アルミニウム 2036：組成、特性、硬さ区分ガイドおよび用途
共有
Table Of Content
Table Of Content
総合概要
Alloy 2036は、銅を主要合金元素とする2xxx系アルミニウム合金に属します。この系列はAl–Cu–(Mg, Mn)の系統を踏襲しており、銅が析出強化の主役を担い、マンガンやその他の微量添加元素が結晶粒構造や加工性を調整しています。
2036の主な強化機構は、固溶処理、焼入れ、人工時効によって微細なAl2Cuおよび関連析出相が形成されることにより実現する時効硬化（析出強化）です。また、熱処理されていない状態では冷間加工によって強度を高めることも可能ですが、最高の機械的特性は熱処理（T系調質）によって得られます。
2036の特徴として、アルミニウム合金としては比較的高い強度を持つことが挙げられますが、5xxx系や6xxx系と比べると耐食性は中程度から低めです。焼鈍状態では成形性は良好です。溶接性については、T系調質の熱処理品では熱影響部軟化や多孔質のリスクがあり、良好とは言えません。切削加工性は母材の硬さや切り屑性状のため、多くのアルミ合金と比較して良好から非常に良好です。
2036や類似の2xxx系合金を使用する代表的な分野には、特に比強度や疲労強度が要求される航空宇宙部品、高性能自動車の構造部品やサスペンション部品、防衛装備品、および強度対重量比やダメージトレランスが重視される特殊な構造用途があります。エンジニアは、高い比強度、良好な疲労耐性、適切な切削加工性のバランスが求められ、かつ耐食性が塗装やクラッド、設計によって補える場合に2036を選定します。
調質の種類
| 調質 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高い (20–30%) | 優秀 | 優秀 | 完全焼鈍状態で成形や深絞りに最適 |
| H12 | 低〜中 | 中程度 (10–18%) | 良好 | 良好 | 軽度の加工硬化、強化は限定的 |
| H14 | 中 | 中程度 (8–15%) | 普通 | 普通 | 加工硬化品、板材用途で一般的 |
| H18 | 高 | 低い (2–8%) | 不良 | 不良 | 強く冷間加工され、加工硬化による高強度 |
| T3 | 中〜高 | 中程度 (8–15%) | 良好（制限あり） | 不良 | 固溶熱処理後自然時効または安定化 |
| T4 | 中 | 中程度 (8–15%) | 良好 | 不良 | 固溶処理後自然時効、T6より軟らかい |
| T6 | 高 | 低〜中 (6–12%) | 限定的 | 困難 | 固溶処理後人工時効、ピーク強度を発揮 |
| T651 | 高 | 低〜中 (6–12%) | 限定的 | 困難 | 固溶処理後伸張応力除去、人工時効 |
2036の調質は、その機械的性能および製造性に大きく影響します。焼鈍（O）や軽度加工硬化品（H系）は深絞りや複雑成形に適しており、一方でT6/T651は成形性や溶接性を犠牲にして最大の静的強度や疲労耐性を提供します。
溶接や接合構造では、設計者はしばしば妥協した調質（例：T3や改良調質）を指定するか、クラッドやパッチングを用いて許容できる耐食性を保持し、ピーク時効調質品が溶接熱サイクルで受ける熱影響部軟化を回避します。
化学成分
| 元素 | ％範囲 | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 最大0.15 | 不純物管理のため、過剰は延性低下と共析形成促進 |
| Fe | 最大0.50 | 一般的な不純物で延性を低下させる間相形成 |
| Cu | 3.5〜4.5 | 主要強化元素、強度と疲労性向上、耐食性低下 |
| Mn | 0.2〜0.9 | 結晶粒制御、靭性および再結晶抵抗向上 |
| Mg | 0.2〜1.0 | Cuと相乗効果で強化析出相形成、時効動態に影響 |
| Zn | 最大0.25 | 微量で強度若干増加、過剰で応力腐食割れ耐性低下 |
| Cr | 最大0.10 | 微細組織制御、熱処理中の結晶粒成長抑制 |
| Ti | 最大0.15 | 鋳造や押出成形時の結晶粒微細化剤 |
| その他（各々） | 0.05〜0.15 | 残留元素・微量元素、全体で予測可能な析出挙動維持のため制限 |
2036の成分は、析出硬化効率の最大化と加工性・疲労性能の保持を目的に調整されています。銅がAl–Cu析出相を通じて強度を支配し、MgとMnの微量添加で析出相の化学組成や結晶粒構造が制御され、靭性改善および構造部材に適した熱機械的加工が可能となっています。
機械的性質
引張荷重下で、2036は析出硬化型アルミニウムの典型的な挙動を示します。焼鈍状態では降伏強さが低く成形が容易ですが、固溶処理および人工時効後には大幅に強度が向上します。引張曲線はアルミ合金としては比較的高い引張強さを示し、降伏強さと引張強さの比率からネッキング前の加工硬化能力が中程度であることが分かります。
焼鈍板材における降伏強さは低く成形に適しますが、T6調質では降伏強さが引張強さのかなりの割合に達し伸びが減少します。疲労性能は多くの熱処理不可合金より良好で、析出組織や局所強度維持能力が寄与していますが、腐食促進疲労は厳しい環境で問題となる場合があります。
硬さは時効によって顕著に増加し、Brinell硬さまたはRockwell硬さはT系調質の引張強さおよび降伏強さと強い相関を示します。板厚や断面サイズは達成可能な特性に影響し、厚板は均一な固溶処理が困難で、粗大結晶あるいは鋳造品はピーク強度が低下し疲労特性も変化します。
| 特性 | O／焼鈍 | 代表的調質（T6/T651） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ (MPa) | 180–260 | 400–480 | 強度は板厚と時効条件に依存。典型的な2xxx系構造用板・板厚の範囲 |
| 降伏強さ (MPa) | 80–150 | 300–360 | ピーク時効で降伏強さ大幅増加。降伏／引張比率がT6で上昇 |
| 伸び (%) | 20–30 | 6–12 | 析出硬化で延性低下。伸びは調質と断面形状に依存 |
| 硬さ (HB) | 30–60 | 110–150 | T6で著しい硬化。硬さは引張特性および切削加工性と相関 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 約2.78 g/cm³ | 銅含有のため一部アルミ合金よりやや高く、比強度計算に影響 |
| 融点範囲 | 約500–640 °C | 固相線から液相線までの範囲。合金元素により異なり、一部高温加工を制限 |
| 熱伝導率 | 約120 W/m·K（概算） | 合金のため純アルミより低いが、熱放散用途には十分良好 |
| 電気伝導率 | 約30–40 % IACS（概算） | 銅や他溶質の影響で純アルミ系より低下 |
| 比熱 | 約0.9 J/g·K | アルミ合金として標準的。熱サイクルや焼入計算に関連 |
| 熱膨張係数 | 約23–24 µm/m·K | 典型的なアルミ膨張係数。異種金属組立や熱応力解析の設計に重要 |
2036の物理特性は銅含有アルミニウムの特性を反映しており、熱伝導率・電気伝導率はいずれも純アルミ系より低いものの、鉄鋼に比べて優れた面もあります。密度はやや高く部材重量計算に影響します。熱膨張係数は他のアルミ合金と同様で、異種材料との組み合わせにおいても典型的な設計配慮が必要です。
熱特性は加工選択に影響を及ぼします。冷却速度の遅延や十分な焼入れ強度が得られないと時効挙動が変わり、厚肉部は熱を保持しやすく均一な固溶処理を難しくし、性能ばらつきや非均一化のリスクを高めます。
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 mm | 薄板で良好な均一性 | O、H14、T3、T6 | ボディパネル、フェアリング、小型構造部品に一般的 |
| プレート | 6～100+ mm | 厚肉部では焼入性低下 | O、T6（限定的） | 厚板はエージング後に加工する構造部品に使用されることが多い |
| 押出材 | 複雑な断面、可変 | 強度はTMTおよびエージング工程に依存 | T6（エージング済み）またはT4（エージング済み） | 押出性はMg/Mn比およびビレット管理に左右される |
| チューブ | 肉厚1～10 mm | 類似の調質でシートと同等の強度 | O、H18、T6 | 構造部材向けに溶接管および引抜管が使用される |
| 棒材／ロッド | 6～200 mm | 機械加工部品に適する | T6、O | 機械加工性および寸法安定性向上のため、事前にエージングされた状態で供給されることが多い |
形状は得られる特性セットに影響を与えます。薄板は急速冷却と完全な人工エージングが可能で（T6に類似した特性を付与）、厚板は均一な溶体化処理が困難なため、柔らかい調質で供給され加工されます。押出材や圧延材は、成分の偏析を避けるためにビレットの調整および均一化が重要です。
製造工程は形状によって異なります。シート・プレートは通常圧延と熱処理で製造され、押出材はビレットの均一化と精密な金型設計を必要とし、チューブ・棒材は引抜きまたは押出しと矯正工程を経ます。形状の選定は形状要求と機械的・熱的特性の両面の要求に基づいて行われます。
同等鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 2036 | アメリカ | 代表的な指定。組成・調質は供給者仕様に準ずる。 |
| EN AW | 2036 / 2xxxシリーズ | ヨーロッパ | ENおよびISO規格で互換性のある合金が記載されている場合あり。正確な組成および調質の一致を確認。 |
| JIS | A2036（参考） | 日本 | 地域特有のバージョンが存在する場合あり。JISの化学成分表を参照して正確な限界値を確認。 |
| GB/T | 2xxxシリーズ相当 | 中国 | 中国規格では近似相当品が記載されることあり。呼称ではなく化学組成でクロスリファレンスを。 |
2036について全ての規格間で完全な一対一の同等鋼種が公開されているわけではありません。地域名および組成限界の差異から微妙な違いがあります。代替や国際調達時には、鋼種名だけを基に判断せず、認証された化学成分、調質表示、機械的データを比較することが重要です。CuまたはMgの含有量のわずかな違いが析出挙動やエージング反応に大きな影響を与えます。
耐食性
2036の大気耐食性はAl–Mg系合金に比べて中～低程度です。これは銅の含有により局所腐食を促進し、腐食性環境下で保護性のある酸化アルミニウム層の安定性を損なうためです。産業環境や都市部では塗装や被膜処理により、クリーブ形成を防止しメンテナンス可能な設計であれば許容されます。
海洋環境や高塩素濃度の環境では、2036は注意深い保護を要します。無処理面はピッティングや粒界腐食を受けやすく、陽極酸化処理は密封や追加被膜と組み合わせなければ効果が限定的です。Alclad（高純度アルミのクラッド）や強靭な犠牲被膜の適用が構造用海洋部材における一般的な対策です。
応力腐食割れ（SCC）はCu含有熱処理合金で引張応力下かつ腐食環境で懸念されます。2036は特にT6調質や高温、塩化物存在下で脆弱性があります。組立設計時には電気的絶縁なくCuや鉄鋼と接触すると2036が陽極として優先的に腐食する電食影響を考慮する必要があります。
5xxx系（Al–Mg）や6xxx系（Al–Mg–Si）合金と比べると、2036は強度および疲労特性を優先するため耐食性では劣ります。設計者は機械的性能を最優先し、腐食は塗装やクラッド、配置の工夫で管理する場合に2036を選定します。
加工特性
溶接性
2036の溶接性は熱処理調質で限定されます。溶融部および熱影響部（HAZ）では強化析出物の溶解または粗大化により局所的な軟化を生じます。ガスタングステンアーク（TIG）やガスメタルアーク（MIG）溶接は、焼なましまたは過エージング状態なら可能ですが、フィラーは機械的特性を合わせたAl–Cu系または熱割れ感受性低減のためAl–Si系が推奨されます。溶接前後の熱処理はしばしば困難であり、継手の強度確保には機械的補強や継手設計で対応すべきです。
機械加工性
2036は一般に良好な機械加工性を持ちます。T6および軟らかい調質で短～中程度の切りくずを生成し、多くの鋼種と比べ比較的高い切削送りが可能です。ポジティブラケ角の超硬工具と効果的な切りくず排出が推奨され、潤滑・冷却はビルトアップエッジ抑制に有効です。工具寿命は硬さ（T6で高い）に影響され、焼入れ・エージングに伴う残留応力を考慮した仕上げ加工が望まれます。
成形性
成形性はOおよび軽度のH調質で最良です。高延性により曲げ、引き抜き、ストレッチ成形が可能でバネ戻りも適度です。T6などピークエージング状態では成形性が制限され、急曲げでの割れリスクが高まります。設計者は大きな曲げ半径を用い、成形後の再溶体化または再エージングを検討すべきです。最終寸法調整には冷間加工が利用可能ですが、再溶体化処理と制御されたエージングで部分的に軟化を維持した方が高精度な寸法安定性を得られます。
熱処理挙動
2xxxシリーズの熱処理合金として、2036は古典的な析出硬化サイクルに反応します。溶体化処理は通常CuおよびMgが固溶した温度まで加熱（断面により500～540 °C程度）、保持して均一化ののち、急冷して過飽和固溶体を保持します。冷却速度は重要であり、不十分な急冷は粗大な析出物を生じてエージング効果の低下を招きます。
急冷後の人工エージング（T6）は通常150～190 °Cで断面厚さに合わせた時間で行い、ピーク強度を発現します。自然時効（T4/T3変種）は室温で数日かけて進行し、より軟らかく成形性の良い状態を作ります。T651は溶体化後・急冷後の伸張応力除去処理を含み、残留応力や変形を抑制します。
非熱処理系のH調質は加工硬化によって強化し、O調質は完全焼なましです。過エージングは靭性向上およびSCC耐性改善を目的にピーク強度を犠牲にして意図的に行われます。
高温性能
2036は連続高温使用を想定していません。析出強化組織は温度上昇に伴い粗大化し、約120～150 °C以上で強度が徐々に低下します。ろう付けや溶接など短時間の高温暴露も、適切な熱処理復旧を伴わなければ強度や靭性の不可逆的な低下を招きます。
高温での耐酸化性はアルミ合金として標準的で、保護性酸化膜が速やかに形成されますが機械的特性は温度上昇で劣化します。溶接構造における熱影響部は特に弱点で、調質軟化および析出物分布変化による局所強度・疲労寿命の低下がみられます。
150 °C以上での連続使用が必要な部品には、特定のAl–Li系やニッケル系などの高温合金を検討すべきです。2036は設計余裕と適切な熱管理下では短期間の高温環境で使用可能です。
用途
| 業界 | 代表部品例 | 2036が使われる理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | サスペンション部品、構造用ブラケット | 高い比強度と優れた疲労耐性によりコンパクト部品に最適 |
| 海洋 | 二次上部構造、非重要フレーム（クラッディング付き） | 腐食が塗装やクラッディングで管理される場合の強度重量比の利点 |
| 航空宇宙 | フィッティング、機械加工された補強材、特定のフィッティング | 軽量化が重要となる高い静的強度と疲労特性 |
| 電子機器 | 構造フレーム、ヒートスプレッダーハウジング | 鋼材に比べ良好な熱伝導性と軽量性の両立 |
2036は、強度の向上、加工性、許容できる疲労特性のバランスが求められ、環境露出が管理される部品に通常選択されます。塗装、クラッディング、設計上の工夫によって腐食曝露を抑制し、加工性（機械加工性、熱処理性）が価値を生む用途に集中して使用される傾向があります。
選定のポイント
2036を選定する際は、高い比強度と良好な疲労特性が必要で、腐食を表面処理、シーリング、クラッディングで対処可能な使用ケースを優先してください。成形には焼なましまたはH系の調質を、最大の強度と疲労耐性にはT6/T651調質を選び、溶接性の低下を受け入れます。
商用純アルミニウム（1100）と比較すると、2036は電気伝導率や熱伝導率、優れた成形性を犠牲にして著しく高い強度と優れた疲労能力を提供します。電気伝導性や成形性を重視する場合は1100を選んでください。加工硬化型合金の3003や5052と比べると、2036はピーク強度が高い一方、一般的な耐食性と溶接性は低い傾向にあります。耐食性より強度重量比と疲労性能が重要な場合に2036を選択します。6061/6063などの一般的な熱処理型アルミ合金と比べて、特定条件下では2036が競争力のある、またはより高い強度と疲労特性を発揮するものの、通常は耐食性が劣ります。機械的利点（および機械加工性）が最大の環境耐性より優先される場合に2036を選びます。
総括
合金2036は、銅含有の熱処理可能なアルミニウム合金であり、高い比強度、優れた疲労耐性、卓越した機械加工性が必要とされ、かつ腐食が保護措置により軽減される場合に有用です。適切な調質選択、熱処理管理、表面保護が、現代の構造部品や航空宇宙分野に影響を受けた設計においてその性能を最大限に引き出す鍵となります。