アルミニウムの鍛造は、アルミニウムのビレットを高圧で圧縮して成形する方法です。鋳造では溶けた金属を型に流し込んで必要なものを作りますが、鍛造では金属を溶かすことはありません。このため、アルミニウム鍛造部品の耐荷重性や長期安定性に優れた違いが生まれます。

アルミニウムは、現代世界のエンジニアリングと製造において最も重要な材料のひとつである。この合金の強度と耐食性の特徴は、航空宇宙、自動車、建築、船舶、防衛などの産業用途において、アルミニウムをかけがえのないものにしています。しかし、アルミニウムの性能は、その加工手段によって大きく影響を受けます。アルミニウム鍛造は、様々な生産において信頼性が証明されている、強く耐久性のある部品を作る最も効果的な手段の一つです。

この記事では、このコンセプトについて詳しく見ていき、この驚くべき金属加工のプロセス、利点、用途について説明する。

鍛造を理解する

アルミニウム鍛造を理解するためには、鍛造という広い概念について簡単な概念を作る必要がある。鍛造は古くからある製造方法です。鍛冶屋はかつて、赤熱した鉄を叩いて道具や武器の部品を作った。同じコンセプトが現代にも当てはまるが、現在の技術ははるかに発達している。

鍛造のプロセスは、通常プレス、ハンマー、または金型によって補助される極度の圧力下で金属片を変形させるプロセスです。この圧力は、金属の内部結晶粒構造を再乱数化し、鋳造品や機械加工品よりも優れた機械的特性を持つ部品を作り出します。アルミニウムに適用されるこのプロセスは、多くの産業にとって有用な、特別な利点を持つ明確な機会を開くものである。

アルミニウム鍛造とは？

アルミニウム鍛造とは、簡単に言えば、鋳造のような他の方法で製造された部品と比較して、より高い強度、耐久性、信頼性を持つ部品を製造するために、圧縮変形を使用してアルミニウム合金を成形する強制的な行為と定義することができます。通常、金属は全く溶融しませんが、プロセスの間、固体状態にとどまるように加熱されるだけです。

このプロセスは、引張強さ、疲労強さ、衝撃靭性などの機械的特性を向上させる、きめの細かい緻密な特徴をもたらす。様々な過酷な条件に対応できる部品を作るために、アルミが打ち込まれ、プレスされることを考えると、アルミ鍛造という言葉が思い浮かびます。このため、鍛造アルミは、安全性と性能レベルが妥協できない産業で好まれています。

アルミニウム鍛造プロセス

アルミニウムの鍛造プロセスには、製品が品質として分類される、いくつかの正確に操作されたプロセスがあります。ここでは、通常どのように行われるかを説明します：

1. ビレットの準備： 未加工のアルミニウム合金は、通常ビレットまたはインゴットの形で、必要なサイズに切断される。
2. 暖房： ビレットは一定の高温、通常は400 °Cから480 °Cまで加熱される。このような加熱は金属の可鍛性を高め、溶融を避ける。
3. 鍛造： この工程では、高温のビレットを機械式または油圧式のプレスで金型の形に押し込む。このとき、アルミニウムの内部結晶粒の構造が再配列され、強度が向上します。
4. トリミングと仕上げ： 材料のバリが取り除かれる。その後、鍛造品は正確な寸法と公差に機械加工される。
5. 熱処理（オプション）： アルミニウム鍛造部品の中には、可能な限り強度、硬度、耐摩耗性を高めるために、さらに熱処理を施すものもある。

アルミ鍛造の各工程では、同等の品質を提供するために入念なチェックが行われます。温度、圧力、時間の変化は、部品の最終的な性能を妨げる可能性があります。

鍛造アルミニウムの利点

なぜ鍛造アルミニウムが他のエンジニアリング材料よりも好まれるのか、その理由は様々に論じられるだろう。長所は以下の通りである：

• 優れた強度： 鍛造アルミニウムは、結晶粒が細かいため、鋳造や押し出しの部品よりも強度が高くなります。
• 軽量だ： アルミニウムはすでに軽量素材であり、鍛造はその構造を改造して余分な重量を取り除く。このため、鍛造部品は航空宇宙や自動車工学のような重量を重視する工学にも適している。
• 耐久性の向上： アルミニウム部品は、代替品と比べて硬く、さまざまな表面からの衝撃、応力、疲労の結果に耐えることができる。
• 耐食性： アルミニウムは耐食性に優れているが、鍛造によってこの特性が改善されるため、過酷な条件下でも有用な部品となる。
• デザインにおける柔軟性： アルミニウムは、現代の鍛造で利用可能な現在の技術があれば、完全性を損なうことなく、どんな複雑な形状にも設計できる。

この素材が安全性と耐久性の金字塔として知られるようになったからだ。

表面処理と検査

アルミ鍛造部品は、使用後にそのまま使用されることは稀である。鍛造部品は、業界基準を満たすために表面仕上げと検査が行われます。これらの措置により、耐久性、スタイル、信頼性が向上します。

表面仕上げ

表面の仕上げは、アルミニウム鍛造部品の美観と機能性を高めます。また、鍛造の過程で生じる欠陥をなくすのにも役立ちます。代表的な方法は以下の通りです：

• 機械加工： この工程により、不要な材料が取り除かれ、希望する寸法がすべて正しいサイズになる。
• ショットブラスト/サンドブラスト： 表面を除去し、質感を高める。
• 研磨： 滑らかで反射性のある仕上がりを提供し、化粧品としても実用的でもある。
• 陽極酸化またはコーティング： 腐食や摩耗を防ぐコーティングを提供。

航空宇宙部品であればアルマイト処理、自動車部品であれば機械加工や研磨といった具合に、用途に応じてそれぞれの仕上げが選択される。

検査

各アルミ鍛造製品が高品質の基準に適合するよう、検査が行われています。技術には次のようなものがあります：

• 目視検査： これにより、表面のひび割れや凹凸が特定される。
• 適合性チェック： ノギスや三次元測定機などの機器を使用して精度をチェックする。
• 非破壊検査（NDT）： 超音波検査、染料浸透探傷検査、X線検査などの非破壊検査は、部品を破壊することなく内部品質をチェックするために用いられる。
• 機械的試験： 硬度、引張強度、耐衝撃性を試験する。

重要性

適切な仕上げと検査は、アルミニウム鍛造が欠陥を引き起こし、それによって部品が弱くならないようにするために必要です。これらの工程は、航空宇宙産業、自動車産業、海洋産業などの産業を安全な産業にする上で非常に重要です。

アルミニウム鍛造熱処理

アルミニウム鍛造プロセスにおいて非常に重要な工程は熱処理である。熱処理は、より強く、より硬く、延性があり、腐食に強くするのに役立ちます。このような段階を経なければ、特別に焙煎されたバイクのアルミ部品でさえ、その性能を十分に発揮することはできません。

アニーリング

アルミニウムの鍛造部品は、なだらかにするためにアニールされる。金属は約300～4000℃の温度まで加熱され、ゆっくりとした速度で冷却される。この工程により、内部応力が減少し、延性が向上するため、部品は機械加工しやすくなり、追加の処理も必要なくなります。

溶液熱処理

この段階では、鍛造品は比較的高い温度、合金の場合は通常500～540℃に加熱される。銅やマグネシウムなどの合金元素は固溶体に溶解する。これにより、部品は素早く冷却され、その後素早く硬化する。

焼き入れ

鍛造部品は、溶体化熱処理の直後に急冷される。水、油、またはポリマー溶液で急冷することにより、溶解した元素が所定の位置に固定されます。これにより、アルミニウム鍛造品の均質な構造が形成され、時効処理を受ける準備が整います。

析出硬化

経年変化により硬化し、強度が増す。広く普及しているのは2種類：

• ナチュラル・エイジング（T4）： 常温では、時間の経過とともに部品強度が向上する。
• 人工エイジング（T6）： 固化を促進させるために、成形品は温度を下げた状態（120～190℃）に再加熱され、時間をかけてその温度に保たれる。

ストレス解消

大きな部品や複雑な部品は、鍛造や機械加工で応力が残ることがある。この工程では、焼きなまし温度より少し低い温度でポイント周辺の応力を緩和し、ゆっくりと部品を冷却します。これにより、使用時の歪みや割れを軽減することができる。

鍛造と他の金属加工方法のさまざまな違い

アルミニウム鍛造は、製造に関しては最も強力な手法のひとつですが、これだけが唯一の手法ではありません。その他にも、鋳造、押出、機械加工などがあります。鍛造にはそれなりの利点があり、ある意味、これ以上特筆すべきものを見つけるのは難しい：

1.鍛造と鋳造

• 鋳造とは、溶かしたアルミニウムを型に流し込むことである。
• 鍛造はその代わりに、金属が固まった状態（ただし頻繁に熱くなる）で金属を変形させる。

この2つの大きな違いは、鋳造部品はより複雑なデザインを作ることができるのに対し、鍛造部品はより信頼性が高く、堅固で、ポロシティ（小さな空気穴）がないことである。

2.鍛造と押出の比較

• 押出 は、アルミニウムを金型に押し込んで、製品を同じ断面を持つ長尺物（ロッド、パイプ、溝など）に成形する。
• 鍛造は、力と金型の助けを借りてアルミニウムを押し潰すプロセスである。

第一の違い 押し出し成形は、長いプロファイルと一貫した要件に対応し、鍛造は、より強く、耐荷重性があり、より優れたグレインフローの詳細を生成します。

3.鍛造対機械加工機械加工

• 機械加工は、旋盤やフライス盤などの工具を使って、アルミニウムの塊から材料を取り除く。
• 鍛造は、金属を除去するのとは対照的に、金属を変形させる。

主な違い 機械加工と鍛造の主な違いは、機械加工は無駄のない部品を作るが、材料の使用効率が低いことで、鍛造ではより少ない材料でより強い部品を作ることができる。

4.鍛造とプレスの比較スタンピング

• スタンピングとは、プレス機を使ってアルミニウム板を切断したり、型押ししたりすることである。
• 鍛造では、ビレットに圧縮圧力をかけて、より強く厚い部品を作る。

主な違い プレスはより薄い板金部品に使用され、鍛造は構造部品や耐荷重部品に使用される。

要するにだ：

• キャスティング： 複雑なフォームの方が得意だが、弱い。
• 押し出し： この押出成形は、長尺のプロファイルに適しているが、強度が不足している。
• 正確だ： 加工精度は高いが、経済的ではない。
• スタンピング： 安くて速いが、薄い部分にしか使えない。
• 鍛造： 耐久性、疲労強度、セーフティ・クリティカルな用途の面で最高のプロセスである。

アルミニウム鍛造の用途

アルミニウム鍛造の使用分野は数多く、その事業も大規模で、性能と信頼性の両方が要求される。最も顕著な用途としては、以下のようなものが挙げられる：

• 自動車機器： 鍛造アルミニウムは、サスペンション部品、ホイール、シャーシ・メンバー、エンジン・メンバーに使用されています。このような部品は大きな荷重を受けますが、同時に、軽量で省燃費の車両を維持することも求められます。
• 航空宇宙産業： 航空機では、アルミニウム鍛造は着陸装置、翼構造、エンジン部品に不可欠な部品です。航空宇宙産業におけるほんのわずかな安全マージンが、鍛造部品を必要不可欠なものにしている。
• 建設とインフラストラクチャー 鍛造アルミニウムのコネクターとジョイントは、長持ちするため、橋や高層ビルで頼りにされています。
• マリン・アプリケーション： アルミニウムは錆びにくいため、船舶、プロペラ、海洋構造物など、海洋環境での建設が許可される場合に好んで使用される。
• 産業機械： 大容量の機器は、その仕様上、強度と低重量が要求されるため、アルミニウムやその他の素材の鍛造部品を使用することがある。

鍛造部品の柔軟性は、現代のエンジニアリングにおけるいわゆるアルミ鍛造の利便性を高めている。

他の製造方法との比較

アルミ鍛造品と鋳造品、押出品、機械加工品との違いは何ですか？

• キャスティング： 複雑な形状が可能だが、気孔が多く、結晶粒組織が粗い傾向がある。鍛造アルミニウムを使用することで、これらの弱点が取り除かれる。
• 押し出し： アルミ押し出し材は、有用な寸法安定性を持つが、鋳造品の機械的特性には欠ける。
• 機械加工と鍛造： 機械加工は中実のブロックにしか使えない。機械加工は精密だが無駄が多く、鍛造よりも経済的ではない。

そのため、強度と安全性を重視する産業は、アルミ鍛造のプロセスを選ぶ傾向がある。

アルミニウム鍛造の種類

方法と設備によって、アルミニウムの鍛造は数種類以上に分類されます。それぞれの強度と部品の生産量によって、どの方法を使うかが決まり、それぞれの方法によってもたらされる利点も異なります。

1.開放型鍛造

開放型鍛造プロセスでは、アルミニウムビレットは、アルミニウムビレットを囲むことができない平らな、または単純な形状の金型の間に置かれます。金属を繰り返しハンマーで叩くかプレスすると、目的の形状が得られます。高い強度が要求されるため、シャフト、リング、ディスクなどの大型部品に最適です。オープン・ダイス鍛造は、設計の柔軟性によってのみ可能となる。

2.閉塞鍛造（インプレッション鍛造）

密閉型鍛造では、金型が加熱されたビレットを包み込む。圧力がかかると、アルミニウムは金型の空洞の中を流れ、正確な形状になります。これは、自動車のサスペンション部品や航空機の継手など、精巧な公差を持つ複雑な部品を作るのに適した方法です。金型費用は高くつくが、密閉型鍛造部品の精度と強度は、このプロセスの大きな利点である。

3.冷間鍛造

冷間鍛造 従来の鍛造では、鍛造が行われる前に金属が加熱されるのに対して、室温または室温に近い温度で行われる。また、より高い圧力を必要とするが、得られる結果は、高い表面仕上げと高い寸法精度を持つ材料である。ファスナーや歯車、金物などのアルミニウムの小部品は、強度と精度が重要な場合、冷間鍛造されることが多い。

4.熱間鍛造

アルミニウム鍛造品の中で最も一般的なものは熱間鍛造と呼ばれるものである。ビレットを特定の温度（まだ融点以下）に加熱し、延性を向上させます。これにより、アルミニウムを成形するのに必要な力が軽減され、結晶粒組織が向上します。熱間鍛造は、より複雑で、より優れた材料特性を必要とする大型部品の製造方法の1つとして、主に適用される。

5.精密鍛造

精密鍛造は、閉塞型鍛造の一種で、二次加工をできるだけ少なく（または全く）必要としないように調整されたものである。高い精度が金型に組み込まれているため、ほぼネットシェイプの部品を生産することができます。これにより、無駄を最小限に抑え、コストを節約し、一定の品質を提供することができるため、航空宇宙産業や高性能産業で好まれています。

6.ロール鍛造

ロールでは、円筒形または平らなダイスが回転し、高温のアルミニウムビレットが絞られます。この処理により、材料は薄くなり、粒が揃って長くなります。車軸、テーパーシャフト、リングなどの部品は、ロール鍛造で鍛造されることが多い。

7.シームレスリング圧延（リング鍛造）

アルミニウムリング/アルミニウムリング鍛造は、アルミニウムからシームレスリングを製造する特殊なプロセスです。わずかに打ち抜かれたビレットをリング状に延ばし、望ましい直径と厚さに圧延します。この方法は、航空宇宙、タービン、ベアリングの分野で重要です。

8.等温鍛造

この高度に制御された手順では、アルミニウムビレットと鍛造金型は同じ温度まで温められます。これにより、熱勾配が最小限に抑えられ、複雑な形状をより厳密に制御することが可能になります。等温鍛造は、精度が要求される航空宇宙や医療用インプラントでよく見られます。 

9.ニアネットシェイプ鍛造

これは高度な鍛造プロセスであるだけでなく、このプロセスは最終的なサイズに近く、後加工を必要としない可能性のあるアイテムを得ることを目的としている。材料の無駄が少なく、コスト削減につながるが、鍛造で得られる強度は維持される。

10.アプセット鍛造

アプセット鍛造は、ビレットの長さを絞って直径を大きくする。頭部やシャンクの強度が必要なボルト、ねじ、バルブなどの締結具の製造に広く用いられる。

アルミニウム鍛造に使用する原材料

アルミニウム鍛造は、純アルミニウムではなく、主にアルミニウム合金をベースにしています。ほとんどの構造用途では、アルミニウムのより強力な品質が要求されるため、銅、亜鉛、マグネシウム、シリコンなどの他の元素が材料の強度と性能を高めるために添加されます。

2xxxシリーズ（アルミニウム-銅合金）

• 例 2219
• プロパティ 非常に強く、加工が容易で、高温性能に優れている。
• アプリケーション 航空宇宙用継手、自動車エンジン部品、防衛機器。

5xxxシリーズ（アルミニウム-マグネシウム合金）

• 例 5083
• プロパティ 耐食性に優れ、特に海洋環境での使用に適している。
• アプリケーション 海洋構造物、造船、加工船。

6xxxシリーズ（アルミニウム-マグネシウム-シリコン合金）

• 例 6061, 6082
• プロパティ 強度、耐食性、切削性を均一にブレンド。
• アプリケーション 自動車用サスペンション部品、航空宇宙用ブラケット、建築部品。

7xxxシリーズ（アルミニウム - 亜鉛合金）

• 例 7075
• プロパティ 強度が非常に高く、耐疲労性に優れ、耐食性も悪い。
• アプリケーション  航空機部品、航空用ファスナー、軍用ハードウェア、パフォーマンススポーツ用品。

特殊合金

製造される合金の中には、特に等温鍛造や精密鍛造に使用され、厳しい公差と高い極限性能が求められるものがある。

• 用途 宇宙船、タービンエンジン、救命医療機器。

要約すると

• 最も多く溶接されている合金は、用途の多様性から6061と6082である。
• 7075やその他の7xxx系合金は、強度が主な考慮事項であるため、航空宇宙分野では一般的である。
• 5xxxシリーズの合金は、耐食性に比べ強度がそれほど重要でない場合（海洋用途など）に使用される。
• 高温での強度が必要な場合は、2xxxシリーズの合金が使用される。

問題と制限 

鍛造プロセスには多くの利点があるが、いくつかの制限もある。金型とプレスは高価で、金型費用は少量生産で吸収される。また、あらゆる形状を鍛造することはできない。より複雑な設計では、仕上げ加工が必要になることもある。
もうひとつの制約要因は、すべてのアルミニウム合金が鍛造できるわけではないことだ。最も適切な合金を選択しなければならない。 偏重 機械的性能または製品の製造可能性。しかし、これらの欠点は通常、鍛造アルミニウムの比類ない利点によって覆い隠されます。

アルミニウム鍛造の未来

アルミニウム鍛造は、技術革新と軽量かつ高性能を求める世界的な要望を原動力とする輝く未来を持っている。電気自動車がより一般的になり、より多くの航空宇宙技術が登場し、より優れたグリーン・エネルギーにつながるソリューションが生み出されるにつれ、強靭でありながら軽量な素材に対する需要はますます高まっていくでしょう。

現代の鍛造工場は、より優れた生産性の高い部品を生み出すために、自動化、コンピューター、モデルの使用、品質チェックの強化も取り入れている。持続可能性については、アルミニウムがリサイクル可能で豊富であるという理由だけで、鍛造によるアルミニウムの使用がさらに重要な要素になるため、優先順位が高まることが予想されます。

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結論

その先は？アルミニウム鍛造とは？アルミニウム合金を高いレベルの圧縮力で再成形すると、より強く信頼性の高い部品を作るためにアルミニウム合金を再成形するプロセスとして知られています。アルミニウム鍛造品を使用する産業は、自動車産業、航空宇宙産業、建設業など、広範囲に及びます。

未加工のビレットは、アルミニウム鍛造でより高いレベルの応力、疲労、腐食に耐えられる精密加工部品に加工される。これらの部品は、強靭でありながら軽量であり、現代のほとんどの産業にとって欠かすことのできない材料となります。

アルミニウム鍛造とアルミニウム鍛造の技術は進化し、さらに重要性を増し、エンジニアリングと製造革新の領域で主導的な地位を占めるようになる。

よくあるご質問

Q1 アルミニウム鍛造が最もよく使われている産業は？

航空宇宙、自動車、海洋、建設などの分野では、頑丈だが軽量で優れた信頼性を持つ部品を得るために、アルミニウム鍛造がその用途に取り入れられている。

Q2: GC精密金型ではどの合金を鍛造していますか？

お客様の用途に応じて、2XXX、5XXX、6XXX、7XXXのアルミニウム合金を使用することができます。

Q3: アルミニウムを使った特別な鍛造や鋳造ソリューションはありますか？

はい。当社は、仕様と業界の要件に適合するカスタム鍛造部品を専門としています。

Q4: 鍛造アルミと鋳造アルミの比較は？

鋳造アルミニウムよりも強く、密度が高く、汎用性があり、硬い鍛造アルミニウムは、高荷重や重要な用途に使用されてきました。