JPH05285624A - AlまたはAl合金鋳造用銅合金金型 - Google Patents
AlまたはAl合金鋳造用銅合金金型Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 単位時間当たりの鋳造スピードを高めること
ができ、結晶粒が微細化して強度および延性の高いAl
合金鋳物を鋳造することができるAlまたはAl合金鋳
造用銅合金金型を提供する。 【構成】(1) 銅または銅合金金型表面上に、厚さ:
0.005mm〜3mmのTa合金層を被覆してなるA
lまたはAl合金鋳造用銅合金金型。 (2) 銅または銅合金金型表面上に、Niメッキ層、
Ni合金メッキ層、Crメッキ層、Feメッキ層のうち
の単層または2層以上の複数層からなる中間層を形成
し、さらにその上にTa合金層を形成してなり、前記中
間層およびTa合金層メッキの合計厚さが0.005m
m〜3mmの範囲内にあるAlまたはAl合金鋳造用銅
合金金型。
ができ、結晶粒が微細化して強度および延性の高いAl
合金鋳物を鋳造することができるAlまたはAl合金鋳
造用銅合金金型を提供する。 【構成】(1) 銅または銅合金金型表面上に、厚さ:
0.005mm〜3mmのTa合金層を被覆してなるA
lまたはAl合金鋳造用銅合金金型。 (2) 銅または銅合金金型表面上に、Niメッキ層、
Ni合金メッキ層、Crメッキ層、Feメッキ層のうち
の単層または2層以上の複数層からなる中間層を形成
し、さらにその上にTa合金層を形成してなり、前記中
間層およびTa合金層メッキの合計厚さが0.005m
m〜3mmの範囲内にあるAlまたはAl合金鋳造用銅
合金金型。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、AlまたはAl合金
鋳造用銅合金金型に関するものである。
鋳造用銅合金金型に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、AlまたはAl合金の鋳造金型
に用いられる金型材料としては、鉄系合金材料が用いら
れている。しかし、前記鉄系合金金型は、鉄系合金の熱
伝導性の低さから冷却速度が遅く、したがって、1回の
鋳造時間を長くとらなければならず、そのために単位時
間当たりのAlまたはAl合金鋳造スピードを高めるこ
とができず、AlまたはAl合金鋳造スピードを高めて
コストを削減するという要求には対応できなかった。さ
らに、鉄系合金材料金型を用いて鋳造したAlまたはA
l合金鋳物は結晶粒が微細化せず、Al合金鋳物の強度
および延性を十分に確保できないという課題もあった。
に用いられる金型材料としては、鉄系合金材料が用いら
れている。しかし、前記鉄系合金金型は、鉄系合金の熱
伝導性の低さから冷却速度が遅く、したがって、1回の
鋳造時間を長くとらなければならず、そのために単位時
間当たりのAlまたはAl合金鋳造スピードを高めるこ
とができず、AlまたはAl合金鋳造スピードを高めて
コストを削減するという要求には対応できなかった。さ
らに、鉄系合金材料金型を用いて鋳造したAlまたはA
l合金鋳物は結晶粒が微細化せず、Al合金鋳物の強度
および延性を十分に確保できないという課題もあった。
【0003】そこで、AlまたはAl合金鋳造用金型と
して、水冷または空冷の銅合金金型を用いることが考え
られるが、銅合金は一般にAl溶湯と反応しやすく、A
lまたはAl合金を銅合金製金型に鋳造すると、Alと
銅合金が反応し金型内面にCu−Al合金層が生じて付
着し、金型寿命も短く、実用に供することができないと
いう欠点があった。
して、水冷または空冷の銅合金金型を用いることが考え
られるが、銅合金は一般にAl溶湯と反応しやすく、A
lまたはAl合金を銅合金製金型に鋳造すると、Alと
銅合金が反応し金型内面にCu−Al合金層が生じて付
着し、金型寿命も短く、実用に供することができないと
いう欠点があった。
【0004】この対策としては、例えば、銅合金金型の
表面上へのセラミック溶射した銅合金金型(軽金属学
会、第80回春期大会講演概要、P.195〜19
6)、銅合金金型の表面上へWCを溶射した銅合金金
型、銅合金金型の表面上へ硬質Crメッキをした銅合金
金型、銅合金金型の表面上へNi−5%Fe合金メッキ
をした銅合金金型、銅合金金型の表面上へCo−20%
Ni合金メッキをした銅合金金型などが提案されてい
る。
表面上へのセラミック溶射した銅合金金型(軽金属学
会、第80回春期大会講演概要、P.195〜19
6)、銅合金金型の表面上へWCを溶射した銅合金金
型、銅合金金型の表面上へ硬質Crメッキをした銅合金
金型、銅合金金型の表面上へNi−5%Fe合金メッキ
をした銅合金金型、銅合金金型の表面上へCo−20%
Ni合金メッキをした銅合金金型などが提案されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記セラミッ
クおよびWC溶射層は剥離しやすく、また、硬質Crメ
ッキ、Ni−5%Fe合金メッキおよびCo−20%N
i合金メッキ等はAl溶湯との反応性に問題があり、十
分満足のいくものではなかった。
クおよびWC溶射層は剥離しやすく、また、硬質Crメ
ッキ、Ni−5%Fe合金メッキおよびCo−20%N
i合金メッキ等はAl溶湯との反応性に問題があり、十
分満足のいくものではなかった。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
Cu合金のもつ優れた冷却能を犠牲にすることがなく、
Al溶湯と反応することがなく、さらに使用寿命の長い
AlまたはAl合金鋳造用銅合金金型を得るべく研究を
行った結果、(1) Ta合金は、Al溶湯との濡れ性
が悪くまたAl溶湯との反応がないところから、銅また
は銅合金金型表面上にTa合金層を形成すると、銅また
は銅合金金型寿命が向上し、このTa合金層を形成した
銅または銅合金金型を用いてAlまたはAl合金を鋳造
すると、単位時間当たりのAlまたはAl合金鋳造スピ
ードを高めることができ、得られたAlまたはAl合金
鋳物の組織も微細化し、強度および延性が鉄系合金材料
金型で鋳造した場合に比べ10〜20%程度向上する、
(2) さらに、銅または銅合金金型とTa合金層との
間に、中間層として、Niメッキ層、Ni合金メッキ
層、Crメッキ層、Feメッキ層のうちの単層または2
層以上の複数層からなる中間層を形成すると、Ta合金
層の銅または銅合金金型表面に対する密着性がさらに向
上し、一層金型寿命が向上する、などの知見を得たので
ある。
Cu合金のもつ優れた冷却能を犠牲にすることがなく、
Al溶湯と反応することがなく、さらに使用寿命の長い
AlまたはAl合金鋳造用銅合金金型を得るべく研究を
行った結果、(1) Ta合金は、Al溶湯との濡れ性
が悪くまたAl溶湯との反応がないところから、銅また
は銅合金金型表面上にTa合金層を形成すると、銅また
は銅合金金型寿命が向上し、このTa合金層を形成した
銅または銅合金金型を用いてAlまたはAl合金を鋳造
すると、単位時間当たりのAlまたはAl合金鋳造スピ
ードを高めることができ、得られたAlまたはAl合金
鋳物の組織も微細化し、強度および延性が鉄系合金材料
金型で鋳造した場合に比べ10〜20%程度向上する、
(2) さらに、銅または銅合金金型とTa合金層との
間に、中間層として、Niメッキ層、Ni合金メッキ
層、Crメッキ層、Feメッキ層のうちの単層または2
層以上の複数層からなる中間層を形成すると、Ta合金
層の銅または銅合金金型表面に対する密着性がさらに向
上し、一層金型寿命が向上する、などの知見を得たので
ある。
【0007】この発明はかかる知見にもとづいてなされ
たものであって、(1) 銅または銅合金金型表面上
に、厚さ:0.005mm〜3mmのTa合金層を形成
してなるAlまたはAl合金鋳造用銅合金金型、(2)
銅または銅合金金型表面上に、Niメッキ層、Ni合
金メッキ層、Crメッキ層、Feメッキ層のうちの単層
または2層以上の複数層からなる中間層を形成し、さら
にその上にTa合金層を形成してなり、前記中間層およ
びTa合金層メッキの合計厚さが0.005mm〜3m
mの範囲内にあるAlまたはAl合金鋳造用銅合金金
型、に特徴を有するものである。
たものであって、(1) 銅または銅合金金型表面上
に、厚さ:0.005mm〜3mmのTa合金層を形成
してなるAlまたはAl合金鋳造用銅合金金型、(2)
銅または銅合金金型表面上に、Niメッキ層、Ni合
金メッキ層、Crメッキ層、Feメッキ層のうちの単層
または2層以上の複数層からなる中間層を形成し、さら
にその上にTa合金層を形成してなり、前記中間層およ
びTa合金層メッキの合計厚さが0.005mm〜3m
mの範囲内にあるAlまたはAl合金鋳造用銅合金金
型、に特徴を有するものである。
【0008】この発明の銅合金金型に被覆するTa合金
は、重量%で、(a) W:5〜30%、残部:Taお
よび不可避不純物、(b) Nb:5〜30%、残部:
Taおよび不可避不純物、(c) Mo:5〜30%、
残部:Taおよび不可避不純物、(d) Nb:20〜
40%、V:3〜15%、残部:Taおよび不可避不純
物、(e) Hf:5〜30%、W:1〜10%、残
部:Taおよび不可避不純物、などの成分組成を有する
Ta合金が用いられる。
は、重量%で、(a) W:5〜30%、残部:Taお
よび不可避不純物、(b) Nb:5〜30%、残部:
Taおよび不可避不純物、(c) Mo:5〜30%、
残部:Taおよび不可避不純物、(d) Nb:20〜
40%、V:3〜15%、残部:Taおよび不可避不純
物、(e) Hf:5〜30%、W:1〜10%、残
部:Taおよび不可避不純物、などの成分組成を有する
Ta合金が用いられる。
【0009】次に、この発明における被覆層を上記の通
り限定した理由を説明する。 (a)Ta合金層 Ta合金層は、Al溶湯との濡れ性および反応性が極め
て少なく、銅または銅合金金型寿命を向上させるが、そ
の厚さが0.005mm未満だと、Al溶湯流により短
期間に摩耗しかつ剥離しやすく、一方、その厚さが3m
mを越えると、冷却能が低下し、鋳造したAl鋳物の特
性が鉄系合金金型に比べて向上しなくなる。したがっ
て、Ta合金層の厚さは、0.005mm〜3mmとし
た。
り限定した理由を説明する。 (a)Ta合金層 Ta合金層は、Al溶湯との濡れ性および反応性が極め
て少なく、銅または銅合金金型寿命を向上させるが、そ
の厚さが0.005mm未満だと、Al溶湯流により短
期間に摩耗しかつ剥離しやすく、一方、その厚さが3m
mを越えると、冷却能が低下し、鋳造したAl鋳物の特
性が鉄系合金金型に比べて向上しなくなる。したがっ
て、Ta合金層の厚さは、0.005mm〜3mmとし
た。
【0010】(b)中間層 銅または銅合金金型表面とTa合金層との間に、Niメ
ッキ層、Ni合金メッキ層、Crメッキ層、Feメッキ
層のうちの単層または2層以上の複数層からなる中間層
を施すと、Ta合金層の密着性が向上し、金型寿命が一
層向上するが、Ta合金層と中間層の合計厚さが0.0
05mm以下だと摩耗および剥離しやすく、また、Ta
合金層と中間層の合計で3mmを越えると冷却能が低下
し、Al鋳物の特性が鉄系合金金型に比べて、向上しな
くなるので好ましくない。したがって、Ta合金層と中
間層の合計厚さを0.005mm〜3mmとした。
ッキ層、Ni合金メッキ層、Crメッキ層、Feメッキ
層のうちの単層または2層以上の複数層からなる中間層
を施すと、Ta合金層の密着性が向上し、金型寿命が一
層向上するが、Ta合金層と中間層の合計厚さが0.0
05mm以下だと摩耗および剥離しやすく、また、Ta
合金層と中間層の合計で3mmを越えると冷却能が低下
し、Al鋳物の特性が鉄系合金金型に比べて、向上しな
くなるので好ましくない。したがって、Ta合金層と中
間層の合計厚さを0.005mm〜3mmとした。
【0011】
【実施例】次に、この発明を実施例にもとづいて、具体
的に説明する。純CuまたはCu−0.6%Cr−0.
1%Zrからなる組成の耐熱Cu合金を使用し、直径:
50mm、深さ:50mmの大空間およびその大空間の
下方に続く直径:20mm、深さ:50mmの小空間か
らなるキャビティを有し、外部寸法が高さ:150m
m、幅:100mm、厚さ:100mmを有する二つ割
り金型を機械加工にて作製し、次いで、これら金型キャ
ビティの内面に、表1〜表3に示される、溶射Ta合金
層または中間メッキ層および溶射Ta合金層からなる被
覆層を形成し、本発明金型1〜25および比較金型1〜
3(表3において、*印を付けた値はこの発明の範囲外
の値を示す)を作製した。
的に説明する。純CuまたはCu−0.6%Cr−0.
1%Zrからなる組成の耐熱Cu合金を使用し、直径:
50mm、深さ:50mmの大空間およびその大空間の
下方に続く直径:20mm、深さ:50mmの小空間か
らなるキャビティを有し、外部寸法が高さ:150m
m、幅:100mm、厚さ:100mmを有する二つ割
り金型を機械加工にて作製し、次いで、これら金型キャ
ビティの内面に、表1〜表3に示される、溶射Ta合金
層または中間メッキ層および溶射Ta合金層からなる被
覆層を形成し、本発明金型1〜25および比較金型1〜
3(表3において、*印を付けた値はこの発明の範囲外
の値を示す)を作製した。
【0012】さらに比較のため、前記Cu−0.6%C
r−0.1%Zrからなる組成の耐熱Cu合金金型の内
面に、表3に示す、セラミック溶射、WC溶射、硬質C
rメッキ、Ni−5%Fe合金メッキ、Co−20%N
i合金メッキなどの被覆層を施した従来金型1〜5を用
意し、さらに、これとは別に、銅合金金型と同形状のF
e合金金型の従来金型6を用意した。
r−0.1%Zrからなる組成の耐熱Cu合金金型の内
面に、表3に示す、セラミック溶射、WC溶射、硬質C
rメッキ、Ni−5%Fe合金メッキ、Co−20%N
i合金メッキなどの被覆層を施した従来金型1〜5を用
意し、さらに、これとは別に、銅合金金型と同形状のF
e合金金型の従来金型6を用意した。
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】
【表3】
【0016】上記表1〜表3に示した本発明金型1〜2
5、比較金型1〜3および従来金型1〜6を用い、 鋳込材 :Al合金(AC4C)、 鋳込温度:700℃、 鋳造回数:最高500回、 の条件で鋳造試験を行ない、鋳造後の鋳型内面のAl合
金溶湯との反応の状況および被覆層の剥離の状況を調べ
た。被覆層の剥離については、目視にて剥離の有無を観
察し、剥離が発生する鋳造回数で評価した。剥離が発生
した場合は以後の鋳造試験は行なわなかった。
5、比較金型1〜3および従来金型1〜6を用い、 鋳込材 :Al合金(AC4C)、 鋳込温度:700℃、 鋳造回数:最高500回、 の条件で鋳造試験を行ない、鋳造後の鋳型内面のAl合
金溶湯との反応の状況および被覆層の剥離の状況を調べ
た。被覆層の剥離については、目視にて剥離の有無を観
察し、剥離が発生する鋳造回数で評価した。剥離が発生
した場合は以後の鋳造試験は行なわなかった。
【0017】Al合金溶湯との反応については、剥離が
発生した時点または、剥離が発生しない場合は500回
鋳造時点でのAl合金の金型への付着状況を目視にて調
べ、ほとんど付着していないものは○印、わずかに付着
しているものは△印、付着量が多い場合は×印を付して
示した。さらに、上記金型を用いて鋳造した上記被鋳造
物(アルミニウム合金鋳物)の引張試験を行ない、引張
強度、伸びを測定した。これらの観察および測定結果を
表4〜表7に示した。
発生した時点または、剥離が発生しない場合は500回
鋳造時点でのAl合金の金型への付着状況を目視にて調
べ、ほとんど付着していないものは○印、わずかに付着
しているものは△印、付着量が多い場合は×印を付して
示した。さらに、上記金型を用いて鋳造した上記被鋳造
物(アルミニウム合金鋳物)の引張試験を行ない、引張
強度、伸びを測定した。これらの観察および測定結果を
表4〜表7に示した。
【0018】
【表4】
【0019】
【表5】
【0020】
【表6】
【0021】
【表7】 ○:ほとんど付着していないもの、 △:わずかに付着しているもの、 ×:付着量が多いもの、
【0022】
【発明の効果】表1〜表7に示される結果から、本発明
金型1〜25を用いて鋳造したAl合金鋳物は、従来金
型1(セラミック溶射金型)、従来金型2(WC溶射金
型)および従来金型6(従来のFe合金金型)用いて鋳
造したAl合金鋳物に比べて強度および伸びが優れてお
り、また、本発明金型1〜25は、従来金型3(硬質C
rメッキ金型)、従来金型4(Ni−5 %Fe合金単層メッ
キ金型)および従来金型5(Cr−20%Ni合金単層メッキ
金型)に比べ、Al合金溶湯との反応性が低いことがわ
かる。
金型1〜25を用いて鋳造したAl合金鋳物は、従来金
型1(セラミック溶射金型)、従来金型2(WC溶射金
型)および従来金型6(従来のFe合金金型)用いて鋳
造したAl合金鋳物に比べて強度および伸びが優れてお
り、また、本発明金型1〜25は、従来金型3(硬質C
rメッキ金型)、従来金型4(Ni−5 %Fe合金単層メッ
キ金型)および従来金型5(Cr−20%Ni合金単層メッキ
金型)に比べ、Al合金溶湯との反応性が低いことがわ
かる。
【0023】また、比較金型1〜3に示されるように、
Ta合金層または中間メッキ層がこの発明の範囲から外
れていると(表3において、*印を付けた値はこの発明
の範囲外の値を示す)、鋳造回数が少なくて被覆層の剥
離が発生したり、得られたAl合金鋳物の強度および伸
びが低下したりして好ましくないことがわかる。
Ta合金層または中間メッキ層がこの発明の範囲から外
れていると(表3において、*印を付けた値はこの発明
の範囲外の値を示す)、鋳造回数が少なくて被覆層の剥
離が発生したり、得られたAl合金鋳物の強度および伸
びが低下したりして好ましくないことがわかる。
【0024】このように、この発明のAl合金鋳造用金
型は、従来のFe金型よりも優れた機械的特性を有する
Al合金鋳物が得られ、また、従来のセラミック溶射、
硬質Crメッキ等に比べ、剥離の発生、あるいは、Al
との反応性も少ないので、耐久性が優れるとともに、冷
却速度が速いため、1回の鋳造時間が短くすることがで
きて生産性が向上し、Al合金鋳物の製造コストを低減
でき、もって産業の発展に大いに貢献しうるものであ
る。
型は、従来のFe金型よりも優れた機械的特性を有する
Al合金鋳物が得られ、また、従来のセラミック溶射、
硬質Crメッキ等に比べ、剥離の発生、あるいは、Al
との反応性も少ないので、耐久性が優れるとともに、冷
却速度が速いため、1回の鋳造時間が短くすることがで
きて生産性が向上し、Al合金鋳物の製造コストを低減
でき、もって産業の発展に大いに貢献しうるものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C25D 7/00 F
Claims (2)
- 【請求項1】 銅または銅合金金型表面上に、厚さ:
0.005mm〜3mmのTa合金層を形成してなるこ
とを特徴とするAlまたはAl合金鋳造用銅合金金型。 - 【請求項2】 銅または銅合金金型表面上に、Niメッ
キ層、Ni合金メッキ層、Crメッキ層、Feメッキ層
のうちの単層または2層以上の複数層からなる中間層を
形成し、さらにその上にTa合金層を形成してなり、前
記中間層およびTa合金層メッキの合計厚さが0.00
5mm〜3mmの範囲内にあることを特徴とするAlま
たはAl合金鋳造用銅合金金型。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11842892A JP2884908B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | AlまたはAl合金鋳造用銅合金金型 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11842892A JP2884908B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | AlまたはAl合金鋳造用銅合金金型 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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---|---|---|---|---|
EP0686443A1 (de) * | 1994-06-09 | 1995-12-13 | ALD Vacuum Technologies GmbH | Verfahren zum Herstellen von Gussteilen aus reaktiven Metallen und wiederverwendbare Giessform zur Durchführung des Verfahrens |
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-
1992
- 1992-04-10 JP JP11842892A patent/JP2884908B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5538528A (en) * | 1993-01-07 | 1996-07-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Glass optical element press-molding die having a tantalum containing alloy surface layer |
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US5626179A (en) * | 1994-06-09 | 1997-05-06 | Ald Vacuum Technologies Gmbh | Process for manufacture of castings of reactive metals |
US5950706A (en) * | 1994-06-09 | 1999-09-14 | Ald Vacuum Technologies Gmbh | Process for manufacture of cast parts made of reactive metals and reusable casting forms for performing the process |
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