アルミニウム鋳造: プロセス, プロパティ, およびアプリケーション

1. 導入

アルミニウム鋳造 アルミニウム合金を融解し、さまざまな成形技術を使用してそれらを正確な形に形成する基礎製造プロセスです.

この方法は、複合体を生産する上で重要な役割を果たします, 軽量, 幅広い産業にわたる腐食耐性コンポーネント, 含む 自動車, 航空宇宙, エレクトロニクス, そして 再生可能エネルギー.

エネルギー効率の高い需要として, 高性能製品は増え続けています, アルミニウムの鋳造は、アルミニウムのために顕著になりました 好ましい強度と重量の比率, 優れた熱伝導率, そして リサイクルバリティ.

例えば, で 自動車セクター, アルミニウム鋳物は、車両の重量を減らし、電気自動車の燃料効率またはバッテリーの範囲を改善する上で極めて重要です.

2. アルミニウム鋳造とは何ですか?

アルミニウム鋳造 溶融アルミニウムまたはアルミニウムベースの合金が型に注がれ、固化時に望ましい形を形成する製造プロセスです.

この手法は、アルミニウムの好ましい特性により、近代的な製造の基本です。, 耐食性, 熱伝導率, そして高いリサイクル性.

鋳造プロセスにより、比較的低い材料廃棄物で複雑な幾何学の生産が可能になります, 範囲の産業にとって費用対効果の高いソリューションになります 自動車 そして 航空宇宙 に エレクトロニクス, エネルギー, そして 工事.

複数のアルミニウム鋳造方法があります 砂鋳造, キャスティングダイ, そして 投資キャスティング - 生産量に基づいた特定のアプリケーション向けに最適化されています, 表面仕上げ, および寸法精度要件.

3. アルミニウム鋳造合金とその特性

アルミニウム 鋳造合金は溶融金属加工用に特別に設計されており、強度のユニークな組み合わせを提供します, 耐食性, 流動性, および加工性.

これらの合金は通常、それらに基づいて分類されます 化学組成, 熱処理反応, そして キャスティングパフォーマンス.

アルミニウム鋳造合金の分類

アルミニウム鋳造合金は、2つの主要なカテゴリに分類されます:

• 熱処理可能な合金
  これらの合金は、溶液熱処理と人工老化により強度を得る (例えば。, T6気性). 構造部品および自動車部品で一般的です.
• 非加熱処理可能な合金
  固形溶液の硬化またはひずみ硬化によって強化されます, それらはキャストが簡単で、汎用コンポーネントでよく使用されます.

さらに, それらは、に従ってシリーズによってグループ化されています アルミニウム協会 分類システム (例えば。, 3xx.x, 5xx.x, A356, ADC12):

4. アルミニウム鋳造方法

アルミニウム鋳造方法は多様であり、ジオメトリの特定の要件に合わせて調整されています, 音量, 料金, 表面仕上げ, および機械的パフォーマンス.

各プロセスには、独自の強みと制限があります, メソッド選択を製品の設計と製造効率の重要な要素にする.

アルミニウム砂鋳造

砂鋳造 最も古く、最も用途の広い鋳造プロセスの1つです. 砂の混合物をパターンの周りに梱包するために、カビの空洞を作成することが含まれます, その後、溶融アルミニウムで満たされます.

砂型は通常、粘土または樹脂で結合したシリカ砂で作られており、固化後に壊れて部分を回収する.

パターンを再利用できます, コアは内部空洞に挿入できます.

この方法は、大規模なコンポーネントや小型制作に適しています.

合金の選択に最適な柔軟性を提供し、小さなブラケットから巨大なポンプハウジングまたは数トンの重量のエンジンブロックまで、幅広い形状とサイズに対応します。.

アルミダイカスト

高圧ダイキャスティング (HPDC) & 低圧ダイキャスティング (LPDC)

キャスティングダイ 溶融アルミニウムを鋼型に注入することを伴います (死ぬ) 制御された圧力の下.

HPDCで, アルミニウムは、通常からの範囲の圧力でダイキャビティに押し込まれます 1,500 に 25,000 psi, その結果、優れた表面仕上げと寸法精度が生じます.

対照的に, LPDCはガス圧力を使用します (通常、〜0.7バー) 溶融金属を下から型に優しく押し込む, 乱流を減らし、構造の完全性を改善します.

ダイキャスティングは、サイクル時間が速いため、主に大量生産環境で使用されます, 厳しい公差, そして再現性.

しかし, ダイツールへの多額の投資が必要であり、ほとんどが鋳造性と熱挙動に最適化された特定のアルミニウム合金に限定されています (例えば。, ADC12, A380).

アルミニウム投資キャスティング (ロストワックスキャスト)

インベストメント鋳造 耐火性セラミック材料でコーティングされた消費可能なワックスパターンを使用して、金型を形成することにより、優れた精度を提供します.

セラミックが硬化したら, ワックスは溶けて溶融アルミニウムに置き換えられます. セラミックシェルは固化後に壊れます.

このプロセスは、複雑な幾何学に最適です, 薄い壁, そして、他の鋳造方法で達成することが困難または不可能な細かい詳細.

一般に航空宇宙で使用されます, 防衛, 精度と材料の完全性が重要な高級産業コンポーネント. ネットの近くの部品をキャストする機能は、機械加工要件を大幅に削減する.

アルミニウム永久型鋳造 (重力ダイキャスティング)

恒久的なカビ鋳造は、卓越性のない鋼または鉄型を使用して、中程度のボリューム鋳物を生成します.

溶融アルミニウムは、重力の下でカビに注がれます, 外部圧力を使用せずに. 金型はしばしば予熱され、流れを強化するために耐火物材料でコーティングされます, 表面仕上げ, そしてカビの長寿.

砂の鋳造と比較して, この方法は、より良い寸法の安定性を提供します, 表面仕上げ, より速い冷却とより均一な穀物構造による機械的特性.

通常、自動車部品に使用されます, ギアハウジング, および照明コンポーネント. コアインサートを使用して、内部機能を作成できます.

特殊なアルミニウム鋳造方法

遠心鋳造

遠心鋳造は、急速に回転する金型を使用して、遠心力によって溶融アルミニウムを外側に分布させる.

この方法は、主にパイプなどの円筒形のコンポーネントに適しています, リング, ブッシング, と袖. このプロセスは、ガスの閉じ込めと不純物を排除します, 密集している, 細粒の外層.

このプロセスは、高い完全性と耐摩耗性を必要とするシームレスなコンポーネントを生産するのに最適です.

スクイーズキャスティング

スクイーズキャスティングは、鍛造とダイキャスティングの利点を組み合わせています. 溶融アルミニウムは予熱したダイに注がれ、高圧で圧縮されます (通常、10,000〜20,000 psi) 凝固中.

圧力はガスの多孔度を排除し、穀物構造を改良します, その結果、錬金術の合金に近づいている特性を備えた鋳物が生じます.

スクイーズキャスティングは、サスペンションアームなどの重要なコンポーネントのために自動車用アプリケーションで特に価値があります, ステアリングナックル, および高強度ブラケット.

比較表: アルミニウム鋳造方法

5. 鋳造アルミニウムの機械的および物理的特性

鋳造アルミニウム合金は、機械的性能の優れた組み合わせにより、業界で広く使用されています, 軽量の特性, および腐食抵抗.

しかし, プロパティは、鋳造方法によって異なります, 合金タイプ, 熱処理.

6. アルミニウム鋳造のキャスティング後の操作

アルミニウム鋳物が生成された後, 多くの場合、機械的特性を強化するためにいくつかのキャスティング後のプロセスが必要です, 表面の品質, 寸法精度, 全体的なパフォーマンス.

これらの運用は、業界の仕様と機能的要件を満たすために重要です.

熱処理

• 目的: 熱処理は、アルミニウム合金の微細構造を修正して強度を改善する, 硬度, と延性. 一般的な熱処理には解決策が含まれます, 消光, そして老化.
• 典型的な熱処理タイプ:

• • T5: 以前の溶液処理なしで鋳造後の人工老化. 中程度に強度を高めるために使用されます.
  • T6: 溶液熱処理とそれに続く人工老化. ピーク強度と疲労抵抗を実現するために、A356のような合金に広く適用されています.
  • T7: 強度を犠牲にして耐食性と寸法の安定性を改善するためのオーバーエイジング.

• 効果: 熱処理により、張力と降伏強度が大幅に向上します (例えば。, A356-T6引張強度は、約250 MPaに達する可能性があります), 伸びを改善します, 鋳造構造を安定させます.

表面仕上げ

• ショットブラスト/砂の爆破: 砂を除去するための機械的なクリーニング, 規模, および表面の不規則性, 塗料の接着または美的仕上げの改善.
• 陽極酸化処理: 耐食性と表面硬度のための耐久性のある酸化物層を作成する電気化学的処理, 多くの場合、航空宇宙および建築アプリケーションで使用されます.
• 塗装とパウダーコーティング: 腐食保護と色のカスタマイズを提供します, 自動車および消費者製品に不可欠です.
• 機械加工: 精密加工により寸法が改良されます, 厳しい許容範囲を達成します, 機能的な表面を提供します (例えば。, シーリングフェイスまたはベアリングサーフェス).

• • アルミニウムの柔らかさと切削工具に固執する傾向があるため、特別なツールと切断パラメーターが必要です.

• 研磨とバフ: 装飾的または機能的な仕上げに適用されます, 特に電子ハウジングや消費財で.

機械加工の考慮事項

• アルミニウム合金は一般的に機械をよく機械します, しかし、チップ制御とツールの寿命は合金組成と鋳造品質に依存します.
• 炭化物またはコーティングされたツールの使用 (錫, Tialn) ツールの寿命を延ばし、表面仕上げを改善します.
• 材料の除去に対応するために、鋳造設計中に機械加工手当が考慮されます.

非破壊検査 (NDT)

• 目的: 部品を損傷することなく、内部の欠陥または表面の欠陥を検出することにより、鋳造の完全性を保証します.
• 一般的なNDTメソッド:

• • X線X線撮影: 内部多孔性を検出します, 収縮キャビティ, およびインクルージョン.
  • 超音波検査: 地下の亀裂または層間剥離を識別します.
  • 染料浸透剤検査: 表面の亀裂と亀裂を明らかにするために使用されます.

• NDTの実装により、品質基準へのコンプライアンスが保証されます (例えば。, アルミニウム鋳物用のASTM B108) サービスの早期障害を防ぎます.

7. アルミニウム鋳造とその予防の欠陥

• 気孔率:

• • ガス気孔率: 水分からの水素; 脱気によって防止されます (窒素/アルゴンパージ) に <0.15 CC/100GH₂.
  • 収縮気孔率: ライザーのデザインが悪い; シミュレーションによって修正されました (例えば。, マグソフト) 方向性の固化を確保するため.

• インクルージョン: 酸化物/砂粒子; セラミックフォームフィルターを介してフィルタリングされています (20–50 ppi) 削除する >90% 50μm以上の包含物の.
• 熱い涙: 固化中の緊張; 丸い角で防止されます, 壁の厚さの均一, より遅い冷却.
• コールドシャット: 不完全な金型充填; 注入温度を上げることで固定 (5–10°C) またはレート (0.5–2 kg/秒).

8. 利点と制限

アルミニウム鋳造の利点

• 軽量: アルミニウムの密度は低いです (〜2.7 g/cm³), より軽いコンポーネントの生産を可能にします, これは、燃料効率とパフォーマンスを向上させるために、自動車および航空宇宙産業で重要です.
• 優れた腐食抵抗: 当然、保護酸化物層を形成します, 大気および多くの化学環境に良好な抵抗を提供します, メンテナンスコストの削減.
• 良好な熱導電率と電気導電率: アルミニウム鋳物は、ヒートシンクに広く使用されています, 電気ハウジング, 効率的な熱散逸が必要なコンポーネント.
• 高強度と重量の比率: 特に熱が処理されるとき (例えば。, T6状態), アルミニウム鋳物は、構造部品に適した強力な機械的特性を実現します.
• 汎用性の高い鋳造方法: アルミニウムは、さまざまな鋳造プロセスと互換性があります, 砂の鋳造から高精度の鋳造まで, 複雑な形状と大量の生産量を可能にします.
• 優れた機械性: アルミニウム合金は一般に、鉄金属と比較して、ツールの摩耗が少なく、切断速度が速いため、機械.
• リサイクルバリティ: アルミニウムは、特性を失うことなく高度にリサイクル可能です, 持続可能な製造をサポートします.

アルミニウム鋳造の制限

• 融点が低い: アルミニウムは約660°Cで溶けます, 鋼や超合金と比較して、高温用途での使用を制限します.
• 気孔率の問題: アルミニウム鋳物は、適切に制御されていないと、ガスの気孔率と収縮欠陥が発生しやすいです, 機械的完全性を損なう可能性があります.
• 耐摩耗性が低い: 鉄金属と比較して, アルミニウム合金は、硬度が低く、耐摩耗性を示します, 研磨環境でのアプリケーションを制限できます.
• ダイキャスティングのツールのコスト: 高いツールとカビのコストは、ダイキャスティングを大量生産に制限します.
• 熱膨張: アルミニウムは、熱膨張係数が比較的高いです, 温度変動にさらされた精密成分に寸法不安定性を引き起こす可能性があります.
• 腐食性の高い環境での使用は限られています: 耐性耐性, アルミニウム合金は、保護コーティングなしで高酸性またはアルカリ性の状態に適していない場合があります.

9. アルミニウム鋳物の産業用途

• 自動車: シリンダーヘッド, エンジンブロック, トランスミッションハウジング, ホイール
• 航空宇宙: 軽量ブラケット, ハウジング, 構造フレーム
• エレクトロニクス: サーマルハウジング, 高い熱伝導率を必要とするヒートシンク
• 海兵隊: 腐食耐性の継手, ポンプハウジング
• エネルギー: 風力タービンハブ, LEDランプフレーム
• 工事 & 建築: 装飾的なファサード, 構造プロファイル, カーテンウォールコンポーネント

10. アルミニウム鋳造対. その他の鋳造資料

アルミニウム鋳造は、鋳鉄などの他の一般的な鋳造材料としばしば比較されます, マグネシウム, と亜鉛.

各素材は、強度などのアプリケーション要件に応じて、明確な利点と制限を提供します, 重さ, 耐食性, 料金, 製造可能性.

まとめ:

• アルミニウム対. 鋳鉄: アルミニウムの低密度は、体重減少が重要な場合に理想的です, 自動車や航空宇宙セクターなど.
  鋳鉄は耐摩耗性と高温強度で優れていますが、はるかに重く、錆びやすい, 軽量または腐食に敏感なアプリケーションでの使用を制限します.
• アルミニウム対. マグネシウム: マグネシウムはアルミニウムよりもさらに軽いが、強度と耐食性が低い, その使用を非常に軽量に制限します, 非腐食性環境.
  マグネシウムの鋳造はより高価になる可能性があり、可燃性の懸念のために厳格な取り扱いが必要です.
• アルミニウム対. 亜鉛: 亜鉛合金は、低コストで優れた寸法精度と表面仕上げを提供します, 小さいのに理想的です, 詳細な部品.
  しかし, 亜鉛は、アルミニウムよりもはるかに重く、耐食性が少ない, 構造または屋外のアプリケーションでの使用を制限します.

11. 結論

アルミニウム鋳造は多用途を提供します, 軽量の費用対効果の高い生産, 熱導電性, 腐食耐性部品.

慎重な合金を選択して (例えば。, A356, A319), プロセスの選択, および欠陥緩和, castアルミニウムは、高性能を提供します 自動車, 航空宇宙, 海兵隊, エレクトロニクス, そして 工事 セクター.

持続可能性と軽量設計が重要になるにつれて, アルミニウム鋳造は繁栄し続けています.

FAQ

最も強いアルミニウム鋳造合金は何ですか?

206-T6合金は、最高の引張強度を提供します (345 MPA) 一般的な鋳造合金の中で, 航空宇宙および高ストレスアプリケーションで使用されます.

アルミニウム鋳物は溶接できますか?

はい, しかし、注意して. 熱処理可能な合金 (例えば。, 356) 暑さの影響を受けたゾーンで強さを失う可能性があります; で溶接 4043 フィラー金属はこの効果を最小限に抑えます.

アルミニウム鋳造は、アルミニウムの鍛造とどのように比較されますか?

キャスティングは、1つのステップで複雑な形状を生成します (例えば。, エンジンブロック) しかし、鍛造よりも強度が低くなっています. 鍛造は、高ストレス部品の方が適しています (例えば。, クランクシャフト) しかし、2〜3×その費用がかかります.

アルミニウム鋳物の多孔性を引き起こすもの?

ガス閉じ込め (水分からの水素) または固化中の収縮. ダイキャスティングは最も傾向があります, しかし、真空アシスト鋳造は気孔率を減らします <0.5%.

屋外での使用に適したアルミニウム鋳物です?

はい. のような合金 5083 (海洋グレード) 塩水腐食に抵抗します, のサービスライフで 20+ 沿岸環境での年.