アルミニウム 5082：組成、特性、硬度区分ガイドおよび用途
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総合概要
5082は5xxx系の加工用アルミニウム合金の一種で、主成分がマグネシウムであることが特徴です。熱処理による強化はできず、加工硬化によって強度を高める非熱処理系合金です。
5082の主要な合金元素はマグネシウム（通常約4.0～5.0 wt%）であり、微量のマンガンとクロムが結晶粒の制御および耐食性向上のために添加されています。これらの元素添加により、5082は中～高強度、アニーリング状態での良好な延性、優れた海水耐食性、および一般的に良好な溶接性を兼ね備えています。
5082の主な特徴は、非熱処理Al-Mg合金の中でも高い強度、海洋および大気環境での優れた耐食性、多くの条件下での良好な疲労特性、そしてアニーリング材での良好な成形性です。代表的な用途としては、海洋構造物、輸送（燃料タンク、トレーラー）、圧力容器・低温タンク、耐食性および適度な強度が求められる電子機器筐体などが挙げられます。
設計上、一般的な商用純度アルミニウムよりも高い強度を要求しつつ、耐食性や溶接性を犠牲にしたくない場合に5082が選ばれます。溶接による変形や溶接後の時効回復を嫌う場合は熱処理系合金の代わりに、構造的健全性や疲労寿命を優先する場合は1xxx系や3xxx系などの低強度合金よりも優先して使われます。
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 | 高い（20～30%以上） | 優秀 | 優秀 | 完全にアニーリング済み。最高の成形性と延性。 |
| H111 | 低～中 | 中程度 | 良好 | 優秀 | 軽度の加工硬化。曲げ用途で一般的に供給。 |
| H112 | 中 | 中程度 | 良好 | 優秀 | 加工により機械的性質を制御。 |
| H32 | 中～高 | 減少（8～15%） | 普通 | 非常に良好 | 加工硬化および安定化。海洋用途で一般的。 |
| H34 | 中～高 | 減少 | 普通 | 非常に良好 | H32より強い加工硬化。より高い強度。 |
| H116 / H321 | 中～高 | 中程度 | 良好 | 非常に良好 | 応力腐食割れ耐性と溶接性を向上。 |
5082において調質は強度と成形性のバランスに強い影響を与えます。アニーリングのO調質は延性と引き抜き加工性を最大化し、H32やH34では曲げや伸びが犠牲になる代わりに降伏強さと引張強さが高まります。
非熱処理系のため溶接性はほとんどの調質で良好ですが、溶接後の局所的な加工硬化や時効変化は機械的性質に影響するため、設計者は成形性と最終強度のバランスを考慮して調質を選びます。
化学組成
| 元素 | 割合範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.40 | 含有過多は延性低下の不純物 |
| Fe | ≤ 0.50 | 一般的不純物。粒界相に影響。 |
| Mn | 0.15～0.40 | 分散相で強度と耐食性向上。 |
| Mg | 4.0～5.0 | 主強化元素。耐食性も向上。 |
| Cu | ≤ 0.10 | 腐食・脆化を避けるため少量制限。 |
| Zn | ≤ 0.25 | 低濃度。過剰は耐食性低下。 |
| Cr | ≤ 0.25 | 結晶粒構造制御、感作防止。 |
| Ti | ≤ 0.15 | 鋳造・加工での結晶粒微細化剤。 |
| その他（各々） | ≤ 0.05 | その他微量元素。残部はAl。 |
マグネシウムは主な強化元素であり、保護的な表面被膜形成によって海水耐食性も向上させます。マンガンとクロムは微量添加により微細構造を安定化させ、粒成長を抑えて靭性を高め、局所腐食への耐性を向上させます。
鉄やシリコンなどの不純物は粒界に介在物を形成し、ピッティング（点食）や疲労・腐食環境下での亀裂発生を助長するため厳しく管理されています。全体の組成は強度、溶接性、海洋耐腐食性の最適なバランスが取られるよう調整されています。
機械的性質
引張試験において、5082は典型的な加工硬化応答を示します。アニーリングO調質は降伏強さ・引張強さは比較的低く、伸びは高い一方で、H調質は延性を犠牲にして降伏強さや最大引張強さを引き上げます。降伏強さは冷間加工に比例して増加し、加工硬化指数は調質や板厚により異なり、成形性やスプリングバック特性に影響します。
硬さは調質に連動し、アニーリング材は低いブリネル硬さやビッカース硬さを示し、加工硬化調質は降伏強さと比例したかなり高い硬さになります。海洋環境下の疲労強度は多くの6xxx系合金と比べて良好であることが多いですが、設計時には応力集中を避け、腐食環境下での切欠感度を考慮する必要があります。
板厚や製造履歴も機械的性質に強く影響します。薄板は加工歪みによりわずかに高い降伏強さを獲得することが多く、厚板は加工硬化度合いが低い調質で供給されるため、成形後に加工硬化を必要とする場合があります。
| 特性 | O／アニーリング | 代表調質（H32 / H116） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 110～145 MPa | 210～260 MPa | 板厚・調質により変動する典型範囲 |
| 降伏強さ | 40～70 MPa | 120～165 MPa | 加工硬化により強く増加 |
| 伸び | 20～35% | 8～15% | 加工硬化調質で延性低下 |
| 硬さ（HB） | 25～40 | 55～85 | 降伏強さと相関。調質・板厚に依存。 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.66 g/cm³ | Al-Mg系合金として標準的。優れた強度対重量比。 |
| 融点範囲 | 約590～645 °C | 合金の固相線・液相線領域。溶接・ろう付け時注意。 |
| 熱伝導率 | 約120 W/m·K（25 °C時） | 純アルミニウムよりやや低い。 |
| 電気伝導率 | 約28～36 %IACS | マグネシウム含有のため1xxx系より低い。 |
| 比熱容量 | 約0.90 J/g·K | 約900 J/kg·K。熱管理設計に有用。 |
| 線膨張係数 | 約23～24 µm/m·K | 典型的なアルミニウムの熱膨張。接合部設計で重要。 |
5082は多くの鋼材や一部のアルミニウム合金群に比べて優れた熱伝導率を維持しており、耐食性が必要な放熱構造に適しています。一方、熱膨張係数は比較的高いため、異種材料接合や精密組立で特に熱サイクル環境の場合は配慮が必要です。
密度や熱的特性の組み合わせにより、重量軽減と熱性能を両立したい用途で魅力的ですが、電気伝導率は純度の高いアルミニウムに比べ低いため、高伝導性が主要要求の用途には不向きです。
製品形態
| 形態 | 代表的な厚さ・寸法 | 強度特性 | 主な調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材（Sheet） | 0.3～6.0 mm | 調質により幅広い強度調整可能 | O、H111、H32 | 海洋パネル、燃料タンクで広く使用 |
| 厚板（Plate） | 6～100 mm以上 | 厚板は加工硬化が少なく、重量が増加 | O、H112 | 厚物は成形後の加工硬化が必要な場合が多い |
| 押出形材（Extrusion） | 様々な断面形状 | 断面や調質で強度変動あり | H32、H111 | 構造用プロファイルや補強材で多用 |
| 管材（Tube） | 壁厚0.5～10 mm以上 | 加工硬化や引抜きにより強度異なる | O、H32 | 圧力容器や配管用途で一般的 |
| 丸棒・棒鋼（Bar/Rod） | 直径6～50 mm以上 | 調質により機械加工性や成形性が異なる | O、H111 | 継手、ファスナー、特殊機械加工部品に利用 |
板材・厚板の製造方法とその後の加工硬化処理が5082の強度や成形性の最も一般的な差異を生みます。薄板は深絞りや曲げ向けに柔らかい調質で供給されることが多い一方、厚板や押出材は剛性や断面特性を優先して選ばれます。
押出形材は薄いウェブ面とリブ補強を組み合わせた設計が可能で、H32系で時効安定性があり、溶接性と耐食性が重要な海洋の上部構造や輸送フレーム要素に頻繁に採用されます。
同等品種
| 規格 | 材質 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 5082 | USA | Aluminum Associationによる標準鍛造指定 |
| EN AW | 5082 | ヨーロッパ | しばしばEN AW-5082として指定される。組成管理は類似 |
| JIS | A5082 | 日本 | 日本工業規格の同等品。組成は類似 |
| GB/T | 5082 | 中国 | 中国規格は典型的なAl-Mg-Mn化学組成に準ずる |
各地域間の同等指定は一般的な工学用途でおおむね互換性がありますが、製造証明書や指定された機械的性質表を確認し、正確な組成限界やテンパー指定を確認する必要があります。鉄分やケイ素の最大不純物限界や安定化テンパー（H116とH321など）の呼称に若干の地域差があり、これが重要な海洋用途や低温用途での耐食性能に影響を及ぼす場合があります。
材料の代替調達時には、機械的性質証明書や応力除去、表面仕上げ、微量元素限界などの追加要件も含めて確認し、性能の同等性を担保することが推奨されます。
耐食性
5082はマグネシウムとマンガンで安定化された保護酸化皮膜により、大気および海水環境に対して優れた耐食性を示します。多くの熱処理可能合金と比べても海洋環境下で特に優れ、適切な表面処理と設計により、孔食を抑制し均一腐食に対して高い抵抗性を発揮します。
また、5082は特定の高強度アルミ系合金に比べて応力腐食割れに対して比較的耐性がありますが、マグネシウムリッチな析出物が形成される温度帯での長時間高温暴露により感作や粒間腐食が生じる可能性があります。設計者は約65～100 °C以上での長期暴露を避けるべきであり、攻撃的環境では犠牲防食や塗装などを検討することが望まれます。
異種金属とのガルバニック作用は適切に管理する必要があります。5082はステンレス鋼や錫青銅に対して陽極性を持ち、純亜鉛に対して陰極性を示します。適切な絶縁措置、犠牲防食、および締結材の選択によって接合部での腐食促進を防止することが不可欠です。6xxx系合金と比較すると、5082は海洋耐食性が優れる一方で、ピーク時の時効強度はやや劣ります。
加工特性
溶接性
5082はTIG（GTAW）やMIG（GMAW）などの一般的な溶融溶接法で高い溶接性を示し、溶け込み形状も予測可能で熱割れしにくい特性を持ちます。代表的な溶接材は5356（Al-Mg系）や5183で、これらは合金組成に近く、過度なガルバニック作用を防ぎ機械的な健全性を保ちます。
溶接熱影響部（HAZ）は強変形加工されたテンパーで局所的な軟化を示すことがあり、薄板の場合は歪み制御が必要です。5082は熱処理系合金ではないため、溶接後の機械的性質は概ね良好に保たれます。中厚板程度では予熱は通常不要ですが、段階温度管理と酸化皮膜除去は溶接品質に重要です。
機械加工性
5082は比較的マグネシウム含有量が高いため、切削条件によってはバリや長い切粉が発生しやすく、最も加工しやすいアルミ合金には入りません。一般的な加工性は中程度で、正面逃げ付き超硬工具、チップブレーカー、適切な冷却・送り条件が表面仕上げと工具寿命の維持に推奨されます。
推奨切削速度・送り速度は断面形状や剛性に依存しますが、中速で送りをやや大きめに、確実な切粉排出を行うのが最適です。不純物含有による研磨材的包含物は工具寿命を短縮するため、実材料での条件検証が必須です。
成形性
成形特性はOテンパーが良好で、深絞り、引張成形、曲げ加工で安定した成形性と低ばね戻りを示します。H32などの硬化テンパーでは最小曲げ半径が大きくなり成形性は低下します。設計時には大きめの曲げ半径を考慮し、ばね戻り増加に対応する必要があります。
冷間加工が主な強化手法で、激しい成形では中間焼鈍を制御して用います。温間成形は延性向上のため検討可能ですが、感作や腐食リスクがあるため十分な検証が必要です。
熱処理挙動
5082は非時効性合金で、溶体化熱処理や時効硬化による大幅な強度向上は期待できません。T系時効処理を適用しても6xxx系や7xxx系のような強化は得られません。5xxx系合金のMgは固溶体および分散相を形成し、強力な析出強化相にはなりにくいためです。
機械的性質の調整は主に加工硬化とひずみ時効によって行われます。冷間加工で強度を増し、焼鈍（Oテンパー）で靭性を回復します。溶接や成形後の安定した性能を求める部品ではテンパー安定化（例：H116）および制御された加工硬化処理が一般的に用いられます。
高温性能
5082の強度は温度上昇に伴い徐々に低下し、約100～150 °C以上では降伏強さの低下が顕著となります。長期高温暴露により微細組織変化が進み、耐食性低下の原因にもなります。構造用途での連続使用温度は概ね100 °C以下に制限され、短時間の高温暴露（例：溶接）は適切な処理を行えば許容されます。
アルミの酸化は工学温度帯で保護酸化皮膜により抑制されますが、引張や疲労特性は酸化より早く劣化します。特に溶接部周辺のHAZは高局所温度により機械的特性低下が起こりやすくなります。高温環境下での使用時は熱管理や熱膨張考慮が重要です。
用途例
| 業界 | 代表部品例 | 5082が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | 燃料タンク、トレーラーパネル | 優れた耐食性、成形性、適度な強度 |
| 海洋 | 船体、デッキ、上部構造 | 極めて優れた海水耐食性と溶接性 |
| 航空宇宙 | 金具、ブラケット | 非重要一次構造向けの優れた強度重量比 |
| 電子機器 | 筐体、放熱板 | 適切な熱伝導率と耐食性 |
| 圧力容器・低温機器 | タンク、配管 | 低温での靭性と溶接性 |
5082は冷間加工による強度、低温靭性、海水耐食性を兼ね備え、海洋構造物、輸送用燃料系統、貯蔵容器に広く用いられています。溶接や成形を行いポスト溶接熱処理が不要な場合や、耐食性が材料選定で重視される場面で頻繁に指定されます。
選定のポイント
5082と軟質商用純アルミ（1100系など）を比較検討する際、5082は強度と構造性能が高く、導電率や成形性はやや劣ります。強度や耐食性が最優先であれば5082を選択すべきです。
3003系や5052系などの加工硬化合金と比べると5082はより高い強度帯に位置し、海水耐食性は同等または優れています。これらの低強度合金の限界を超える設計荷重で、熱処理強化型ほどの強度が不要な場合に有効です。
6061や6063などの熱処理合金と比較すると、最高引張強度では劣りますが、より優れた溶接性、海水耐食性、ポスト溶接時効問題の軽減が求められる用途で選ばれます。腐食曝露や溶接構造の信頼性が最大強度より重要な場合に5082が適します。
まとめ
5082は非熱処理系として高い冷間加工強度、強力な海水耐食性、堅実な溶接性を兼ね備えた実用的かつ広く使われるアルミ合金であり、海洋・輸送・貯蔵用途に現役で活躍しています。冷間加工挙動が予測可能で多様な製品形状で入手可能なため、複雑な熱処理工程を回避しつつ安定した構造性能を求める設計者の信頼を集めています。