アルミニウムADC12：組成、特性、調質ガイドおよび用途

総合概要

ADC12は高シリコン含有の銅合金アルミニウム鋳造合金で、JIS（日本工業規格）ではADC12として分類されています。これは1xxx～7xxx系の圧延合金には含まれず、アルミニウム-シリコン-銅系の鋳造合金として、圧力鋳造および砂型鋳造用途向けに開発されました。

主な合金元素は、比較的高レベルのシリコン（Si）、中程度の銅（Cu）、鉄（Fe）、および微量のマンガン（Mn）、マグネシウム（Mg）、亜鉛（Zn）、さらに微量元素としてチタン（Ti）やクロム（Cr）を含みます。高いシリコン含有は強度と耐摩耗性に寄与する硬質の共晶シリコン相および一次シリコン相を形成し、銅は時効硬化および高温強度の向上に貢献します。

ADC12の強化は、微細組織制御（シリコンの共晶相および金属間化合物相）と、Cu含有相の析出硬化により、溶体化処理および人工時効後に起こります。この合金は、軽量構造部品としての鋳造時の良好な強度、中程度の耐食性、クラス内で妥当な熱伝導性および電気伝導性、さらに許容できる切削性を備えています。一方、成形性や溶接性は圧延アルミニウム合金に比べて制約があります。

ADC12の代表的な用途分野は、自動車（ダイ、ハウジング、トランスミッションケース、ブラケット）、家電製品、電気筐体、さらには一部の船舶部品や一般産業用の鋳造部品です。コスト効率に優れたダイキャスト可能材料として、鋳造性、寸法安定性、機械的強度、加工性のバランスが求められる中程度負荷の大量生産部品においてエンジニアに選ばれています。

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
F（鋳放し／加工状態）	低～中	低～中程度	制限あり	低～中程度	典型的なダイキャスト条件で、多孔質や共晶組織が存在する
O（焼なまし）	低	高め	向上	中程度	ADC12では稀であり、強度を犠牲にして延性が向上
T5（鋳造後冷却→人工時効）	中～高	低～中程度	制限あり	低～中程度	ダイキャスト部品で寸法安定性と強度向上のため一般的
T6（溶体化処理＋人工時効）	高	低	低い	低い	部品が効果的に溶体化処理および焼入れ可能な場合、より高強度を実現
T4（溶体化処理＋自然時効）	中程度	低～中程度	制限あり	低い	複雑な鋳造品で完全な溶体化処理が困難なため一般的ではない

調質は鋳造部品の機械的性能および実用性を大きく変えます。業界では複雑な熱処理を必要としない寸法安定性、残留応力、達成可能な強度のバランスが取れた鋳放しおよびT5調質が最も一般的です。

T6や溶体化ベースの調質を追求する場合、引張強さや降伏強さの向上が可能ですが、断面厚み、多孔質、均一な溶体化処理・急冷の実施可能性に強く依存します。薄肉のダイキャスト部品ではT6処理に均一に反応しない場合があります。

化学成分

元素	含有範囲（％）	備考
Si	10.0 – 13.0	主要合金元素。共晶シリコンおよび硬質相を形成し、強度と耐摩耗性を向上
Fe	0.6 – 1.3	不純物。金属間化合物を形成し、過度なFeは延性を低下させ脆性を増加
Mn	0.05 – 0.45	一部の金属間化合物の形態を制御。微量添加で結晶粒の微細化に寄与
Mg	0.05 – 0.45	低濃度。固溶強化や時効応答に若干寄与
Cu	2.0 – 3.5	析出強化および高温強度を促進。耐食性を低下させる
Zn	≤ 0.25	通常は微量不純物。ADC12での高Znは稀
Cr	≤ 0.10	結晶粒調整剤。特定鋳造品の熱割れを抑制
Ti	≤ 0.20	溶解およびインゴット製造時の結晶粒微細化剤
その他（Ni, Pb, Bi, Sr, Zr）	規定限界までのバランス	規格に基づき微量添加または不純物を管理。Alバランスは通常85％超

この合金設計では、SiとCuが主要な性能ドライバーです。シリコンは硬質な共晶ネットワークを形成し鋳造時の流動性向上に寄与し、銅は熱処理後の析出強化を可能にします。鉄やその他不純物は金属間化合物の形態に影響し、延性や疲労耐性にも関わります。合金組成は、金型充填性の最適化、熱割れの最小化、機械加工性と安定した時効性を有する微細組織の形成にバランス良く調整されています。

機械的性質

ADC12の引張特性は、鋳造方法、断面厚み、多孔質の有無、熱処理に大きく左右されます。典型的なダイキャストADC12の鋳放しまたはT5調質は、鋳造用アルミニウムとして中程度から高い引張強さ（一般的に200～300 MPa程度）を示しますが、圧延合金に比べて延性は低めです。シリコンリッチな微細構造の脆さが伸びを制限し、特に厚肉部では多孔質や収縮による影響が大きくなります。

降伏強さは引張強さに追随し、Cu含有析出相および微細組織の時効によりT5/T6処理相当の調質で著しく上昇します。硬さも焼なましから時効条件へ著しく増加し、Cu相や微細化されたシリコン相がマトリックスに分布します。疲労性能は鋳造欠陥や金属間化合物に影響され、表面仕上げ、多孔質、熱処理が耐疲労限度を左右します。

断面厚みは明確な影響を持ち、固化時の冷却速度によりシリコン粒子サイズ、多孔質量、均一な溶体化の達成度が支配されます。薄肉部は通常、高強度かつ低多孔質が得やすいですが、鋳造時の熱割れ（ホットティアリング）が起こりやすい傾向があります。

特性	O／焼なまし	代表的調質（例：T5/T6）	備考
引張強さ（MPa）	120 – 160	200 – 300	鋳造方法、多孔質、断面厚みによる広い範囲
降伏強さ（MPa）	60 – 110	160 – 240	Cu析出相の影響で時効処理で向上。断面や欠陥により変動
伸び（％）	4 – 10	1 – 6	強度増加に伴い伸びは低下。脆いシリコン相が延性を制限
硬さ（HB）	40 – 70	80 – 120	人工時効および溶体化処理により硬さ増加

物理的性質

特性	値	備考
密度	2.75 – 2.80 g/cm³	Al-Si鋳造合金として標準的。鋼材に対する部品重量の軽減メリット
融点範囲	固相線 約510 – 540 °C、液相線 約560 – 585 °C	合金元素と共晶挙動により広い融解・凝固レンジ
熱伝導率	約100 – 130 W/m·K	純アルミニウムより低いが、多くの熱管理用途で十分な性能
電気伝導率	約20 – 35 % IACS	シリコンと銅の添加により純アルミより低下
比熱	約0.88 – 0.92 J/g·K	他のアルミ合金と同程度で過渡的熱計算に利用可能
熱膨張係数	約22 – 24 µm/m·K	典型的なアルミニウムの膨張率。厳しい公差組立時に考慮必要

ADC12は軽量化と鋳造適性重視の用途で魅力的な物理特性を有します。密度面で鉄系材料に対して質量節減が可能であり、熱伝導性・電気伝導性は純アルミに比べ低いものの、ハウジングや特定の熱応用では十分な性能です。融点範囲と凝固特性は鋳型設計、ゲーティング、冷却戦略に影響します。

製品形状

形状	代表的な厚み・サイズ	強度特性	一般的な調質	備考
板材	入手が限られる；薄板はあまり見られない	一般的ではなく、特性は変動する	O、T5（生産される場合）	ADC12は冷間圧延板としてはほとんど供給されず、鋳造由来の板は延性が限定的
プレート	入手が限られる；主に鋳造プレート	厚みと熱処理によって変動	O、T5/T6	厚い鋳造プレートは多孔質が多く靭性が低い
押出材	一般的ではない	該当なし	該当なし	ADC12は通常押出には使用されず、鍛造合金が好まれる
チューブ	限定的（鋳造チューブまたは製作品）	変動する	O、T5	管状形状は稀で、多くの場合は二次加工による製造
バー・ロッド	インゴットからの機械加工バー；鍛造は稀	塊材料の場合良好な加工性	O、T5	一般に鋳造品または機械加工ビレットとして供給され、二次加工に使用

ADC12は従来の板材、プレート、押出材ではなく、主にダイカストや砂型鋳造品として生産されます。ダイカストは薄壁で複雑な形状を高精度・良好な表面仕上げで成形可能で、多くの産業部品に適しています。最終製品要件を満たすために、機械加工、熱処理、表面仕上げなどの二次加工がよく施されます。

加工形態の違いは用途適合性に直結します：ダイカストは高い生産性と形状の複雑性を実現し、砂型鋳造は大型部品の製造が可能ですが機械的性能が劣り多孔質が多い傾向にあります。鍛造や押出し加工は通常行われず、ADC12の組成と微細構造は鋳造に最適化されています。

相当材

規格	鋼種	地域	備考
AA（Aluminum Association）	A383 / A413（おおよそ）	アメリカ	A383/A413はAl-Si-Cu鋳造合金で、ADC12と組成および特性が概ね類似
EN AW	EN AC-AlSi12Cu1(Fe)（おおよそ）	ヨーロッパ	ヨーロッパの鋳造指定で約12％Si、約1％Cu族に該当；仕様により上限は異なる
JIS	ADC12	日本	この特定のダイカスト合金に対するJIS規格指定
GB/T	ZL102 / AlSi12Cu（おおよそ）	中国	中国のAl-Si-Cu鋳造合金は類似しているが不純物や微量元素の管理に違いがある

相当規格は組成ファミリーの大まかな相似であり、正確な化学的同等ではありません。地域ごとの違いは許容不純物、CuやFeの厳密な上限、工程関連の品質管理（多孔質、清浄度）に現れます。JIS ADC12と地域の相当材を代替する場合は、重要元素および機械的特性の整合を確保するために規格シートやロット証明書を必ず確認してください。

耐食性

ADC12はAl-Si鋳造合金に典型的な中程度の大気腐食耐性を示します。保護性のある酸化アルミニウム皮膜が自然に形成され、均一腐食に対する主要防御層となります。しかし銅の含有により、ほぼ純アルミやMg含有の5xxx系合金に比べて耐食性は低下し、とくに塩化物を含む環境下では局部的な孔食が発生しやすくなります。

海洋環境や高塩分暴露下では、ADC12は多孔質や合金間化合物の集積が存在する鋳肌部でピッティングやすき間腐食が生じやすいです。海洋での使用が想定される場合には、保護塗装、シーラント、陽極酸化処理（可能な場合）がよく用いられます。

応力腐食割れは多くの使用条件では主な破損原因ではありませんが、腐食性雰囲気中で持続的な引張応力を受ける部品はCu含有相により局所的な劣化が促進されることがあります。ADC12は多くの一般的な工学金属に対して陽極的であるため、ステンレス鋼などの陰極材からの絶縁や、接触部の最小化を考慮した設計が推奨されます。5xxx系や6xxx系鍛造合金と比較すると、ADC12は鋳造性能や機械加工性を優先するために耐食性の一部が犠牲になっています。

加工性

溶接性

ADC12の溶接は一般的に困難です。典型的なダイカスト微細構造には多孔質と共晶シリコンが含まれ、これらが熱割れや溶け不足欠陥を促進します。TIG溶接やMIG溶接は多孔質が少ない場合の修理や製作に使用可能ですが、完全な構造溶接は機械的締結や接着接合が好まれることが多いです。溶接時は熱割れ防止と金属組織の整合を図るため、Al-Si系充填材（ER4043など）が一般的に推奨されます。予熱、良好な接合面合わせ、溶接後熱処理による残留応力軽減が有効ですが、熱影響部（HAZ）軟化や溶接部近傍の強度低下は依然懸念事項です。

機械加工性

ADC12は硬いシリコン粒子が短く切れやすい切りくずを生み、工具のビルドアップエッジ形成を抑制するため、良好～優秀な加工性を有すると評価されます。TiAlNなどの被覆カーバイド工具を用い、中程度の切削速度で旋盤加工するのが一般的です。送り速度や切り込み深さは部材の厚みや多孔質の有無に左右されます。ダイカスト部品は表面仕上げが概ね良好ですが、基材のもろい共晶組織が裂けるのを防ぐため、バリ除去や工具経路には注意が必要です。高い加工量の場合は切削液を使用することで工具寿命が延び、ビルドアップエッジの形成も低減されます。

成形性

ADC12の成形加工は、シリコン含有の脆い微細構造や鋳造部品の多孔質の存在により制限されます。曲げ半径は比較的大きく取り、可能であれば焼きなまし（O）状態の材料を用いるべきですが、完全な焼きなまし品の供給は一般的ではありません。冷間加工による加工硬化効果は限定的なため、成形は重度な後加工よりも初期の鋳造形状設計で最終形状に近づける戦略が多用されます。

熱処理特性

ADC12は熱処理に対して限定的ながら有用な反応を示し、主に銅含有析出物に関連した溶解処理、急冷、人工時効の工程で強化されます。典型的な溶解処理温度は480～535 °Cで可溶相を溶解し、急冷により過飽和固溶体を保持します。その後150～200 °Cの人工時効でCu-rich相が析出し、降伏強さと引張強さが向上します。複雑で厚い鋳造品では均一な溶解処理と急冷が困難なため、熱処理効果は主に薄肉や熱処理を考慮したジオメトリのソリッド部品で最大限発揮されます。

多くの製造用途では、ADC12は完全な溶解処理なしで人工時効のみを行うT5処理が施されます。これにより寸法安定性と適度な強度向上が得られ、歪みリスクも低減されます。完全なT6処理も可能ですが、鋳造品の多孔質やガス捕捉、歪み発生の可能性が実用上の制約となり、高強度鍛造熱処理合金ほど顕著な硬化は期待できません。非熱処理製品は加工硬化がほとんどなく、従来の焼なましで延性を向上させつつ強度を下げることで短期間の成形加工に対応します。

高温特性

ADC12は温度上昇に伴い強度が漸減し、約125～150 °Cを超えると析出物の粗大化や母相の軟化により長期的な構造強度が著しく低下します。200～250 °Cまでの短期的高温暴露には負荷や安全率にもよりますが耐えられる場合もありますが、これらの温度での持続荷重は構造部品には推奨されません。高温での酸化はアルミニウムの保護酸化皮膜により比較的軽度ですが、激しい雰囲気下では表面劣化やスケール生成が生じることがあります。

溶接部や熱処理域付近の熱影響部（HAZ）は熱サイクルにより軟化または脆化する場合があり、銅を含む合金間化合物は長時間加熱で粒成長しやすいです。高温環境用途では、Al-Si-Mg系や高温用アルミニウム合金、あるいは非アルミニウム合金など、ADC12の耐熱限界を超える場合は別の合金を検討すべきです。

用途例

業界	代表部品例	ADC12が選ばれる理由
自動車	トランスミッションケース、バルブボディ、ブラケット、カバー	複雑形状の優れたダイカスト性、大量生産に適した強度と加工性のバランス
家電製品	モーターハウジング、フレーム	良好な表面仕上げと寸法管理により美観と機能を両立
電子機器	エンクロージャー、コネクター	十分な熱伝導性と電磁波遮蔽性