ダイキャスト金型およびその周辺部材
【課題】 長寿命のダイキャスト金型およびその周辺部材を提供する。
【解決手段】 アルミニウム合金溶湯用の、ダイキャスト金型、またはその周辺部材の材料を、Ｗ−Ｎｉ（−Ｆｅ−Ｃｏ）系合金にＣｒを添加した合金とすることにより耐酸化性を向上させた焼結合金として、長寿命かつ加熱・冷却による寸法変化の小さい製品にする。
【解決手段】 アルミニウム合金溶湯用の、ダイキャスト金型、またはその周辺部材の材料を、Ｗ−Ｎｉ（−Ｆｅ−Ｃｏ）系合金にＣｒを添加した合金とすることにより耐酸化性を向上させた焼結合金として、長寿命かつ加熱・冷却による寸法変化の小さい製品にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金の各種部品の製造に用いられるダイキャスト金型およびその周辺部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などに使用されるＡｌ合金の各種部品の多くは、ダイキャスト法によって製造されている。このようなダイキャスト法に使用される金型およびその周辺部材の材料には、高温での機械的性質と耐酸化性に優れることが要求され、従来、この種の用途の材料としては、耐熱鋼や超硬合金などが提案されている。
【０００３】
Ａｌ合金のダイキャストは、通常高温、大気中で行われるので、金型、ダイプレートやガイドピンなどの金型周辺部材の材料には耐熱性と共に耐酸化性が求められる。耐熱鋼は室温機械的性質には優れるものの高温での硬度低下が著しく、普通の超硬合金はＣｏやＮｉなどの結合相金属を含むため、高温で硬度が低下し易く耐酸化性にも劣る。また、いわゆるバインダーレス超硬合金は、結合相金属をほとんど含まないため高温での硬度低下は少ないが、耐酸化性にはやはり劣る。セラミックスは耐酸化性には優れるものの靭性に乏しいという欠点がある。高温で機械的性質に優れる合金としては、他にＷ−Ｎｉ−Ｆｅ系（例えば、特許文献１参照）、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ系（例えば、特許文献２参照）などのＷ基合金が挙げられるが、何れも耐酸化性に問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものである。すなわち耐熱性に優れるＷ基合金の耐酸化性を向上させ、Ａｌ合金のダイキャスト用金型やその周辺部材に適した長寿命の材料を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のダイキャスト用金型の素材をＷ基合金とするのは、Ｗが高温での機械的性質に優れるためである。Ｎｉを添加するのは焼結性を向上させるためであり、その添加量が１質量％未満では焼結性向上効果が小さくなり、１５質量％を超えると高温での硬さ低下率が大きくなる。Ｎｉの一部をＦｅおよびＣｏで置換してもよいが、ＦｅとＣｏの合計の添加量がＮｉとの合計量の３０質量％を超えると耐酸化性が低下する。Ｃｒを添加するのは耐酸化性を向上させるためであり、その添加量が１質量％未満では耐酸化性の向上効果が不足し、２０質量％を超えると焼結性が低下するので好ましくない。また、Ｗの一部をＷおよびＣｒを除く、周期律表４、５、または６族に属する遷移金属で置換してもよいが、その置換量が１０質量％を超えると焼結性が低下し、抗折力が低下する。
【０００６】
なお、合金組織を構成するＷの平均粒度が５μｍ未満では熱クラックが発生しやすくなるので好ましくない。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による焼結合金は、高温における硬さの低下率が小さく、超硬合金や通常のＷ基合金に比較して耐酸化性に優れているため、Ａｌ合金のダイキャスト用金型およびその周辺部材に用いるとそれらの長寿命化が図れ、かつ超硬合金や耐熱鋼に比較して熱膨張係数が小さいので、加熱・冷却による金型の寸法変化が小さく、金型設計が容易であるという特徴を有し、産業上の利用価値が高い。
【０００８】
例えば、普通自動車用アルミニウムホイルのダイキャスト用金型の場合、溶湯導入部分で、最初に溶湯が接触する部分は、７００℃程度と高温である。この部分は、保温は湯流れを維持する為に保温され、常時高温に保たれる。従来、ＳＫＤ６１を窒化処理して塗型等で保護して用いているが、７００℃の溶湯が通過するため、２０００ショット〜５０００ショット程度で溶損して寿命となる。この金型は稼動部分の寸法が数メートルの大型装置であるため、溶損部分の交換に手間がかかり、この程度の寿命では生産効率が著しく低いが、本発明合金を用いると、溶損がほとんどなくなり、日常の簡単なメンテナンスだけで数万ショットの耐用回数が可能となり、大幅に生産性が改善された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−３１１２０６号公報
【特許文献２】特開平６−１９２８０４号公報
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のダイキャスト用金型の素材は通常の粉末冶金法によって製造できる。すなわち、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｏおよびＣｒ粉末を所定の組成に配合し、ボールミルあるいはアトライターによる湿式混合を経て乾燥後、所望の形状にプレス圧約１〜５ｔ／ｃｍ２で成形する。次に、成形体を１３５０〜１５００℃で３０〜１２０分真空焼結した後、最終的な形状に加工する。
【実施例１】
【００１１】
表１には本発明合金および比較合金の配合組成を示した。本発明合金Ｎｏ．１〜４はＮｉおよびＦｅ量を一定とし、Ｃｒ量を変化させたものであり、Ｎｏ．５〜１１は、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏの合計量とＣｒ量を変化させたものである。また、Ｎｏ．１２〜１４はＮｉ、ＦｅおよびＣｒ量をＮｏ．２合金と同一とし、Ｗの一部をＴｉ、ＴａおよびＭｏで置換したものである。比較合金のＮｏ．１５〜２０はＣｒを含まないＷ基合金、Ｎｏ．２１〜２４は一般的な耐摩耗工具用超硬合金である。ここで、Ｗ基合金はすべて平均粒度約６μｍのＷ粉を用い、湿式ボールミル時間：２４ｈｒ、プレス圧：１ｔ／ｃｍ２、真空焼結：１４６０℃−６０分の条件で作製した。
【００１２】
【表１】
【００１３】
表１に示した本発明合金および比較合金の抗折力、硬さ、高温硬さ、耐酸化性（酸化増量）、および熱膨張係数の測定結果を表２に示した。酸化増量試験は、４×８×２５ｍｍ３の試験片の全面を鏡面仕上げ後、大気中で８００℃−３０分間加熱し、その重量変化から単位面積当たりの酸化増量を算出した。また、高温硬さ（ＨＶ１）はＡｒ雰囲気中で測定した。熱膨張係数は電気抵抗熱膨張同時測定装置（ＫＤ−ＥＲ、成瀬科学器械（株））を用いて昇温速度１．５℃／ｍｉｎで室温から６００℃まで測定した。
【００１４】
【表２】
【００１５】
Ｎｏ．１〜４および１５より、Ｃｒ添加量が増加するにつれて酸化増量が減少（耐酸化性が向上）している。また、Ｎｏ．１５〜１９のようにＮｉ、ＦｅおよびＣｏの合計量が増加すると耐酸化性および高温硬さが劣化するが、Ｎｏ．５〜１１のようにＮｉ、ＦｅおよびＣｏの合計量の増加と共にＣｒ量も増加させることにより、耐酸化性の劣化を抑制することができる。また、一般的な超硬合金と比較すると抗折力は低いが、本発明合金は耐酸化性の面では非常に優れているので、ダイキャスト用金型やその周辺部材に用いると、それらの長寿命化を図ることができる。さらに、本発明合金は総じて熱膨張係数が小さいので、ダイキャスト時と冷却取出後の寸法変化が小さく、金型の設計が容易となる利点も有する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金の各種部品の製造に用いられるダイキャスト金型およびその周辺部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などに使用されるＡｌ合金の各種部品の多くは、ダイキャスト法によって製造されている。このようなダイキャスト法に使用される金型およびその周辺部材の材料には、高温での機械的性質と耐酸化性に優れることが要求され、従来、この種の用途の材料としては、耐熱鋼や超硬合金などが提案されている。
【０００３】
Ａｌ合金のダイキャストは、通常高温、大気中で行われるので、金型、ダイプレートやガイドピンなどの金型周辺部材の材料には耐熱性と共に耐酸化性が求められる。耐熱鋼は室温機械的性質には優れるものの高温での硬度低下が著しく、普通の超硬合金はＣｏやＮｉなどの結合相金属を含むため、高温で硬度が低下し易く耐酸化性にも劣る。また、いわゆるバインダーレス超硬合金は、結合相金属をほとんど含まないため高温での硬度低下は少ないが、耐酸化性にはやはり劣る。セラミックスは耐酸化性には優れるものの靭性に乏しいという欠点がある。高温で機械的性質に優れる合金としては、他にＷ−Ｎｉ−Ｆｅ系（例えば、特許文献１参照）、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ系（例えば、特許文献２参照）などのＷ基合金が挙げられるが、何れも耐酸化性に問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものである。すなわち耐熱性に優れるＷ基合金の耐酸化性を向上させ、Ａｌ合金のダイキャスト用金型やその周辺部材に適した長寿命の材料を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のダイキャスト用金型の素材をＷ基合金とするのは、Ｗが高温での機械的性質に優れるためである。Ｎｉを添加するのは焼結性を向上させるためであり、その添加量が１質量％未満では焼結性向上効果が小さくなり、１５質量％を超えると高温での硬さ低下率が大きくなる。Ｎｉの一部をＦｅおよびＣｏで置換してもよいが、ＦｅとＣｏの合計の添加量がＮｉとの合計量の３０質量％を超えると耐酸化性が低下する。Ｃｒを添加するのは耐酸化性を向上させるためであり、その添加量が１質量％未満では耐酸化性の向上効果が不足し、２０質量％を超えると焼結性が低下するので好ましくない。また、Ｗの一部をＷおよびＣｒを除く、周期律表４、５、または６族に属する遷移金属で置換してもよいが、その置換量が１０質量％を超えると焼結性が低下し、抗折力が低下する。
【０００６】
なお、合金組織を構成するＷの平均粒度が５μｍ未満では熱クラックが発生しやすくなるので好ましくない。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による焼結合金は、高温における硬さの低下率が小さく、超硬合金や通常のＷ基合金に比較して耐酸化性に優れているため、Ａｌ合金のダイキャスト用金型およびその周辺部材に用いるとそれらの長寿命化が図れ、かつ超硬合金や耐熱鋼に比較して熱膨張係数が小さいので、加熱・冷却による金型の寸法変化が小さく、金型設計が容易であるという特徴を有し、産業上の利用価値が高い。
【０００８】
例えば、普通自動車用アルミニウムホイルのダイキャスト用金型の場合、溶湯導入部分で、最初に溶湯が接触する部分は、７００℃程度と高温である。この部分は、保温は湯流れを維持する為に保温され、常時高温に保たれる。従来、ＳＫＤ６１を窒化処理して塗型等で保護して用いているが、７００℃の溶湯が通過するため、２０００ショット〜５０００ショット程度で溶損して寿命となる。この金型は稼動部分の寸法が数メートルの大型装置であるため、溶損部分の交換に手間がかかり、この程度の寿命では生産効率が著しく低いが、本発明合金を用いると、溶損がほとんどなくなり、日常の簡単なメンテナンスだけで数万ショットの耐用回数が可能となり、大幅に生産性が改善された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−３１１２０６号公報
【特許文献２】特開平６−１９２８０４号公報
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のダイキャスト用金型の素材は通常の粉末冶金法によって製造できる。すなわち、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｏおよびＣｒ粉末を所定の組成に配合し、ボールミルあるいはアトライターによる湿式混合を経て乾燥後、所望の形状にプレス圧約１〜５ｔ／ｃｍ２で成形する。次に、成形体を１３５０〜１５００℃で３０〜１２０分真空焼結した後、最終的な形状に加工する。
【実施例１】
【００１１】
表１には本発明合金および比較合金の配合組成を示した。本発明合金Ｎｏ．１〜４はＮｉおよびＦｅ量を一定とし、Ｃｒ量を変化させたものであり、Ｎｏ．５〜１１は、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏの合計量とＣｒ量を変化させたものである。また、Ｎｏ．１２〜１４はＮｉ、ＦｅおよびＣｒ量をＮｏ．２合金と同一とし、Ｗの一部をＴｉ、ＴａおよびＭｏで置換したものである。比較合金のＮｏ．１５〜２０はＣｒを含まないＷ基合金、Ｎｏ．２１〜２４は一般的な耐摩耗工具用超硬合金である。ここで、Ｗ基合金はすべて平均粒度約６μｍのＷ粉を用い、湿式ボールミル時間：２４ｈｒ、プレス圧：１ｔ／ｃｍ２、真空焼結：１４６０℃−６０分の条件で作製した。
【００１２】
【表１】
【００１３】
表１に示した本発明合金および比較合金の抗折力、硬さ、高温硬さ、耐酸化性（酸化増量）、および熱膨張係数の測定結果を表２に示した。酸化増量試験は、４×８×２５ｍｍ３の試験片の全面を鏡面仕上げ後、大気中で８００℃−３０分間加熱し、その重量変化から単位面積当たりの酸化増量を算出した。また、高温硬さ（ＨＶ１）はＡｒ雰囲気中で測定した。熱膨張係数は電気抵抗熱膨張同時測定装置（ＫＤ−ＥＲ、成瀬科学器械（株））を用いて昇温速度１．５℃／ｍｉｎで室温から６００℃まで測定した。
【００１４】
【表２】
【００１５】
Ｎｏ．１〜４および１５より、Ｃｒ添加量が増加するにつれて酸化増量が減少（耐酸化性が向上）している。また、Ｎｏ．１５〜１９のようにＮｉ、ＦｅおよびＣｏの合計量が増加すると耐酸化性および高温硬さが劣化するが、Ｎｏ．５〜１１のようにＮｉ、ＦｅおよびＣｏの合計量の増加と共にＣｒ量も増加させることにより、耐酸化性の劣化を抑制することができる。また、一般的な超硬合金と比較すると抗折力は低いが、本発明合金は耐酸化性の面では非常に優れているので、ダイキャスト用金型やその周辺部材に用いると、それらの長寿命化を図ることができる。さらに、本発明合金は総じて熱膨張係数が小さいので、ダイキャスト時と冷却取出後の寸法変化が小さく、金型の設計が容易となる利点も有する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｗが７５〜９８質量％、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅの合計量が１〜１５質量％で、その内ＦｅとＣｏの合計量はＮｉとの合計量の０〜３０質量％、Ｃｒが１〜２０質量％、および不可避不純物からなる組成を有し、光学顕微鏡組織写真上でＷ粒子が平均５μｍ以上の焼結合金で構成されることを特徴とする、アルミニウム合金溶湯用の、ダイキャスト金型、またはその周辺部材であるダイプレートまたはガイドピン。
【請求項２】
Ｗの１０質量％以下が、ＷおよびＣｒを除く、周期律表４、５、または６族に属する遷移金属の１種または２種以上で置換された、請求項１に記載の焼結合金で構成されることを特徴とする、アルミニウム合金溶湯用の、ダイキャスト金型、またはその周辺部材であるダイプレートまたはガイドピン。
【請求項１】
Ｗが７５〜９８質量％、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅの合計量が１〜１５質量％で、その内ＦｅとＣｏの合計量はＮｉとの合計量の０〜３０質量％、Ｃｒが１〜２０質量％、および不可避不純物からなる組成を有し、光学顕微鏡組織写真上でＷ粒子が平均５μｍ以上の焼結合金で構成されることを特徴とする、アルミニウム合金溶湯用の、ダイキャスト金型、またはその周辺部材であるダイプレートまたはガイドピン。
【請求項２】
Ｗの１０質量％以下が、ＷおよびＣｒを除く、周期律表４、５、または６族に属する遷移金属の１種または２種以上で置換された、請求項１に記載の焼結合金で構成されることを特徴とする、アルミニウム合金溶湯用の、ダイキャスト金型、またはその周辺部材であるダイプレートまたはガイドピン。
【公開番号】特開２０１３−６０６６４（Ｐ２０１３−６０６６４Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３４７１１（Ｐ２０１２−２３４７１１）
【出願日】平成２４年１０月２４日（２０１２．１０．２４）
【分割の表示】特願２００６−１２２６５５（Ｐ２００６−１２２６５５）の分割
【原出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００２３８０１６）冨士ダイス株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月２４日（２０１２．１０．２４）
【分割の表示】特願２００６−１２２６５５（Ｐ２００６−１２２６５５）の分割
【原出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００２３８０１６）冨士ダイス株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
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