JP5483701B2 - 亜鉛基合金 - Google Patents
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Description
特許文献2には、0.1重量%以下のLi、0.1重量%以下のBe、0.1重量%以下のNa、0.1重量%以下のMg、25重量%以下のAl、0.1重量%以下のSi、0.1重量%以下のK、0.1重量%以下のCa、0.1重量%以下のTi、0.1重量%以下のV、0.1重量%以下のMn、0.1重量%以下のFe、0.1重量%以下のCo、0.1重量%以下のNi、15重量%以下のCu、1重量%以下のCd、1重量%以下のIn、1重量%以下のSn及び1重量%以下のSbからなる群から選ばれた少なくとも1種の合金元素を含み、亜鉛及び各合金元素について分子軌道法により算出したs軌道エネルギーレベルMk及び各合金元素のモル分率と合金の所定の機械特性Mpとが所定の検量線を満足することを特徴とする亜鉛基合金が提案され、具体的にはZn−Al−Cu合金が開示されている。
また、特許文献3には、Ni、Cu、Si、Ti、Sb、Ag、Cr、Be、Ca、Co、Na、K、In、Li、SrおよびMgから選ばれる1種または2種以上の添加元素および残部がZnからなる防錆塗料用の亜鉛基合金粉末が提案され、具体的には、Zn−Ni−Mg合金、Zn−Al−Ni合金、Zn−Mg−Cr合金、Zn−Mg合金、およびZn−Al−Mg合金が開示されている。
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、高強度で且つ優れた靭性及び耐摩耗性を有する亜鉛基合金を提供することを課題とする。
(1) Alを3.5重量%以上4.5%重量%以下、Cuを3.0重量%以上4.0重量%以下、Mgを0.01重量%以上0.08重量%以下、およびCaを0.005重量%以上0.1重量%以下で含有し、且つ残部がZnと不可避物質とからなる亜鉛基合金。
(2) Alを3.5重量%以上4.5%重量%以下、Cuを3.0重量%以上4.0重量%以下、Mgを0.01重量%以上0.08重量%以下、Caを0.005重量%以上0.1重量%以下、およびSrを0.005重量%以上0.1重量%以下で含有し、残部がZnと不可避物質とからなる亜鉛基合金。
(3) ダイカスト用である前記(1)に記載の亜鉛基合金。
(4) 前記(1)または(2)に記載の亜鉛基合金からなるダイカスト品。
本発明に係る好ましい亜鉛基合金は、上記の元素以外にSrをさらに含有するものである。
Alを上記範囲で含有させると、共晶(β相)を形成し、融点を低下させ鋳造性が良好となる。また、初晶(α相)内に固溶し、析出時効に伴う硬化によって、引張強度、硬度及び耐摩耗性が向上する。Al含有量が3.0重量%未満では、その効果が乏しく、逆に4.5重量%を超えると、靭性が低下し、鋳造性が劣化することがある。
Cuを上記範囲で含有させると、初晶(α相)及び共晶(β相)内に固溶し、析出時効に伴う硬化によって、引張強度及び硬度が向上する。更に、硬質のε相(Zn−Cu系金属間化合物)を形成及び分散するため、耐摩耗性が向上する。Cu含有量が3.0重量%未満では、その効果が乏しく、逆に4.0重量%を超えると金属間化合物が粗大となり、靭性を低下させ、鋳造性が劣化することがある。
Mgを上記範囲で含有させると、強度と硬度及び耐摩耗性とが向上する。また、粒間腐食を抑制する効果がある。Mg含有量が0.01重量%未満では、その効果が乏しく、逆に0.08重量%を超えると、靭性が劣化することがある。
Caを上記範囲で含有させると、強度と硬度及び耐摩耗性とが向上する。Ca含有量が0.005重量%以上で、更にCuと共存させることで、Zn−Cu−Ca系金属間化合物が形成されるため、その効果が顕著になる。しかし、Ca含有量が0.1重量%を超えると、金属間化合物が粗大となり、靭性を低下させ、鋳造性が劣化することがある。
Srを上記範囲で含有させると、靭性及び耐摩耗性が向上する。Sr含有量が0.005重量%以上で、更にCaと共存させることで、Zn−Cu−Ca系金属間化合物が微細に形成されるため、その効果が顕著になる。しかし、Sr含有量が0.1重量%を超えると、Zn−Sr系金属間化合物が形成され、靭性が劣化することがある。
ダイカスト法は加工の自由度及び寸法精度に優れており、肉厚変化の大きなものや薄肉形状のものを製造することに有効である。また、溶湯を金型に高速度で加圧注入し、急冷凝固するため、組織が緻密(微細化)になり、高い強度を得ることができる。更に、鋳造速度が速く、一度の注入による多数個の製造も可能であることから、他の製造法よりも量産性に優れ、自動化による大量生産も可能である。
コールドチャンバー式ダイカスト装置は、大型製品の製造が可能である。また、高圧での鋳造が可能で急冷効果も高いため、高強度の成形物が得られる。
ホットチャンバー式ダイカスト装置は鋳造速度に優れ、低い温度での溶解(鋳造)が可能なため、低コストの成形物が得られる。また、鋳造欠陥となるような酸化物及び空気の巻き込みが少ないため、高品質の成形物が得られる。
表1に示す各成分組成よりなる亜鉛基合金を溶解法により溶製した。
尚、比較例1の成分組成は亜鉛合金ZDC1(JIS H 5301)に相当するものである。比較例2の成分組成は亜鉛合金ZDC2(JIS H 5301)に相当するものである。
鋳型には、ASTM規格の引張試験片(平行部φ6.4mm、標点間距離50mm、長さ230mm)、硬度測定用試験片(幅13mm、厚さ7mm、長さ55mm)、および衝撃値測定用試験片(幅6.4mm、厚さ6.4mm、長さ60mm)が得られるキャビティ寸法を有するものを用いた。なお、鋳型は熱間ダイス鋼SKD61製である。
2) 硬度測定用試験片寸法のダイカスト成形物について、ビッカース硬度計(マツザワ社製 VK−M)を用いて、硬度を測定した。
3) 衝撃値測定用試験片寸法のダイカスト成形物について、シャルピー衝撃試験機(前川試験機製作所社製; MC−10)を用いて、衝撃値を測定した。
4) 引張試験片寸法のダイカスト成形物から、所定の摩耗試験片を削り出した。この摩耗試験片について、摩擦摩耗試験機(オリエンテック社製 EMF−III−F)を用いて、摩耗減量を測定した。該摩耗試験は、ピン・オン・ディスク形式で、潤滑下(潤滑油を一定量滴下)にて、相手材としてダイス鋼SKD11を用い、摺動速度0.5m/s、摺動距離6,000m、荷重50kgfの条件で行った。
一方、比較例1、2、3、5、7、9の亜鉛基合金は、靭性に優れるものの、強度特性及び耐摩耗性に劣っていた。
また、比較例4、6、8、10の亜鉛基合金は、強度特性及び耐摩耗性に優れるものの、靭性が不十分であった。
Claims (4)
- Alを3.5重量%以上4.5%重量%以下、Cuを3.0重量%以上4.0重量%以下、Mgを0.01重量%以上0.08重量%以下、およびCaを0.005重量%以上0.1重量%以下で含有し、残部がZnと不可避物質とからなる亜鉛基合金。
- Alを3.5重量%以上4.5%重量%以下、Cuを3.0重量%以上4.0重量%以下、Mgを0.01重量%以上0.08重量%以下、Caを0.005重量%以上0.1重量%以下、およびSrを0.005重量%以上0.1重量%以下で含有し、残部がZnと不可避物質とからなる亜鉛基合金。
- ダイカスト用である請求項1または2に記載の亜鉛基合金。
- 請求項1または2に記載の亜鉛基合金からなるダイカスト品。
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