第９回砂型アルミ鋳造雑学講座

皆さんこんにちは！

株式会社長川原金属、更新担当の中西です。

 

本日は第９回砂型アルミ鋳造雑学講座！

今回は、砂型アルミ鋳造における耐久性を向上させるための重要な要素や技術について深掘りしていきます♪

 

アルミ鋳造は、軽量で高い強度を持つアルミニウムをさまざまな形状に加工するための重要な製造プロセスです。中でも「砂型鋳造（サンドキャスト）」は、複雑な形状の部品を比較的安価に製造できるため、自動車・航空機・産業機械・電気機器など幅広い分野で活用されています。

しかし、鋳造されたアルミ製品が長期間にわたり機能を維持するためには、耐久性が重要なポイントになります。砂型アルミ鋳造の耐久性は、材料の選定・鋳造プロセス・熱処理・表面処理・使用環境といった複数の要因によって決まります。

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1. 砂型アルミ鋳造の特徴と耐久性への影響

① 砂型鋳造とは？

砂型鋳造は、砂を使って作られた「鋳型（いがた）」に溶けたアルミニウムを流し込み、冷却・凝固させることで製品を作る方法です。

砂型鋳造のメリット
✅ 複雑な形状が製造可能（薄肉・肉厚部の調整がしやすい）
✅ 低コストで試作や小ロット生産に適している
✅ 幅広いサイズの製品を製造できる

砂型鋳造のデメリット
❌ 金型鋳造に比べて寸法精度がやや劣る
❌ 鋳肌（表面）が粗くなりやすい
❌ 鋳造欠陥（ピンホール・介在物など）が発生しやすい

このような特徴を踏まえた上で、砂型アルミ鋳造の耐久性を高めるにはどうすればよいのか、詳しく見ていきます。

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2. 砂型アルミ鋳造の耐久性を左右する要因

① 材料の選定

アルミニウム合金は、使用環境や求められる特性に応じて選定する必要があります。特に耐久性に関しては、強度・耐食性・耐熱性が重要です。

代表的なアルミ合金とその特徴：

• AC2A（Al-Cu合金）：高強度だが、耐食性はやや低い → 航空機・エンジン部品向け
• AC4C（Al-Si合金）：耐摩耗性・耐食性が優れ、鋳造性も良好 → 自動車部品・産業機械向け
• AC7A（Al-Mg合金）：耐食性が非常に高く、軽量 → 船舶部品・耐海水用途

適切な合金を選定することで、耐久性を向上させることができます。

② 鋳造プロセスの最適化

鋳造の際に発生する内部欠陥（ピンホール、縮み、介在物）は、製品の強度や寿命に大きく影響します。

耐久性向上のための対策：

✅ 溶湯処理（脱ガス処理）：アルミ溶湯内のガスを除去し、気孔（ピンホール）を抑える。
✅ 適切な鋳込み速度：急激な温度変化を防ぎ、均一な凝固を促進する。
✅ 適切な冷却速度の管理：内部応力を抑え、割れや歪みを防ぐ。

これらの工程を厳密に管理することで、鋳造製品の強度と耐久性を向上させることができます。

③ 熱処理による強化

砂型アルミ鋳造の耐久性を高めるためには、適切な熱処理が不可欠です。特に、T6処理（固溶化熱処理＋時効硬化処理）は、強度向上に有効です。

• T6処理の流れ
  1. 500℃前後で溶体化熱処理（均質化）
  2. 急冷（焼入れ）で組織を安定化
  3. 150～200℃で人工時効（析出強化）を行い、機械的性質を向上

この処理を施すことで、アルミの引張強度や疲労強度が向上し、耐摩耗性・耐衝撃性も高まるため、長期間の使用に耐えられる製品ができます。

④ 表面処理による耐久性向上

アルミ鋳造品は、そのままだと耐摩耗性や耐食性が低いため、適切な表面処理を施すことで耐久性を向上させることができます。

主な表面処理の種類：

• アルマイト処理（陽極酸化処理）

  • 耐食性・耐摩耗性を向上させる
  • 電気的絶縁性を付与
  • 航空・自動車部品に多用される

• Teflon（テフロン）コーティング

  • 低摩擦性を持たせ、摺動部品の耐久性を向上
  • 耐薬品性も向上し、特殊用途向けに採用される

• 溶射（セラミックコーティング）

  • 高温環境下での耐久性向上
  • 産業用機械やエンジン部品などに利用される

製品の使用環境に合わせた適切な表面処理を施すことで、耐久性を飛躍的に向上させることができます。

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3. 砂型アルミ鋳造品の耐久性向上のための管理ポイント

砂型アルミ鋳造の耐久性を維持するためには、製造後の適切なメンテナンスや品質管理も重要です。

✅ 製品の寸法検査（X線CTスキャン、超音波探傷）
✅ 使用環境に適したコーティングや防錆処理を施す
✅ 定期的な検査と予防保全を実施し、摩耗や劣化を早期発見

これらを徹底することで、製品の寿命を延ばし、安全性を確保することができます。

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4. まとめ——砂型アルミ鋳造の耐久性を最大化するために

砂型アルミ鋳造の耐久性は、材料選定・鋳造プロセスの最適化・熱処理・表面処理・品質管理といった多くの要素に左右されます。

✅ 耐久性の高いアルミ合金を選定する
✅ 鋳造時の欠陥を最小限に抑えるプロセス管理を徹底する
✅ T6処理などの熱処理を適用し、強度を向上させる
✅ アルマイトやテフロンコーティングなどの表面処理を活用する

これらのポイントを押さえることで、長期間にわたって高性能を維持できるアルミ鋳造品を生み出すことができます。

 

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