アルミニウム 384：組成、特性、硬さ区分ガイドおよび用途

総合概要

Alloy 384は、3xxx系ファミリーに属する加工用アルミニウム合金で、マンガンが主要な合金元素として1xxx系（商用純アルミ）や6xxx系（Mg-Si系熱処理型）と区別されます。この合金は中程度の強度、優れた成形性、良好な耐食性のバランスを提供しつつ、非熱処理型であることが特徴です。強化は主に固溶体強化と冷間加工によって達成され、析出硬化には依存しません。マンガンの他に、鉄やマグネシウムが適度に含まれ、結晶粒構造や再結晶挙動を制御するために微量のクロムやチタンが添加されることもあります。主な用途は自動車のボディやトリム、家電・消費財のプレス部品、建築部材、および成形性、溶接性、十分な強度の組み合わせが求められる海洋・熱交換器用途などです。

設計者が商用純アルミよりも高い強度を必要としつつ、深絞り性や曲げ性能を犠牲にしたくない場合に、多くの代替材料よりも384合金が選ばれます。384は1100系よりも強度が高く、同条件での多くの5xxx系・6xxx系合金と比較して優れた成形性を保持しています。耐食性は、合金中の銅含有量が低く、マンガンと鉄の比率が制御されているため、大気環境や軽度の腐食環境で良好です。一般的な融接プロセスでの溶接性も非常に優れており、退火/軟質状態は、高強度冷間加工材で困難な小半径曲げ加工を可能にします。

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	高（30–45%）	非常に良い	非常に良い	完全退火、絞り加工に最適な最大延性
H14	中高	中程度（8–18%）	良い	非常に良い	一段階の加工硬化、一般的な中強度プレス品に使用
H18	中程度	中高（12–25%）	非常に良い	非常に良い	H14より強く加工硬化され、成形性を維持
H22	中程度	中程度（10–20%）	良い	非常に良い	加工硬化後に部分退火して安定化、一定の特性を保持
H24	中高	中程度（8–15%）	良い	非常に良い	加工硬化と軽微な軟化で強度と成形性のバランスを実現
H111	低中程度	高（20–35%）	非常に良い	非常に良い	ほぼ退火状態だがやや冷間加工、制御されたシート特性に使用

調質の選択は合金の機械的性質と成形ウィンドウに大きく影響します。退火のO調質は引き伸ばしや深絞り性能を最大化しますが、強度は最低となります。一方、H系列の調質は冷間加工により延性を犠牲にして降伏強さや引張強さを向上させます。非熱処理型であるため一般的に溶接性はほとんどの調質で良好に保たれ、熱影響部の軟化も少ないです。設計者は成形工程と加工後の性能目標に合わせて適切な調質を選択すべきです。

化学成分

元素	含有範囲（%）	備考
Si	0.10–0.60	鋳造品の流動性制御と脆性抑制のため管理。加工用384では低Siが延性を保つ。
Fe	0.20–0.90	不可避の不純物。成形性を低下させる粗大な間質化合物を抑制するため管理。
Mn	0.80–1.50	3xxx系の主要強化元素。結晶粒を細かくし、再結晶抑制を寄与。
Mg	0.10–0.60	微量添加で強度を上げるが、5xxx系のような腐食感受性は増加させない。
Cu	0.05–0.20	耐食性維持と応力腐食割れ（SCC）感受性低減のため低含有に制御。
Zn	≤0.20	環境脆化リスクを著しく高めない低レベル。
Cr	0.02–0.15	微量添加元素で結晶粒安定化と加工後の表面仕上げ改善。
Ti	≤0.05	一部製品形態での結晶粒微細化を目的とした微量添加。
その他	残部Al、微量不純物	残留物と微量添加元素は一貫性と表面品質維持のため管理。

384合金の成分管理は、強度、成形性、耐食性の有利な組み合わせを実現するよう最適化されています。マンガンは主な強化および再結晶制御元素であり、微量のマグネシウム添加により5xxx系のような高い腐食感受性に踏み込まず強度向上を図っています。鉄やシリコンのレベルは延性低下や成形性を損ねる粗大な間質化合物の生成を抑制するため低く維持されています。

機械的性質

引張特性は調質や冷間加工度合いによって大きく異なります。退火シートは降伏強さは比較的低いものの、高伸びと安定したネッキング特性を示します。一方、H系列調質は均一伸びを犠牲にして降伏強さと引張強さを大幅に高めます。冷間加工状態では降伏強さは事前加工の程度に比例して上昇し、加工硬化指数（n値）は硬くなるほど低下し、これがスプリングバックやストレッチ成形に影響を与えます。硬さは降伏強さと相関し、現場での簡易チェックにブリネル硬さまたはビッカース硬さが頻用されます。疲労耐性は合金の引張強さと表面状態に依存し、研磨やショットピーニング処理が疲労寿命を大幅に改善します。

板厚も顕著な影響を及ぼします。薄板は圧延時に有効な加工硬化が高まり、H調質でやや強度が高くなる傾向があります。対照的に厚板は粗大な間質化合物をより多く含み、伸びがやや低下します。疲労亀裂の発生は主に表面状態、残留応力および中程度の負荷範囲に依存します。384合金は中程度の繰返し負荷下で良好に機能しますが、高繰返し・高応力負荷では設計上の注意が必要です。約200 °C以上の熱曝露は冷間加工硬化の解放を促し強度低下を引き起こします。熱処理型ではなく強化状態を保持する安定析出物を持たないためです。

特性	O/退火	主要調質（例：H14）	備考
引張強さ	90–140 MPa	160–240 MPa	板厚や冷間加工率により変動。一般的な工場値を示す。
降伏強さ	30–80 MPa	120–200 MPa	H調質レベルと事前加工度で大幅に上昇。
伸び	30–45%	8–18%	退火は深絞りに適し、H調質は強度と延性のトレードオフ。
硬さ	20–35 HB	45–85 HB	ブリネル硬さは降伏強さに概ね比例し、簡易QCに用いられる。

物理的性質

特性	値	備考
密度	2.70 g/cm³	アルミ合金として標準的で、質量や剛性計算に有用。
融点範囲	約555–650 °C	純アルミ（固相線660 °C）に比べ合金成分で融点域が広がる。
熱伝導率	120–160 W/m·K	純アルミよりやや低いが、熱伝達用途に適する。
電気伝導率	約30–42 %IACS	合金により1xxx系より低下するが、多くの電気シャーシ用途に十分。
比熱	約900 J/kg·K	純アルミとほぼ同等で、過渡熱設計に重要。
熱膨張係数	23–24 µm/m·K	熱的ミスマッチ計算に用いる典型的なアルミ合金値。

物理特性により384合金は構造機能と熱管理の両方が必要な部品に適しています。熱伝導率は鋼や多くの非鉄材料に比べて高く維持されています。電気伝導率は純アルミに比べ低いため、導体用途では抵抗損失の増加を考慮すべきです。低密度は輸送機器や航空宇宙部品において有利な強度対重量比につながります。

製品形状

形状	代表的な板厚/サイズ	強度特性	一般的な硬さ（テンパー）	備考
シート	0.3～6.0 mm	薄板は冷間圧延後に有効強度が高くなる傾向があります	O, H14, H24, H111	車体パネル、家電製品、建築用クラッディングで最も一般的な形状です。
プレート	6～50 mm	厚板は加工硬化が低く、伸びが減少します	O, H22	プレス加工が不要だが構造的な剛性が求められる用途に使用されます。
押出形材	断面寸法200 mm以上	機械的挙動はビレットの処理と表面層のエージングに依存します	O, H18	押出形材はフレームやレール用に均一な肉厚の複雑形状を実現できます。
チューブ	ø6～200 mm	冷間引抜きと溶接が特性に影響し、良好な溶接性を示します	O, H14	コンデンサー用チューブ、軽量構造部材、家具に使用されます。
丸棒/ロッド	ø3～50 mm	加工硬化した表面を持つ引抜きまたは押出材	O, H14	機械加工部品、ファスナー、小型構造部品に使用されます。

加工ルートが微細組織を決定し、それにより最終特性が決まります。冷間圧延およびその後の冷間加工により、シートおよびストリップのHテンパーが設定される一方、押出加工は延長した結晶粒構造を促進し、方向性の強度や曲げ特性に影響を与えます。プレートや厚板製品は、偏析や金属間化合物の成長を抑制するために均質化や制御冷却を必要とすることが多く、複雑形状の製造では押出形材を溶体化処理し、表面仕上げと寸法安定性を最適化することが一般的です。

同等グレード

規格	グレード	地域	備考
AA	384	米国	特殊なシートおよび押出形材に使用される3xxx系鍛造合金。
EN AW	直接の同等品なし	ヨーロッパ	機能的に最も近いのは成形性や組成においてAW‑3003 / AW‑3004。
JIS	直接の同等品なし	日本	プレス加工に用いられるJIS系Al‑Mnシート合金に類似した性能。
GB/T	直接の同等品なし	中国	特性要件に応じて3003系または3004系合金で代替されることが多い。

384には主要な国際規格への一対一変換が存在しません。これは地域ごとに若干異なる化学成分や加工履歴が重視されているためで、実務では最寄りの商用ファミリー（3003/3004）を選択し、機械的試験や耐食試験で検証します。互換性が必要な場合、購入者は特定の化学成分および機械的証明書を要求し、必要に応じて重要用途には認証試験を実施すべきです。

耐食性

384は、低い銅含有量とマンガンを主成分とする合金化により、大気中耐食性に優れています。これは、カソード側として作用する金属間化合物粒子の電気化学的ポテンシャルを低減するためです。都市部や工業地域の大気環境では、安定したアルミナ被膜を形成し、一般的な腐食を抑制します。湿乾繰り返し条件下でも、建築や自動車の外装用途において許容範囲の性能を示します。海水など塩化物環境ではより過酷であり、384は銅含有合金より耐食性は良好ですが、表面が荒れている箇所や汚染塩分が集中する部分では局所的なピッティングが発生する可能性があります。

応力腐食割れ（SCC）感受性は、銅や亜鉛含有量の高い合金より低いですが、高引張残留応力、塩化物曝露および高温条件ではSCCリスクが高まります。長期間の水中や波しぶき帯での使用では、これらの条件の組み合わせを避けるべきです。異種金属とのガルバニック作用は管理が必要で、鋼や銅合金と接合する場合、電気的連続性と面積比率がガルバニック腐食速度を決定します。絶縁障壁や犠牲陽極を用いない限り、より貴な材質に接合されると384が加速的に腐食される恐れがあります。5xxx系（Al‑Mg）合金と比較すると、384はひずみ誘起SCCにはやや強いものの、海洋の隔壁や溶接多用部では若干耐食性で劣る場合があります。

加工特性

溶接性

384合金はTIG（GTAW）やMIG（GMAW）といった一般的な溶融溶接法で良好に溶接できます。適切なジョイントの組み立てと清浄度を保持すると、熱割れ感受性は低いです。推奨されるフィラー金属は、溶接後の耐食性と機械的特性に応じてAl‑4043またはAl‑5356を用います。Al‑4043は流動性が良く割れ感受性が低い一方、Al‑5356は強度が高いですが塩化物環境での腐食に配慮が必要です。熱影響部（HAZ）の軟化は非熱処理合金のため限定的ですが、過剰な熱入力により冷間加工の回復が進み局所的に強度低下を招くことがあるため、重要寸法部は熱管理を徹底してください。

切削性

384の切削性は中程度で、多くの高強度アルミ合金よりは切削しやすいですが、鉛含有や高シリコン系合金ほど切削性は良くありません。カーバイド工具の表面を研磨し、適切な正バイト角を採用することでバリ成形を抑制し、表面仕上げを向上させます。アルミ合金向けの一般的な主軸回転数（高速、低送り／歯当たり）で加工できます。切りくず制御は切りくず破砕子や大量の切削液、圧縮空気を活用し、切りくずの再切削を防止することが推奨されます。バリの発生は比較的少ないものの、厳密公差の製品では注意が必要です。

成形性

退火および軽度加工テンパーにおける384の成形性は優れており、Oテンパーでは優れた引き延ばし性と深絞り性を発揮し、狭い曲げ半径が可能です。推奨される内側曲げ半径は、Oテンパーで板厚の0.5～1.0倍、Hテンパーでは板厚の1.0～2.5倍程度であり、板厚や金型により変動します。しわや割れを防ぐために、潤滑や金型設計が重要です。冷間加工により所望の強度レベルに到達可能で、多段階成形が必要な場合はOテンパーで成形後、制御された加工硬化処理を施すか、成形性と強度をバランスさせるためにH111/H18を選択することが一般的です。

熱処理挙動

384は非熱処理型合金のため、6xxxおよび7xxx系で用いられる溶体化処理および人工時効サイクルでは、同様の析出強化効果は得られません。熱処理を試みても主に回復や結晶粒成長に影響し、高温処理は新たな強化析出相を生成することなく焼なまし効果で軟化させます。特性制御は冷間加工による工程に依存し、圧延、引抜き、曲げの度合いを変えることで設計者は降伏強さおよび引張強さを調整可能です。

Oテンパーへの退火は結晶再結晶領域（通常350～420 °C程度、断面厚さに応じた十分な時間）で加熱し、制御冷却してきめ細かく延性のある微細組織を保持します。過剰な熱処理は結晶粒の粗大化や靭性低下を招くため注意が必要です。軽い退火や応力除去処理は、バネ戻りを低減し最終成形や加工前の寸法管理に効果的です。

高温性能

384の機械的強度は主に加工硬化および固溶効果に依存しており、これらは高温で緩和されるため、高温域で漸進的に低下します。約150 °Cを超えるサービス温度では降伏強さや硬さの低下が始まり、200 °C以上の長時間曝露では軟化や微細組織の粗大化が顕著になります。酸化は鉄系合金に比べて最小限ですが、表面スケーリングや粒界変化が長期高温使用時の疲労およびクリープ特性に影響を与えます。

溶接熱影響部では、溶接後の熱サイクルが退火領域にかかると局所的な軟化が懸念されますが、大量の再析出は生じません。中程度の高温下でも機械的特性の維持が必要な部品は、耐熱性に優れた他のアルミニウム合金や設計の見直しが推奨されます。溶接や塗装硬化サイクルのような短時間の熱負荷では、384は機能的性能を維持しますが、重要寸法や公差は熱処理後に検証すべきです。

用途

業界	代表的な部品	384が使われる理由
自動車	エクステリアトリムおよびボディパネル補強部品	純アルミより高い強度と良好な絞り性により、機能パネルに最適
海洋	内装構造部材およびトリム	飛沫およびビルジゾーンでの耐食性と成形性のバランスが良い
航空宇宙	二次装備品およびフェアリング	非主要構造部材向けに高い比強度と加工の容易さを実現
電子機器	シャーシおよび中程度の負荷用ヒートシンク	優れた熱伝導性と構造機能の両立

この合金は中程度の強度と軽量性を求められる成形加工や溶接が必要な用途に広く使用されており、純アルミニウムや高強度の熱処理型合金に対するコスト効率の高い代替材料を提供します。典型的な生産では、板圧延と管理されたテンパリングを活用して、打ち抜き・曲げ・溶接組立において一貫性と再現性のある性能を実現しています。

選定のポイント

設計選定においては、384は商用純アルミ（1100）より強度を向上させつつ、深絞りやろう付けに適した優れた成形性と溶接性を保持したいエンジニアにとって合理的な選択肢です。1100と比較すると、384は電気および熱伝導率を若干犠牲にする代わりに、より高い降伏強さと引張強さを持ち、成形を必要とする構造部材に適しています。

代表的な加工硬化型合金である3003や5052と比べると、384は強度と耐食性の面で3003と5052の中間に位置します。3003より高い強度と同等の成形性を提供し、5xxx系の高マグネシウム合金より耐食性に優れています。6061や6063のような熱処理型合金と比較すると、384はピーク強度は劣るものの、複雑な成形加工や溶接性、成形後の寸法安定性を重視する場合に好まれます。

設計において「中程度の構造性能」「優れた成形性と溶接性」「競争力のある材料コストと幅広い入手性による大気耐食性」が優先される場合に384を選択し、海洋用途や高周波疲労用途については試作検証を行うことを推奨します。

まとめ

合金384は、純アルミニウムと高強度系アルミニウム合金の間をつなぐ実用的なエンジニアリングアルミニウムとして、成形性、溶接性、耐食性、中程度の強度をバランスよく備えた幅広い産業用途に適しています。一般的な製造工程における加工の柔軟性と安定した性能により、経済的でサービス性に優れた軽量部品を求める設計者にとって信頼できる選択肢となります。