight percent magnesium. The alloy was melted in a coreless induction furnace and cast into a tension sand mold for tension. An appropriate amount of Al, 5 weight percent titanium and 1 weight percent boron are added to the molten metal as a master alloy at 650 ° C (ie, about 100 ° C above the temperature of the liquid) for 30 minutes. It was held and cast into molds for tensile and compression specimens.

【0015】引張り試験片(ゲージ長さ50.8mm、
直径12.9mm)、及び、圧縮試験片(ゲージ長さ5
0mm、直径18mm)を、箱形炉が装備されたインス
トロン・ユニバーサル(Instron Univer
sal)試験機で試験した。引張り試験は、鋳放しの試
験片に対して室温で行った。圧縮試験は、鋳放しの試験
片、及び、100°C又は200°Cの恒温油浴の中で
10日間にわたって時効処理された試験片の両方に対し
て行った。これらの圧縮試験は、室温、93°C(20
0°F)、150°C(300°F)及び177°C
(350°F)で行った。試験片の温度は、該試験片の
表面に取り付けた熱電対によって連続的に監視した。試
験片は、2.5mm/分のクロスヘッド速度で圧縮され
た。試験の間に、荷重−伸びのデータを自動的に記録し
た。これらのデータから、比例限度(すなわち、測定可
能な塑性流動が起こる応力)、並びに、0.5パーセン
ト及び1パーセントの降伏応力値を決定した。
Tensile test piece (gauge length 50.8 mm,
Diameter 12.9 mm) and compression test piece (gauge length 5
0 mm, diameter 18 mm) was applied to an Instron Universal equipped with a box furnace.
sal) Tested on a testing machine. The tensile test was performed on the as-cast test pieces at room temperature. Compression tests were performed on both as-cast specimens and specimens that had been aged in a constant temperature oil bath at 100 ° C. or 200 ° C. for 10 days. These compression tests were performed at room temperature, 93 ° C (20 ° C).
0 ° F), 150 ° C (300 ° F) and 177 ° C
(350 ° F.). The temperature of the specimen was continuously monitored by a thermocouple attached to the surface of the specimen. Specimens were compressed at a crosshead speed of 2.5 mm / min. During the test, the load-elongation data was recorded automatically. From these data, the proportional limit (ie, the stress at which measurable plastic flow occurs) and the yield stress values of 0.5 percent and 1 percent were determined.

【0016】10.4重量パーセントの銅、4.1重量
パーセントのアルミニウム及び0.05重量パーセント
のマグネシウムを含む亜鉛合金にチタンを添加したとこ
ろ、引張り特性の向上が観察された。チタンを添加しな
い場合の最大抗張力(UTS)は、301MPaであっ
た。チタンを0.01パーセント乃至0.1パーセント
添加した場合のUTSの範囲は、342MPaと353
MPaの間であり、その増大率は、13−17パーセン
ト(図1)であった。降伏強度は、ほんの僅かしか変化
しなかった。上記増大の大部分は、0.01パーセント
のチタンで起こっている。従来の認識とは反対に、UT
Sの増大と共に靭性が増大した。塑性ひずみは、チタン
を添加しない場合の0.22パーセントから、チタンを
0.01乃至0.1パーセント添加した場合の約0.5
パーセントまで増大した(図2)。
When titanium was added to a zinc alloy containing 10.4 weight percent copper, 4.1 weight percent aluminum and 0.05 weight percent magnesium, an improvement in tensile properties was observed. The maximum tensile strength (UTS) without adding titanium was 301 MPa. The range of UTS when 0.01% to 0.1% of titanium is added is 342 MPa and 353 MPa.
MPa, and the rate of increase was 13-17 percent (FIG. 1). The yield strength changed only slightly. Most of the increase occurs at 0.01 percent titanium. Contrary to conventional recognition, UT
The toughness increased with increasing S. The plastic strain ranges from 0.22% when titanium is not added to about 0.5% when titanium is added at 0.01 to 0.1%.
The percentage (FIG. 2).

【0017】上記比例限度は、変形の開始の目安であ
り、その材料の強度の目安を与える。圧縮している間の
比例限度を、チタン濃度の関数として、図3乃至図5に
プロットしてある。室温においては、両方のタイプ(鋳
放しの状態、及び、時効処理した状態)の試験片に関し
て、比例限度は、最大0.015パーセントのチタン添
加量におけるほぼ20MPaだけ増大した。チタン添加
量を増大すると、この傾向は逆転し、比例限度を減少さ
せる傾向があった。この減少は、より高い温度で時効処
理された材料より、鋳放しの材料においてより顕著であ
った。図4は、100°Cで10日間にわたって時効処
理された試験片の傾向を示しており、また、図5は、2
00°Cで10日間にわたって時効処理された試験片の
傾向を示している。
The proportional limit is a measure of the onset of deformation and gives a measure of the strength of the material. The proportional limit during compression as a function of titanium concentration is plotted in FIGS. At room temperature, for both types (as-cast and aged) specimens, the proportional limit was increased by almost 20 MPa at up to 0.015 percent titanium loading. This tendency was reversed with increasing titanium additions, tending to reduce the proportional limit. This reduction was more pronounced in as-cast materials than in materials aged at higher temperatures. FIG. 4 shows the tendency of the test pieces aged at 100 ° C. for 10 days, and FIG.
4 shows the tendency of a specimen aged at 00 ° C. for 10 days.

【0018】93°C、150°C、177°Cにおけ
る熱間圧縮においては、チタンの効果は、室温における
効果とは異なっていた。チタンを0.015重量パーセ
ント添加したところ、亜鉛合金の比例限度は、その試験
片の履歴(時効処理の温度及び時間)に応じて、20−
25MPaだけ減少した。上記両方のタイプの試験片に
関してチタン濃度を増大させると、チタンを0.015
重量パーセント添加した場合の上記強度の減少傾向が逆
転し、チタンを添加しない強度とほぼ同じ強度が得られ
た。
In hot compaction at 93 ° C., 150 ° C. and 177 ° C., the effect of titanium was different from that at room temperature. When 0.015 weight percent of titanium was added, the proportional limit of the zinc alloy could be 20-, depending on the history of the specimen (temperature and time of aging treatment).
It decreased by 25 MPa. Increasing the titanium concentration for both types of test specimens resulted in 0.015
The above tendency of the decrease in strength when weight percent was added was reversed, and the strength was almost the same as the strength without the addition of titanium.

【0019】10.4重量パーセントの銅、4.1重量
パーセントのアルミニウム及び0.05重量パーセント
のマグネシウムを含む亜鉛合金の鋳放しのミクロ組織
(図6)は、大きなε(Zn4Cu)一次相(白いデン
ドライト)と、二元包晶反応の生成物としての少量のη
相と、(η+α+ε)三元共晶とを含んでおり、これら
は、378°Cの最終的な凝固段階において析出する。
チタンを添加することにより、顕著な結晶粒微細化がミ
クロ組織に観察された。チタンを添加すると、図6に示
すように、合金の硬質相であるε相(白)の初晶が、細
かくなり、「非樹枝状晶すなわち非デンドライト状」に
なった。図7は、ε相が、金属間化合物の中心に現れて
いる状態を示している。上記金属間化合物は、エネルギ
分散型X線分析によって確認されたものであって、Al
5Ti10Zn3に基づくものであり、恐らく、不均質な結
晶化を行わせる核として作用したAl3Tiから形成さ
れたものである。
The as-cast microstructure of a zinc alloy containing 10.4 weight percent copper, 4.1 weight percent aluminum and 0.05 weight percent magnesium (FIG. 6) shows a large ε (Zn 4 Cu) primary Phase (white dendrite) and a small amount of η as a product of the binary peritectic reaction
Phase and (η + α + ε) ternary eutectics, which precipitate in the final solidification stage at 378 ° C.
By adding titanium, remarkable grain refinement was observed in the microstructure. When titanium was added, as shown in FIG. 6, the primary crystal of the ε phase (white), which is a hard phase of the alloy, became finer and became “non-dendritic, that is, non-dendritic”. FIG. 7 shows a state in which the ε phase appears at the center of the intermetallic compound. The intermetallic compound was confirmed by energy dispersive X-ray analysis,
It is based on 5 Ti 10 Zn 3 and probably formed from Al 3 Ti which has acted as a nucleus for heterogeneous crystallization.

【0020】上述の結果は、新しい相に関する最初の報
告であると考えられる。小さな結晶粒度が存在すること
自体は、特性を改善するための唯一の原因とはならな
い。その証拠は、強度を改善して増大させる別の原因と
しての包晶反応も指している。最初に核生成するε相
は、液体と反応して、固体のη相(灰色)で覆われる。
大きな体積割合のη相が微粒化した合金に観察される理
由は、より大きな体積割合のε相の表面積が包晶変態を
起こすために利用可能であるからである。ε相の結晶粒
微細化の根拠はあるが、強度を高める実際のメカニズム
の詳細は明確ではない。
The above results are believed to be the first reports on a new phase. The presence of a small grain size is not the only cause for improving properties. The evidence also points to peritectic reactions as another cause for improving and increasing strength. The first nucleated ε phase reacts with the liquid and is covered with a solid η phase (gray).
The large volume fraction of the η phase is observed in the atomized alloy because the surface area of the larger volume fraction of the ε phase is available to cause peritectic transformation. Although there is grounds for grain refinement of the ε phase, the details of the actual mechanism for increasing the strength are not clear.

【0021】10.4重量パーセントの銅、4.1重量
パーセントのアルミニウム及び0.05重量パーセント
のマグネシウムを含む鋳放し合金の室温における機械的
な性質に対するチタンの添加効果は、0.015重量パ
ーセントのチタン添加量においてその最大値に達し、U
TSは、350MPaであり、また、圧縮に関する比例
限度は、255MPaであった。チタンを含み時効処理
された合金は、同様な挙動を示すように思われる。この
挙動は、一次相としてε相を含み、重力鋳造法、永久鋳
型法又はダイカスト法によって製造される総ての亜鉛合
金(ACuZinc(登録商標)5、及び、ACuZi
nc(登録商標)10と呼ばれる)に対して同様な効果
を有するものと予期された。この認識と、最大0.1重
量パーセントのチタンを含む材料は、チタンが添加され
ない合金よりも、異なる温度における時効処理の間の寸
法安定性が高いという知識を組み合わせると、チタンを
含む合金は、室温で使用される定形鋳造金型に使用する
のに好ましいということが言える。
The effect of titanium addition on the mechanical properties at room temperature of an as-cast alloy containing 10.4 weight percent copper, 4.1 weight percent aluminum and 0.05 weight percent magnesium is 0.015 weight percent. Reaches its maximum value in the amount of added titanium,
The TS was 350 MPa and the proportional limit on compression was 255 MPa. Aged alloys containing titanium appear to behave similarly. This behavior is due to the fact that all zinc alloys (ACuZinc® 5 and ACuZi, including the ε phase as the primary phase and produced by gravity casting, permanent mold or die casting)
nc®10) was expected to have a similar effect. Combining this recognition with the knowledge that materials containing up to 0.1 weight percent titanium have a higher dimensional stability during aging at different temperatures than alloys with no added titanium, alloys containing titanium are: It can be said that it is preferable to use in a fixed casting mold used at room temperature.

【0022】本発明のダイカストは、図8に概略的に示
す通常のコールドチャンバダイカスト機を用いて、亜鉛
ベースの銅/アルミニウム/チタン合金から形成され
た。機械10は、可動プラテン11と、固定プラテン1
3とを備えることができる。金型半部12、14が、プ
ラテン11、13にそれぞれ取り付けられており、通路
(図示せず)を通って循環される水によって冷却され
る。図示の閉位置おいて、金型半部12、14は協働し
て、一定体積の金型キャビティ16を規定する。この金
型キャビティ16は、所望の形態の鋳造物を製造するた
めの適当な寸法及び形状を有している。鋳造サイクルの
間の適宜な時間に、プラテン11は、プラテン13と相
対的に動いて、鎖線18で示す平面に沿って金型半部1
2、14を分離して、製品である鋳造物を排出できるよ
うにする。機械10は、更に、キャビティ16に連通す
る概ね円筒形のショットスリーブ22を含むショット装
置20も備えている。スリーブ22は、例えば、適宜な
取鍋28からの溶融金属の装入物26の注入を許容する
入口24を有している。油圧駆動型のショットプランジ
ャ30が、スリーブ22の中に摺動可能に収容されてお
り、金型部分に向かって前進して、金属をスリーブ22
からキャビティ16の中に押し込むようになっている。
The die cast of the present invention was formed from a zinc-based copper / aluminum / titanium alloy using a conventional cold chamber die casting machine, shown schematically in FIG. The machine 10 includes a movable platen 11 and a fixed platen 1
3 can be provided. Mold halves 12,14 are mounted on platens 11,13, respectively, and are cooled by water circulated through passages (not shown). In the illustrated closed position, the mold halves 12, 14 cooperate to define a volume of mold cavity 16. The mold cavity 16 has the appropriate dimensions and shape to produce the desired form of the casting. At the appropriate time during the casting cycle, the platen 11 moves relative to the platen 13 so that the mold halves 1
2, 14 are separated so that the product casting can be discharged. Machine 10 further includes a shot device 20 that includes a generally cylindrical shot sleeve 22 that communicates with cavity 16. The sleeve 22 has, for example, an inlet 24 that allows the injection of a charge 26 of molten metal from a suitable ladle 28. A hydraulically driven shot plunger 30 is slidably received within sleeve 22 and advances toward the mold section to remove metal from sleeve 22.
From inside into the cavity 16.

【0023】本発明の亜鉛ダイカストは、図9に概略的
に示すホットチャンバダイカスト機50を用いても製造
された。機械50は、それぞれ固定プラテン53及び可
動プラテン55に取り付けられている水冷型の金型半部
52、54を備えている。上記可動プラテン55は、上
記金型半部を図9に示す閉位置と開位置との間で動かす
ようになっている。上記閉位置においては、上記金型半
部は協働して鋳造キャビィティ56を形成し、また、上
記開位置においては、上記金型半部は、鎖線58で示す
平面に沿って分離されて、製品である鋳造物を排出でき
るようになっている。通常のホットチャンバダイカスト
法に従って、ダイカスト機50は、るつぼ63の中に保
有されている溶融金属浴64の中に部分的に浸漬された
グーズネック・スリーブ62を有するショット装置60
を備えている。このショット装置60は、更に、上記グ
ーズネック62の中に摺動可能に収容された油圧作動型
のプランジャ68を備えている。プランジャ68が、図
9に示す後退位置にある時には、浴64からの溶融金属
の装入物が、入口ポート66を通ってグーズネック62
を充填する。鋳造作業を行うために、プランジャ68は
下方に駆動されて、溶融金属をスリーブ62を通して金
型キャビティ56の中に押し込む。
The zinc die casting of the present invention was also manufactured using a hot chamber die casting machine 50 shown schematically in FIG. The machine 50 includes water-cooled mold halves 52, 54 attached to a stationary platen 53 and a movable platen 55, respectively. The movable platen 55 moves the mold half between a closed position and an open position shown in FIG. In the closed position, the mold halves cooperate to form a casting cavity 56, and in the open position, the mold halves are separated along a plane indicated by a dashed line 58, The product, a casting, can be discharged. In accordance with conventional hot chamber die casting, the die casting machine 50 includes a shot apparatus 60 having a gooseneck sleeve 62 partially immersed in a molten metal bath 64 held in a crucible 63.
It has. The shot device 60 further includes a hydraulically operated plunger 68 slidably housed in the gooseneck 62. When the plunger 68 is in the retracted position shown in FIG. 9, a charge of molten metal from the bath 64 passes through the inlet port 66 and the gooseneck 62.
Fill. To perform the casting operation, the plunger 68 is driven downward to force the molten metal through the sleeve 62 and into the mold cavity 56.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】10.4重量パーセントの銅、4.1重量パー
セントのアルミニウム及び0.05重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の室温における最大抗張力
(UTS)並びに0.2パーセント降伏強度(0.2%
YS)に対するチタンの添加効果を示すグラフである。
1 shows the maximum tensile strength (UTS) at room temperature and 0.2% yield strength (0.2%) of a zinc alloy containing 10.4 weight percent copper, 4.1 weight percent aluminum and 0.05 weight percent magnesium. %
5 is a graph showing the effect of adding titanium to YS).

【図2】10.4重量パーセントの銅、4.1重量パー
セントのアルミニウム及び0.05重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の室温における引張り伸び率
に対するチタンの添加効果を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the effect of titanium addition on the tensile elongation at room temperature of a zinc alloy containing 10.4 weight percent copper, 4.1 weight percent aluminum and 0.05 weight percent magnesium.

【図3】10.4重量パーセントの銅、4.1重量パー
セントのアルミニウム及び0.05重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の比例限度に対するチタン濃
度の効果を、鋳放しの場合について示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the effect of titanium concentration on the proportional limit of a zinc alloy containing 10.4 weight percent copper, 4.1 weight percent aluminum and 0.05 weight percent magnesium for an as-cast case. .

【図4】10.4重量パーセントの銅、4.1重量パー
セントのアルミニウム及び0.05重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の比例限度に対するチタン濃
度の効果を、100°Cで10日間にわたって時効処理
を行った場合について示すグラフである。
FIG. 4 shows the effect of titanium concentration on the proportional limit of a zinc alloy containing 10.4 weight percent copper, 4.1 weight percent aluminum and 0.05 weight percent magnesium by aging at 100 ° C. for 10 days. 7 is a graph showing a case where the above is performed.

【図5】10.4重量パーセントの銅、4.1重量パー
セントのアルミニウム及び0.05重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金の比例限度に対するチタン濃
度の効果を、200°Cで10日間にわたって時効処理
を行った場合について示すグラフである。
FIG. 5 shows the effect of titanium concentration on the proportional limit of a zinc alloy containing 10.4 weight percent copper, 4.1 weight percent aluminum and 0.05 weight percent magnesium at 200 ° C. for 10 days. 7 is a graph showing a case where the above is performed.

【図6】10.4重量パーセントの銅、4.1重量パー
セントのアルミニウム及び0.05重量パーセントのマ
グネシウムを含む亜鉛合金のミクロ組織に対するチタン
濃度の効果を、(a)チタンを添加しない場合の鋳放し
のミクロ組織(大きなε(Zn4Cu)一次相(白いデ
ンドライト)、二元包晶反応の生成物としての少量のη
相、及び、(η+α+ε)三元共晶を示す)に関して、
また、(b)0.015重量パーセントのチタンを添加
した場合の鋳放しのミクロ組織(合金中の硬質相である
ε(Zn4Cu)一次相の顕著な結晶粒微細化を示す)
に関して、それぞれ比較して示す顕微鏡写真である。
FIG. 6 shows the effect of titanium concentration on the microstructure of a zinc alloy containing 10.4 weight percent copper, 4.1 weight percent aluminum and 0.05 weight percent magnesium, with (a) the absence of titanium added. As-cast microstructure (large ε (Zn 4 Cu) primary phase (white dendrite), small amount of η as product of binary peritectic reaction
Phase and (η + α + ε) ternary eutectic)
(B) As-cast microstructure when 0.015% by weight of titanium is added (showing remarkable grain refinement of ε (Zn 4 Cu) primary phase which is a hard phase in the alloy)
3 is a photomicrograph showing a comparison of the two.

【図7】0.015重量パーセントのチタンを含む本発
明の亜鉛合金の中のAl5Ti1 0Zn3に基づく粒子のエ
ネルギ分散型X線分析のグラフであり、ε相を有する
0.015重量パーセントのチタン合金(図示のよう
に、Al5Ti10Zn3として特定されている)に関する
図6の顕微鏡写真の拡大図を示している。
7 is a graph of the energy dispersive X-ray analysis of particles based on Al 5 Ti 1 0 Zn 3 in the zinc alloy of the present invention containing 0.015% by weight of titanium, 0.015 with ε-phase FIG. 7 shows an enlarged view of the micrograph of FIG. 6 for a weight percent titanium alloy (identified as Al 5 Ti 10 Zn 3 as shown).

【図8】本発明の亜鉛/アルミニウム/銅/チタン合金
を鋳造するためのコールドチャンバダイカスト機の断面
図である。
FIG. 8 is a sectional view of a cold chamber die casting machine for casting a zinc / aluminum / copper / titanium alloy of the present invention.

【図9】本発明の亜鉛/アルミニウム/銅/チタン合金
を鋳造するためのホットチャンバダイカスト機の断面図
である。
FIG. 9 is a sectional view of a hot chamber die casting machine for casting a zinc / aluminum / copper / titanium alloy of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、50 ダイカスト機 11、55 固定プラテン 13、53 可動プラテン 12、14、52、54 金型半部 16、56 金型キャビティ 10, 50 Die casting machine 11, 55 Fixed platen 13, 53 Movable platen 12, 14, 52, 54 Mold half 16, 56 Mold cavity

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モイヌディン・サダール・ラシッド アメリカ合衆国ミシガン州48302,ブルー ムフィールド・ヒルズ,パルメット・コー ト 1776 ──────────────────────────────────────────────────の Continuation of the front page (72) Inventor Moinudin Sadhar Rashid 48302, Michigan, USA, Bloomfield Hills, Palmetto Court 1776

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 約0.01乃至約0.1重量パーセント
のチタンと、約3乃至約12重量パーセントの銅と、約
2乃至約5重量パーセントのアルミニウムと、約81乃
至約95重量パーセントの亜鉛とを含むことを特徴とす
る合金。
1. A method according to claim 1, wherein the composition comprises about 0.01 to about 0.1 weight percent titanium, about 3 to about 12 weight percent copper, about 2 to about 5 weight percent aluminum, and about 81 to about 95 weight percent. An alloy containing zinc.
【請求項2】 請求項1に記載の合金において、ε一次
相と、η相と、(η+α+ε)三元共晶とを含むことを
特徴とする合金。
2. The alloy according to claim 1, comprising an ε primary phase, an η phase, and a (η + α + ε) ternary eutectic.
【請求項3】 請求項1に記載の合金において、4乃至
7重量パーセントの銅を含んでおり、ホットチャンバダ
イカスト法で鋳造されたことを特徴とする合金。
3. The alloy of claim 1, wherein the alloy comprises 4 to 7 weight percent copper and is cast by hot chamber die casting.
【請求項4】 請求項1に記載の合金において、7乃至
11重量パーセントの銅を含んでおり、コールドチャン
バダイカスト法で鋳造されたことを特徴とする合金。
4. The alloy of claim 1, wherein the alloy comprises 7 to 11 weight percent copper and is cast by cold chamber die casting.
【請求項5】 請求項1に記載の合金において、約0.
01乃至0.015重量パーセントのチタンを含むこと
を特徴とする合金。
5. The alloy according to claim 1, wherein the alloy has a thickness of about 0.5 μm.
An alloy comprising from 0.01 to 0.015 weight percent titanium.
【請求項6】 請求項1に記載の合金において、微量成
分を更に含むことを特徴とする合金。
6. The alloy according to claim 1, further comprising a minor component.
【請求項7】 Al5Ti10Zn3の粒子を含むことを特
徴とする合金。
7. An alloy comprising particles of Al 5 Ti 10 Zn 3 .
【請求項8】 約0.01乃至約0.1重量パーセント
のチタンと、約3乃至約12重量パーセントの銅と、約
2乃至約5重量パーセントのアルミニウムと、約81乃
至約95重量パーセントの亜鉛とを含むことを特徴とす
るダイカスト。
8. The composition of claim 1, wherein the composition comprises about 0.01 to about 0.1 weight percent titanium, about 3 to about 12 weight percent copper, about 2 to about 5 weight percent aluminum, and about 81 to about 95 weight percent. Die casting characterized by containing zinc.
【請求項9】 請求項8に記載のダイカストにおいて、
ε一次相と、η相と、(η+α+ε)三元共晶とを含む
ことを特徴とするダイカスト。
9. The die casting according to claim 8, wherein
A die casting comprising an ε primary phase, an η phase, and a (η + α + ε) ternary eutectic.
【請求項10】 亜鉛/銅/アルミニウム系の合金であ
って、当該合金の引張強度を向上させるに十分な量のチ
タンを含むことを特徴とする亜鉛/銅/アルミニウム系
合金。
10. A zinc / copper / aluminum based alloy comprising a titanium / copper / aluminum based alloy, wherein the zinc / copper / aluminum based alloy comprises titanium in an amount sufficient to enhance the tensile strength of the alloy.
【請求項11】 請求項10に記載の亜鉛/銅/アルミ
ニウム系合金において、約3乃至12重量パーセントの
銅と、約2乃至約5重量パーセントのアルミニウムと、
約81乃至95重量パーセントの亜鉛とを含むことを特
徴とする亜鉛/銅/アルミニウム系合金。
11. The zinc / copper / aluminum based alloy of claim 10, wherein about 3 to 12 weight percent copper; about 2 to about 5 weight percent aluminum;
A zinc / copper / aluminum alloy comprising about 81-95 weight percent zinc.
【請求項12】 亜鉛/銅/アルミニウム系の合金であ
って、チタンを含まない合金に比較してε相の表面積を
増大させるに十分な量のチタンを含むことを特徴とする
亜鉛/銅/アルミニウム系合金。
12. A zinc / copper / aluminum based alloy comprising a titanium / copper / aluminum alloy comprising titanium in an amount sufficient to increase the surface area of the ε-phase as compared to an alloy containing no titanium. Aluminum alloy.
【請求項13】 請求項12に記載の亜鉛/銅/アルミ
ニウム系合金において、約3乃至12重量パーセントの
銅と、約2乃至約5重量パーセントのアルミニウムと、
約81乃至95重量パーセントの亜鉛とを含むことを特
徴とする亜鉛/銅/アルミニウム系合金。
13. The zinc / copper / aluminum based alloy of claim 12, wherein about 3 to 12 weight percent copper, about 2 to about 5 weight percent aluminum,
A zinc / copper / aluminum alloy comprising about 81-95 weight percent zinc.
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