1.合金元素の影響

銅元素（Cu）

アルミニウムと銅の合金アルミニウムに対する銅の最大溶解度は548℃で5.65%であり、302℃では0.45%まで低下する。銅は重要な合金元素であり、固溶体強化に寄与する。さらに、時効処理中のCuAl2の析出は、顕著な時効硬化効果を示す。

一般的に、アルミニウム合金中の銅含有量は2.5%から5%の範囲であり、最も効果的な強化が見られるのは銅含有量が4%から6.8%の間である。従って、ほとんどの硬質アルミニウム合金の銅含有量はこの範囲内にあります。

Al-シリコン（Si）合金

の中で アルミシリコン合金 シリーズでは、アルミニウムリッチ相へのケイ素の最大溶解度は、共晶温度577℃で1.65%である。溶解度は温度の低下とともに低下するが、これらの合金は一般的に強化のための熱処理ができない。アルミニウム-シリコン合金は優れた鋳造特性と耐食性を示す。

アルミニウム-マグネシウム-シリコン合金は、アルミニウムにマグネシウムとシリコンを結合させて作られる。これらの合金の強化相はMgSiである。この相のマグネシウムとシリコンの比率は1.73対1である。

A-Mg-Si合金を設計する際、技術者はこの比率に従ってマグネシウムとシリコンの含有量を比例させる。Al-Mg-5i合金の中には、強度を高めるために適量の銅を加え、銅の耐食性への悪影響を打ち消すためにクロムを加えたものもある。

Al-Mg2Si合金では、アルミニウムに溶解できるMg2Siの最大量は、アルミニウムリッチ相で1.85%である。この量は温度が上昇するにつれて減少する。変形可能なアルミニウム合金では、ケイ素は溶接材料としてのみアルミニウムに単独で添加され、ある程度の強化にも寄与する。

マグネシウム元素（Mg）

の中で アルミマグネシウム合金 シリーズでは、アルミニウムに対するマグネシウムの溶解度は温度とともに低下する。しかし、ほとんどの工業用変形性アルミニウム合金では、マグネシウム含有量は6%以下であり、ケイ素含有量も低い。これらの合金は強化のための熱処理はできないが、良好な溶接性、耐食性、適度な強度を示す。

マグネシウムはアルミニウムを著しく強化し、マグネシウムを1%添加するごとに引張強さが約34MPa増加する。1%未満のマンガンを添加することで、補足的な強化が可能である。このように、マンガンの添加はマグネシウム含有量を減少させ、熱間クラックの傾向を減少させ、耐食性と溶接性を向上させることができる。さらに、マンガンは、Mg5Al8 の均一な析出を促進し、耐食性と溶接性を向上させることができる。

マンガン元素 (Mn)

Al-Mn系合金では、658℃で固溶体に溶解するマンガンの量は1.82%が最大である。合金強度は溶解度の増加とともに連続的に増加し、マンガン含有量0.8%で最大伸びに達する。Al-Mn合金は非熱処理性硬化合金であり、熱処理によって強化することはできません。

マンガンはアルミニウム合金の再結晶プロセスを抑制し、再結晶温度を上昇させ、再結晶粒を著しく微細化することができる。再結晶粒の微細化は主に、再結晶粒の成長を妨げるMnAl6化合物粒子の分散によって達成される。MnAl6のもう一つの機能は、不純物である鉄を溶解し、(Fe, Mn)Al6を形成し、鉄の有害な影響を低減することである。

マンガンはアルミニウム合金において重要な元素であり、単独で添加してAl-Mn二元合金を形成することも、他の合金元素と共に添加することもできる。そのため、ほとんどのアルミニウム合金はマンガンを含んでいます。

亜鉛元素（Zn）

アルミニウム-亜鉛合金系では、275℃でアルミニウムに対する亜鉛の溶解度は31.6%であり、125℃では5.6%に減少する。アルミニウムに亜鉛を単独で添加した場合、変形条件下での強度向上は限定的であり、応力腐食割れを引き起こす傾向があるため、その用途は限定される。

アルミニウムに亜鉛とマグネシウムを同時に添加して強化相Mg/Zn2を形成すると、合金は著しく強化される。Mg/Zn2含有量を0.5%から12%に増加させると、引張強さと降伏強さが顕著に向上する。マグネシウム含有量がMg/Zn2相の形成に必要な量を超える超硬アルミニウム合金では、耐応力腐食割れ性を最大化するために、亜鉛とマグネシウムの比率を約2.7に制御する。

Al-Zn-Mg系基合金に銅を添加してAl-Zn-Mg-Cu系合金を形成すると、アルミニウム合金の中で最大の強化効果が得られるため、航空宇宙、航空、電力産業において重要なアルミニウム合金材料となる。

2.微量元素の影響

鉄とケイ素の元素（Fe-Si）

鉄はAl-Cu-Mg-Ni-Fe系鍛造用アルミニウム合金に合金元素として添加され、珪素はAl-Mg-S系鍛造用アルミニウムやAl-Si系溶接棒、アルミニウム-珪素系鋳造用合金に添加される。鉄とシリコンは他のアルミニウム合金では一般的な不純物元素であり、合金特性に大きな影響を与える。これらは主にFeCl₃と遊離ケイ素として存在する。

ケイ素が鉄を上回るとB-FeSiA13 (またはFe2S2Al9)相が形成され、鉄がケイ素を上回るとα-Fe2SiAl8 (またはFe3i2Al12)相が形成される。鉄とケイ素の比率が不適切だと鋳物に割れが生じ、アルミニウム鋳物中の鉄が過剰だと脆くなる。

チタンおよびホウ素元素（Ti-B）

チタンはアルミニウム合金において一般的に使用される添加剤であり、Al-TiまたはAl-Ti-B基合金の形で添加される。チタンはアルミニウムと共にTiAl2を形成し、晶析中に非自発的核生成核として作用し、鋳造と溶接の両方の組織を微細化する。Al-Ti系合金では、発熱反応の臨界チタン含有量は約0.15%であり、ホウ素の存在下では0.01%に減少する。

クロム元素（Cr）

クロムは、Al-Mg-Si系合金、Al-Mg-Zn系合金、Al-Mg系合金の一般的な添加剤である。600℃におけるアルミニウムへのクロムの溶解度は0.8%であり、室温ではほとんど溶解しない。

クロムは、(CFe)Al7や(CrMn)Al12のような金属間化合物を形成し、再結晶時の核生成や成長過程を妨げ、合金にある程度の強度を与え、靭性を向上させ、応力腐食割れ感受性を低下させる。しかし、急冷感受性を高め、黄色い陽極酸化皮膜をもたらす可能性がある。アルミニウム合金中のクロム含有量は一般的に0.35%を超えず、遷移元素含有量の増加とともに減少する。

ストロンチウム元素 (Sr)

ストロンチウムは、冶金における金属間化合物の挙動を変化させる表面活性元素である。したがって、改質処理にストロンチウムを使用すると、合金の塑性加工性と最終製品の品質が向上する。

その長い有効改質時間、優れた効果および再現性により、ストロンチウムは近年Al-Si鋳造合金においてナトリウムに代わって使用されている。押出アルミニウム合金に0.015%-0.03%ストロンチウムを添加すると、β-AlFesi相がα-AlFesi相に変化し、均質化時間が短縮される。

アルミニウム合金に含まれる様々な元素の複雑な影響を理解することは、材料特性を最適化し、業界全体の性能を向上させる上で極めて重要です。航空宇宙、自動車、建築、その他アルミニウム合金を利用するあらゆる分野で、この知識を活用することは、製品設計、製造工程、最終製品の品質における革新と進歩につながります。今すぐお問い合わせください： https://gree-ge.com/die-casting/