Aluminum 380：組成、特性、熱処理（Temper）ガイドおよび用途

総合概要

Alloy 380（ダイカスト実務で一般的にA380と指定される）は、アルミニウム-シリコン-銅合金の鋳造用合金であり、「3xx」鋳造グループに属するアルミニウムシリコン鋳造ファミリーの一つです。高生産圧力ダイカストおよび鋳造用途向けに配合されており、流動性を高めるシリコンと、鋳造時の強度向上および高温安定性向上のための銅を主成分としています。

主要な合金元素は、流動性および共晶強化のためのシリコン、析出強化および高温強度向上のための銅、さらに粒子微細化のために制御された鉄、亜鉛、マンガン、微量のチタンが含まれています。強化機構は複合的で、鋳造時の微細構造および銅含有の金属間化合物により基礎強度が得られ、一部の熱処理（T5/T6様の人工時効）により析出硬化が進行してさらなる強度向上が可能です。

380の主な特徴は非常に良好なダイフィル性、良好な寸法安定性、多くの鋳造合金と比較して魅力的な表面仕上げおよび加工性、適度な耐食性とダイカスト部品として妥当な機械的性質を有することです。溶接性は圧延アルミニウム合金と比べて限定的であり、鋳造後の大規模な成形加工を想定していません。主な用途分野は、自動車、家電筐体、電気機器ケース、機械用ハウジングや継手などで、ニアネットシェイプ、高量産性、寸法精度が重視されます。

設計者は、迅速なダイカスト生産性、良好な鋳造時強度、経済性のバランスを求める場合に380を選択します。複雑形状で二次加工が少ない場合は高性能な圧延合金より380が選ばれ、また鋳造時の強度と熱安定性が重要だが工程の複雑化を避けたい場合は低合金ダイカスト合金より380が優先されます。

焼きなまし状態の種類

焼きなまし状態	強度レベル	伸び	成形性	溶接性	備考
O	低	中程度（断面依存）	低い	劣〜並	鋳造時状態。応力除去焼鈍あり。鋳造状態で最高の延性を持つ
T5	中〜高	低〜中程度	限定的	劣〜並	鋳造後または急冷後の人工時効処理。ダイカスト品で一般的
T6	高	低	限定的	劣	溶体化処理＋人工時効で強度向上。ただし気孔管理が重要
T651（稀）	高	低	限定的	劣	応力除去＋人工時効。機械加工後の寸法安定性が重要な場合に使用
H14（加工硬化・稀）	中	低	限定的	劣	通常鋳造品には適用されず、参照用に存在

380の選択焼きなまし状態は、通常の圧延材の熱処理条件よりも鋳造プロセスや部品形状に左右されます。T5は、全面溶体化処理に比べて過度な熱ひずみや変形リスクが少なく人工時効により強度を高められるため、最も一般的な工業状態です。

全面溶体化処理＋T6時効は可能で機械的性質向上が見込めますが、気孔・水素含有量・変形の厳密な管理が必要であり、多くのダイカスト工場では性能・コスト・寸法安定性のバランスを考慮してT5または鋳造時状態を選択しています。

化学成分

元素	含有率（%）	備考
Si	7.5 – 10.5	主要合金元素。流動性向上、収縮低減、共晶シリコンネットワーク形成
Fe	0.6 – 1.3	不純物元素。Feリッチ金属間化合物を形成し、高含有は延性低下を招く
Mn	0.0 – 0.5	金属間化合物の形態制御。微量添加により強度と鋳造性向上
Mg	0.05 – 0.35	低含有。380では析出強化に限定的役割
Cu	2.5 – 4.5	主要強化元素。析出相形成促進、高温強度向上
Zn	0.5 – 1.2	微量強化寄与。高含有時は腐食挙動に影響
Cr	0.05 – 0.25	結晶粒および金属間化合物制御に寄与。条件により割れ抑制
Ti	0.01 – 0.25	粒子微細化剤。充填性向上と微細構造形成に効果
その他（Ni, Pb, Sn, B）	微量～規定最大値	通常低レベルに制御。Pb, Snは加工性向上目的で管理されることがある。Alが残部

380の性能はSi–Cuのバランスと、金属間化合物の化学組成・形態に影響する微量元素に強く依存します。シリコンは細かな共晶組織を促進し鋳造性や寸法安定を助ける一方、銅は析出強化や金属間化合物による硬度・引張特性の向上をもたらします。制御された鉄・マンガン含有量は粗大で脆い金属間化合物の発生を抑制し、延性や疲労寿命を維持するために重要です。

機械的性質

380は鋳造時の引張強さおよび降伏強さが断面厚さによる影響を大きく受けます。これは凝固時の微細構造、気孔、共晶シリコンや銅リッチな金属間化合物の分布によるものです。鋳造品としては多くの構造部品に十分な強度がありつつ、伸びは限定的で気孔や鋳造欠陥の影響を受けます。疲労性能は表面品質や鋳造欠陥、脆い金属間化合物の存在によって制約されており、ショットブラスト、表面加工、応力集中を避けた設計などが対策として一般的です。

人工時効（T5）および特に溶体化処理＋時効（T6）では、銅含有相が析出強化を発現し、降伏強さ・引張強さともに向上しますが、伸びは低下します。硬さは同様の傾向を示し、生産管理の迅速指標として使われることもあります。断面厚さと冷却速度は第一順序の影響を持ち、薄肉は早冷になり微細な微細組織かつ高い鋳造時強度を生む一方、残留応力も高くなります。

特性	O／焼鈍状態	代表的な熱処理（例：T5/T6）	備考
引張強さ（UTS）	180 – 260 MPa	240 – 360 MPa	断面、気孔、熱処理により幅あり。典型的T5は約250–320 MPa
降伏強さ（0.2%オフセット）	90 – 170 MPa	160 – 260 MPa	時効により大幅向上。薄肉鋳物の設計は保守的な下限値使用推奨
伸び（A5）	1 – 8%	1 – 5%	伸びは圧延材と比べ低く、気孔や断面厚さに強く依存
硬さ（HB）	60 – 90 HB	85 – 120 HB	加工管理で用いられ、硬さは代表的な熱処理状態でUTSに相関

物理特性

特性	値	備考
密度	2.75 – 2.82 g/cm³	純アルミより若干高い。SiおよびCu含有による
融点範囲	約500 – 640 °C	共晶および固相線／液相線範囲は合金依存。シリコンにより流動開始温度低下
熱伝導率	110 – 140 W/(m·K)	純アルミより低い。合金元素と微細構造に依存
電気伝導率	約20 – 35 %IACS	銅およびシリコンにより純アルミより低下
比熱	約880 – 900 J/(kg·K)	他のAl-Si鋳造合金に近い
熱膨張率	21 – 24 µm/(m·K)	Al-Si合金として中程度。異種材料との熱膨張差を考慮した設計推奨

物理特性は典型的なダイカスト用途に適しており、密度は軽量化が求められる部品に有利、熱伝導率は多くの筐体・放熱用途に十分ですが純アルミより低めです。シリコンにより支配される融解・凝固挙動が優れたダイフィル性と低収縮性の要となります。一方、電気伝導率は機械的性質や鋳造特性を重視した結果として副次的に低下しています。

製品形態

形態	代表的な板厚・サイズ	強度特性	一般的な調質	備考
ダイキャスト（部品）	肉厚 1～10 mm	鋳造状態の強度；薄肉部は冷却速度が速いため強度が高い	O、T5、T6（稀少）	主要製品形態；最良の表面仕上げと寸法管理が可能
永久型鋳造品	5～40 mm	冷却速度が遅く、微細組織は粗大になる	O、T5	ダイキャストが経済的でない大型部品に使用される
砂型鋳造 / 重力鋳造	5～100 mm以上	粗大な微細組織、低い強度	O	380の用途としては稀；形状や生産量の要件による
棒材 / 鍛造材	限定的；特殊用途	一般的ではない	—	380は軟鋼製品としてはほとんど使用されず、試験的な用途で棒材が使われることがある
押出材 / 板材 / プレート	標準品ではない	該当なし	—	380は通常、板材・プレート・標準押出材として生産されないため、これらには軟鋼合金や他の製品を利用する

380はダイキャストが主な加工ルートであり、それが使用可能な製品形態や設計ルールを規定しています。肉厚、ゲート位置、冷却速度、金型設計が物性を制御する主な要素であり、この合金は高圧ダイキャストの生産実態に合わせて最適化されています。設計者が板材やプレート、押出材を要求する場合は、通常、軟鋼合金への切り替えが行われます。なぜなら、380はこれらの形態で一般的に生産されていないためです。

同等グレード

規格	グレード	地域	備考
AA	380 / A380	アメリカ / 国際	北米および複数の鋳造標準で一般的なダイキャスト指定
EN AW	AlSi9Cu3(Fe)	ヨーロッパ	ヨーロッパの鋳造標準における近似等価品。命名は名目上のSiとCu含有量を表す
JIS	ADC12	日本	成分および用途でA380に類似する日本の代表的なダイキャスト合金
GB/T	AlSi9Cu3 / ZL104	中国	中国の鋳造規格で類似のAl–Si–Cu系グレードとしてA380の代替に使われることが多い

同等性はあくまで概算であり、鋳造現場の実態としてFe、Mnや微量添加元素の変動が鋳造性や機械的特性に影響を与えます。仕様ごとに許容される不純物レベル、熱処理反応、要求試験が異なるため、重要な用途に代替グレードを使用する場合は正確な成分表および機械的性質表を確認すべきです。

耐食性

合金380は、Al-Si合金に特徴的な中程度の大気腐食耐性を示し、受動的な酸化アルミニウム皮膜により保護されます。合金中の銅は、ピット腐食耐性を低下させ、塩素イオンを多く含む環境で局所腐食を促進しやすいため、海洋環境や腐食性の強い大気中では塗装や陽極酸化処理の代替手法、設計上の考慮が必要となります。沿岸部や高湿度環境で使用される重要部品には、保護塗装、シーラント、犠牲陽極保護などの対策が一般的です。

応力腐食割れは、Al-Si鋳造合金では高強度の軟鋼アルミニウム銅合金や7xxx系高強度合金よりも少ない傾向がありますが、銅含有量の増加、引張残留応力および特定の運用環境により感受性が増大する場合があります。組立設計においては異種金属接触が重要で、380が鋼、ステンレス鋼、銅合金と組み合わされる際は、ガルバニック系列の差異を考慮し、アルミを絶縁または犠牲陽極を用いる必要があり、特に塗装が破損した場合には注意が必要です。Mgを主成分とするAl-Mg合金（例：5052）と比較すると、合金銅により局所腐食に弱いものの、鋳造性が優れており、複雑な形状にも塗装が確実に施せる場面で好まれます。

加工性

溶接性

380の溶接は、ダイキャスト特有の巣孔やガス閉込、シリコンおよび銅リッチな金属間化合物の存在により熱割れや溶接品質の低下を引き起こしやすく難易度が高いです。適切に準備・加工された部品であれば、Al-Si系の充填材（ER4043など）を用いたMIG/TIG溶接により、流動性を高めて熱割れの発生を抑制可能です。強度が必要な場合はER5356を使用できますが、割れのリスクは増加します。予熱やフラックス除去、健全な母材までの機械加工などが一般的に必要で、溶接部は母材の強度や疲労寿命には及びません。

切削性

380は多くの鋳造合金に比べ切削性が良好で、シリコン粒子が短く切れた切りくずを生成し切削の安定化に寄与します。正ラジアスの超硬工具と良好な冷却条件が推奨され、半仕上げおよび仕上げ加工では中速から高速切削が一般的です。工具寿命は振動の低減、切り込み深さの管理、アルミ向けコーティングの利用により改善します。鉛や錫を含むタイプはさらに加工性に優れる場合がありますが、環境規制により使用は限定的です。

成形性

鋳造品は延性が低く金属間化合物が脆いため、380の冷間曲げ、深絞りやプレス加工による成形性は非常に限られています。近似ネットシェイプ設計が主流で、金型やゲート設計により最終形状を得て、後加工の成形を最小限に抑えます。局所的な機械加工、トリミングや薄肉部の軽度な曲げはOまたはT5調質の選択と、ばね戻りや割れの管理が必須です。成形量が大きい場合は、成形性を重視した軟鋼合金への切替が一般的です。

熱処理特性

銅含有の鋳造Al-Si合金である380は、限定的ながら有効な熱処理反応を示します。510～540 °Cの範囲での固溶処理により可溶相を溶解し、急冷することが可能ですが、鋳造巣孔や封入ガス、完全に溶解しない金属間化合物の存在により効果は限定的です。過度の固溶処理は歪みや巣孔問題を悪化させるため、軟鋼合金よりも処理条件の余裕が狭いです。

人工時効（T5：150～220 °C）はダイキャスト380の強度向上に最も実用的な工業的処理であり、完全な固溶処理を必要としません。T5ではCuリッチ相の適度な析出反応により降伏強さと硬さが向上し、固溶処理に伴う形状変化を伴いません。T6（固溶処理＋人工時効）はより高いピーク強度を得られますが、コスト、歪み、そして水素巣穴のリスクから一般的には少ないです。