アルミニウム 2017A：組成、特性、調質ガイドおよび用途

総合概要

2017Aは2xxxシリーズのアルミニウム-銅合金に属し、析出硬化による高強度を目的として最適化された材種です。主成分はアルミニウムで、主な合金元素は銅であり、マングァン、微量のマグネシウム、鉄および微量元素が微細組織の制御や析出物の挙動調整に寄与しています。

2017Aの強化は主に熱処理による析出硬化であり、固溶処理によりCuを含む相を溶解し、急冷で過飽和固溶体を保持、その後の自然時効または人工時効で微細なAl2Cu（θ'）および関連相が析出することで降伏強さと引張強さが向上します。この合金は、非熱処理系合金と比べて引張強さが高い反面、伸びや靭性の低下、局所腐食および応力腐食割れの感受性が高いという特徴的なトレードオフがあります。

主な特徴は、T6相当の調質で達成される高い静的強度、適切に熱処理および応力除去された場合の合理的な疲労特性、並びに純アルミニウムよりも低いが適切な熱および電気伝導性です。2017Aは航空宇宙や防衛分野のフィッティング・鍛造品、輸送・自動車分野の構造用コネクターやリベット、強度対重量比や加工性を優先する特殊な部品に用いられています。

高強度、良好な加工性、予測可能な時効応答の組み合わせが必要で、かつ腐食感受性および溶接上の制約を許容または対策可能な用途に対して、2017Aが選択されます。特に析出制御や時効後の寸法安定性が厳しく求められる組み立て部品では、他の高強度シリーズよりも好まれることが多いです。

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	優秀	優秀	最大伸びを得るための完全焼なまし状態
H14	中～高	低～中程度	普通	限定的	半硬化の冷間加工により強度向上
T4	中	中程度	良好	限定的	固溶処理＋自然時効；最終時効前の成形に十分な軟らかさ
T6	高	低	普通	不良	固溶処理＋人工時効；構造部品に用いられる最高強度条件
T651	高	低	普通	不良	T6に応力除去として伸びまたは圧縮処理を施し残留応力を最小化

調質は2017Aの性能に決定的な影響を与えます。なぜなら、析出状態と転位構造が降伏強さ、延性、疲労耐性を制御するためです。深絞り成形を要する場合は焼なましO材が用いられ、最大静的強度と寸法安定性が必要で成形を最小限にする場合はT6/T651が選択されます。

熱処理方法は応力腐食割れや局所的なガルバニック挙動にも影響を与えます。応力除去調質であるT651や伸ばし調質は、加工時の歪みを抑え、疲労が重要な用途における一貫性を高めます。

化学成分

元素	含有範囲（％）	備考
Si	≤ 0.50	脱酸材および不純物；析出相や加工性制御のため低濃度に保持
Fe	≤ 0.70	不純物；機械加工性や腐食開始点に影響を与える析出相を形成
Mn	0.30–1.00	組織細粒化と強度、靭性の向上に寄与
Mg	0.10–0.80	固溶強化への寄与と時効硬化促進
Cu	3.5–4.5	主な強化元素；Al2Cu析出物を形成しピーク強度を決定
Zn	≤ 0.25	低濃度；2xxx系における主な強化元素ではない
Cr	≤ 0.10	組織制御および一部調質の再結晶阻害
Ti	≤ 0.15	鋳造品や一部圧延品の結晶粒微細化用
その他（各種）	≤ 0.05	微量元素；時効挙動や腐食特性の予測性維持のため管理

比較的高い銅含有量が2017Aの機械的特性を支える主因であり、時効時に密で微細なθ'析出物の分布を促進します。マングァンとクロムは熱処理・機械加工中の結晶粒径やテクスチャ、回復挙動を制御し、強度、靭性、疲労寿命のバランスを図ります。

鉄およびシリコンは腐食や割れの起点となる粗大相の生成を抑えるため低濃度に制御されています。全体として成分管理は均一な析出挙動と機械的性質の再現性確保に重要です。

機械的性質

2017Aの引張特性は調質や板厚に大きく依存します。析出硬化および冷間加工が降伏強さと引張強さを決定するためです。ピーク時効（T6/T651）条件では最も高い引張・降伏強さを示しますが、焼なまし状態に比べ伸びおよびノッチ靭性は著しく低下します。疲労耐性は熱処理および応力除去が適切で微細組織が均一な場合概ね良好ですが、塩化物や湿潤環境下での腐食疲労には注意が必要です。

硬さは引張挙動と連動し、焼なましO状態は低いブリネル硬さと高い成形性を示し、T6/T651では著しく高い硬さとなり、加工性や耐摩耗性向上に寄与します。板厚は固溶処理および時効時の冷却速度や溶解状態に影響を与え、厚板ではピーク硬さや強度が低下する場合があるため、大型鍛造品や板材では処理条件を調整する必要があります。

特性	O/焼なまし	主要調質（T6 / T651）	備考
引張強さ	220–320 MPa	430–480 MPa	T6値は板厚や時効条件に依存
降伏強さ	100–160 MPa	350–420 MPa	時効および冷間加工により降伏が大幅上昇
伸び	18–30%	6–12%	ピーク時効で延性は低下し、破壊モードはより脆性傾向
硬さ（HB）	50–80 HB	120–150 HB	硬さは析出物密度と転位相互作用に連動

物理特性

特性	値	備考
密度	2.78 g/cm³	銅含有により純アルミよりわずかに高い
融点範囲（概略）	ソリダス約500°C～リキダス約640°C	合金の融解範囲；ろう付けや鋳造関連工程で重要
熱伝導率	約140–160 W/m·K（20°C時）	純アルミより低い；銅の影響で低下するが多くの熱応用には十分
電気伝導率	約30％ IACS（代表値）	合金化により低下；高伝導性電線用途ではない
比熱	約0.90 J/g·K（900 J/kg·K）	常温でのアルミ合金の典型的値
熱膨張係数	約23.5 µm/m·K（20–100°C）	他のアルミ合金と同等；異材締結部品の設計に考慮が必要

銅含有増加により、商用純アルミや6xxx系合金に比べ熱伝導率・電気伝導率は低下しますが、強度を優先する用途では熱性能は許容範囲内です。融点範囲は熱処理時に注意が必要で、ろう付けや局所加熱ではソリダス温度に近づけると部分溶融や成分液化が発生しやすいため避けるべきです。

熱膨張は他のアルミ合金と類似しているため、ボルト締結や圧入組み立てなど異材混合部品では使用温度域での膨張差による応力を設計段階で考慮する必要があります。

製品形状

形状	代表的な厚さ/サイズ	強度特性	一般的な調質	備考
シート	0.3–6.0 mm	T6で良好な強度；Oは成形向き	O, H14, T4, T6	パネル、スキン、加工部品に広く使用される
プレート	6 mm超～150 mm以上	厚板はピーク硬さが低下する場合がある	T6, T651	大型部品は十分な固溶処理と適切な焼入れが必要
押出材	断面最大200 mmまでのプロファイル	強度は調質と後の時効による	T4, T6	複雑な断面形状が可能だが、特性維持には工程管理が重要
チューブ	Ø10–300 mm	押出材に類似；肉厚が時効反応に影響	T6, T651	高強度が求められる構造および油圧用途に一般的
バー/ロッド	Ø4–150 mm	T6で高い加工性を発揮	T6, O	ファスナー、継手、精密加工部品に用いられる

シートとプレートの加工は主に熱容量と焼入性の違いによる。プレートは完全な固溶化のための浸漬時間が長く、析出物の粗大化を防ぐためより積極的な焼入れが必要である。押出材とチューブは熱処理時の調質遷移や残留応力を考慮し、ストレッチングや安定化工程で応力を除去することが重要である。

成形または冷間加工製品はしばしばT4 → T6のシーケンスを経る。すなわち、部品は固溶処理後に自然時効させて成形し、その後人工時効して最終強度を得ることで、成形性と機械的性能のバランスを取っている。

相当グレード

規格	グレード	地域	備考
AA	2017A	米国/国際	鍛造Al-Cu-Mn合金の一般的なAluminum Association指定
EN AW	2017A	ヨーロッパ	EN分類は組成的に概ね一致するが、管理限界がやや異なる場合あり
JIS	A2017	日本	類似の化学組成で、JIS規格に合わせた許容差・調質が設定されている
GB/T	2A17（または2017A）	中国	中国規格の相当品で、2A17として記載され組成範囲が近似

相当グレードは概ね類似のAl-Cu-Mn系合金を示すが、地域ごとに不純物限度、許容される調質および寸法公差が異なる。Mn、Fe、Siの微小な差異が時効速度、靭性および耐食性に影響するため、重要な特性については証明書データを必ず確認することが推奨される。

規格間で代替する場合は、機械的特性要求と許可される調質を慎重に確認する必要がある。規格によっては固溶処理・時効スケジュールが異なり、最終強度や残留応力レベルに影響を及ぼす。

耐食性

大気環境下において2017Aは中程度の耐食性を示すが、5xxx系や6xxx系合金と比較して銅を多く含むため、陰極サイトとなる銅リッチ金属間化合物の影響で腐食しやすい。局所腐食（孔食や粒界腐食）は、特に不適切な熱処理や塩化物イオンの存在下で、粒界や構成粒子から発生することがある。保護被膜、陽極酸化処理、およびすき間を避ける設計はこれらのリスクを大幅に低減し、屋外や海洋環境での使用には一般的な対策である。

海洋環境における挙動は、海水用のAl-Mg系合金と比べて劣り、2xxx系合金は強腐食性の海水中の主要船体構造材には通常使用されない。十分な腐食防護措置と犠牲アノードの併用なしでの使用は避けるべきである。応力腐食割れ（SCC）は、塩化物を含む湿潤環境において高強度Al-Cu合金が引張応力下で発生しうる既知の危険性であり、重要部材の材料選定および試験で考慮されなければならない。

2017Aはより貴な金属（例えばステンレス鋼）と接触すると電食作用のリスクがあるため、絶縁層や犠牲アノードの設置による対策が必要である。1xxx系、3xxx系、5xxx系と比較すると、2017Aは耐食性を犠牲にして機械的強度を優先しているため、過酷な環境下では追加の表面保護が求められる。

加工性

溶接性

2017AのMIG/TIGなどの融接は、溶接熱影響部での強度低下、ホットクラックや多孔質の発生傾向があるため困難である。摩擦攪拌接合（FSW）などの固相接合が、液相割れのリスクが低く、母材強度をより維持できるため、構造部品にはしばしば推奨される。融接が必要な場合は、高い靭性を持つフィラー合金および溶接後熱処理の使用が推奨されるが、熱影響部の軟化や再析出の影響を考慮する必要がある。

機械加工性

2017Aは多くのアルミ合金と比較して高強度ながら安定した切削性を示す。T6調質状態では、予測可能な工具摩耗と寸法安定性で加工できる。適切なコーティング（TiN、AlTiNなど）を施した超硬工具を用い、適度な切削速度と強固な送りで加工することで特に途中切削でも良好な結果が得られる。冷却液管理は工具のビルドアップエッジを抑制し効果的である。硬調質では短尺分断切りくず、焼き鈍し状態では連続削りくずが多く、工具形状および冷却液は調質と断面厚に応じて最適化する必要がある。

成形性

成形性はOやT4の軟調質で最も良好で、適度な曲げ半径で曲げ加工や絞り加工が可能である。ピーク時効のT6は成形性が限定的で、冷間成形時に亀裂発生のリスクが高い。推奨される最小曲げ半径は調質や厚さにより異なるが、一般的にOやT4では板厚の2～6倍、T6では大幅に大きくなる。複雑形状は制御加温成形や固溶処理→成形→時効の順序で行うことが多い。

熱処理挙動

2017Aは熱処理可能合金であり、固溶処理・焼入れ・時効により最終機械的性質が決まる。典型的な固溶処理温度は500～525°Cの範囲で、銅リッチな相をアルミ母材中に溶解させるために保持した後、水冷焼入れで過飽和固溶状態を閉じ込める。焼入れ速度と断面寸法は非常に重要で、冷却が遅いまたは不十分な焼入れは析出駆動力を低下させ、最大限の強度発現を妨げる。

人工時効は通常150～190°Cで4～12時間程度実施し、要求される強度・靭性のバランスに応じて調整する。T6は固溶処理＋人工時効に対応し、ピーク強度を目指した調質である。自然時効（T4）は室温で部分的強化を得るが、人工時効よりピーク強度は低く、成形工程で最終時効前の中間調質として利用される。

製造工程ではT4 → T6の調質遷移を多く採用する。部品は固溶処理後軽く時効させて成形し、その後人工時効して最終機械的性質を得る。張り戻し（T651）などの応力除去工程は残留歪みを減少させ、機械加工・組立部品の疲労寿命改善に効果的である。

高温性能

2017Aは中程度の高温下での強度維持が可能だが、約150°C以上で析出物の粗大化と過時効により強度低下が顕著になる。150～175°Cを超える連続使用は、硬化を担う微細析出物を劣化させ、降伏強さと引張強さを低下させる一方、過時効状態では延性が増加する。高温用途設計では加速時効試験や使用温度に基づく評価により、機械的健全性の経時的劣化を定量化すべきである。

アルミニウムは中温域では酸化皮膜による保護があるため酸化は大きな問題とならないが、溶接や加工時の局所過熱により表面の溶融・劣化が発生し、機械的性能を損なうことがある。特に溶接部近傍の熱影響部は軟化や析出物の変態で弱くなる傾向がある。