アルミニウム 4035：組成、特性、調質ガイドおよび用途
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総合概要
4035は4xxx系アルミニウム合金の一種で、主成分元素としてシリコンを含むファミリーに属します。この分類は、流動性の向上、鋳造部品やフィラー・溶接用途での耐摩耗性の強化、さらに古典的な析出硬化ではなく固溶体強化や粒子分散効果による中程度の強度を目指して開発された合金群の一つとしての位置づけを示します。
4035の主要合金元素はシリコンと制御されたマグネシウムの添加で、微量の鉄、マンガン、チタンおよびトレース元素が粒構造や鋳造・溶接特性の制御に寄与しています。この組成により、主に時効硬化を特徴とせず、シリコンによる固溶体強化、熱サイクル中に形成される細かい分散相、ならびに造形状態での加工硬化が強化メカニズムとして支配的となる材料特性を実現しています。
4035の主要な特長は、中程度の静的強度、溶接やろう付けに適した良好な流動性と濡れ性、大気環境や比較的穏やかな海洋環境における信頼性の高い耐腐食性、ならびに軟化または軽い加工硬化状態での良好な成形性です。シリコンの添加によりフィラーの流動性向上と熱割れ傾向の低減が図られているため、特に溶接性に優れており、自動車、家電製品、および成形性、耐食性、溶接性のバランスが求められる一部構造用途において有望な合金となっています。
エンジニアは、より純粋な合金よりも強化された溶接性と接合部の一体性を優先する際に4035を選ぶことが多く、軟らかく強度の低い母材に頼らずに済む点がメリットです。6xxx系の一部合金よりも溶接用フィラーとの適合性や溶接後熱処理の必要性低減を求める場合に選ばれ、機械加工性、適度な強度、耐腐食性の組み合わせにより、製作品や溶接構造物に対して実用的な選択肢となっています。
加工硬化状態（Temper）バリエーション
| 加工硬化状態 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 | 優秀 | 優秀 | 完全焼なまし、最大の延性と成形性 |
| H14 | 中高 | 低～中 | 良好 | 優秀 | 1/4硬化された加工硬化状態、板材によく使われる |
| H18 | 中程度 | 中程度 | 良好 | 優秀 | 安定化および部分的に応力除去、反発力制御が必要な場面で使用 |
| H24 | 中程度 | 中程度 | 良好 | 優秀 | 加工硬化後に応力除去処理、強度と延性のバランス |
| T4（限定） | わずかな上昇 | 中程度 | 良好 | 良好 | 自然時効または部分溶解処理；4xxx系では一般的でない |
| T5/T6 | 通常なし | 該当なし | 低下 | 低下 | 4xxx系合金では人工時効による最大硬化は一般的に効果なし |
4035の加工硬化状態は、成形性と強度のトレードオフを強く制御します。焼なまし（O）状態は深絞り加工などの深い成形に最適な引き伸ばし性と曲げ性を提供し、H系状態は伸びと曲げ半径を犠牲にして強度を向上させます。
シリコンの影響で凝固範囲が狭まり熱割れの発生が抑えられるため、ほとんどの加工硬化状態で溶接性は良好です。ただし、加工硬化状態では溶接後の反発や成形に要する力が増える傾向があります。
化学組成
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 5.5–8.5 | 主要合金元素。流動性向上、融解範囲縮小、耐摩耗性増強に寄与 |
| Fe | 0.3–0.8 | 残留不純物。延性や高温安定性に影響を与える金属間化合物を形成 |
| Mn | 0.1–0.6 | 結晶粒制御元素。強度向上と高温脆性の低減に寄与 |
| Mg | 0.3–0.9 | 微量添加により限定的なMg2Si析出を促進し、強度をわずかに増強 |
| Cu | ≤0.2 | 腐食耐性維持とガルバニック腐食傾向低減のために低レベルに制御 |
| Zn | ≤0.25 | 4xxx系では大幅添加は一般的でないため低値 |
| Cr | ≤0.1 | 結晶粒の成長抑制および一部加工硬化系で靭性向上に寄与 |
| Ti | ≤0.2 | 鋳造および押出成形の結晶粒微細化剤 |
| その他（各々） | ≤0.05 | 溶接性や機械特性の安定化のために微量元素を制御 |
シリコンは性能を左右する主要因であり、液相線と固相線の差（液相域の幅）を狭め、溶接や鋳造時の溶湯の流動性・濡れ性を高め、固溶体強化に寄与します。マグネシウムは制御された濃度で熱処理時に微細Mg2Si分散相を生成し、完全な熱処理硬化を可能にせずに強度をわずかに向上させます。鉄とマンガンは主に結晶粒や金属間相の形成に影響し、その結果として靭性や成形性に影響を与えます。
機械的特性
使用環境における4035は、加工硬化状態、部材厚さ、加工履歴によって異なりますが、比較的中程度の引張特性を示します。焼なまし材は降伏強さが低く引張強さも控えめですが伸びは大きいのに対し、加工硬化されたH系状態では降伏強さや引張強さが向上し、その分延性は低下します。硬さは冷間加工の度合いに応じて変化し、焼なまし板材は軟らかく成形性が良い一方、H14やH24のシート材は中程度の構造荷重に耐えうる高めのブリネル硬さおよびロックウェル硬さを示します。
疲労特性はシリコン含有量の多い合金として標準的であり、応力集中が小さい場合の繰返し荷重に耐える強度があり、成形や溶接による表面仕上げや残留応力が大きく影響します。特に厚みの大きな断面では鋳造状態や押出状態の微細構造の均一性が低くなるため効果が顕著で、薄板では均一性が高く冷間加工や溶接に対する反応も予測可能です。溶接部の熱影響部では局所的な軟化や延性の変化が見られることがありますが、母材の機械的性質は組成と加工硬化状態によって支配されます。
加工経路や成形後のひずみ履歴が最終的な機械性能の主因となり、設計者は6xxx系熱処理応答合金に比べてピーク強度は低いものの、溶接継手の一体性は向上し、多くの環境で5xxx系合金と同等の耐食性を有すると見込むべきです。
| 特性 | O/焼なまし | 代表的加工硬化状態（H14/H24） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 110–150 MPa | 200–260 MPa | 冷間加工度合いと厚みにより変動。造形品の代表値 |
| 降伏強さ | 55–90 MPa | 120–180 MPa | 加工硬化により降伏強さが大幅に上昇 |
| 伸び | 18–28％ | 6–12％ | 強度上昇に伴い延性は低下。薄板ほど伸びが大きい傾向 |
| 硬さ（HB） | 30–50 HB | 60–95 HB | 硬さは加工硬化状態に連動。製造条件により幅あり |
物理特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.66–2.70 g/cm³ | シリコン合金化アルミニウムの典型値。鋼より軽量で軽量化に寄与 |
| 融解範囲 | 577–640 °C | シリコンの共晶変動により純アルに比べ液相線が低く、流動範囲が広い |
| 熱伝導率 | 約140–170 W/m·K | 純アルに比べ添加元素により低下するが、放熱用途には十分な値 |
| 電気伝導率 | 約25–35 %IACS | シリコンとマグネシウムの添加により商用純アルより低下 |
| 比熱 | 約0.88–0.90 J/g·K | 同カテゴリのアルミ合金の代表値 |
| 熱膨張係数 | 約23–24 µm/m·K | 他の造形用アルミニウム合金と同等の熱膨張特性 |
シリコンおよび他の合金元素の添加により、商用純アルミニウムと比べて熱伝導率および電気伝導率は低下しますが、4035は放熱板や、適度な伝導率および低熱膨張が要求される部品において良好な熱性能を維持しています。
設計者は伝導率低下を鋳造性、溶接性、機械的安定性の利点とバランスさせる必要があります。融解範囲の広さと低い液相線温度は、溶接やろう付け作業での確実な溶着と濡れ性向上を促進します。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚さ・サイズ | 強度特性 | 代表的な調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.3〜6.0 mm | 均一で冷間加工に対して反応性あり | O, H14, H18, H24 | パネルや成形部品に広く使用 |
| プレート | >6.0〜50 mm | 同じ公称調質でも鋳造・圧延の残留効果によりやや低い強度 | O, H32 | より重い成形が必要で、構造部材として使用される |
| 押出材 | 肉厚1〜20 mm、断面形状は可変 | 断面形状と冷却速度によって強度が変動 | O, H14 | シリコンがダイ充填性と表面仕上げを向上 |
| チューブ | Ø10〜400 mm | 典型的なチューブ強度はシート・プレート調質に準ずる | O, H14 | 無縫または溶接管があり、油圧・構造用途に使用 |
| バー／ロッド | Ø3〜100 mm | 押出材と同様の調質挙動 | O, H14 | 機械加工部品や溶接性が求められるファスナーに使用 |
4035の機械的特性および表面状態は、成形・加工工程に大きく影響されます。シートおよび押出材は冷間加工により強度向上が可能ですが、プレートや厚板は予熱やより重い成形装置を必要とする場合があります。溶接はこれら形状で一般的に実施され、激しい後処理は不要ですが、設計時には荷重を負担する継手での熱影響部（HAZ）の影響を考慮すべきです。
同等規格
| 規格 | グレード | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 4035 | アメリカ | American Aluminum Associationによる4xxx系圧延合金の指定 |
| EN AW | 4035 | ヨーロッパ | EN規格はAAの化学成分を反映するが、公差や調質は若干異なる場合あり |
| JIS | A4035 | 日本 | 日本の指定。化学成分は互換性があるが製造方法や不純物規制に差異あり |
| GB/T | 4035 | 中国 | 中国規格で、名目成分は類似するが微量元素の管理が異なる |
規格間で公称成分については1対1の対応がありますが、検査限度、不純物管理および許容される微細構造のばらつきが異なります。欧州及び日本の規格では、溶接性と耐食性を確保するために鉄や銅の管理が厳しい傾向があります。重要用途では必ず関連する材質証明書を確認し、調質や機械的性質の要件を照合してください。
耐食性
4035はシリコン含有量が高く銅含有が低いため、大気中における耐食性に優れています。これは空気中や軽度の工業環境でのガルバニック作用を抑制するためであり、農村部や都市部の大気中では多くの5xxx系・6xxx系合金と同等に機能し、表面に保護的な酸化膜を維持して典型的な使用温度下で表面を保護します。
海洋環境や塩化物を含む環境では、4035は飛沫線上方の構造部材に適切な耐食性を示しますが、他のほとんどのアルミ合金同様、停滞した海水や堆積物の下ではピット腐食や隙間腐食が発生しやすくなります。長時間の浸水や濃厚な塩化物環境が予想される場合は、保護コーティング、アルマイト処理、犠牲防食などの対策を推奨します。
応力腐食割れ（SCC）の感受性は、高強度な7xxx系合金と比べて低いですが完全にゼロではありません。引張応力の増加、攻撃的なハロゲン暴露、特定の製造残留応力の存在によりSCCリスクが高まります。より貴な金属と電気的接触する場合は鍍金や絶縁措置、適合するファスナーの使用でガルバニック腐食を抑制する必要があります。
5xxx系マグネシウム合金と比べると、MgおよびCu含有量が低いため局所的腐食抵抗は同等かやや優れています。6xxx系合金と比較した場合、ピーク強度は若干劣るものの溶接性や溶接後調質の必要が少ない点で4035が好まれることがあります。
加工特性
溶接性
4035は優れた溶接およびろう付け性を備えており、シリコンが凝固温度範囲を狭めてホットクラックの発生を最小限に抑えます。TIG、MIG（GMAW）、抵抗溶接に適し、安定したビード形状と母材への良好な濡れ性を示します。推奨されるフィラー材は母材組成に近いSi含有アルミフィラーを使用し、展延率や耐食性を維持します。溶接熱入力の管理に注意し、過度な熱影響軟化や薄板での歪み制御が必要です。
機械加工性
4035の機械加工性は一般的に良好で、高強度アルミニウム合金よりも優れています。適度な強度とシリコン含有により安定した切りくず成形が可能です。標準的な超硬工具（TiAlN、TiNコーティング推奨）を用い、やや高めの切削速度で工具寿命と表面仕上げの最適化が図れます。切りくず制御は比較的容易ですが、厚板ではMgおよびFe系の金属間化合物の影響があり得ます。仕上げ加工でバリ除去と切欠部の疲労寿命向上を図ります。切削液使用と剛性の高い治具で寸法精度を高めます。
成形性
焼なまし状態の4035は優れた成形性を持ち、深絞り、曲げ、複雑なプレス成形が比較的小さい最小曲げ半径で可能です。冷間加工（H調質）は強度を高めますが、より大きな曲げ半径とバネ戻り補正が設計上必要です。厳しい成形やストレッチフォーミングにはO調質または中間焼なましにより展延率を回復させます。厚板では温間成形を用いて必要な成形力の低減が可能です。成形治具表面は清潔で潤滑し、特に薄板のH調質材成形時のガリング防止に留意します。
熱処理挙動
4035は古典的な熱処理（T6型）合金ではなく、6xxx系（Mg-Si）、7xxx系（Zn-Mg）とは異なり標準的な固溶処理・人工時効による顕著な機械的性質向上は期待できません。固溶処理・時効サイクルを試みても、4xxx系特有のシリコン相が凝集するため、連続的な時効析出は形成されず強化効果は限定的です。
焼なましは4035を効果的に軟化し、冷間加工後の展延率を回復します。一般的な焼なましは350～415 °Cの温度で行い、粒成長を抑えつつ良好な表面仕上げを保つために冷却制御を行います。加工硬化（ひずみ硬化）が主な硬化機構であり、最終調質は冷間圧下および応力除去処理により管理され、析出硬化による調質ではありません。
溶接後の機械的性質が重要な場合は、設計面とフィラー材の選択で接合強度を確保し、熱処理による著しい強度回復に頼らない設計が求められます。4035の強度が不足する場合は、熱処理可能な合金への置き換えを検討してください。
高温性能
4035は温度上昇に伴い徐々に強度が低下し、概ね150～200 °C以上で顕著な軟化が見られます。構造用としての継続使用温度は、機械的性質および寸法安定性の恒久的低下を防ぐために通常125 °C以下を推奨します。高温環境では析出物や金属間化合物の粗大化が進み、疲労寿命やクリープ耐性の低下を招きます。
使用温度での酸化は保護的なAl2O3膜により抑制されますが、高温での長時間暴露はスケーリングや表面化学変化を引き起こし、後続の溶接や接着性に影響を及ぼす場合があります。溶接熱影響部には局所的な微細構造変化を伴いますが、鉄鋼材料に比べて酸化挙動は軽度です。設計者は高温下での繰り返し荷重および長期暴露に対する個別試験を実施すべきです。
用途
| 産業分野 | 代表的部品 | 4035の採用理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | ボディパネル、溶接組立品 | 優れた成形性と溶接性、一部他合金よりも接合品質が向上 |
| 船舶 | 飛沫線上の間仕切り、ブラケット | 耐食性と溶接性に優れた製作部品向け |
| 航空宇宙 | 副次的付属部品、フェアリング | 非主要構造向けに適した強度対重量比と溶接性能 |
| 電子機器 | ヒートスプレッダ、筐体 | 十分な熱伝導性と容易な加工でエンクロージャに最適 |
| 家電製品 | 洗濯機・乾燥機パネル、熱交換器 | 良好な表面仕上げ、成形性、コスト効率の高い加工 |
4035は溶接組立における良好な濡れ性とホットクラック低減が求められ、溶接後の熱処理が望ましくないまたは実用的でない用途に特に適しています。機械的特性、熱特性、加工特性のバランスが良く、多用途の中程度重量級構造材および製作用途に適した汎用性の高い材料です。
選定のポイント
溶接性と加工のしやすさが設計上の重要な要素であり、中程度の強度と良好な耐食性のバランスが求められる場合は4035をお勧めします。充填材の適合性や接合部の一体性が優先される溶接パネル、押出形材、鋼管において実用的な選択肢です。
商業用純アルミニウム（1100）と比較すると、4035は導電性や熱伝導率、成形性がやや劣るものの、はるかに高い強度と優れた耐摩耗性および溶接特性を備えています。一般的な加工硬化合金である3003や5052と比較すると、4035は同等の耐食性を持ちつつ、溶接性の向上と冷間加工による若干高い引張強さを実現します。熱処理可能な6061や6063と比べると、4035は同等の最高強度には達しませんが、溶接後の時効処理が不要な場合や優れた溶接プールの流動性が求められる用途に適しています。
購買担当者は、コスト、入手性、加工の迅速さ（溶接後の後処理が少ないこと）が最大の熱処理強度の必要性を上回る場合に4035を選択してください。成形および溶接計画に沿った材質状態（テンパー）と工場証明書を指定し、トラブルのない使用性能を確保しましょう。
まとめ
4035はシリコン強化型4xxx合金として、良好な溶接性、アニーリング（焼なまし）状態での確かな成形性、信頼性の高い耐食性能を兼ね備え、多くの加工用途で今なお有効です。最高の熱処理強度よりも加工効率と接合部の一体性が重要な場合において、その実用的な特性のバランスが優れた選択肢となります。