アルミニウム 5182：組成、特性、調質ガイドおよび用途
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総合概要
5182はアルミニウム5xxx系合金の一種で、主要な合金元素としてマグネシウムを含みます。5xxx系は熱処理不可能な合金に分類され、強度は主に固溶強化および加工硬化によって得られ、析出硬化による熱処理では強化されません。
5182の主要な合金元素はマグネシウム（主たる強化元素）であり、微量のマンガン、クロム、その他微量元素が制御された量で添加され、結晶粒構造の調整および再結晶抵抗性の向上に寄与します。本合金はAl-Mg系を利用しており、多くの他の加工用アルミニウムシリーズと比較して、適度な高強度、良好な延性、優れた耐食性のバランスを実現しています。
5182の強化は主にアルミ基体中のMgの固溶体形成と成形時の加工硬化によるもので、従来の焼入れ・時効処理による強化は期待できません。特長としては、熱処理不可能な合金としては中～高強度、優れた一般および海洋環境での耐食性、焼鈍状態での良好な成形性、適切な充填材使用時の溶接性の良さが挙げられます。
一般的に5182を指定する業界は、自動車（ボディクロージャーや内板）、包装（特殊キャップ）、海洋・輸送分野（耐食性と成形性が必要な用途）、およびアルミニウムの導電性や剛性対重量比が求められる一部の電気・熱用途です。エンジニアは、より強力な熱処理可能合金や軟らかい商用純アルミニウムよりも、成形性、Mgによる強化、および耐食性の最適なバランスが必要な場合に5182を選択します。
硬質状態のバリエーション
| 硬質状態 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高い（20～40%） | 非常に良好 | 非常に良好 | 完全焼鈍状態で、重い成形や深絞りに最適 |
| H12 | 低～中 | 中程度（10～25%） | 良好 | 良好 | 軽い加工硬化で中程度の剛性 |
| H14 | 中 | 中程度（8～20%） | 良好 | 良好 | ある程度の剛性が必要な板材で一般的 |
| H16 | 中 | やや低い（6～15%） | 普通 | 良好 | 加工硬化が進み、伸展性が減少 |
| H22 / H24 | 中～高 | 中程度 | 普通～良好 | 良好 | 加工硬化後に部分的に焼鈍、強度と成形性のバランス |
| H32 / H34 | 高 | 低い（3～12%） | 低下 | 良好 | 加工硬化と安定化処理済みで、構造用途によく用いられる |
| T4（稀） | 低～中 | 高い | 非常に良好 | 良好 | 固溶処理後、自然時効処理済み；5xxx系では珍しい |
硬質状態の選択は、成形性と強度のバランスに大きく影響します。焼鈍のO状態は最良の絞り性・延性を提供し、硬化が進むH状態では降伏強さと引張強さが増す一方、伸びや深絞り性は低下します。
また、板厚および加工履歴も硬質状態と相互作用します。薄板は加工による加工硬化が高くなりやすく、高いH状態で提供されることが多いのに対し、厚板は成形を容易にするために柔らかめの硬質状態で供給されることが一般的です。
化学組成
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.25 | 不純物管理；過剰なSiは硬い間相を形成し延性を低下させる |
| Fe | ≤ 0.5 | 一般的な不純物；表面仕上げや靭性に影響する間相を促進 |
| Mn | 0.2～0.7 | 結晶粒の制御と強度、再結晶耐性の向上 |
| Mg | 4.0～5.0 | 主強化元素；強度向上と耐食性改善に寄与 |
| Cu | ≤ 0.10 | 耐食性と溶接性維持のため低減 |
| Zn | ≤ 0.25 | 微量；Znが高すぎると耐食性低下の可能性 |
| Cr | ≤ 0.25 | 結晶粒構造の制御、熱加工時の粒成長抑制 |
| Ti | ≤ 0.15 | 微量で結晶粒細粒化剤として機能 |
| その他（各） | ≤ 0.05 | 微量元素および残留物；残りはAl |
マグネシウムは機械的性質と耐食性能の主要因であり、固溶強化をもたらし、海水や大気環境中での耐食性を向上させます。マンガンとクロムは低濃度で再結晶挙動を調整し、熱機械加工後の強度維持に寄与します。鉄とシリコンは粗大な間相を避けるために制御され、特に深絞りやアルマイト処理された部品での表面および機械的性能の悪化を防ぎます。
機械的性質
5182は中程度強度の非熱処理型アルミニウム合金に典型的な引張・降伏挙動を示します。焼鈍状態では良好な伸びとエネルギー吸収性があり、深絞りや成形作業に適しています。加工硬化硬質状態では降伏強さと引張強さが大幅に向上しますが、その分伸びや絞り加工性は低下します。
硬さは硬質状態および加工履歴と相関し、焼鈍材料は低硬さであるのに対し、H硬質材料は加工硬化により硬さが増します。疲労特性は表面仕上げ、成形や溶接による残留応力、板厚に影響され、厚板や滑らかな表面は高サイクル疲労寿命が向上します。Mgの存在は一部の他の加工用合金と比較して低温域での靭性を改善し、適切に処理されていれば繰返し荷重に対して安定した性能を示します。
板厚は5182の強度と延性に大きく影響します。薄板は冷間圧延などの残留加工硬化や高速な類似焼入れ効果により、見かけ上の降伏強さと引張強さが高くなる傾向があります。一方、厚板は成形や溶接を容易にするため、やや柔らかい硬質状態で供給されることが多いです。
| 特性 | O／焼鈍状態 | 代表的硬質状態（例：H32/H34） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約110～170 MPa | 約240～360 MPa | 硬質状態および板厚により幅広く変動；H状態で大幅に高い |
| 降伏強さ | 約35～95 MPa | 約150～260 MPa | 加工硬化により顕著に増加；板厚や硬質状態で異なる |
| 伸び | 約20～40% | 約3～15% | 硬質状態が強くなるほど成形性低下 |
| 硬さ（HB） | 約30～60 HB | 約70～120 HB | ブリネル硬さ推定値；硬さは引張強さと硬質状態に相関 |
物理特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.66～2.70 g/cm³ | 典型的な加工用Al-Mg合金の密度；優れた剛性対重量比 |
| 融点範囲 | 約555～650 °C | 固相線／液相線は組成に依存；ほぼ純アルミの融点に近いがMgにより低下 |
| 熱伝導率 | 約120～150 W/m·K | 純アルミよりやや低いが、熱放散に良好 |
| 電気伝導率 | 約25～40 % IACS | 純アルミより低い；Mg含有量増加に伴い低下 |
| 比熱 | 約880～900 J/kg·K | アルミニウムとして標準的；効果的な熱蓄積・放散を可能にする |
| 熱膨張率 | 約23～24 µm/m·K（20～100 °C） | アルミ合金として一般的な熱膨張；厳密な寸法管理が必要な組立に配慮 |
5182はアルミニウムの優れた物理特性（低密度、高い熱伝導率、良好な比熱）を保持しており、軽量化や熱管理が重要な用途に適しています。ただし、Mgの合金化により純度の高い合金よりも伝導率はやや低下します。
設計にあたっては、結合構造における熱膨張の影響や温度依存の機械的性質の変化を考慮する必要があります。特に高温域での使用時には合金の使用限界温度に注意してください。
製品形状
| 形状 | 一般的な厚さ／サイズ | 強度特性 | 一般的な硬質処理 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.2–6.0 mm | 薄板では見かけ上の強度が高い | O, H14, H24, H32 | 車体パネル、クロージャー、成形部品に使用 |
| プレート | 6.0 mm超〜約25 mmまで | 圧延による加工硬化が少なく、通常は柔らかい | O, H112 | 厚みが必要な構造部品や製作品 |
| 押出形材 | 断面形状は多様 | 断面形状および冷却状態によって強度が変わる | 公差 ± | やや稀で、Mg含有量が押出温度に影響 |
| チューブ | 壁厚 0.5–10 mm | 溶接／シームレスチューブ共に優れた成形性 | H32/H34 | 燃料管や耐食性を要する構造用チューブに使用 |
| バー／ロッド | 直径は多様 | 強度と延性のバランスが良い | O, H12 | 鍛造または引抜製品で、継手・ファスナー用 |
製造工程（圧延、冷間引抜、押出）および最終的な硬質処理によって、5182製品の強度と異方性が決まります。シートおよびコイルは自動車や包装市場で最も一般的で、成形や二次加工（溶接や接着）を可能にするために表面仕上げや加工硬化が厳密に制御されています。
プレートや厚板形状は加工や成形がしやすいようやや軟らかく供給されることが多い一方、薄板のコイルはばね戻り制御が重要なプレス加工向けに部分的に硬化したH硬質処理で提供されることが多いです。
同等グレード
| 規格 | グレード | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 5182 | 米国 | North Americaで一般的に使用されるAluminum Associationの指定 |
| EN AW | 5182 | ヨーロッパ | EN AW-5182にほぼ対応。欧州の加工・硬質処理表記が適用 |
| JIS | A5182 | 日本 | 日本工業規格による呼称。化学成分・機械的許容差はほぼ一致 |
| GB/T | 5182 | 中国 | 中国国家規格で同様の指定。メーカーにより仕様に若干差異あり |
規格間のクロスリファレンスは、5182という合金呼称が広く認識されているため概ね容易ですが、不純物限度や推奨硬質処理、認証手順に若干の差異があります。購入時は必ずミル証明書と機械的特性が対象規格および用途に合致しているか確認してください。
耐食性
5182は比較的高いマグネシウム含有量と低い銅含有量の組み合わせにより、一般的な大気環境において優れた耐食性を示し、海洋環境でも良好に機能します。自然に形成されるアルミナ被膜が保護バリアとして作用し、合金成分や硬質処理により膜の安定性や局所的な腐食挙動が影響を受けます。
塩化物濃度の高い環境では、特に溶接部やエッジ、粗大介在物のある箇所でピット腐食や割れ込み腐食が発生することがあります。適切な表面処理、コーティング、停滞空隙の回避を考慮した設計によりこれらのリスクを軽減します。
5xxx系合金はMg含有量の増加および特定の硬質処理により残留応力が集中すると応力腐食割れ（SCC）に対する感受性が高まります。5182は冷間加工や不適切な溶接状態では、攻撃的環境下で持続的な引張応力が加わるとSCCが発生する可能性があります。銅やステンレス鋼など多価金属との接触によるガルバニック腐食も局所腐食を促進するため、異種金属接合部には絶縁または犠牲防食設計が推奨されます。
3xxx系や1xxx系と比較すると、5182は大幅に高い強度を持ちながら同等以上の耐食性を有します。6xxx系の熱処理型合金と比べると、5182は概ね海水腐食抵抗が優れるもののピーク強度は劣るため、外装部品や海洋曝露部品に適しています。
加工特性
溶接性
5182はTIG、MIG、抵抗溶接など一般的なアルミ溶接法で良好に溶接可能で、自動車・船舶製造で頻繁に用いられています。推奨される充填材は5183や5356などのAl-Mg系で、母材同様に耐食性と延性を溶接部に保持します。Al-Mg合金は割れにくいものの、溶接により熱影響部（HAZ）の局所軟化と強度低下が発生しうるため、溶接後の機械設計ではHAZの性質を考慮する必要があります。
切削性
5182の切削加工性は中程度で、純アルミより強度が高く加工硬化しやすいためやや難しいです。陽面角を持つ超硬工具と剛性の高いチャックを用い、中速切削、十分な冷却を行うことでチップ詰まりやビルドアップエッジを防ぎます。滑らかな表面仕上げには鋭利な工具と適切な送り制御が不可欠で、切削面の引きずりや過度な加工硬化を避けます。
成形性
焼なまし状態（O）では深絞りや複雑なプレス加工に優れています。曲げ加工では、焼なましシートの軽度な曲げで内部曲げ半径は板厚の0.5～1.0倍程度が推奨され、硬度の高いH硬質処理材ではこれより大きくする必要があります。冷間加工により予測可能な加工硬化が得られ、強度調整に活用できますが、過度な加工硬化は亀裂の原因となるため、中間焼鈍が必要になる場合があります。
熱処理挙動
5182は熱処理型ではなく、2xxx系・6xxx系・7xxx系に利用される従来の溶体化処理・時効処理には反応しません。析出硬化処理を試みても、加工硬化に比して著しい強度向上は得られません。
強度は冷間加工（加工硬化）および回復・再結晶を促す熱処理によって変化します。延性回復のための完全焼なましは、板厚や望ましい微細構造に応じて300～420 °Cの範囲で加熱し、反りを防ぐために制御冷却します。
H32/H34などの安定化硬質処理は、機械的加工と熱処理をコントロールして強度と残留応力低減のバランスを設定したものです。溶接部では局所加熱により時効強化ではなくHAZ軟化が生じるため、硬質処理の回復が期待されます。
高温特性
5182の機械的強度は温度上昇とともに顕著に低下し、約100 °Cを超えると降伏強さ・引張強さが著しく減少し、さらに高温では加速します。継続的な構造用としては、応力や環境条件に応じて概ね65〜100 °C以下の使用温度に制限することが一般的で、クリープや機械的強度低下を回避します。
酸化はアルミニウムの表面に迅速に形成される薄いAl2O3層によって通常制限されますが、高温では微細構造の粗大化や粒界効果が進行し、耐食性や機械的性質に影響することがあります。溶接や局所的な熱サイクルはHAZ軟化や継手周囲の耐クリープ性低下を引き起こします。
短時間の高温曝露には耐えることができますが、長時間曝露は強度低下や応力腐食の悪化を招く可能性があります。持続的な高温強度が求められる場合は、熱処理型や特殊高温合金の選択が望ましいです。
用途例
| 業界 | 代表的な部品 | 5182が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | クロージャーパネル、内装ボディシート | プレス部品に求められる成形性・耐食性と適度な強度の組み合わせ |
| 海洋 | 船体付属品、トリム、構造ブラケット | 優れた海水耐食性と良好な強度対重量比 |
| 航空宇宙 | 二次継手、ブラケット | 非主要構造用での低密度かつ適切な耐食性を備えた良好な強度 |
| 電子機器 | ヒートスプレッダ、筐体 | 熱伝導性と軽量性が熱管理やEMIシールドに有効 |
5182は加工性、耐食性、コスト効率のよい強度のバランスが必要な場合に選定され、最大強度を求める場合には向きません。プレス加工、溶接、後加工による接合の容易さから、自動車や海洋向けの大量生産に適した材料です。
選択のポイント
5182は、1100のような商用純アルミニウムより高い強度が必要でありつつ、アルミの成形性や耐食性を大きく損ないたくない場合に適しています。1100と比較すると電気・熱伝導率はやや劣りますが、機械的強度が大幅に向上し、海水耐食性も改善されています。
3003や5052といった工作硬化型Mg合金と比較すると、5182は非熱処理型合金の中で強度が高く、引張強さ・降伏強さで優れており、海水耐食性も同等かそれ以上であることが多いです。熱処理型へ移行せずにやや高い強度が必要な場合には5182が魅力的な選択肢となります。
6061や6063などの熱処理可能な合金と比較して、5182は耐食性が重要視される海洋環境や塩化物が多い環境、そして最大ピーク強度よりも優れた成形性が求められる場合に選ばれます。溶接や成形が主な加工プロセスであり、使用環境がAl-Mg合金に適している場合には5182を使用してください。
まとめ
5182は、Mgによる固溶強化、優れた耐食性、良好な成形性を製造性および溶接性に優れた形で兼ね備えているため、広く使用されているアルミニウム合金です。その特性のバランスと一般的な鋼板・コイル形態での入手容易性により、耐久性と製造性が最重要となる自動車、海洋、一般工学用途で今なお重要な位置を占めています。