アルミニウム1060：化学組成、特性、調質ガイドおよび用途
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総合概要
1060は1000系の圧延アルミニウム合金の一種で、商業的に純度の高いアルミニウムを示し、最低アルミニウム含有率が約99.6%となっています。このシリーズは合金元素の添加が非常に少なく、熱処理による強化は不可能で、機械的強度は主に加工硬化と適切な製品硬度の選択によって得られます。
1060における主要な意図的な合金元素添加は微量であり、主に残留元素として鉄とシリコンが存在し、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、クロム、チタンはごく低い最大値に制限されています。活性な固溶強化元素がほとんどないため、1060は加工硬化によって強度を得ており、焼鈍状態では優れた延性と成形性を示し、加工応力に応じた強化の挙動も予測可能です。
1060の主な特長は、多くの大気環境での優れた耐食性、高い熱および電気伝導率、優れた溶接性、そして焼鈍硬度での卓越した成形性にあります。合金の低い強度は他の圧延合金に比べて制約となりますが、その伝導性、純度、加工のしやすさの組み合わせにより、電気導体、化学処理、包装材、建築外装材、熱交換器などの産業で高い評価を得ています。
設計者は、伝導率、成形性、耐食性の最大化が強度の最大化より優先される場合に1060を選択します。また、ろう付け、めっき、化学的適合性に必要な冶金学的純度が必要な場合や、シート、コイル、押出形材での低コストかつ広範な供給が重要な場合にも選ばれます。
硬度状態のバリエーション
| 硬度状態 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低い | 高い (20–35%) | 優秀 | 優秀 | 完全焼鈍、最大延性 |
| H12 | 低～中程度 | 中程度 (10–20%) | 非常に良い | 優秀 | 軽い加工硬化、良好な成形性保持 |
| H14 | 中程度 | 中程度 (6–15%) | 良好 | 優秀 | シート用の一般的な商業加工硬化硬度 |
| H18 | 中～高程度 | 低い (2–8%) | 可 | 優秀 | 完全加工硬化状態、成形制限あり |
| H24 | 中程度 | やや低い (4–10%) | 限定的 | 優秀 | 加工硬化後に部分焼鈍 |
| H19 | 高い | 非常に低い (≤5%) | 悪い | 優秀 | 薄肉で剛性が要求される用途向けの最大加工硬化 |
1060における強度と延性は、合金元素の添加がほとんどなく熱処理で析出強化ができないため、硬度状態が最も重要な影響を与えます。冷間加工（H状態）は降伏強さと引張強さを高める反面、延性と成形性を犠牲にし、優れた成形性（O）と高剛性やばね効果（H18/H19）との選択を可能にします。
ほぼ純アルミニウムであるため、溶接性はほとんどの硬度状態で優れているものの、熱影響部では加工硬化による強度が局所的に低下することがあるため、H状態を使用する際は溶接部周辺の軟化を考慮する必要があります。
化学成分
| 元素 | 含有範囲(%) | 備考 |
|---|---|---|
| Al | バランス (~99.6最低) | 主成分。伝導性と耐食性を決定 |
| Si | ≤ 0.25 | 残留不純物。鋳造性に影響を与える他合金との比較参考値 |
| Fe | ≤ 0.35 | 最も一般的な不純物。延性を下げ、伝導率も若干低下させる |
| Mn | ≤ 0.03 | 非常に低く、強化効果は無視できる |
| Mg | ≤ 0.03 | 1060では固溶強化効果は無視可能 |
| Cu | ≤ 0.05 | 耐食性と伝導率維持のため極力抑制 |
| Zn | ≤ 0.03 | ガルバニック効果および強度変化を防ぐため低く管理 |
| Cr | ≤ 0.03 | 微量。結晶粒構造にわずかに影響を与える可能性あり |
| Ti | ≤ 0.03 | 一部製品では結晶粒微細化のため少量使用される |
| その他 | ≤ 0.15（合計） | その他の残留元素。純度維持のため管理される |
アルミニウムと厳密に管理された低残留元素のほぼ二元系組成により、高い電気および熱伝導率と優れた耐食性を維持しています。鉄やシリコンが少しでも増加すると延性や伝導性が低下するため、1060の規格は不純物の上限を厳格に設定し、伝導性が重要な用途や化学的適合が求められる用途での安定した性能を保証しています。
機械的性質
引張特性において、焼鈍状態の1060は低い降伏強さと引張強さを示し、非常に高い伸びを持つため、深絞りや複雑な成形に優れた適性があります。冷間加工（H硬度状態）は降伏強さおよび引張強さを段階的に向上させる一方で伸びを低減させ、加工硬化の挙動はばね戻りや残留応力の設計計算において予測可能で線形的です。
焼鈍材の硬さは低く、加工硬化により通常増加します。硬さ（ブリネル硬さやビッカース硬さ）は引張強さの増加と比例し、疲労性能は基礎的な強度の低さにより制限され、表面状態や加工に伴う残留応力、欠陥の有無に強く依存します。研磨やアルマイト処理された表面は疲労寿命を向上させます。
板厚は二重の役割を持ち、薄板は焼鈍が完全に行き渡り均一な機械的性質を示すのに対し、厚板は圧延や押出しによる残留応力や不均質が多く、最低強度を若干向上させるものの均一な伸びを低下させることがあります。
| 特性 | O/焼鈍 | 代表的硬度状態(例：H14/H18) | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 70–105 MPa | 120–180 MPa | 板厚と加工硬化レベルで変動 |
| 降伏強さ | 25–60 MPa | 80–140 MPa | 冷間加工により大きく増加 |
| 伸び | 20–35% | 2–15% | 焼鈍状態は最大伸び、H硬度は延性と引張強度のトレードオフ |
| 硬さ | 20–35 HB | 30–55 HB | 硬さは引張強さに比例。焼鈍材は非常に軟らかい |
物理的特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70–2.71 g/cm³ | 高純度アルミニウム合金に典型的な値 |
| 融点範囲 | 約660–657 °C | 純アルミニウムに近く、固相線/液相線が狭い |
| 熱伝導率 | 約220–237 W/m·K | 非常に高く、不純物に応じて純アルミよりやや低い |
| 電気伝導率 | 約58–61 %IACS | バスバーや導体用途に適した高伝導率 |
| 比熱 | 約897 J/kg·K (0.897 J/g·K) | 室温付近のアルミニウムとして標準的 |
| 熱膨張係数 | 約23.4 ×10⁻⁶ /K | 高い値で、異種材料との組み合わせでの熱サイクル設計に重要 |
1060の物理特性は放熱や電気伝導が主な機能要件となる用途に魅力的です。設計では異種材料との組み合わせ時に比較的高い熱膨張係数による温度変動時の歪みを考慮する必要があります。
ほぼ純アルミニウム組成により熱・電気伝導率は元素アルミニウムに近く、1060は伝導性を損なうことなく放熱器、ヒートシンク、電流伝導部材として頻繁に選ばれます。
製品形状
| 形状 | 典型板厚／サイズ | 強度特性 | 主な硬度状態 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.2–6.0 mm | 均一で冷間加工しやすい | O, H12, H14, H18 | クラッディング、包装材、深絞り用途で広く使用 |
| プレート | >6.0 最大50 mm | 厚板では均一強度がやや低下 | O | 化学タンクや建築パネル向けの厚板 |
| 押出形材 | プロファイル断面 | 冷却と加工硬化により強度は変化 | O, H12 | 高い伝導性を保持し、熱伝達用プロファイルに使用 |
| チューブ | 直径6–300 mm | シートに類似。溶接管または無縫管 | O, H14 | 熱交換器、配管、導管用途 |
| バー/棒材 | Ø 4–100 mm | 鍛造や冷間ヘッディングに適す | O, H12, H14 | 熱伝達ピンや電気バスバーに使用 |
シートおよびコイルは主体製品形状であり、通常は厚み公差が厳しく管理され、表面仕上げはアルマイト処理に適した均一なものです。押出形材とチューブはビレットの化学成分や冷却を厳密に管理し、残留応力を最小化し組み立て時の寸法安定性を確保しています。
形状や硬質処理の選択は、最終的に求められる特性によって決まります。深絞り部品にはアニーリングされた板材が適しており、荷重を支えつつも薄く剛性が必要な用途ではH系硬質処理材が求められることがあります。押出型のヒートシンクプロファイルでは、導電性と寸法安定性のバランスを取るために、押出状態または軽度に硬化した状態の合金がよく用いられます。
同等鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 1060 | USA | 市販されている純アルミニウムのASTMおよびAMS指定 |
| EN AW | 1060 (Al99.6) | ヨーロッパ | Al含有量最低99.6%に準拠するEN規格 |
| JIS | A1050 / A1060 | 日本 | 高純度アルミニウム相当のJIS規格 |
| GB/T | 1060 | 中国 | 一般的に鍛造合金呼称と一致する中国のGB番号 |
各規格間での同等鋼種は組成が概ね類似していますが、不純物限度、認証方法、製品形態に若干の差異があります。異なる規格間での代替を指定する場合は、化学成分や機械的許容差、板材や押出材など対象製品の仕様を詳細に確認し、完全な互換性を確保してください。電気的あるいは化学的用途で代替材を使用する場合は、トレーサビリティや認証書類の取得が推奨されます。
耐食性
1060は大気環境に対して優れた耐食性を持ち、安定で密着性の高い酸化アルミニウム被膜が表面を不動態化しているため、多くの工業・都市環境で良好な性能を発揮します。銅や亜鉛の含有量が低いため、若干攻撃的な環境や多くの化学環境下でも腐食促進作用や孔食が抑えられ、銅を多く含む高強度合金よりも長寿命です。
海洋性や塩化物含有環境では、1060は一般的な構造用合金と比較して相応の耐食性を示します。ただし、アルミニウムは多くの金属に対して陽極的であり、活動的な陰極材料と接合される場合は適切な絶縁がなければ腐食攻撃を受けます。ストレス腐食割れは、1060合金が軟らかく典型的な使用であまり加工硬化されていないため一般的な故障モードではありません。また、鋼や高強度アルミ合金のような感応化は該当しません。
3xxx系や5xxx系合金と比較すると、1060は銅やマグネシウムをほとんど含まないため、中性またはやや酸性環境で同等または優れた耐食性を提供しますが、塩化物が豊富な強い腐食環境下で、犠牲陽極的保護を行う被覆や合金系とは異なり、そのような保護はありません。
加工性
溶接性
1060はほぼ純アルミニウムであり、他の高強度合金に比べて熱割れが起こりにくいため、TIGやMIGといった一般的な溶融溶接法で非常に優れた溶接性を有します。使用される母材の延性、耐食性、溶接後の仕上げに応じて、充填材には1100、4043（Al-Si）、5356（Al-Mg）が一般的で、特に4043は一部形状での熱割れ低減に寄与します。
溶接部の熱影響部では、既存の加工硬化による強度が局所的に低下するため、H系硬質処理材を使用した部品では溶接部近傍の軟化領域を設計上考慮する必要があります。薄板の場合は予熱が不要なことが多いですが、厚板では温度勾配や変形防止のために予熱が行われることがあります。
切削性
1060の切削性は専用の切削用アルミ合金と比べて中程度から低めです。軟らかく切断時に破砕せずに付着や延展を起こしやすいため、鋭利な工具と積極的な切りくず形成が重要です。正の逃げ角を持つ超硬工具や良好な刃先処理が効果的であり、冷却剤や潤滑剤を使うことでビルトアップエッジを抑制し、厳しい公差を満たす表面仕上げが可能となります。
鋼材に比して切削速度はやや速めで設定できますが、延性の高い切りくずが絡まりやすいため切りくず制御や振動抑制が重要です。切りくず破砕用の溝設計や、高送りにより切りくずを分断させる手法が一般的です。
成形性
成形性は1060のO材状態で最も優れた特性のひとつであり、均一な延性と低降伏点により深絞り、曲げ、引き伸ばし成形において卓越しています。アニーリング処理された板材では、多くの成形工程で最小曲げ半径は板厚の0.5〜1.0倍が標準で、狭い半径や複雑な形状にも亀裂発生が最小限に抑えられます。
加工硬化が主な強化機構であり、成形後のバネ性や剛性を調整する目的で用いられます。ただし、硬化すると延性が大幅に低下し、二次成形が難しくなるため、成形と加工硬化の順序を慎重に設計する必要があります。
熱処理特性
1060は熱処理が不可能な非熱処理型合金に分類され、析出硬化を伴わないため、溶体化処理や時効処理による強化はできません。強度の調整は、転位密度を増やす目的で制御された加工硬化か、最大延性を得るための完全アニーリング（O材戻し）で行います。
1060のアニーリングは板厚や時間に応じて300〜415°Cの範囲で加熱し、その後制御冷却するサイクルで行われます。これにより再結晶が促進され、転位密度が減少して延性が回復します。熱処理による時効硬化析出物は無いため、状態区分は加工硬化と熱的安定化の組み合わせで示され、H系硬質処理は加工硬化度合いを表します。
高温下の性能
1060は使用温度が上がると強度が著しく低下し、特に約150〜200°C以上で回復や軟化現象により転位密度が減少し、機械的特性の低下が顕著になります。長期の高温使用では、荷重支持部品のクリープ変形を防ぎ性能を維持するため、通常は100〜120°C以下に連続使用温度を制限します。
高温下でのアルミニウムの酸化は薄い保護酸化膜を生成しますが、酸化性または塩化物多含有環境に対して構造的腐食防止効果はありません。特に高温に曝された溶接部などでは熱影響部の軟化が顕著になるため、設計時に考慮が必要です。
用途例
| 産業 | 代表部品 | 1060が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 電気 | バスバー、導体、コレクターストリップ | 高い電気伝導性と低い不純物レベル |
| 化学・食品 | タンク、配管、ライナー | 耐食性と化学的適合性 |
| 空調・熱交換 | ラジエーターフィン、熱交換器フィン | 高熱伝導性と優れた成形性 |
| 建築 | 外装材、軒天パネル | 成形性、仕上げ性、耐食性 |
| 消費者用包装 | 箔、容器 | 純度の高さ、展延性、食品接触の安全性 |
1060はピーク強度よりも導電性、耐食性、成形性が重要視される場合に多く選ばれます。板材、コイル、押出材など各種形態での豊富な供給に加え、加工硬化に伴う挙動の予測可能性や接合の容易さにより、多くの産業分野で継続的に利用されています。
選択のポイント
電気的または熱的伝導性と優れた成形性が重視される場合は1060が最適な選択です。バスバー、ヒートシンクフィン、深絞り容器、化学的に適合するライニングにはその純度の高さと低残留成分が、合金系より適しています。
市販純アルミの1100系と比較すると、1060は類似の伝導率に加え、指定により若干高い最小アルミ含有率を有し、若干異なる不純物限度とのトレードオフで在庫とコスト面の利点があります。3003や5052のような加工硬化合金と比べると、1060は一般に優れた伝導率と同等またはより良好な耐食性を備えていますが、加工後の強度は劣るため、成形性や伝導性が荷重支持を上回る場合に好まれます。6061のような熱処理合金と比較するとピーク強度は大きく劣る一方、伝導率と成形性に優れるため、接合、ろう付け、熱伝導が主用途の場合に適しています。
まとめ
1060は高強度よりも純度、伝導性、耐食性、卓越した成形性を求められる用途において基盤的な合金です。加工硬化挙動の予測しやすさ、多様な製品形態での入手性、加工性の良さにより、電気、化学、建築、熱交換技術分野において現代的な材料体系でも安定して選択されています。