アルミニウム 5652：組成、特性、硬質状態ガイド＆用途
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総合概要
5652は、主成分としてマグネシウムを含む5xxx系Al–Mg合金に属するアルミニウム合金です。熱処理を用いず、主に冷間加工によって強度を得る変形硬化型合金です。
5652の主な合金元素はマグネシウムであり、結晶粒構造の制御と耐食性向上のためにマンガンおよびクロムが適量添加されています。この合金は、純アルミニウムに比べて高い強度、大気および海洋環境において非常に良好な耐食性、そして適切な調質での合理的な成形性および溶接性を備えています。
5652を指定する代表的な業界には、海洋構造物、輸送機器（トレーラーや軽量構造部品を含む）、強度と耐食性のバランスが必要な圧力容器や配管、そして一部の建築・産業用途があります。エンジニアは、純アルミまたは3xxx系材料に比べて強度を求めつつ、6xxx系や7xxx系の熱処理合金に比べて優れた海洋耐食性能を維持したい場合に5652を選択します。
より高強度な熱処理合金よりも、深絞り成形性、粒界腐食耐性、および熱処理の簡素化が優先される場合に本合金が選ばれます。非熱処理型であるため生産が容易で、熱影響による特性変化が少なく、溶接・成形後の組立においてメリットがあります。
調質の種類
| 調質 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 (20–30%) | 優秀 | 優秀 | 最大成形性を得るための完全焼なまし状態 |
| H12 | 低〜中 | 中 (12–18%) | 非常に良好 | 優秀 | 軽度に変形硬化しつつ良好な成形能力を保持 |
| H14 | 中 | 中 (10–15%) | 良好 | 非常に良好 | 中程度の変形硬化で強度向上 |
| H32 | 中〜高 | やや低い (8–12%) | 可 | 非常に良好 | 変形硬化と安定化を施した一般的な商用調質 |
| H34 | 高 | 低 (6–9%) | 制限あり | 良好 | 強度最大化のため重度の冷間加工により成形性低下 |
| H112 | 変動 | 中程度 (15–25%) | 良好 | 優秀 | 製造履歴に依存する仕上がり状態 |
調質は5652の強度と延性のトレードオフに大きな影響を与えます。焼なまし（O）状態では深絞りや複雑な成形に最適な成形性と伸びを示す一方、H系調質になるほど冷間加工により強度は向上しますが伸びは減少します。
5652は非熱処理型であるため、ほとんどの調質で溶接性は良好です。ただし、重度に加工された調質では溶接熱影響部（HAZ）付近で局所的な軟化が起こる場合があります。設計者は必要な強度に応じて最も低い調質を選択し、成形性と溶接後特性の両立を図ることが望まれます。
化学組成
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.25 | 不純物管理；過剰なSiは延性低下を招く |
| Fe | ≤ 0.50 | 鉄は脆性化を招き延性や耐食性低下の原因となる金属間化合物を生成 |
| Mn | 0.2–0.6 | 結晶粒制御および強度・耐食性向上 |
| Mg | 2.7–3.6 | 主要強化元素；固溶強化および加工硬化性に寄与 |
| Cu | ≤ 0.10 | 耐食性と陽極挙動維持のため低濃度に制限 |
| Zn | ≤ 0.25 | 犠牲腐食耐性と延性維持のため低濃度 |
| Cr | 0.05–0.25 | 微量添加による粒制御、再結晶抑制、応力腐食耐性向上 |
| Ti | ≤ 0.15 | 鋳造または圧延プロセスでの粒細化剤 |
| その他 | ≤ 0.15（各々） | 痕跡元素および残留物；特性維持のため合計制限あり |
組成はマグネシウムによる固溶強化を最大化しつつ、銅の低含有と鉄の制御で耐食性を維持するよう最適化されています。クロムとマンガンは低濃度で添加され、結晶粒を制御し、熱機械加工による再結晶を抑制し、冷間加工後の強度を安定化します。
微量元素および残留物は、有害な金属間化合物の生成を防止し、良好な溶接性と表面仕上げ特性を保つために厳しく制限されています。Mgの含有量は機械的特性と加工硬化挙動を調整する主要因となります。
機械的特性
5652は焼なまし状態で延性のある引張特性を示し、冷間加工が増すにつれて強度が上昇し伸びは減少します。降伏挙動は通常漸進的で弾性限界が明確に表れ、顕著な加工硬化領域を有します。重加工調質では耐力が向上しますが、一様伸びは減少します。疲労特性は設計時に応力集中と表面仕上げを考慮すれば溶接有無を問わず概ね良好ですが、溶接部や鋭角部形状は疲労寿命を大幅に短くします。
硬さは引張強度と同様の傾向を示し、O調質の比較的低いブリネル硬さからH調質で大幅に上昇し、転位構造の蓄積を反映します。厚さによる影響は顕著で、薄板はより高強度まで冷間加工が可能で加工硬化が進みやすい一方、厚板は加工硬化率が低く、同等強度を得るには異なる加工プロセスが必要です。
| 特性 | O / 焼なまし | 主要調質（H34） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 120–160 MPa | 280–320 MPa | 板厚やMg含量により変動あり |
| 降伏強さ | 35–70 MPa | 220–260 MPa | 設計用に0.2%オフセット降伏強さ |
| 伸び | 20–30% | 6–9% | 重い冷間加工により大幅減少 |
| 硬さ | 30–40 HB | 80–100 HB | 加工硬化と加工履歴に比例 |
表中の値は代表的な板厚・シート製品の範囲であり、重要設計にはミル証明書での正確な数値確認が必須です。設計者はまた、圧延方向による異方性や成形工程による局所的な強度・延性の変化も考慮すべきです。
物理特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.66–2.70 g/cm³ | 鉄鋼より軽量で、重量削減に有利 |
| 融点範囲 | 約570–640 °C | 合金元素により固相線・液相線が変動；Al–Mg系標準範囲内 |
| 熱伝導率 | 約110–140 W/m·K（室温） | 純アルミより若干低いが、熱伝達用途には十分 |
| 電気伝導率 | 約22–28 % IACS | 純アルミに比べて合金化により低下 |
| 比熱 | 約0.90 J/g·K | 過渡熱容量計算に有用 |
| 熱膨張係数 | 23–24 x10^-6 /K | 圧延アルミ合金の典型的な値 |
熱的および電気的特性は、適度な放熱性と電気伝導が求められる用途に適しており、密度の低さにより鉄系材料に対して顕著な強度重量比の優位性を持ちます。熱膨張率は異種材料と組み合わせる際の温度変化による接合部応力を避けるために考慮が必要です。
熱伝導率が比較的高いため、中程度の機械的強度が要求される放熱部品には適していますが、高温構造用途では約100〜150 °Cを超えると機械的特性が著しく低下します。
製品形態
| 形態 | 代表的な厚み・サイズ | 強度挙動 | 一般的な硬調 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.3～6.0 mm | 容易に加工硬化し、薄板ほど高い加工硬化が得られる | O, H12, H14, H32 | 成形パネルや浅絞り部品に使用される |
| プレート | 6～50 mm以上 | 加工硬化率が低く、厚肉部は延性がやや劣る | O, H112, H32 | 構造部材や厚板パネルに適する |
| 押出形材 | 断面形状に依存 | 押出後の加工ひずみや時効履歴により強度が影響される | 押出し状態、H112 | フレームや構造部材向けの複雑断面形状 |
| チューブ | 直径最大600 mm | 冷間引抜きまたは溶接品で、機械的性質は加工方法に依存 | O, H32 | 圧力用チューブや構造用中空断面材 |
| 丸棒／ロッド | Ø3～100 mm | 切削加工が可能で、冷間加工により高強度化できる | O, H14, H34 | ファスナー、ピン、機械部品 |
シートや薄板製品は、成形性や表面仕上げが重要視される用途でよく使用されます。一方でプレートや押出形材は構造的な荷重支持用途に選ばれます。熱間圧延、冷間圧延、制御アニーリングなどの加工差異が最終的な微細構造と機械的特性を決定します。
溶接チューブや押出形材は、より強いH状態で製造される場合、ゆがみや局所的軟化を抑えるために溶接後の機械的処理や応力除去処理が必要となることが多いです。硬調、厚み、成形順序の指定は納入状態が設計期待に合致するために重要です。
同等材質
| 規格 | 材質番号 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 5652 | 米国 | 北米のミルスペックで主に使用される指定 |
| EN AW | 5652 | ヨーロッパ | 欧州の呼称。化学成分や硬調はミルにより異なる場合がある |
| JIS | A5652（非公式） | 日本 | 広く規格化されていないが、国内供給者は類似化学成分を使用することがある |
| GB/T | 5652 | 中国 | 地域文献ではこの識別子で類似組成が記載されることがある |
地域ごとの標準指定は同じ名目上の化学組成を示す努力がされていますが、許容範囲や加工慣行、硬調定義の違いから機械的特性に意味のある差異が生じることがあります。異なる地域から調達する際は材質名だけでなく、ミル試験成績書や機械的試験データを用いて評価すべきです。
微妙な差異は最大不純物限度（Fe, Si）、微量元素、製造者の熱機械的加工条件に起因し、疲労特性、耐食性、成形性に影響を与えます。
耐食性
5652はAl–Mg合金に典型的な大気腐食に対する堅牢な耐性を示し、正常な環境下で基材を保護する安定した酸化皮膜を形成します。高いマグネシウム含有量により、海洋や沿岸環境における孔食および均一腐食の耐性が向上し、船体や甲板構造、屋外露出部品に適しています。
塩化物を伴う過酷な環境では、応力のかかる箇所や傷ついた部位、異種金属接触部の周囲で局所腐食が発生することがあります。異種金属接触を避ける設計や、適合するファスナーや絶縁コーティングの使用が必要であり、長時間の海水浸漬には犠牲防食や表面被覆が一般的に指定されます。
5xxx系合金の応力腐食割れ感受性はマグネシウム含有量と引張予応力の増加に伴い高まります。Mg含有量が3.5％を超える合金は、特に高温・持続的引張応力条件下で感受性が増すことがあります。2xxx系や7xxx系合金と比べ、5652は海洋環境でのSCC感受性が大幅に低いものの、特定の溶接応力がかかる構成では純アルミニウムよりは脆弱な面があります。
加工特性
溶接性
5652はTIG（GTAW）やMIG（GMAW）といった一般的な溶接方法で良好に溶接でき、適切な母材と同等の耐食性・機械特性を有する充填材を選べば、溶け込み良好で熱割れリスクも限定的です。推奨充填材としては腐食性能と機械特性を合わせるために5356や5183（Al–Mg系充填材）が一般的であり、高銅含有充填材は局所腐食を防止するため避けるべきです。
熱影響部は、強く加工硬化した母材と比較して焼なましの影響で軟化するため、溶接部周辺の強度低下を設計で考慮し、必要に応じて溶接後の機械的処理を実施することが重要です。適切な継手のフィットアップと熱入力管理により多孔質を抑え、疲労寿命を維持できます。
切削加工性
5652の切削加工性は自由切削アルミニウム合金と比較すると中程度で、鋭利な超硬工具、ポジティブラケット角、適度な送り速度に良く反応します。切削時の切りくずは連続切りくずになりがちで、特に低速では切りくずが工具に付着しやすいため切削油またはエアーブラスト冷却の使用が望ましいです。コーティング超硬やTiAlNコーティング高速度鋼が良好な工具寿命を示します。
5652は加工硬化しやすいため、途中切断や硬化した表面の再切削は工具摩耗を増加させます。浅切込みかつ高速切削で連続的な切りくず排出を行うと、表面仕上げや寸法精度が向上します。
加工性
O状態および軽いH硬調での加工性は優れており、曲げ半径や伸び特性は予測可能です。板厚に対して曲げ部の最小内半径は硬調や曲げ方法によるものの、シートでおおよそ1～3倍の厚みが一般的です。冷間成形は転位密度を増加させ加工硬化をもたらし、局所強度を調整可能ですが、著しい変形には中間焼鈍が必要な場合があります。
理想的には、公差を満足する最も軟らかい硬調でスタンプ成形・加工し、高硬調では鋭角や逆曲げを避けるべきです。アルミニウムの高い降伏強さと引張強さ比により、金型設計時にはバネ戻りを考慮する必要があります。
熱処理特性
5652は非熱処理硬化合金であり、6xxx系や7xxx系のような固溶処理および人工時効には反応しません。強度の調整は主に冷間加工と硬調操作による転位構造と回復制御により行います。
成形前の軟化には焼鈍（全焼鈍または部分焼鈍）が用いられます。一般的なAl–Mg系押出材の焼鈍条件は300～415 °Cの温度範囲で、過剰な結晶粒成長を避ける浸漬時間や冷却速度を設定します。生産管理では、安定化熱処理（例：H112）や熱間加工後の制御冷却を実施し、初期硬調を設定して機械的性質のばらつきを抑えます。
高温特性
高温では転位密度の回復や減少により強度が徐々に低下し、特に100～150 °C以上で著しい低下が見られます。長期高温曝露では結晶粒成長が促進され、疲労耐久性およびクリープ限界が室温時より悪化します。
酸化はアルミニウムの保護酸化皮膜により抑制されますが、高温ではスケーリングや表面変質が発生し、表面仕上げやコーティング密着に影響を与えます。溶接では局所的な熱サイクルにより冷間加工硬化硬調部が軟化するため、溶接後の機械的処理や熱影響部の影響に耐える硬調選択が推奨されます。
用途例
| 産業分野 | 例示部品 | 5652が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| マリン | 甲板金具、小型船体構造物 | 海水中での優れた耐食性と高強度・軽量性 |
| 自動車／輸送機器 | トレーラーパネル、貨物フロア | 純アルミニウムより強度が高く、良好な成形性を有するパネル用途 |
| 航空宇宙（二次構造） | 金具、ブラケット | 非主要構造向けの強度と延性の優れたバランスおよび耐食性 |
| 圧力・貯蔵 | タンク、圧力容器の筐体 | 延性・靭性に加え溶接性と耐食性が要求される用途 |
| 産業用・電子機器 | ヒートスプレッダ、ハウジング | 熱伝導性と十分な構造強度の両立 |
5652は、製造性、耐食性、および純アルミニウム以上の強度のバランスが必要とされる分野、特に海洋や輸送用途で広く指定されます。これらの特性の組み合わせにより、設計者は耐久性や屋外・腐食環境下での使用寿命を維持しつつ軽量化を図ることが可能です。
選定のポイント
高強度かつ優れた耐食性と溶接性を保持するマリングレードのアルミニウムが必要なら、5652を選択してください。熱処理硬化型の複雑な加工を要せず、成形および接合を伴う用途で低強度合金の実用的な代替となります。
商用純アルミニウム（1100）と比較すると、5652は電気伝導性と最終成形性の一部を犠牲にする代わりに、著しく高い強度と向上した塩素イオン耐性を備えています。加工硬化型合金の3003や5052と比べても、5652は一般的により高い強度と同等かそれ以上の海水腐食耐性を示しますが、成形性は3003に劣ります。
6061のような熱処理可能合金と比較すると、5652は海洋環境下での耐食性に優れ、熱処理（固溶化・時効サイクル）が不要なため加工が簡便であり、塩素イオン暴露下での性能と溶接信頼性を重視する場合に適しています。
まとめ
5652は、高強度、優れた耐食性、かつ簡便な加工性を求められる現代のエンジニアリング領域で依然として有効な選択肢です。非熱処理型であるため製造が簡素化され、溶接性や長期耐久性が求められる海洋、輸送、構造用途において特に魅力的です。