アルミニウム合金

アルミニウム合金(アルミニウムごうきん、: aluminum alloy)は、アルミニウムを主成分とする合金である。アルミニウムには軽いという特徴がある一方、純アルミニウムは軟らかい金属であるため、(Cu)、マンガン(Mn)、ケイ素(Si)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)などと合金にすることで強度など金属材料としての特性の向上が図られる。アルミニウム合金を加工する場合、大きく分けて展伸法と鋳造法が採用される。

アルミニウム合金の軽さと強度を応用した例として、航空機材料としてのジュラルミンの利用が挙げられる。ジュラルミンはAl-Zn-Mg-Cu系のアルミニウム合金である。

アルミニウム合金は高い強度を持つ反面、溶接溶断は特に難しく、用途変更に応じた改造や、破損の際の修繕はなどに比べて困難である。

展伸用合金

一般に展伸法で利用されるアルミニウム合金には、4桁の数字からなる国際アルミニウム合金名が使用されている。日本工業規格(JIS H 4140)においても、国際アルミニウム合金名がアルミニウム合金名の一部に取り入れられ準用されている。名称としては、例えばA3003P-H12 のようにアルミをあらわすAの後に合金の種類を示す4桁の数字が続き、ハイフン以降は加工硬化熱処理などの調質記号である。

1000番台
アルミニウム 加工性、耐食性、電気伝導性熱伝導性はよいが強度が低い
用途:アルミ箔化学工業タンク類、導電材・航空機
  • 1100 耐食性に優れているが強度が弱い為、航空機のジュラルミンに使用されている表面上の被覆機材(アルクラッド材とも言われている)に使用されている
2000番台
Al-Cu系合金
  • 2011 快削アルミとして知られ、機械切削性に優れる。耐食性、対応力腐食割れ性が劣る。
  • 2017 熱処理系高強度アルミ合金。「ジュラルミン」として知られる。熱処理によって高強度化が可能。耐食性、対応力腐食割れ性が劣る。溶接割れ感受性が高いため溶接性が劣る。
  • 2024 熱処理系高強度アルミ合金。「超ジュラルミン」として知られる。熱処理によって高強度化が可能。耐食性、対応力腐食割れ性が劣る。溶接割れ感受性が高いため溶接性が劣る。
  • 2117 熱処理系高強度アルミ合金。耐食性、対応力腐食割れ性が改善している。熱処理によって高強度化が可能であるが、A2017、A2024ほどの高強度は得られない。溶接割れ感受性が高いため溶接性が劣る。
  • 2219 熱処理系高強度アルミ合金。溶接割れ感受性を低減し溶接性を改善している。熱処理によって高強度化が可能。耐食性が劣る。鋳造が不可。
3000番台
Al-Mn系合金 加工性、耐食性、強度が良好
用途:航空機・ビール・ジュースボディ部
  • 3003 Mnを1.0〜1.5%加えて1100よりやや強度を上げた合金
4000番台
Al-Si系合金 耐摩耗性が良好
5000番台
Al-Mg系合金
用途:船舶車両、航空機・自動車アルミホイール、建築用内外装、圧力容器、ビール・ジュース缶蓋部分
  • 5052 1100・3003より強度を持つ合金、強度・耐食性・加工性・溶接性のバランスに優れている
  • 5056 5052のMgの含有量を2.5%から5.0%に上げた合金、溶接性は良くない
6000番台
Al-Mg-Si系合金 強度、耐食性が良好
  • 6061 Cuをわずかに含み6063よりも強度が高い
  • 6063 用途:建築用サッシなど
7000番台
Al-Zn-Mg系合金・Al-Zn-Mg-Cu系合金 高強度材でありCu系はアルミ合金中の最高強度である
8000番台
それ以外の合金。
アルミニウム合金の成分表
合金番号化学成分(wt%)
ケイ素マンガンマグネシウムクロム亜鉛チタンその他アルミ
10500.25以下0.40以下0.05以下0.05以下0.05以下-0.05以下0.03以下V 0.05以下99.50以上
10800.15以下0.15以下0.03以下0.02以下0.02以下0.03以下-0.03以下-99.80以上
1100Si+Fe 0.95以下0.05-0.200.05以下-0.10以下---99.00以上
20110.40以下0.7以下5.0-6.0---0.30以下-Bi 0.20-0.6
Pb 0.20-0.6
残り
20140.50-1.20.7以下3.9-5.00.40-1.20.20-0.80.10以下0.25以下0.15以下-残り
20170.20-0.80.7以下3.5-4.50.40-1.00.40-0.80.10以下0.25以下0.15以下-残り
20240.50以下0.50以下3.8-4.90.30-0.91.2-1.80.10以下0.25以下0.15以下-残り
21170.20-0.80.7以下2.5以下-0.3以下0.10以下0.25以下0.15以下-残り
22190.20以下0.3以下5.8-6.80.20-0.400.02以下-0.10以下0.02-0.10V 0.05-0.15
Zr 0.10-0.25
残り
3003---1.0~1.5-----残り
30040.30以下0.7以下0.25以下1.0-1.50.8-1.3-0.25以下--残り
50050.30以下0.7以下0.20以下0.20以下0.50-1.10.10以下0.25以下--残り
5052----2.5以下0.25以下---残り
5056----5.0以下0.25以下---残り
50860.40以下0.50以下0.10以下0.20-0.73.5-4.50.05-0.250.25以下0.15以下-残り
60630.20-0.60.35以下0.10以下0.10以下0.45-0.90.10以下0.10以下0.10以下-残り
70750.40以下0.50以下1.2-2.00.30以下2.1-2.90.18-0.285.1-6.10.20以下-残り
7N010.30以下0.35以下0.20以下0.20-0.71.0-2.00.30以下4.0-5.00.20以下V 0.10以下
Zr 0.25以下
残り

Vはバナジウム、Zrはジルコニウム、Pbは、Biはビスマス

鋳造用合金

AC・・が鋳物用、ADC・・がダイカスト用、AJ・・が軸受鋳物用となる。

  • AC1C,AC1B - Al-Cu系
  • AC2A,AC2B - Al-Cu-Si系
  • AC3A - Al-Si系
  • AC4A,AC4C - Al-Si-Mg系
  • AC4B - Al-Si-Cu系
  • AC4D - Al-Si-Cu-Mg系
  • AC5A - Al-Cu-Ni-Mg系
  • AC7A - Al-Mg系
  • AC8A,AC8B - Al-Si-Cu-Ni-Mg系
  • AC9A,AC9B - Al-Si-Cu-Mg系
  • ADC1 - Al-Si系
  • ADC3 - Al-Si-Mg系
  • ADC5 - Al-Mg系
  • ADC6 - AL-Mg-Mn系
  • ADC10,ADC12 - Al-Si-Cu系
  • ADC14 - Al-Si-Cu-Mg系

ろう材

アルミニウム合金のろう材は、単体のほか、心材となる合金の片面もしくは両面に融点の低い合金を張り合わせたクラッド材としても供給される。

強化方法

純アルミニウムは極めて柔らかく、完全焼きなまし状態での強度は約50N/mm2であるが、加工硬化、固溶硬化および析出硬化によって適当な硬さにすることができる。

調質記号

日本工業規格(JIS)[1]によって、アルミニウム合金の展伸材及び鋳物の質別について規定されている。

  • F - 製造のままのもの
  • O - 焼きなましたもの
  • H - 加工硬化したもの
    • H1 - 加工硬化だけのもの
    • H2 - 加工硬化後適度に軟化熱処理したもの
    • H3 - 加工硬化後安定化処理したもの
    • H4 - 加工硬化後塗装したもの
  • W - 溶体化処理したもの
  • T - 熱処理によってF・O・H以外の安定な質別にしたもの
    • T1 - 高温加工から冷却後、自然時効させたもの
    • T2 - 高温加工から冷却後、冷間加工を行い、さらに自然時効させたもの
    • T3 - 溶体化処理後、冷間加工を行い、さらに自然時効させたもの
    • T4 - 溶体化処理後、自然時効させたもの
    • T5 - 高温加工から冷却後、人工時効したもの
    • T6 - 溶体化処理後、人工時効したもの
    • T7 - 溶体化処理後、安定化処理したもの
    • T8 - 溶体化処理後、冷間加工し、さらに人工時効したもの(T3を人工時効硬したもの)
    • T9 - 溶体化処理後、人工時効し、さらに冷間加工したもの(T6を冷間加工したもの)
    • T10 - 高温加工から冷却後、冷間加工を行い、さらに人工時効したもの

脚注

  1. JIS H 0001「アルミニウム,マグネシウム及びそれらの合金−質別記号」に規定されている。

参考文献

  • 門間改三『機械材料』SI単位版,実教,1993年,ISBN 978-4-407-02328-2

関連項目

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