(57)【要約】【課題】アルミニウム合金製モールドの局部変形を抑制するために、鋳物用アルミニウム合金の弾性限歪を高める方途について提案する。【解決手段】Mg：3.0〜6.0mass％およびSi：0.5〜4.5mass％を含み、残部Alおよび不可避的不純物の成分組成に調整する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Mg：3.0〜6.0mass％および
Si：0.2〜4.5mass％
を含み、残部Alおよび不可避的不純物の成分組成を有することを特徴とするタイヤモールド用アルミニウム合金。
【請求項２】
前記成分組成として、さらに
Cu：0.10mass％以下、
Zn：0.10mass％以下、
Fe：0.10mass％以下、
Mn：0.10mass％以下、
Ni：0.05mass％以下、
Ti：0.01〜0.30mass％、
Sn：0.05mass％以下、
Cr：0.10mass％以下、
Ｂ：0.10mass％以下、
Ag：0.10mass％以下および
Ca：0.10mass％以下
の１種または２種以上を含む請求項１に記載のタイヤモールド用アルミニウム合金。
【請求項３】
タイヤの加硫成形に供するモールドであって、請求項１または２に記載のアルミニウム合金からなることを特徴とするタイヤモールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの加硫成形に供するタイヤモールドの素材として好適なアルミニウム合金、中でも鋳物用アルミニウム合金および該アルミニウム合金からなるタイヤモールドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タイヤモールド（以下、単にモールドと示す）、特に複数のセグメントを集合させて用いる、いわゆる割モールドは、主に鋳造性の観点から、アルミニウム合金からなることが一般的である。タイヤモールドに供される鋳物用アルミニウム合金の典型例としては、非特許文献１のJIS  H5202（1992）に規定されたAC2B、AC4CまたはAC７Aが知られている。これらのアルミニウム合金は、弾性限歪σｅが、例えばAC2B系で0.04％、AC4C系で0.10％およびAC７A系で0.12％と小さいために、塑性変形し易い。
【０００３】
従って、このアルミニウム合金製のモールドは、例えばモールド材の典型例である鋼材に比べて弾性限歪σｅが小さいため、局部変形が生じ易い。
【０００４】
すなわち、タイヤ用のモールドでは、加硫成型の度にモールドの開け閉めが行われることから、度重なる開け閉めの際、特にモールドセクター間の嵌合時にモールド局部に変形が生じる。局部変形は、モールドの内面形状の変形を生じて、タイヤでRR不良や割モールドのセグメント相互間の嵌合不良を招いて、ひいては、ゴムのはみ出したタイヤを発生させる不利をまねくことになる。
【０００５】
かようなモールドの局部変形は、通常、タイヤの加硫成型に供用を始めてから約１年程度で発生するために、１年周期でモールドの補修を実施することが余儀なくされている。
【非特許文献１】ＪＩＳハンドブック  非鉄（そのH5202規格）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、アルミニウム合金製モールドの局部変形を抑制するために、鋳物用アルミニウム合金の弾性限歪を高める方途について、提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の要旨構成は、次の通りである。
（１）Mg：3.0〜6.0mass％およびSi：0.2〜4.5mass％を含み、残部Alおよび不可避的不純物の成分組成を有することを特徴とするタイヤモールド用アルミニウム合金。
（２）前記成分組成として、さらに
Cu：0.10mass％以下、
Zn：0.10mass％以下、
Fe：0.10mass％以下、
Mn：0.10mass％以下、
Ni：0.05mass％以下、
Ti：0.01〜0.30mass％、
Sn：0.05mass％以下、
Cr：0.10mass％以下、
Ｂ：0.10mass％以下、
Ag：0.10mass％以下および
Ca：0.10mass％以下
の１種または２種以上を含む前記（１）に記載のタイヤモールド用アルミニウム合金。
（３）タイヤの加硫成形に供するモールドであって、前記（１）または（２）に記載のアルミニウム合金からなることを特徴とするタイヤモールド。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、鋳物用アルミニウム合金に弾性限歪が高まる合金設計を与えることができる。従って、このアルミニウム合金を用いることによって、アルミニウム合金製鋳造モールドの機械的性質が改善され、とりわけ加硫成型時の局部変形が抑制される結果、モールド寿命を延ばすことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明のアルミニウム合金の成分組成について、各成分の限定理由を詳しく説明する。
Mg：3.0〜6.0mass％
Mgは、固溶強化元素であり、Al- Mg析出物にて粒界を補強するために含有させる。また、Alよりも原子半径の大きいMgを結晶粒内に存在させることによってG.P.zoneを形成し、このG.P.zoneにて弾性を維持することができる。すなわち、G.P.zoneは固溶元素が集合した積層欠陥であり、G.P.zoneによる固溶強化は見掛け上、分散強化として働いて弾性消失の原因である転位をトラップする結果、弾性限は高くなり、強度も上昇する。そのためには、3.0mass％以上の含有が必要である。
【００１０】
一方、6.0mass％を超えると、安定なG.P.zoneを生成しなくなり、鋳造ロット毎に弾性限を含む物性が大きくばらつくことになる。さらに、鋳造性が著しく劣化し、精密鋳造が困難になる。
Si：0.2〜4.5mass％
Siは、Alとの共晶物によって粒界を補強するのに寄与する。その際、Al-Si共晶物はAlマトリックスに対して剥離し易いことから、Al-Mg-Si系介在物を鋳造の凝固過程で生成させ、Al-Si共晶物にAl-Mg-Si系介在物を結合させて粒界の結晶すべりを阻止する必要がある。そのためには、Siを0.2mass％以上で含有させる必要がある。特に、Al-Mg-Si系介在物を鋳造の凝固過程で生成させるには、0.2mass％以上のSiに加えて、前記した3.0mass％以上のMgの含有が必要である。すなわち、Al-Mg-Si系介在物はAl-Mg2Siの微細析出物を生成し、このAl-Mg2SiもまたG.P.zoneを生成し、上述と同様に弾性限の向上に繋がる。
【００１１】
一方、4.5mass％を超えると、粒界に優先的にAl-Mg2Siを析出させ脆化しやすくなるため、4.5mass％以下とする必要がある。
【００１２】
以上のMgおよびSi以外の残部はAlおよび不可避的不純物である。ここで、不可避的不純物としては、Sn、Ｂ、CaおよびCrがあり、それぞれ0.1mass％まで不純物として許容される。
【００１３】
本発明のアルミニウム合金においては、上述の成分組成において、さらに必要に応じて、Cu、Zn、Fe、Mn、Ni、TiおよびAgaの１種または２種以上を含有させることができる。以下、これら成分の好適範囲、さらには不可避的不純物について述べる。
Cu：0.10mass％以下
Cuは、Al-Mg系のG.P.zoneおよびAl-Mg2Si系のG.P.zoneを安定して生成するために、好ましくは0.05mass％以上で添加するが、0.10mass％を超える添加は、上記G.P.zoneが偏析して物性のばらつきを大きくするため、0.10mass％以下とする。
Zn：0.10mass％以下
Znは、、Al-Mg系のG.P.zoneおよびAl-Mg2Si系のG.P.zoneを安定して生成するために、好ましくは0.05mass％以上で添加するが、0.10mass％を超える添加は、
Al-Mg2Siが優先的に粒界に析出して粒界割れを誘発するおそれがあるため、0.10mass％以下とする。
Fe：0.10mass％以下
Feは、微量であれば弾性限の向上に繋がるため、好ましくは0.05mass％以上で添加するが、0.10mass％を超える添加は、鋳造性を阻害するため、0.10mass％以下とする。
Mn：0.10mass％以下
Mnは、耐熱性向上のために好ましくは0.05mass％以上で添加するが、0.10mass％を超える添加は、鋳造性を阻害するため、0.10mass％以下とする。
Ni：0.05mass％以下
Niは、耐熱性および弾性限の向上のために、好ましくは0.03mass％以上で添加するが、0.10mass％を超える添加は、鋳造性を阻害するため、0.10mass％以下とする。
Ti：0.01〜0.30mass％
Tiは、粒界微細化のために0.03mass％以上で添加するが、0.01mass％を超えて添加しても微細化効果に変化はないため、0.10mass％以下とする。
Sn：0.05mass％以下
Snは、不可避不純物として混入するが、0.05mass％を超える混入は鋳造性を阻害するため、0.05mass％以下に抑制する。
Cr：0.10mass％以下
Crも、不可避不純物として混入するが、0.10mass％を超える混入は物性を阻害するため、0.10mass％以下に抑制する。
Ｂ：0.10mass％以下
Ｂも、不可避不純物として混入するが、0.10mass％を超える混入は物性、特に伸びを阻害するため、0.10mass％以下とする。
Ag：0.10mass％以下
Agは、多結晶合金のナノサイズまでの微細化のために好ましくは0.01mass％以上で添加するが、0.10mass％を超えて添加しても微細化の効果が飽和するため、0.10mass％以下とする。
Ca：0.10mass％以下
Caは、不可避不純物として混入するが、0.10mass％を超える混入は鋳造性を阻害するため、0.10mass％以下に抑制する。
【００１４】
前記した成分組成になるアルミニウム合金は、まずインゴットとして製造され、これを溶解炉そして保持炉を経て鋳造した鋳片とし、この鋳片に弾、塑性変形を与えて形状を整え、最後に機械加工を経て、モールドとなる。
【００１５】
かくして弾性限歪σｅが0.20％以上のモールドを得ることができる。ここで、弾性限歪σｅを0.20％以上とするのは、割りモールドが嵌合してタイヤの加硫成型を行うが、嵌合歪の平均は0.04から0.07％である。しかしながら、モールド嵌合において端面は局部変形し、平均歪の２〜３倍の歪入力が発生する。従って、弾性域での嵌合を実現するには、モールドに供する材料の弾性限歪σｅとして0.08〜0.21％は必要であり、モールドとしては弾性限歪σｅが0.20％以上であれば、弾性嵌合が達成される。
【実施例】
【００１６】
表１に示す成分組成の各種アルミニウム系合金から、サイズ225／60  Ｒ15の乗用車用タイヤの加硫成形に供するセグメントモールドを、表２に示す条件に従って鋳造した。その際、鋳造性について、鋳造方案適切の下での鋳造巣発生状況を調査した。ここで、鋳造方案は、１本湯口のチル型リングの重力鋳造とした。
【００１７】
次いで、得られたモールドについて、その弾性限歪を調査した。さらに、得られたモールドを用いて、下記条件でのタイヤの加硫成形を長期にわたり行い、１年間の使用期間を経た際のはみだし発生率並びにモールド補修サイクルを調査した。これらの調査結果を、表３に示す。
【００１８】
記
タイヤの加硫成形（ガス加硫）条件
・プラテン／ジャケット温度：180℃／180℃
・加硫初期：  スチーム、圧力1.67MPa（17kgf／cm2）、時間2.5分間
・加硫中期：イナートガス（Ｎ2ガス）、圧力2.06MPa（21kgf／cm2）、時間12分間
・加硫後期：イナートガスを圧力0.34MPa（3.5kgf／cm2）まで１分間排気
なお、鋳造方案適切下での鋳造巣発生率は、発生した巣に対する修正工数によって評価し、１組の巣の修正に要する工数が４時間以内であれば程度小(○)、同様に、工数が４時間未満であれば程度小(○)、工数が４〜８時間であれば程度中(△)、そして工数が８時間超であれば程度大(×)とした。
【００１９】
また、弾性限歪は、JIS  ４号試験片にて引張試験を行い、得られた応力−歪線図から比例限の歪を求め、その歪を弾性限歪とした。
【００２０】
さらに、はみだし発生率とは、モールド10組に対する、はみ出し発生したモールドの割合である。ここで、はみ出しとは、モールドを嵌合した際にタイヤゴムのはみ出しが１ｍｍ以上発生した場合に、はみ出しモールドであると判定した。
【００２１】
さらにまた、モールド補修サイクルとは、モールドを連続使用して上記のはみ出しが発生したモールドについて、補修に要した期間を意味し、モールド補修実績から評価した。
【００２２】
【表１】
2008231565.tif 000002
【００２３】
【表２】
2008231565.tif 000003
【００２４】
【表３】
2008231565.tif 000004