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アルミニウム合金

アルミニウム合金のいろいろ

アルミニウムのうち純度99.00%以上のものを純アルミニウムと呼び、また種々の元素を添加して強度を高めるなどの性質を改善したものをアルミニウム合金と呼んでいます。
アルミニウム合金は、最終製品のいろいろな要求や用途に必要な性質によって、板、はく、形材、管、棒、線および鍛造品に加工する圧延用合金と鋳物、ダイカストなどの鋳造用合金に大別され、また、それぞれ非熱処理型合金と熱処理型合金として分類できます。
非熱処理型合金は、圧延加工など主に冷間加工によって、熱処理型合金は、焼入れや焼もどしなどの熱処理によって所定の強度を得る合金です。

1. 圧延用合金

圧延用合金は、圧延加工や押出し加工によって、板、はく、形材、管、棒などのいろいろな形状に加工される合金で、鍛造品もこれに含まれます。
アルミニウム合金のおもな性質は、添加元素の種類と添加量によって影響されます。これらは次のような合金系に区分され、合金系ことに類似した性質をもちます。したがって、材料の選択に当たっては、使用目的に応じて最適な性質をもつ合金を選ぶことが必要です。

総アルミニウム(1000系アルミニウム)

1000番台の表示は工業用純アルミニウムを示し、1100, 1200が代表的です。いずれも純度99.00 以上の純アルミニウム材料であることを示します。この系の材料は加工性、耐食性、溶接性および電気や熱の伝導性にすぐれており、家庭用品、日用品、電気器具、送配電用材料、放熱材などに多く使用されています。 しかし、強度が低いため構造材としては適していません。

Al-Cu-Mg系合金(2000系アルミニウム合金)

ジュラルミン、 超ジュラルミンの名称で知られる2017, 2024合金が代表的なもので、鋼材に匹敵する強度があり、構造用材や鍛造材として使用されています。しかし、比較的多くの Cu を添加しているため耐食性に劣り、厳しい腐食環境にさらされる場合には十分な防食処理を必要とします。航空機用材料として表面に耐食性の良い純アルミニウムの板を重ね合わせて圧延加工した合せ板として使用されることもあります。

Al-Mh系合金(3000系アルミニウム合金)

代表的なものは3003合金で、Mnの添加によって純アルミニ ウムの加工性、耐食性を低下させることなく、強度を少し増加させたものです。器物、建材、容器などに広い用途があります。3003に相当する合金にMgを1%添加した3004, 3104合金は、さらに強度を高めることができるので、カラー アルミ、屋根板、アルミ缶などに多く使用されています。

Al-Si係合金(4000系アルミニウム合金)

この合金系は、比較的多くのSiを添加した合金で溶融温度が低いため、主としてブレージングろう材、溶接ワイヤーとし て使用されています。また、熱膨張係数が低く、耐熱性、耐摩耗性にすぐれており、鍛造ピストン材料とし用いられている4032合金もあります。

Al-Mg系合金(5000系アルミニウム合金)

この合金系は耐食性や溶接性が良いことから比較的種類が多く、広い用途があります。5ND1や5005合金のようにMg添加量の少ないものは、装飾用材、建材、器物用材に、5052合金のように中程度のMg添加量のものは強度も中程度であり、添加量の多いものは缶蓋材や船舶、車両、化学プラントなどの構造用材として多用されています。

Al-Mg-Si系合金(6000系アルミニウム合金)

この合金系は、強度、耐食性とも良好で構造用材として多用されています。アルミサッシに多量に使用されている6063合金および鉄道車両、自動車部材、陸上構造、船舶などに使用されている6N01合金は、押出し加工性にすぐれ複雑な断面形状の形材が得られます。また、少量のCuを添加して構造用鋼材に相当する耐力を有する6061合金など多くの種類があります。

Al-Zn-Mg系合金(7000系アルミニウム合金)

この合金系は、 Cuを含まない溶接構造用合金とCuを添加したアルミニウム合金のなかで最も高い強度をもつ合金とに分類できます。Al-Zn-Mg-Cu系合金の代表的なものは、日本で開発された超々ジュラルミンの呼称で知られる7075合金で、航空機、スポーツ用品類に使用されています。
Cuを含まないAl-Zn-Mg系合金の代表的なものに、7N01, 7003合金があります。比較的高い強度があり、しかも溶接部の強度は常温に放置するだけで母材に近い強度まで回復するため溶接構造用材料として鉄道車両、陸上構造物などに使用されています。

8000系合金(その他の合金)

これまでの合金系に属さないその他の材料で、急冷凝固粉末冶金合金 や低密度・高剛性材として開発されたAl-Li系合金などがあります。日本では、Feを添加することによって強度と圧延加工性を付与したアルミはく用合金8021, 8079が、電気通信用や包装用として使用されています。

アルミ合金記号の表し方

JIS規格では、個々のアルミニウム合金に番号を付けてその種類を区分しています。圧延用アルミニウム合金については、26か国・25団体の協定によって国際合金記号化制度がとられており、日本からは、日本アルミニ ウム協会がこの制度に参加しております。この合金記号は4桁の数字方式によって表され、合金を構成する添加元素の種類とその添加量および管理不純物元素の種類とその許容限界値の違いによって細かく区分されており、現在、四百数十種類のアルミニウムおよびアルミニウム合金が登録、管理されています。したがって、たとえばJIS規格の 'A5052' 合金とヨーロッパ規格の 'EN AW-5052' 合金の4桁の数字部分 (5052)が同じであれば、合金の化学成分はまったく同じであることを表します。このようにアルミニウムの圧延用合金は、他の金属材料では見られない国際性を備えた材料といえます。
一方、鋳造用アルミニウム合金については、まだ圧延用合金のような国際合金登録制度がとられていないため、その合金記号は各国まちまちです。