プロジェクトに適したアルミニウム合金の選び方

アルミニウムは強靭、軽量、耐食性、安価で、試作と量産の両方に非常に汎用性が高く効果的な材料です。その延性により容易に成形可能で、アルミニウム合金は切りくずが出やすいため、鋼やチタンのような他の金属よりはるかに切削加工しやすく、工具寿命を延ばします。

しかし、すべてのアルミニウムが等しく作られているわけではありません。ほとんどの金属と同様、アルミニウムは通常、特性を改善するために他の元素と合金化され、どのアルミニウム合金を使用するかは必要な特定の特性に依存します。異なるタイプのアルミニウム合金は、強度、耐食性、加工性、その他の特性で異なります。したがって、特定の用途にどのアルミニウム合金を使用するか決める際、それらの違いを知ることが重要です。

圧延アルミニウム合金は4桁の番号で識別されます。最初の桁が主要合金元素を特定するため、同じ最初の桁を持つ合金は類似の特性を持ち、同じファミリーまたはシリーズと見なせます。

この記事では、アルミニウム合金の7シリーズ、それらの共通特性と用途、圧延と鋳造アルミニウムの違いを見ていきます。また、用途にどのアルミニウム合金を使用すべきかについてのガイダンスも提供します。

1xxx 系

1xxx系合金、または商業用純アルミニウムは、少なくとも99.0%純アルミニウムです。商業用純アルミニウムは非常に柔らかく延性が高く、優れた耐食性、加工性、熱的・電気的伝導性を持ちます。このため、1xxx系は電力送電線に一般的に使用されます。

一般的に、1xxx系のような柔らかいアルミニウム合金は、切削工具に溶融アルミニウムの蓄積を形成しやしいため、機械加工が困難です。しかし、同じ特性が1xxx系に優れた溶接性を与えます。1xxx系は、構造に影響を与える重要な合金元素がないため熱処理不能です。

2xxx 系

2xxx系は銅を主要合金元素とし、強度と靭性の良い組み合わせを与えます。しかし、ほとんどの他のアルミニウム合金ほど大気腐食に耐性がないため、通常塗装またはより耐食性の高い合金でクラッドされます。特に2024の2xxx系合金は、高い強度重量比で航空宇宙用途に広く使用されています。

2xxx系合金は切削性が良く、完全アニールテンパーでは非常に延性が高く、成形後に熱処理して強度を大幅に向上させられます。しかし、アルミニウム合金の中で最も溶接性が低いグループで、ホットクラッキングに非常に敏感です。

3xxx 系

マンガンが3xxx系の主要合金元素で、中強度・耐食性アルミニウム合金のグループです。3003は、適度な強度と良好な加工性を持つ汎用的な一般用合金です。もう一つの3xxx系合金3004は、アルミニウム飲料缶の材料としてよく知られています。

どのアルミニウム合金を使用するか決める際、3xxx系合金は多くの用途で良い選択です。容易に成形可能、溶接可能、切削性は普通ですが、他のより硬い合金シリーズより劣ります。一般的に熱処理不能です。

4xxx 系

4xxx系合金はケイ素を主要合金元素とし、延性を維持しながら融点を低下させます。通常、ベース材料ではなく溶接ワイヤーやろう付け充填材として使用されます。合金4043は、6xxx系合金溶接で最も一般的な充填材の一つです。4xxx系合金は熱処理不能です。

5xxx 系

5xxx系合金はマグネシウムを主要合金元素とします。この系の合金は通常シートやプレート形態で、中〜高強度と海洋環境での優れた耐食性を持ちます。このため、5xxx系は建設、貯蔵タンク、圧力容器、海洋用途で広く使用されています。

5xxx系合金は優れた成形性、溶接性、かなり良好な切削性を持ち、熱処理不能です。

6xxx 系

6xxx系合金（最も人気があり汎用性の高いアルミニウム合金グループ）は、マグネシウムとケイ素の両方を合金元素として含みます。中程度の高強度と優れた耐食性を兼ね備えています。

6xxx系合金は熱処理可能、高い成形性、良好な溶接性と切削性を持ち、幅広い用途に優れた材料となります。最も一般的なアルミニウム合金6061は、航空機、自動車および海洋フレーム、建築構造物、産業機械、医療・半導体アセンブリ、その他無数の用途に使用されます。一般的な用途でどのアルミニウム合金を使用するか決める多くのお客様にとって、6061は信頼できる、容易に入手可能な選択肢です。

7xxx 系

7xxx系は亜鉛を主要合金元素とし、ほとんどの合金が少量のマグネシウム、銅、クロムも含みます。これは最強のアルミニウム合金グループで、一部は鋼に匹敵する強度を持ちます。その高強度により、航空機、航空宇宙、スポーツ用品産業の高性能用途に理想的です。

7xxx系合金は合金元素によって異なる特性を持ちます。高強度により他のアルミニウム合金より成形が困難で、このグループのほとんどの合金は非溶接性です。切削性は合金によりますが、ほとんどの硬いグレードと同様によく切削できます。7xxx系は熱処理可能です。

圧延 vs 鋳造アルミニウム

上記のすべての合金指定は、圧延や押出のような技術で固体状態で加工される圧延アルミニウム用です。しかし、鋳造アルミニウム合金の指定もあります。鋳造アルミニウムは炉で溶解され型に流し込まれ、非常に異なる特性を持ちます。

鋳造アルミニウム合金指定システムはxxx.x形式に基づきます。圧延合金シリーズと同様に、最初の桁が主要合金元素を表し、他の桁は圧延合金シリーズと同じ元素に対応します。例えば、1xx.x系は商業用純鋳造アルミニウム、2xx.x系は銅合金鋳造アルミニウム、以下同様です。

鋳造合金は圧延合金より大きな割合の合金元素を含みます。鋳造欠陥により圧延アルミニウムより引張強度が低い傾向があり、通常構造用途には使用されません。鋳造合金は圧延合金より安価で、鋳造プロセスにより生産可能な形状により多くの柔軟性があります。機械加工をほとんどまたは全く必要としない鋳造アルミニウム部品を生産できます。

アルミニウム工具プレートは一般的に鋳造されます。鋳造プロセスにより、非常に精密な平坦度と厚み公差が可能だからです。MIC-6は、7xx.x合金で作られた鋳造アルミニウム工具プレートの例です。MIC-6工具プレートは、7xx.x合金の高強度と慎重に制御された鋳造プロセスの結果、優れた安定性と厳密に制御された平坦度と厚みで知られています。

どのアルミニウム合金を使用すべきか

Industrial Metal Serviceは、サンフランシスコベイエリアおよび世界中の機械工場、製造業者、メーカーにアルミニウムを供給することを専門としています。米国ミル調達の新品材料と検証済みアルミニウム合金レムナント（新品材料と比較して大幅な節約が可能）を含むアルミニウム合金の広範な在庫を備えています。精密カットトゥサイズソーイングサービスで、お客様のプロセスに必要な正確な寸法にアルミニウムをカットして提供できます。