2024.01.31

Silafont-36の材質と特徴

概要

Silafont-36とは、アルミニムダイカストに使用されるAl-10%Si-Mn-Mg系の合金です。Audi A8を皮切りに、軽量化のために様々な自動車メーカーに採用されています。高い鋳造性と高い靭性を併せ持つ構造用アルミニウム合金です。本記事では、Silafont-36の材質と特徴について詳しく紹介します。
取り扱う部品の化学成分、製品写真、物理的性質、機械的性質のデータはRheinfelden社のカタログから引用しています1)。かなり詳細に記述されていますので、おもしろいですよ。

Silafont-36のインゴット

1. Silafont-36の化学成分と材質

2. Silafont-36の用途

3. Silafont-36の物理的性質及び機械的性質

4. Silafont-36のミクロ組織と材質の関係

5. 製造方法

1. Silafont-36の化学成分と材質

Silafont-36はRheifelden社の開発合金です。日本では日軽エムシーアルミ株式会社がライセンス販売しています。A365という材料規格で呼ばれることもあります。下表に化学成分を示します。比較のためにADC12合金の化学成分を併記します。

合金名	Cu	Si	Mg	Zn	Fe	Mn	Ni	Sn	Pb	Ti	Sr	P	other
Silafont-36	≦0.03	9.5 ~11.5	0.1 ~0.5	≦0.07	≦0.15	0.5 ~0.8	-	-	-	0.04 ~0.15	0.010 ~0.025	≦0.001	≦0.10
A365.0	≦0.02	9.5 ~11.5	0.10 ~0.6	≦0.03	0.15~0.25	0.30 ~0.6	-	-	-	≦0.10	-	-	≦0.15
JIS ADC12	1.5 ~3.5	9.6 ~12.0	≦0.3	≦1.0	≦1.3	≦0.5	≦0.5	≦0.2	≦0.2	≦0.30	-	-	-

Silafont-36は、ADC12と同様のAl-Si共晶合金です。しかしながら、これら合金は明確に異なります。スクラップベースで作られるADC12に対し、Silafont-36は合金成分が厳しく制限されているプレミアム合金です。用途については後述しますが、Silafont-36は応力が積極的にかかる部品への適用を考えて開発されています。この材料のポイントは3つです。

鋳造材料であること
優れた靭性をもつこと
Mg量及び熱処理によって材質変化が容易なこと

鋳造材料は共晶合金が基本となります。Silafont-36も例に漏れず、Al-Siの共晶合金として材料設計されています。鋳造用アルミニウム合金の考え方は、以下リンクを確認いただけると理解いただけると思います。

鋳造用アルミニウム合金

鋳造に使われるアルミニウムのほとんどは、アルミニウムとシリコンの合金です。柔らかそうなアルミニウムと固そうなシリコン。なぜそれらを混ぜたのか。そのルーツは実はよくわかっていませんが、共晶（きょうしょう）凝固という固まり方が鋳造にとってよかったようです。そんな謎の鋳造用アルミニウム合金について、なるべくやさしく説明します。

靭性の確保には共晶Siの組織制御が必要になります。Silafont-36は、Srによって共晶Siを微細化させられるように材料設計されています。
共晶Siの組織制御に関して、以下リンクに詳しく解説していますので、ご確認いただけると幸いです。

アルミニウム合金鋳物の改良処理

アルミニウム合金鋳物には、改良処理が施されることがあります。Na(ナトリウム)、Sr(ストロンチウム)、P(りん)、TiB2(チタンボロン)など、いろいろな元素が出てきて少々複雑です。このページでは「共晶Siの改良処理」をメインに、その目的、ミクロ組織について説明します。

Silafont-36はMg量と熱処理によって材質を簡単に変化させることができます。客先要求に応えられる材料設計の懐の広さが実はこの材料の特徴です。
アルミニウム合金鋳物の熱処理に関して、ご興味あれば以下リンクをご確認ください。

アルミニウム合金鋳物の熱処理【T5/T6】

アルミニウム合金鋳物には、機械的性質の向上のために熱処理をされることがあります。T5、T6、時効、溶体化といろいろな単語がでてきてなかなか難しい現象かもしれません。その小難しいアルミニウム合金鋳物の熱処理において、その目的、強化メカニズム、今後の熱処理技術などを説明します。

2. Silafont-36の用途

ラインフェルデン社のカタログにSilafont-36の適用事例が載っているので転載します（適用事例が多いので抜粋しています）。日本国内でも数は多くありませんが使用されています。

クロスメンバー(Porsche ケイマン)
クロスメンバー(Fiat)
エンジンクレードル(Daimler)
フロントセクションフレーム(BMW 3シリーズカブリオレ)
ステアリングコラム(Dimler)
テールゲートフレーム(BMW)
フレームサイドレール(Alfa)
ロールオーバーハウジング(Opel)

適用製品は構造用部品に使われていることがわかります。強度及び靭性が必要な部分にSilafont-36は使われているといえます。

Silafont-36で作られた自動車部品

Silafont-36と類似した合金にAlcoa社のC611 EZCastがあります。こちらの合金も自動車のボディ向けに開発された高靭性アルミニウム合金です。Silafont-36に興味がある方には刺さる合金ですので、ぜひご覧ください。

C611 EZCastの材質と特徴

C611 EZCastは、Al-Si-Mg-Mn系のAlcoa(アルコア)社の開発合金です。メガキャスティング、ギガキャスティングに適した合金とされています。高い鋳造性と高い靭性を併せ持つ構造用アルミニウム合金といえるでしょう。本記事では、C611 EZCastの材質と特徴について紹介します。

本記事ではSilafont-36の比較のためにADC12をあげています。日本で多用されるADC12のような汎用材料は、積極的に応力を受けるような設計はされていません（できません）。この考え方もおもしろいので、ご興味あれば以下リンクをご覧いただければ幸いです。

ADC12の材質と特徴

ADC12とは、アルミニムダイカストに使用される合金のひとつです。このアルミニウム材料は、材料費がリーズナブルであること、鋳造性が良いこと、切削性が良いことから、日本のダイカスト業界で最も多く使用されています。日系企業の海外進出に伴い、国際的にも広く使用されています。本記事では、ADC12の材質と特徴について詳しく紹介します。

3. Silafont-36の物理的性質及び機械的性質

Silafont-36の物理的性質を以下表に記載します。参考にADC12の数値も記載します。

合金名	密度 Mg/m3	液相線 ℃	固相線 ℃	線膨張係数 20℃ x10-6/℃	線膨張係数 20~200℃ x10-6/℃	線膨張係数 30~300℃ x10-6/℃	熱伝導率 W/m・℃	縦弾性率 GPa	収縮率 %
Silafont-36	2.64	550~590	-	-	21.0	-	150(O材)	74-83	0.4~0.6
ADC12	2.70	580	515	-	21.0	-	92	-	-

Silafont-36はAl-Si共晶型の合金ですので、ADC12からの変更は比較的容易です。材料成分と清浄度には気をつけなければいけませんが、工程設計ができれば問題なく鋳造ができます。

Silafont-36の熱伝導率の数値はO材(焼きなまし)ですので、かなり良い数値が記載されています。F材ですともっと低くなります。材料成分としては、ADC12よりも熱伝導率はよくなるはずです。

伸び尺はADC12と比較しても大きく変わりません。

以下表にSilafont-36とADC12の代表的な機械的性質を記載します。Silafont-36の機械的性質はADC12と比較すると良好です。
F材で比較するとADC12の方が耐力が高い！
と思われるかもしれませんが、問題は耐力ではありません。伸びです。F材で伸び11.4%は立派なものです。T5をいれて強度をあげても伸びが8.1%あります。カタログスペックといえばそれまでですが、良い状態で鋳造してこれがでれば設計者としては魅力的な材料、工法とうつることでしょう。

合金名	耐力 MPa	引張強さ MPa	伸び %	硬さ
Silafont-36-F	123	265	11.4	-
Silafont-36-T5	211	313	8.1	-
ADC12-F	157	228	1.4	-

4. Silafont-36のミクロ組織と材質の関係

化学成分、工法からミクロ組織は作られ、材質が決定します。この少々難しいミクロ組織をなるべく優しく解説します。ではSilafont-36のミクロ組織をみてみましょう。

工法はダイカスト、材料はSilafont-36、改良処理ありです。α-AlデンドライトとAl-Si共晶の2相のミクロ組織になっています。ダイカスト特有のα-Alの粒状化、微細化された共晶Siがみられます。この共晶の細かさが伸び及び靭性をあげる要因になります。不純物が入って粗大になると一気に伸びは悪化しますので、不純物管理が重要です。

Silafont-36の材質とミクロ組織