さまざまな種類のアルミニウム合金の比較と、部品に適した合金の選び方

私は15年ほどアルミ合金を扱っていますが、いまだに多くの人がこのことを誤解していることに驚かされます。強ければ強いほどいい」という理由で何でも7075にするエンジニアがいて、なぜ予算が高騰したのか不思議に思う。もっとひどいのは、同じようなものだと思って普通のアルミニウムを選び、1ヶ月後にその部品が不具合を起こして泣く人だ。

アルミニウム合金は、単に「アルミニウムにいろいろなものを混ぜたもの」ではありません。種類によって個性がある。ドラマの女王のようなものもあれば（2024）、仕事をこなすだけの働き者もいます（6061）。また、仕事をこなすだけの働き者もいます（こんにちは、6061）。また、1つのことに秀でているが他のことは苦手なスペシャリストもいる。

純アルミニウムがほとんどの用途で不足する理由を理解する

純アルミニウムは、銃撃戦にバターナイフを持ち込むようなものだ。バターのように柔らかく、見間違えれば曲がるし、確かに錆びないが、コーヒーカップをへこませずに支えることもできない。

そこで アルミニウム合金 救いの手が差し伸べられた。銅、マグネシウム、亜鉛など、アルミニウムに適切なものを加えれば、実際に使えるようになることを、NASAのような場所の賢い人たちが数十年前に発見したのだ。純アルミニウムの6倍の強度を持ちながら、鋼鉄よりもはるかに軽い素材について話しているのだ。

NISTの研究者たちは、このようなことをずっと追跡調査しており、彼らのデータは基本的に、実際に正しいことをすることを気にかける人たちのバイブルとなっている。私を信じてほしい。

シリーズ別アルミニウム合金完全ガイド

業界ではこのようなナンバリングシステムを採用しているが、一度理解すれば実は理にかなっている。各1000シリーズにはそれぞれ異なる長所、短所、奇妙な小さな癖があり、それを知らないと噛みつかれる。

1000シリーズ 電気用アルミニウム合金

これらはほとんどが純アルミニウムで、ほんの少し他の材料が加えられている。99%+アルミニウム。電気伝導性が高く、腐食に強いので、電気工事に最適です。強度は？忘れてください。これはおままごとのように柔らかいんだ。

航空宇宙性能のために作られた2000シリーズアルミニウム合金

これはビジネスの話だ。これらのアルミニウム合金には銅が含まれており、その違いは歴然です。NASAが2024合金を航空機用に気に入っているのは、深刻なストレスに耐えなければならない翼に十分な強度があるからです。

しかし、ここで誰も教えてくれないことがある。これらの合金は歌姫なのだ。海水は嫌いだし、溶接は難しいし、熱処理を失敗すれば高価なスクラップが残るだけだ。私は海洋プロジェクトでそれを痛感した。もう二度とやらない。

一般製造用3000系アルミニウム合金

ここではマンガンが主役だ。これらのアルミニウム合金は、賞を受賞するようなものではないが、毎日現れて仕事をする。アルミニウムのホンダ・シビックのようなもので、エキサイティングではないが、頼りになる。しかも安いので、経理部も大喜びでしょう。

鋳造プロジェクトに最適な4000シリーズアルミニウム合金

シリコンは、これらのアルミニウム合金が溶けたときに水のように流れるようにします。エンジンブロックのような細かい形状を作るのに最適です。また、ヒートサイクルにもよく耐えるので、自動車用にも使われています。シリコンが流動性と強度を向上させるため、溶接ワイヤーにも使用されています。

海洋環境用に設計された5000シリーズアルミニウム合金

マグネシウムはこれらのアルミニウム合金を海水の戦士に変える。海洋環境によっては、ステンレス鋼よりも優れているという研究結果を見たことがある。沿岸警備隊がこの合金を使用しているのには理由がある。

溶接も美しい。フレームに入れたくなるような、本当に美しい溶接だ。アルミニウムで何らかの構造溶接をするなら、まずここから始めましょう。

ユニバーサルソリューションとしての6000系アルミニウム合金

マグネシウムとシリコンが組み合わさることで、あらゆることに優れたアルミニウム合金が生まれる。6061は、おそらくこれまでに発明された中で最も有用なアルミニウム合金です。きれいな機械加工ができ、溶接もうまく、強度もそこそこあり、お金もかかりません。

顧客は常に6061-T6を必要としているため、機械工場は大量の6061-T6を在庫しています。6061-T6は、「迷ったときの」選択肢であり、期待を裏切ることはほとんどありません。

最大強度用途向け7000シリーズアルミニウム合金

亜鉛を主成分とするアルミニウム合金で、鋼鉄よりも強度が高く、重量も軽い。NASAでは、重量がすべてであり、コストが何であれ、これを使用している。

欠点は？高価で、応力腐食に弱く、一般的にメンテナンス性が高い。しかし、最大限の強度と最小限の重量が絶対に必要な場合、これに勝るものはない。

アルミニウム合金選択クイックリファレンスガイド

アルミニウム合金を選ぶための私の実証済みの方法

教科書的なアプローチは忘れよう。現実はこうだ：

ステップ1： 何があなたのパーツを壊そうとするのか？塩水か？5000系アルミ合金がいいでしょう。高応力？7000シリーズをご覧ください。化学物質への暴露？1000シリーズにこだわる。日常的な乱暴さ？6061なら大丈夫でしょう。

ステップ2： どうやって作っているの？機械加工が必要ですか？2000番台と6000番台はバターのように切れる。溶接が必要か？5000番台と6000番台なら大丈夫。鋳造は？4000シリーズがきれいに流れます。CNC加工？6061-T6が最適です。

ステップ3： 予算の状況は？お金がない？3000シリーズが安く仕事をこなします。限界？7000シリーズで一日中。その中間？6000シリーズがスイートスポットだ。

私は、よほどの理由がない限り、6061-T6から始めるように言っている。MITの研究は基本的にこれを裏付けています。

アルミニウム合金が違いを生む実世界での用途

航空宇宙 飛行機の翼に使われているアルミ合金？ほとんどが2024と7075だ。1ポンド節約するごとに、燃料を大幅に節約できる。10%の軽量化は20%の燃費改善に匹敵する。これは本当のお金だ。

ボートとオフショア： 5083アルミニウム合金と5086アルミニウム合金は、海水を気にしないため、優位を占めています。私は、20年前の海洋構造物がまだ新しいように見えるのを見たことがあります。

車だ： 自動車メーカーは今、6000系アルミ合金に熱狂している。燃費向上のために十分軽く、衝突テストのために十分強い。ウィンウィンだ。

一般的な機械工場での作業： ほとんどの店では6061を在庫として置いている。加工が簡単で、溶接も良く、顧客も満足している。

アルミニウム合金で陥りがちな間違い

すべてに最強の合金を選ぶ 7075の価格は6061の約3倍です。その強度が本当に必要なときに使うのであって、単にかっこいいからとか、印象的だからという理由ではありません。

環境を無視する： ドックのプロジェクトで2024アルミニウム合金を使った人を見たことがあります。半年間海水に浸かってどうなったと思う？高価な教訓だ。

製造業を忘れる： ある合金は機械加工は美しいが、溶接はできない。溶接は素晴らしいが、CNCでは悪夢のような合金もある。買う前に知っておきましょう。

熱処理の混乱： T6はT4よりはるかにパワフルだが、T4の方がより良いビルドアップができる。ただ、本当に必要なものを手に入れるようにしてほしい。

重要なアルミニウム合金の品質管理基準

同じ品番であっても、すべてのアルミニウム合金が同じように作られるわけではありません。ASTM規格が存在するのにはそれなりの理由があります。

材料証明書は必ず入手し、実際に読むこと。鉄が少し多すぎると加工が悲惨になる。マグネシウムが少なすぎると耐食性が損なわれる。誰かがこのようなことをチェックしなかったために、プロジェクトが失敗したのを見たことがある。

良いメーカーは必ず材料を確認する。少し余分に費用がかかるが、後で大きな頭痛の種を避けることができる。

アルミニウム合金に関するよくある質問

最も強いアルミニウム合金は？ 7075-T6は、降伏強度が500MPaを超え、市販品の中でトップである。NASAのデータでは、重要な航空機部品に使用されている。しかし、"最強 "は、引張、衝撃、疲労など、すべて異なる話である。

すべてのアルミニウム合金を溶接できますか？ 5000シリーズと6000シリーズはきれいに溶接されます。2000と7000シリーズは？幸運を祈る。これらはひび割れし、強度を失い、一般的にあなたを惨めにする。賢い溶接工は、どれを避けるべきかを知っている。

アルミニウム合金は実際に錆びるのか？ 鋼鉄のようにはいかないが、腐食する。5000系アルミ合金は塩水で笑います。2000系は塩化物環境では応力でクラックが入る。NISTの研究によると、環境は非常に重要である。

T6ってどういう意味？ T6とは、熱処理を施し、人工的に熟成させた溶液を意味する。アルミニウム合金がジムに通うようなもので、より強くなる。T4は部分的な処理で、Oはアニール（軟化）を意味する。特性には大きな違いがある。

アルミニウムとスチール、どちらが良い？ 何を必要とするかによるね。アルミ合金は65%より軽く、当然腐食にも強いが、一般的にはスチールの方が強く、安い。マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究によると、それはすべてあなたの特定のニーズによるものだ。

初心者に最適なアルミ合金？ 6061-T6がダントツだ。加工性、溶接性、強度、耐食性に優れている。材料に寛容だから、みんなここから始めるんだ。

スチールと比べてコストは？ アルミニウム合金は1ポンド当たり2～4倍のコストがかかるが、軽いため使用量は少なくて済む。総コストは、特定の用途と加工ニーズによって異なります。

アルミニウム合金に関する情報源と参考文献

これらのほとんどは長年の実地経験から得たものだが、主張の裏付けや具体的なデータを得る必要があるときは、ここに行く：

NASAの人々は1970年代からアルミニウム合金の特性を文書化してきました。彼らの7075と6061合金の材料データハンドブック（NASA-CR-124075とNASA-CR-124076）は今でもゴールドスタンダードです。https://ntrs.nasa.gov/citations/19720022809、https://ntrs.nasa.gov/citations/19720022808。

MITの材料科学部門は金属に関する堅実な研究を行っている。彼らの現在の研究は、以下のサイトに記録されている。 https://dmse.mit.edu/research-impact/materials-research-type/metals/ 科学方面に興味があるなら一読の価値がある。

6061の特性に関する具体的なデータについては、以下のNISTのリポジトリを参照のこと。 https://materialsdata.nist.gov/handle/11115/242 にはメカニカルテストの結果が載っていて、私はそれをよく参考にしている。

NASAが1994年に発表した航空宇宙アルミニウムの用途に関する報告書（NASA-TM-109632）は、なぜ特定の合金がその場所で使用されるのかを説明しています。入手先 https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19940033999

ペンシルベニア州立大学の材料コースは、アルミニウムの基礎を実によくカバーしている。次のことをチェックしてください。 https://www.e-education.psu.edu/matse81/node/2143 基本的なことを理解したいのであれば。

ウィキペディアには、アルミニウム合金の基礎についてきちんと書かれています。6061のページは https://en.wikipedia.org/wiki/6061_aluminium_alloy および一般アルミニウム合金のページ https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_alloy は、技術的な情報源ほど詳しくはないが、良い出発点である。

NISTはまた、より広範な機械的特性データを以下のサイトで公開している。 https://materialsdata.nist.gov/handle/11115/177 もし、数字を並べて比較したいのであれば、複数の合金をカバーしている