真空ダイカスト・アルミニウム製ショックタワーのポロシティとスラグの問題：分析と解決策

問題：ショックタワーの機械的特性が不足している

新エネルギー自動車（NEV）の重要な耐荷重部品であるアルミ合金製ショックタワーは、複雑な薄肉設計の安全性を確保するため、高い降伏強度（150MPa以上）と伸び（鋳造時5%以上）が要求される。しかし、あるOEM向けのショックタワー（532×365×299mm、肉厚～3mm、4.043kg）の初期試験では、機械的特性にばらつきがあり、伸びが目標の5%を大きく下回る1.78%まで低下した部分があった。これでは安定した量産が危ぶまれる。欠陥解析の結果、ポロシティとスラグインクルージョンが原因であることが判明した。真空ダイカストは、この欠点をどう克服するのか。

アプローチパフォーマンス・テストから欠陥の根本原因まで

この問題を診断するため、鋳造体をニアゲート（No.5）、ファーゲート（No.1）、中間部（No.2～4）、流動遷移部（No.6～7）の主要箇所（図1参照）でサンプリングした。機械的特性はWDW3200引張試験機（速度2mm/min）で試験し、微細構造と破面はOLYMPUS GX51金属組織顕微鏡とJEOL JSM6480走査型電子顕微鏡（SEM）で観察した。

アルト真空ダイキャストアルミ製ショックタワーのサンプリング位置

パフォーマンス結果

• 引張強度:No.2、3、4は平均265MPa以上（ピーク271MPa）、その他は250MPa以下（最低247.5MPa）。
• 降伏強度:全てにおいて～150MPaで一貫しており、ばらつきは≤7MPa。
• 伸び:No.2、3、4は平均～8%（ピーク9.11%）、その他は～4%、No.1は1.78%。

欠陥インサイト

• 微細構造:粒径は均一（α-Al＋共晶相）だが、No.1、5、6には細孔（10～50μm）が見られ、No.3には見られなかった（図2参照）。
• 骨折の形態学:No.3はディンプルとティアリッジ（共晶Si+AlMnFeSi相）を伴う準劈開を示し、No.1, 5, 6は気孔とスラグを示し、No.6, 7はランダムな気孔サイズを示した（図3参照）。

Alt：ショックタワー試料の気孔率と微細構造

根本原因

1. 位（ファーゲート）:最後に充填され、溶融温度が低く、残留ガスとスラグを閉じ込め、気孔率が最も高い。
2. 第5位（ニアゲート）:狭いランナーが流れのデッドゾーンを作り、ガスとスラグを滞留させた。
3. 6番、7番（トランジション・ゾーン）:90°の急激なフローシフトと不十分なメルト供給により、乱流とガス巻き込みが発生した。

ポロシティは、メルトガス含有量の多さ、不十分なベント、または最適でないパラメータに起因するものであり、スラグは不十分な精錬とフローデッドゾーンに関連するものであった。

方法目標とするプロセスと金型の改善

分析に基づき、これらの修正を実施した：

1. 5番ランナーの幅を広げる:スムーズなサイドウォールの充填を確保するために拡大され、デッドゾーンを最小限に抑える。
2. 1号スラグトラップを拡大:スラグとガスをファーゲートで捕捉するためにサイズを大きくした。
3. メルトデガスの促進:溶融温度を690～700℃に上げ、精製を強化してガス含有量を削減。
4. ブーストバキュームレベル:金型の密閉性を向上させ、キャビティ圧力を≤5×10³ Paに低減（従来は9×10³ Pa）。

トライアルでは、2キャビティレイアウトのIDR3500Tダイカストマシンを使用した。主なパラメータショットスリーブ1250mm、充填率29.64%、溶湯温度680～700℃、金型温度200℃以上（図4参照）。

アルト真空ダイキャスト製ショックタワーのゲートシステムを改良

結論パフォーマンスの大幅な向上

改善後の結果（表1）には、顕著な向上が見られた：

• 引張強度:最小値は284MPaに上昇（225MPaから26%に上昇）。
• 伸び:最小ヒット7.13%（3.56%から100%増加）、すべて5%を超える。
• 降伏強度:150MPaで安定。

ポロシティとスラグが激減し、均一な特性が得られた。これは、ゲーティングシステム、溶融品質、および真空レベルを最適化することで、複雑な薄肉部品の欠陥に効果的に取り組むことができ、大量生産における信頼性の高い「鉄鋼からアルミニウム」への移行への道が開けることを実証している。