この紹介記事は、「鋳造工学 (Journal of the Japan Foundry Engineering Society, J. JFS)」により発行された論文「Mechanical Properties of Mixed Salt Core Made by Die Casting Machine (ダイカストマシンで成形した混合塩中子の機械的性質)」に基づいています。 1. 概要: 2. Abstract: Effects of mold temperature and injection pressure on mechanical properties and surface defects of Na2CO3-20mol%NaCl-30mol%KCl salt-mixtures made by high pressure die-casting machine were investigated. The bending strength of the salt-mixture
本稿は、「Materials Engineering – Materiálové inžinierstvo」により発行された論文「Mechanical properties of homogenized twin-roll cast and conventionally cast AZ31 magnesium alloys」に基づいています。 1. 概要: 2. アブストラクト: 今日、マグネシウム合金の機械的特性の改善は、その多様な産業用途のために非常に重要です。この目標のために、多くの鋳造技術およびさらなる処理法が開発されてきました。合金の長尺ストリップの製造を可能にする連続鋳造技術の中には、双ロール鋳造があります。このプロセスを用いることで、最も微細なミクロ組織とより高い比強度を持つマグネシウム合金を得ることができます。本稿では、従来鋳造および双ロール鋳造されたAZ31マグネシウム合金の引張特性の比較を行いました。引張試験は、100℃から300℃の温度範囲で、10⁻³ s⁻¹の一定ひずみ速度で実施されました。両材料は、鋳放し状態および450℃で10時間の均質化処理後に試験されました。調査の結果、従来鋳造AZ31合金は熱処理後も延性に大きな変化は見られませんでしたが、双ロール鋳造合金の延性は向上することが示されました。 3. 緒言: マグネシウム合金はよく知られた構造材料であり、現在自動車産業で広く普及しています[1-4]。自動車産業における将来のトレンドは自動車部品の軽量化であり、そのため最も軽量な金属の一つであるマグネシウムとアルミニウムがますます注目されています。Mg-Al系合金は高い比強度と剛性、低密度、良好な熱伝導性および電気伝導性を有するため、将来的には一部の鋼や銅鋳造合金を置き換える可能性があります[5]。また、電子部品やコンピュータ部品の製造にも有望です[6]。合金元素の影響は、合金の最終特性にとって極めて重要です。製造プロセスを制御し改善するために、Al、Zn、Ca、Sn、Sr、Zrが機械的特性に与える影響に関する多くの研究が行われてきました[7-11]。特定の特性を持つMg合金を製造し、特定の要件を満たすために、さまざまな鋳造技術が用いられます。その中には、ダイカストや、熱間押出または熱間圧延が続く双ロール鋳造（TRC）があります。これらの各プロセスは、合金の集合組織とミクロ組織、したがって機械的特性に影響を与えます[12-14]。AZ系市販合金の多様性の中で、AZ31は強度、延性、低コストといった良好な特性を有するため非常に人気があります。しかし、AZ31合金を自動車部品（例えば、カールーフ）として適用するには、TRC材料から успешно製造できる薄板を製造する必要があります。さらなる圧延前の合金鋳放しストリップの厚さは5mmまで薄くすることができます[15]。しかし、製造プロセスにはまだ多くの未解決の問題があります。その中には、鋳放し構造の不均一性が最終製品の特性に与える役割があります。本稿では、従来鋳造（CC）とTRCという2つの異なる鋳造技術によって調製されたAZ31のミクロ組織と機械的特性を研究しました。熱処理中の不均一構造が機械的特性に与える影響を調べるために、鋳放し状態および均質化状態の試験片を構造、微小硬さ、引張試験用に準備しました。 4. 研究の概要: 研究トピックの背景: 自動車産業などにおける軽量材料への需要の高まりは、マグネシウム合金の研究を推進しています。その機械的特性の向上は、用途拡大に不可欠です。双ロール鋳造は、微細なミクロ組織を持つマグネシウム合金ストリップを製造するための有望な連続鋳造技術です。 従来の研究状況: 従来の研究では、様々な合金元素（Al、Zn、Ca、Sn、Sr、Zr）がマグネシウム合金の機械的特性に与える影響が調査されてきました。ダイカストやTRC後の熱間加工など、異なる鋳造技術が集合組織、ミクロ組織、ひいては機械的特性に影響を与えることが知られています。AZ31は広く研究されている市販合金です。TRCによる薄板製造が検討されており、鋳放しストリップの厚さは5mmまで薄くなっています。しかし、鋳放し構造の不均一性が最終製品の特性に果たす役割は、依然として関心の対象となっています。 研究の目的: 本稿では、従来鋳造（CC）とTRCという2つの異なる鋳造技術によって調製されたAZ31のミクロ組織と機械的特性を研究しました。熱処理中の不均一構造が機械的特性に与える影響を調べるために、鋳放し状態および均質化状態の試験片を構造、微小硬さ、引張試験用に準備しました。 研究の核心: 本研究の核心は、従来鋳造（CC）と双ロール鋳造（TRC）によって製造されたAZ31マグネシウム合金の比較分析です。本研究では、これらの材料を鋳放し状態と均質化状態の両方で調査し、それらのミクロ組織、微小硬さ分布、および様々な温度での引張特性に焦点を当てています。 5. 研究方法論 研究計画: 本研究では、AZ31 CCインゴットおよび5.6mm厚のAZ31 TRCストリップの調査を実施しました。2種類の試料セットを使用しました：1）鋳放しAZ31マグネシウム合金、および2）450℃で10時間均質化処理した合金。試料は空気炉で焼鈍し、油中で急冷しました。 データ収集および分析方法: 研究トピックおよび範囲: 研究はAZ31マグネシウム合金に焦点を当てました。範囲は以下の通りです。 6. 主要な結果: 主要な結果: ミクロ組織: 微小硬さ: 引張特性: 図のリスト: 7. 結論: 異なる鋳造技術によって調製されたAZ31マグネシウム合金のミクロ組織と機械的特性を、鋳放し状態と時効処理状態で研究しました。TRCマグネシウム合金では、CC材よりもα-Mgマトリックス内に分布する二次相粒子が小さくなっています。450℃で10時間均質化処理すると、両方の材料でβ相が溶解し、結晶粒内には少量のβ相粒子しか観察されませんでした。しかし、TRC材のミクロ組織は熱処理によってより大きな影響を受け、元々粗大で不均一だった構造は、材料中に残存する中心偏析粒子を除いて、微細で均質な構造に置き換わります。鋳放しTRC材の元々不均一だった構造（表面付近とストリップ中央で著しい微小硬さの変動を示した）は、より軟らかく、はるかに均質な構造に置き換わりました。均質化後、両合金のHV値は同様になります。比較的低いひずみ速度（10⁻³
![Figure 1. Typical applications of aluminium castings in automotive vehicles [5]. Nemak/American Metal Market Conference, 2015, accessed on 1 October 2022.](https://castman.co.kr/wp-content/uploads/image-2335-570x342.webp)
この紹介論文は、「Joining Technologies for Aluminium Castings—A Review」という論文に基づいており、「Coatings」によって発行されました。 1. 概要: 2. 要旨: アルミニウム鋳物は、その軽量性、良好な電気・熱伝導性、電磁干渉/無線周波数干渉（EMI/RFI）遮蔽特性により、自動車、航空宇宙、電気通信、建設、消費者製品など多くの産業で広く使用されてきました。アルミニウム鋳物の主な用途は自動車産業です。軽量化を目的として、自動車の車両構造にアルミニウム鋳物の使用が増えており、重量を削減し、燃料効率を改善し、温室効果ガス排出量を削減しています。しかし、鋳造アルミニウムの特性である気孔、表面品質の悪さ、高温割れへの傾向、低い延性のため、これらの材料の接合は問題があります。本稿では、アルミニウム鋳物の接合技術と、主として割れと気孔に関連する問題についてレビューします。接合技術の現状をまとめ、今後の研究分野を推奨します。 3. 緒言: アルミニウム鋳物は、自動車、航空宇宙、電気通信、建設、消費者製品など、多くの産業分野で使用されてきました。例えば、良好なEMI/RFI遮蔽能力と放熱能力のため、広範囲のネットワーキング、電気通信、およびコンピューティング機器のハウジングとして使用されてきました。また、その耐久性、軽量性、EMI/RFI遮蔽能力のため、小型電子製品に使用されてきました。そして、軽量で良好な電気伝導性を持つため、電気コネクタに理想的です。アルミニウム鋳物の主な用途は自動車産業です。地球温暖化と政府の法律により、自動車は燃料効率を高め、温室効果ガス排出量を削減する必要があります。軽量化は、車両の電動化に加えて良い実践です。車両の総重量を削減するために、ますます多くの軽量アルミニウム鋳物がその構造に導入されています。鋳造アルミニウムは、1900年代初頭からエンジンブロック[1]、シリンダーヘッド、トランスミッションなどのパワートレイン用途に使用されており、合金ホイール、縦材、横材[2]、ピラー[2]、フロントステアリングナックル、ステアリングホイールコア、接続ノード、ショックタワーなど、構造部品への応用も大幅に増加しています（図1参照）。アルミニウムダイカストは、Audi A2およびA8のアルミニウムスペースフレーム[3]で示されているように、異なるアルミニウム合金押出形材を接合するための接続ノットとして使用されてきました。 自動車におけるアルミニウム鋳物の用途は、主に2つの状況があります。1. エンジンブロックなどの複雑な構造物。2. 部品統合。重量をさらに削減し、車両組立プロセスを簡素化するために、自動車に使用される鋳物は、以前は個々の部品であった多くの部品が統合されて大きくなっています。Teslaはこの分野の先駆者です。最近、TeslaはGigafactory Texasで巨大なIDRAギガプレス（長さ約19.5 m、幅7.3 m、高さ5.3 m）を使用して、いくつかのメガキャスティングを製造しました。Teslaは、フロントおよびリアのアンダーボディに2つの巨大な単一鋳物を使用し、それらをボディ構造の一部として機能するバッテリーパックに接続することを計画しています[4]。リアアンダーボディ鋳物は70の異なる部品の統合であり、この新しい3セクション組立戦略により、この構造の部品総数は370削減されます。 しかし、鋳造アルミニウムの特性である気孔、表面品質の悪さ、高温割れへの傾向、低い延性のため、これらの材料の接合は問題があります。材料の観点から見ると、溶融溶接によるアルミニウムの溶接性は、主にこれらの特性に影響されます。表面の酸化アルミニウム層の存在と鋳造からの離型剤残留物は、濡れ性を低下させ、溶接部にガスや介在物を導入します。高い熱伝導率は、溶接ゾーンから大量の熱を一貫して除去します。比較的高い熱膨張係数は、残留応力を増加させ、より大きな歪みを引き起こします。合金中の水素含有量は、溶接部に気孔を引き起こします。広い凝固範囲は、合金元素の偏析と高温割れを引き起こします[6]。これらの理由から、表面洗浄、高エネルギー源の使用、適切な溶接プロセスと治具設計が、アルミニウム鋳物の溶融溶接に不可欠です。凝固割れや液化割れを含む高温割れは、アルミニウム鋳物の溶融溶接中に発生する可能性があります。アルミニウム鋳物部品の溶融溶接は、一般的に低いガス含有量、特に低い水素含有量を必要とします。アルミニウム鋳物部品のエアポケットと水素含有量は、溶接ビードに気孔を引き起こします。ダイカストアルミニウムの典型的な溶接不良は、凝固割れや液化割れの形成、および冶金的およびプロセス関連の気孔によって引き起こされる可能性があります[7]。セルフピアスリベット（SPR）やクリンチングなどの機械的接合方法は、アルミニウム鋳物のガス含有量に対する感度は低いですが、材料の大きな塑性変形を必要とします。鋳物材料は通常、より脆く、伸びが低いため、SPRやクリンチングは接合プロセス中に割れを引き起こします。多くの異なる産業分野でアルミニウム鋳物の使用が広く増加しているにもかかわらず、現在、これらの材料の接合技術に関する包括的な科学的レビューはありません。アルミニウム鋳物のさらなる応用とその接合技術の開発を促進するために、本稿では、アルミニウム鋳造プロセスを簡単に紹介し、Al鋳物の接合技術をレビューします。さまざまな接合技術を紹介し、そのプロセスパラメータについて議論し、その応用を示し、最近の開発をまとめます。特に、アルミニウム鋳物の接合に関連する問題、特に高温割れと気孔、およびこれらの問題を改善するために使用された方法をレビューします。最後に、アルミニウム鋳物のすべての接合技術をまとめ、今後の研究分野を推奨します。 4. 研究の概要: 研究トピックの背景: アルミニウム鋳物は、その軽量性、良好な導電性、EMI/RFI遮蔽特性により、自動車、航空宇宙、電気通信などの産業でますます利用されています。自動車分野では、軽量化による燃費向上と排出ガス削減のために不可欠であり、パワートレインや構造部品に使用されています。しかし、アルミニウム鋳物は、気孔、表面品質の悪さ、高温割れ傾向、低い延性といった固有の材料特性のため、接合が困難です。これらの特徴は、溶融溶接を複雑にし、機械的接合プロセスでも欠陥を引き起こす可能性があります。 従来の研究状況: アルミニウム鋳物は広く使用されていますが、本論文は、これらの材料の接合技術に特化した包括的な科学的レビューが不足していると指摘しています。既存の研究は、個々の接合方法や特定の問題に対処してきましたが、様々な技術、それらのパラメータ、応用、最近の進展、そして特に高温割れや気孔といった持続的な問題を要約する全体的な概要が必要とされていました。 研究の目的: 本論文の目的は、アルミニウム鋳物のさらなる応用とその接合技術の開発を促進することです。これは以下の方法で達成されます。 核心研究: 本研究の核心は、アルミニウム鋳物に適用可能な接合技術に関する包括的な文献レビューです。まず、様々なアルミニウム鋳造プロセス（砂型、シェルモールド、ダイカストなど）と、それらの特性（ガス含有量、気孔、延性）が接合性にどのように影響するかを概説します。次に、以下の様々な接合方法を体系的にレビューします。 各技術について、本論文は、その原理、プロセスパラメータ、利点、欠点、応用、最近の進歩について議論し、特に高温割れや気孔といった課題への対処に重点を置いています。本研究は、現在の問題点の要約と、この分野における将来の研究の展望で締めくくられています。 5. 研究方法論 研究デザイン: 研究デザインは、包括的な文献レビューです。 データ収集と分析方法: データは、査読付き学術雑誌、会議議事録、特許、業界ハンドブック、技術報告書など、広範囲な既存の科学技術文献から収集されました。分析には、これらの情報を統合して、アルミニウム鋳造プロセス、様々な接合技術、それらのプロセスパラメータ、応用、最近の進展、および一般的に遭遇する問題（特に高温割れと気孔）に関する構造化された概要を提供することが含まれます。本研究は、異なる技術を比較し、接合関連の欠陥を軽減するために使用された方法を要約しています。 研究トピックと範囲: 主な研究トピックは、アルミニウム鋳物の接合技術です。範囲には以下が含まれます。 6. 主な結果: 主な結果: このレビューは、アルミニウム鋳物の接合技術における現状を要約し、主要な課題と進歩を強調しています。 図のリスト: 7. 結論: 自動車産業における軽量化と製造プロセス簡素化の要求により、アルミニウム鋳物の使用が増加しています。しかし、気孔、表面品質の悪さ、高温割れへの傾向、低い延性といった自然な特徴のため、これらの材料の接合は課題です。砂型鋳造、シェルモールド鋳造、圧力ダイカスト、ロストフォーム鋳造、永久鋳型鋳造、インベストメント鋳造、遠心鋳造、スクイズキャスティング、半溶融鋳造、連続鋳造など、鋳造アルミニウムには多くの異なる鋳造プロセスがあります。異なる鋳造プロセスからのアルミニウム鋳物は、ガス含有量、表面仕上げ、機械的特性が異なり、これらは溶融溶接および機械的接合による接合性に影響を与えます。したがって、鋳造アルミニウムの良好な接合を達成するためには、鋳造部品を製造するための正しい鋳造プロセスを選択することが、正しい接合方法と正しい接合プロセスパラメータを選択することと同じくらい重要です。異なるグレードのアルミニウム鋳物は、異なる機械的特性、異なる割れ感受性、および異なる接合部気孔の問題を抱えています。その結果、それらは異なる接合性を持ちます。高強度アルミニウム合金の中で、Al-Si合金は凝固割れに対して感度が低く、Al-Cu、Al-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mgなどは溶接中の凝固割れに対してより敏感です。一般に、高い凝固/凍結範囲は高温割れに対する高い感受性を引き起こし、微細構造中の共晶相の高い割合と十分な濡れ性を持つ共晶相は高温割れに対する感受性の低下をもたらします。同じグレードの鋳物であっても、異なる鋳造プロセスで作られた場合、ガス含有量と接合性が異なります。高品質HPDC、スクイズキャスティング、SSMキャスティングで作られた鋳物は、ガス含有量がはるかに低くなります。アルミニウム鋳物を接合するために使用できる多くの接合技術があります。例えば、摩擦攪拌接合、レーザー溶接、アーク溶接、電子ビーム溶接、レーザーアークハイブリッド溶接、セルフピアスリベット、クリンチング、フロウドリルスクリューなどです。摩擦攪拌接合（FSW）は、固相溶接プロセスであり、アルミニウム鋳物部品のガス含有量に対して他の溶接技術よりも感度が低いため、アルミニウム鋳物の溶接に適していることが証明されています。しかし、FSWは線形または円形などの単純な溶接ラインを持つ部品にのみ適しており、部品は剛固にクランプする必要があり、十分に剛性がない部品にはバッキングプレートが必要になります。一般的に言えば、溶融溶接用のアルミニウム鋳物は、ガス含有量が低く、特に水素含有量が低い必要があります。鋳造アルミニウム部品のエアポケットと水素含有量は、溶接ビードに気孔を引き起こします。溶接プールが大きく、溶接速度が遅いため、アーク溶接プロセスはガス含有量に対する感度が低く、この場合、脱ガス用のパラメータが非常に重要です。電子ビーム溶接は、真空の脱ガス効果によりガス含有量に対する感度が最も低い溶融溶接プロセスですが、溶接できる部品のサイズが制限される可能性があります。アウトガス、高い加熱および冷却速度、複雑な溶接流体フローのため、レーザー溶接はガス含有量に対して最も敏感であり、このため、レーザー溶接用のアルミニウム鋳物は、溶接接合部に高い気孔を避けるために非常に低いガス含有量を持つ必要があります。レーザービーム溶接とTIGまたはMIG溶接を組み合わせたハイブリッド溶接は、アルミニウム鋳物の溶接に有益です。電子ビーム溶接、多重プロセス技術の使用、またはハイブリッドレーザー溶接などのいくつかの革新的なプロセスバリアントは、溶融浴を構成して脱ガスを促進し、接合領域における不均一な気孔の望ましくない形成を最小限に抑えることができます。これらのプロセスにより、低気孔の接合部を達成することが期待されます。SPRやクリンチングなどの機械的接合方法は、溶融溶接プロセスほどガス含有量に敏感ではありませんが、アルミニウム鋳物は接合プロセス中に深刻な亀裂を発生させないように十分に延性である必要があります。時には、アルミニウム鋳物をより延性にするための熱処理が不可欠です。その間、プロセス最適化を使用して、生成される亀裂の数と重大度を減らすことができます。アルミニウム鋳物の溶融溶接および摩擦攪拌接合に関しては、鋳物が熱処理に適している場合、溶接後の熱処理または溶接前後の熱処理の組み合わせが、溶接前の熱処理よりも接合部の機械的特性を改善する上でより効率的です。溶接プロセスは、溶接前に行われた場合、熱処理の効果を打ち消す可能性があります。SPRやクリンチングなどの機械的接合プロセスの場合、深刻な亀裂を避けるためにアルミニウム鋳物から十分な延性が必要なため、延性を改善するための熱処理は接合前に行う必要があります。高温割れ感受性は、合金含有量、結晶粒構造、凝固速度、拘束など、多くの要因に依存します。適切な溶加材の使用、結晶粒微細化元素の添加、溶接速度の低減、残留応力を低減する方法、凝固速度を低減する方法など、溶融溶接中の高温割れを低減するためにさまざまな方法を使用できます。この種の亀裂の可能性を減らすために、過度の材料拘束は避けるべきです。亀裂に敏感な合金の場合、プロセスパラメータの慎重な選択と制御、および適切な溶加材の使用が、成功した溶接に不可欠です。アルミニウム合金を溶接する場合、亀裂感受性曲線のピークから離れた溶接金属組成を持つことが望ましいです。デュアルビームレーザー溶接、電子ビーム溶接、およびレーザーアークハイブリッド溶接は、凝固割れを低減するのに有益です。材料の溶接中に形成された気孔は、機械的強度、クリープ、疲労、および腐食破壊の損失をもたらす可能性があります。アルミニウム鋳物の溶融溶接中に気孔が形成される潜在的な原因は3つあります。1つは溶接中の周囲ガスの吸収とその後の捕捉、もう1つは母材中の既存のガス含有量、3つ目はキーホール溶接中のキーホールの不完全な崩壊による気泡の捕捉です。水素は、液体および固体アルミニウム中の水素の溶解度が著しく異なるため、気孔の主な原因であり、気孔中の主なガス含有物です。水素の供給源には、アルミニウム酸化物層、表面潤滑剤、表面汚染物質、水分などがあります。溶接前に部品の表面を洗浄すると、水素の供給源と結果として生じる気孔を減らすことができます。溶接パラメータを最適化すると、アルミニウム鋳物の接合部気孔を減らすことができますが、最も効率的な方法は、鋳造プロセスを改善して鋳造部品のガス含有量を減らすことです。アルミニウム鋳物の溶接気孔を減らすことができる方法としては、レーザーアークハイブリッド溶接、デュアルビームレーザー溶接、電子ビーム溶接、ビームオシレーション、電磁界脱ガスなどがあります。溶接プールのサイズを大きくし、凝固速度を遅くすると、ガス気泡が溶接プールから移動する時間が長くなり、溶接気孔を減らすのに有益です。Srを使用してアルミニウム鋳物の結晶粒構造を微細化する場合は注意が必要です。特定の組成のアルミニウム鋳物の場合、Srを添加すると気孔が増加する可能性があると報告されています。自動車分野におけるアルミニウム鋳物の用途が増加するにつれて、アルミニウム鋳物自体および他の材料への接合に関する研究が、亀裂および気孔の問題を改善するためにさらに行われると考えられます。その間、新しい接合技術が開発され、現在の接合プロセスは、自動化、プロセス監視、および新しい技術によってアップグレードされ、接合品質を改善し、これらの接合方法をより効率的、信頼性、費用対効果の高いものにするでしょう。さらに、機械学習や人工知能などのより多くのデジタル技術が、プロセスパラメータを予測および最適化し、プロセス効率と接合品質を改善し、プロセスモデリングを支援するために、接合技術に適用されるでしょう。 8. 参考文献: 9. 著作権: この資料は上記の論文に基づいて要約されており、商業目的での無断使用は禁止されています。Copyright
![FIGURE 3.—Microstructure of specimens formed by varying injection pressure: (a) 60 MPa, (b) 80 MPa, (c) 100MPa, (d) 125MPa. Brighter regions are a-Al grains and the darker regions are a mixture of empty and [Al þ Mg2Si] eutectic regions.](https://castman.co.kr/wp-content/uploads/image-2316-570x342.webp)
この紹介論文は、「Materials and Manufacturing Processes」によって発行された論文「Injection Parameters Optimization and Artificial Aging of Automotive Die Cast Aluminum Alloy」に基づいています。 1. 概要： 2. 要旨： 高圧ダイカストは、近い将来、自動車産業において高負荷構造部品として使用されることが期待されています。したがって、本研究では、ダイカストパラメータと時効処理が高性能ダイカストアルミニウム合金の引張特性に及ぼす影響を調査しました。我々の結果は、HPDC AlMg5Si2Mn試験片（射出圧力100 MPa、高レベル高速射出速度、速度切替点位置220 mmで形成）が、良好な内部品質と優れた引張特性（351.1 MPa、200.7 MPa、13.77%）を有することを示しています。試料密度は、圧力損失により金型充填方向に沿って減少しました。250°Cで3時間時効処理後、引張強さと降伏強さは、それぞれ351.1 MPaおよび200.7 MPaから380.5 MPaおよび246.9 MPaへと大幅に増加しました。伸びは、1時間時効処理後に13.77%から5.5%に初期的に減少し、その後11.48%に回復しました。さらに、冷却方法が機械的特性に及ぼす影響はごくわずかであることがわかりました。 3. 緒言： 軽量化は、燃料危機の負の影響により、現代の自動車開発において不可欠な要素です。ダイカストは、その良好な寸法精度、表面品質、および健全性により、自動車産業のニーズに適しており、車体への使用が増加しています[1]。さらに、高性能ダイカストアルミニウム合金は、内部気孔やFeリッチ金属間化合物によって引き起こされる低い延性を補うために必要とされています[2]。必然的に、様々な超強靭ダイカストアルミニウム合金が開発されており、その中でもMagsimal-59®（AlMg5Si2Mn）は優れた延性を特徴としています。良好な延性は、Mgの添加とFe含有量の低減（≤0.2%）の結果であり、これらはいずれもFeリッチ金属間化合物の負の影響を最小限に抑えます[3]。さらに、Hielscherら[4]、Kochら[5]、およびFrankeら[6]は、AlMg5Si2Mnが鍛造、レオキャスティング、スクイズキャスティング、およびダイカストのプロセスに適しており、したがって展伸アルミニウム合金と共にリサイクル可能であり、自動車産業において有望な材料であると報告しています。一方、射出パラメータはダイカストの内部品質を決定し、適切な射出パラメータは望ましくない欠陥（例えば、介在物、フローラインクラック、湯じわ）を排除することができます[7]。ADC12[8]やA380[9]などの様々なダイカスト合金の機械的性能に対する射出パラメータの影響の最適化は、したがって、ダイカストの内部品質と表面品質の両方にとって重要です。これまでの研究は、主にダイカストAlMg5Si2Mn合金の微細構造形成、引張特性、疲労抵抗、および腐食挙動に焦点を当ててきました。例えば、Jiら[10]は、時効処理がAlMg5Si1.5MnFe0.25Ti0.2ダイカストの降伏強度を改善し、これは焼付硬化のみに起因すると報告しました。Otarawannaらは、AlMg5Si2Mnダイカストの表面層形成[11]、欠陥帯[12]、および湯流れ・凝固機構[13]を解明しました。さらに、Huら[14]は、重力金型鋳造とダイカストAlMg5Si2Mn板の耐食性を比較し、後者がより微細な結晶粒径のために優れていると結論付けました。しかし、AlMg5Si2Mnダイカストの内部品質と機械的特性に対する射出パラメータの影響に関する研究はほとんど行われていません。 4. 研究の概要： 研究背景： 高圧ダイカストは、自動車分野における高負荷構造部品としてますます考慮されています。AlMg5Si2Mn合金は、その高性能と延性により有望な候補です。このようなダイカストの内部品質は、射出パラメータによって著しく影響を受けます。 先行研究の状況： AlMg5Si2Mn合金に関する先行研究は、微細構造、引張特性、疲労、腐食、および類似合金の時効処理効果などの側面に焦点を当てていました。AlMg5Si2Mnダイカストにおける表面層、欠陥帯、および湯流れ・凝固機構の形成が調査されてきました。他のダイカスト合金（例：ADC12、A380）については射出パラメータの最適化が行われてきましたが、AlMg5Si2Mnダイカストの内部品質と機械的特性に対する射出パラメータの影響を具体的に扱った研究は不足していました。 研究目的： 本研究は、ダイカスト射出パラメータ（射出圧力、高速射出速度、速度切替点位置）およびその後の人工時効処理が、高性能AlMg5Si2Mnダイカストアルミニウム合金の引張特性と内部品質に及ぼす影響を調査することを目的としました。 研究の核心： 本研究の核心は、主要な射出パラメータ、具体的には射出圧力、高速射出速度、および速度切替点の位置の変動が、高圧ダイカスト（HPDC）AlMg5Si2Mn合金の機械的特性（引張強さ、降伏強さ、伸び）および密度にどのように影響するかを体系的に調査することでした。これには、観察された変化を理解するための微細構造解析が含まれていました。さらに、本研究は、人工時効処理（250°Cで1、2、および3時間）および異なる冷却方法（空冷、炉冷）が、最適に鋳造された合金の機械的特性に及ぼす影響を調べました。 5. 研究方法論 研究設計： データ収集および分析方法： 研究対象と範囲： 6. 主要な結果： 主要な結果： 図のリスト： 7. 結論： AlMg5Si2Mnダイカストの微細構造と機械的特性に及ぼす射出パラメータと時効処理の影響が体系的に研究され、主な結論が以下に要約されます。最適な射出パラメータは、圧力100 MPa、高レベル高速射出速度、および速度切替点220
本紹介論文は、「Korean Journal of Metals and Materials」によって発行された論文「Effect of Shielding Gases on the Wire Arc Additive Manufacturability of 5 Cr – 4 Mo Tool Steel for Die Casting Mold Making」に基づいています。 1. 概要: 2. 要旨: 一般的に金型は、AISI4140やH13などの工具鋼の大型ビレットを機械加工して製造されるが、材料ロスが大きく納期が長いという欠点がある。ワイヤアーク積層造形（WAAM）プロセスは、代替的な製造方法となり得る。材料ロスが少なく、納期が短く、異種材料を用いて強化金型を製作できる可能性があるという利点がある。5Cr-4Mo鋼ワイヤは、WAAMプロセスによる金型製造の可能性が高い。これは、優れた耐熱摩耗性と靭性を有する工具や金型の補修・改造用に当初設計された市販の工具鋼ソリッドワイヤである。しかし、工具鋼のWAAMは、その高い可能性と利点にもかかわらず、これまで研究されてこなかった。シールドガスは、ガス金属アーク溶接（GMAW）をベースとするWAAMプロセスの性能に大きな影響を与える。鋼合金のGMAWには、一般的にアルゴン（不活性ガス）と二酸化炭素（反応性ガス）が用いられ、様々な比率の混合ガスとして頻繁に使用される。シールドガスは、アーク安定性、溶接品質、溶接欠陥の形成に大きな影響を与える。したがって、材料とプロセスに適したシールドガスを使用することが、健全なWAAM性能にとって重要である。本稿では、ダイカスト金型のWAAMの第一歩として、シールドガスが工具鋼の積層造形性に及ぼす影響について論じる。実験は、M21（Ar + 18% CO2）とC1（100% CO2）の2種類の異なるシールドガスを用いて行われた。C1の使用は、表面汚染も内部欠陥も示さず、M21よりも大きな堆積量をもたらした。 3. 緒言: AISI 4140やH13などの工具鋼からダイカスト金型を従来の方法で製造するには、大型ビレットの機械加工が必要であり、著しい材料損失と長い納期を伴う。指向性エネルギー堆積（DED）AMプロセスの一種であるワイヤアーク積層造形（WAAM）は、材料廃棄物の削減、リードタイムの短縮、高い堆積速度、市販の装置とフィラー材料の使用可能性といった利点を持つ代替手段を提供する。特に、5Cr-4Mo工具鋼ワイヤは、その高い耐熱摩耗性と靭性から、ダイカスト金型のWAAMにおける有望な候補である。シールドガスは、GMAWベースのWAAMプロセスにおいて、溶融池を大気汚染から保護し、アーク安定性、溶接品質、ビード形状、欠陥形成に影響を与える重要な役割を果たす。鋼合金にはアルゴン（Ar）と二酸化炭素（CO2）が一般的に使用されるが、ダイカスト金型用工具鋼のWAAMに対するこれらの具体的な影響については調査が必要である。 4. 研究の概要: 研究テーマの背景: 自動車産業における軽量車両への需要の高まりは、アルミニウムダイカスト部品の使用を増加させており、これには通常工具鋼製の金型が必要となる。従来の金型製造方法は切削加工であり、実質的な材料損失と長い生産サイクルをもたらす。積層造形、特にWAAMは、より効率的な代替手段を提供する。 先行研究の状況: WAAMは様々な金属合金について研究されてきたが、ダイカスト金型製作用工具鋼への応用に関する研究は限られている。WAAMにおける重要なパラメータであるシールドガスが、この目的のための5Cr-4Mo工具鋼の製造性に及ぼす影響は、広範囲には研究されていない。 研究の目的: 本研究は、GMAWベースのWAAMプロセスを用いて、厚いSCM 440（AISI 4140）基板上に市販の5Cr-4Mo工具鋼ソリッドワイヤを積層する際に、M21（Ar + 18% CO2）とC1（100% CO2）の2種類の異なるシールドガスが積層造形性に及ぼす影響を調査することを目的とした。これは、ダイカスト金型生産のためのWAAM開発に向けた初期段階となる。
![Figure 1 Vision of material circularity and manufacturingsustainability (modified, based on [1])](https://castman.co.kr/wp-content/uploads/image-2324-570x342.webp)
本稿は、「The 75th World Foundry Congress」にて発表された論文「Integrated Computational Materials Engineering and Artificial Intelligence for Sustainable Casting Industry」に基づいています。 1. 概要: 2. アブストラクト: 世界の金属鋳造産業は、炭素削減とカーボンニュートラルに関連する莫大な持続可能性と規制の課題に直面しています。統合計算材料工学（ICME）技術と、最近の人工知能（AI）および機械学習（ML）のブームによって可能になった金属鋳物のデジタル設計と製造は、業界がこれらの課題を克服するための大きな機会を提供します。本プレゼンテーションでは、ICMEアプローチを使用した鋳造合金設計とプロセス革新のいくつかの例を示します。また、鋳造品質管理と特性予測をサポートするためのAI/MLツールの適用事例も紹介します。さらに、持続可能な成長のためにICMEとAI/MLツールを組み合わせて金属鋳造産業を活性化し、革命を起こすための将来の機会についても議論します。 3. 緒言: 金属鋳造を含む材料および製造業は世界経済の根幹ですが、同時に気候変動に対する責任も負っており、その脱炭素化は炭素緩和戦略の重要な優先事項となっています。2050年までに気候中立を達成するというパリ協定の目標を達成するために、米国、中国、欧州連合を含む主要経済国は野心的な排出削減目標を発表しています。そのため、世界の鋳造業界は、特に自動車産業をはじめとするあらゆる分野の顧客がクリーンエネルギーと持続可能な生産に移行しているため、炭素排出削減に関連する莫大な規制上および持続可能性の課題に直面しています。現在、産業排出量の大部分は鉄鋼（24％）とアルミニウム（3％）の生産によるものです。しかし、これらの金属のリサイクル率は驚くほど低く、鉄鋼で45％、アルミニウムで30％です。これらの再生不可能な金属の循環性を高め、製造活動におけるエネルギー消費を削減することは、カーボンニュートラルな社会と循環型経済に大きく貢献するでしょう。Figure 1は、1）より良い材料設計と製造/エネルギー効率による使用量の削減/延長、2）修理、再利用、再製造、リサイクル、3）限定的だがクリーンな一次材料生産、4）再生不可能な材料の廃棄を最小限またはゼロにすることによって達成できる材料循環と持続可能性のビジョンを示しています。 4. 研究の概要: 研究トピックの背景: 世界の金属鋳造産業は、炭素削減目標とカーボンニュートラルへの推進により、持続可能性と規制に関する大きな圧力に直面しています。自動車のような主要な顧客セクターはクリーンエネルギーに移行しており、サプライヤーに持続可能な生産慣行を要求しています。 従来の研究の状況: 統合計算材料工学（ICME）は、計算ツールを介して取得された材料情報を工学製品の性能解析および製造プロセスシミュレーションと統合する手法として登場しました。これは、多くの場合均一な材料特性に依存する従来のCAD/CAE/CAMアプローチとは対照的です。人工知能（AI）と機械学習（ML）は急速に発展している分野であり、MLは特定の目的のために予測や決定などの出力を生成するシステムとして定義されます。鋳造シミュレーションとデジタル製造ツールはますます採用されています。 研究の目的: 本プレゼンテーションの目的は以下の通りです。 中核研究: 本研究の中核は、金属鋳造産業における持続可能性の課題に対処するためのICMEおよびAI/ML技術の適用と統合に焦点を当てています。これには、先進的な合金設計（Figure 2に示されるリサイクルアルミニウム合金など）およびプロセス開発（Figure 3）のためのICMEの活用、ならびに予測的品質管理、特性予測（Figure 4に示されるUTS予測など）、および製造プロセスの最適化のためのAI/MLの利用が含まれます。本研究は、これらのデジタルツールが材料の循環性、エネルギー効率、および全体的な持続可能性をどのように向上させることができるかを探求します。 5. 研究方法論 研究デザイン: 本稿は、金属鋳造産業における持続可能性を向上させるための統合計算材料工学（ICME）および人工知能/機械学習（AI/ML）手法の適用について議論するプレゼンテーションおよびレビューです。革新と応用の例を強調し、将来の方向性を示します。 データ収集と分析方法: 本稿では、以下の使用と結果について説明し、参照しています。 研究トピックと範囲: 本稿で議論されている研究トピックと範囲は以下の通りです。 6. 主な結果: 主な結果: 図のリスト: 7. 結論: 金属鋳造は長い歴史を持っていますが、現在、そのカーボンフットプリントに関連する重大な技術的および社会的課題に直面しています。業界がリサイクル合金の使用と循環材料経済の概念を受け入れることが不可欠です。これらの課題を克服するために、鋳造業界は効率を改善し、エネルギー消費を削減するために新しいICMEおよびAI/MLツールを活用する必要があります。さらに、輸送業界がクリーンエネルギー技術に移行するにつれて、ICMEおよびAI/MLが重要な役割を果たすことができる軽量で高性能な鋳物に対する機会が生まれるでしょう。 8. 参考文献: 9.
本紹介資料は、「NADCA North American Die Casting Association (at the 2013 Die Casting Congress & Tabletop)」が発行した論文「Innovative Die Lubricant Trends for Evolving Productivity and Process Requirements」に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録: 高圧ダイカスト（HPDC）産業における継続的な生産性向上の推進は、ダイ潤滑剤に対する性能および生産性の要求をますます高めています。ダイ潤滑剤における新技術開発の大部分は、自動車鋳造品の開発によって拍車がかかっています。車両重量の削減と生産性向上の要件、そしてより大きく複雑な部品の鋳造と相まって、ダイ潤滑剤における大幅な革新の必要性が生じています。本稿では、これらの傾向がダイ潤滑剤に与える影響について議論し、新しいダイ潤滑剤技術が変化する業界のニーズにどのように対応しているかを検証します。 3. 緒言: 高圧ダイカスト（HPDC）プロセスは、高い生産性と、様々な合金で高品質かつ複雑な鋳造品を製造できる能力により、依然として非常に魅力的な鋳造方法です。この魅力により、HPDC市場は世界的に成長しており、自動車産業の成長を反映しています。この成長は、自動車産業が直面する課題と業界のトレンドに対応することによってのみ達成可能です。現在、自動車産業には3つの主要なテーマがあります。 4. 研究の概要: 研究トピックの背景: HPDC産業は、生産性と効率の向上という継続的な圧力に直面しています。これは主に、自動車セクターからの車両軽量化（アルミニウムやマグネシウムなどの軽量合金の使用）、コスト効率、より大きく複雑な部品の生産に対する要求によって推進されています。これらの要因は、より高い金型動作温度や金型表面全体のより広い温度変動など、より厳しい鋳造条件につながります。その結果、ダイ潤滑剤（DL）は非常に重要であり、大幅に強化された性能要件を満たす必要があります。 従来の研究の状況: 本稿は、参考文献（Bernadin J.D., et al., 1997; Incropera, F.P., DeWitt, D.P., 1981）に記載されているように、ダイスプレー中の熱伝達現象（冷却曲線：膜沸騰、遷移沸騰、核沸騰領域、ライデンフロスト点、ヌキヤマ点、臨界熱流束）に関する確立された理解に基づいています。以前の研究では、ダイ潤滑剤スプレーがダイの熱バランスに与える影響も強調されています（Graff J. L., et. al., 1993）。はんだ防止、可動部品の潤滑、カーボン堆積、キャビティ外堆積物など、対処されている課題は、新しい潤滑剤技術が軽減することを目指しているダイカスト業界で知られている問題です。 研究の目的: 本稿は、現在の自動車およびHPDC産業のトレンドがダイ潤滑剤に与える影響について議論することを目的としています。HPDC産業における生産性とプロセス要件の変化し、ますます厳しくなるニーズに対応するために、新しいダイ潤滑剤技術がどのように開発され、適用されているかを検証します。 研究の核心: 本研究の核心は次のとおりです。
本稿は、「[Conference Paper]」に掲載された論文「[DEFORMATION BEHAVIOR OF LOW PRESSURE CAST Mg-3Al-1Zn ALLOY DURING HOT COMPRESSION TEST: A STUDY WITH PROCESSING MAPS]」に基づいています。 1. 概要: 2. 要旨: 低圧鋳造Mg-3Al-1Zn (AZ31) 合金は、300 °Cから500 °Cの温度範囲および0.001 S⁻¹から1.0 S⁻¹のひずみ速度範囲で熱間圧縮試験が行われました。直径30 mm、高さ10 mmの円盤状試験片が、特別に製作された炉を備えた万能試験機 (FIE) を用いて試験されました。温度は50 °C間隔で変化させ、ひずみ速度は0.001 S⁻¹、0.01 S⁻¹、0.1 S⁻¹、1.0 S⁻¹としました。合金の熱間変形特性は、動的材料モデルに基づいて開発された加工マップを用いて研究されました。この合金の動的再結晶 (DRX) 領域が特定され、これは合金の熱間加工に最適な領域です。粒界割れ、流れの局在化、くさび割れの領域（もしあれば）は、加工マップから確立されます。より高いひずみ速度では、材料は流れの局在化を起こし、これは一貫した特性を得るための機械的加工において避けなければなりません。流動応力データは、材料の二次加工中の微細構造の最適化に役立ちます。最終的な再結晶組織および微細構造に対する加工変数の影響について議論されます。 3. 緒言: 密度1.738 g cm⁻³のマグネシウムは、すべての構造用金属の中で最も軽量であり、近年、軽量構造材料としての需要が増加しています。マグネシウムは、高強度、良好な鋳造性、顕著な機械加工性、良好な溶接性、優れた寸法安定性、および有利な熱間成形性といった優れた特性を有しています。これらの特性により、マグネシウムは、航空宇宙および自動車産業、ならびにマテリアルハンドリング装置、携帯工具、さらにはスポーツ用品において、多くの亜鉛およびアルミニウムダイカスト、鋳鉄および鋼部品、ならびにアセンブリを経済的に置き換えることができます。 エンジニアリング設計にマグネシウム合金を選択する最大の利点は、その低密度にあり、これがより高い比機械的特性につながります。これらの有利な特性は、自動車および航空宇宙部品、マテリアルハンドリング装置、携帯工具、さらにはスポーツ用品の設計および製造における重量削減の側面に大きく貢献することができます。 しかしながら、マグネシウムの生産は、その高い生産性と寸法精度のため、これまでのところダイカストの分野に限定されています。したがって、プロセス最適化のためのデータベースを提供し、新しい合金の導入を導くために、市販のMg合金の熱間加工性を調べる余地があります。 加工マップの概念の基礎は、1984年に米国オハイオ州ライト・パターソン空軍基地（WPAFB）の加工・高温材料部門で築かれました。ALPID（Analysis of Large Plastic Incremental Deformation）と呼ばれる金属加工プロセスのシミュレーションのための有限要素モデル（FEM）は、商業的利用のための成熟段階に達していました。すぐに、ソリューションが検討中の材料により特有で現実的になるように、このシミュレーションモデルに材料挙動を導入することが不可欠であると認識されました。シミュレーションモデルは、温度、ひずみ速度、ひずみなどの適用された加工パラメータに対する材料の応答（流動応力）を関連付ける構成方程式の形で材料挙動を受け入れます。その後の研究では、この概念をANTARESなどのFEMコードに統合し、機械的加工の科学のための加工マップの冶金学的解釈が追求されました。 4. 研究の概要:
![Fig. 6. Temperature in the core of the insert [°C].](https://castman.co.kr/wp-content/uploads/image-2291-570x342.webp)
本紹介論文は、「Procedia Structural Integrity」によって発行された論文「Study of two alternative cooling systems of a mold insert used in die casting process of light alloy components」に基づいています。 1. 概要: 2. 要旨: 金型インサートは、ダイカストプロセスで一般的に使用される金型の重要な構成要素です。その目的は、キャビティやアンダーカットのような鋳物の特定形状を実現することです。また、いくつかの重要な領域で冷却システムを改善するためにも使用されます。各インサートは、金型の熱状態を制御し、すべてのホットスポットを効率的に冷却するために、少なくとも1つの単純な冷却チャネルを有しています。溶融金属が形状に鋳込まれ、次に凝固した鋳物によって生じる機械的応力と共に、厳しい周期的熱条件は、インサートを熱機械疲労にさらします。熱機械疲労は、一定サイクル後にインサート表面に観察される亀裂の主な原因であり、コンポーネントを使用不能にし、交換を要求します。この状況は、直接的および間接的なコストに悪影響を及ぼします。本稿では、ダイカストプロセスを通じて製造されたアルミニウム合金シリンダーブロックのオイルドレンチャネルを実現するために使用される金型インサートについて、この現象を研究しました。本研究の目的は、高温および高い熱勾配に最もさらされるゾーンを決定し、積層造形で実現された同じインサートにコンフォーマルチャネルを使用することにより、より効率的な冷却システムを設計および分析することです。 3. 緒言: ダイカストプロセス、特に高圧ダイカスト（HPDC）は、自動車産業を中心にアルミニウム合金部品の製造に広く使用されています。これらのプロセスにおける主要な問題の1つは、ダイとそのコンポーネントの耐久性であり、これらは高温（670～710°Cの溶融アルミニウム）、高い射出速度（30～100 m/s）、および圧力（50～80 MPa）にさらされます。金型インサートは、特定の鋳造形状を作成し、重要領域の冷却を強化するために不可欠です。これらのインサートは通常、熱状態を管理し、ホットスポットを冷却するための冷却チャネルを備えています。 ダイカストダイおよびインサートは、厳しい周期的な熱的および機械的負荷を受けます。これらの条件は熱機械疲労を引き起こし、これが一定サイクル後のインサート表面の亀裂（しばしば「ヒートチェック」と呼ばれる）の主な原因となります。この損傷によりインサートは使用不能となり、交換が必要となり、直接的および間接的なコストが発生します。巨視的には、亀裂は、ダイ表面が急速に加熱され、その後潤滑剤スプレーによって急冷される際の熱衝撃によって開始されます。加熱中、ダイ表面には圧縮応力が発生し、冷却中には引張応力が発生します。コフィン・マンソン式（1）は、亀裂発生までの反転回数を塑性ひずみ振幅に関連付けます。熱ひずみ（式（2））および結果として生じる応力（式（3））は、降伏強度を超えると塑性変形（式（4））を引き起こす可能性があります。疲労寿命は、サイクルあたりの散逸エネルギー（式（5）および（6））にも強く影響されます。 本稿では、アルミニウム合金シリンダーブロック（HPDC）のオイルドレンチャネルに使用される金型インサートにおける熱機械疲労を調査します。この研究では、有限要素解析（FEM）を使用して、高温および熱勾配のゾーンを特定します。これらの結果に基づいて、積層造形によって実現されるコンフォーマルチャネルを使用した、より効率的な冷却システムが設計および分析されます。 4. 研究の概要: 研究トピックの背景: ダイカストダイ、特に金型インサートの耐久性は、高温および周期的な機械的負荷を含む過酷な動作条件のため、重要な懸念事項です。熱機械疲労は主要な故障メカニズムであり、インサートの亀裂および耐用年数の短縮につながり、生産コストと効率に悪影響を及ぼします。これらの問題を軽減するためには、インサートの効果的な冷却が不可欠です。 従来の研究状況: ダイカストダイの寿命予測および熱機械現象に関するいくつかの研究が行われています。Srivastavaら（2004）は、FEMソフトウェアを使用してダイカストダイの熱疲労亀裂を予測する方法論を提示し、温度および熱勾配が増加すると故障までのサイクル数が大幅に減少することを示しました。FEMソフトウェアは熱機械問題を非常にうまくシミュレートできることが示されています（Astaritaら（2013）、Sepeら（2014））。コフィン・マンソン式（1）は疲労を記述するためによく知られています。Sissaら（2014）は、疲労寿命予測のためのエネルギー基準を提案しました。低い熱膨張係数や高い熱伝導率などの材料特性は、熱機械疲労耐性にとって重要です（Luら（2019））。インサート冷却システムの設計は、温度制御において重要な役割を果たします。 研究の目的: 本研究の目的は、高温および高い熱勾配に最もさらされるゾーンを決定し、積層造形によって同じインサートにコンフォーマルチャネルを使用して、より効率的な冷却システムを設計および分析することです。 コア研究: 本研究は、アルミニウム合金シリンダーブロックのオイルドレンチャネルの製造に使用される金型インサートの有限要素解析（FEM）を含みます。従来の冷却システムを備えたインサートの温度場を決定するために過渡熱解析が実行されました。この温度場は、応力を評価するための後続の構造解析における荷重として使用されました。これらの結果に基づいて、積層造形（具体的には選択的レーザー溶融 – SLM）用に設計されたコンフォーマル冷却チャネルを備えた新しい冷却システムが提案されました。次に、このコンフォーマル冷却システムの性能が、温度分布、熱勾配、および応力場の観点からシミュレートされ、従来のシステムと比較されました。 5. 研究方法論 研究設計: 本研究は比較シミュレーションアプローチに従いました。 データ収集および分析方法: 熱モデル（従来冷却）: 構造解析: コンフォーマル冷却チャネルモデル: 研究トピックと範囲: 本研究は以下に焦点を当てました：
本稿は、「Metals」誌に掲載された論文「Subsurface Microstructural Evolution of High-Pressure Diecast A365: From Cast to Cold-Sprayed and Heat-Treated Conditions」に基づいています。 1. 概要: 2. アブストラクト: 本研究では、拡散駆動型熱後処理と組み合わせたコールドスプレー堆積法を表面改質プロセスとして検討し、費用対効果が高く一般的なアルミニウム合金鋳物の界面近傍の微細組織、微小機械的特性、および微小化学的特性の改善を目指します。本研究は、コールドスプレーによって誘起される高圧ダイカストアルミニウムの界面近傍特性の発展と進化、および表面改質に関する探索的調査であったため、重要な目的の一つは、費用対効果の高い代替材料からプレミアムアルミニウム合金特性を達成するためのこのようなアプローチの継続的な検討のための一連の基礎的な観察結果を形式化することでした。費用対効果の高い高圧ダイカストA365システムの界面近傍領域に、ニッケル、銅、およびチタンのコールドスプレー改質を検討しました。3つの純金属コーティングのそれぞれについて、界面近傍、界面下、および表面の進化が記録されました。分析は、2つの後処理コーティング-基板原子拡散に触発された熱処理条件でも継続されました。エネルギー分散型X線分光法、電界放出型走査電子顕微鏡、光学顕微鏡、および関連するコールドスプレー文献の独自の文脈化から得られた様々な洞察を用いて、注目すべき結果が記録され議論されました。銅供給材料を熱後処理とともに使用した場合、多様な表面ベースの金属間化合物がエキゾチックな拡散ゾーンおよび著しく酸化された領域とともに形成され、熱的に活性化された銅コールドスプレー凝固物は今後の研究から除外されました。しかし、ニッケルとチタンの両方のコールドスプレー表面改質処理は、正しい処理段階が直接的かつ時系列的に実行されれば、可能性と将来性を示しました。その結果、費用対効果の高い合金化アルミニウム鋳物のコールドスプレー表面微細組織および特性改質に関するさらなる研究のためのプラットフォームが提示されます。 3. 緒言: コールドガスダイナミックスプレー（CGDS）、または略してコールドスプレーは、粒子状の供給材料が加熱されたキャリアガス流によって輸送され、ド・ラバルノズルを出て基板に超音速で衝突することによって材料を固化・堆積させる固相材料処理技術です[1]。CGDS処理は、独自の用途特有の特性を持つコーティングを実現するためのツールとして最初に概念化されました[2]。1980年代にソビエト連邦でCGDS処理が偶然発見された後、この固相技術プロセスは再製造および修理[3]分野、ならびに積層造形（AM）コミュニティ[4]に採用されました。超音速で加速された粒子は、高いひずみ速度で基板上に堆積され、厚さまたは形状が達成されるまで層ごとに材料を固化させます[5]。したがって、CGDS処理および材料固化の成功は、粒子-基板および粒子-粒子間の冶金学的および機械的結合に依存します。本研究は、自動車産業で一般的に使用される費用対効果の高い高圧ダイカスト（HPDC）A365アルミニウム合金の、破壊または衝撃靭性および強度に関する界面近傍特性を、基板材料の元の表面状態と比較して改善するための潜在的に適切な経路として、CGDSベースの材料表面改質処理の検査に対する予備的かつ探索的なアプローチを取りました。この研究は、A201などのプレミアムアルミニウム合金に通常関連する改善された機械的特性、すなわち特性を達成する費用対効果の高い鋳造部品を製造しようとするアルミニウム自動車産業によって動機付けられました。本研究は、利用される表面改質方法の関数として、一般的な鋳造可能なアルミニウム合金とその用途特有の性能にその後リンクできる構造-処理-特性の洞察を自動車材料および材料加工エンジニアに提供することを目的としています。 4. 研究の概要: 研究トピックの背景: 自動車産業は、改善された機械的特性を持つ費用対効果の高い鋳造部品を求めています。A201などのプレミアムアルミニウム合金は、優れた靭性と高温特性を提供しますが、高価で加工が困難です。A356、A365、E357などの一般的な合金の高度な化学的または機械的表面改質は、高度な製造ソリューションとして機能します。本稿全体を通して注目されるように、A365はアルミニウム鋳造所での普及により、本研究で関連する高圧ダイカスト（HPDC）アルミニウム合金として選択されました。CGDSは、強化剤または強靭化剤をターゲット基板または母材に堆積させるための有望な技術です。 従来の研究状況: 歴史的に、CGDSの熱後処理作業は、自己相似的な基板と供給材料の組み合わせで行われ、熱処理の最適化を簡素化してきました。例えば、Rokniら[14]は、Al 7075について研究しました。熱後処理は、堆積した材料の性能を向上させる手段として依然として非常に貴重です。CGDSを介して互いに付着した多材料システムから生じる独自の特性を適切に理解するには、さまざまな供給材料-基板材料の組み合わせについて、はるかに多くの研究開発を探求する必要があります。Rokniら[15]は、Al 7075-T6基板に噴霧されたAl 7075供給材料粒子について、熱後処理によって誘起される関係を再検討し記録しました。以前の研究では、CGDSが、選択された粉末-基板材料の組み合わせについて、CGDS処理からのバルク材料基板システムにおいて、とりわけ耐衝撃性および破壊靭性を改善できることも示されています。Jafarlouら[16]は、薄いクロムカーバイドおよびニッケルコーティングのCGDSベースの凝固と組み合わせた熱処理により、AM 15-5析出硬化型ステンレス鋼の機械的特性が改善されることを実証しました。さらに、Yangら[17]は、Al 5052およびその他のAlベースのコーティングのCGDS凝固が、鋼ベースの基板の「疲労亀裂伝播性能」を向上させることを明らかにしました。疲労または衝撃挙動の改善、耐摩耗性[18]、トライボロジー性能[19]、硬度[20]、および耐食性[21]の向上も、ターゲット基板試料に堆積された適切に設計および処理されたCGDS凝固物からすべて得られます。Huangら[22]による研究は、改善された耐摩耗性および耐食性、室温延性、および「良好な振動減衰特性」の間の仮説的なバランスを示しました。 研究の目的: 本研究は、HPDC A365アルミニウム合金のCGDSベースの材料表面改質処理の予備的かつ探索的なアプローチを取りました。銅、ニッケル、チタンをコールドスプレーコーティング材料として検討し、界面近傍、界面下、および表面の進化を、CGDS堆積およびその後の熱後処理（溶体化処理およびT6熱処理）の関数として記録しました。この研究は、CGDSコーティングと熱後処理がコーティング-基板の局所的な微細組織および微小化学的特性に及ぼす実際的な影響に関するさらなる研究のためのプラットフォームを提供することを目的としました。また、費用対効果の高い代替材料からプレミアムアルミニウム合金特性を達成するためのこのようなアプローチの継続的な検討のための一連の基礎的な観察結果を形式化することも目指しました。 核心的研究: 本研究の核心は、HPDC A365アルミニウム合金基板に純粋な銅、ニッケル、およびチタンの供給材料粉末をCGDSを用いて堆積させることでした。その後、コーティングされた試料を熱後処理（500°Cで80分間の溶体化処理、およびその後のT6熱処理：24時間の自然室温時効、続いて170°Cで150分間の人工時効）に供しました。A365基板の界面近傍および界面下領域、ならびにコーティング-基板界面における微細組織および微小化学的進化を、光学顕微鏡、電界放出型走査電子顕微鏡（FESEM）、およびエネルギー分散型X線分光法（EDS）を用いて特性評価しました。 5. 研究方法論 研究デザイン: 本研究は探索的研究として設計されました。HPDC A365アルミニウム合金（組成はTable 1参照）を基板材料として使用しました。3つの純金属供給材料（銅、ニッケル、チタン）をCGDSコーティング用に選択しました。電気めっき、無電解めっき、溶融亜鉛めっき、およびCGDSの方法が検討され、CGDSがコーティングの連続性と実験室規模の製造再現性の点で最良であると判断されました。コーティングは基板試料の2つの広い面に堆積されました。堆積後、試料は拡散を促進し、微細組織の変化を観察するために溶体化処理およびT6熱処理を受けました。コーティングされていないA365試料も参照として処理されました。 データ収集・分析方法: 研究トピックと範囲: 本研究は、銅、ニッケル、またはチタンによるCGDS表面改質とそれに続く熱処理を受けたHPDC A365アルミニウム合金の表面および界面下の微細組織および微小化学的発達と進化に焦点を当てました。主なトピックは次のとおりです。 6. 主な結果: 主な結果: 鋳放しおよびCGDS処理（熱処理前）： 溶体化熱処理試料 (Figure
