(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ａｌ：０．３〜２％、Ｓｉ：１．５〜５％、Ｎｉ：４〜８％、Ｃｒ，Ｔｉのうちから１種以上：０．１〜２％、残部がＣｕ及び不純物よりなる金型用コルソン系合金。
【請求項２】
質量％で、Ａｌ：０．３〜２％、Ｓｉ：１．５〜５％、Ｎｉ：４〜８％、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｆｅのうちから１種以上：０．１〜２％、Ｓｎ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖのうちから１種以上：０．００５〜３％、残部がＣｕ及び不純物よりなる金型用コルソン系合金。
【請求項３】
質量％で、Ａｌ：０．３〜２％、Ｓｉ：１．５〜５％、Ｎｉ：４〜８％、Ｃｒ，Ｔｉのうちから１種以上：０．１〜２％、残部がＣｕ及び不純物よりなる金型用コルソン系合金を熱間鍛造し、その後溶体化熱処理を行い、時効硬化熱処理を行うことを特徴とする金型用コルソン系合金の製造方法。
【請求項４】
質量％で、Ａｌ：０．３〜２％、Ｓｉ：１．５〜５％、Ｎｉ：４〜８％、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｆｅのうちから１種以上：０．１〜２％、Ｓｎ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖのうちから１種以上：０．００５〜３％、残部がＣｕ及び不純物よりなる金型用コルソン系合金を熱間鍛造し、その後溶体化熱処理を行い、時効硬化熱処理を行うことを特徴とする金型用コルソン系合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型材に使用される、高強度及び熱伝導率に優れたコルソン系合金及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、金型材には、Ｃｕ−Ｂｅ系，コルソン系，Ｆｅ系の材料が広く使用されている。金型材に要求される特性は、次のようなものがある。
（１）高強度であること。
（２）熱伝導率が大きいこと（冷却速度が早いこと）。
（３）加工性がよいこと。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
現在、金型材に使用されている、Ｃｕ−Ｂｅ系，コルソン系，Ｆｅ系の材料は、下記のような問題点を抱えている。
【０００４】
Ｃｕ−Ｂｅ系材料については、以下のことが欠点とされている。
（１）非常に高価である。
（２）製造時に人体に有害なベリリウム酸化物を生成する。
（３）熱伝導率が高いが、放電加工性が悪い。
【０００５】
現在、一般的に使用されている金型用のコルソン合金は、化学成分：９６％Ｃｕ−３％Ｎｉ−１％Ｓｉ（Ｃｕ％には不純物を含む）で、Ｎｉ３Ｓｉの析出物を形成し、合金のマトリックスを強化することで、強度を向上させているが、Ｃｕ−Ｂｅ系に比べ、強度が低いことが欠点である。
【０００６】
一方、Ｆｅ系材料は、次のことが欠点とされている。
（１）熱伝導率が低い。
（２）Ｃｕ−Ｂｅ系に比べ、強度が低い。
【０００７】
本発明は、かかる金型材の実情に鑑み、高強度で、熱伝導率が良く、且つ加工性が良く、製造コストも安価な金型用コルソン系合金及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による金型用コルソン系合金は、質量％で、Ａｌ：０．３〜２％、Ｓｉ：１．５〜５％、Ｎｉ：４〜８％、Ｃｒ，Ｔｉのうちから１種以上：０．１〜２％、残部がＣｕ及び不純物よりなることを特徴とする。
【０００９】
また、質量％で、Ａｌ：０．３〜２％、Ｓｉ：１．５〜５％、Ｎｉ：４〜８％、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｆｅのうちから１種以上：０．１〜２％、Ｓｎ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖのうちから１種以上：０．００５〜３％、残部がＣｕ及び不純物よりなることも特徴としている。
【００１０】
一方、本発明による金型用コルソン系合金の製造方法は、質量％で、Ａｌ：０．３〜２％、Ｓｉ：１．５〜５％、Ｎｉ：４〜８％、Ｃｒ，Ｔｉのうちから１種以上：０．１〜２％、残部がＣｕ及び不純物よりなる金型用コルソン系合金を熱間鍛造し、その後溶体化熱処理を行い、時効硬化熱処理を行うことを特徴とする。
【００１１】
また、質量％で、Ａｌ：０．３〜２％、Ｓｉ：１．５〜５％、Ｎｉ：４〜８％、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｆｅのうちから１種以上：０．１〜２％、Ｓｎ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖのうちから１種以上：０．００５〜３％、残部がＣｕ及び不純物よりなる金型用コルソン系合金を熱間鍛造し、その後溶体化熱処理を行い、時効硬化熱処理を行うことをも特徴としている。
【００１２】
次に、本発明合金の構成成分について、その作用と添加量の限定理由、及び強度向上のための熱処理条件について説明する。
【００１３】
１）Ａｌ
Ａｌは、合金の強度を決定すると共に、電気伝導度，熱伝導率を左右する元素であり、２％以上では熱伝導率が低下し、金型としての冷却能力が不足する。０．３％未満では電気伝導度が高くなり、金型製作時の放電加工性を害す。
【００１４】
２）Ｓｉ
Ｓｉは、溶湯を脱酸する作用があり、鋳造欠陥の発生を防止すると同時に、Ｎｉと共に熱処理により、Ｓｉ−Ｎｉ系金属間化合物を析出し、強度を向上させる。
１．５％以下では従来のコルソン系金型材の強度を上回らず、５％を超えると強度の向上が飽和する。
【００１５】
３）Ｎｉ
Ｎｉは、Ｓｉと共に熱処理により、Ｓｉ−Ｎｉ系金属間化合物を構成し、合金を強化し、硬度を向上させる。４%以下だと効果がなく、８％以上だと伸びが低下して脆くなり割れの原因になる。
【００１６】
４）Ｃｒ及びＴｉ
Ｃｒ及びＴｉは、高温での耐酸化性を改善すると共に、合金の結晶粒を微細化させ、更にコルソン系合金に頻繁に発生する鋳造時及び鍛造時の熱間割れを防止する。０．１％以下では効果がなく、２％以上では効果が飽和する。
【００１７】
５）Ｆｅ
Ｆｅは、Ｎｉと共に合金のマトリックスを強化し、硬度を向上させる。
【００１８】
６）Ｓｎ
Ｓｎは、マトリックスに固溶し電気伝導度を低下させる。多すぎると熱伝導度が下がり、金型の冷却能力を低下させる。少なすぎると電気伝導度が高すぎて放電加工性が悪くなる。
【００１９】
７）Ｍｎ
Ｍｎは、溶湯内の酸素を除去（脱酸）し、湯流れ及び溶湯の品位を向上させると共に、延性，鍛造性を改善する。
【００２０】
８）Ｚｎ
Ｚｎは、蒸気圧が高いため、溶解時の酸化やガス吸収を防止すると同時に、鍛造性の向上にも寄与する。
【００２１】
９）Ｍｇ
Ｍｇは、高温時の延性の低下を軽減し、鍛造性を向上させる。
【００２２】
１０）Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖ
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖは、結晶粒を微細化し、伸びを改善するので金型として使用した際の繰り返しの熱応力に耐え、高温での肌荒れの防止や、耐摩耗性に効果があり、金型寿命を向上させる。
【００２３】
１１）熱処理
熱間鍛造を行った後、下記熱処理を施すことにより、強度が向上する。Ｓｉ及びＮｉは、８００〜９５０℃で溶体化熱処理を行うことにより、マトリックスに固溶し、その後４００〜５００℃で時効硬化熱処理を行うことにより、Ｓｉ−Ｎｉ系金属間化合物を析出し、強度がさらに向上する。
【００２４】
【実施例】
（１）供試材
本発明実施例材料を表１に示し、比較例材料を表２に示した。この表１及び表２に示したＮｏ.１〜Ｎｏ.８及びＮｏ.Ａ〜Ｎｏ.Ｃの成分からなる合金を、高周波誘導炉にて溶製し、φ１４０×３００Ｌのインゴットを鋳造し、そのインゴットを６５×１０００Ｌの正四角柱に熱間鍛造した。その後９００℃の溶体化熱処理を施し、４５０℃の時効硬化熱処理を行って供試材とした。
【表１】
0004293580.tif 000002
【表２】
0004293580.tif 000003
【００２５】
（２）引張試験，硬さ試験，導電率測定
各材質の供試材から、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１  １４Ａ号引張試験片（硬度片付）に機械加工し、各試験を行った。その結果を表３に示す。
【００２６】
（３）放電加工試験
各材質の供試材を、φ５０×２０ｔに加工し、φ８×５０の銅電極を用い、１時間放電加工し、加工量を測定した。その結果を表３に示した。
【表３】
0004293580.tif 000004
【００２７】
【発明の効果】
本発明の金型用コルソン系合金は、金型材として従来使用されているＣｕ−Ｂｅ系，コルソン系，Ｆｅ系の材料と比較して、次のような優れた効果を有する。
【００２８】
（１）Ｂｅを含有していないので、製造費が安価であるとともに、人体に優しい。
（２）Ａｌを添加することにより、電気伝導度を実用上問題のないレベルまで下げ、放電加工性を改善している。
（３）従来のコルソン系金型材よりも高強度であり、Ｃｕ−Ｂｅ系金型材に近い機械的性質を有す。
（４）熱処理を行うことにより、さらに高強度になる。