アルミ鋳物の材質について詳しく解説！

表１．に鋳造用アルミニウム合金の種類と主な特徴を示します。
アルミニウム合金はベースとなるアルミにニウムに添加されている元素により特性が変化します。鋳造用アルミ合金は一般的に数％以上のＳｉを含有しています。Ｓｉを添加することにより鋳造性（湯流れ性、鋳造割れ性、引け性など）が良好となります。その反面、Ｓｉ添加により材料の伸び、靱性は低下します。

表１：鋳造用アルミニウム合金の種類と主な特徴

ここからは、アルミ二ウム合金の特長と主な用途について解説します。

（１）Ａｌ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｍｇ系合金

この系の合金は非熱処理型の合金で、Ｔ６などの熱処理を施しても強度は高くなりません。伸び、靱性が高いことがこの合金系の特徴です。従って、強度はあまり必要としないが、万が一衝撃が加わっても折れずに変形でとどまることが必要な部品に使用されます。ＡＣ７Ａ合金は上記の特性の他にアルマイト処理性も良好なためオートバイのブレーキレバーなどに用いられています。

（２）Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ系合金

この系の合金は高温強度に優れるが、鋳造性が良くないためあまり使用されていません。数十年前に自動車の空冷エンジンのシリンダーヘッドに使用されたことがあります。

（３）Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ系合金

この系の合金は鋳造性、切削性が良く、熱処理を施すことで強度が高くなります。Ｃｕを含有するため、高温での強度が高くなります。ただし、Ｃｕを含有するため耐食性は劣ります。この合金系は熱がかかる自動車のエンジン、駆動部品等に用いられています。

（４）Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系合金

この系の合金は鋳造性に優れ、伸び、靱性が高いことが特徴です。熱処理により強度が高くなりますが、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ系合金よりも強度は劣ります。Ｃｕを含有しないため耐食性に優れています。特にＦｅ量を低く抑えたＡＣ４ＣＨ合金は伸び、耐食性に優れることから鋳造製のディスクホイールに用いられています。

（５）Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ｎｉ系合金

この系の合金は主にエンジンのピストンに用いられています。一般的にＡＣ８Ａ合金が用いられています。ＡＣ８Ａ合金は１１～１３％のＳｉを含有しており、耐摩耗性に優れ、熱膨張係数が低いという特徴があります。また、高温での強度を確保するためにＣｕの他にＮｉが添加されています。

（６）過共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金

この系の合金は主に１８％以上のＳｉを含有しており、凝固時に初晶Ｓｉが晶出します。初晶Ｓｉは非常に硬い晶出物であり、これにより耐摩耗性が飛躍的に向上します。
過去に米国レイノルズ社が開発したＡ３９０合金が知られています。この系の合金はＳｉ量が多いため、他のアルミ合金に比べて熱膨張係数が小さくなります。この系の合金は溶解、鋳造時にＰ（リン）を添加しないと初晶Ｓｉが粗大化し、被削性の悪化や加工時の初晶Ｓｉの割れ、脱落が生じる場合があります。
耐摩耗性が良好なことから、鋳鉄製ライナーを使用しないオールアルミシリンダーブロックに用いられました。また、マニュアルトランスミッションのシフトフォークや、エアコンのコンプレッサー部品に用いられています。
ＡＣ９Ａ、ＡＣ９ＢよりもＳｉ量が少ない過共晶合金も開発されています。　

新規のアルミニウム部品を開発する際の材料選定のポイントをまとめました。部品の必要特性に対して、下記のような材料を選定する必要があります。

（１）耐熱性が必要な部品

基本的にはＣｕ、Ｎｉを含有する合金を選定します。ただし、前述したように、ＡＣ１Ｂ、ＡＣ５Ａは鋳造性が悪いため鋳物材には適しません。

（２）伸び、靱性が必要な部品

アルミ鋳物合金で最も伸びが大きいのはＡＣ７Ａ合金です。この合金は特に塩水に対する耐食性が高く、海洋で使用される部品や船舶に用いられています。次に伸びが高く鋳造性に優れる合金としてＡＣ３Ａがあります。ただし、ＡＣ７Ａ、ＡＣ３Ａともに耐力が低いため注意が必要です。強度、伸び、鋳造性を考えるとＡＣ４Ｃ、ＡＣ４ＣＨなどのＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系の合金が適切です。

（３）耐摩耗性が必要な部品

アルミニウム合金の耐摩耗性は硬さと言うよりは、Ｓｉ含有量が大きく影響します。特に初晶Ｓｉが晶出する共晶または過共晶Ｓｉ合金は耐摩耗性に優れています。ただし、鋳造時に初晶Ｓｉの微細化を行う必要があります。

（４）耐食性が必要な部品

アルミニウム合金の耐食性にはＣｕおよびＦｅの含有量が大きく影響します。これらはＡｌとの腐食電位差が大きく耐食性を低下させます。従って、Ｃｕを含有せず、Ｆｅ量が低い合金（ＡＣ４ＣＨ）が適切です。ダイカスト合金は溶湯と金型の凝着を防止するためにＦｅ含有量を高くしてあります。ＡＤＣ１２合金などはＣｕも含有するため耐食性は低くなります。

（５）熱伝導が必要な部品

アルミニウム合金の熱伝導度は純アルミが最も高く（220W/m・k）、ＳｉやＣｕ等の元素が添加されると熱伝導度は低下します。鋳物用合金の熱伝導度はおよそ１００～１５０W/m・k）で、その中でもＡＣ４Ｃ、ＡＣ４ＣＨ合金は熱伝導度が大きい合金になります。熱伝導度は調質状態（熱処理）によっても若干変化します。

アルミニウム合金鋳物の機械的性質は、添加元素の種類と含有量、熱処理条件、凝固時の冷却速度、鋳造欠陥の状態等々により変化します。
また、鋳物の鋳造性も材質、鋳造方法、製品形状により変化します。弊社には、大手自動車メーカーで数十年間、自動車のアルミ材料および部品開発を担当してきた者が技術顧問として常勤しております。お客様が必要とする製品の材料特性をご提示いただければ、材質のご提案や製造条件のコントロールにより、ご要求を満足できるアルミニウム砂型鋳物をご提供致します。

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