亜鉛ダイカストの欠陥

高圧ダイカスト どちらも理論的には不可能である。しかし、150年以上にわたる効果的な操業により、生産性と部品品質がますます向上していることから、圧力ダイカストは本質的に堅牢であり、高いレベルの工程能力を達成できることが実証されています。以下に、亜鉛ダイカストで発生する可能性のある欠陥の診断、原因、および処置について説明しますが、これらの問題はすべて、アルミダイカストおよびマグネシウムダイカストと同じです。

一貫した取り扱いを提供するために、欠陥を整理する方法はいくつかある。この記事では、合金インゴットの受け入れから完成品の発送まで、段階的なアプローチをとり、欠陥が発生した時点で、各タイプの欠陥に関する情報を提示する。欠陥を特定する他の方法や様々な欠陥発見システムについては後述する。工程段階を以下に示す：

さらに、ランナーやスクラップは様々な段階でリサイクルされ、工程間の保管や取り扱いを考慮しなければならない。すべての鋳物がすべての工程を経るわけではありません。

亜鉛合金インゴット仕様：

亜鉛鋳造合金の組成は、75年にわたり計画的に開発された。合金元素の範囲は調整され、危険な汚染物質の最大値は慎重に決定されました。信頼性の高い鋳物を作るためには、国際的に認められた要件を満たす鋳塊を使用しなければなりません。さらに、鋳造部品が鋳造組成基準を満たすように、溶解および鋳造作業中に合金の品質を維持しなければならない。

各合金種のインゴット（表1）と鋳造（表2）の規格間のわずかな相違は、通常の加工やリサイクル工程によって生じるばらつきを適切に考慮するためのものである。 規格外のインゴット、特に鉛、スズ、カドミウムのような毒性の高い不純物を含んだインゴットの使用は、決して正当化されるものではない。

合金は3つのファミリーに分けられる：4%アルミニウム合金（ザマック3と5、No2と7）、より高いアルミニウムのZA合金（No8、12、27）、銅合金（Acu亜鉛5と10）。

加えて、ある種の他の合金は商業的に受け入れられていない。ほぼすべての亜鉛合金鋳物はザマックNo3またはNo5で製造され、特定の品質が要求される場合にのみ他の合金が指定されます。

汚染の影響

鋳物への鉛のような汚染元素の影響は、合金全体を通じて同等である。表示された特定の不純物の最大値は、微量元素レベルの低い鋳塊の製造が容易であることと同様に、その影響の様々な深刻さを反映している。

鉛、スズ、カドミウム

These elements, together with the comparable but less common indium and thallium, can cause catastrophic failure by intergranular corrosion.’Impurities segregate to grain boundaries, facilitating intergrain corrosion, particularly in warm, humid environments. Castings swell and break up, resulting in mounds of grey powder (figure l).

マグネシウム濃度を最低値以上に保てば、これらの汚染物質を規定の最大値まで含む鋳物では、その影響は軽微である。予防法としては、適切なインゴットの購入、再溶解やはんだ付けなどの工場環境からの汚染を避けるための適切な家内管理などがある。

鉄

Iron is only slightly soluble in zinc, and excess iron combines with the aluminium in the alloy to generate the intermetallic complex iron aluminide (FeAl3). This compound is extremely hard, and if it enters the casting, it can create machining issues, excessive tool wear, and polishing issues, as particles will stand proud or rip out. Excessive amounts can limit the alloy’s fluidity, and hence its ability to fill dies. Finally, if concentrated in stressed places, the strength and ductility may decrease. There is evidence that the size of the particles, rather than the total amount present, determines machinability because iron comes from the melting pot. The key protection is to keep metal temperatures under control.

ニッケル、クロム、マンガン、シリコン

これらの成分の過剰レベルは、余分な鉄と同じように鋳物に影響を与えます。ニッケルはNo.7合金の汚染物質ではなく、マグネシウムを含まないこの高流動性合金の粒界腐食を減らすために意図的に添加されていることに注意すべきである。

合金元素の影響

アルミニウム
亜鉛合金を除き、アルミニウムは最も一般的な合金元素である。合金の強度と鋳造性の両方は、そのレベルが仕様の範囲内であることに依存します。特に亜鉛合金2,3,5,7では、記載された非常に限定された範囲外で特性が急速に変化する可能性があります。
これらの4%Al合金中の過剰なアルミニウムは衝撃強度を著しく低下させるため（図2）、加工中にアルミニウムを拾い上げてはならない。アルミニウム濃度が規定の最低値を下回ると、その影響は顕著ではなくなります。考えられる影響としては、強度を低下させる熱間リッピングの傾向、流動性の低下、合金がダイ（はんだ付け）にまとわりつく傾向の増加などがある。

アルミニウム含有量の変動は、高アルミニウムZA合金では特性への顕著な影響が少なく、結果として許容される範囲が広くなります。しかしながら、4%合金のように、組成は特性の最適な組み合わせを提供するように最適化されており、制限を超えると有害な変化をもたらす可能性があります。

マグネシウム

マグネシウムの添加には強化効果があるが、その主な目的は、鉛、錫、その他の金属を含む合金の粒界腐食を許容最大値まで防止することである。マグネシウム含有量が許容下限値より少ない鋳物は、使用中に腐食する可能性がある。マグネシウムが許容範囲を超えると、熱間裂けが 発生し、強度が低下したり、コーティングが 困難になることがある。高いマグネシウム含有量は合金の流動性を低下させ、充填の問題を引き起こす可能性がある。

銅

基本的な4%Al合金に銅を添加すると、延性を犠牲にして強度と硬度が増し、時効処理中の寸法変化が大きくなる。高銅合金の衝撃強度も時効によって低下します。その結果、適用される銅の制限から外れる合金は、指定された合金の中間の品質を持つことになります。
ZA合金の銅成分は、その機械的特性に大きな影響を与える。一般的に銅が高いと延性が低下し、銅が低いと引張強度が低下する。

Acuzinc合金の主な合金添加物は銅で、他の亜鉛ベース合金よりも高い硬度と高温強度を与えます。Acuzinc合金の相対的な銅とアルミニウムのレベルは、特性と鋳造性のバランスを取るために最適化されています。高い銅レベルは異なる相系で発生するため、寸法時効変化に対するその影響は4%Al合金で報告されたものとは異なる可能性がある。
金属の溶解、移送、保持

ZA-12、ZA-27、Acuzinc10という鉄や鋼を許容できないほど高い割合で攻撃する合金を除いて、亜鉛合金は溶かして金属容器に保管することができます。この特徴は、浸漬注入システムを採用するホットチャンバープロセスによる鋳造を可能にします。

しかし、この貴重な特徴は、厳密な温度管理によってのみ達成できる。およそ450℃以下では、亜鉛合金は鉄を溶かすペースが遅く、合金と接触する金属部品を使用することができる。反応速度は温度によって指数関数的に大きくなるため、適度な温度変動に影響されやすい。
合金中のアルミニウムと、るつぼや機械部品中の鉄との間で反応が起こる。

アルミニウム＋鉄 > 金属間粒子
3Al + Fe > FeAl3

鉄アルミナイド金属間化合物は表面に浮上し、酸化層と反応してドロスを生成する。ドロスが金属中に攪拌されたり、ポットレベルが低下して表面下の金属がグースネックに吸い込まれたりすると、鋳物には硬い粒子が含まれることになり、コンタミネーションの項目で鉄の下に示したような欠陥が生じる。
マグネシウムは揮発性元素であり、加熱されるため、過度の温度もマグネシウムの損失を引き起こす。マグネシウムが低いと、鋳物は使用中に著しい腐食の問題にさらされる。

全体的な溶融温度だけが考慮すべき要素ではないことは注目に値する。バーナーの目盛りが悪いなど、炉内に高温部がある場合、高温が鉄のピックアップを引き起こす。深刻な状況では、るつぼが食い破られ、ランアウトにつながることもある。

おすすめ メタル キャスティング 気温 である：

ザマックNo.2,3,5,7	415-4S0°C
ZA8	420-445°C
ZA12	465-495°C
ZA27	550-580°C
アクジンク 5	~ 480°C
アクジンク 10	~ 5S0°C

ZA合金、特にZA-27を溶融すると、アルミニウムと亜鉛を多く含む層に重力分離する傾向がある。垂直方向の攪拌は溶融物をなじませるが、強い攪拌は酸化を促進するので避けるべきである。一旦ブレンドされると、溶融物は安定した状態を保つべきである。生じたドロス層は、分離して攪拌されると推定しないことが重要である。ZA-27は、溶液中の鉄が巨大な金属間粒子として析出するため、540℃以下で保管すべきではない。

適切な温度管理が維持され、不用意な汚染が発生しない限り、規格通りのインゴットの溶解と保持は問題なく行われるはずである。ランナーやスクラップを再溶解する際には、様々な点を考慮しなければならない。
特にアルミ合金も溶解する工場では、返品は厳密に分別されなければならない。一部のアルミ湯道と4%亜鉛合金を混ぜると、アルミ含有量の高い鋳物ができ、脆くなる。ZA合金が通常の合金と組み合わされた場合にも同様の問題が発生する。

スワーフ、フラッシュ、その他薄板の表面で 汚染された材料を直接再溶解すると、過剰なドロ スが発生し、不純物を拾い上げる可能性があ る。このような材料は、再溶解されたインゴットの組成を決定できるよう、個別に処理するのが最善である。同じ理由で、ドロスも個別に処理すべきである。フラックスは、特に金属が温められたときにマグネシウムを抽出する傾向がある。電気メッキ鋳物には特別な注意が必要である。溶解中、電気メッキの表皮は表面に残り、スキミングが可能である。特にニッケルは硬い斑点を作る可能性があるため、電 着板を砕いて融液に混ぜてはならない。

溶解と鋳造の間に、合金は少量のマグネシウム（揮発によって）とアルミニウム（鉄との相互作用とその後のドロスとしての除去によって）を失う。同じ金属を連続的に再溶解すると、最終的には規格外の鋳物になる。No3合金のテストでは、マグネシウムを規定レベル以下まで減少させるのに7サイクル必要であることが示されている。この最終的な劣化を避けるためには、バージン・インゴットをプロセスに連続的に供給しなければならない。

亜鉛ダイカストの欠陥

以下は、一般的な欠陥のリストである。 亜鉛ダイカストアルミダイカスト、マグネシウムダイカストについては、亜鉛ダイカストとほとんど同じ問題がある、

内部 亜鉛ダイカストの欠陥

収縮 多孔性

合金が液体から固体に移行する際、鋳造体積の数パーセントが収縮する。収縮を促進するために、追加の液体金属が利用できない場合、空隙が形成される。これが引け巣である。これはしばしば巨大な不規則な穴（図S）として孤立した重い部分に生じますが、特にZA-27やAcuzincのような凝固範囲の長い合金では、樹枝間的な亀裂のような形状になることもあります。

Internal porosity may be disclosed if surfaces such as flanges or bores must be machined, resulting in rejection. Porosity can also lead to tool wear and drill drift during machining processes. The influence on strength will be determined by both the distribution and the quantity of porosity. It is important to recall that the “book” strength ratings stated for the alloys were achieved on specimens with typical porosity levels.

収縮ポロシティを抑えるには、メタル圧を高め、凝固中 にゲートが十分な厚みを持つようにする。プランジャーがグースネックの底にぶつかるほど にクリープしてはならない。充填時間は、完全に凝固するのに十分でなけ ればならず、そうでなければ、プランジャーが戻 るときに金属がキャビティから引き抜かれてし まう。局所的な冷却はホットスポットを最小化し、その結果、凍結したときに気孔を生成する液体金属の孤立したパッチが生成されるのを防ぐことができる。

Interdendritic porosity can lead to leakage in pressure-tight components. The longer the alloy’s freezing range, the greater the likelihood of leaking. Casting at a low die temperature thickens the casting skin and reduces the possibility of leaking. However, this process may be hampered by the necessity for a high enough die temperature to provide a desirable surface look. Die face temperatures typically range from 170°C to 240°C.

ガス気孔率

ダイが急速に充填されると、大量のガスが閉じ込められる。高圧凝固後、ガスは準球状の気泡を形成し、通常は中心線周辺に発生する（図4）。ガスと引け巣が共存することもあるが、この場合、ガスは引け巣を丸くする傾向がある。

ガスポロシティは収縮ポロシティと同じ欠陥を引き起こすが、ガス孔が相互に連通することはほとんどないため、漏れが発生する可能性は低い。さらに、ガスポロシティは鋳物のブリスターの主な原因である。高温に加熱された結果、合金が弱くなると、気孔内の多大なガス圧によって周囲の金属肌が吹き飛ばされる可能性があります。冷却時間を長くしたり、金型温度を下げたりすることで、排出直後のブリスターの発生を抑えることができます。

理想的には、キャビティに閉じ込められるガスの量を最小にすることである。これは、可能な限り大きな第一段階のストロークと、可能な限り長い充填時間を採用することで達成される（一方で、許容可能な表面外観を得るためには充填時間を短くする必要があるという相反する条件を念頭に置きながら）。ベントは最大にし、適切に配置する。ダイスプレーを最小限に抑えることが有利である。気孔は、少数の大きな気孔よりも、多数の微細な気孔の方が問題になりにくく、ブリスターも発生しにくい。小さな気孔は、高い金属速度を使用することで促進される。ゲート速度は40m/sが目標であるべきである。真空ダイカストでは、この種の気孔をなくすことができる。

ダイカスト鋳造における微細孔欠陥

目に見える気孔に加えて、顕微鏡でしか観察できない大きさの気孔も存在する。このような微細な気孔は、鋳肌（よくあることだが）に存在しない場合、表面コーティング前の研磨工程で露出しない限り、悪影響はない。

涙 and ひび割れ

ホット・ティアーはその名の通り、凝固域に近い温度で発生する。この亀裂は、高歪み、低応力変形下での鋳造破壊によって生じ、多くの場合、不均一なパターンに従う（図5）。これは、より低温で高応力・低歪みの条件下で発生する可能性のある、かなり直線的な亀裂とは対照的である。さらに、破断面の外観はこれら2種類の断層で異なる。

熱間引裂きには部品の形状が大きく影響する。これは、凝固収縮が小さな領域に限定され、特にその領域が高温領域でもある場合に起こります。ZA-27とAcuzincは、アルミニウム含有量が規格以下であるか、マグネシウムが過剰でない限り、他の合金よりもこの欠陥が発生しやすい。金型の温度分布を除けば、鋳造パラメータは熱間引裂きに影響しない。金型内の高温部を冷却することで、問題を解決することができる。

ひび割れは、鋳物が金型内で詰まった結果、過大な力が発生し た場合に排出中に発生する。これは、アンダーカット、不十分な抜き勾配、バ リッシュを引き起こした金型製作上のミスが原因 であることが多い。冷却期間を延長して鋳物をより強靭にし、排出時の応力を吸収しやすくすることで、割れを防ぐことができる場合があります。しかし、鋳物がダイの上で強く収縮することで 力が発生する場合は、冷却時間を長くしても効果があ りません。

インクルージョン問題

これは亜鉛合金では、より強力な酸化皮膜形成剤を持つ合金に比べ、はるかに少ない問題である。実際、不適切な溶融管理によって生じた鉄の金属間化合物は、実際に問題となる唯一のものであることが多い。ポット内の金属レベルは、地下の金属がグースネックに入るところまで下がってはならない。

ダイカストの表面欠陥

ゴールド・ラップ。

この欠陥（フローマークまたはコールドフローとも呼ばれる）は、金型に接触して予備凝固した金属の流れが、追加の金属が到着したときに鋳物のバルクに再溶解されない場合に発生する。表面は、ラップの度合いによって深さが異なる、魚の鱗のような凹凸のある溝として現れる（図6）。断面には、コールドラップの特徴である、表面の破断が水平方向に続き、表面下に不連続面を発生させる程度が示されている（図7）。

Cold laps degrade the appearance of castings and cause issues with future finishing procedures, particularly electroplating, resulting in coating failure. If severe, laps can impair the casting’s ductility. The cavity fill time and die temperature are the key casting parameters that influence the production of cold laps. Less important characteristics are flow pattern, flow distance, metal speed, die surface, and metal temperature. The thickness of the casting is crucial. Laps are more common in thin section castings.

表面外観、肉厚、ダイ温度、および充填時間の間の関連性が決定された。表面予測（図8）は、電解めっき可能な表面となる最大キャビティ充填時間と最小ダイ温度を決定するために使用できます。部品が塗装される場合は、より長い充填時間とより低いダイ温度が許容されます。ダイの表面にテクスチャーを付けると、最大充填時間が50%長くなります。

ダイが熱く、キャビティの充填時間が短いにもかかわらず、ラップが発生することがある。 これらは通常、ガスを閉じ込めた旋回流パターンと関連している。によって背圧がかかる。 ガス で その 終わり の 空洞 フィル スロー その ぐるりと メタル 蒸気 そして そのため 生み出す その 条件 に必要である。 ローカル ラップ フォーメーション。 で これ ケースだ、 それ 意志 であります 必要 への 減らす その 空気 宙ぶらりん で その 采の目 参照 気孔率の項を参照）、または充填パターンを変更して、そのようなラップの形成を防ぐ。