AlSi10MgMnダイカスト合金の強度理論

わが国では、ダイカストは1940年代半ばから後半にかけて始まった。1990年代以降、技術の進歩と国内の自動車、通信、電子、不動産などの産業の急速な発展は、わが国のダイカスト産業に着実な発展の勢いをもたらし、ダイカスト産業は急速に新興産業に成長した。わが国のダイカスト年間生産量は、1995年から2005年までのわずか10年間に26万6000トンから87万トンに急増し、年平均成長率は20%に達し、アルミ合金ダイカストがダイカスト全体の3/4以上を占めるようになった。特に21世紀に入ってからは、自動車産業の躍進

ダイカスト産業発展の原動力は「開発」にある。しかし、自動車の普及によって深刻化する環境問題も人々の関心を集めている。報道によると、自動車が大気中に排出する二酸化炭素は毎年40億トンを超え、全世界の二酸化炭素排出量の4分の1を占め、自動車保有台数の増加とともに年々増加している。同時に、自動車の燃料消費も世界の燃料消費の重要な部分を占めている。

自動車の軽量化が省エネルギーと排出ガス削減の重要な手段であることは、多くの試験で証明されている。文献によれば、自動車にアルミニウムを1kg追加するごとに、自動車のライフサイクル中に約19kgの二酸化炭素を削減でき、自動車の重量を10%削減できると指摘されている。エネルギー消費は5%から7%削減でき、燃料消費は0.7L/100km削減できる。自動車の軽量化には、一方では高強度材料を、他方では軽量材料を使用する必要がある。アルミニウム合金は、密度が鋼鉄の1/3しかない軽量材料である。

アルミニウム合金の使用は、大幅な軽量化を達成することができます。例えば、代表的なアルミニウム部品の軽量化効果は、1回目で30%~40%に達し、2回目の軽量化効果は50%に達することさえあります。そのため、自動車に使用されるアルミニウムの量は年々増加している。2006年、ヨーロッパ、アメリカ、日本の自動車に使用されたアルミニウムの平均量は127Kg/台に達し、2015年までにはヨーロッパ車のアルミニウム平均消費量は300Kg/台に達すると予測されています。したがって、環境保護と省エネの圧力の下で、鉄鋼をアルミニウムに置き換える傾向はより明白である。自動車用アルミ合金ダイカスト部品は、自動車エンジンのシリンダーブロック、自動車ホイール、自動車シャシーのサスペンションシステムなどに使用されている。新しいダイカスト技術と新しいダイカスト合金の開発と応用により、ダイカスト部品は今後ますます自動車の生産に広く使われるようになるだろう。

しかし、従来の高圧鋳造では、自動車のクラッチハウジング、ギアボックス、エンジンブロック、シャーシのサスペンションシステム部品などの部品を鋳造する場合、射出工程における高圧力と高速度により、成形工程で巻き込みが発生しやすい。しかし、従来の高圧鋳造では、射出工程において高圧かつ高速であるため、成形時に巻き込みが発生しやすい。鋳物内部に気孔などの欠陥が形成され、鋳物の有効負荷面積と密度が低下し、このような部品に要求される高い引張強さ、高い降伏強さ、高い伸びなどの高い機械的性能指数を満たすことができない。このような高機械的荷重部品や構造部品のために、研究者たちは従来の圧力鋳造(つまり、ダイカスト鋳造前に金型キャビティ内のガスを抜き、一定の真空下で溶融金属を金型内に充填する。

金型キャビティに酸素を充填し、加圧下で凝固させて緻密な鋳物にする)、酸素充填ダイカスト(ダイカスト前に空気の代わりに酸素を金型キャビティに充填する。金属液を充填する際、充填された酸素の一部が溢れ出し、残りが金属融液と混合する。反応が起こり、微細な分散した固体粒子が形成され、鋳物内部に留まる)、セミソリッドダイカスト(すなわち、金属融液が凝固する際に攪拌し、一定の冷却速度で固相成分が50%程度、あるいはそれ以上のスラリー化し、そのスラリーでダイカスト鋳造する技術)、押出ダイカスト技術などがある。その中で、高真空ダイカストは、従来のダイカストの材料利用率が高く、表面品質がよく、生産効率が高いという利点があるだけでなく、金型キャビティ内を真空にするなどの手段を採用しており、実現が容易で、鋳物内部の空隙率を大幅に低減し、高い要求を満たすことができる。高真空ダイカストは、性能の高い鋳物の要求により、工業生産においてかなりの応用と発展を遂げています。ダイカストAlSi10MgMn合金は、Al-Si-Mg-Mn系高強度、熱処理可能な鋳造アルミニウム合金で、気密性と流動性が良好です。ダイカスト部品は高密度と高強度を持ち、耐食性に優れ、切削加工と溶接性能に優れ、トランスミッションケーシング、シリンダーブロック、プーリー、カバープレート、自動車シャーシ部品、シリンダーヘッドバルブなどの薄肉、複雑構造、高荷重製品の生産に幅広い用途があります。船舶・航空機部品

高真空ダイカストAlSi10MgMn合金鋳物はガス含有量が低く、高温熱処理中に鋳物表面にバブリングが発生せず、鋳物のサイズが巨視的に変形することはありません。熱処理中に、Mg 2 Siのような強化相が析出し、同時に溶体化処理中に共晶することができます。同時に、この課題は高真空ダイカストプロセスに対して非常に厳しい要求があります。

鋳物の高温長期熱処理の基本は、鋳物のガス含有量を1~3ml/100gにすることであり、この課題は高真空ダイカストプロセス、ダイカスト合金、ダイカスト熱処理を統合した研究プロジェクトである。強化理論と工業生産には重要な指導的意義がある。