純アルミニウムの融点は660.32°C（1220.58°F）ですが、現場ではしばしば660°Cと丸められます。この数値は純アルミニウムにのみ当てはまります。 合金元素が加わると、アルミニウムには単一の融点がなくなり、ある範囲で溶融するようになります。材料を購入したり、鋳造計画を立てたりする際、重要なのは660°Cという概算値ではなく、そのグレードの融点範囲です。この範囲を正しく把握することで、溶融温度、充填挙動、および部品の品質を適切に設定することができます。
アルミニウムは何度で溶けるのか？
純アルミニウムの融点は660.32°Cで、これは1220.58°Fに相当します。日常的な会話では、ほとんどの店舗が660°Cまたは1220°Fと表現しています。 この値は純アルミニウムの結晶構造に由来します。この温度になると、原子は金属結合を切断するのに十分なエネルギーを得て、固体が液体へと変化します。
これに関連して、2つの実用的なポイントがあります。まず、660.32°Cはあくまで目安であり、プロセス設定ではありません。ほぼ純度の高い金属（1xxx系）を溶解する場合を除き、溶解温度は合金の溶解温度範囲に基づいて設定されます。 第二に、純度は溶融挙動に現れます。高純度アルミニウムの溶融温度範囲はわずか1～2°Cですが、この範囲が約5°Cを超えると、その材料にはほぼ確実に目立つ不純物が含まれていると言えます。そのため、溶融温度範囲は入荷検査の有用な指標となります。 再生アルミニウムが良い例です。混合スクラップは溶解温度範囲を広げます。そのため、再溶解前にグレードごとに選別する必要があります。
なぜアルミニウム合金の融点は一定の範囲に及ぶのか？
アルミニウム合金には、単一の融点はありません。ソリダスとリキダスという2つの点があります。ソリダスは溶融が始まる点であり、リキダスは溶融が完了する点です。 この2つの温度の間の範囲を「半溶融域」と呼び、鋳造において重要な役割を果たします。この範囲にある金属は流動しますが、充填性が低いため、鋳造物を適切に扱わないと、厚い部分から薄い部分への移行部に収縮孔が生じる可能性があります。
ソリダスとリキダス
固相線より下では合金は完全に固体となり、液相線より上では完全に液体となります。この範囲が広いほど、鋳造時の冷却と送湯をより慎重に制御する必要があります。そうしないと、凝固収縮が補正されず、鋳物に内部気孔が生じてしまいます。
なぜアルミニウム・ケイ素合金が鋳造分野で主流となっているのか
アルミニウム・シリコン合金の共晶点は約577°Cまで低下し、一般的なアルミニウム系合金の中でも最も低い部類に入る。融点が低いということは、溶融エネルギーが低く、金型の寿命が延び、金型への充填性が向上することを意味する。そのため、重力鋳造と低圧鋳造の両方において、Al-Si系合金が好んで使用されている。
合金化は、主に以下の3つの方法で融点を変化させます：
- 共晶が形成されると、融点はその組成の共晶点まで低下する。例えば、Al-Siの場合、その共晶点は約577°Cである。
- 固溶体の形成により、融点は単一の点ではなく範囲となる
- 析出相は固相線の位置を変化させるため、6061や7075のような熱処理可能な合金は、鋳造合金とは異なる挙動を示す
| システム | 特徴的な温度 | 注 |
|---|---|---|
| Al-Si共晶 | 約577°C | 汲み出し作業に最適な素材、低融点、流動性が良い |
| 純アルミニウム | 660.32°C | 単一点、許容範囲はわずか1～2℃ |
| 一般的なAl-Si鋳造合金 | 538～613°C | 学年によって異なります。次のセクションをご覧ください。 |
アルミニウムの融点に影響を与える要因
合金の組成が主な要因です。グレードによって、溶融温度の範囲が異なります。純度、不純物、測定方法も測定値に影響を及ぼしますが、合金元素の影響に比べればはるかに小さいものです。
合金組成
Si、Cu、Mg、Znはいずれも融点を低下させたり、融点の位置をずらしたりする。 組成によってソリダスとリキダスの位置が決まるため、合金種が固定されれば、その範囲もほぼ固定されます。これが、6061や6063のように見た目が似ている2つの合金であっても、鋳造所では異なる溶融温度と注湯温度が求められる理由です。
純度と不純物
純度の高い金属ほど融点範囲は狭くなり、不純物が混入するとその範囲は広がる。この傾向は、特に再生アルミニウムが混入している場合、入荷検査の指標として活用できる。
数値を読む際には、他にも2つの些細な要素について知っておく価値があります：
- 測定方法：DSC、膨張測定、および目視による測定はいずれも加熱速度と試料のサイズに依存するため、測定結果にはその方法を明記すべきである。
- 圧力と結晶粒構造：圧力の変化は融解挙動に影響を与え、結晶粒構造は相変化がどの程度均一に起こるかに影響を与える
一般的なアルミニウム合金の融点範囲
グレードによって大きく異なるため、選択する前にその範囲を確認してください。以下は、一般的な鋳造用および鍛造用アルミニウム合金の代表的な融点範囲ですが、最終的な判断にはサプライヤーのデータシートを参考にしてください。
| グレード | 融解範囲（°C） | 代表的な用途 |
|---|---|---|
| A356 | 557–613 | 重力鋳造および低圧構造用鋳物 |
| 356 | 550～620 | 汎用鋳物 |
| A380 | 538–593 | ダイカスト製ハウジング |
| 383 | 538–593 | ダイカスト製品 |
| 319 | 482–638 | 自動車部品、ポンプ本体 |
| 6061 | 582–652 | 押出成形品、機械加工部品 |
| 2024 | 502–638 | 航空宇宙構造物 |
| 5052 | 607–650 | 板金、タンク |
| 7075 | 477–635 | 高強度構造物 |
2つの傾向が際立っています。鋳造用合金など、 A356 また、A380は高さが低く幅も狭いため、薄肉部品や複雑な金型に適しています。 6061や7075のような鍛造用合金は幅が広いため、鋳造工程ではより細心の注意が必要です。同じグレードであってもロットごとに若干のばらつきがあるため、溶解温度や注湯温度の設定には、サプライヤーのデータシートを参照する必要があります。
アルミニウム対鋼、銅、チタン
アルミニウムは一般的な金属の中では比較的低融点であり、その融点は鋼の約半分である。これは利点であると同時に、限界でもある。
| メタル | 融点（°C） |
|---|---|
| アルミニウム（純アルミニウムおよび合金） | 477–660 |
| 鋳鉄 | 1127年–1204年 |
| 炭素鋼 | 1371年–1593年 |
| チタン | 1668 |
融点が低いということは、所定の温度に達するまでの時間が短縮され、1回の溶融あたりのエネルギーコストが削減され、金型の1サイクルあたりの熱応力が軽減されるため、金型の寿命が延びることを意味します。この特性は、使用可能温度の上限も決定づけます。長期間高温にさらされる部品は、金属が溶融するはるか前に強度が低下してしまうため、アルミニウムは持続的な高温使用には適さないのです。
融点がアルミニウムの用途に与える影響
この低い融点は、鋳造、押出成形、溶接の各工程においてメリットをもたらします。すなわち、溶融エネルギーの低減、金型の寿命延長、金型充填性の向上、そしてスクラップのリサイクルコストの抑制が挙げられます。 重力鋳造や低圧鋳造では、注湯温度が低いことでサイクルタイムが短縮され、永久鋳型への熱衝撃も軽減されます。溶接においては、入熱を厳密に管理する必要があり、溶加材の選定は母材合金の範囲に準拠します。
覚えておくべき操作上の制限がいくつかあります：
- 約150～200°Cの環境に長時間さらされたアルミニウムは、強度が著しく低下します。構造部品については、その使用温度を確認してください。
- 溶融温度が高すぎると、酸化やガス吸着が促進されるため、鋼種ごとに過熱度を適切に制御する必要がある。
- スクラップは分別する必要があります。異なる材質が混ざっていると、溶解範囲が広がり、組成が乱れてしまいます。
よくある質問
アルミニウムの融点は何度ですか？
純アルミニウムの融点は660.32°C（1220.58°F）ですが、合金はソリダスとリキダスの間の範囲で融解します。
なぜアルミニウムには唯一の融点がないのでしょうか？
合金元素は、固相線と液相線の間の温度範囲で溶融を起こさせ、その範囲の位置は組成によって決まります。
どのアルミニウム合金が最も融点が低いですか？
一般的な合金グレードのうち、7075は固相線温度が最も低く（約477°C）、鋳造用合金の中では、A380および383が538～593°Cと全体的に低い値を示している。
アルミニウムと鋼鉄を比較するとどうでしょうか？
アルミニウムの融点は約660°Cであるのに対し、炭素鋼の融点は1371～1593°Cと、およそ2倍である。そのため、アルミニウムは高温環境での使用には適していない。
結論
次の3つの数値を覚えておいてください。純アルミニウムの融点は660.32°C、Al-Si共晶の低点は約577°C、一般的なアルミニウム合金の融点範囲は477～660°Cです。 まず用途を決定し、次にグレードの範囲を確認し、その範囲からプロセスパラメータを設定します。計画の基盤となるのは、丸めた数値ではなく、その範囲です。
アルミニウムのグレード選定のために評価すべき図面や使用条件をお持ちの場合は、使用温度と荷重をお知らせください。お客様の実際の使用状況に合わせて、適切なグレードをご提案いたします。ご要望 重力鋳造 または 低圧鋳造 助けが必要、あるいは話し合いたい場合 アルミニウム合金の選定？ あとはこちらにお任せください。
