JPS5974246A - 防振用亜鉛合金部材の製造方法 - 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】 この発明は、防振用亜鉛合金部材をコスト安く製造する
方法に関するものである。

近年、音響機器の性能改善や、計測機器の精度向上、あ
るいは自動車や産業機械等の騒音抑制等のために、防振
特性を有する合金材料が注目されてきており、その需要
が次第に増大してきている。

従来、このような防振材料として注目されている割振特
性のすぐれた合金は、複合型９強磁性型。

転位型、および双晶型に分類できることが知られており
、その代表的なものにＣｕ−Ｍｎ合金、　Ｆｅ−Ｃｒ−
Ｍ合金、　Ｔｉ−Ｎｉ合金＋　Ｍｇ合金等がある。

しかしながら、これらの合金はすぐれた防振性を有して
はいるものの、その製造工程が極めて複雑であり、した
がって高価なものとなるのを免れず、汎用性に欠けると
いう傾向があった。

ところで１通常、超塑性合金として使用されているＭを
２２重量％含有するＺｎ−Ａ！！合金（以下、ｓｐｚと
称する）も、前記の複合型の防振特性を備えた材料であ
ることが知られるようになった。

このＳＰｚは、その合金自体の製造コストが比較的低い
ものであるが、合金に超塑性を付与するためにはその結
晶粒を微細に調整することが重要な条件の１つとなって
おシ、超塑性合金の前記ｓｐｚはすべて塑性加工後、溶
体化処理・時効処理の熱処理を行って結晶粒を微細にし
た状態で使用されるので、製造工程が複雑となって使用
部材としてはコストの高いものを使わざるを得ないとい
うものであった。そして、ｓｐｚが防振特性を備えるた
めにも、その結晶粒が微細なものであることが必要であ
ることが知られており、そのために。

ｓｐｚを防振材として使う場合には、すべてロート材（
通常圧延材）を採用せざるを得なかったので、コストが
高くなシ、しかもそれらの素材は一般に板状であること
から用途が制限されるという問題点があった。

本発明者等は、上述のような観点から、製造が容易であ
り、低コストであって、汎用性の高い防振用部材な得べ
く、特に、合金自体のコストが比較的低く、低融点であ
る前記ｓｐｚに着目して、ｓｐｚが有する防振特性′に
基礎的な考察を加えつつ、より向上した防振特性を低コ
ストで引出す方法を模索し、研究を重ねた結果、以下（
ａ）〜（ｆ）に示すごとき知見を得るに至ったのである
。

（ａ）　　複合型の防振合金であるＺｎ−Ａ１合金の防
振特性は、結晶粒を微細化することに加えて、結晶粒を
等軸晶とすることによって飛躍的に向上するものである
のに対して、ＳＰＺのロート材では結晶が方向性を示す
傾向があり、このままでは高い防振特性が得られない上
、この結晶の方向性を長時間の溶体化処理によって解消
しようとしても、これは生産性を低下させ、コストの上
昇をもたらして工業生産には適さないものであるが、ｓ
ｐｚの溶湯を特定の速い冷却速度で凝固冷却することに
よって、微細でかつ等軸な結晶組織を有し、防振特性の
すぐれた部材が得られること、（ｂ）ｓｐｚの溶湯を所
望形状の鋳型に注入して。

特定の速い冷却速度で凝固冷却するのみですぐれた防振
部材を得ることができるので、防振部材の形状に制限が
加えられることがなく、適用範囲の広い防振部材を得る
こと私できること、（ｃ）ＳＰＺの溶湯を急冷するので
、徐冷の場合に見られるような大きい凝固収縮孔の生成
を防止でき、後加工処理を必要としない寸法精度の良い
の融点から１００℃までの間で十分で６Ｄ、この区域を
急冷すれば、例えば常温にまで急冷したのとほとんど変
らない防振特性を実現できるので。

冷却手段として水冷を適用した場合には、繰返し作業の
間の冷却水温上昇に対する格別な対策を講することなく
、常に安定した操業を続は得ること、（ｅ）ＳＰＺが超
塑性合金として使われる場合には、均質微細粒（粒径ｌ
μ以下）であることが不可欠な要素とされるが、防振部
材としては５それよりも数倍から約１０倍位大きな粒径
のものであっても、等軸晶形が維持されていれば防振性
能に関し−Ｃは何ら不都合はなく、それ故、あえて低温
に焼入れして１μ以下の超微細粒にする必要がない。む
しろ、常温以上の温度に焼入れを行えば、−次固溶相の
共析変態と、それに引続いて起る過飽和固溶体β相から
のＭ析出を促進し、製品の使用中における寸法安定性に
も好結果が得られること、 （ｆ）　　上記のように、ＳＰＺの溶湯を、ダイカスト
した後水冷する等の手段で急冷すると、防振特性確保の
点では好都合であるが、このように急冷された製品は、
使用中に若干の寸法変化（収縮〕を起す恐れがある。す
なわち、冷却速度が大きいと、過冷却のために未分解の
α１が生じ、この未分解α１は常温でも比較的短時間（
１０分位）で分解（共析変態）するが、α、の分解によ
って形成される過飽和のβ相からのＭの析出には完了ま
でにある程度の時間を要するので、この結果、製品使用
中に過飽和β相からのＭの析出が進行し、製品に寸法変
化が起きる。

このため、寸法安定性を要求される製品の場合には、さ
らに寸法安定化のための処置を施す必要があるが、例え
ばダイカスト後直ちに温水に入れて所定時間保持したり
、あるいはダイカスト後、通常の水冷を行い、その後　
　　　　　　−分解や過飽和β相からの析出が促進され
、製品使用時の寸法安定化が達成できること。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであシ、
主含有成分としてのＭを７〜６０重量％含む亜鉛合金の
溶湯を、その融点から１００℃以下の温度域に至るまで
の間の平均冷却速度が１’Ｃ／ｓｅｅ以上となるように
急冷するか、さらには急冷終了温度域を１００〜４０℃
の間とし、その温度域に少なくとも３０分間保持するこ
とによって、すぐれた防振特性を有する亜鉛合金部材を
得ることに特徴を有するものである。

ついで、この発明の防振用亜鉛合金部材の製造方法にお
いて、Ｚｎ合金中のＭ成分の含有割合、及び合金溶湯の
冷却速度、並びにその後の低温保持条件を上述のとおシ
に限定した理由を説明する。

■　Ｍ含有量 Ｍ成分は、Ｚｎ−Ａ＆系合金のＭ側の一次固相α１の析
出に寄与する不可欠な元素であるが、その含有量が７重
量％未満では、偏析によって共晶組織を多量に発生して
合金を脆化させるようになり、一方６０重量係を越えて
含有せしめると防振性に必要な一次固相α１の量が十分
でなく、溶湯温度も高温化して金型に焼付きが生ずる等
の鋳造面からの不利をも生ずる。そして、防振特性を生
み出すために必須の条件であるα１の共析分解による結
晶の微細化が不足して防振性能が低下することとなるの
である。したがって、Ａε含有量を７〜６０重量％と定
めた。

■　冷却速度 ７〜６０重量％のＭを含む７．ｎ−Ａｌ系合金溶湯を、
その融点から１００℃以下の温度域に至るまでの大粒の
成長を来たしたり、また層状の組織を呈するようになっ
て、防振性能を著しく劣化するので、微細でかつ等軸の
結晶組織が得られ、防振性のすぐれたものが得られる１
℃／ｓｅｅ以上の範囲に、融点から１００℃以下の温度
域に至るまでの平均冷却速度を限定した。

また、Ｚｎ−ＡＡ系合金の凝固収縮孔の凝集を防ぐため
には凝固速度を速くし、凝固後の冷却速度をも速める必
要がアシ、結晶粒の粗大化を防ぐためには凝固後の冷却
速度を速くする必要があるが、融点から１００℃以下の
温度域に至るまでの平均冷却速度を１℃／ｓｅｅ以上と
すればこれらの条件が満足され、良好な結果が得られる
のである。

そして、急冷終了温度が１００℃を上回った場合にも防
振性能が劣化するようになるので、急冷温度域を融点か
ら１００℃以下の温度域までと定めた。

■　低温保持条件 上記急冷↓で引続いて、常温に至るまでの間の１００〜
４０℃の温度域に３０分以上、好ましくは３０分〜２４
時間保持することは、過冷による一次固溶相（α１）の
分解（共析）反応と、その後に生ずる非平衝濃度差に基
づく析出を促進し、その結果、製品使用時の寸法変化が
有効に防、止されることとなる。この低温域での保持時
間は処理温度に依存し、４０℃の場合では３０分以上の
保持で十分な効果が得られ、１００℃の場合では２４時
間を越えて保持すると防振特性劣化の傾向が現われて来
る。このため、温水や他の方法で所定温度に保持する時
間は、該温度に合わせて適当に選択する必要がある。

また、保持温度が４０℃未満では所望の寸法安定化の効
果を得ることができず、一方１００℃を越えた場合には
防振特性の劣化が生ずるので、その温度を１００〜４０
℃の温度域と定め、保持時間を少なくとも３０分間と定
めた。

もちろん、一旦、常温まで冷却した鋳造品を、再度、４
０〜１００℃に加熱して一定時間保持することによって
も、同様の寸法安定化効果を得ることができるが、この
場合には多工程を！することとなり、エネルギー損失と
も合わせてコスト高となるので好ましい処理とは言えな
いものである。

実際に、このような冷却速度で防振用亜鉛合金部材を得
るのに適した方法としては、ダイカスト法を掲げること
ができる。薄物のダイカストの犬気中放冷の場合は、鋳
造物の融点から常温までの平均冷却速度は１℃／ｓｅｅ
位であり、薄物から厚物までのダイカスト鋳造後、直ち
に水冷した場合は６０〜１’Ｃ／ｓｅｅ程度の平均冷却
速度を得ることができる。また、金型重力鋳造して凝固
後直ちに水冷した場合でも、最大５℃／ｓｅｅ程度の平
均冷却速度を得ることができる。しかしながら、砂型鋳
造の場合には、０３℃／ｓｅｅの平均冷却速度しか得る
ことができないので不適当である。

なお、この防振用Ｚｎ−Ａｔ系合金が、Ｍｇ、　Ｃｕお
よびＳｌの１種以上を含有することにより、合金の強度
を高め、耐粒界腐食を改善することができる。

特に、　Ｍｇ成分は耐粒界腐食性の向上効果が著しく。

強度も向上させるが、その含有量が０．００！５重量係
未満では前記効果が十分に発揮されず、一方、０．０５
重量係を越えて含有せしめると湯流れ性を損ない、合金
自体も脆化するので、その含有量は０、　ＯＯ５〜０．
０５重量係の範囲内とするのが好ましい。また、ＣＵ酸
成分、特に耐食性に有効であシ、機械的特性を改善する
作用をも有するが、その含有量が０．０５重量％未満で
はその効果が十分でなく、一方３．０重量係を越えて含
有させると防振性に悪影響を与えるようになることから
、その含有量は０．０５〜３，０重量係の範囲内とする
のが好ましい。Ｓｉ成分は、防振性を損なうことなく強
度を確保する作用を有している元素であシ、特に、合金
の１００℃付近までの高温強度を増大させる効果がある
が、　Ｓｉの含有量が０．５％未満では十分な効果を得
ることができず、一方７％を越えて含有させると溶湯中
にＳｌの初晶が分離浮上し、ドロスとともに排出される
こととなる。したがって、　Ｓｉを含有させる場合には
、含有量を０５〜７重量％とすることが必要である。

つぎに、この発明を実施例に基づいて説明する。

実施例　ｌ Ｚｎ−２２％Ｎ、合金に関し、冷却速度と防振性との関
係を、ダイカスト鋳造直後に水冷した部材（ダイカスト
＋水冷）、金型重力鋳造直後に水冷した部材（金型重力
鋳造＋急冷）、および砂型鋳造した部材についてそれぞ
れ測定して比較した。

型寸法は、幅：ｌＯＯｍｍＸ長さ：１５０．．の一定の
ものとし、厚さを変化させたものを使用して得た冷却速
度と防振性能を第１表に示した。第１表においては、防
振性能を内部摩擦Ｑ　で表わしたが、Ｑ−１と外部振動
エネルギーＥが材料中で１サイクル中に失う損失エネル
ギー△Ｅとの間に、。−工＝　　１　　、、ａ旦 ２　π　　　　　Ｅ の関係があり、　Ｑ−１が大きいものほど防振性能がす
ぐれていることになる。

また、従来の展伸材と比較した防振性能の度合も第１表
に併せて示した。

＠：展伸材の特性を上回る、 Ｏ：展伸材の特性と同等。

×：防振効果なし。

第１表に示した結果からも、ダイカスト鋳造および金型
重力鋳造による速い冷却速度で得られた各種部材は、す
ぐれた防振性能を示すことが明らかであり、砂型鋳造の
場合は、凝固直後の、砂型除去が難しいために空冷した
ものであって、この発第　　　１　　　表 明の平均冷却速度の範囲よシも相当に遅い冷却速度とな
っておシ、防振性能が極端に劣ることが明らかである。

なお、急速冷却が得易いダイカスト鋳造の場合に、防振
特性の極めてすぐれたものが得られる理由の１つとして
、鋳造物に本来起るべき収縮孔が、急速冷却されるため
にミクロポアとなって粒界に分散し、これが外部振動エ
ネルギーを粒界の粘性流動で内部熱エネルギーとして吸
収する粒界易動度を助けるということも考えられる。

実施例　２ Ｚｎ−２２％ＡＡ−０，５％Ｃｕ−ｏ、　０２　％Ｍｇ
合金に関し、厚さ：２馴×幅：５０１１Ｘ長さ：１５０
ｇｇ（７）平板試料を８０）ンコールドテヤンバー型の
ダイカストマシンで鋳造（溶湯温度：６００１：、型温
度＝２００℃）後、直ちにｌ０ＣＩＣ以下の第２表に示
される各温度の水中にて急冷した（第２表中の試料Ａ１
〜５）。

さらに引続いて３０分〜２４時間、同温の水中に保持し
た（試料Ａ６〜１７）。

このようにして得られた各試料について、その防振性能
と、９５℃ＸＩＯ日間の人工時効によって収縮する寸法
変化量を測定し、その結果も第２表に併せて示した。

上述のように、試料Ａ１〜５のものは冷却水温の影響に
ついて示したものであるが、水温の相違が防振性に及は
す影響は極〈ゎずがであシ、実際問題としてはほとんど
無視し得るであろうことが明白である。

また、試料＆６〜１７は、所定の冷却水温に急第　　　
２　　　表 今後、そのまま浸漬することによって、−次固溶相α１
がαとβの２相に分解することを促進し、これに続く過
飽和固溶体の析出による寸法変化量の違いを示したもの
で１寸法変化は９５℃乾燥空気中でｌＯ日間時効した時
の収縮量の大きさで示した。

第２表に示される結果からも、急冷後の鋳造物を、４０
〜１００℃の温度で３０分以上保持することにより、防
振性能の低下をそれほど来たすことなく、使用時の製品
寸法変化を防止できることがわかる。

なお、２０〜ＩＣ１０℃水中に２分浸漬（試料屋１〜５
）を基準として、保持時間による寸法安定量と防振性と
の兼ね合いから見て、２４時間を越える保持時間ではそ
れ以上の著しい寸法安定化効果の向上がみられず、返っ
て防振性を低下させるのみであるから、寸法安定化時間
を短縮し、かつ防振性の低下が少ない２４時間という保
持時間を限度とし、安定化の効果へを生ずる最低限の保
持時間を３０分とするのが良いことをも、この実験によ
って確認した。もちろん、多少の寸法変化を容認できる
部材についてはこの限りでなく、防振性能を最良とする
方法で行えば良いのである。

実施例　３ Ｚｎ−２２％Ａｌ−０，２％Ｃｕ−３％８１合金に関し
て、実施例２と同一の条件でダイカストし、かつ耐振性
能と、９５℃ＸＩＯ日間の人工時効による寸法変化（収
縮）量を同様にして測定した。このときの試料製造条件
と、得られた結果を第３表に示した。

第３表に示される結果からも、本合金の防振特性はＭｇ
を含んでい終めに１本質的に実施例２の場合よシも良好
であるが、実施例２の場合と同様に、焼入れ水温は１０
０℃以下では防振性に対して影響が無いこと、並びに４
０℃以上で保持することによって、使用時の寸法変化が
抑制されることがわかる。

実施例　４ Ｚｎ−４０％Ａｔ−０，２％Ｃｕ−４％８１合金（本合
金はＭを増量して軽量化を図ったものである）に関第　
　　３　　　表 して、これを８０トンコールドチヤンバー型のダイカス
トマシンで、溶湯温度：６５０℃、型温度：２００℃に
て鋳造後、直ちに１００℃以下の第４表に示される各温
度の水中に急冷し、さらに引続いて３０分〜２４時間、
同温度の水中に保持した。

このようにして得られた試料の防振性と、９５℃×ｌＯ
日間の人工時効による寸法変化（収縮）量を第４表に示
した。

軽量であり、防振特性は実施例２よりもすぐれ、かつＭ
が多いため、寸法変化を引起すＺｎ粒が少なく、寸法変
化が本質的に小さいなどのすぐれた諸性質を有するが、
この合金の場合も、防振性は本質的に焼入れろ水温には
余り影響されないこと、並びに４０℃以上に保持するこ
とによって、その後の寸法変化が小さくなることが、上
記第４表に示された結果からも明らかである。

上述のように、この発明圧よれば、簡単な製造方法によ
り、汎用性が高く任意形状の防振特性に第　　　４　　
　表 すぐれた部材、あるいはさらに製品使用時の寸法変化も
少ない部材をコスト安く得ることができるなど、工業上
有用な効果がもたらされるのである。

出願人　　三菱金属株式会社ほか１名

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　主含有成分としてのＭを７〜６０重量係重量
   係船合金の溶湯を、その融点から１００℃以下の温度域
   に至るまでの間の平均冷却速度がＩ　Ｃ／ｓｅｅ以上と
   なるように急冷することを特徴とする防振用亜鉛合金部
   材の製造方法。
2. （２）主含有成分としてのＭを７〜６．０重量％含以上
   となるように急冷後、その温度域に少なくとも３０分間
   保持することを特徴とする防振用亜鉛合金部材の製造方
   法。