JPH01290737A - 金型用アルミニウム合金 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は金型用アルミニウム合金に係り、特に、プラス
チック、ゴム等の成形に使用する金型において、硬度、
強度、切削性、みがき性等が要求されるアルミ厚板部材
の用途に適するアルミニウム合金に関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）プラスチック
やゴム等の成形用金型は、厚板を必要な成形型に切削加
工した後、その表面を鏡面仕上加工或いはシボ加工し製
造される。

ところで、この金型を、例えば、射出成形用で使用する
場合、プラスチックが高温高速で射出さ４するため、耐
摩耗性が良いこと、或いは金型表面状態が直接製品表面
にプリントされるため、仕上り状態が良いこと等が要求
される。このため、素材には硬度、強度が高いこと、板
厚方向の硬度が均一であること、鏡面仕上げする時のみ
がき加工性が良いこと等の特性が要求される。

従来より、このような金型用アルミニウム合金としては
７０００番系合金である７ＮＯ１，７００３，７０７５
等の合金が使用されているが、これらの合金は厚板材に
なると焼入れ性が悪く、板表面と板厚中央とでは硬度、
強度の差が大きいため、このような要求に対し十分に応
えることができなかった。

すなわち、金型用としては、通常は２０ａ＋ｍ以上の厚
板が使用されるが、上記傾向は板厚が厚くなるにつれ、
板厚方向の各部位での焼入れ時の冷却速度が大きく異な
ってくるため、その差が増々大きくなる。したがって、
切削加工した製品内で硬度の異なる部位が発生すること
になり、硬度が低い部位は摩耗が激しく、金型寿命を早
めることになる。

また、加工性が悪くなったり、或いは鏡面仕上げするみ
がき加工時に、表面に微妙な凹凸が発生し、それがプラ
スチック等の製品にプリントされ、製品価値がなくなる
等の問題があった。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、板厚方向の硬
度差が小さく、みがき性に優れた金型用アルミニウム合
金を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため１本発明者らは、アルミニウム
合金の成分並びに組織面等の種々の角度から鋭意研究を
行った結果、化学成分を適切に規制すると共に、圧延板
又は鍛造板における結晶粒長さ及び晶出化合物長さを制
御することにより可能であることを見い出したものであ
る。

すなわち、本発明に係る金型用アルミニウム合金は、Ｚ
ｎ：５．０〜７．５％、Ｍｇ：１．０〜３．５％、Ｇｕ
：ｌ、０〜３．０％及びＺｒ：０．０５〜０．３％を含
有し、Ｍｎ：０．２％以下及びＣｒ：０．１５％以下に
規制され、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアル
ミニウム合金であって、平均結晶粒が２１以下の該アル
ミニウム合金鋳塊を所定の厚さまで圧延乃至鍛造後、溶
体化、時効処理した圧延板乃至鍛造板の任意の面におい
て、平均結晶粒長さが１０００μｍ以下で、存在する品
出化合物の平均長さが５０μｍ以下であり、且つ板厚方
向の硬度が高く、硬度差が少ないことを特徴とするもの
である。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

まず１本発明における化学成分の限定理由を説明する。

Ｚｎ： Ｚｎは強度と硬度の向上に効果のある元素である。しか
し、その含有量が５．０％未満では最終製品（Ｔ６材）
での硬度や強度が低下し、また７゜５％を超えると晶出
化合物が多くなり、鋳造性、圧延加工性が悪くなり、割
れが発生し易くなる。

したがって、Ｚｎ量は５．０〜７．５％の範囲とする。

Ｍｇ： ＭｇはＺｎと同様に、強度と硬度の向上に効果のある元
素であるが、含有量が１．０％未満では強度や硬度が低
下し、また３、５％を超えると圧延加工性を悪くしたり
、鋳造性を悪（する。したがって、Ｍｇ量は１．０〜３
．５％の範囲とする。

Ｃｕ： Ｃｕ＋ＪＺｎ及びＭｇと同様、強度と硬度の向上に効果
のある元素であるが、含有量が１．０％未満では強度や
硬度が低下し、また３、０％を超えると著しく鋳造性を
悪くさせる。したがって、ＣＩＪ量は１．０〜３．０％
の範囲とする。

ｚｒ： Ｚｒは厚板材での焼入れ性を殆ど低下させないで強度向
上に効果のある元素である。しかし、含有量がｏ、ｏ５
％未満では焼入れ性が改害されず、板厚中央部での硬度
及び強度が不足し、その効果がなく、また０、３％を超
えると焼入れ性に対する効果が飽和し、逆に巨大品出化
合物が発生し。

切削加工性やみがき性を悪くする。したがって、Ｚｒ量
は０．０５〜０．３％の範囲とする。

Ｃｒ： Ｃｒは強度、硬度向上、焼入れ感受性、みがき性に影響
を与える元素であり、０．１５％より多く含有すると、
特に厚板材での焼入れ性が悪くなり、板表面に比べて板
厚中央部での強度或いは硬度低下が大きくなり、加工性
、みがき性を悪くする。したがって、ＣｒＪｉは０．１
５％以下に規制する。

Ｍｎ： Ｍｎは組織を微細化させ、強度を向上する元素であるが
、Ｃｒと同様にみがき性にも影響を与える元素である。

そのため、Ｍｎ量は０．２％以下に規制する。０．２％
より多く含有すると特にみがき性が劣化するので好まし
くない。

なお、上記元素の他に不純物が含有するが、その量は本
発明の効果を損なわない限度で許容できる。例えば、Ｔ
ｉＳ２．１％、Ｎｉ≦０．１％、Ｂ≦０．００１％、Ｂ
ｅ≦０．００１％、Ｎａ≦０．００１％であれば、これ
らの元素を含んでいても金型としての特性上変わりはな
い。

次に上記化学成分のＡｌ合今について金属組織を限定す
る理由を説明する。

成形用金型は、硬度、強度及び切削加工性が要求される
だけでなく、加工後の表面みがき性が優れることが要求
される。このため、本発明では平均結晶粒長さ並びに晶
出化合物長さを制御するのである。

すなわち、平均長さが５０μｍを超える晶出化合物が存
在すると、鏡面仕上げ加工時に、素地表面に突出或いは
脱落し、穴状の欠陥をつくる等、みがき性を著しく悪く
する。

また、平均結晶粒長さが１０００μｍを超える組織を有
する場合、鏡面仕上げ加工時に素地表面にうねりが発生
し、同様にみがき性を悪くする。

一方、金型として使用するアルミニウム合金素材の板厚
は２０〜２００ＩＩＩＩ１１程度の厚いもので、熱間圧
延材のまま或いは鍛造材で使用する場合が多い。このた
め、Ａｌ合金鋳塊の組織微細化が必要であり、鋳塊の平
均結晶粒が２１１Ｉ＋１を超えるものでは、その後の均
質化処理、熱間圧延又は鍛造、熱処理（溶体化処理１時
効処理）等で結晶粒の大きさをコントロールすることが
難しくなり、みがき性が悪くなる。したがって、Ａｌ合
金鋳塊の平均結晶粒は２ｍ１１以下にしておく必要があ
る。

なお１本発明に係るアルミニウム合金は、上記組成の合
金を通常の方法により溶解、鋳造、均質化処理、熱間圧
延又は鍛造、熱処理（溶体化、時効処理）して得られが
、好ましい製造条件としては、溶解、鋳造後、３５０〜
４５０℃にて予信均熱し、鋳塊中の残留応力を除去した
後、面側を行い、その後４００〜５００°ＣＸ２〜４８
時間の均質化処理後、３００〜４５０℃で熱間圧延又は
鍛造し、次いで３５０〜５００℃で溶体化・水焼入れし
、１〜３％歪取リス１−レンチ後、１２０〜ｂを行うこ
とにより得られる。勿論、この製造条件に制限されるこ
とはなく、適宜変更することは可能である。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 第１表に示す化学成分をイイするへ〇合金の５０Ｑｍｍ
厚の鋳塊に４５０℃ｘ２４時間の均質化処理を施し、４
５０〜３００℃の温度で熱間圧延し、６０＋ｎ重厚の厚
板材を得た。

続いて、硝石炉を用いて４５０℃Ｘ６０分の溶体化・焼
入れし、焼入れによって発生した残量応力除去のため１
．５％のストレンチ後、１２０°Ｃ×２４時間→１５０
℃×２４時間の２段時効処理を施した。

得られた材料について機械的性質、硬さ、金属組織、み
がき性等について調査を行った。その結果を第２表及び
第３表に示す。

なお１機械的性質は、第１図に示す如く、全板厚ｔの１
７２シの部位（図中、△印）より圧延方向に直角な方向
に引張試験片（ＪＩＳ１４Ａ号）を切出し、引張試験に
より評価した。

硬さは、同図に示す如く、板表面並びに板厚の１／４ｔ
と１／２シの各部位（図中、■印）についてビッカース
硬さを調べて評価した。

金属組織は、板厚のｌ／４シの部位で圧延面に平行な断
面より試料を取出し、研磨後、顕微鏡で６３１祭し、晶
出化合物の平均長さと平均結晶粒長さを測定した。

みがき性は、金属組織と同じ部位の板厚１／４ｔの部位
で、圧延面に平行な断面で５Ｏｎ＋ｎ＋口の試料を切出
し、以下のみがき手順で研磨を行い、鏡面仕、Ｆげ加工
した後、表面粗さ（Ｒａ、　Ｒｍａｘ）、素地のうねり
、品出物の突出及び脱落等について評価した。

、ｂｉすＬ［風 砥石（＃３２０→＃４００→＃６００）による研磨↓ ペーパー研磨（＃１０００） ↓ フェルト、ダイヤモンド砥石（＃　１８００→＃３００
０→＃８０００）による研磨（コンパウンド添加液使用
）なお、みがき作業は、第２図に示すように試料１を固
定し、研磨具２（砥石、ペーパー、フィルト）を図中矢
印の如く往復動させて行なった。

第２表及び第３表より１本発明材は、従来材に比較し、
強度、硬さが高いと共に板厚方向での硬度差が小さく、
しかも表面粗さ、素地うねりや晶出化合物の突出乃至脱
落が少ない等、みがき性に優れ、製品特性で優れている
ことがわかる。

一方、比較例ＮＱ６は強度及び硬度が不足し、比較例Ｎ
（１７（７０７５相当）は強度が不足すると共に硬度差
が大きく、みがき性に劣る。また比較例Ｎ。

８は強度が不足すると共に特に硬度差が大きく、みがき
性に劣り、比較例Ｎα９は強度及び硬度は高いものの、
みがき性が劣悪である。

【以下余白１ （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、Ａ２合金の化学
成分を調整すると共に圧延材乃至鍛造材の金應組織（平
均結晶粒長さ、品出化合物長さ等）を制御するので１強
度が十分であることは勿論のこと、硬度が高く且つ硬度
差が小さく、みがき性に優れた高製品特性の金型用アル
ミニウム合金を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例において引張試験片、高度測定試料の切
出し部位を示す説明図。 第２図はみがき要領を説明する図である。 １・・・試料、２・・・研磨具。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％で（以下、同じ）、Ｚｎ：５．０〜７．５％、Ｍ
   ｇ：１．０〜３．５％、Ｃｕ：１．０〜３．０％及びＺ
   ｒ：０．０５〜０．３％を含有し、Ｍｎ：０．２％以下
   及びＣｒ：０．１５％以下にそれぞれ規制され、残部が
   Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金であ
   って、平均結晶粒が２ｍｍ以下の該アルミニウム合金鋳
   塊を所定の厚さまで圧延又は鍛造後、溶体化、時効処理
   した圧延板又は鍛造板の任意の面において、平均結晶粒
   長さが１０００μｍ以下で、存在する晶出化合物の平均
   長さが５０μｍ以下であり、且つ板厚方向の硬度が高く
   、硬度差が少ないことを特徴とする金型用アルミニウム
   合金。