アルミニウム合金の説明:グレード、特性、および用途のガイド

アルミニウム合金は、さまざまな産業で使用される製品を設計するのに最も多用途で効果的な材料の 1 つです。強度、耐食性、熱処理性、溶接性、成形性に優れた材料です。その結果、多くのメーカーは、さまざまな用途で異なる種類のアルミニウム合金を使用することにしました。

アルミニウムにはさまざまなグレードがあり、それぞれ合金元素と特性が異なります。したがって、プロジェクトに適したものを選択するには、これらのアルミニウム合金グレードの違いを理解する必要があります。このガイドでは、アルミニウム合金の種類、その特徴、利点、用途について説明します。

アルミニウム合金とは何ですか?

アルミニウム合金は、強度と耐久性を強化したさまざまな金属元素の独自の組み合わせです。アルミニウムは伝統的に軽量で耐食性に優れています。これらの合金は、液体/溶融状態のアルミニウムと他の元素を組み合わせて形成され、その後冷却されて固化し、均質な固体材料が形成されます。アルミニウムと結合してこれらの合金を形成する他の元素は、総質量の最大 15 パーセントを占める場合があります。

これらの添加元素の例としては、亜鉛、鉄、マグネシウム、銅、シリコンなどが挙げられます。さらに重要なことは、これらの元素をアルミニウムに添加すると、純粋な金属元素よりも合金の導電性、耐食性、加工性、強度が向上します。

アルミニウムの特性

アルミニウムは多くの優れた特性を備えているため、有名であり、ほとんどの用途で一般的に使用されています。以下にその一部を示します。

耐食性

アルミニウムは、金属を環境との反応から保護する自然な薄い酸化層を生成します。したがって、車両などの腐食剤にさらされる可能性のあるいくつかの用途に適しています。ただし、アルミニウム合金は純アルミニウムよりも耐食性が高いことに注意してください。

軽量

アルミニウムの標準重量は正確に 2.7 g/cm3 で、これはスチールの約 3 分の 1 です。軽量であるため、製造コストの大幅な削減に役立ちます。通常、自動車産業は重量を軽減し、積載量を増やすために自動車にアルミニウムを使用します。さらに、アルミニウム合金の種類の組成を調整して、用途に応じて重量を変更することができます。

電気伝導率と熱伝導率

アルミニウムはその重量により、電気と熱をよく伝えます。電気伝導率と熱伝導率は銅の2倍です。そのため、送電線の製造によく使用されています。また、優れたヒートシンク/スプレッダーとしても機能するため、迅速かつ迅速な熱放散が必要な機器に最適です。

アルミニウム合金の用途

ここでは、アルミニウム合金の最も一般的な用途をいくつか紹介します。

航空宇宙産業

航空機産業では、軽量で強力なアルミニウム合金が必要となることがよくあります。これらの合金は、予算範囲に完全に適合しながら、優れた強度対重量比を提供する必要があります。同様に、航空機にアルミニウム グレードを使用すると、不利な環境条件にさらされることによる航空機への予期せぬ損傷を防ぐことができます。

ヘルスケア部門

アルミニウム製品は、医療業界が高い清浄度と生体適合性を維持するのに役立ちました。外科用や整形外科用などのいくつかの医療器具は、さまざまな種類のアルミニウムで作られています。同様に、メーカーはトレイやコンテナなどの他の汎用機器をアルミニウムで製造しています。

自動車産業

自動車メーカーは、軽量で環境に優しく、耐久性のある理想的な自動車を作るためにアルミニウム グレードを使用しています。アルミニウム合金の高レベルの耐久性と軽量特性により、自動車の機敏性と堅牢性を高めるために、メーカーは自動車にアルミニウムで作られたさまざまなダイキャスト部品を使用しています。

電気電子工学

家庭用電化製品メーカーは、熱伝導率が高いため、製品の製造にさまざまな種類のアルミニウム合金を継続的に利用しています。メーカーはアルミニウムの優れた熱伝導率を利用して、グラフィック プロセッサやヒートシンクの冷却コンポーネントなどのコンポーネントを製造しています。

アルミニウム合金のグレードを識別するにはどうすればよいですか?

一般に、4 桁の識別モデルを使用してアルミニウム合金を識別できます。アルミニウムのグレード表の各数字は合金金属のさまざまな側面を表しており、わかりやすくするために通常は純粋な金属元素の前に書かれます。たとえば、5052 アルミニウム。

数字は、鋼合金、チタン合金、その他の合金などの別個のエンティティを表します。以下に、最初の各桁が表す主な合金元素の内訳を示します。

• 「1」は合金元素が存在せず、純粋なアルミニウムであることを意味します
• 「2」は銅を表します
• 「5」はマグネシウムを表します
• 「6」はマグネシウムとシリコンを表します
• 「7」は亜鉛を表します
• 「8」は他のすべての合金剤に対して予約されます

これらの番号はアルミニウム合金リスト全体を識別できることに注意してください。たとえば、「2」が銅を表すとすると、すべてのアルミニウム銅合金は「2xxx シリーズ」と呼ばれます。

さらに、2 番目の数字は、独自の合金条件と、合金が元の状態から変更されたかどうかを示します。ただし、特別な変更がない場合は「0」のままです。 3 桁目と 4 桁目については、通常、個々の合金をシリアル化して区別するために使用されます。

1xxx シリーズ (正確に 99% のアルミニウムで構成される純アルミニウム)、最後の 2 桁は 99% を超える最小のアルミニウムの割合を示します。たとえば、1060 アルミニウムには少なくとも 99.60% の純アルミニウムが含まれています。

1xxx ～ 7xxx の範囲で、工業用途に 7 つの異なるベース合金を組み合わせて使用できます。それぞれに固有の数字の組み合わせがあり、比率や組み合わせが異なります。工業用の標準アルミニウム合金リストは次のとおりです。

1xxx シリーズ

この合金クラスは、99%以上の純アルミニウムで構成されているため、純アルミニウムシリーズとして知られています。これらの合金は、正確に 10 ～ 27 ksi の極限引張強さを提供します。通常、溶接は可能ですが、高温に弱いため熱処理はできません。

これらの合金は優れた電気伝導性と熱伝導性を備えています。さらに、耐食性に優れているため、薬品タンクや配管の製造に最適です。

2xxx シリーズ

銅は 2xxx シリーズの主要な合金元素であり、マグネシウム、マンガン、シリコン、その他の元素がかなりの割合で含まれています。 2xxx シリーズ アルミニウム グレードの主な合金元素である銅は、極限引張強度が 27 ～ 62 ksi です。これらのグレードは高い機械加工性を備え、広い温度マージンで優れた強度を維持するため、航空宇宙産業に適しています。

2xxx シリーズの合金は強くて靱性がありますが、他のアルミニウム合金タイプに比べて耐食性が低くなります。そのため、これらのアルミニウム合金の寿命を延ばすために、コーティングまたは塗装を検討することをお勧めします。

3xxx シリーズ

3xxx シリーズのアルミニウム グレードには、主な合金元素としてマグネシウムとマンガンが含まれています。これにより、アルミニウム グレードに優れた機械的強度が与えられ、純粋なアルミニウムよりも広い温度範囲で維持されます。

これらのアルミニウム グレードは通常、熱処理できず、極限引張強さは 16 ～ 41 ksi の範囲内です。合金 3004 は、このクラスの消費財の梱包に適した合金の優れた例です。

4xxx シリーズ

4xxx シリーズのアルミニウム グレードは、熱処理可能なアルミニウム合金と非熱処理可能なアルミニウム合金で構成される唯一のカテゴリです。主な合金元素としてのシリコンをアルミニウムに添加すると、融点が低下し、溶融/液体状態の 4xxx シリーズ合金の流動性が向上します。シリコンは本来熱処理ができませんが、一部のシリコン合金には銅またはマグネシウムが含まれており、熱処理に積極的に反応します。

5xxx シリーズ

5xxx シリーズには、主要な合金元素としてマグネシウムが含まれています。これらのアルミニウム合金グレードは通常、非常に強度が高く、耐食性と耐アルカリ性が高く、海洋用途に最適であり、容易に溶接できます。成形性が高いため、板金のスタンピング、曲げ、ロール成形、絞り、スピン加工が容易です。

アルミニウム 5083 は、海水やさまざまな工業用化学薬品に対する耐性があるため、工業用途に一般的に使用される 5xxx シリーズ アルミニウム グレードの優れた例です。

6xxx シリーズ

6xxx 合金はマグネシウムとシリコンで構成され、ケイ化マグネシウムを形成します。これらのアルミニウムグレードの合金は、成形性、溶接性が高く、熱処理にも適しています。 6061 合金は、6xxx シリーズの中で最も一般的なアルミニウム合金で、耐食性と強度に優れています。そのため、ボートやトラックのフレームの作成によく使用されます。

鋳造合金と鍛造合金:違いは何ですか?

鋳造合金と鍛造合金は、アルミニウム合金の主要なカテゴリです。鋳造アルミニウム合金と鍛造アルミニウム合金の間には、いくつかの大きな違いがあります。

金属合金元素

鍛造合金には、鋳造合金よりも他の金属がほとんど含まれていません。一般に、鍛造合金には合金元素が 4% 以下含まれているのに対し、鋳造合金には 22% 以上含まれています。この違いは目に見えないように思えますが、これらの合金の材料特性により大きな影響を与えます。

アルミニウム合金の延性は、他の合金元素が添加されると低下します。その結果、ほとんどの鋳造合金が脆性破壊に対して脆弱になります。一方、鍛造アルミニウム合金の柔軟性やその他の利点を維持しながら、さまざまな合金元素を追加することで、その強度、耐食性、導電性を向上させることができます。

製造技術

それにもかかわらず、これら 2 つのカテゴリの最も大きな違いは、これらの合金が最終製品を完成する前に受ける製造技術にあります。鋳造合金は、多くの場合、必要に応じて正確な固体の形で型から取り出されます。

一方、鍛造合金は固体の状態でさまざまな変更を必要とします。その結果、製造の違いが最終製品の可能な形状や物理的特性に大きな影響を与えることがよくあります。

プロパティ

鋳造アルミニウム合金は、鍛造アルミニウムよりも融点と引張強度が低くなります。アルミニウム - シリコンは、シリコン濃度が高く、容易に鋳造できるため、最も広く使用されているアルミニウム合金です。鍛造アルミニウムはより多くの用途に使用されており、メーカーはアルミニウムの押出成形または圧延によって製品を製造します。

機械加工に使用される一般的な種類のアルミニウム合金

このセクションでは、製品の機械加工に使用できるさまざまなタイプのアルミニウム合金について説明します。

アルミニウム 6061

6061 アルミニウムは、主成分としてシリコンとマグネシウムを含んでいます。強度、耐食性、溶接性、熱処理性などに優れ、様々な用途に対応します。押出成形技術に適しており、T6 焼戻しを適用することで強度と耐久性が向上します。同様に、陽極酸化処理との相性も良く、仕上がりの美しさが向上します。

アルミニウム 7075

7075アルミニウム合金は鋼鉄と同様の強度に優れた高強度合金です。その主な合金元素は銅と亜鉛です。宇宙船や航空機など、優れた強度が必要な用途に使用されています。溶接はできませんが、強度があり、適度に溶接可能で、応力に耐えることができます。

アルミニウム 5052

5052 アルミニウムは、優れた耐食性と適度な強度を備えた信頼性の高い合金です。合金中に銅が含まれていないため、海水用途に非常に適しています。船舶用機器は、5052 アルミニウムで作られた最も一般的な部品です。ただし、5052 は 5xxx アルミニウム合金グレードのものです。したがって、熱処理はできません。

アルミニウム 6063

6063 アルミニウム合金はマグネシウムとシリコンで構成されており、その適度な強度と高い延性により、建築用アルミニウムとよく呼ばれます。金型成形との親和性が高い。また、アルミニウム 6063 は、マグネシウムとケイ化物の組成により、高い耐食性を備えています。

6063 アルミニウムを使用して作成される一般的な部品には、建築製品、家具、パイプなどが含まれます。アルミニウムのレーザー エッチングもこのアルミニウム グレードと互換性があります。

適切なアルミニウム合金タイプを選択するための考慮事項

最良の結果を得るには、プロジェクトに適したアルミニウム グレードを選択することが不可欠です。アルミニウム合金を選択する前に考慮すべき重要な要素は次のとおりです。

1.被削性評価

アルミニウム合金の機械加工性評価により、そのような材料とアルミニウム CNC 機械加工プロセスとの適合性ステータスがわかります。 6061-T6、2011 アルミニウム、および 7075 アルミニウムは、高から中程度の機械加工性評価を備えた適切な合金であることに注意してください。したがって、これらの材料を使用して、複雑な要件を持つ複雑なパーツを作成できます。

2.材料のコストと入手可能性

プロジェクトの材料を選択するときは、アルミニウム合金グレードのコストを考慮することが重要です。予算と、プロジェクトに理想的な特性を備えた材料のコストとのバランスを維持します。生産プロセスの効率的な基盤を確立するのに役立ちます。

さらに、選択したアルミニウム グレードの価格によって、アルミニウム合金の入手可能性が決まります。アルミニウムのグレードが不足すると、製造プロセスが遅くなります。たとえば、7075 アルミニウムは優れた機械加工性を備えていますが、コストが非常に高くなります。一方、6061 アルミニウムははるかに安価であり、硬度と引張強度が低いため、容易に機械加工できます。

3.熱処理

熱処理では、アルミニウム合金の強度と耐久性を高めるために、極度の高温を使用してアルミニウム合金を処理します。したがって、どのアルミニウム シリーズが熱処理可能で、どのアルミニウム シリーズが熱処理不可能であるかを調べる必要があります。

ただし、2xxx、6xxx、7xxx のアルミニウム合金シリーズは熱処理に対応していることに注意してください。これらの合金で作られた部品を熱処理して、完成品の強度を高めることができます。

WayKen でアルミニウム加工ソリューションを入手

WayKen は、プロジェクトに最適な金属とプラスチックの選択ガイドを提供します。多軸加工機能により、当社は効率的かつコスト効率の高い方法でアルミニウム加工ソリューションを提供できます。当社の経験豊富な専門家が、高品質のアルミニウム部品の製造をお手伝いいたします。今すぐお気軽にお問い合わせください。次のプロジェクトを始めましょう。

結論

アルミニウムは、元素組成に応じてさまざまな特性を持つ一般的に使用される金属材料です。いくつかの種類のアルミニウム合金にはさまざまな特性があり、さまざまな用途に適しています。したがって、プロジェクトに最適な材料を選択するには、これらのアルミニウム合金の違いを完全に理解することが不可欠です。

よくある質問

アルミニウム合金は錆びますか?

すべての金属材料は、適切な手入れをしないと時間の経過とともに品質が劣化する傾向があります。アルミニウムは錆びませんが、腐食する可能性が高くなります。ただし、表面の酸化アルミニウム層が材料の腐食を防ぐのに役立ちます。

6061 と 7075 の中で、どのアルミニウム合金がより優れた機械加工性を持っていますか?

6061 アルミニウム合金には、製造プロセスを考慮すると 7075 アルミニウムに比べていくつかの利点があります。これは、6061 は硬度と引張強度が低く、7075 よりも機械加工しやすいためです。