【図解！】非鉄金属の基礎～アルミニウム編～

技術ブロガーのスーです

私の本業は大手製造メーカーの現役機械設計エンジニアです

本業では、CFRPやプラスチック材料を用いたスポーツ用品の設計・開発を行っています

当ブログは現役機械設計エンジニアである私が日々の設計業務で感じた疑問を勉強し、超絶噛み砕いて解説する技術ブログです！

図を用いてわかりやすく解説していきます！

アルミニウム材料は、非鉄金属の代表格であり、様々な用途として使用されています

アルミ缶や窓枠など、皆さんの身近にも多々使用されていると思います

なぜアルミニウム材料は、よく使用されるのでしょうか？

本記事では、鉄鋼材料と比較したときのアルミニウムの特徴や、アルミニウム合金の各種について解説していきます！

アルミニウムの特徴は？

アルミニウム合金の種類は？

各種アルミニウム合金の特徴は？

アルミニウム合金の材料記号は？

といった疑問にお答えします！

鉄鋼材料についてはこの記事で解説しています↓

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アルミニウム材料の特徴

アルミニウム材料の特徴は、①軽量②耐食性③加工性④リサイクル性の4つです

アルミニウムが使用されるケースとして、最大の特徴は、軽量であることです

鉄鋼材料はその名の通り、鉄が主成分ですが、鉄の比重は約8です

アルミニウムの比重は約2.7なので、単純に同体積であれば、1/2以下の重量で部品を作ることができます

ただ、比重だけの観点では、プラスチック(比重約1.5)に劣ります

プラスチックよりも秀でているのは、加工性です

アルミニウムは、塑性変形できるので、塑性加工が可能です

従って、肉厚が薄い形状などの作成が可能です

身近な例で言うと、アルミ缶は絞り加工によって作られていますよね

まとめると、

鉄鋼材料よりも優位な点は重量

プラスチック材料よりも優位な点は加工性

です

アルミニウム材料の種類

アルミニウム材料は、大きく分けて二つに分類されます

非熱処理型合金と、熱処理型合金です

非熱処理型合金は、その名の通り熱処理を必要とせず、冷間加工を行って使用されます

一方で、熱処理型合金は焼入れ・焼き戻しの後に使用される合金です

アルミニウム材料の材料記号

アルミニウム材料は、鉄鋼材料と違って、数字4桁で材料を表します

頭の一桁の数字によって、含有する元素が異なり性質が異なります

鉄鋼材料の材料記号は、JISで定められた日本特有の材料記号であるのに対して、アルミニウム材料の数字4桁は国際的に定められています

①A: アルミニウム/アルミニウム合金である事

頭のAは、AluminiumのAです

②国際登録合金番号

この4桁の数字で、合金の種類を表します

頭の一桁で、含有する元素の種類を区別し、この数字が変わると性能が大きく変わります

鉄鋼材料と違って国際的に決められている数字なので、海外の方とディスカッションする際も便利です

③形状記号

末尾につくアルファベットは形状記号を表します

これは、鉄鋼材料と同じですね

各アルミニウム合金の特徴

各アルミニウム合金の特徴について解説していきます

何度も記載したように、頭の一桁で含有する元素が変わるため、頭の数字ごとに解説していきます！

用語としてですが、頭の数字をとって1000系のように話すことが多いです

解説する順番として、非熱処理型合金→熱処理型合金という順に説明します

1000系(非熱処理型合金)

1000系とは、純度99%以上の純アルミニウムです

A1100(焼きなまし材)

耐力: 35 MPa

引張強さ: 90 MPa

1000系は機械的な特性が低いため、そこまで強度が求められない用途に使用されます

3000系(非熱処理型合金)

3000系とは、Mnが添加されたアルミニウム合金です

A3003(焼きなまし材)

耐力: 35 MPa以上

引張強さ: 95~135 MPa

3000系は、1000系の良い点を損なうことなく、強度・耐食性を向上させた材料と言えるでしょう

4000系(非熱処理型合金)

4000系とは、Siが添加されたアルミニウム合金です

A4032 (容体化処理+時効硬化処理後)

耐力: 295MPa 以上

引張強さ: 365MPa 以上

熱膨張率が低いことや耐摩耗性が高いことから、ピストンに使用されます

5000系(非熱処理型合金)

5000系とは、Mgが添加されたアルミニウム合金です

A5052 (加工硬化後安定化処理)

耐力: 220 MPa以上

引張強さ: 270 MPa以上

高い耐食性から、幅広い用途に使用されます

2000系(熱処理型合金)

2000系とは、CuとMgが添加されたアルミニウム合金です

A2024 超ジュラルミン (容体化処理+自然時効)

耐力: 275以上

引張強さ: 425以上

ジュラルミンや超ジュラルミンと呼ばれるアルミニウム合金も含まれます

6000系(熱処理型合金)

6000系とは、MgとSiが添加されたAl合金です

A6061(容体化処理+時効硬化処理)

耐力: 245 MPa以上

引張強さ: 295 MPa以上

押出加工性に優れることからアルミサッシに使用されます

7000系(熱処理型合金)

7000系とは、ZnとMgが添加されたアルミニウム合金です

A7075 超々ジュラルミン (容体化処理+時効硬化処理)

耐力: 475 MPa以上

引張強さ: 545 MPa以上

高い性能から、航空機部品やスポーツ用途に使用されます

まとめ

スー

機械設計エンジニア(複合材料)

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名前: スー(小学校時代からのあだ名)
年齢: 28歳
職業: 機械設計エンジニア
得意分野: CFRPを主とした複合材料によるものづくり
職歴: 5年
最終学歴: 九州大学大学院機械工学専攻卒
アイコン: ゴリラ(CANVAのAI画像生成で作成)