アルミニウム合金の鋳造: プロセスと特性の完全ガイド

アルミニウム合金の鋳造について知っておくべきこと

鋳造アルミニウム合金は、液体状態で良好に流動し、欠陥を最小限に抑えて凝固し、完成したコンポーネントで信頼性の高い機械的特性を実現するように特別に配合されたアルミニウムベースの材料のグループです。圧延や鍛造によって成形される鍛錬合金とは異なり、鋳造合金は型に注入または射出され、冷却すると最終形状になります。 世界のアルミニウム鋳造市場は2023年に500億ドルを突破 需要は増加し続けており、これは主に軽量で耐久性のある部品を求める自動車、航空宇宙、家庭用電化製品の分野によって推進されています。

前もって最も重要な結論は、すべてのアルミニウム合金が鋳造に適しているわけではないということです。最適に機能する合金は、特定の特性、特に流動性を向上させ、収縮を低減するシリコン含有量を共有しています。特定の鋳造方法に対して間違った合金を選択すると、気孔率、高温亀裂、寸法の不正確さが発生し、事後の修正が困難で費用がかかります。

この記事では、主要な合金ファミリー、鋳造プロセス、機械的性能データ、欠陥の原因、および工業規模でアルミニウム鋳造を扱う際にエンジニアとバイヤーが直面する実際的な決定について説明します。

鋳造アルミニウム合金の分類方法

アルミニウム協会は、鋳造アルミニウム合金を分類するために 4 桁のシステムを使用しています。最初の数字は主要な合金元素を識別し、残りの数字はそのグループ内の個々の合金を識別します。小数点に続く数字は製品の形式を示します。鋳造の場合は .0、インゴットの場合は .1 および .2 となります。

• 1xx.x シリーズ: ほぼ純粋なアルミニウム (99%)、優れた耐食性、低強度で、主に電気および化学用途に使用されます。
• 2xx.x シリーズ: アルミニウムと銅の合金。強度は高いですが、鋳造性と耐食性が低下します。典型的な例: 201.0、206.0。
• 3xx.x シリーズ: アルミニウム-シリコン-銅またはアルミニウム-シリコン-マグネシウム。これは商業的に最も重要なグループです。例: A356.0、319.0、380.0。流動性に優れ、機械的特性も良好です。
• 4xx.x シリーズ: 銅を含まないアルミニウム-シリコン。耐摩耗性、流動性に優れています。例: 413.0。
• 5xx.x シリーズ: アルミニウム-マグネシウム。耐食性と機械加工性は良好ですが、流動性が低いため鋳造がより難しくなります。例: 514.0。
• 7xx.x シリーズ: アルミニウム - 亜鉛。熱処理後の強度は非常に高いですが、鋳造は困難です。例: 771.0。
• 8xx.x シリーズ: アルミニウム-錫。低摩擦が重要なベアリング用途に使用されます。例: 850.0。

実際には、 3xx.x シリーズは、世界中のアルミニウム鋳造生産量の約 80 ～ 85% を占めています。 。このグループの優位性は、凝固中の収縮を低減しながら溶融物の流動性を改善するというシリコンの独自の能力に直接起因しています。

合金元素の役割 アルミ鋳物 パフォーマンス

主要な合金元素はそれぞれ、最終的なアルミニウム鋳造品に独特の特性をもたらします。合金を選択したり、製造上の問題をトラブルシューティングしたりする場合には、これらの要因を理解することが不可欠です。

シリコン（Si）

シリコンはアルミニウム鋳造にとって最も重要な合金元素です。 5% ～ 13% の濃度では、流動性が劇的に向上し、純粋なアルミニウムでは固化する前に到達できない薄い部分や複雑な形状を溶融物が充填できるようになります。シリコンはまた、液体から固体への全体的な収縮を低減し、多孔性と高温引裂きを最小限に抑えます。共晶組成 (Si ～ 12.6%) では、収縮は最低になります。ナトリウムまたはストロンチウムを使用してシリコンの形態を変更すると、粗い針状シリコンを細かい繊維状に変換し、A356.0 のような合金の引張強度を 10 ～ 15% 向上させ、伸びを約 2 倍にすることができます。

銅(Cu)

銅は、特に熱処理後に強度と硬度を高めます。 319.0 (3 ～ 4% の Cu を含む) のような合金は、高温性能が優れているため、エンジン ブロックやシリンダー ヘッドに広く使用されています。欠点は耐食性の低下です。銅含有アルミニウム鋳物は塩分環境では孔食を受けやすくなります。銅含有量が 0.3% を超えると、溶接性も低下します。

マグネシウム(Mg)

マグネシウムは、3xx.x シリーズの T6 熱処理への応答に重要です。 A356.0 では、0.25 ～ 0.45% のマグネシウムがシリコンと結合して時効中に Mg₂Si 析出物を形成し、析出硬化が生じます。 適切に熱処理された A356.0-T6 鋳造品は、280 ～ 310 MPa の引張強度を達成できます。 、鋳放し状態の約 160 MPa と比較します。マグネシウムが多すぎると (約 0.6% 以上)、熱間引き裂きのリスクが増加し、流動性が低下します。

鉄(Fe)

鉄は一般にアルミニウム鋳造では望ましくない不純物ですが、ダイカストでは実用上重要な役割を果たします。鉄は、ダイのはんだ付け（アルミニウムが鋼のダイにくっつく傾向）を軽減します。このため、380.0 などのほとんどのダイカスト合金には 0.8 ～ 1.2% の Fe が含まれています。砂鋳物および永久鋳型鋳物では、延性と耐疲労性を低下させる脆い鉄に富んだ金属間相 (β-AlFeSi「針状」相) の形成を避けるために、鉄の含有量は 0.5% 未満に保たれます。

亜鉛（Zn）とチタン（Ti）

亜鉛は 7xx.x シリーズの強度に寄与しますが、他の合金では通常汚染物質です。少量（0.1 ～ 0.2%）のチタンは、ホウ素（TiB₂ 核剤）と組み合わせると結晶粒微細化剤として機能し、より微細な等軸結晶粒を生成し、アルミニウム鋳造の強度と延性の両方を向上させます。結晶粒を精製した鋳物は、通常、精製していない同等の鋳物よりも 10 ～ 20% 高い伸びを示します。

主要なアルミ鋳造工程の比較

アルミニウムの鋳造に使用される方法によって、どの合金が適しているか、どのような表面仕上げと寸法公差が達成可能か、どのような工具コストがかかるか、どのような内部品質 (気孔率レベル) が期待できるかが直接決まります。 4 つの主要なプロセスは、砂型鋳造、永久鋳型鋳造、ダイカスト、およびインベストメント鋳造です。

砂型鋳造

砂型鋳造は、最も古く、最も柔軟なアルミニウム鋳造法です。型はパターンの周りに結合砂を圧縮することによって形成されるため、実質的に無制限の部品サイズと複雑さが可能になります。砂から作られたコアは内部に空洞を作る可能性があります。工具コストは最小限で、単純なパターンは数百ドルで製造できるため、砂型鋳造はプロトタイプや年間 1 ～ 500 個の部品の少量生産に最適です。その代わりに、寸法精度が低くなり、表面仕上げが粗くなります。一般的な砂型鋳造合金には、319.0、356.0、A356.0 などがあります。

パーマネントモールドキャスティング（重力ダイカスト）

永久鋳型鋳造では、溶融アルミニウムが重力によって再利用可能な鋼または鋳鉄の鋳型に注入されます。金型は砂よりもはるかに速く熱を伝え、より細かい粒子構造とより優れた機械的特性を生み出します。 永久鋳型の A356.0-T6 は通常、砂型鋳造の同じ合金よりも 10 ～ 15% 高い引張強度を達成します。 凝固が速くなるからです。工具のコストは中程度 (通常は 5,000 ドルから 50,000 ドル) であるため、このプロセスは 500 ～ 50,000 個の部品を実行する場合に経済的です。自動車のホイール、ポンプ ハウジング、トランスミッション ケースは、この方法で製造されることがよくあります。

高圧ダイカスト (HPDC)

高圧ダイカストでは、溶融したアルミニウムを 10 ～ 175 MPa の圧力で硬化鋼の金型に注入します。サイクルタイムは 15 ～ 60 秒と短く、1 時間あたり数百から数千の部品の生産速度が可能になります。このため、HPDC は、自動車のエンジン ブロック、トランスミッション ハウジング、車体構造部品などの大量生産部品に推奨されるプロセスとなっています。 ダイカストは重量で全アルミニウム鋳物生産量の約 45 ～ 50% を占めます。 主な制限は、閉じ込められたガスによる多孔性であり、真空アシスト ダイカスト (VADC) が使用されない限り、熱処理が妨げられ、構造用途での HPDC 部品の使用が制限されます。 合金 380.0 は、鋳造性、強度、コストの優れた組み合わせにより、HPDC 業界の主力製品です。

低圧ダイカスト (LPDC)

LPDC では、溶融物を保持している炉に低圧 (0.05 ～ 0.1 MPa) を加えることにより、アルミニウムが永久型内に押し上げられます。この制御された底部充填アプローチにより、乱流と酸化物の形成が最小限に抑えられ、HPDC よりも気孔率が低い鋳物が得られます。 LPDC は自動車用ホイールに広く使用されており、単一の生産セルで非常に安定した品質で 1 シフトあたり 200 ～ 400 個のホイールを生産できます。 A356.0 は、この用途で主に使用される合金です。

インベストメント鋳造

インベストメント鋳造 (ロストワックス鋳造) では、セラミックでコーティングされた消耗品のワックス パターンを使用して、非常に細かいディテールを捕捉できる鋳型を製造します。寸法精度と内部の清浄度が最も重要な複雑な航空宇宙および防衛コンポーネントに使用されます。合金 356.0 および A357.0 (マグネシウムを厳密に管理した高純度のバリアント) が一般的に指定されています。インベストメント鋳造は部品ごとに高価であり、最初の部品が出荷されるまでに工具と加工に 20,000 ドルから 200,000 ドルの費用がかかる場合があります。しかし、ニアネットシェイプの生産量と高い構造的完全性により、重要なアプリケーションのコストは正当化されます。

一般的に使用される鋳造アルミニウム合金の機械的性質

適切な鋳造アルミニウム合金を選択するには、利用可能な合金と焼き戻し条件の全範囲にわたって、引張強度、降伏強度、伸び、および硬度を比較する必要があります。以下のデータは、確立された市販合金の典型的な値を反映しています。

このデータからいくつかの実用的なポイントが明らかになります。まず、合金 206.0 は、一般的な鋳造合金の中で最も高い伸び (T4 条件で 8%) を実現し、降伏強度よりも耐衝撃性と靭性が重要な場合に優れた選択肢となります。ただし、シリコン含有量が低い (最大 0.1%) ため、高温亀裂が発生しやすく、鋳造を成功させるには慎重なゲートとライザーの設計が必要です。第 2 に、380.0 は、熱処理なしで 317 MPa の強力な鋳放し (F 焼き戻し) 引張強さを提供します。そのため、ほとんどの HPDC 生産でデフォルトの選択肢となっています。第三に、A356.0-T6 は、アルミニウム鋳造ポートフォリオの他のほぼすべての合金よりも、強度、延性、耐食性のバランスが優れています。これは、自動車または航空宇宙部品の構造用途で評価された最初の合金です。

アルミニウム鋳物の熱処理

多くの鋳造アルミニウム合金は熱処理に反応し、鋳造時の状態を超えて機械的特性を大幅に向上させることができます。鋳造品の標準熱処理指定は、鍛造合金に使用されるのと同じ T コード システムに従います。

• T4 (溶液熱処理自然老化): 鋳造物は、合金元素をアルミニウム母材に溶解させるために 510 ～ 540°C で数時間溶体化処理され、その後急冷され、室温で時効処理されます。良好な延性と適度な強度を生み出します。
• T5 (人工老化のみ): 鋳造プロセスから急速に冷却された鋳物（LPDC または永久鋳型など）に直接適用されます。溶体化処理工程を省略します。歪みのリスクを最小限に抑えながら適度な強化を実現します。平坦性が重要なホイール鋳造に役立ちます。
• T6 (溶液熱処理人工時効): 構造用アルミニウム鋳物に対する最も一般的な熱処理。溶液温度から急冷した後、部品は 155 ～ 175°C で 6 ～ 12 時間人工時効処理されます。これにより、ピークの析出硬化が生じます。
• T7 (溶体化熱処理過時効): 時効処理はピーク硬度を超えるまで行われ、ある程度の強度を犠牲にして寸法安定性と耐応力腐食性を向上させます。エンジン部品などの高温用途に使用されます。

溶体化処理後の急冷速度は、最も重要なプロセス変数の 1 つです アルミ鋳物の熱処理に。冷水中での急速焼入れは、効果的な時効に必要な過飽和を最大化しますが、焼入れによって引き起こされる残留応力が導入され、薄肉鋳物が歪む可能性があります。ポリマー急冷溶液または熱水急冷 (60 ～ 80 °C) を使用すると、機械的特性の向上の大部分を維持しながら、歪みを 40 ～ 60% 低減できます。

従来の HPDC 部品は溶体化熱処理できないことに注意してください。これは、鋳物内の溶存ガスが溶体化処理温度 (500°C) で膨張し、表面の膨れや内部ボイドの成長を引き起こすためです。この制限により、業界では低気孔率の HPDC バリアント (真空ダイカスト、スクイズ鋳造、半固体鋳造 (チクソキャスティング、レオキャスティング)) への多大な投資が推進され、これらはすべて、熱処理に耐えられるほど十分に低い気孔率レベルの部品を製造します。

アルミニウム鋳造によくある欠陥とその防止方法

アルミニウム鋳造に欠陥があると、機械的特性が低下し、漏れ経路が生じ、外観不良が発生し、スクラップ率が上昇します。各欠陥カテゴリの根本原因を理解することが、それを制御するための信頼できる唯一の方法です。

気孔率

気孔はアルミニウム鋳造で最も一般的な欠陥です。これは 2 つの形態で発生します。気体多孔性 (凝固中に溶液から出てくる溶融物に溶解した水素によって引き起こされる球状の空隙) と収縮多孔性 (凝固中の金属が体積減少を補うために液体金属を供給できない場所に形成される不規則な空隙) です。水素のピックアップは主に、炉装入材料、金型コーティング、および大気湿度内の水分から発生します。 ロータリー脱気装置を使用して溶融物を 0.1 ml H2/100g Al 未満に脱気すると、ガスの多孔度が 70 ～ 90% 減少します。 収縮気孔率は適切なライザーとゲート設計によって制御され、凝固が完了するまで液体金属がすべての凝固領域に供給されることが保証されます。

熱間引裂（熱間割れ）

熱間引裂は、半固体鋳造ネットワークが凝固の最終段階で発生する熱収縮応力に対応できないときに発生します。凝固範囲が広い合金、特に 206.0 や 319.0 などの銅含有合金は、最も影響を受けやすくなります。予防には、凝固に方向性があるように金型の温度と勾配を最適化し、適切な金型設計により鋳造への拘束を軽減し、場合によっては合金組成を調整する（シリコンを増やし、銅を減らす）ことが含まれます。

酸化物介在物

アルミニウムは溶融状態で急速に酸化し、溶融表面に薄いが固体の Al2O3 膜を形成します。特に取鍋、注湯、金型の射出中に金属が乱流すると、この酸化膜が鋳物に折り畳まれ、内部亀裂として機能する二重膜欠陥が生じる可能性があります。 アルミニウム鋳造品の疲労寿命のばらつきのほとんどは、バイフィルム欠陥が原因です —同じ合金とプロセスで、酸化物の含有量に応じて疲労性能が 10 倍異なる部品を製造できます。ボトムフィルゲートシステムによる乱流の制御、金属の落下高さの最小化、ゲートシステムでのセラミックフィルターの使用が主な対策です。

コールドシャットとミスラン

コールド シャットは、2 つの金属の流れが金型内で合流するが融合できず、継ぎ目のような欠陥が残る場合に発生します。ミスランは、キャビティを完全に埋める前に金属が固化するときに発生します。どちらの欠陥も、金属の温度が不十分であること、充填速度が遅いこと、または通気が不十分であることが原因で発生します。注湯温度を 10 ～ 20 °C 上げ、ゲートを再設計して充填速度を上げ、最後に充填する位置にベントを追加することで、コールド シャットとミスランの問題のほとんどが解決されます。

ダイソルダリング（HPDC内）

ダイソルダリングは、アルミニウムをスチールダイの表面に接着させることで、ダイ上の金属のピックアップや鋳造品の表面の裂けを引き起こします。これは、金型表面での鉄とアルミニウムの金属間化合物の形成によって引き起こされます。合金中の鉄含有量を 0.7% 以上に維持し、ダイ コーティング (窒化ホウ素、グラファイト ベースのリリース) を使用し、ダイ温度を 150 ～ 250 °C の範囲に制御し、適切なダイ スプレー タイミングを適用することにより、はんだ付けの発生率が大幅に減少します。

アルミニウム鋳造工程における溶湯の品質管理

鋳型に入る前の液体アルミニウムの品質によって、鋳造で達成できる限界が決まります。下流でプロセスをいくら最適化しても、準備が不十分な溶融物を補うことはできません。工業用アルミニウム鋳造作業では、溶湯の品質を評価および制御するためにいくつかの標準ツールが使用されます。

• 減圧テスト (RPT): 溶融物の少量のサンプルを真空下で固化させます。得られたサンプルの密度は、大気圧下で固化したサンプルと比較されます。密度指数 (DI) = [(ρ_atm – ρ_vac)/ρ_atm] × 100。一般に、ほとんどの構造鋳造用途では 2% 未満の DI が許容されます。航空宇宙グレードの要件では、DI が 1% 未満と指定されることがよくあります。
• ロータリー脱気: 不活性ガス (窒素またはアルゴン) が回転羽根車を通して溶融物に注入され、微細な気泡が生成され、溶存水素が表面に運ばれます。 10 ～ 15 分間回転脱気を適切に実行すると、水素レベルが通常の値 0.2 ～ 0.4 ml/100g から 0.1 ml/100g 未満に減少します。
• セラミックフォームろ過: 溶融物は、酸化物介在物、金属間粒子、および耐火物の破片を捕捉する網状セラミックフォームフィルター (通常は 30 ～ 50 ppi、重力用途の場合は 10 ～ 20 ppi) に注入されます。濾過により介在物含有量を 60 ～ 90% 削減でき、疲労寿命が 2 ～ 5 倍に延びることが複数の研究で示されています。
• 分光組成の検証: 固化したボタンサンプルの発光分光分析 (OES) により、生産を開始する前に合金組成が仕様の範囲内であることが検証されます。重要なアプリケーションの場合、チェックは 2 ～ 4 時間ごと、または新しい金属の大幅な追加が発生するたびに繰り返されます。
• 粒子の精製と修正: 粒子サイズを微細化するために、チタン - ホウ素 (Al-5Ti-1B) を含む母合金を 0.05 ～ 0.15% 添加します。 0.008 ～ 0.015% のストロンチウム母合金 (Al-10Sr) は、共晶シリコンの形態を粗板から微細繊維に変更し、延性と耐疲労性を大幅に向上させます。

自動車産業におけるアルミニウム鋳造

自動車部門はアルミニウム鋳造の最大の消費者であり、他の最終市場よりもプロセス革新と合金開発を推進しています。 2024 年に製造された典型的な乗用車には 150 ～ 200 kg のアルミニウムが含まれています 、そのかなりの部分は鋳物の形をしています。エンジンブロック、シリンダーヘッド、トランスミッションケース、デフハウジング、サスペンションナックル、サブフレーム、ボディ構造ノードはすべて、さまざまなアルミニウム鋳造法によって生産されます。

電気自動車 (EV) への移行により、アルミニウム鋳造の状況は重要な点で変わりました。 EV では、内燃エンジンのブロックとシリンダー ヘッド (2 つの最大の鋳造用途) が廃止されますが、バッテリー エンクロージャ、電気モーター ハウジング、インバーター ハウジング、大型構造鋳物などの新しい用途が導入されています。 6,000～9,000トンのダイカストマシンを使用してリアおよびフロントのアンダーボディセクション全体を単一の鋳造で製造するテスラのギガキャストプロセスは、アルミニウム鋳造がいかに部品点数と組み立ての複雑さを根本的に削減できるかを実証しました。 単一の Gigacast リア アンダーボディが、およそ 70 個の個別の打ち抜きおよび溶接されたコンポーネントを置き換えます。

これらの構造用 EV 鋳造に使用される合金は、新世代の高延性 HPDC 材料 (「非熱処理ダイカスト」合金とも呼ばれる) であり、衝突荷重下での変形の制御が必要な用途向けに特別に開発されました。 Silafont-36 (AlSi10MnMg)、Aural-2、Magsimal-59 (AlMg5Si2Mn) などのこれらの合金は、熱処理なしの鋳放し状態で 10 ～ 15% の伸びを達成します。これは、380.0 などの従来の HPDC 合金では達成できない値です。

鋳造アルミニウム合金の航空宇宙用途

航空宇宙用アルミニウム鋳物は、あらゆる分野の中で最も厳しい品質要件に直面しています。内部気孔率は X 線とコンピューター断層撮影 (CT) によって測定され、機械的特性は統計的に証明され、インゴットから完成品までのトレーサビリティが必須です。これらの要求にもかかわらず、鋳造は依然として、ビレットからの機械加工では形状を経済的に製造できない複雑な構造および非構造の航空宇宙部品に最適な方法です。

一般的に指定されている航空宇宙用鋳造合金には次のものがあります。

• A357.0-T6: より厳密なマグネシウム管理（0.45 ～ 0.60%）を備えた A356.0 の高純度バージョン。航空機の一次構造鋳物に使用されます。インベストメント鋳造での引張強さ 345 MPa、降伏点 276 MPa、伸び率 5% 以上。
• 201.0-T7: 鋳造アルミニウム合金の中で最高の強度、最大 485 MPa の引張強度を備えたアルミニウム - 銅合金。軽量化が困難なキャスタビリティを正当化する高負荷のフィッティングやブラケットに使用されます。
• C355.0-T6: A356.0 に似ていますが、強度を向上させるために銅が追加されています。機体のフィッティングやギアハウジングに使用されます。

不活性雰囲気中で鋳物を同時に高温（500 ～ 520°C）と高圧（100 ～ 200 MPa）にさらす熱間静水圧プレス（HIP）は、航空宇宙用アルミニウム鋳物に指定されることが増えています。 HIP は内部の気孔を閉じ、疲労寿命を 2 ～ 3 倍に延ばし、より一貫した機械的試験結果を提供します。 生産バッチ全体にわたって。このプロセスによりコストが増加しますが、飛行に不可欠なコンポーネントの場合、ほとんどの航空宇宙用鋳造サプライヤーでは標準的な方法となっています。

最新のアルミニウム鋳造におけるシミュレーションとデジタル ツール

鋳造シミュレーション ソフトウェアは、鋳造工場とその顧客が新しいアルミニウム鋳造プロセスを開発する方法を変革しました。 MAGMASOFT、ProCAST、AnyCasting、Flow-3D などのプログラムを使用すると、エンジニアは単一の金型を加工する前に、金型の充填、固化、熱伝達、熱応力、気孔形成をモデル化できます。

アルミニウム鋳造開発におけるシミュレーションの実際的な影響は多大です。主要な自動車サプライヤーからの調査によると、 鋳造シミュレーションを使用すると、物理的な試行が 40 ～ 60% 削減され、最初の良品が得られるまでの時間が 30 ～ 50% 削減されます。 。複雑な自動車構造鋳造の場合、各物理試験には、工具の修正、金属、機械時間、エンジニアリング時間として 20,000 ドルから 100,000 ドルかかる場合があります。事前のシミュレーションを改善することで、たとえ 2 回のトライアルを省略するだけでも、何年にもわたるソフトウェア ライセンス コストの元が取れます。

最新のシミュレーション ツールは、気孔率の予測を超えて、以下をモデル化できます。

• 粒子構造の進化（柱状遷移と等軸遷移、粒子サイズ分布）
• CALPHAD 熱力学データベースを使用した微細構造と特性の相関
• 焼入れ後の残留応力と歪み
• HPDC ツーリングの金型熱疲労寿命予測
• 自動検索アルゴリズムを使用したランナーとゲートの寸法の最適化

リアルタイムのプロセス監視とシミュレーション モデルの統合は、次のフロンティアです。ダイに埋め込まれたセンサーは、温度、圧力、フィルフロントの位置をミリ秒の解像度で測定します。適応制御システムにフィードバックされると、ショット速度と増圧圧力をリアルタイムで調整して、溶融温度または金型温度の変動を補償することができ、歴史的にアルミニウム鋳造の永続的な課題の 1 つであった部品間の変動を低減します。

鋳造アルミニウム合金の持続可能性とリサイクル

アルミニウムのリサイクル可能性は、アルミニウムの決定的な利点の 1 つです。アルミニウムのリサイクルに必要なエネルギーは、ボーキサイト鉱石から一次アルミニウムを製造するのに必要なエネルギーのわずか約 5% です。 二次（リサイクル）アルミニウムは、鋳造用途で使用される全アルミニウムの約 75 ～ 80% をすでに占めています。 により、アルミニウム鋳造は重工業における最も循環的な製造プロセスの 1 つとなっています。

アルミニウム鋳造合金をリサイクルする際の課題は、成分の制御です。スクラップの流れの中で異なる合金が混合されると、シリコン、銅、鉄、亜鉛が主合金の規格限界を超えるレベルまで蓄積します。業界の対応は、性能を犠牲にすることなく、より高い不純物レベルに対応できる、特に HPDC 用の目的に合わせて設計された二次合金を作成することでした。合金 380.0 自体は、特に二次金属に対応するために幅広い組成範囲を許容する合金です。その仕様では、最大 3.0% の Zn と 1.3% の Fe が許容されていますが、これは重力鋳造合金では受け入れられません。

欧州の自動車産業は、生産施設からの鋳造スクラップを一般のスクラッププールに入れるのではなく、分別、再溶解し、同じ用途に戻すクローズドループ合金リサイクルシステムの開発を推進してきました。 たとえば、BMW のランツフート鋳造工場では、年間 50,000 トンを超えるアルミニウム鋳造スクラップをクローズド ループでリサイクルしています。 合金の純度を維持し、リサイクルされた金属を品質を損なうことなく構造鋳物に再使用できるようにします。

EVへの移行が加速するにつれて、アルミニウム鋳造スクラップの組成は変化し、エンジン関連合金（319.0、390.0）が減り、構造体合金とバッテリー筐体合金が増加します。鋳物工場や合金メーカーは現在、リサイクル材料の価値を低下させることなくこの組成変化に対処するための選別技術（レーザー誘起破壊分光法、蛍光 X 線自動選別）に投資しています。

用途に適した鋳造アルミニウム合金を選択する方法

アルミニウム鋳造用の合金の選択は、検索作業ではなく、複数の競合する要件のバランスをとる必要があります。次の意思決定フレームワークは、選択プロセスを推進する重要な変数をカバーしています。

1. 最初に鋳造プロセスを定義します。 合金の選択はプロセスによって制限されます。生産量に HPDC が必要な場合、合金は良好な流動性と離型特性を備えている必要があり、実質的に意味のある選択肢は 3xx.x および 4xx.x シリーズに限定されます。複雑さと精度を求めてインベストメント鋳造を使用する場合、合金プールには 2xx.x および 7xx.x シリーズのオプションが含まれます。
2. 主要な機械的要件を特定します。 部品は疲労が重要ですか (HIP を備えた A356.0-T6 または A357.0-T6 を選択してください)?室温で高い強度が必要ですか (206.0-T4 または 201.0-T7)?高温強度 (319.0-T6 または 390.0-T6) が必要ですか?衝突エネルギー吸収のために最大の延性が必要ですか (Silafont-36 または Alusil)?文書化された合金の特性プロファイルを要件と一致させます。
3. 腐食環境を評価します。 部品が表面処理なしで塩水環境にさらされる場合は、銅含有合金の使用を避けてください。 5xx.x および 4xx.x シリーズは、最高の固有耐食性を提供します。
4. 機械加工性と二次加工を考慮してください。 美しく加工できる合金もあれば (319.0 は加工が最も簡単なアルミニウム鋳造合金の 1 つとしてよく挙げられます)、加工硬化が早く、切削工具の摩耗が早い合金もあります (5xx.x シリーズ)。大規模な機械加工が計画されている場合は、これを合金コストのモデリングに考慮してください。
5. 溶接性と修理性を評価します。 生産または現場でのサービスで溶接修理が必要な鋳造品の場合、通常、シリコン含有量が 5% を超えると適切な溶接性が得られます。 Cu が 4% を超える銅含有合金は、亀裂を生じずに溶接することが困難です。
6. 合金の入手可能性とサプライチェーンを確認します。 珍しい合金を指定すると、リードタイムが長くなり、最小注文数量が増加し、認定サプライヤーが少なくなるという代償を払って、特性上の利点がわずかに得られる可能性があります。 A356.0、380.0、および 319.0 は、世界中のほぼすべてのアルミニウム鋳造工場から入手できます。 201.0 や 771.0 などの特殊な合金には専門のサプライヤーが必要です。

迷ったときは、 永久鋳型鋳造における A356.0-T6 は、ほとんどの構造用アルミニウム鋳造用途の正しい出発点です 。鋳造性、機械的特性、耐食性、世界中で入手可能なサプライヤーの組み合わせにより、この合金が業界のベンチマーク合金となっているのには理由があります。 A356.0-T6 が明らかに特定の要件を満たしていない場合にのみ、より特殊な合金に移行してください。