Aluminum A356：組成、特性、硬さ指標および用途

総合概要

A356は、3xx.x系アルミニウム鋳造合金群に属するAl-Si-Mg系鋳造用合金で、国際的な命名法では一般にAlSi7Mgと呼ばれます。主な合金元素はシリコンで、鋳造性と流動性を向上させ、マグネシウムは熱処理時にMg2Siを析出させて時効硬化を実現します。

この合金は熱処理が可能であり、その強度は主に固溶処理、焼入れ、人工時効（T5/T6系）によって得られますが、延性を重視した鋳放しおよび応力除去状態でも供給されます。主な特徴は良好な鋳造流動性、時効後の中〜高強度、各種環境下での適度な耐食性、適切な前処理によるまずまずの溶接性などです。ただし、加工性は鍛造合金に比べて限定的であり、主に鋳造用合金として用いられます。

A356の主な用途分野は、自動車（ホイール、構造部品の鋳物）、航空宇宙・防衛（機械加工部品、継手）、消費財（コンプレッサーハウジング、ポンプボディ）、エレクトロニクス（筐体や放熱鋳物）などです。軽量性、良好な鋳造性、時効硬化による機械的特性のバランスを求め、複雑形状を鍛造成形よりも鋳造で経済的に生産したい場合に選択されます。

調質バリエーション

調質	強度レベル	伸び	成形性	溶接性	備考
O	低	高	優秀（鋳造部品で）	優秀	完全な焼なまし／過時効状態；最高の延性と応力除去による機械加工適性。
T5	中	中	普通	良好	鋳造後に冷却し人工時効；鋳放し部品に実用的。
T6	高	低〜中	限定的	注意すれば良好	固溶処理、焼入れ、人工時効；A356で最高の強度。
T651	高	低〜中	限定的	注意すれば良好	T6に応力除去（伸張または振動）を加えた状態；機械加工での歪みを抑制。
H14（軽度の加工硬化）	低〜中	中	中	良好	わずかに冷間加工；鋳物のみの形状では一般的でないが、鍛造品には適用可。

調質の選択はA356鋳物の強度-延性バランスと寸法安定性を大きく変えます。Oおよび過時効状態では機械加工適性と伸びが最大となりますが強度は低く、一方T5/T6/T651ではMg2Siの析出とシリコンの凝集形態の変化により降伏強さおよび引張強さが向上しますが延性は低下し、高拘束状態では割れのリスクが増します。

化学成分

元素	含有範囲（%）	備考
Si	6.5–7.5	主要合金元素；流動性を向上させ、縮みを低減し強度を調整。
Fe	≤0.20–0.35（仕様に依存）	不純元素であり脆い金属間化合物を生成；孔隙や熱割れ防止のため厳密に管理。
Mn	≤0.10	鉄の金属間化合物の形態制御に寄与；少量添加で靭性向上。
Mg	0.20–0.45	Mg2Si析出を介した時効硬化を提供；T6応答の鍵。
Cu	≤0.20	若干の添加で強度向上も腐食耐性低下や熱割れ傾向増加の可能性あり。
Zn	≤0.10	一般的に低濃度に抑えられ、強化効果は小さい。
Cr	≤0.10	結晶粒制御に寄与し、高温安定性を僅かに改善。
Ti	≤0.20	鋳造中の晶粒細化剤であり、鋳放し組織と充填性を向上。
その他	各≤0.05、合計≤0.15	微量元素や不純物；予測可能な鋳造性および機械特性確保のため制限。

A356の化学組成は、鋳造性と熱処理応答のバランスが最適化されています。シリコンは共晶点および凝固挙動を決め、マグネシウムは時効強化のためのMg2Si析出物の量と分布を決定します。鉄および微量元素の厳格な管理は、延性や疲労性能を損なう有害な金属間化合物の生成を防ぐために不可欠です。

機械的性質

焼なまし（O状態）のA356は、球状化したシリコン形態とほとんど析出硬化を伴わないため、比較的低い引張強さと高い伸びを示します。固溶処理後の人工時効（T6）では、細分散したMg2Si析出物と精錬されたシリコン粒子分布により引張強さ・降伏強さが大幅に向上しますが、その分延性は低下します。疲労性能は鋳造欠陥（孔隙や縮み）および表面状態に敏感であり、構造用鋳物にはショットピーニングやホットアイソスタティックプレス（HIP）が疲労寿命向上によく用いられます。

鋳造時の板厚および冷却速度は鋳放し組織に影響し、厚肉部はゆっくり凝固し粗大なシリコン粒子となるため、薄肉鋳物に比べて強度が低下します。硬さは調質状態と相関し、工程管理に用いられます。典型的なブリネル硬さはOで低く、T6で大幅に高くなります。時効温度近辺またはそれ以上の熱曝露は析出状態を変化させ、過時効化（軟化）またはさらなる時効硬化をもたらすことがあります。

特性	O／焼なまし	主要調質（T6／T651）	備考
引張強さ	90–160 MPa（典型）	230–320 MPa（典型）	板厚、鋳造方法、孔隙率により幅あり。
降伏強さ	35–80 MPa（典型）	140–240 MPa（典型）	固溶処理および時効で大幅向上；T651は寸法安定性を改善。
伸び	10–30%（典型）	2–10%（典型）	強度上昇に伴い延性は低下；伸びは欠陥の有無に依存。
硬さ（HB）	30–50 HB	70–100 HB	硬さは品質管理に用いられ、時効硬化や微細組織と相関。

物理的性質

特性	値	備考
密度	2.68 g/cm³	Al–Si鋳造合金として典型的；鋼や多くの金属より軽量。
融点範囲	約557–640 °C	共晶／軟凝固範囲で、シリコン含有量や冷却速度の影響を受ける。
熱伝導率	約120–150 W/(m·K)	シリコンや金属間化合物のため純アルミより低いが放熱部品に十分。
電気伝導率	約30–40 % IACS	シリコンや溶質元素により純アルミより低下。
比熱	約0.88–0.90 J/(g·K)	アルミニウム合金として標準的；電子機器や放熱設計に有用。
線膨張係数	21–24 µm/(m·K)	中程度であり、鋼や複合材料との組み合わせ時に重要。

A356は低密度と適度な熱伝導率を兼ね備えており、軽量構造材や熱管理用途に適しています。シリコンの存在により純アルミニウムより電気・熱伝導率は劣りますが、多くの放熱部品や電子筐体には十分な伝導性を維持しつつ、優れた鋳造性も確保しています。

製品形態

形態	典型的な厚さ／サイズ	強度特性	一般的な仕上げ（テンパー）	備考
鋳造（砂型）	数mmから数百mmまでの断面	断面サイズによって強度が大きく変動	O, T5, T6, T651	試作や少量生産部品に広く使用。冷却が遅いため粗い微細構造。
鋳造（永久型／ダイ鋳造）	薄肉から中肉（≤100 mm）	冷却が速いため鋳造直後の強度が高い	T5, T6	表面仕上げと寸法管理が良好。ホイールやハウジングに一般的。
押出し	制限的／典型的ではない	標準的な押出加工には該当せず	生産される場合はH系テンパー変種	A356は主要な押出合金ではない。AlSi系押出合金は存在するが稀少。
チューブ	鋳造および加工されたチューブ	加工・成形により変動	O, T5	特殊な近寸法形状の鋳造チューブやフローフォーミング部品が可能。
棒材／丸棒／ビレット	加工用の鍛造または鋳造ビレット	機械加工性良好。熱処理後の特性発現	O, T6（溶体化・時効後）	鋳造ビレットや鍛造材を原料としたCNC加工部品の素材として使用。

A356は主に鋳造用合金であり、生産方法（砂型、永久型、高圧ダイ鋳造）によって微細構造や機械的性質に大きく影響を与えます。鋳造後の熱処理および応力除去処理により最終特性や寸法安定性が制御され、鋳造法の選択は生産量、許容差、表面品質、熱履歴の観点で決定されます。

相当グレード

規格	グレード	地域	備考
AA	A356 / A356.0	アメリカ	キャスト用AlSi7Mg型合金のアルミニウム協会による一般指定。
EN AW	AlSi7Mg0.3（約 EN AW-226）	ヨーロッパ	A356の化学組成と性能を近似した欧州の標準指定。
JIS	AC-AlSi7Mg（概算）	日本	日本の鋳造用合金相当品はSi–Mgレベルは類似するが、不純物許容値は異なる。
GB/T	AlSi7Mg または A356（概算）	中国	中国規格も類似する組成範囲を用いるが、鋳造慣行や不純物制限が異なる場合あり。

各規格の相当グレードは多くの用途において広範に互換性がありますが、許容される不純物レベル（特に鉄および銅）やMg含有量の微妙な違いが時効反応や鋳造特性に影響します。購入時は認証済みの化学成分および機械的特性のデータシートを比較し、重要な場合は実物検査や加工試験を要求することが推奨されます。鋳造技術や品質管理の違いにより、規格上の差異以上の変動が生じることがあるためです。

耐食性

A356はAl2O3の自然被膜により大気中で良好な耐食性を示し、表面管理および塩素暴露が制限されれば都市部や工業地帯の環境でも満足できる性能を発揮します。海洋環境や塩化物濃度の高い条件では、シリコン濃集相や鋳造欠陥部で局所的な孔食およびすき間腐食が発生しやすいため、長期的には保護塗装、陽極酸化処理、または犠牲陽極を用いた防食対策がよく用いられます。

応力腐食割れは高強度のAl–Cu合金に比べてA356では少ないですが、より高強度テンパー、残留引張応力の増加、微細構造欠陥の存在によって感受性は高まります。設計者は引張過負荷を避け、熱処理後の応力除去（T651）を検討すべきです。ステンレス鋼や銅のような貴金属とのガルバニック作用によりアルミが陽極として腐食されるため、絶縁層や犠牲陽極の使用が典型的な対応策です。

5xxx（Al–Mg）合金と比較すると、多くの環境で同等の耐食性を持ちますが、6xxx系の高合金化・陽極酸化適性を持つ合金と比べると塩化物環境下での耐食性は一般的に劣ります。選択は求める機械的特性、暴露条件、および塗装や後処理の有無により決定されるべきです。

加工性

溶接性

A356はTIGやMIGなどの従来の溶接法で溶接可能ですが、鋳造A356の溶接では多孔質や熱割れのリスクに注意が必要です。予熱と適合する溶加材（例：4043などのAl-Si系、特定ケースでは5356のAl-Mg-Si系）の使用により水素多孔や熱的ミスマッチを低減します。溶接後の熱処理は時効硬化の回復にしばしば必要です。熱影響部（HAZ）は局所的に軟化し、重要部品の歪みや特性低下を防ぐため工程管理が求められます。

機械加工性

鋳造状態のA356は鋳造合金としては良好な加工性を持ち、特にOまたは半焼きなまし条件で顕著です。硬質シリコン粒子に対応するためカーバイド工具と中程度の送り・切削速度が推奨されます。工具摩耗はシリコン及び金属間化合物の研磨作用によるため、正の前角を持つ工具形状と冷却液の使用が有効です。断続切削は可能な限り避け、切粉排出を適切に管理することで表面損傷を防ぎます。永久型やダイキャストの原料を用いると微細構造が細かくなり、加工面品質や寸法精度が向上します。

成形性

A356の冷間成形性は圧延・押出アルミ合金に比べ限定的であり、鋳造品への曲げ・プレス加工は薄肉の永久型鋳造部品を除きほとんど用いられません。最良の成形特性は過時効またはO状態で得られるものの、設計者は一般に成形による形状変更よりも鋳造で望む形状を作ることを好みます。一部成形が必要な場合は局所加熱や成形前の溶体化処理を行い、適切な時効処理で強度を維持しつつ限定的な形状変更が可能です。

熱処理特性

A356は熱処理可能な合金で、溶体化処理に続く急冷と人工時効によりT6状態を得ます。典型的な溶体化は525～540 °C付近でMgを溶解し、過飽和固溶体を形成します。急冷により冷却中の析出を抑え、その後約150～180 °Cで数時間の人工時効を行うことで微細なMg2Si粒子が析出して強度が向上します。T5は溶体化処理を行わない鋳造品に対する短時間人工時効で、完全な溶体化はしませんが中程度の強度向上をもたらします。

過時効や長時間高温曝露、急冷不足は析出粒子の粗大化を招き強度低下を起こすため、製造工程の管理が重要です。熱処理非対応の挙動（非標準ロットや一部鍛造加工)では、加工硬化や冷間変形による強化が起こり、加工後の延性回復や応力除去には焼なましや完全な溶体化処理が適用されます。

高温特性

A356は通常の時効温度を超えると強度が徐々に低下し、約150 °C以上の使用温度ではMg2Si析出構造の効果が減少し時間とともに軟化します。高温でのクリープ耐性は高温合金と比較して限定的であり、中程度の温度範囲や断続的な熱負荷用途に限定されます。長期的な熱曝露や過時効を考慮した設計が求められます。通常操作温度では保護酸化被膜により酸化は最小限ですが、高温長時間曝露により微細構造の粗大化や鋳造中の金属間化合物の脆化が進行することがあります。

用途例

業界	代表部品	A356が選ばれる理由
自動車	ホイール、トランスミッションハウジング、エンジンクランクケースカバー	良好な鋳造性、軽量化、構造用鋳造品の時効硬化強度。
航空宇宙	構造用鋳造部品、ブラケット、継手	優れた強度対重量比と複雑な近寸法形状部品の製造能力。
海洋	船体継手、ポンプハウジング、船外機部品	適度な耐食性および複雑形状の鋳造が可能で、海水に耐える保護仕上げが施せる。
電子機器	エンクロージャー、ヒートシンクハウジング	熱伝導性、鋳造性、機械加工性を兼ね備えた熱管理部品。

A356は熱処理後の機械的性能が良好で、加工や組立の手間を最小限に抑えつつ複雑形状の製造が求められる場合によく選ばれます。鋳造性、機械加工性、時効硬化特性のバランスにより、多くの業界で中程度強度の鋳造部品を低コストで生産可能です。

選定ポイント

複雑形状または薄肉鋳造品で、後加工可能な機械的性能が求められる場合や、軽量化が重要で最強の鍛造合金強度を必要としない用途にA356を選択してください。特に良好な鋳造性と適度な時効強化が望まれる部品（ホイール、ハウジング、継手）に適しています。

商用純アルミニウム（1100）と比較すると、A356は電気伝導率や熱伝導率、ならびに本来の成形性を犠牲にする代わりに、熱処理後の高い強度と鋳造形状における寸法安定性を実現します。一般的な加工硬化合金（3003、5052）と比較すると、A356は高い時効硬さを有しますが、通常は延性が低く、塩化物環境下での耐食性は同等かやや低くなります。一般的に使用される熱処理可能な圧延合金（6061、6063）と比較すると、複雑な鋳造形状と優れた鋳造経済性が、それらの圧延合金のより高い最大強度や優れた溶接性よりも優先される場合にA356が選ばれます。

まとめ

A356は、鋳造性の良さ、低密度、効果的な時効硬化反応の実用的な組み合わせを求めるエンジニアにとっての代表的な鋳造合金のままであり、複雑な形状かつ中程度から高い強度が求められ、合理的なコストが必要な自動車、航空宇宙、海洋、熱工学分野において特に価値があります。