アルミニウムの説明:特性、種類、用途 – エキスパートガイド
アルミニウムは銀灰色の金属で、地球上で最も広く普及している金属の 1 つで、地球の核質量の最大 8 % 以上を占めます。
これは周期表でアルミニウムの記号を持つ 13 番目の元素であり、地球上でシリコンと酸素に次いで 3 番目によく見られる金属です。
アルミニウムとも綴られますが、純粋なアルミニウムは他の金属と結合しやすいため、自然界には存在しません。その結果、1824 年には初めてアルミニウムが生産されました。
自然界で最も一般的に見られる形態は硫酸アルミニウムです。
あ アルミニウムは他の金属と比較して密度が低い （鋼の3分の1）。酸素に対する親和性が高いため、空気にさらされると表面に酸化物の保護層を形成し、主に +3 の酸化状態の化合物も形成します。
酸素に対する強い親和性により、酸素酸化物との一般的な関係が生じ、その結果、酸素酸化物はマントルではなく地殻の岩石に多く見られます。
Al3+ アルミニウム カチオンは高度に帯電しており、小さいです。 アルミニウムの沸点は約 2743 K であり、アルミニウムの融点は約 933.47 K です。
金属アルミニウムの生産は主にボーキサイト鉱石に関連しており、ボーキサイト鉱石にはシリカと酸化鉄が混合された水和酸化アルミニウムが約 40% ～ 50% 含まれています。
アルミニウムは化学的には鋼や銅と似ていますが、軽量、強度、非腐食性、柔軟性があり、積極的にリサイクル可能な金属です。
鋼鉄は物理的にアルミニウムよりも強いですが、密度が低く柔軟性があるため、航空機の部品、窓枠、船舶、高層ビルなどに使用されるため、アルミニウムの方が好まれています。
アルミニウムは鋼鉄よりも約 2.5 倍密度が高いため、機動性と携帯性を必要とする代替品となります。
一般にアルミニウム合金は延性と展性が高いため、容易に成形、機械加工することができます。
また、優れた電気伝導体と熱伝導体、非火花性、非磁性のアルミニウム素材は、私たちの生活の中でさまざまな用途に使用されています。
リサイクル性が高く、必要な再溶解エネルギーは低く、一次金属の製造に必要なエネルギーのわずか約 5% です。材料の 75% は、望ましい特性を失うことなく再利用のために回収されます。
アルミニウムの特徴:
#1。軽量:
アルミニウムの比重は 2.7 g/cm^3 で、鉄の約 3 分の 1 です。これは製造コストの削減に役立ちます。
自動車にアルミニウムを使用すると、自重とエネルギー消費が軽減され、同時に積載量が増加します。
さらに、合金の組成を変更することで、用途に合わせて強度を変えることができます。
耐久性と強度を考慮すると、アルミニウム、マンガン、マグネシウムの混合物が推奨されますが、自動車の板金にはアルミニウム、マグネシウム、シリコンの合金が推奨されます。
#2.耐食性:
薄い酸化皮膜はアルミニウムによって自然に生成されます。金属が環境とあまり接触しないようにする保護膜として機能します。
これは、車両などの腐食剤にさらされる用途に役立ちます。
ただし、アルミニウム合金は純粋なアルミニウムよりもはるかに耐食性が優れています (船舶用のマグネシウム - アルミニウム合金は例外です)。
#3.電気伝導率と熱伝導率:
重量によると、アルミニウムは熱と電気の優れた伝導体であり、銅の 2 倍の伝導体です。
このため、送電線にはアルミニウムが第一に選ばれるようになりました。また、突然の急速な熱の排出が必要な機器には、優れたヒートシンクが使用されています。
#4.反射率:
アルミニウムは、熱とともに可視光線の優れた反射体です。さらに、軽量であるため、照明器具や屋根ブランケットなどの反射材に使用するのに最適な材料です。
涼しい屋根で構成され、家の内部の太陽熱を軽減し、太陽光を最大 95% 反射します。
#5.延性:
融点が低く、密度が低いのが特徴です。これにより、さまざまな方法で溶融状態に加工することができます。
アルミニウムの延性は、製品が最後まで維持される場合、デザインの流動性を保証します。シート、フォイル、チューブ、ロッド、ワイヤーはすべてアルミニウムで構成されています。
アルミニウムの種類には何がありますか?
成形性、耐食性、機械加工性などの特性を変えるために、純アルミニウムはさまざまな元素と組み合わせられることがよくあります。ただし、合金を識別する必要があるため、識別するにはグレーディングが必要です。
アルミニウム協会は、アルミニウム合金を識別するための等級システムを作成し、標準等級の命名法を維持する責任を負っています。
主要な合金元素とその熱的および機械的特性に従ってグレード分けされます。
アルミニウム合金は主に鍛造アルミニウムと鋳造アルミニウムの 2 つのカテゴリに分類されます。 。どちらのカテゴリにも、異なる指定システムが割り当てられています。
鍛造アルミニウム:
鍛造品は、一定量の特定の合金元素とともにアルミニウムのインゴットを溶解することによって製造され、これによりグレードの組成が決まります。次に、アルミニウム合金が鋳造され、押出成形まで他の機械プロセスが行われます。
4 桁の数字は、各グレードを識別するコードとして使用されます。
最初の数字は、純粋なアルミニウムと混合される主な合金元素を指します。主な合金元素は、シリーズ内のグレードの特性に大きな影響を与えます。
2 番目の数字は、特定の合金の改質を示します。変更には特定の文書が必要であり、IADS に登録されます。 2 桁目の指定された数字が 0 の場合、合金はオリジナル/未改造です。
3 桁目と 4 桁目は、シリーズ内の特定の合金に割り当てられた番号です。たとえば、1000 シリーズでは、これらの数字は合金の純度を示します。
以下の表は、鍛造アルミニウム シリーズを説明しています。
グレード一次合金元素1XXX99.00%アルミニウム2XXX銅3XXXマンガン4XXXSシリコン5XXXマグネシウム6XXXマグネシウムおよびシリコン7XXX亜鉛8XXXその他の元素以下に、一連の鍛造グレードについて説明します。
1000 シリーズ
1000 シリーズには少なくとも 99.0% のアルミニウムが含まれており、重大な合金元素は含まれていません。このシリーズは、耐食性に優れ、電気伝導性と熱伝導性が高いアルミニウムグレードで構成されています。
これらは成形性が高く、延性があり比較的柔らかいため、非常にゆっくりと加工硬化します。したがって、厳しい変形が必要なプロセスには、これらが推奨されます。
溶接可能ですが、溶融範囲が非常に狭いです。ただし、これらのグレードの機械的強度は比較的低くなります。
アルミニウム 1100 は、1000 シリーズの中で最も一般的なグレードです。 1000シリーズの中で最も高い機械的強度を持ち、純商用アルミニウムとしても知られています。電気伝導性、熱伝導性に優れているため、ヒートシンクや熱交換器に適したグレードです。
この材種は成形性にも優れているため、曲げ加工、ロールフォーミング、絞り加工、プレス加工、スピニング加工などの冷間加工に適しています。
その延性を利用して、ワイヤー、プレート、フォイル、バー、ストライプを形成できます。この材種を使用すると、冷間加工と同様に熱間成形も容易に行うことができます。
このグレードの溶接には、抵抗溶接などの従来の溶接方法を使用できます。ただし、このグレードを使用すると高圧用途を実行できます。
このグレードは、このシリーズのほとんどの合金と同様、熱処理によって硬化することはできず、冷間加工によってのみ硬化します。
2000 シリーズ
2000 シリーズのアルミニウム グレードは、約 0.7 ～ 6.8% の銅と、少量のシリコン、マンガン、マグネシウム、およびその他の元素で構成されています。
銅は、これらのグレードの主な合金元素です。追加の強度と硬度を与え、機械加工性の向上に役立ちます。これらのグレードは、幅広い温度範囲で高い強度を維持できます。
2000 シリーズ アルミニウム グレードは、高性能かつ高強度の合金であるため、航空機および航空宇宙用途に適しています。ただし、銅への依存により延性と耐食性が低下します。
また、これらは熱処理可能なアルミニウムグレードです。強度を高めるために析出硬化も行われます。熱処理中に金属間化合物 Al2Cu が析出して合金の硬度が増加します。
ただし、これらのグレードは金属間化合物が原因で溶接が難しい場合があります。 2000 シリーズのグレードの一部は、高温割れや応力腐食割れを起こしやすいため、アーク溶接には適していません。
アルミニウム 2011 は快削性合金であり、優れた被削性特性 (つまり、小さな切りくずが生成され、より滑らかな表面仕上げが得られる) を備えているため、高速旋盤加工に適しています。
このグレードは汎用性の高い合金ですが、耐食性が低いため、コーティングまたは陽極酸化処理が必要です。さらに、これらは成形や溶接には推奨されません。
アルミニウム 2024 は、長期間ストレスがかかる過酷な用途に最適です。広く知られている高強度アルミニウム合金の一つです。
この合金は、優れた耐破壊性、破壊靱性、および低い破壊亀裂成長などの特徴を備えています。ただし、その低い耐食性を改善するには、クラッディングまたは陽極酸化によってそれを軽減する必要があります。
3000 シリーズ
3000 シリーズのアルミニウム グレードは、主な合金元素としてマンガンで構成されており、合金の約 0.05 ～ 1.5% を占めます。
マンガンの存在により、合金に純粋なアルミニウムよりも高い機械的強度が与えられ、幅広い温度で維持されます。
優れた耐食性、高い延性、成形性が特徴です。これらは非熱処理であり、溶接に適しています。冷間加工プロセスによって硬化を得ることができます。
アルミニウム 3003 には 1.5% のマンガンと 0.1% の銅が含まれており、最も広く使用されているアルミニウム グレードです。このグレードは、アルミニウム 1100 とまったく同じ機械的特性を持ち、引張強度が 20% 高くなります。このグレードは、ろう付け、深絞り、スピニング、溶接が可能です。
4000 シリーズ
4000 シリーズのアルミニウム グレードは、主要な合金元素として 3.6 ～ 13.5% のシリコンと、少量の銅およびマグネシウムで構成されています。
シリコンは合金の融点を下げ、溶融状態での流動性の向上に役立ちます。 4000 シリーズグレードは、溶接およびろう付け用の優れたフィラー材料として適切なオプションです。
4000 シリーズ以下の一部のグレードの熱処理性は、合金内の銅とマグネシウムの量に依存します。
このような元素の添加により、熱処理に対する良好な応答性が得られる。熱処理されたグレードは溶接に適しています。
5000 シリーズ
5000 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 0.5 ～ 5.5% のマグネシウムが含まれています。このシリーズのグレードは熱処理ができず、冷間加工によって硬化することができます。
焼きなまし状態で高い延性と適度な強度を備えています。溶接が容易で耐食性も高いです。
また、耐アルカリ性にも優れています。このシリーズの一部のグレードには 3.5% のマグネシウムが含まれていますが、応力腐食が発生しやすいため、高温での用途には適していません。
アルミニウム 5005 は板金加工に一般的に使用されます。成形性に優れ、曲げ、回転、絞り、スタンプ、ロール成形が容易な特徴があります。これらは海洋環境に耐えることができ、耐腐食性があります。
アルミニウム 5083 には、少量のマンガンとクロムが含まれています。ほとんどの工業用化学薬品や海水に対する耐性を備えています。溶接プロセス後も高い強度を維持できます。
アルミニウム 5052 は、他のアルミニウム グレードと比較して、海洋環境に対する優れた耐性を備えています。仕上がりが良く、加工性に優れるため複雑な形状の絞り加工も可能です。非熱処理アルミニウムグレードの中で最高の強度を持っています。
6000 シリーズ
6000 シリーズのアルミニウム グレードは、主要な合金元素としてシリコンとマグネシウムで構成されています。合金中のシリコンとマグネシウムの存在量は、それぞれ約 0.2 ～ 1.8% と 0.35 ～ 1.5% です。
降伏強度を高めるために、これらのグレードを熱処理することができます。シリコン含有量が高いと析出硬化が促進され、延性が低下する可能性があります。
ただし、再結晶を抑制するクロムとマンガンを添加すると、この効果を逆転させることができます。これらのグレードは凝固亀裂を生じやすいため溶接が困難であるため、適切な溶接技術を適用する必要があります。
アルミニウム 6061 は、熱処理可能なアルミニウム合金の中で最も多用途です。 「馬車」合金としても知られています。成形性（曲げ加工、深絞り加工、打ち抜き加工）、耐食性に優れているのが特徴です。これらは溶接に適しており、どのような方法でも溶接できます。
アルミニウム 6063 は、アルミニウム押出材に一般的に使用される合金です。高い引張強度と耐食性を備え、優れた仕上げ品質を備えています。複雑な形状を成形した後に滑らかな表面を得ることができるため、アルマイト処理に適しています。その他の特性には、良好な溶接性と平均的な機械加工性が含まれます。
アルミニウム 6262 は快削性合金です。これらは優れた機械的強度と優れた耐食性を備えています。
7000 シリーズ
7000 シリーズのアルミニウム グレードは、主な合金元素として 0.8 ～ 8.2% の亜鉛で構成されています。このシリーズには最高の強度を備えた合金が含まれています。これらは熱処理可能なグレードであり、降伏強度を高めるために時効処理を行う必要があります。
亜鉛の存在により、MgZn2 および Mg3Zn3Al2t が析出し、その結果、金属間化合物が合金を硬化させます。
銅の添加により耐食性が向上するという特徴があります。このシリーズのグレードは、応力腐食割れや高温割れが発生しやすいため、溶接性が劣ります。
アルミニウム 7075 は、アルミニウム グレードの中で最高の強度を持っています。これは、アルミニウム 6061 よりも引張強度が高い高性能合金です。この合金はより硬く、長期間の応力に耐えることができます。スポットまたはヒューズ法を使用して溶接できます。
鋳造アルミニウム:
名前が示すように、鋳造アルミニウムは、溶融アルミニウムを特定量の合金元素と一緒に流し込む鋳造プロセスによって製造されます。
次に、合金の所望の形状を形成するために成形されます。鋳造アルミニウム合金は、一般に、鍛造アルミニウムと比較して引張強度が低くなります。亀裂や収縮が起こりやすくなります。
ただし、費用対効果はより高くなります。溶けたアルミニウムは金型キャビティの形状に柔軟に対応できるため、これらの合金は幅広い形状に成形できます。
各鋳造アルミニウム グレードを識別するために、10 進数値も含む 4 桁のコードが割り当てられます。
最初の数字は、合金内の主な合金元素を示すために割り当てられます。
2桁目と3桁目は、1XX.Xシリーズを除く任意の数字です。 1XX.X シリーズのこれらの数字は、純粋なアルミニウム合金の純度を示します。
最後の数字は、合金が鋳造かインゴットかを示します。これらは (“.0”) および (“.1” または “.2”) で表されます。
以下の表は、鋳造アルミニウム合金シリーズを説明しています。
シリーズ主合金元素1XX.X99.00%アルミニウム2XX.XC銅3XX.XS銅またはマグネシウムを添加したシリコン4XX.XSシリコン5XX.Xマグネシウム7XX.X亜鉛8XX.XTin9XX.Xその他1XX.X シリーズ
1XX.X シリーズには、純アルミニウムが最大量 (最小 99.00%) 含まれています。これらのアルミニウム グレードは、高い電気伝導率と熱伝導率、優れた信頼性、さらに優れた耐食性と仕上げ特性を備えています。
2XX.X シリーズ
2XX.X シリーズは、主な合金元素として銅で構成されています。これらのアルミニウムグレードは熱処理可能です。強度が高く、流動性が低いのが特徴です。
これらは耐食性や延性も低いです。さらに、これらは高温亀裂の影響を受けやすいです。
3XX.X シリーズ
3XX.X シリーズには、主要な合金元素としてシリコンが含まれており、少量のマグネシウムおよび/または銅も含まれています。これらのアルミニウムグレードは熱処理可能です。
重要な特性には、高強度、優れた耐摩耗性および耐亀裂性が含まれます。銅の量が増えると、グレードの耐腐食性が低下します。ただし、延性は比較的低いです。
4XX.X シリーズ
4XX.X シリーズのアルミニウム グレードは、主な合金元素としてシリコンで構成されています。これらは適度な強度を持っています。
これらは非熱処理可能であり、高い延性により良好な機械加工性も備えています。重要な特性には、優れた耐衝撃性、耐食性、鋳造特性が含まれます。
5XX.X シリーズ
5XX.X シリーズのアルミニウム グレードは、主な合金元素としてマグネシウムで構成されています。マグネシウムの存在により、これらは耐腐食性になります。
ただし、これらは非加熱処理です。重要な特性には、優れた耐食性と、陽極酸化されたときの非常に魅力的な外観が含まれます。強度は中程度から高程度ですが、機械加工が可能で、優れた鋳造特性を備えています。
7XX.X シリーズ
7XX.X 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亜鉛が含まれています。熱処理可能なグレードです。
重要な特性には、高強度、良好な耐食性、良好な寸法安定性、良好な仕上げ品質が含まれます。ただし、この合金の鋳造特性は劣っています。
8XX.X シリーズ
8XX.X 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錫が含まれています。これらは非熱処理合金です。
摩擦係数が低いため、加工性が良く、耐摩耗性が高いのが特徴です。ただし、機械的強度は比較的低いです。
シリーズ 6XX.X は、これらの標準では使用されません。
アルミニウム合金の質別指定
焼き戻し指定システムは、溶接やその他の製造プロセスに対する特定の合金の反応を指定するように設計されています。
これは、合金が受けた強化および硬化プロセスに関連しています。この宛先システムは、鍛造アルミニウム合金と鋳造アルミニウム合金の両方で使用されます。
アルミニウム合金の質別指定システムは、ひずみ硬化および熱処理された合金の場合、大文字の後に 2 桁の数字が続きます。
ハイフンを使用して合金番号指定と区切ります (例:5052-H32)。
焼き戻し指定の最初の文字は、合金に施された主な処理を示すために使用されます。
LetterTreatmentFA 加工合金、処理は行われませんOアニーリングHSひずみ硬化または冷間加工W溶液熱処理T熱処理最初の数字と 2 番目の数字は、それぞれひずみ硬化後の動作とひずみ硬化の程度を示すために使用されます (ひずみ硬化合金の場合)。
最初の桁は、熱処理された合金の熱処理条件を示します。
アルミニウムの用途または用途は何ですか?
鍛造アルミニウムのグレード:
アルミニウム 1100 リベット、深絞り部品（鍋、キッチンシンクなど）、鉄道タンク車、反射板などに使用されます。熱伝導率が高いため、ストック、熱交換器、ヒートシンクなどに使用されます。さらに、このグレードは電気用途にも適しています。
アルミニウム 2011 機械および自動車部品、ファスナー、武器、軍需品、パイプおよびチューブ継手、アトマイザー部品の製造に使用されます。ねじ切り機製品の製造にも応用されています。
アルミニウム 2024 は、航空機および航空宇宙用途に最適なアルミニウム グレードです。また、船舶用機器、翼張力部材、ボルト、油圧バルブ部品、シャフト、カップリング、ナット、ギア、ピストンにも広く使用されています。
アルミニウム 3003 熱交換器、圧力容器、貯蔵タンク、燃料タンクの製造に使用されます。調理器具、鍋、製氷器、鍋、冷蔵庫のパネルなどの食品を扱う器具にも使用できます。また、屋根、羽目板、ガレージドア、断熱パネル、側溝、縦樋などの建設製品の製造にも使用されています。
アルミニウム 5005 優れた建築材料となり、羽目板、屋根材、家具、および電気導体として使用されます。さらに、化学および食品の取り扱い装置、空調設備、船舶、タンク、高強度箔などにも使用されています。表面が明るいため、装飾用途に役立ちます。
アルミニウム 5083 鉄道車両、圧力容器、掘削装置、造船、車両で使用されています。
アルミニウム 5052 食品加工装置、調理器具、熱交換器、化学薬品貯蔵タンクなどの延性のある用途に使用されます。その用途には、トラック パネル、床パネル、リベット、ワイヤー、トレッドプレート、コンテナも含まれます。
アルミニウム 6061 チューブ、ビーム、角の丸いアングルなどに成形できます。これらは、タンクの付属品、トラック、鉄道車両、海洋部品、パイプライン、家具などに使用されています。
アルミニウム 6063 階段手すり、家具、窓枠、ドア、看板枠などの建築用途に幅広く使用されています。チューブ、アングル、ビーム、チャネルなどの形状にすることもできます。
アルミニウム 6262 スクリュー マシン製品、ヒンジ ピン、船舶用継手、パイプライン継手、ノブ、ナット、カップリング、バルブ、装飾用ハードウェアに使用されます。
アルミニウム 7075 強度が高いため、航空宇宙および航空機用途に好ましく使用されます。また、エンジン部品、金型、競技用スポーツ用品、産業用工具の製造にも使用できます。
アルミニウムのさまざまな形状は何ですか?
#1。ワイヤー
アルミニウム線は、長さを増加させながらインゴットの直径を圧縮するダイを通してアルミニウムインゴットを加工することによって製造されます。
アルミニウムは優れた導電性と高い強度対重量比を備えているため、電気用途で銅の代替品として使用されます。ただし、この用途で使用されるアルミニウム ワイヤは酸化しやすいです。
ワイヤーの酸化を防ぐための措置を講じないと、電気配線が劣化し、火災の危険が生じる可能性があります。
#2.フォイル
アルミ箔はアルミ板を使って製造されます。アルミ板をロールミルで平坦化し、厚みを薄くします。
アルミ箔の厚さは0.2mm～6ミクロンの範囲です。これらは展性があり、柔軟であり、簡単に曲げたり、物体に巻き付けたりすることができます。
また、他の産業用途とともに、パッケージングおよび電磁シールド材としても利用されています。
#3.シート
アルミニウム板は、アルミニウムのスラブを高圧で圧延し、薄く平らになるまで数回圧延して製造されます。アルミニウム シートの厚さは 0.249 インチ未満です。
これらはアルミニウム製品の中で最も広く使用されている形態です。アルミニウム シートの用途は、缶、梱包材、トラック、自動車部品、調理器具、屋根、外壁、側溝などの建築部品の製造です。
#4.プレート
アルミニウム プレートはアルミニウム シートと同じように製造されますが、唯一の違いは厚さが 0.250 インチを超えることです。
その結果、過酷な用途で使用されることが多くなります。アルミニウム板の用途は、輸送、航空宇宙、航空機、海洋、軍事産業にあります。貯蔵タンクや燃料タンクの製造にも使用されます。
#5.棒、チューブ、パイプ
アルミニウムの棒、管、パイプは、アルミニウムを使用して製造される非常に重要な部品です。これらは、アルミニウムのビレットを圧縮力によってダイの開口部に通す押出プロセスによって製造されます。
ダイスは、ビレットが通過するときにビレットの形状を変形させます。
押出プロセスは柔軟性があり、異なる断面形状のさまざまな部品を製造できます。製造される形状は、円形、長方形、正方形、六角形の棒のほか、中空のチューブやパイプなどです。
さらに、複雑な形状と断面積が一定の部品の作成にも使用できます。アルミニウムの棒、チューブ、パイプは、構造物、航空機、自動車、海上輸送、航空宇宙、HVAC 機器のコンポーネントなどの業界で広く使用されています。
内部リソース:
- マスターシリンダー
- シリンダーライナー
- 自動車の分類
- エアサスペンションシステム
- フライホイール カムシャフト クランクシャフト
- クラッチの完全なメモ
- 単板クラッチ
- 多板クラッチ
- ドラム ブレーキとディスク ブレーキ
- バッテリー点火システム
- マグネト点火システム
- 電子点火システム
- 潤滑システムの種類
参照 [外部リンク]:
- https://en.wikipedia.org/wiki/アルミニウム
- https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_alloy
産業技術