アルミニウム 2117：組成、特性、加工硬化状態ガイドおよび用途

包括的概要

Alloy 2117は2xxx系アルミニウム銅合金の一員であり、熱処理可能なAl-Cu合金に分類されます。この合金の化学組成は、主に強度向上のための銅を中心とし、強度、加工性、再結晶挙動を調整するために制御されたマンガン、マグネシウム、微量元素を含みます。

2117は主に固溶体焼なまし後の析出硬化（エージング）によって強化され、細かいAl2Cu（θ相）および関連析出物が生成されます。完全にエージングされていない状態でも一部の加工硬化能を示します。この合金は、中〜高強度のバランス、適切に仕上げられまたはクラッドされた場合の許容できる耐食性、純アルミに比べて限定的な溶接性を提供します。軟化および軽度の加工状態では良好な成形性を有します。

2117を使用する代表的な業界には、航空宇宙（副構造部材および付属品）、防衛（構造部品）、自動車（5xxx系および3xxx系より高い強度を必要とする部品）、および熱処理強度と比較的良好な成形性の組み合わせが求められる特殊商業用途（リベット、ファスナー、成形押出材など）が含まれます。エンジニアは、より強いAl-Cu挙動が必要であるが、2024のようなプレミアム2xxx系合金の極端な強度が不要な場合や、高性能熱処理合金に比べて成形性の向上または低コストを求める場合に2117を選択します。

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	20〜35%	優秀	優秀	最大の延性と成形性のために完全に焼なましされた状態。
H12 / H14	中程度	8〜18%	良好	可	中間強度まで加工硬化されている。引き抜きや成形部品に使用。
T3	中〜高	8〜15%	良好	限定的	固溶処理および冷間加工後、自然時効；強度と成形性のバランス。
T4 / T5	中〜高	10〜18%	良好	限定的	固溶処理後、自然時効（T4）または人工時効（T5）により安定した特性。
T6 / T651	高	6〜12%	可	限定的	固溶処理および人工時効でピークまたは準ピーク強度。T651は伸張による応力除去を含む。

調質の選択は2117の強度／延性のトレードオフを大きく制御します。厳しい成形には焼なまし材が推奨され、一方でT6/T651はより高い静的強度と剛性を必要とする場合に用いられます。溶接性および溶接後の特性保持は、調質がより高度な人工時効状態に近づくほど悪化する傾向があるため、設計者は焼なましまたは軽度加工状態で成形・接合を行い、その後必要な熱処理を計画すべきです。

化学成分

元素	含有量範囲 %	備考
Si	最大0.20	低シリコン制御により脆い間合金相を抑え、加工性を維持。
Fe	最大0.50	不純物元素；Feが多いと延性低下および間合金相形成の可能性。
Mn	0.30〜0.9	強度向上、結晶粒制御および再結晶抑制に寄与。
Mg	0.10〜0.6	微量添加により析出硬化反応を強化し、強度向上に貢献。
Cu	3.0〜4.0	主要強化元素で、エージング時にAl2Cu析出物を形成。
Zn	最大0.25	微量；Cuとの不要な相互作用を避けるため低レベル保持し耐食性維持。
Cr	0.05〜0.25	微量添加で結晶粒制御および粒界析出物の粗大化抑制。
Ti	0.05〜0.15	鋳造および圧延品の微細組織均一化のための結晶粒細化剤。
その他（各元素）	最大0.05	残留元素；アルミニウムは合計100％になるまで。

銅含有量は、析出硬化を通じて引張強さと降伏強さの主要因です。マンガンおよびクロムは結晶粒構造を制御し、再結晶を抑制して高温および変形時の強度を向上させます。微量のMgと微細元素添加はエージングの速度を調整し、析出硬化反応をわずかに高めることが可能です。低シリコンおよび鉄の含有により、延性を維持し靭性および成形性を損なう粗大で脆い間合金相の形成を回避します。

機械的性質

2117の引張挙動は典型的なAl-Cu合金の特性を示します。固溶焼なましおよび人工時効処理後は比較的高い引張強さおよび降伏強さを備え、強度が増すと伸び率は低下します。焼なまし材は良好な一様伸びと予測可能な加工硬化を示します。ピーク時効状態では降伏強さと引張強さの比が高くなり、総伸びは減少するため、成形や耐衝撃設計時に考慮する必要があります。

硬さは調質と強く相関し、O調質からT6/T651まで細かな析出物がマトリックス内に形成されることで著しく増加します。疲労性能は、表面仕上げおよび残留応力管理により中程度から良好なレベルです。疲労亀裂の初期化は表面欠陥、腐食ピットおよび粗大間合金相に敏感であるため、仕上げと防食対策が疲労寿命に重要な影響を与えます。

板厚は焼入れ時の冷却速度による過飽和状態および析出分布に影響を与えるため、実現可能な特性に影響します。厚板は薄板に比べてエージング不足またはピーク強度の低下を示す傾向があり、適切な熱処理設計が必要です。設計者は部材厚さによる特性のばらつきを想定し、部品形状に合わせた調質／時効を指定するべきです。

特性	O／焼なまし	主な調質（T6/T651）	備考
引張強さ	180〜260 MPa	350〜450 MPa	エージング、板厚、化学組成により広く変動。
降伏強さ	70〜150 MPa	300〜380 MPa	T6で著しく増加。T651は応力除去により寸法安定性向上。
伸び	20〜35%	6〜12%	人工時効および強度増加に伴い延性が低下。
硬さ（HB）	40〜70 HB	100〜150 HB	マトリックス内の析出物形成により硬さが上昇。必要に応じてHRCやビッカース硬さへ換算可能。

物理的性質

特性	値	備考
密度	約2.78 g/cm³	Cu添加により純アルミよりやや高く、質量計算に有用。
融点範囲	約500〜640 °C	合金元素により融点幅が広がり、固相線／液相線は組成に依存。
熱伝導率	約120〜150 W/m·K	Cuや合金元素により純アルミ（約235 W/m·K）より低い。
電気伝導率	約25〜40 % IACS	銅含有および析出物の存在により、1xxx系に比べ低下。
比熱	約0.9 J/g·K	典型的なアルミ合金の値で、熱容量計算に有用。
熱膨張係数	約22〜24 ×10⁻⁶ /K（20〜100 °C）	他のアルミ合金と類似。異種材料接合時の熱応力注意。

2117の熱伝導率および電気伝導率はアルミ合金として中間的な値であり、Al-Cu系に特有の機械的特性と輸送性質のトレードオフを反映しています。銅による密度増加は重量に敏感な設計で考慮すべきであり、熱膨張係数は異種材料接合時の熱応力集中を回避するため注意が必要です。

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	厚み方向に優れた応答性	O、H14、T4、T6	引抜きや成形パネル、小型構造部品に広く用いられる。
板材	6–100 mm	厚板では硬化性が低下	O、T3、T6（調整済み）	厚板は均一な特性を得るために専用の熱処理・焼入れサイクルが必要。
押出形材	肉厚1–20 mm	方向性特性あり；複雑断面に適する	O、T6（押出後の時効）	押出しには制御された焼入れと人工時効が必要で、所望のT調質を達成する。
チューブ	外径6–200 mm	押出形材に類似；肉厚で強度が変化	O、T6	構造用チューブや組み立て用に使用される。
棒材／丸棒	直径3–100 mm	直径により加工性と寸法安定性が異なる	O、T6	旋盤加工部品やファスナー用の棒材；調質の選択が加工性に影響。

加工ルートは大きく異なり、薄板の製造は急冷と均一な時効が可能でピーク強度が高い。一方、厚板や大型押出形材は、軟化部を避けるために専用の熱処理サイクルを要する。成形・引抜き部品では、Oまたは軽度加工の調質で供給し、必要な硬さ確保のために時効処理を行うことが有利である。溶接組立体では、前後の熱処理や溶接継手を避ける設計が一般的な手法である。

同等鋼種

規格	鋼種	地域	備考
AA	2117	アメリカ	ASTM/AAシステム下での代表的な2117鍛造指定。
EN AW	—	ヨーロッパ	EN AWに完全な相当品なし；設計はAA番号や類似の2xxx系規格に準拠。
JIS	A2117（非公式）	日本	一部供給者はA2117表記を使うが、ユーザーはAA規格との成分照合が必要。
GB/T	2A17または類似	中国	地域標準はAA番号に近い数値コードを使うことが多く、成分・調質の確認が重要。

2117の直接の対比は限られており、地域規格では明示されない場合がある。製造者・仕様制定者は通常AA/ASTMの化学成分および機械的性質を基準とする。異なる地域から調達する際は、元素範囲と調質を示す認証書の確認が不可欠で、特に航空宇宙や防衛用途などの重要用途での互換性を保証する。

耐食性

2117の大気耐食性は、一般的なAl-Cu系合金として中程度である。工業的雰囲気では許容範囲だが、多くのAl-MgやAl-Mn合金に比べ局所腐食に対して脆弱である。表面処理（アルマイト処理、変換被膜、クラッド加工）を行うことで耐用年数は大幅に向上し、無処理の2117は攻撃的環境で金属間化合物部位にピッティングを生じる可能性がある。

海洋環境では注意が必要で、塩素イオンはAl-Cu合金のピッティングやクリープ腐食を5xxx系に比べ促進させる。犠牲アノードやコーティング、異種金属からの絶縁処理の使用が長期的な海洋暴露では推奨される。

応力腐食割れ（SCC）感受性は、引張応力と高温下の一部熱処理Al-Cu合金で高い傾向がある。T6調質は特に敏感であるため、設計者は引張残留応力、腐食性媒体、高温の組み合わせを避けるべきである。ガルバニック腐食も重要で、2117はステンレス鋼に対して陽極、マグネシウム合金に対して陰極となる。継手やファスナーの絶縁や材料選定がガルバニック腐食の抑制に効果的である。

他の合金系と比較すると、2117は1xxx／3xxx／5xxx系より優れた機械的特性を持つ代わりに耐食性は劣る。6xxx系と比較すると強度は同等だが、銅含有により耐食性やアルマイト処理特性が異なる。

加工特性

溶接性

2117の溶接は、銅含有により融解部の熱割れ傾向が増し、靭性が低下するためAl-MgやAl-Mn系に比べ難しい。TIG・MIG溶接は低熱入力技術や適切な充填材（2319などのAl-Cu系充填材）を用いる特殊技術で可能だが、溶接部や熱影響部は強度低下と局所軟化を示すことが多い。後熱処理で一部性質回復は可能だが、組立構造では実用的でない場合が多い。結果として重要溶接箇所を避け、機械的締結や接着結合に置換する設計が多い。

機械加工性

2117は熱処理可能合金としては加工性が良好で、高強度航空宇宙合金に比べ加工速度を上げやすい。工具寿命や仕上がり面は調質と熱処理に依存する。正面刃角の超硬工具と良好な切りくず排出を推奨し、ビルドアップエッジを避けるため中程度の切削送り速度で加工する。比較的連続した切りくずが発生し、安全性と仕上げ面のために制御が必要。前加工・後加工の調質選択（例：工具寿命向上のため軟O・H12調質で加工後に時効）で工具寿命と最終強度を最適化可能である。

成形性

成形特性はOおよび軽度変形H調質で良好で、深絞りや曲げ、ストレッチ成形による複雑形状加工が可能。最小曲げ半径やばね戻りは調質と厚さによって決定され、アニーリング済みシートは小半径曲げや大変形に対応するが、T6材は大きめの曲げ半径と保守的な成形条件が求められる。成形と高強度が必要な部品は、OまたはT4条件で成形後に最終的に人工時効して所望の機械的性質を得るのが一般的である。

熱処理特性

2117は熱処理可能なAl-Cu合金であり、固溶化処理、焼入れ、人工時効に反応する。代表的な固溶化処理は、断面サイズにより500〜540 °C程度の溶解温度域付近で実施し、急冷して銅・マグネシウムを過飽和固溶体として保持する。続く人工時効（断面厚さや目標T調質に応じ150〜200 °C数時間）がAl2Cuなどの微細析出を促進してT5/T6特性を得る。

T調質は加工範囲内で可逆的であり、T4（固溶処理後自然時効）から制御人工時効でT6へ変換可能。T651は応力除去ための伸線処理後に時効を行う。過時効は強度減少を招くが靭性向上やSCC耐性改善もあり、時効条件の選定はピーク強度と環境耐性のトレードオフとなる。非熱処理工法では冷間加工後一部焼鈍してH調質を作り出し、加工硬化による予測可能な強度上昇が見られる。

高温性能

2117は約150〜200 °C以上で急激に強度が低下し始める。これは析出物の粗化と過時効によるもので、持続荷重の使用温度限界はこの範囲以下が一般的である。クリープ耐性は控えめで、高温持続使用や熱サイクル用途には高温用設計合金の使用が推奨される。アルミニウムの酸化は自己制限的で大きな問題とはならないが、高温と腐食性環境の複合暴露は特に溶接部や応力集中部で腐食劣化を促進する可能性がある。

熱影響部（HAZ）の特性は熱暴露下で重要で、溶接部近傍の局所軟化や過時効が機械的に弱点となり疲労寿命を低下させる。設計時には熱管理、溶接時の熱入力制御、可能な後熱処理を検討し、強度低下の抑制を図ることが望ましい。

用途

業界	代表的部品	2117が選ばれる理由
航空宇宙	二次構造部材および付属品	熱処理による高強度、機械加工性、寸法安定性のバランスが良い。
自動車	構造用ブラケットや成形部品	一般的な1xxx／3xxx系より高強度で、成形性とコストのバランスが取れている。
海洋	ハードウェアやファスナー（コーティング済み）	適切な処理・コーティングで耐食性が確保されつつ、高強度対重量比に優れる。
電子機器	小型伝導ケースや機械的支持部材	機械的特性と熱伝導性のバランスが良く、コンパクト部品に適する。

2117は標準的な2xxx系合金特性を求める中強度～高強度用途にしばしば選択され、高性能合金の厳密さを必要としない場合に適している。中程度の耐食保護措置（コーティング、アルマイト処理、クラッド加工）で十分な耐用性が得られ、加熱処理可能な性質を活かして成形・加工後に所望の強度を実現する用途で一般的に用いられている。

選定のポイント

Alloy 2117は、熱処理可能なアルミニウムの中で、純アルミニウム（1100）よりも高い強度を持ちつつ、焼きなまし状態で優れた加工性と成形性を確保した実用的な選択肢です。1100と比較すると、2117は電気・熱伝導性や一部成形性を犠牲にする代わりに、降伏強さおよび引張強さが大幅に向上します。構造強度が求められ、伝導性が二次的な場合に2117の使用が適しています。

一般的な加工硬化合金である3003や5052と比較すると、2117は時効処理後により高いピーク強度を示しますが、塩化物が多い環境下では腐食耐性が一般的に低くなります。強度を優先し、塗装やアルマイト処理などの腐食防止策が可能であれば2117の選択が適切です。6061や6063といった一般的な熱処理可能合金と比べると、2117は特有のAl-Cu系特性（析出挙動や特定の調質での機械加工性など）が有利な場合に好まれますが、通常はこれらのAl-Mg-Si合金よりピーク強度が低いか、腐食挙動が異なります。

2117の選定にあたっては、他の2xxx系材料とのコストや入手性、成形後の熱処理の必要性、環境条件を考慮してください。特に海洋環境曝露や溶接が主要な設計条件である場合は、別の合金や保護対策の方が適している可能性があります。

まとめ

Alloy 2117は、熱処理による強度向上、機械加工性、成形性のバランスが良く、中厚構造部品や加工品に適したエンジニアリング材料として依然として有用です。Al-Cu析出強化による性能を求め、加工および腐食管理が可能な場合に選定が正当化されます。