アルミニウム1230：組成、特性、硬さ区分ガイドおよび用途
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包括的な概要
Alloy 1230は1xxx系アルミニウム合金に属し、商業的に純度の高いまたは高純度アルミニウムグレードとして分類されます。1xxx系は通常99%以上のアルミニウム含有量を特徴とし、合金元素添加は非常に少ないのが特徴です。1230はアルミニウムの最小保証含有量が約99.3%以上であることから、「純度系」に属し、構造用の熱処理可能合金（2xxx、6xxx、7xxx系）とは明確に区分されます。
1230に含まれる主な合金元素は、管理された不純物または微量合金添加としてのみ存在しており、鉄、シリコン、チタン、および非常に低濃度の銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛が含まれます。この化学組成により、1230の主要な強化機構は加工硬化（冷間加工）であり、非熱処理型合金として主に加工硬化および制御された機械的加工によって機械的強度を得ます。
1230の主な特徴は、優れた電気および熱伝導性、卓越した大気腐食耐性、軟質状態における非常に良好な成形性、そして優れた溶接性です。引張強さはエンジニアリング用アルミニウム合金に比べて低いものの、優れた延性と表面仕上げを備えており、導電性、耐食性、または深絞り成形性が重視される用途でよく選ばれます。
1230を使用する代表的な業界としては、電気導体やバスバー、深絞り部品、耐腐食性や純度が要求される化学・食品処理機器、装飾的建築用途などが挙げられます。設計者は、引張強さや熱処理後の最高強度よりも高導電性、優れた耐食性、成形性を優先する場合に1230を選択します。
硬質状態（テンパー）バリエーション
| テンパー | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低い | 高い（30～45％） | 非常に良い | 非常に良い | 完全に軟化処理され、最大の延性と導電率を持つ |
| H12 | 低～中 | 中程度（20～30％） | 非常に良い | 非常に良い | 1/4硬化、成形性を保持したまま中程度の強度向上 |
| H14 | 中程度 | 中～低（10～20％） | 良好 | 非常に良い | 半硬化、成形性と強度の一般的なバランス |
| H16 | 中～高 | 低め（6～15％） | やや劣る | 非常に良い | 3/4硬化、成形範囲は狭まるが剛性が必要な部品に使用 |
| H18 | 高い | 低い（3～8％） | 限定的 | 非常に良い | 完全硬化、最大の加工硬化強度、成形性は限定的 |
| T5 / T6 / T651 | 該当なし | 該当なし | 該当なし | 該当なし | 適用外 — 1230は熱処理不適合合金のため、Tテンパーは使用されない |
テンパーは1230の機械的および物理的挙動に大きな影響を及ぼします。軟化状態のOテンパーは延性、表面仕上げ、導電率を最大化し、深絞りや電気用途に最適です。一方でH系テンパーは加工硬化によって強度を向上させつつ、伸びと成形範囲を低下させます。
テンパーの選択は成形能力と最終的な剛性のトレードオフであり、冷間加工を多く行う設計の場合は通常OまたはH12が指定されます。寸法安定性やバネ性が求められる部品はH14～H18の範囲で供給されます。溶接やろう付けは熱処理のように導電率を劣化させませんが、溶接部周辺では局所的に軟化が起こり、溶接部近傍の強度が低下することがあります。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.25 | 残留シリコン；鋳造時の流動性に影響し、わずかに強度を向上 |
| Fe | ≤ 0.50 | 主な不純物；わずかに強度を上げるが延性を低下させる可能性あり |
| Mn | ≤ 0.05 | 通常非常に低濃度；強化効果は最小限 |
| Mg | ≤ 0.05 | 微量；本グレードでの時効硬化には使用されない |
| Cu | ≤ 0.05 | 低濃度に抑え腐食耐性と導電率を保持 |
| Zn | ≤ 0.10 | 非常に低濃度；過剰な亜鉛は耐食性を低下させる |
| Cr | ≤ 0.05 | 微量添加されることがあり、結晶粒構造をわずかに制御 |
| Ti | ≤ 0.03 | 一部の製造工程で結晶粒精錬剤として使用 |
| その他（各元素） | ≤ 0.05 | Ni, Pb, Snなどの残留物を含む；総量は厳密に管理 |
1230の残りはアルミニウム（Al）であり、典型的な最小含有量は約99.30wt％です。意図的に低く抑えた合金化元素によって導電性と耐食性が保持されます。鉄やシリコンなどの微量元素が適度な機械的強度に寄与し、チタンやクロムの微量は結晶粒精錬や加工性の向上、特に鋳造品や再結晶品の製造に役立ちます。
不純物レベルの微細な変動は性能に影響を与えます。鉄含有量が増えると強度は上昇しますが、延性や表面品質は低下します。また、銅や亜鉛は少量でも耐食性を損なうことがあるため、電気・化学用途では残留元素の厳密な管理が調達条件として求められます。
機械的性質
引張挙動において、軟化状態の1230は低い降伏応力および引張強さと高い均一伸びを示し、安定した絞りやすさと良好なエネルギー吸収性を有します。冷間加工（H系テンパー）が増すと、引張強さおよび降伏強さは上昇しますが延性は低下します。加工硬化挙動は中程度のひずみ域で線形的であり、間隙元素や析出硬化が最小限なため安定したひずみ時効フリーの反応を示します。
Oテンパーの降伏強さは比較的低く、わずかな組成や板厚の違いに敏感です。薄板では加工や表面の加工硬化により見かけ上の降伏強さが高くなることがあります。硬さはテンパーに応じて明瞭に変化し、O状態は低いブリネル・ビッカース硬さを示し、H14～H18では加工硬化曲線に沿って段階的に上昇します。
疲労耐性は中程度であり、表面仕上げや冷間加工・成形時に導入される残留応力の影響を強く受けます。薄板の疲労寿命は応力の小さい部品では一般的に良好ですが、繰り返し荷重が大きい場合は高強度アルミ合金に比べて疲労限界が低いため設計時には考慮が必要です。
| 特性 | O / 軟化状態 | 代表的テンパー（H14） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 70～95 MPa | 120～155 MPa | 板厚や加工硬化度合いに依存 |
| 降伏強さ | 25～50 MPa | 90～130 MPa | オフセット法で定義；軟化状態は低く変動が大きい |
| 伸び | 30～45％ | 10～18％ | 軟化状態で非常に良好；加工硬化で延性低下 |
| 硬さ（HB） | 15～25 HB | 30～50 HB | 加工硬化で硬さ上昇；加工硬化度合いの指標 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | ほとんどのアルミ合金の標準；質量および剛性計算に有用 |
| 融点範囲 | 約650～660 °C | 固相線と液相線は純アルミニウムに近い；鋳造時の不純物の影響あり |
| 熱伝導率 | 220～240 W/m·K | 高純度アルミ特有の高い伝導率；熱交換用途に優れる |
| 電気伝導率 | 58～63 % IACS | 合金系に比べて高い導電性；導体やバスバーに最適 |
| 比熱 | 0.897 J/g·K (897 J/kg·K) | 一時的熱計算や熱容量設計で有用 |
| 熱膨張係数 | 23.6 µm/m·K（20～25の範囲） | 他のアルミグレードと同等；異種材料との接合設計に重要 |
高い熱伝導率および電気伝導率により、1230はヒートシンクや電気導体、熱管理ハードウェアに最適です。標準的なアルミ密度により、非構造用部品において質量あたりの強度および剛性比率は良好ですが、合金系に比べて高温での強度保持は限定的であるため設計では考慮が必要です。
熱膨張係数は他のアルミグレードに類似しており、鉄や複合材料との接合部設計では重要なパラメータです。異なる熱膨張により応力集中を招くため、ボルト締結や溶接接合部では十分な配慮が求められます。
製品形状
| 形状 | 典型的な厚さ/サイズ | 強度特性 | 代表的な調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.1–6.0 mm | 圧延により厚み方向に均一な強度を持つ。薄板は表面が硬化する場合あり | O, H12, H14 | 包装材、深絞り用、電気パネルに使用 |
| プレート | 6–50 mm | 焼なまし状態では絶対強度は低いが均一な延性を有する | O, H18 | 冷間加工しない限り構造用荷重には限定的な用途 |
| 押出形材 | 数メートルまでのプロファイル | ビレットの調質や形状が押出特性に影響 | O, H14 | 導体レールや建築装飾用の複雑断面形状に適用 |
| パイプ | 外径6–200 mm | 溶接またはシームレス製法。肉厚が機械的安定性に影響 | O, H12 | 配管、熱交換器、腐食性環境下の流体輸送に使用 |
| 棒材/丸棒 | 直径2–100 mm | 焼なまし状態で良好な加工性。引抜きによる高強度化も可能 | O, H14 | ファスナー、スペーサー、高純度を要求される機械加工部品に利用 |
製品形状による加工の違いは、冷間加工や熱処理による微細構造変化に起因します。シートや押出形材は通常、圧延や押出加工により結晶配向が生じることがあります。プレートや棒材は鋳造ビレットから圧延や引抜きを経て製造され、残留応力や結晶粒径が異なります。
用途は形状によって異なり、薄板は深絞りや被覆に多用され、押出材は良好な導電性を必要とする複雑断面、棒材/丸棒は精密機械加工部品に用いられます。形状と調質の選定は曲げ加工、溶接、表面仕上げなどの後工程も考慮して行う必要があります。
相当鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 1230 | USA | 1xxx系の中でやや特殊な所有権または特殊指定。高純度用途に指定されることが多い |
| EN AW | 1050A | Europe | 純度と性能で最も近い欧州の一般的な同等品。商業的に広く用いられる純アルミニウム系 |
| JIS | A1050 | 日本 | 電気特性と耐食性が似通った日本国内の代表的高純度アルミニウム |
| GB/T | 1xxx系（例：1230の地域規格） | 中国 | 中国規格には高純度合金群が存在し、1230の化学成分と対応する品名がある |
1230は所有権や商標指定が入ることも多く、1050系より不純物管理が厳しいため完全な1対1の相当品は少ないです。EN AW-1050AとJIS A1050は多くの用途でほぼ代替使用されますが、導電率、不純物限度、機械的公差の確認が必要です。
相互参照時は最低保証アルミ含有率、最大Fe/Si含有量、結晶粒微細化（Ti添加）や表面仕上げの要件に注意してください。電気系や衛生用途では認証書やミルテスト報告書の確認が不可欠です。
耐食性
1230は高純度のため安定した付着性のアルミナ被膜が形成され、大気中で優れた耐食性を示します。一般的な環境下では、銅や亜鉛などの活性元素が最小限であるため孔食や均一腐食に強く、屋内建築用途や軽度曝露の化学取扱用途に適しています。
海洋環境では均一腐食に強いものの、停滞部や堆積物下で塩化物による孔食が発生することがあります。長期の海洋サービスでは防護コーティングや陽極酸化処理が推奨されます。1xxx系合金は高強度および残留引張応力を持つ一部の強化アルミ合金に比べて応力腐食割れ（SCC）の発生は稀です。
ガルバニック腐食では1230は多くの鋼、ステンレス鋼（環境依存）、銅、真鍮に対し陽極側となるため、異種金属接触時には絶縁や犠牲防食設計が必要です。5xxx系（Mg含有）や6xxx系（Mg+Si含有）と比べると強度は劣るものの、一般環境での耐食性と導電性は優れるため、塩化物の強い環境下では適切な処理を施した5xxx系が選ばれることもあります。
加工性
溶接性
1230は単純な微細組織および低合金成分により、TIG、MIG、抵抗溶接など一般的な溶融溶接で良好に溶接可能です。濡れ性に優れ、熱割れも起きにくいです。充填材は導電性と耐食性を維持するため同種成分（例えばER1100やER1050のような純アルミニウム系）が一般的で、接合部の導電性要求を考慮して選定します。溶接熱影響部では局所的に焼なましがおこり隣接部の強度が低下するため、溶接後の機械設計では軟化部を考慮する必要があります。
切削加工性
1230の切削性は中程度から良好で、他の商用純アルミニウムと同等です。焼なまし状態では機械加工しやすい一方で、H系の高硬度調質では切削時にねばりが発生しやすくなります。正の切れ角を持つ超硬工具と高流量の冷却液使用が推奨されます。切削速度は鋼より控えめですが銅より高めです。切りくずは連続的かつ延性が高く、切りくず崩しや断続的な工具形状が絡まり防止と表面仕上げ向上に有効です。
成形性
成形性はO調質で非常に良好であり、軽度のH調質でも良好です。焼なまし供給時は深絞り、スピニング、複雑な曲げ加工にも対応可能です。圧延シートのO調質における最小曲げ内径半径は材料厚さの約0.5～1.0倍の範囲で軽度曲げに推奨され、より急角や厚板では大きくなります。冷間加工はばね戻りを増加させ最小曲げ半径を減少させるため、工程計画では調質指定とばね戻り補正を考慮する必要があります。
熱処理挙動
非熱処理系合金である1230は、溶体化処理や人工時効による強度増加はありません。主な微細構造制御は熱間加工と機械的歪みにより行われます。完全焼なまし（O調質）は約350～415 °Cに加熱し制御冷却することで再結晶を促進し、軟質で延性の高い状態にします。具体的な焼なまし条件は板厚や前加工歴に依存します。
加工硬化が主な強化手段であり、変形により転位密度が増加し降伏強さと引張強さが向上します。焼なましで冷間加工を戻すと低強度・高延性状態に回復し、導電性も復帰します。T調質（人工時効）は適用されず、1230の規格には通常含まれません。
高温性能
1230の機械的特性は温度上昇とともに徐々に劣化し、約100～150 °Cを超えると著しい強度低下があります。高温での静的強度は熱処理可能合金に比べて大幅に低いため、常用温度は荷重負荷部品で概ね100 °C以下に制限されます。短期的には150～200 °C程度の温度変動も可能ですが、軟化促進や疲労寿命短縮を招きます。
アルミは空気中で保護性の薄い酸化膜を形成し酸化進行を抑制するため、1230の標準使用環境での高温スケーリングは主な劣化モードではありません。溶接熱影響部や局所的な焼なまし部では高温で強度低下が顕著となるため、設計時にはクリープや応力緩和を考慮する必要があります。
用途事例
| 産業 | 代表的部品 | 1230が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | 内装トリムパネル、装飾モールディング | 優れた成形性と表面仕上げ、低コスト |
| 海洋 | 非構造用継手、ケーブルトレイ | 良好な一般耐食性と加工性 |
| 航空宇宙 | 地上支援機器、電気バスバー | 高い導電性と十分な機械的特性の組み合わせ |
| 電子機器 | ヒートシンク、電気導体 | 高熱伝導性および電気伝導性と純度 |
| 食品・飲料 | タンク、配管内張り、器具 | 高い耐食性と清潔性・衛生管理のしやすさ |
1230は電気・熱伝導性、耐食性、成形性が主要な機能要求となる用途で頻繁に指定されます。比較的低コストで加工しやすいため、大面積シート用途や導体システム、強度を必須としない非構造部品に実用的な選択肢です。
選定のポイント
高純度アルミニウムの中から選ぶエンジニアにとって、1230は電気伝導性や熱伝導性、深絞り成形性を構造強度より優先する場合に最適です。1100などの商業用純アルミニウムと比較すると、伝導性や成形性の低下はわずかであり、特定用途向けに不純物限度をより厳しく管理したり、メーカー管理品としての特性を期待できます。
3003や5052のような一般的な加工硬化系合金と比べると、1230は強度は低いものの、伝導性および一般耐食性に優れています。降伏強さよりも伝導性や表面品質が重要な場合は1230を選択してください。6061や6063のような熱処理を伴う合金と比較した場合、1230は設計値で最高の強度を求めるよりも優れた伝導性と成形性を重視する場合に選ばれます。導体、深絞り部品、化学的に敏感な環境に適しています。
実践的な選定のポイントとしては、深絞りや最大伝導性を目指す場合はO材質を指定し、H14～H18は必要な剛性を冷間成形で達成できる場合のみ選んでください。電気用途や衛生用途では、残留元素の限度を確認するためにメーカー試験成績書を必ず確認してください。海洋環境で使用する際はアルマイト処理やコーティングを検討し、異種金属の接触部は電気化学腐食を防ぐために絶縁することを推奨します。
まとめ
アルミニウム1230は、非常に高い純度、優れた電気・熱伝導性、卓越した成形性および優良な耐食性の組み合わせが、高強度の要求を上回る場合に今なお有用な素材です。加工硬化挙動が予測しやすく、板材、押出材、棒材の幅広い形態で入手可能なため、表面仕上げや使用環境が重要な電気・熱・建築・衛生用途に適した実用的な材料です。