非鉄金属鋳造

鉄系金属は、その優位性、幅広い機械的特性、および低コストのため、エンジニアリング業界で広く使用されています。それでも、非鉄金属は、一般にコストが高いにもかかわらず、鉄合金と比較してその特定の特性のためにさまざまな用途で使用されています。これらの合金では、加工硬化、時効硬化などによって目的の機械的特性を得ることができますが、鉄合金に使用される通常の熱処理プロセスでは得られません。対象となる主な非鉄材料には、アルミニウム、銅、亜鉛、およびマグネシウムがあります。

1. アルミニウム

すべての非鉄合金の中で、アルミニウムとその合金は、その優れた特性のために最も重要です。エンジニアリング産業で使用される純アルミニウムの特性の一部は次のとおりです。

• 1) 優れた熱伝導率(0.53cal/cm/C)
• 2) 優れた導電率 (376 600/ohm/cm)
• 3) 低質量密度 (2.7 g/cm)
• 4) 低融点(658℃)
• 5) 優れた耐食性
• 6) 無毒です。
• 7) 反射率が最も高く (85 ～ 95%)、放射率が非常に低い (4 ～ 5%)。
• 8) 非常に柔らかく延性があるため、非常に優れた製造特性を備えています。

純粋なアルミニウムが一般的に使用される用途には、電気導体、ラジエーターのフィン材、エアコン ユニット、光学および光反射板、ホイルおよび包装材などがあります。

上記の有用な用途にもかかわらず、純粋なアルミニウムは次の問題のために広く使用されていません。

• 1) 引張強さ（65 MPa）と硬度（20 BHN）が低い
• 2.溶接やはんだ付けが非常に困難です。

アルミニウムの機械的特性は、合金化によって大幅に改善できます。使用される主な合金元素は、銅、マンガン、シリコン、ニッケル、亜鉛です。

アルミニウムと銅は化合物 CuAl2 を形成します。548℃以上の温度で液体アルミニウムに完全に溶解します。これを急冷し人工時効（100～150℃で長時間保持）すると硬化合金になります。エージングされていないCuAl2は、アルミニウムと銅の固溶体から沈殿する時間がないため、不安定な位置にあります（室温で過飽和）。時効プロセスは、CuAl2 の非常に細かい粒子を沈殿させ、合金の強化を引き起こします。このプロセスは溶液硬化と呼ばれます。

使用されるその他の合金元素は、最大 7% のマグネシウム、最大 1.5% のマンガン、最大 13% のシリコン、最大 2% のニッケル、最大 5% の亜鉛、および最大 1.5% の鉄です。これらの他に、チタン、クロム、およびコロンビウムも少量の割合で添加することができます。永久成形およびダイカストで使用されるいくつかの典型的なアルミニウム合金の組成を、それらの用途とともに表 2.10 に示します。これらの材料が恒久的な金型または圧力ダイカストを使用して鋳造された後に期待される機械的特性を表 2.1 に示します。

2.銅

アルミニウムと同様に、純銅も次のような特性があるため、幅広い用途があります。

• 1) 純銅の電気伝導率は、最も純粋な形で高い (5.8 x 105 /ohm/cm)。不純物が少しでもあると、導電率が大幅に低下します。たとえば、0.1% のリンは導電率を 40% 低下させます。
• 2) 熱伝導率が非常に高い (0.92 cal/cm/C)
• 3）重金属（比重8.93）です。
• 4) ロウ付けで容易に接合できます。
• 5) それは腐食に抵抗します、
• 6) きれいな色です。

純銅は、電線、バスバー、伝送ケーブル、冷蔵庫のチューブ、配管の製造に使用されます。

最も純粋な状態の銅の機械的特性はあまり良くありません。柔らかく比較的弱いです。機械的特性を改善するために有利に合金化することができます。使用される主な合金元素は、亜鉛、スズ、鉛、リンです。

銅と亜鉛の合金は真鍮と呼ばれます。亜鉛含有量が最大 39% の銅は、単相 (α 相) 構造を形成します。このような合金は延性が高い。合金の色は、亜鉛含有量が 20% までは赤色のままですが、それを超えると黄色になります。β 相と呼ばれる 2 番目の構造成分は、亜鉛の 39 ～ 46% の間に現れます。硬度の増加の原因となっているのは、実際には金属間化合物 CuZn です。少量のマンガンとニッケルを添加すると、黄銅の強度がさらに向上します。

銅と錫の合金は青銅と呼ばれます。ブロンズの硬度と強度は、スズ含有量の増加とともに増加します。錫の割合が 5 を超えると、延性も低下します。アルミニウムも追加すると (4 ～ 11%)、得られる合金はアルミニウム青銅と呼ばれ、耐食性が大幅に向上します。青銅は、高価な金属であるスズが含まれているため、真鍮に比べて比較的高価です。

3. その他の非鉄金属

亜鉛

亜鉛は、融点が低く（419.4 C）、亜鉛の純度が高くなるほど耐食性が高くなるため、主にエンジニアリングで使用されます。耐食性は、表面の保護酸化被膜の形成によって引き起こされます。亜鉛の主な用途は、鋼を腐食から保護するための亜鉛メッキ、印刷業界、およびダイカストです。

亜鉛の欠点は、変形条件下で強い異方性が示されること、エージング条件下での寸法安定性の欠如、低温での衝撃強度の低下、および粒界腐食の影響を受けやすいことです。引張強度と硬度が大幅に低下するため、95.C 以上の温度での使用はできません。

ダイカストで広く使用されているのは、必要な圧力が低いため、他のダイカスト合金と比較して金型の寿命が長くなるからです。また、機械加工性にも優れています。亜鉛ダイカストで得られた仕上げは、多くの場合、パーティング プレーンに存在するバリの除去を除いて、その後の処理を保証するのに十分です。

マグネシウム

軽量で優れた機械的強度があるため、マグネシウム合金は非常に高速で使用されます。同じ剛性の場合、マグネシウム合金は C25 鋼の重量の 37.2% しか必要としないため、重量を節約できます。使用される 2 つの主要な合金元素は、アルミニウムと亜鉛です。マグネシウム合金は、砂型鋳造、永久鋳型鋳造、またはダイカストにすることができます。砂型鋳造マグネシウム合金部品の特性は、永久鋳型鋳造またはダイカスト部品の特性に匹敵します。ダイカスト合金は一般に、コストを削減するために二次金属から製造できるように、高い銅含有量を持っています。それらは、自動車のホイール、クランクケースなどの製造に使用されます。含有量が多いほど、圧延部品や鍛造部品などのマグネシウム鍛造合金の機械的強度が高くなります。マグネシウム合金は、ほとんどの従来の溶接プロセスで容易に溶接できます。マグネシウム合金の非常に有用な特性は、その高い機械加工性です。低炭素鋼と比較して、機械加工に必要な電力は約 15% のみです。