6.2 非鉄鋳物

6.2 非鉄鋳物（Non-ferrous castings）

 

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非鉄金属鋳物の概要と主要材料の特性

我が国の鋳造産業において、アルミニウムや銅などの非鉄金属鋳物およびダイカストは、生産金額ベースで全体の50％以上を占める極めて重要な地位にあります。優れた軽量性、導電性、耐食性、高温強度などを備え、各種産業の進化を支えています。その全体を俯瞰して技術的な要点を簡潔に示します。

1. 銅および銅合金鋳物：抜群の導電性・熱伝導性と耐海水性

1.1 特性と主要合金：

高い導電・熱伝導性と耐摩耗性、優れた耐食性を持ちます。亜鉛を添加した黄銅系、スズを主とする青銅系（なじみ性の良い軸受用等）、強靭なアルミニウム青銅系、導電率を重視した純銅系などがあります。

1.2 JIS規格と強度（JIS H 5120）：

純銅鋳物（CAC101等、引張強さ135〜175 N/mm²）、青銅鋳物（CAC401等、165〜215 N/mm²）、高力黄銅鋳物（CAC301等、430〜755 N/mm²）、アルミニウム青銅鋳物（CAC701等、440〜590 N/mm²）が規定されています。

1.3 鋳造上の課題と主要な用途：

凝固範囲が広いため指向性凝固（押し湯・冷やし金）の設計が難しく、また水素ガスを吸収しやすいためリン銅等による十分な脱酸・脱ガス処理が必要です。
水道用バルブや、大型船のスクリュープロペラ等に不可欠です。

 

2. アルミニウム鋳物・アルミニウムダイカスト：現代工業の軽量化を牽引する主軸材料

2.1 特性と主要合金：

アルミニウムは、比重が鉄の約3分の1（約2.7）と軽く、比強度と熱導電性に優れます。湯流れ性の良いAl-Si系、熱処理によりMg₂Siを微細析出させて高強度化するAl-Si-Mg系（AC4C等）、強度と被削性を両立するAl-Si-Cu系（AC4B、ADC12等）が多用されます。

2.2 JIS規格と強度（JIS H 5202 / 5302）：

鋳物用のAC材（引張強さ170〜330 N/mm²）、金型に高速・高圧充填するダイカスト用のADC材（193〜266 N/mm²）が市場の主流です。

2.3 鋳造上の課題と主要な用途：

溶融時に水素ガスを吸収しやすく、また空気中の酸素と反応して有害な酸化物（アルミナ・バイフィルム）を形成しやすいため、不活性ガス等による厳格な脱ガス・除滓が必要です。
シリンダーヘッドやケース類などの自動車部品に広く使われます。

3. マグネシウム合金鋳物・マグネシウムダイカスト：究極の軽さと高い制振性

3.1 特性と主要合金：

マグネシウムは、比重1.74と実用金属中で最も軽量であり、比強度や振動減衰能に優れます。AlとZnを加え機械的性質を高めたAZ91や、靭性重視のAM60が代表的です。鉄などの不純物を極限まで抑えた高純度合金（AZ91E等）の開発により、耐食性も克服されています。

3.2 JIS規格と強度（JIS H 5203 / 5303）：

鋳物用のMC材（引張強さ235〜275 N/mm²）、ダイカスト用のMDC材（MDC1B〜MDC4等）が規定されています。

3.3 鋳造上の課題と主要な用途：

極めて活性が高く、液体状態では大気中で激しく燃焼するため、SF₆やCO₂などの防燃保護ガス（雰囲気制御）による安全対策が必須です。
自動車のステアリング、ノートPCやカメラの筐体等に採用されています。

 

4. 亜鉛合金ダイカスト：超精密・超薄肉成形の決定版

4.1 特性と主要合金：

融点が低く（約380〜390℃）湯流れが抜群に良いため、最も鋳造しやすい金属の一つです。Alを約4%加え、強度と耐食性を高めたZDC1およびZDC2が広く使用されています。

4.2 JIS規格と強度（JIS H 5301）：

ZDC1（引張強さ290 N/mm²指標、硬さ80〜90 HB）などが規定されています。

4.3 鋳造上の課題と主要な用途：

不純物（鉛、カドミウム、スズ等）が微量でも混入すると、高湿下で「粒界腐食」を起こし、鋳物が長期間で膨張・崩壊（経年脆化）します。このため99.99%以上の超純亜鉛（4-ナイン）の使用管理が絶対条件です。
0.5mm以下の極薄肉成形が可能であり、キャブレター、自動車の内外装部品、高精度ギヤ、玩具等に多用されます。

 

5. ニッケルおよびニッケル合金鋳物：極限の高温環境と強酸に耐える素材

5.1 特性と主要合金：

優れた耐熱性と、強酸・海水等に対する強靭な耐食性を有します。純ニッケル（NC-F）、耐海水性のNi-Cu合金（Monel相当）、還元性酸に強いNi-Mo合金（Hastelloy相当）があります。さらに、1000℃前後のクリープ破壊に耐える「ニッケル基超合金」は結晶粒界を完全に排除した単結晶精密鋳造翼などとして発展しています。

5.2 JIS規格と強度（JIS H 5701）：

純ニッケル（NC-F、引張強さ345 N/mm²）、NCuC-F（Monel系、450 N/mm²）、NMC-S（Hastelloy系、525 N/mm²）などが規格化されています。

5.3 鋳造上の課題と主要な用途：

融点が高く（1300〜1450℃）、空気溶解時には激しい酸化やガス欠陥を防ぐため、AlやCa等による強力な脱酸処理が必要です。
化学プラント用のバルブやインペラー、そして航空機ジェットエンジンや火力発電用ガスタービンのタービンブレード等の最重要保安部品に使用されます。

 

6. チタンおよびチタン合金鋳物：最高の比強度と完璧な生体適合性

6.1 特性と主要合金：

鉄の約60%（比重4.5）と軽量でありながら超高強度を誇り、海水に対する完全不働態、生体適合性を有します。工業用純チタン（TC340）や、最高クラスの比強度を持つα-β型合金のTi-6Al-4V（TC6400）が主役です。

6.2 JIS規格と強度（JIS H 5801）：

TC340（引張強さ340 N/mm²）、Ti-6Al-4V（TC6400、引張強さ840〜895 N/mm²）などが規定されています。

6.3 鋳造上の課題と主要な用途：

融点がきわめて高く（1600〜1700℃）、溶融状態であらゆる元素を急速に吸蔵・反応するため、通常の耐火物鋳型を激しく侵食します。このため真空アークスカル溶解が必要であり、さらに鋳型との反応で表面に生じる硬く脆い変質層（アルファケース）の化学洗浄による完全除去や、内部の微小気泡（ポロシティ）を消滅させるHIP（熱間等方圧加圧）処理などの特別な後加工が必須です。
航空宇宙部品、化学プラント、人工関節等に多用されます。

 

7. まとめ

非鉄金属鋳物は、素材ごとの特異な物性を活かすことで、軽量化や高性能化が不可欠な現代の先端インフラを支えています。溶解時のガス吸収・酸化対策や反応防止、そして高度なプロセス制御（ダイカストや真空・精密鋳造など）を通じて、より高品位でネットシェイプ（最終形状に近い）な製品の製造技術が追求され続けています。

表　各種非鉄鋳物の機械的性質　　出典：機械工学便覧　第6版　β03-02章

 

 

参考文献
機械工学便覧　第6版　β03-02章
ASM HANDBOOK　Vol.15 Casting ASM International

 

引用図表
表　各種非鉄鋳物の機械的性質　　出典：機械工学便覧　第6版　β03-02章

 

Modify:2026/08/25
Correct：2018/2/11　（部分修正）
2016/11/6
本稿（初稿）は、筆者の興味と復習を兼ねているため、参考文献からの引用が主たるものになっています。第２稿ではより内容を絞り、かつより広範囲なデータに基づく記述を企図しております。