アルミニウム1275：組成、特性、硬化状態ガイドおよび用途
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包括的な概要
Alloy 1275は1xxx系アルミニウム合金に分類されており、意図的な合金元素添加が最小限の商業用高純度軟鋼鍛造アルミニウムファミリーを示しています。この記号は主成分がアルミニウム（バランス）であり、シリコン、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛およびその他の残留元素の微量が制御されており、それらは電気的および熱的性能を損なうことなく特性に影響を与えます。
1275は主に微量不純物レベルでの固溶強化と加工硬化（加工による硬化）によって強化され、析出硬化処理による熱処理には依存しません。主な特長は高い電気伝導率および熱伝導率、多くの大気環境での優れた耐食性、軟質状態での優れた成形性および良好な溶接性です。熱処理可能合金と比べると機械的強度のピーク値は控えめです。
1xxx系高純度アルミ合金を使用する典型的な産業分野には、電気導体やバスバー、熱交換器やヒートシンク、化学薬品処理装置、建築用被覆材や装飾部品、一部の薄板自動車および船舶部品が含まれます。設計者は、伝導性、表面仕上げ、耐食性を重視し、熱処理可能合金よりも達成可能な強度が低くても問題ない場合に1275を選択します。
複雑な形状の成形に適した高い熱伝導性・電気伝導性と優れた延性の組み合わせが必要な用途や、異種金属間の接触電位差や明るい表面仕上げが重要な場合に、低コストまたは高強度の合金よりも1275が選ばれます。低合金含有量により接合や後加工が簡素化され、長期間にわたる安定した性能が確保されます。
調質バリエーション
| 調質 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高い（30～50％） | 優秀 | 優秀 | 完全焼鈍、最大の延性と伝導率 |
| H12 | 低～中程度 | 中程度（20～35％） | 非常に良好 | 優秀 | 軽い加工硬化；中程度の成形に適する |
| H14 | 中程度 | 中～低（10～20％） | 良好 | 優秀 | 1/4硬化状態；板材用途で一般的 |
| H16 | 中～高 | 低い（5～12％） | やや劣る | 優秀 | 1/2硬化；追加の剛性が必要な場合に使用 |
| H18 | 高い（1xxx系として） | 低い（<10％） | 限定的 | 優秀 | 完全硬化；最低の成形性、最高の冷間加工強度 |
| T5 / T6 / T651 | 該当なし | 該当なし | 該当なし | 該当なし | 1xxx系合金は熱処理できず、T調質は該当しない |
1275に選択される調質は機械的強度と成形性のトレードオフを制御します。軟質のO調質は延性と伝導率を最大化し、H調質は加工硬化を導入し引き伸ばしを犠牲にして強度を高めます。1xxx系が熱処理不可能であるため、強度調整は冷間変形によって行われ、調質の変化は焼鈍や追加の冷間加工によってのみ可逆的です。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.25 | 不純物; 低シリコンは伝導率と成形性の維持に寄与 |
| Fe | ≤ 0.40 | 主な不純物で、金属間化合物を生成し延性に影響 |
| Mn | ≤ 0.05 | 微量; トレースレベルで強化効果が限定的 |
| Mg | ≤ 0.03 | 一般的に非常に低い; Mg含有相の形成を回避 |
| Cu | ≤ 0.05 | 耐食性と伝導率を維持するため最小限に保持 |
| Zn | ≤ 0.05 | ガルバニック問題回避と延性維持のため低レベルに管理 |
| Cr | ≤ 0.03 | 微量制御元素; 処理中の結晶粒成長を抑制 |
| Ti | ≤ 0.03 | 鋳造やビレット製造での結晶粒微細化; 鍛造材中は最小限 |
| その他 | 合計 ≤ 0.15 | Ni、Pb、Snなどの残留物を含み性能のため厳重管理 |
化学組成は電気・熱伝導率を維持し耐食性を保持するために意図的に高純度アルミニウムに近接させています。微量元素や残留物は金属間粒子生成を抑制し、良好な冷間加工性と表面仕上げ特性を保持するため管理されます。TiやCrなどの微量元素は鋳造や圧延過程で結晶粒径や組織を制御するのに有用です。
機械的特性
1275は高純度アルミニウムに典型的な引張挙動を示し、焼鈍状態では降伏強さおよび引張強さはやや低い一方、高い延性と均一で漸進的な塑性変形応答を持ちます。降伏強さは熱処理可能合金に比べて低いため、設計時には許容応力の低さを考慮するか、厚板材の使用が必要です。冷間加工（H調質）は降伏強さと引張強さを著しく向上させますが、延性を低下させバネ性を増加させます。
硬さは調質に関連し、焼鈍材は低いブリネルまたはビッカース硬さを示し、冷間加工が進むにつれて硬さは予測通り増加します。疲労強度は控えめであり、主に表面仕上げ、成形による残留応力、および調質状態に依存します。繰り返し荷重用途の場合は、ノッチ感度や表面状態に細心の注意が必要です。板厚は冷間加工後に達成可能な強度に影響し、薄板の方が均一に硬化し局所的な薄化を起こす前に高いひずみを許容します。
| 特性 | O/焼鈍 | 代表的調質（H14） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約55～80 MPa | 約100～140 MPa | 商業用純1xxx合金の典型的範囲；加工方法と板厚に依存 |
| 降伏強さ | 約20～40 MPa | 約60～110 MPa | 冷間加工で大幅に向上；厚板製品の下限値 |
| 伸び | 約30～50％ | 約10～20％ | 硬化に伴い伸びは減少；標準引張試験片で測定 |
| 硬さ | 約15～25 HB | 約35～55 HB | ブリネル硬さの概算範囲；硬さは冷間加工度合いに比例 |
物理的特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | 1xxx系アルミ合金に典型的な値 |
| 融点範囲 | 660～660.5 °C | 高純度アルミニウムの融点に近く、融解範囲は狭い |
| 熱伝導率 | 約220～240 W/m·K | 高伝導率のため、ヒートシンクや熱交換器に適す |
| 電気伝導率 | 約60～64 % IACS | ほとんどの軟鋼鍛造合金に対して優れた伝導性；不純物含有量に依存 |
| 比熱 | 約900 J/kg·K (0.90 J/g·K) | 室温付近のアルミニウムで典型的 |
| 熱膨張率 | 約23～24 µm/m·K (20～100 °C) | 熱設計に考慮すべき大きな膨張率 |
1275の高い熱伝導率および電気伝導率は、放熱や低抵抗電流通路が必要な用途における物理的利点の一つです。低密度と高い比熱は軽量熱システムや一時的な熱管理に有利です。熱膨張率は中程度であり、異種材料を組み合わせるアセンブリでは考慮が必須です。
製品形状
| 形状 | 代表的厚さ・サイズ | 強度特性 | 一般的な調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材（シート） | 0.2～6 mm | O調質は軟らかく、H調質で強化される | O、H12、H14、H16 | 建築用、電気用、熱交換パネルに広く製造される |
| 厚板（プレート） | 6～25 mm | 単位厚さあたりの冷間加工性は低い | O、H12 | 厚みと伝導性が要求される用途向け；重い成形は限定的 |
| 押出形材 | 大断面サイズまで各種 | 押出後の冷間加工によって強度が変化 | O、H12、H14 | 良好な表面仕上げ；バスバーや構造形材に使用 |
| 管材（チューブ） | 顧客指定の径・肉厚 | 板材に類似した挙動；肉厚による | O、H12、H14 | 導管、熱交換器コイル、流体ラインに一般的 |
| 棒材・丸棒 | 径3～80 mm | 冷間加工により強度向上 | O、H16、H18 | ファスナー、リベット、高伝導性加工部品に使用 |
製品形状は主に製造性により異なります。板材や薄板は最高の成形性と伝導率を提供しますが、厚板や押出形材は冷間加工時の挙動が異なり、より単純な成形加工に限られがちです。押出形材および管材は複雑な断面形状を保持しつつ優れた熱経路と調質後の予測可能な機械的挙動を兼ね備えているため、電気および熱部品に人気があります。
同等鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 注記 |
|---|---|---|---|
| AA | 1275 | USA | アルミニウム協会による指定；高純度アルミニウム系 |
| EN AW | 1050A / 1060 | ヨーロッパ | 類似の純度・特性を持つ1xxxシリーズの代表的な欧州等価品 |
| JIS | A1050 / A1070 | 日本 | 日本の等価品は1050～1070の範囲で高純度アルミニウムに該当 |
| GB/T | 1A00系列 | 中国 | 1275が明確に規定されない場合、1060などの中国1xxxシリーズが互換で用いられる |
地域ごとの規格には必ずしも1275の数値鋼種が含まれていません。設計者は一般的に、最小純度や残留不純物限界が類似の1xxxシリーズ等価品を選択します。不純物許容限度や表面仕上げクラス、機械的性質の細かな差異が互換性に影響するため、重要用途では販売者の認証成分表や特性表を確認してください。
耐食性
1275は安定した付着性のアルミニウム酸化皮膜を形成することで、一般大気環境下で優れた耐食性を示します。都市部や農村部、多くの産業環境において良好に機能し、陽極酸化処理によって耐摩耗性や装飾性を高めることも可能です。
海洋環境下では、1275は均一腐食に対して比較的良好な耐性を持ちますが、塩素イオン濃度の高い条件で酸化皮膜が粗くなったり摩耗した場合、局所的なピッチング腐食を受けやすくなります。長期浸漬や飛沫帯での使用では、局所攻撃や電気化学的影響を抑えるために保護被覆、クラッディング、犠牲防食システムの採用が一般的です。
応力腐食割れは低強度で高純度なアルミニウムでは稀ですが、不純物濃度、吸水、過酷な環境、及び残留引張応力が存在すると脆化リスクが高まります。アルミニウムは多くの金属に対して陽極性を示すため、絶縁層や適合するファスナー、犠牲陽極などでガルバニック作用の管理が必要です。
2xxx系（Al-Cu）や7xxx系（Al-Zn-Mg）などの高合金種に比べて、1275はピーク機械的強度こそ低いものの、一般耐食性は優れています。純アルミニウム1100および近純度グレードと比較すると、1275は耐食挙動が同等であり、メーカー固有の加工優位性も有しています。
加工性
溶接性
1275は合金元素含有量が極めて少ないため、TIG（GTAW）やMIG（GMAW）といった標準的な溶融溶接法で良好に溶接可能です。一般的には、充填材として1100やAl-Si系充填材（4043）が用いられ、凝固収縮に対応するとともに流動性を向上させます。選択は接合設計や使用条件に依存します。母材強度が低いため、熱影響部の軟化は少ないですが、溶接変形や酸化制御のためには十分な清掃と工程管理が必要です。
切削性
1275の切削性は、鉛やビスマスのフリー切削添加剤を含む圧延アルミ合金と比較して、やや劣ると評価されます。連続した長い切りくずを生じやすく、局所的に加工硬化が発生するため、刃物は鋭利で切りくず排出に留意する必要があります。推奨工具はポジティブ形状の超硬チップ、適度な送り速度および鋼材より高い切削速度です。クーラントやミスト冷却を用いると表面仕上げや工具寿命の向上が期待できます。
成形性
アニーリング済みO材質の成形性は極めて良好で、深絞りや複雑なプレス加工、小半径曲げが可能です。O材および軽度のH材で最良の結果が得られ、硬化の強い重度のH材では曲げ半径制限が厳しくなり割れのリスクが高まります。金型設計ではバネ戻りを考慮し、予備変形や部分的アニーリングを活用して成形限界を管理します。
熱処理挙動
1275は1xxxシリーズ合金のため熱処理による強度向上は期待できません。溶体化・析出硬化に反応しないため、強度調整は加工硬化（塑性変形）や、応力除去およびじん性回復を目的としたアニーリングによって行います。アルミニウムの場合、回復・再結晶を促す典型的なアニーリング温度は300～415 °Cであり、産業的には350～400 °C付近で制御された時間加熱後、徐冷されます。
圧延、引抜、曲げなどの冷間加工により転位構造が形成され、降伏強さおよび引張強さが向上します。この強化度合いはひずみ量に比例します。重度の冷間加工後に軟化が必要な場合は、全アニーリングによってほぼ元のO材特性に戻せますが、酸化や異物混入があれば導電率が若干低下します。
高温性能
1275は中程度の高温まで寸法安定性および耐食性を維持しますが、100～150 °Cを超えると機械的強度は著しく低下します。150 °C以上の長期連続使用では、転位構造の回復が促進され軟化が進行して荷重支持能力が減少します。空気中での酸化は薄い保護性のアルミナ皮膜に限られ、高温下の化学的攻撃はハロゲンや硫黄種を含む環境を除き一般的に軽微です。
高温での溶接継手はクリープ強度低下を示し、低温脆化の問題は通常ありません。ただし、許容応力の低減や熱サイクルの影響を考慮すべきです。高温で持続的な機械的強度が必要な用途には、1xxx系より耐熱性合金系列を選択することが望まれます。
用途
| 業界 | 代表部品 | 1275を使う理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | 内装トリム・バッテリーバスバー | 高い成形性と電気伝導性が必要な電気経路 |
| 海洋 | 非構造用パネル・熱交換器 | 良好な耐食性と表面仕上げ |
| 航空宇宙 | 二次部品・ダクト | 低密度かつ優れた熱伝導性 |
| 電子機器 | ヒートシンク・サーマルスプレッダ | 高い熱伝導性と微細形状の良好な切削性 |
1275は優れた熱・電気伝導性、良好な耐食性、高い成形性の組み合わせが求められ、合金のピーク強度が主用途でないケースに多用されています。その安定性、表面仕上げオプションおよび接合の容易さにより、多分野で実用的な材料として活躍しています。
選定のポイント
伝導性と成形性を最重要視し、優れた表面仕上げ性と予測可能で容易な溶接性を求める場合に1275を選択してください。ヒートシンクやバスバー、成形部品など、重度の構造荷重が主目的でない用途に適しています。
純アルミニウム1100と比較すると、1275は同等の伝導性と成形性を保ちつつ、メーカー固有の不純物管理によって機械的一貫性を向上させている場合があります。3003や5052などの加工硬化型合金に対しては、1275は強度を犠牲にして熱・電気伝導性と光沢性を向上させています。電気的・熱的性能重視なら1275、より高強度や加工硬化特性を求める場合は3xxx／5xxxシリーズを選択してください。
6061や6063などの熱処理型合金と比べると、1275はピーク強度は著しく低いものの、電気・熱伝導性と成形性に優れます。最大構造強度より伝導性、耐食性、成形・溶接の容易さを優先する場合に適しています。
まとめ
1275合金は、ほぼ純アルミに匹敵する伝導性と耐食性、高い成形性および信頼性の高い加工特性を兼ね備えており、電気・熱・成形を多用する用途で広く選ばれています。表面仕上げ性、接合性および穏やか～中程度に厳しい環境下での長期的性能を重視する技術者にとって、1275は実用的かつコスト効果の高い選択肢となります。