アルミニウム合金鋳物の種類の一覧

2013年8月30日更新

アルミ鋳物は、鋳造(砂型鋳物、金型鋳物)とダイカストに二分され、例えばAC4Aであれば冒頭のAがアルミもしくはアルミ合金であること示し、次のC(Casting)が鋳造であることを示し、ADC12であれば冒頭のAから続くDC(Die Casting)の部分がダイカスト鋳物であることを示しています。

アルミは元来、鋳造のしやすい素材で熱処理により調質も可能なため、使用状況に応じた機械的性質のバリエーションが豊富な材料と言えます。耐熱性には劣るものの、鉄鋼材料の鋳造品に比べ、軽量化をはかることができます。またダイカストの場合は、大量生産が比較的容易で、この辺もアルミ合金のメリットとなっています。

アルミ合金の強み、メリット

製法による違いはあるものの、アルミ合金固有の性質として、軽い(鉄の3分の1)、比強度の強さ、加工性のよさ(切削や鋳造の双方に適合)、表面処理もしやすい(アルマイトなど)、低温脆性がない(鉄鋼系の材料は零下の気温では機械的性質がどんどんもろくなり、通常では壊れない温度でも破断することがある)、電気伝導性、熱伝導性がよい、非磁性(磁石の影響を受けてしまうと困るような部材によくマッチする)、リサイクルしやすい、入手しやすいといった点がこの材料を適用する場合のメリットとなります。

アルミ合金の展伸材と鋳物は違うもの

機械や構造材、部品などの材料としてアルミ合金が使われる場合、このアルミ鋳物(砂型鋳物、金型鋳物、ロストワックス)、アルミダイカスト、アルミ合金の展伸材(圧延材。機械的に延ばしたもの)のいずれかとなります。いずれも製法が違い、成分が似通っていても機械的性質などが異なる為、全く別のものと捉えたほうが間違いがありません。

一応、アルミ合金の展伸材における1000系、2000系、3000系、4000系、5000系、6000系、7000系などに対応する形でアルミ鋳物の合金系も存在しますが、機械的性質についてはかなり異なります。

製法によるアルミ鋳物の違いと特徴

冒頭で述べた通り、アルミの鋳造にはいくつかの手法があり、それぞれに長所・短所があり、適宜使い分けられています。代表的なものは、砂型鋳物、金型鋳物、ロストワックス、ダイカストとなります。

砂型鋳物の特徴|メリット、デメリット

同じ鋳造技術であるダイカスト製法や金型鋳物に比べると、砂型鋳物は寸法精度が出にくいと言う問題がありますが、すべての鋳造技術のなかで、型費用がもっとも安くなると言うメリットの他、試作期間も短くすむため、短納期に対応しやすい製法です。

少量の試作品を繰り返し製作するような必要がある場合は、試作費用が積みあがってしまい、気が付くと結構な金額になっていることがありますが、こうした試作費用の低減に最も効果のある鋳物製法の一つと言えます。多品種少量生産に強い製法です。

また複雑形状についても対応可能で、型が毎回カスタムメードに近い形態のため、複雑な中子が組み込まれているようなものでも対応できます。ただアルミ合金の種類にもよりますが、部材の厚みが3mm以上は欲しいとされる製法の為、あまり精密な用途には向きません。もしくは鋳造後の追加工によって対応するという方法もありますが、寸法安定性や鋳造後の表面の肌もあまりよくないという欠点も踏まえておく必要があります。

砂型の場合、製作物の大きさがかなり大きなものであっても、対応できるため、この辺も金型やダイカストとは異なる特徴です。少量大物といった生産に向く砂型もあります。ただ、全般的に機械的強度が優先されるような場合は、他の鋳造技術のほうが有利です。

砂型の種類

砂型とは、名称が示す通り、主にけい砂で型を作る手法の一つです。砂型にもいくつか種類があり、代表的なものを挙げると次の通りです。
砂型の種類と特長
砂型の名称 概要 用途
生砂型、乾燥砂型 粘結剤によって粘土、ベントナイトを使った砂型 小物で多量のものに使われる
炭酸ガス型 水ガラスを用いる砂型 大物の少量生産
シェル砂型 熱硬化性樹脂を用いる 小物で数量が多い場合に有利
自硬性砂型 ウレタンやフェノ−ル樹脂、フラン樹脂などの有機樹脂と硬化剤を混合した砂型 大物で少量の生産に向く
コ−ルドボックス型 硬化触媒としてアミンガス、炭酸ガス、エステルガスなどを吹き込んで樹脂を硬化させる。ガスを通して硬化させるガス硬化造型法。 多量生産、多品種少量生産のどちらにも対応
  

金型鋳造の特徴|メリット、デメリット

金型鋳造は、一般的に想像される「金型」を用いた鋳造技術です。砂型鋳物に比べると欠陥・不良が少ないというメリットや緻密で精細な鋳造組織を持ち、機械的強度でも優れた鋳物となります。また、熱処理によりさらに高強度な鋳物を得ることもできます。

一見するとダイカストにも似ていますが、ダイカストでは溶かしたアルミを高圧・高速で注入して成形していくのに対し、溶かしたアルミの重さだけで鋳造するのがこの金型鋳造の特徴です。このため、砂型には及ばないものの、ダイカストによりも鋳物の設計には自由度があります(中子の使用も可能)。ただし薄肉はアルミ合金の材種にもよりますが、5mm以上は必要とされるため、極薄の精密部品には対応しづらい製法です。

完成した鋳造品は、耐圧性能・機械的特性に優れたものになる為、砂型では強度が足りないようなケースでも便利です。鋳造後の、鋳肌(鋳造品の表面)の仕上がりも比較的きれいに上がります。寸法精度についても金型を使うため、よい部類です。また金型固有の事情として、冷却速度がはやくなるという点があり、生産効率にも影響してくる要素です。

ただ、金型には鋳鉄や耐熱合金が用いられますが、通常の金型と同様に、コスト・納期がかかるため、初期投資がかかる点、試作納期などがかかってしまう点などがデメリットです。中量生産以上の規模になれば、金型そのものを数千回から数万回使うことができる為、コストメリットも出てきますが、少量多品種には不向きな製法です。大物については、装置によって対応可能です。

なお、製造工程は砂型鋳造よりも短いというメリットがありますが、金型を製造するまでに時間がかかるため、試作などには分がありません。また金型ができたあとの製造工程(サイクル)についてはダイカストのほうが短い為、大量生産となった場合のコストはこちらが割高になります。

ダイカストの特徴|メリット、デメリット

ダイカストは大量生産に最も向く製法ですが、寸法精度の面で砂型鋳物、金型鋳物よりも優れています。溶かしたアルミ(溶湯)を高速かつ高圧で金型内へ射出、充填していき、凝固も急速に行う製法です。薄肉についても1mm程度まで薄いものに対応できる為、精密部材にも使われます。

ただ、量産に強い反面、専用設備や装置、金型がどの製法よりも高額になります。技術進歩により、高速射出に由来する問題はだいぶ解決されてきてはいますが、製法を間違えると空気を巻き込んだり、鋳巣の発生も起きます。基本的に、なかに空孔ができやすい製法である為、熱処理を行うとこの空孔内の空気が膨張して材料の破損につながるため、熱処理はせずに使われます。

主要なアルミ鋳物の特徴

AC1A、AC1B (Al-Cu系、Al-Cu-Mg系)

銅が入っている為、高強度です。ただし鋳造性が悪いので、製造時に起因する不良には要注意です。耐食性もよいほうではないため、各種腐蝕にも留意が要ります。架線用部品、自転車部品、航空機用油圧部品、電装部品などの機械的な強度が必要な部品、構造材の用途がよく知られます。

AC2A、AC2B (Al-Cu-Si系)

銅系のアルミ合金にシリコンを添加することで鋳造性を改良したタイプです。湯流れ性がよくなり、被削性、溶接性についても優れたアルミ鋳物です。

AC3A (Al-Si系)

シリコンとアルミをベースにしたアルミ合金鋳物で、薄肉・複雑形状の鋳物の製造に力を発揮します。流動性もよいため、鋳造もしやすい部類です。また溶接、耐食性にも優れていますが、加工性については悪く、被削性に劣る傾向があります。また機械的強度についても強い部類には入りません。

AC4A、AC4C、AC4CH (Al-Si-Mg系)

前述のアルミ−シリコン系の合金にマグネシウムを少々添加したものです。機械的性質や被削性が向上しています。耐食性にも優れています。

AC4B (Al-Si-Cu系)

機械的強度を向上させる銅がアルミ−シリコン系合金に添加された対応です。鋳造性、耐鋳造割れ性、被削性、溶接性に優れたアルミ鋳物です。

AC4D (Al-Si-Mg-Cu系)

アルミ-シリコン系の合金にマグネシウムと銅を添加しています。熱処理硬化性が向上し、靭性をあげたタイプです。強度、耐食性や耐熱性に優れたアルミ鋳物です。

AC5A (Al-Cu-Ni-Mg系)

高温環境での強度に優れたタイプのアルミ鋳物で、アルミ−マグネシウム−銅の合金系に、ニッケルが添加元素として加わっています。加工性にも優れています。

AC7A (Al-Mg系)

特に耐食性に優れた合金で、伸び、靭性といった強度にかかわるパラメータが高いタイプです。陽極酸化もしやすいため、アルマイト処理にも使われます。

AC8A、AC8B、AC8C (Al-Si-Cu-Ni-Mg系)

AC8Aは熱膨張係数(thermal expansion)が小さいことから、ローエックス合金やピストン合金とも呼ばれます。耐摩耗性にも優れるタイプです。高温強さ、鋳造性が高い鋳物です。

AC9A、AC9B (Al-Si-Cu-Mg-Ni系)

熱膨張係数が最も小さいアルミ鋳物で、耐摩耗性にも高いタイプです。高温強さ、硬さに優れています。

「JIS H 5202 アルミニウム合金鋳物」に規定のある材料記号

「JIS H 5302 アルミニウム合金ダイカスト」に規定のある材料

アルミニウム合金鋳物のJISとISOの対応

JISで規定されているアルミ合金鋳物のうち、ISOで近い性質を持つものを一覧にした表です。ISOでは合金鋳物の表記は組成比であらわします。

JIS ISO
AC1B AlCu4MgTi
AC2A AlSi5Cu3Mn
AC2B AlSi5Cu3Mn
AC3A AlSi12(b)
AC4A AlSi10Mg
AC4B AlSi8Cu3
AC4C AlSi7Mg
AC4CH AlSi7Mg0.3
AC4D AlSi5Cu1Mg
AC5A -
AC7A AlMg5
AC8A AlSi12CuMgNi
AC8B -
AC8C -
AC9A -
AC9B -

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