構造用ダイカスト向けアルミニウム合金

この紹介記事は、DIE CASTING ENGINEER 誌に掲載された ["Aluminum Alloys for Structural Die Casting"] 論文の研究内容を紹介するものです。

1. 概要:

• タイトル: Aluminum Alloys for Structural Die Casting (構造用ダイカスト向けアルミニウム合金)
• 著者: Martin Hartlieb
• 出版年: 2013
• 掲載ジャーナル/学会: DIE CASTING ENGINEER (2013年5月号)
• キーワード: 構造用ダイカスト、アルミニウム合金、Silafont-36、Aural、Mercalloy、Magsimal-59、ダイスハンダ、Fe 針状晶、機械的特性、伸び。

2. 要約

特殊合金と高度なプロセス技術を用いた構造用ダイカストのプロジェクトや用途は、飛躍的に増加しています。これらの構造用ダイカスト部品は、多くの場合、大型で薄肉であり(図1)、熱処理、溶接、または接合が可能で、高い衝撃強度、疲労強度、および耐食性を必要とします。従来のダイカスト合金は、ダイスハンダを防止するために鉄(Fe)含有量が高く、機械的特性が損なわれています。これを解決するために、Mn と Sr を利用した低 Fe 合金が開発されました。

3. 研究背景:

研究テーマの背景:

構造用ダイカストは、自動車産業やその他の産業でますます使用されており、高い機械的特性、特に伸びが要求され、多くの場合、熱処理、溶接、耐食性が必要とされます。

従来の研究の状況:

従来のダイカスト合金は、ダイスハンダを防止するために高 Fe に依存していますが、これは機械的特性を低下させます。Rheinfelden は、Fe 含有量が低く(最大 0.15%)、Mn(0.5-0.8%)で置換された Silafont™-36(AA 365)を開発しました。Alcoa、Alusuisse/Alcan、および Pechiney は、同様の合金を開発しました。Mercury Marine は、Mn 含有量を減らすために Mercalloy™ シリーズに Sr を使用しました。

研究の必要性:

構造用ダイカストに使用される特殊な低 Fe 合金の特性と用途、および Fe の悪影響を軽減し、延性と溶湯流動性を改善する Mn や Sr などの元素について理解する必要があります。

4. 研究目的と研究課題:

研究目的:

合金組成、特性、および業界の認識を中心に、構造用ダイカストに使用されるアルミニウム合金に関する知識の現状を要約すること。

主要な研究課題:

• 構造用ダイカストおよびそれに使用される合金の主な特徴は何か？
• これらの合金に対する業界の理解と認識はどのようなものか？

5. 研究方法

• 研究デザイン: 混合手法アプローチ。
• データ収集:
  • 既存の合金とその特性に関する文献レビュー。
  • NADCA オンライン調査(150 人以上が参加)。
  • 業界の専門家との個人インタビュー(数十人)。
• 分析方法: 調査回答の記述統計、インタビューデータの定性分析。
• 研究範囲: 主に北米のダイカストメーカーと OEM に焦点を当て、ヨーロッパの専門家の意見も一部含みます。

6. 主要な研究結果:

主要な研究結果と提示されたデータ分析:

• 2 つの主要な合金ファミリー: Al-Si-Mg (例: Silafont™-36、Aural™、Mercalloy™) および Al-Mg(-Si) (例: Magsimal™-59)。
• Al-Si-Mg 合金は、特に北米でより広く使用されています。
• Mn と Sr は、ダイスハンダ耐性のために Fe を置換し、Fe 針状晶(図 2)の悪影響を低減します。
• これらの合金とその特性に関する業界の認識はさまざまです。
  • 約 2/3 が構造用途向けの特殊合金を認識しています。
  • 43% が構造用ダイカストの依頼を受けたことがあります。
  • Fe、Mn、および Sr の役割に関する理解度はさまざまです。
• Mercalloy™ が最もよく知られている合金で、Silafont™-36 がそれに続きます。
• 合金の好みはさまざまで、Silafont™-36 が最初の選択肢となることが多いです。
• 入手可能性とコストが重要な考慮事項です。
• 合金サプライヤーから最も望まれるデータは、(代表的な鋳造品の)機械的特性です。

図表リスト:

• 図 1 – Aural-2 合金で Albany Chicago によって鋳造された BMW X5 ショックタワー。
• 図 2 – AlFeSi 針状相。
• 図 3 – 赤色で示された構造用ダイカストを示す Al Space Frame。

7. 結論:

主要な調査結果の要約:

構造用ダイカストは、過去 20 年間、ヨーロッパとある程度日本で大きく成長してきた市場であり、現在、北米でも大きく成長しており、革新的なダイカストメーカーに大きな機会を提供しています。ショックタワー、エンジンクレードル、クロスメンバー、トルクボックス、その他の車体構造部品の数が増加しており、主に自動車産業だけでなく、他の産業でも増加しています。これらはすべて、複数の部品(多くの場合、溶接された鋼板プレス部品)を 1 つの通常は大きく薄肉で複雑なダイカストに置き換えることで、機械的特性に関する高い要求を満たすことができるという共通の目標または目的を持っています。これらの部品を製造するためのプロセス要件は非常に厳しく、必要な特性を達成するためには、特殊な合金(および多くの場合、熱処理)が必要です。このようなダイカスト用のいくつかの合金は、主にヨーロッパ(およびある程度日本と北米)で開発されました。これらは 2 つのファミリーに区別できます。1 つ目は、Silafont™-36、Aural™-2/3/5、Mercalloy™ 367/368/362 などの Al-Si-Mg 系合金です。2 つ目の Al-Mg(-Si) 系合金(Magsimal™-59 など)よりも一般的です。これらの合金に関する一般的な業界の知識は、北米ではまだかなり限られており、これらの合金を使用して現在生産されている部品はごくわずかですが、いくつかの OEM は構造用ダイカストの供給基盤を確立するために積極的に取り組んでおり、いくつかのダイカストメーカーは必要な技術を採用しているか、採用する過程にあります。したがって、構造用ダイカストは、今後、北米のダイカスト分野で成長し、重要な市場になると予想できます。

• 研究の学術的意義: 本研究は、合金組成と産業界の認識の重要性を強調し、構造用ダイカスト合金の現状に関する包括的な概要を提供する。
• 研究の実用的な意味: 本研究の知見は、ダイカストメーカーやOEM企業に対して、合金の選択、プロセスの最適化、そしてこの分野におけるさらなる教育と研究の必要性に関する情報を提供することができる。

8. 参考文献:

• この論文には、独立した参考文献リストは含まれていません。ただし、いくつかの合金開発者とその製品について言及しています。
  • Rheinfelden (Silafont™-36, Castasil™-37, Magsimal™-59)
  • Alcoa (C601/611, Aural™-2/3/5)
  • Mercury Marine (Mercalloy™ 367, 368, 362)
  • Pechiney (Calypso™ 43 and 54SM)
  • Ryobi (W3 alloy, ADC3SF)

9. 著作権:

• この資料は、"Martin Hartlieb" による論文 "Aluminum Alloys for Structural Die Casting" に基づいています。
• 論文の出典: www.diecasting.org/dce (元の URL は提供されていますが、ドキュメントには特定の DOI は記載されていません。)

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