アルミニウムの密度は、鉄、銅、亜鉛などの合金の約1/3しかない。現在、軽量化の要求を満たすダイカスト合金材料の一つである。さらに、アルミニウムは比強度と比剛性が高く、良好な塑性レオロジー特性を有する。結晶化温度範囲が狭く、線収縮率が低く、成形や切断が容易で、機械的性質が高く、耐食性に優れ、以上の長所から、アルミニウム合金は高強度、高靭性のダイカスト合金材料の一つとなっています。アルミニウム合金ダイカストは、自動車、航空宇宙などの産業で優れた軽量化効果を発揮しています。1980年代以降、自動車産業の急速な発展は関連産業の発展を牽引してきました。自動車産業の発展は主に知能化、軽量化、モジュール化などを中心としている。

アルミニウム合金の特性に及ぼす合金組成の影響 ダイキャスト・アルミニウム合金の組成と含有量は、鋳物の機械的特性に大きな影響を与える。異なる鋳物の要求性能に対して、異なるダイカスト工程と対応するアルミニウム合金組成を選択する必要があります。現在、アルミダイカスト合金は工業分野で広く使用されている。Al-Si系二元合金、Al-Mg系二元合金、Al-Si-Mg系合金、Al-Si-Cu系合金などが中国、米国、日本で一般的に使用されています。アルミニウム合金のモデルと組成を表1に示す。一般的に、伝統的なダイカストアルミニウム合金に添加される主な合金元素はSi、Fe、Cuなどである。その中で、Si元素の添加はアルミニウム合金の流動性を高め、Fe元素の添加はダイカストの脱型を助長し、Cu元素の添加は鋳物の強度を高めることができ、様々な合金元素の添加により、アルミニウム合金は異なる特性と長所と短所を持つようになる。

Al-Si系合金

アルミダイカスト合金にSi元素を添加すると、結晶化温度範囲が狭まり、共晶含有量が増加し、Si元素の大きな結晶化潜熱により、合金の流動性が向上する。また、Si元素の体積収縮率はほぼゼロであり、線膨張係数はAlよりもはるかに小さい。Si元素の含有量が増加するにつれて、形成された合金の収縮率は減少し、気孔収縮および熱間割れの傾向が減少し、高温脆性が抑制される。アルミダイカスト合金にSi元素を添加することにより、鋳造性、熱伝導性、耐食性などが良好となり、Al-Si系合金は鋳造分野で広く使用されている。従来のAl-Si系二元合金は、強度は良いが、塑性加工性が悪く、自動車産業の急速な発展に伴い、より高性能なアルミニウム合金の要求を満たすことは困難である。

Al-Si系合金の主な欠点は、鋳造時に鋳造サイズ不適合やポアなどの欠陥が発生しやすいことである。従来の鋳造アルミニウム合金の微細構造粒はデンドライトであり、合金の機械的特性に影響を与える。業界ではAl-Si系合金を図1に示すように、低共晶Al-Si系合金、共晶Al-Si系合金、過共晶Al-Si系合金の3つに分類しています。合金中のSi含有量が高いほど、硬く粗い一次Si粒子の形成が促進され、過共晶Al-Si合金の耐摩耗性が向上する。同時に、一次Si粒子の存在は合金の機械的特性にも有害である。切削性能を低下させるなどの影響を与える。

Al-Mg系合金

Al-Mg合金は塑性と耐食性に優れている。成形された鋳物の表面品質は高い。主に自動車の耐食部品や表面品質が要求されるダイカストに使用される。アルミダイカスト合金にMg元素を添加したもの。Mg原子の半径はAl原子の半径より13％大きいため、溶体化処理後、MgがAlのα相に固溶し、歪みが大きくなり、アルミニウム合金の強度が向上します。Al-Mg合金液の表面には耐食性の強いスピネル皮膜が形成され、合金の耐食性を向上させることができ、合金の粘性皮膜の形成傾向が低く、鋳物の表面品質が高い。しかし、Al-Mg合金は、Mg 2 SiとAl 3 Mg 2の硬くて脆い相を生成することがあり、合金の伸びを低下させ、熱間割れの傾向を増加させる。製錬中に酸化したりスラグを形成しやすく、その結果鋳造性が悪くなる。

Al-Si-Mg系合金

Al-Si-Mg系合金は、Al-Si系合金の一種に属する。Al-Si系合金では、Alに対するSi元素の溶解度が小さく、アルミニウム合金にSi元素を多く添加することが困難である。したがって、アルミニウム合金にSi元素を添加しても、その衝撃強度は小さい。熱処理工程で強化できないので、Al-Si系合金にMg元素を添加することが考えられる。熱処理工程後、分散強化相を析出させ、合金の強度を向上させる。例えば、ZL114Aアルミニウム合金はAl-Si-Mg系合金であり、少量のMgは合金の引張強さと降伏強さを向上させることができ、より良い機械的特性を有し、合金はより良い充填能力、耐食性、低熱亀裂の傾向を有する。Al-Si-Mg系合金は、新しいダイカストアルミ合金の開発目標であり、複雑な形状で総合的な機械的特性に対する要求が高い車体部品に使用することができるが、成形部品のその後の処理にはより高い要件が必要となり、製造コストが増加する。1.1.4 Al-Si-Cu系合金 Al-Si-Cu系合金にはCu元素が添加されている。室温でのCu元素のα-Al固溶体への溶解度は小さいが、高温では溶解度が大きくなるため、Cu元素は合金中のアルミニウムマトリックス中に溶解するか、粒子を形成することができる。形状複合強化相（主にAlCuとAl 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 相）は、合金の耐クリープ性と合金の強い硬度を向上させる。Al-Si-Cu系合金にCu元素を添加すると、アルミニウム合金の機械的性質、鋳造性、被削性を向上させることができる。Al-Si-Cuダイカスト合金では、Cu含有量は一般に1%~5%に制御される。A383合金は、米国の伝統的なA380合金をベースに改良されたダイカスト用アルミニウム合金です。A380よりもSi含有量が共晶に近く、合金の流動性が向上しています。Cu元素の含有量は少なく、ダイカスト加工時にある程度の熱間割れが発生する。ホットクラックパスを形成しやすい。

アルミニウム合金における他の元素の役割

Fe元素はダイカストアルミニウム合金に大きな影響を与える不純物元素です。Fe元素はアルミニウム合金中のAl、Si、Mg等と容易に反応し、Al 3 Fe、Al 9 Fe 2 Si 2、Al 8 Mg 3 FeSi 6等を生成する。これらの相はいずれも硬くて脆い相であり、クラックが発生しやすく、相の位置に不純物ガスが溜まりやすく、合金の機械的性質を低下させる。ダイカスト法では、針状Feリッチ相の析出をある程度抑制することで、母相への悪影響を低減している。また、Fe元素の含有量が多いと、アルミニウム合金の耐食性や流動性が低下し、熱間割れ傾向や穴収縮傾向が大きくなる。

Zn元素のα-Alマトリックスへの溶解性は良好で、固溶体を形成し、合金の機械的性質を強化し、流動性を向上させ、合金の機械的加工性能を向上させることができる。しかし、Cu元素と同様に、Zn元素と合金中のAlとの化学ポテンシャルの差が大きいため、アルミダイカスト合金の耐食性は劣り、合金中のZn元素の体積収縮率は4.7％と高く、アルミダイカスト合金の収縮傾向が大きくなります。アルミダイカスト合金には希土類元素が添加されることが多い。希土類元素の原子半径はAl元素の原子半径より大きい。Al元素の結晶構造は面心立方格子であり、希土類元素は密着六方格子である。そのため、希土類元素はアルミニウム合金に含まれる。溶解度は小さく、固溶体を形成するのは容易ではない。アルミニウム合金への希土類元素の添加は、固液界面の前に集中し、組成物の過度の冷却を引き起こし、アルミニウム合金の機械的特性を向上させることができる。希土類元素は、アルミニウム合金が製錬される際、より活性が高く、充填されやすい。

合金相によって生じた欠陥は、2相間の表面張力を低下させ、合金結晶粒の表面に活性層を形成して結晶粒の成長を妨げる。合金中のFeなどの不純物に対しては、希土類元素がそれらと反応してアルミニウム液を浄化し、Feに富む不純物相を改善することができる。