重力鋳造は、鋳造において一般的に用いられるプロセスです。鋳造プロジェクトを開始する前に、材料の選定が最初の課題の一つとなることがよくあります。では、どのような材料が重力鋳造に適しているのでしょうか？
本日は、重力ダイカストに適したさまざまなアルミニウム合金の材料特性と用途について見ていきます。
重力ダイカスト用アルミニウム・シリコン合金
重力鋳造で一般的に使用されるアルミニウム合金のほとんどは、アルミニウム・シリコン系鋳造用アルミニウム合金のグループに属しています。これらの材料が重力鋳造に適している理由は、主にシリコンがもたらす鋳造性能にあります。
シリコンは溶融アルミニウムの流動性を向上させ、溶融金属が金型をより容易に充填できるようにします。 溶融金属自体の重さを利用して金型への充填を行う重力鋳造においては、流動性が非常に重要です。材料の流動性が不十分な場合、薄肉部、リブ、角部、または金型の奥行き部分などで、充填不良、コールドシャット、または成形不良が生じやすくなります。
アルミニウム・シリコン合金は流動性や鋳造成形性に優れていますが、肉厚の変化が著しい部品や、その後の機械加工の要求水準が高い部品では、凝固時の充填不足、内部収縮孔、あるいは機械加工後に露呈する欠陥が生じる可能性があります。
アルミニウム・シリコン合金の中には、マグネシウムも含有するグレードもあり、A356、A357、LM25、ZL101A、ZL104などのアルミニウム・シリコン・マグネシウム鋳造アルミニウム合金を形成しています。 マグネシウムの役割は、流動性を向上させることではなく、材料の熱処理応答性を改善することにあります。適切な熱処理を行うことで、これらのアルミニウム合金は、より優れた強度、硬度、および寸法安定性を得ることができます。
等級の性質と応用
重力鋳造用のアルミニウム合金の選定は、通常、部品の強度、靭性、気密性、寸法安定性、機械加工要件、およびコスト目標に基づいて行われます。作業条件によって適したグレードは異なり、あらゆる用途に絶対的に通用する材料というものは存在しません。
一般的な工業用部品の性能要件や用途に応じて、重力鋳造に一般的に使用されるアルミニウム合金は、以下のカテゴリーに分類できます。
A356 / A357：高性能重力鋳造部品に一般的に使用されるアルミニウム合金
比較的高い強度、靭性、および安定性が求められる重力鋳造部品については、アルミニウム・シリコン・マグネシウム合金の中でも、A356およびA357が代表的な選択肢となる。
A356 鋳造性、耐食性、熱処理応答性に優れています。T6熱処理後、引張強度は通常240 MPa以上、降伏強度は180 MPa以上、伸びは8%～9%に達します。 自動車用ホイール、サスペンションシステム部品、電気自動車用モーターハウジング、ロボットアームの構造部品、高圧バルブボディなどの製品に適しています。
A357は、A356の高性能版と見なすことができます。材料の純度が高く、T6状態での引張強度は350 MPa以上に達します。強度、靭性、信頼性に対する要求がより高い航空宇宙用構造部品やその他の工業用部品に適しています。
なお、A356およびA357については、熱処理プロセスに対する要件がより厳しくなる点に留意すべきである。 溶体化処理、焼入れ、および時効処理のパラメータは厳密に管理する必要があります。また、ホイール、肉厚部品、あるいは局所的な高温箇所が明らかな構造物については、重力ダイカスト工程において、収縮空洞、収縮気孔、その他の内部欠陥も管理する必要があります。
ZL104：寸法安定性と構造強度を両立させたアルミニウム合金
形状が複雑で、寸法精度や気密性が求められる重力鋳造部品には、ZL104が検討に値する材料です。
ZL104、別名ZAlSi9Mgとも呼ばれるこの合金は、中国国家規格に規定されたアルミニウム・ケイ素・マグネシウム・マンガンを主成分とする鋳造用アルミニウム合金である。鋳造性が良好で、線収縮率が低く、熱割れ傾向が少なく、気密性にも優れている。 薄肉部品、複雑な形状の部品、および中～大型のアルミニウム合金鋳造品に適している。
性能面では、ZL104は熱処理によって強度を高めることができ、その強度は通常、ZL101やZL102などの一般的なアルミニウム・シリコン合金よりも高くなります。 T6熱処理後、その引張強度は通常230～240 MPa以上に達し、硬度は70 HB以上に達します。
ZL104の利点は、その優れた寸法安定性にあります。長期使用時や温度変化下でも、部品に明らかな変形が生じにくいという特徴があります。 そのため、油圧ポンプハウジング、エンジン吸気管、クランクケース、シリンダーヘッド、シリンダーブロック、大型箱型鋳物、船舶用部品、建設機械部品などの製品に広く使用されています。
なお、ZL104は200°Cを超える使用条件下での長期使用には適していないことに留意すべきである。 また、この合金はガスを吸収しやすい傾向が顕著であり、ピンホール欠陥が生じやすい。溶解および鋳造の際には、精錬と脱ガスを適切に行い、溶融金属の流れを滑らかに制御する必要がある。
LM25 / ZL101A：従来の工業用重力鋳造における安定した選択肢
極端な性能は求められないものの、成熟した信頼性の高い材料とコスト管理が可能な工業用重力鋳造品については、LM25およびZL101Aが比較的安全な選択肢となります。
LM25は英国規格BS 1490で一般的な鋳造用アルミニウム合金のグレードであり、ZL101Aは中国国家規格で広く使用されている改良型のアルミニウム・ケイ素・マグネシウム合金である。 いずれも熱処理可能なAl-Si-Mg合金に属し、優れた鋳造性、耐食性、および工学的適用性を兼ね備えています。
LM25の利点は、成熟した製造プロセス、優れた耐食性、そして安定した用途にあります。自動車用ハウジング、ポンプハウジング、船舶用鋳物、食品機器部品、および一般的な構造部品に広く使用されています。ZL101Aは、ZL101の高品質な改良版と見なすことができます。 その組成と性能はA356に近く、鋳造加工性、機械加工性、気密性に優れています。自動車用ホイール、ポンプ本体、ハウジング、船舶用鋳物、新エネルギー車の構造部品に適しています。
材料選定において、LM25は耐食性、加工安定性、およびコスト管理が求められる一般的な工業部品に適しています。一方、ZL101Aは、強度、気密性、組織品質、およびその後の機械加工の安定性に対してより高い要件が求められるアルミニウム合金鋳造品に適しています。
なお、LM25については、気孔率の増加や機械的特性の低下を防ぐため、重力鋳造時に鋳込み温度を適切に制御する必要がある。ZL101Aについては、収縮気孔、ピンホール、および酸化物介在物を抑制する必要がある。 溶解時には、精錬および脱ガスを適切に行い、溶湯の流れを滑らかに保つ必要があります。
ADC12 / A380：コストと鋳造性を両立させる代替アルミニウム合金
コスト管理、複雑な形状、成形効率を重視するアルミニウム合金部品については、ADC12およびA380を代替材料として評価対象に含めることができます。ただし、これらは高圧ダイカストでより一般的に使用されています。重力鋳造プロジェクトでこれらを使用する場合は、性能要件や欠陥リスクに基づいて、その適合性を評価する必要があります。
ADC12とA380は、いずれもAl-Si-Cu系鋳造アルミニウム合金のファミリーに属しています。これらは流動性と鋳造成形性に優れており、複雑な構造や肉厚のばらつきが大きいアルミニウム合金部品の製造に適しています。自動車、オートバイ、電子・電気機器、通信機器、照明器具、および一般機械用筐体製品などに広く使用されています。
なお、ADC12およびA380は銅含有量が比較的多く、伸びが比較的低いことに留意すべきである。これらの材料の塑性、耐圧性、および一部の環境下における耐食性は、A356、ZL101A、ZL104などのAl-Si-Mg合金ほど優れていない。 圧力を受ける部品、安全性が極めて重要な構造部品、あるいは複雑で長期にわたる使用環境下で使用される重力鋳造部品については、まず重力鋳造に適した材料を評価すべきである。
MinHe Castingは、より適した素材を見つけるお手伝いをいたします
A356／A357のような高性能な選択肢から、ZL104やZL101Aのような安定した用途、さらにはADC12／A380のようなコストパフォーマンスに優れた選択肢に至るまで、さまざまなアルミニウム合金には、それぞれに適した部品構造や用途があります。
MinHe Castingでは、アルミニウム合金の重力鋳造サービスを提供しています。また、お客様の図面、使用条件、コスト目標に基づき、部品の負荷、使用温度、気密性、寸法精度、熱処理、その後のCNC加工などの要因を分析いたします。これにより、より適切なアルミニウム合金材料の選定が可能となり、不適切な材料選定に起因する欠陥や性能上のリスクを低減することができます。
