The Leading Role of Aluminium in the Growing Production of Castings Made of the Non-Ferrous Alloys

この技術概要は、M.S. Soiński氏とA. Jakubus氏による学術論文「The Leading Role of Aluminium in the Growing Production of Castings Made of the Non-Ferrous Alloys」に基づいています。この論文は、ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING (2021)に掲載されました。

キーワード

• 主要キーワード: アルミニウム鋳造
• 副次キーワード: 非鉄合金, 鋳造生産, ダイカスト, ポーランド鋳造業, 世界の鋳造トレンド

エグゼクティブサマリー

• 課題: より軽量で高効率な部品に対する世界的な需要が、鋳造材料のパラダイムシフトを推進しています。
• 手法: 本研究は、2000年から2019年までの鉄系および非鉄系鋳物の世界およびポーランドにおける鋳造生産データを分析しました。
• 主要なブレークスルー: 非鉄鋳物、特にアルミニウムは、鋳物総生産量を大幅に上回る生産成長率を示しており、特にポーランドの成長は顕著です。
• 結論: 非鉄鋳物におけるアルミニウム合金の優位性は世界的に加速しているトレンドであり、将来のHPDC（ハイプレッシャーダイカスト）アプリケーションにとって極めて重要な材料となっています。

課題：なぜこの研究がHPDC専門家にとって重要なのか

自動車、IT、家電製品など、あらゆる産業において製品の軽量化は永遠の課題です。輸送機器の燃費向上や、電子機器の携帯性向上など、製品質量を削減することは、性能と効率を向上させるための最も直接的な手段の一つです。この「製品構造を完成させるための絶え間ない闘い」は、必然的に鉄系材料からアルミニウムやマグネシウムなどの軽金属合金への関心を高めてきました。しかし、このトレンドはどの程度の規模で、どのような速度で進んでいるのでしょうか？この研究は、過去20年間の生産データを定量的に分析することで、この業界全体の大きな変化を明確にし、将来の材料戦略を立てる上で不可欠な洞察を提供します。

アプローチ：方法論の解明

本研究は、2000年から2019年までの20年間にわたる鋳造生産量の変化を分析した定量的調査です。

データソース: データは、米国の月刊誌「Modern Casting」が毎年発表している「Census of World Casting Production」（世界の鋳造生産国勢調査）から収集されました（参考文献[22-41]）。このデータソースは、世界の鋳造業界で広く信頼されています。

分析範囲: 分析は、世界全体とポーランドの2つのスケールで行われました。以下の項目について生産量が比較・検討されました。 - 鋳物総生産量 - 非鉄鋳物総生産量 - 主要な非鉄合金（アルミニウム、銅、マグネシウム、亜鉛）別の生産量

研究チームは、2000-2010年、2010-2019年、そして全期間である2000-2019年の3つの期間における平均年間成長率を算出し、トレンドのダイナミクスを明らかにしました。

ブレークスルー：主要な発見とデータ

分析の結果、非鉄合金、特にアルミニウムが鋳造業界で主導的な役割を果たしていることが、具体的なデータによって裏付けられました。

発見1：非鉄鋳物が全体の成長を凌駕

非鉄鋳物の生産は、鋳物全体の生産よりもはるかに速いペースで成長しています。鋳物総生産に占める非鉄鋳物のシェアは、世界規模では2000年代初頭の16%未満から、直近4年間では20%レベルにまで上昇しました。この傾向はポーランドでさらに顕著で、同期間に約10%から33%以上へと急増しています（Table 1参照）。

2000年から2019年にかけての平均年間成長率を見ると、その差は明らかです（Table 2参照）。 - 世界全体: 非鉄鋳物 (3.91%) vs 鋳物全体 (2.77%) - ポーランド: 非鉄鋳物 (8.29%) vs 鋳物全体 (1.53%)

発見2：アルミニウムが議論の余地なきリーダー

非鉄合金の中でも、アルミニウムの成長は群を抜いています。2000年から2019年にかけての平均年間成長率は、世界で4.08%、ポーランドでは10.62%という驚異的な数値を記録しました（Table 5, 6参照）。これは、同期間に世界で緩やかな成長（3.13%）を見せた銅や、減少（-1.37%）した亜鉛とは対照的です。

2019年のアルミニウム鋳物の絶対生産量は、世界で約1,720万トン、ポーランドで約34万トンに達しており、非鉄鋳物全体の生産量（世界で約2,100万トン）の大部分を占めています。

研究開発および事業運営への実践的な示唆

この研究結果は、鋳造業界のさまざまな専門家にとって、戦略的な意味合いを持ちます。

• プロセスエンジニア向け: アルミニウム鋳造の急成長は、競争力を維持するために、アルミニウム合金に特化したプロセス最適化（湯流れ、凝固制御、熱処理など）の必要性が高まっていることを示唆しています。
• 品質管理チーム向け: アルミニウムへのシフトは、アルミニウム合金特有の欠陥（鋳巣、引け巣、湯境など）に対する品質検査基準の再評価や、新しい検査技術の導入を検討するきっかけとなります。
• 設計エンジニア向け: 軽量化トレンドがデータによって裏付けられたことで、製品設計の初期段階からアルミニウム合金の特性を最大限に活用する設計（例：薄肉化、リブ構造の最適化）を、より積極的に推進すべきであることが示されました。

論文詳細

The Leading Role of Aluminium in the Growing Production of Castings Made of the Non-Ferrous Alloys

1. 概要:

• Title: The Leading Role of Aluminium in the Growing Production of Castings Made of the Non-Ferrous Alloys
• Author: M.S. Soiński, A. Jakubus *
• Year of publication: 2021
• Journal/academic society of publication: ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING, Volume 21, Issue 3/2021
• Keywords: Foundry production, Non-ferrous alloys, Aluminium alloys

2. Abstract:

The paper presents changes in the production volume of castings made of non-ferrous alloys on the background of changes in total production of casting over the 2000-2019 period, both on a global scale and in Poland. It was found that the dynamics of increase in the production volume of castings made of non-ferrous alloys was distinctly greater than the dynamics of increase in the total production volume of castings over the considered period of time. Insofar as the share of production of the non-ferrous castings in the total production of castings was less than 16% during the first two years of the considered period, it reached the level of 20% in the last four years analysed. This share, when it comes to Poland, increased even to the greater degree; it grew from about 10% of domestic production of castings to over 33% within the regarded 2000-2019 period. The greatest average annual growth rate of production, both on a global scale and in Poland, was recorded for aluminium alloys as compared with other basic non-ferrous alloys. This growth rate for all the world was 4.08%, and for Poland 10.6% over the 2000-2019 period. The value of the average annual growth rate of the production of aluminium castings in Poland was close to the results achieved by China (12%), India (10.3%) and the South Korea (15.4%) over the same period of time. In 2019, the total production of castings in the world was equal to about 109 million tonnes, including over 21 million tonnes of castings made of non-ferrous alloys. The corresponding data with respect to Poland are about 1 million tonnes and about 350 thousand tonnes, respectively. In the same year, the production of castings made of aluminium alloys was equal to about 17.2 million tonnes in the world, and about 340 thousand tonnes in Poland.

3. Introduction:

鋳造は人類の歴史において約5000年前から存在し、現代においても機械要素やデバイスの基本的な製造方法と見なされています。製品の軽量化など、製品構造を完成させるための絶え間ない努力は、軽金属とその合金への関心を常に高めてきました。本稿では、非鉄合金、特にアルミニウム合金製の鋳物生産に注目し、世界規模およびポーランド国内における鋳物生産の変化を分析することを目的としています。これらの材料は近年、鋳物生産においてますます重要性を増しており、特にポーランドではアルミニウム合金が特異な役割を果たしています。

4. 研究の概要:

研究トピックの背景:

製品の軽量化に対する産業界の要求の高まりは、鋳造生産における非鉄合金、特にアルミニウム合金の重要性を増大させています。鉄系合金が長年にわたり主要な鋳造材料でしたが、近年、非鉄合金の適用がますます頻繁になっています。

先行研究の状況:

過去にも、世界およびポーランドにおける鋳物生産の変化の方向性を決定する試みが行われてきました[17-21]。また、21世紀における鉄系鋳物の生産に関する調査も報告されています[16]。本稿は、これらの先行研究を補完し、特に非鉄合金に焦点を当てた価値ある研究となることを目指しています。

研究の目的:

本研究の目的は、2000年から2019年の期間における、世界規模およびポーランド国内での非鉄合金製鋳物の生産量の変化を、鋳物総生産量の変化を背景に提示し、分析することです。特に、アルミニウム合金が果たしている主導的な役割を明らかにすることに重点を置いています。

研究の核心:

本研究は、2000年から2019年までの鋳物生産量に関する定量的データ分析に基づいています。分析対象は、鋳物総生産量、非鉄鋳物総生産量、および主要な非鉄合金（アルミニウム、銅、マグネシウム、亜鉛、その他）別の生産量です。2000-2010年、2010-2019年、および全期間である2000-2019年における平均年間成長率を算出し、世界とポーランドにおける生産動向のダイナミクスを比較検討しました。

5. 研究方法

研究デザイン:

本研究は、公表された過去の生産データに基づく縦断的定量的調査として設計されています。

データ収集と分析方法:

データは、1966年以来、米国の月刊誌「Modern Casting」で発表されている年次の「Census of World Casting Production」から収集されました。本研究では、2000年から2019年までのデータ（参考文献[22-41]）を使用しました。収集されたデータに基づき、指定された期間における平均年間成長率が算出され、比較分析が行われました。

研究対象と範囲:

研究の範囲は、世界全体およびポーランド国内の鋳造生産です。分析対象は、鋳物総生産量、非鉄鋳物総生産量、およびアルミニウム、銅、マグネシウム、亜鉛、「その他」の非鉄合金からなる鋳物の生産量です。調査期間は2000年から2019年までです。

6. 主要な結果:

主要な結果:

• 世界の鋳物総生産に占める非鉄鋳物の割合は、2000-2001年の16%未満から2016-2019年には約20%に増加しました。ポーランドでは、この割合は同期間に約10%から33%以上にまで劇的に増加しました（Table 1）。
• 2000-2019年の期間において、非鉄鋳物の平均年間成長率は、鋳物全体の成長率を上回りました。これは世界（非鉄3.91% vs 全体2.77%）、特にポーランド（非鉄8.29% vs 全体1.53%）で顕著でした（Table 2）。
• 非鉄合金の中で、アルミニウム鋳物は2000-2019年の期間において、世界（4.08%）およびポーランド（10.62%）の両方で最も高い平均年間成長率を記録しました（Tables 5 & 6）。
• 2019年、世界のアルミニウム鋳物生産量は約1,720万トン、ポーランドでは34万トンでした（Tables 3 & 4）。
• 2019年におけるポーランドの世界のアルミニウム鋳物生産に占めるシェアは約1.98%であり、これは同国の世界の鋳物総生産に占めるシェア（0.92%）を大幅に上回っています。

Figure Name List:

• Fig. 1. World foundry production volume with respect to the ferrous and the non-ferrous castings over the years 2000-2019; based on Refs. [22-41]
• Fig. 2. Foundry production volume in Poland with respect to the ferrous and the non-ferrous castings over the years 2000-2019; based on Refs. [22-41]

7. 結論:

収集されたデータの分析により、2000年から2019年にかけて、世界規模およびポーランド国内の両方で、非鉄合金製鋳物の生産が著しく増加したことが明らかになりました。この増加のダイナミクスは、鋳物総生産の増加のダイナミクスよりも大きいものでした。非鉄鋳物のシェアは、世紀初頭の世界で約16%（ポーランドで約10%）であったものが、2016-2019年には約20%（ポーランドで約33%）に達しました。特にアルミニウム合金製鋳物の年間生産量は、分析期間の最後の2年間で世界で約1,800万トン、ポーランドで約33.5万トンに達しました。世界のアルミニウム鋳物生産は2倍以上に増加し（年平均成長率4%超）、ポーランドでは7倍近くに増加しました（年平均成長率10.6%超）。2019年、ポーランドの鋳造業が世界の鋳物総生産に占めるシェアは約0.92%でしたが、アルミニウム鋳物の世界生産におけるシェアは約1.98%に達したことは特筆に値します。

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専門家Q&A：トップの質問に回答

Q1: なぜこの研究では2000年から2019年という期間が選ばれたのですか？ A1: この期間は、21世紀における鋳造業界の重要な変化を捉えるために選ばれました。これには、世界的な経済成長、2008年の金融危機後の回復期、そして自動車産業などを中心とした軽量化への要求が本格化した時期が含まれます。20年間のデータを分析することで、短期的な変動に惑わされない、長期的で信頼性の高いトレンドを明らかにすることができます。

Q2: 論文ではポーランドにおけるアルミニウム鋳造の驚異的な成長が強調されていますが、その背景にはどのような要因が考えられますか？ A2: 論文ではその具体的な要因については言及していませんが、データが示す事実は明確です。ポーランドのアルミニウム鋳造の年平均成長率（10.6%）は、中国（12%）やインド（10.3%）といった急成長国に匹敵します。これは、ポーランドの鋳造業界が、特に欧州の自動車産業向けの軽量部品供給拠点として、戦略的にアルミニウム生産へ大きくシフトしたことを示唆しています。

Q3: このデータは、銅合金や亜鉛合金の鋳物の将来について何を示唆していますか？ A3: データによると、2000年から2019年にかけて、世界の銅合金鋳物は緩やかな成長（年率3.13%）を遂げましたが、亜鉛合金は減少（年率-1.37%）しました（Table 5参照）。これは、これらの合金の用途がよりニッチな分野に特化しているか、あるいは一部の用途では軽量でコスト効率の高いアルミニウムに代替されている可能性を示唆しています。特に亜鉛は、ポーランドでは大幅な減少を見せています。

Q4: ポーランドにおける非鉄鋳物のシェアが33%以上と、世界平均の約20%よりはるかに高いことの意義は何ですか？ A4: これは、ポーランドの鋳造業界が、現代の軽量化トレンドに非常に高度に特化し、整合していることを示しています。特に、アルミニウムを多用する自動車産業へのサプライヤーとしての役割が非常に大きいことが推測されます。この高い専門性は、ポーランドの鋳造業界がグローバル市場において強力な競争力を持っていることを意味します。

Q5: 論文では「その他の非鉄合金」の生産も増加していると述べられていますが、このカテゴリーには何が含まれる可能性がありますか？ A5: 論文では具体的に明記されていませんが、業界の知見に基づくと、このカテゴリーにはチタン合金、ニッケル基超合金、その他の特殊合金が含まれる可能性があります。これらの材料は、航空宇宙産業や高性能な産業機器など、極限環境下での使用が求められる分野で利用されます。アルミニウムに比べて生産量ははるかに少ないですが、高い付加価値を持つ分野での成長を示唆しています。

結論：より高い品質と生産性への道を切り拓く

本研究が明らかにしたように、鋳造業界におけるアルミニウム鋳造へのシフトは、もはや疑いようのない世界的な潮流です。このデータは、軽量化と高効率化を追求するすべての産業にとって、アルミニウムが今後ますます中心的な役割を果たすことを裏付けています。このトレンドを理解し、自社の戦略に組み込むことが、将来の成功の鍵となります。

CASTMANでは、最新の業界研究を応用し、お客様の生産性と品質の向上を支援することに尽力しています。この論文で議論された課題がお客様の事業目標と一致する場合、これらの原則をお客様のコンポーネントにどのように実装できるか、ぜひ当社のエンジニアリングチームにご相談ください。

著作権情報

このコンテンツは、M.S. Soiński氏およびA. Jakubus氏による論文「The Leading Role of Aluminium in the Growing Production of Castings Made of the Non-Ferrous Alloys」に基づく要約および分析です。

ソース: https://doi.org/10.24425/afe.2021.136110

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