鋳造材料は、鉄系と非鉄系に分類されます。前回は、鉄系鋳造材料を紹介しました。今回取り上げるのは、非鉄系鋳造材料です。銅合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金について、詳しく紹介します。
第4回「非鉄系鋳造材料の種類」を解説していきます。
1. 銅合金の種類と性質
銅合金による鋳造品（銅鋳物）の特徴は、電気伝導、熱伝導、耐食性、強度、耐摩耗性、軸受特性に優れ、鋳肌がきれいなどです。銅合金の鋳造法として、最も多く用いられるのは砂型鋳造です。その他にも、重力金型鋳造、ダイカストなどがあります。銅鋳物には大きく分けて、純銅鋳物、黄銅鋳物、高力黄銅鋳物、青銅鋳物の4種類があります（表1）。
・純銅鋳物
純銅鋳物は、純度の違いにより、さらに3種類に分けられます（CAC101、102、103）。優れた熱伝導・電気伝導率を生かして、架線金具、電気機器の部品全般、電極ホルダーなどに使用されます。
・黄銅鋳物
黄銅鋳物は、銅Cuと亜鉛Znの合金で、真鍮（しんちゅう）とも呼ばれます。鋳造性に優れ、耐食性や耐磨耗性などの性質も備えています。主な用途は、電機部品、計器部品、建築金具、日用品、雑貨品などです。黄銅鋳物に、アルミニウムAl、鉄Fe、マンガンMn、スズSn、ニッケルNiなどを添加したものが、高力黄銅鋳物です。耐食性や耐磨耗性に優れた合金で、船舶用プロペラ軸受けなどに使用されます。
・青銅鋳物
青銅鋳物は、銅CuとスズSn、亜鉛Zn、鉛Pbの合金です。鋳造性、耐圧性、耐摩耗性、耐食性に優れ、鋳肌もきれいです。ただし、熱伝導・電気伝導性、機械的性質は、黄銅よりも劣ります。軸受、バルブ、ポンプ胴体などの機械部品のほか、景観鋳物、美術鋳物などにも使用されます。青銅にリンPを添加したりん青銅や、鉛Pbを添加した鉛青銅、アルミニウムAlを添加したアルミニウム青銅、ケイ素Siを添加したシルジン青銅などがあります。最近では人体や環境に有害な鉛Pbの代わりに、ビスマスBiやセレンSeを添加した合金も使用されています。
2. アルミニウム合金の種類と性質
アルミニウム合金鋳物は軽量で、熱伝導・電気伝導性、耐食性、機械的性質、リサイクル性に優れ、外観もきれいです。アルミニウム合金の鋳造法として、最も多く用いられるのはダイカストです。その他にも、砂型鋳造、重力金型鋳造などが用いられます。アルミニウム合金鋳物は、Al-Cu系合金、Al-Si系合金、Al-Mg系合金に大別されます。表2に、使用頻度の高いアルミニウム合金をまとめました。
・Al-Cu 系合金
Al-Cu系合金には、Al-Cu-Mg系合金、Al-Cu-Si系合金、Al-Cu-Ni-Mg系合金の種類があります。Al-Cu-Mg系合金は、強じん性、切削性、電気伝導性に優れ、自転車用部品や航空機用油圧部品などに使用されます。Al-Cu-Si系合金は、機械的性質、鋳造性、被削性、溶接性に優れ、シリンダーヘッド、マニホールド、足回り部品などの自動車部品などに広く使用されます。Al-Cu-Ni-Mg系合金は、高温強度、切削性、耐摩耗性に優れ、空冷シリンダーヘッド、航空機用エンジン部品などに使用されます。
・Al-Si 系合金
Al-Si 系合金には、Al-Si系合金、Al-Si-Mg系合金、Al-Si-Cu系合金、Al-Si-Cu-Mg系合金、Al-Si-Cu-Ni-Mg系合金、Al-Si-Cu-Mg-Ni系合金の種類があります。Al-Si系合金は、流動性が良く、耐食性、溶接性に優れています。ただし、機械的特質、被削性に劣り、ケース類、カバー類などの薄肉、複雑な形状の鋳物に使用されます。Al-Si-Mg 系合金は、鋳造性・機械的性質に優れ、エンジン部品、車両部品、船舶用部品などに使用されます。特にAC4CHは、不純物の含有が厳しく規制された合金で、自動車用ホイールなど保安部品に使用されます。Al-Si-Cu系合金は、耐食性に劣るものの、鋳造性、機械的性質に優れ、自動車用、電気機器用、産業機械用部品など広い分野で利用されています。ダイカストで使用されるADC10やADC12は、この合金系に属します。Al-Si-Cu-Mg 系合金は、鋳造性、機械的性質に優れ、耐圧性が要求される部品に使用されます。Al-Si-Cu-Ni-Mg系合金、Al-Si-Cu-Mg-Ni系合金は、熱膨張係数が小さく、耐摩耗性、耐熱性に優れ、自動車エンジンのピストンに使用されます。
・Al-Mg 系合金
Al-Mg系合金は、耐食性に優れ、機械的性質、切削性ともに良好です。ただし、鋳造性は良くありません。ダイカスト用合金であるADC5、ADC6は、この合金系に属します。船舶部品、食料用器具、化学用部品などに使用されます。
3. マグネシウム合金の種類と性質
全8回で下記の内容を解説しています。
- 第1回 鋳造加工の特徴と材料
- 第2回 鋳造加工の種類
- 第3回 鉄系鋳造材料の種類
- 第4回 非鉄系鋳造材料の種類
- 第5回 砂型鋳造とは？
- 第6回 金型鋳造とは？
- 第7回 鋳巣の種類と検査方法
- 第8回 鋳物の設計
