アルミニウムダイカストの気孔発生：原因と対策

要点まとめ

アルミニウムダイカストにおける気孔とは、金属が凝固する際に内部に形成される微小な空洞または穴のことを指します。この一般的な製造欠陥は主に2種類に分類されます。すなわち、ガスが閉じ込められることによって生じる「ガス気孔」と、冷却中に体積が収縮することによって生じる「収縮気孔」です。気孔は部品の構造的強度、耐圧性および表面品質を低下させ、場合によっては部品の破損につながる可能性があります。しかし、材料の品質、金型設計およびダイカスト工程に対する正確な制御を行うことで、効果的に管理および最小化することが可能です。 その原因を理解することは、防止への第一歩です 予防への鍵となります。

アルミニウムダイカストにおける気孔の定義

高圧ダイカストの世界では、完璧で一体感のある部品を製造することが最終的な目標です。しかし、製造業者が直面する一般的な課題として、気孔（ポロシティ）があります。簡単に言うと、気孔とは完成した鋳造品内部に存在する、小さな不要な空洞、穴、または空気の pockets のことです。製造の専門家によると、この欠陥は最終製品の機械的特性や性能を直接損なうため、主要な懸念事項となっています。これらの空洞は、部品の強度、耐久性、疲労抵抗性を著しく低下させる可能性があります。

気孔は単一の種類の欠陥ではなく、部品の使用性に影響を与えるさまざまな形態で現れます。これらの形態は一般的に、その位置と連結性に基づいて分類されます。

• ブラインド気孔： これらは鋳造品の表面に開いているが、部品全体には貫通していない空洞です。構造的には部品を弱めるものではない場合でも、陽極酸化処理などの後処理工程で使用される液体や洗浄用化学薬品を内部に閉じ込めてしまい、時間の経過とともに表面の欠陥や腐食を引き起こす可能性があります。
• 貫通気孔: このタイプは、鋳造品の一つの表面から別の表面へと連続的につながる漏れ経路を作り出します。流体貯蔵タンクや空圧用ハウジングなど、気密性が求められる部品においては、貫通気孔は致命的な欠陥となり、その部品を使用不能にする原因となります。
• 完全封鎖気孔: これらは鋳造品の内部に完全に密封された空洞です。外側からは見えないため問題とはならないことが多いですが、後続の機械加工工程で露出した場合に、ブラインド気孔または貫通気孔として問題を引き起こす可能性があります。

気孔の影響は深刻であり、特に自動車や航空宇宙部品のような重要用途では顕著です。気孔のある部品は応力下で破損したり、流体やガスを漏らしたり、機械加工後の表面仕上げが悪くなる可能性があります。したがって、高品質な製造プロセスにおいては、その発生原因を理解することが不可欠です。

主なタイプ：ガス気孔と収縮気孔

気孔の発生にはさまざまな要因がありますが、その欠陥はほぼ常に閉じ込められたガスまたは金属の収縮という2つの根本的な原因のいずれかに起因しています。これらの2つを区別することは、外観や根本的原因が異なるため、効果的なトラブルシューティングと予防にとって極めて重要です。 それぞれのタイプは独自の課題を呈する そして、異なる対策を必要とする。

ガス気孔

ガス偏析は、注入および凝固プロセス中に溶融アルミニウム内にガスが閉じ込められることによって引き起こされます。主な原因は水素であり、これは溶融状態のアルミニウムには非常に溶け込みやすいですが、固体状態では溶け込みにくくなっています。また、金型キャビティ内に閉じ込められた空気も原因となります。金属が冷却されるにつれて、溶解していたガスが析出し、気泡を形成します。これらの気泡は金属が硬化する際に周囲で永久的に閉じ込められます。ガス孔は通常、滑らかで球状または楕円形の形状をしており、鋳造品の表面近くによく見られます。

収縮気孔

収縮孔は、アルミニウムが他のほとんどの金属と同様に、液体状態よりも固体状態の方が密度が高いために発生します。溶融金属が冷却されて凝固する際、体積が収縮します。この収縮によって生じる空隙を埋めるだけの溶融金属が供給されない場合、空洞が形成されます。この欠陥は、最後に凝固する鋳造品の厚い部分で最もよく見られます。気孔のなめらかな泡とは異なり、収縮孔はぎざぎざした角ばった、あるいは線状の亀裂として現れます。これは凝固の最終段階における溶融金属の供給不足に起因する直接的な結果です。

両者の違いを明確にするために、2つの主要な気孔タイプを比較して示します。

根本 的 な 原因 と 積極 的 な 予防 策

毛孔 を 防ぐ こと は,製造 後 の 欠陥 の ある 部品 に 対処 する より,はるかに 効果 的 で 経済的 です. 成功する予防戦略には,模具設計,材料,鋳造プロセス自体に対応する全体的なアプローチが必要です 鍵変数を制御することで,製造者はガスと収縮の欠陥の両方の発生を大幅に減らすことができます.

ガス に 関係 し て いる 原因 に 対処 する

ガス孔隙は,金属にガスが入ったり,金属を模具に閉じ込めたりすることで生じる. 予防はガスを排除することに 焦点を当てています

• 制御 溶融質: 水分を含んだ原材料を使用すると、溶融アルミニウム中に水素ガスが発生するため、清潔で乾燥した原材料を使用してください。鋳造前に窒素またはアルゴンによる脱気処理を行うことが非常に効果的な方法です。
• 潤滑剤の塗布を最適化する： 必要不可欠ではありますが、過剰または不適切に塗布された金型潤滑剤は射出時に蒸発し、ガスを発生させて閉じ込めてしまう可能性があります。高品質な潤滑剤を最小限の量だけ均等に使用してください。
• 適切な排気を確保する： 溶融金属が注入される際にキャビティ内の空気が逃げられるよう、金型には十分なベント穴およびオーバーフロー通路が必要です。詰まりや設計不良のベント穴は、空気の巻き込みの主な原因となります。
• 射出プロセスを制御する： 乱流による充填は空気を金属内に混入させる可能性があります。ショット速度および圧力プロファイルを最適化することで、金属の流れの前方にある空気を押し出すような、滑らかで段階的な充填が実現できます。

収縮関連要因の制御

鋳造の冷却を制御することで 物理と戦うのです 密度は 厚い部分に 完全に固体になるまで 溶融金属の供給が 安定しているようにすることです

• 金属圧力を維持する 圧迫型鋳造の高圧相は収縮を防ぐために重要です. 工業 専門家 が 説明 し て いる よう に,強化 装置 は 固化 の 過程 に 巨大 な 圧力 を 施し,溶融 し た 金属 を 収縮 穴 を 形成 する よう に 強制 する. 十分な静的圧力と強圧を維持する 重要なことです
• 圧縮温度を最適化する 温度は不均等で 縮小しやすい熱点が生じる 製造者は,戦略的に配置された冷却と加熱チャネルを模具の中に使用することで,方向性固化を促進し,鋳物がゲートに向かって徐々に凍結し,溶融金属で継続的に供給できるようにします.
• パーツとダイスデザインを改良する: 均一な肉厚で部品を設計することは、収縮を回避する最良の方法です。厚みのある部分が避けられない場合は、ゲート付近に配置することが望ましいです。鋭い角度の代わりに、十分なフィレットや丸めた角部を使用することで、孤立したホットスポットの発生を防ぎます。

最終的には、気孔の防止は堅牢な設計および製造プロセスから始まります。工程管理において深い専門知識を持つサプライヤーと提携することは極めて重要です。例えば、自動車部品に関してIATF16949認証を取得しているサプライヤーは、プロジェクトの初期段階から気孔などの欠陥の根本原因に対処するために、厳格な品質管理および自社内での金型設計を重視しています。

気孔を検出するための検査方法

表面に現れる気孔ばかりではないため、製造業者は部品が品質基準を満たしていることを確認するために、さまざまな検査方法を用います。これらの技術は一般的に非破壊検査（NDT）と呼ばれており、部品を損傷させることなく内部の欠陥を検出できます。適切な方法の選定は、部品の重要度、疑われる気孔の種類、および予算の制約によって異なります。

一般的な検査技術には以下のようなものがあります：

• 視覚検査 水疱や開口部などの表面レベルの気孔を特定するために使用される最も簡単な方法です。実施は容易ですが、内部の欠陥を検出することはできません。
• X線検査（放射線検査）： 内部の気孔を検出する最も信頼性の高い方法の一つです。部品にX線を照射し、得られる画像で密度の違いを確認します。空洞部はレントゲン画像上でより暗い斑点として現れ、検査担当者はその大きさ、形状、位置を確認できます。
• コンピュータ断層撮影（CT）スキャン： X線の高度な形態であるCTスキャンは、部品の完全な3Dモデルを作成し、内部および外部のすべての特徴を包括的に表示します。気孔の正確な体積や分布を特定するのに非常に高精度ですが、最も高価な方法でもあります。
• 圧力試験: この方法は、気密性が求められる部品内の貫通気孔を検出するために特に使用されます。鋳造品を密封し、空気または液体で加圧します。水中に浸した際に圧力の低下または気泡の発生があれば、漏れ経路があることを示します。

多くの場合、ASTMインターナショナルなどの規格が、特定の用途において許容される気孔の量およびサイズを定義しています。鋳造の専門家が指摘しているように、これらの非破壊検査法は、部品が使用開始前に必要な品質および安全基準を満たしていることを確認するために極めて重要です。 この検証は製造プロセスにおける重要な一工程です .

よく 聞かれる 質問

1. アルミ鋳造における気孔の原因は何ですか？

アルミニウム鋳造における気孔は主に2つの要因によって引き起こされます。1つ目は凝固過程での水素ガスの溶解およびその後の放出（ガス気孔）、もう1つは金属が液体から固体へ冷却される際の体積減少または収縮（収縮気孔）です。その他の要因としては、換気が不十分なことによる空気の巻き込み、過剰な金型潤滑剤、および金属圧力の不均一さが挙げられます。

2. ダイカストの気孔率とは何ですか？

ダイカストにおいて、気孔とは鋳造部品の金属構造内部に存在する微小な穴、空隙、または気泡を指します。これは部品の密度や機械的強度を低下させるため欠陥と見なされ、特に気密性が求められる部品では漏れ経路を生じる可能性があります。

3. アルミニウム鋳造の気孔をどのように確認しますか？

アルミニウム鋳造品の気孔は、いくつかの非破壊検査（NDT）法を用いて確認できます。目視検査では表面欠陥を識別でき、圧力試験は漏れの検出に使用されます。内部の空洞については、X線検査（レントゲン撮影）および工業用CTスキャンが最も効果的な方法であり、部品を損傷させることなく内部の気孔の大きさ、形状、位置を明らかにすることができます。

4. 鋳造時の気孔を避ける方法は？

気孔を避けるには、鋳造プロセス全体を制御する必要があります。主な対策として、清潔で乾燥し、適切に脱ガスされた溶融金属を使用すること、十分なベントとオーバーフローを持つ金型設計を行うこと、射出速度および圧力を最適化すること、均一な冷却を確保するために金型温度を一定に保つこと、収縮を最小限に抑えるために肉厚が均一な製品設計を行うことが挙げられます。