アルミニウム合金の特性に及ぼすアルミニウム合金中の元素の影響

元素アルミニウム

アルミニウムは記号Al、原子番号13の非常に一般的な元素であり、その埋蔵量は地殻に次いで2番目である。酸素歌で応えるケイ素含有量8.3%で第3位にランクされ、地殻中で最も豊富な金属元素である。

アルミニウム

アルミニウムは軽金属材料のひとつで、基本的に一定量の他の合金元素が添加されている。アルミニウムアルミニウムの一般的な特性に加えて、合金元素の種類と量の違いにより、特定の合金特性も持っています。アルミニウム合金の密度は2.63~2.85g/cm3で、高強度（σb 110~650MPa）であり、良好な鋳造特性と塑性加工特性、良好な電気伝導性と熱伝導性、良好な耐食性と溶接性を有し、構造材料として使用することができる。キャスティング製品は、航空宇宙、航空、輸送、建設、電気機械、軽化学、生活必需品、プレス、鍛造に広く使用されています。

アルミニウム合金の強度に及ぼす添加元素の影響

銅は金属元素（Cu）、マグネシウム（Mg）、ケイ素（Si）、鉄（Fe）、マンガン（Mn）、ニッケル（Ni）、亜鉛（Zn）等であり、以下にアルミニウム合金の性能に影響を与える元素を紹介する。

1.銅（Cu）

銅はアルミニウム合金の重要な合金元素であり、CuAlの時効析出に加えて、固溶体強化もある。₂時間的な強化効果も大きい。

バンテージ::固溶体強化および適時強化効果は良好であり、強化効果が最良の場合、銅含有量は4%から6.8%であるため、硬質アルミ合金の銅含有量のほとんどはこの範囲にある。銅の含有量を増やすと、合金の移動度、引張強さ、硬さが向上し、機械的性質と加工性が改善されます。

欠点::耐食性と塑性を低下させ、熱亀裂の傾向を強める。

2.マグネシウム（Mg）

マグネシウムによるアルミニウムの強化は著しい。マグネシウムを1%添加するごとに、引張強さは約34MPa増加する。マンガンの添加量が1%より少なければ、強化効果が増加する可能性がある。したがって、マンガンの添加により、マグネシウムの含有量を低減し、熱間割れの傾向を低減することができる。また、マンガンによってMg₅アル₈平均的な複合析出により耐食性と溶接機能を向上。

バンテージ::引張強さと降伏限界を高め、合金の切削加工特性を向上させる。

欠点::Mg₂Siは鋳物を脆くする。

3.シリコン（Si）

Mg₂アルミニウムに対するSiの最大溶解度は1.85%であり、温度とともに減少する。変形アルミニウム合金では、ケイ素単独添加アルミニウム板は溶接材料に限定され、ケイ素添加アルミニウムも一定の強化効果を有する。

バンテージ::合金の鋳造性を向上させる。ケイ素とアルミニウムは、合金の高温形状を改善し、収縮を低減し、ホットクラックの傾向がない固体溶質を形成することができる。引張強さ、硬さ、切削性、高温強度を向上させ、伸びを減少させる。

欠点::シリコン（Si）の結晶析出は、遊離シリコンのハードスポットが出現しやすいので、切断性が悪く、溶解効果の鋳造るつぼ上の高シリコンアルミニウム合金は深刻です。

4.鉄（Fe）

バンテージ::鉄の含有量が0.6％の場合、アルミニウム合金は金型に強い付着効果を持ち、特に強い、すなわち金型から容易に離れない。鉄の含有量が0.6%を超えると、鋳型の付着現象が大幅に減少する。

欠点::アルミニウム合金に鉄が多く含まれる場合、鉄はFealとなる。₃フェ₂アル₇とAl-Si-Feフレークまたは針状組織が合金中に存在し、ハードスポットを形成する金属化合物を生成する。この組織はまた、機械的特性を低下させ、熱間割れを増加させ、鋳物を脆くする。また、1.2%を超える鉄（Fe）当量も存在し、合金の流動性を低下させ、鋳造品質を損ない、ダイカスト装置の金属部品の寿命を縮める。

5.マンガン（Mn）

マンガンの固溶体中の最大溶解度は1.82%である。マンガン含有量が0.8%のとき、合金強度は溶解度とともに増加し、伸びは最大に達する。アル-マンガン合金は長・短時間硬化合金であり、すなわち熱処理によって強化されることはない。

バンテージ::合金の強度は溶解度の増加とともに増加する。伸びはマンガン含有量が0.8%の時に最大値に達する。マンガン(Mn)はアルミニウム合金の再結晶プロセスを妨げ、再結晶温度を上昇させ、再結晶粒を著しく微細化する。再結晶粒の微細化は主にMnal₆化合物の拡散プラズマは再結晶粒の成長を妨げる。₆もうひとつの効果は、不純物の鉄（Fe）を溶解して（Fe, Mn）Alを形成することである。₆アルミニウム合金の薄片状または針状の組織が、鉄から微細な結晶組織に変化することで、鉄の有害な影響が軽減される。

欠点::マンガンが過剰に含まれていると偏析の原因となる。

6.ニッケル（Ni）

バンテージ::引張強度と硬度を高める傾向があり、耐食性にも大きな影響を与える。

欠点::耐食性と熱伝導性の低下。

7.亜鉛（Zn）

バンテージ::亜鉛とマグネシウムはアルミニウムに同時に添加され、強化相Mg/Znを形成する。₂によって、合金は著しく強化される。

欠点::応力腐食割れ傾向。