アルミニウム7042：組成、特性、調質ガイドおよび用途

総合概要

7042はAl-Zn-Mg系の7xxxシリーズアルミニウム合金の一種で、析出硬化により中・高強度に寄与します。主な合金元素は亜鉛とマグネシウムで、銅を少量含み、微量元素によって結晶粒構造や靭性を制御しています。

7042の強化機構は典型的な熱処理可能な析出硬化であり、固溶化処理後の急冷と人工時効により、転位運動を妨げる細かいη型（MgZn2）析出物が生成されます。実際には、ピーク強度を一部犠牲にして靭性や応力腐食割れ耐性を向上させるために、過時効や熱安定化処理された調質でも供給されます。

7042の主な特徴は高い比強度、適切に時効することで得られる中～良好な疲労特性、さらに高強度Al-Zn-Mg合金としては合理的な加工性です。耐食性は一般的に高銅含有7xxx合金より優れていますが、5xxx系や6xxx系には及ばず、クラッドやコーティングによる保護が必要です。

主に航空宇宙構造部品やフィッティング、高性能自動車部品、防衛・兵器関連ハードウェア、選定された海洋構造部材などで使用されます。高強度、靭性、適度な耐食性を兼ね備えた軽量化が重要な用途において選択される合金です。

調質区分

調質	強度レベル	伸び	成形性	溶接性	備考
O	低い	高い	優れる	優れる	完全退火済み；成形用の最大の延性
T4	中程度	中程度	良好	悪～可	固溶化処理後の自然時効；人工時効の基点
T6	高い	低〜中程度	限定的	悪い	固溶化処理後の人工ピーク時効；実用上最も高い強度
T651	高い	低〜中程度	限定的	悪い	急冷後伸張による応力除去を施したT6；航空宇宙用途で一般的
T7	中程度	中程度	可	悪い	応力腐食割れ耐性向上のための安定化過時効；ピーク強度の犠牲を伴う
H1x / H2x（加工硬化）	可変的	低め	可変的	良い	特定用途向けに加工硬化と部分的熱処理を組み合わせたもの

調質は機械的性能、破面抵抗、成形性に大きな影響を与えます。T6などピーク時効調質は引張強さと硬さを最大化しますが、伸びや冷間成形性は低下し、溶接部や熱影響部で大きな特性差が生じます。

過時効やT7、T651調質を選択すると、強度はやや低下しますが応力腐食割れ耐性が向上し、使用中の安定した特性が得られます。これは環境への曝露が考慮される航空宇宙構造部品設計で一般的な選択です。

化学成分

元素	含有範囲（％）	備考
Si	≤ 0.25	不純物制御；過剰は靭性低下を招く
Fe	≤ 0.5	化合物形成不純物；高いと延性低下
Mn	≤ 0.1	微量で結晶粒構造制御に寄与
Mg	1.0 – 2.0	Znと共に主強化元素；MgZn2析出物形成
Cu	0.05 – 0.30	7075より低め；低Cuは応力腐食割れ改善に寄与
Zn	4.0 – 6.0	主要強化元素；Znの増加でピーク強度上昇
Cr	≤ 0.25	再結晶および結晶粒構造制御
Ti	≤ 0.15	意図的添加時は結晶粒微細化助剤
その他（各）	≤ 0.05	微量元素および残留物；その他全体は限定的

合金の大部分はアルミニウムで構成され、亜鉛とマグネシウムが析出硬化を促進します。銅は応力腐食割れ感受性を抑えるため相対的に低く抑えられています。クロムやチタンなどの微量元素は結晶粒サイズの安定化や熱機械的加工時の過度の再結晶を防止する微合金元素として働きます。

機械的特性

引張特性は調質により幅広く変化します。退火材料は適度な引張強さを持ち延性に富みますが、ピーク時効調質は降伏強さと引張強さの著しい向上を示します。降伏強さおよび最大強さの値は温度や調質によって異なり、特にT6/T651では伸びと引き換えに最高の降伏強さを示します。

硬さは時効状態と析出の状態と密接に連動し、O調質からT6調質にかけて大幅に増加します。疲労特性は均一に分布した微細析出物や残留応力の制御により向上し、適正な時効と熱処理を施された鍛造品や押出材は亀裂発生抵抗性が高いです。

板厚や断面サイズも急冷均一性と到達可能な特性に影響し、厚板は芯部の軟化や過時効が起こりやすく固溶化処理・急冷が困難です。設計者は溶接熱影響部の軟化や急冷速度低下による厚肉鍛造・厚板のピーク特性低下を考慮する必要があります。

特性	O / 退火	代表調質（T6 / T651）	備考
引張強さ	約200～260 MPa（標準値）	約420～510 MPa（標準値）	調質および断面厚により大きく変動
降伏強さ	約90～160 MPa	約350～470 MPa	残留応力制御のためT651が多く指定される
伸び	約15～25％	約6～12％	ピーク時効条件で伸びは低下
硬さ（ブリネル）	約40～70 HB	約120～160 HB	時効条件や断面サイズに依存

物理的特性

特性	値	備考
密度	約2.78 g/cm³	Zn/Mg添加により純アルミニウムよりやや重い
融点範囲	約500～640 °C（固相線～液相線）	純アルミより合金の固相点が低く、組成により異なる
熱伝導率	約120～150 W/m・K	固溶体の散乱により純アルミや6xxx系より低下
電気伝導率	約28～40 % IACS	合金元素により低下し、調質により変動
比熱	約0.88～0.90 J/g・K	室温付近の一般的なアルミ合金値
熱膨張係数	約23～24 µm/m・K（20～100 °C）	他の高強度アルミ合金と同程度

7042は優れた強度対重量比と適度な熱性能が求められる用途に適しています。熱・電気伝導率は固溶体原子や析出物による電子・フォノン散乱のため、低合金または純アルミより低下します。

融点・固相線範囲は鋳造や溶接時に注意が必要で、局所的な過熱により低融点共晶の液相化が促進され、制御しなければ熱割れや軟化部が発生しやすくなります。

製品形態

形態	代表厚さ／サイズ	強度傾向	代表調質	備考
板材	0.5 – 6 mm	適切な熱処理で薄板は均一な強度	O, T4, T6, T651	航空宇宙の外皮やパネルに一般的
厚板	6 – 150 mm以上	急冷速度により厚さ方向で強度差異	T6, T651, T7	厚板は最適な急冷や後熱処理が必要
押出材	数百mmまでのプロファイル	方向性強度良好；限定的サイズでT6可能	T4, T6	押出しダイ設計と急冷能力がピーク特性を制限
チューブ	壁厚1 – 50 mm	押出材と類似挙動；精密には冷間引抜使用	O, T6	構造用・油圧用途で適切な熱処理とともに用いられる
丸棒／棒材	直径200 mmまで	冷却状態に依存；鍛造品はより優れた靭性	O, T6	重要部品やファスナーに鍛造棒が多用される

板材、厚板、鍛造品の加工差は主に断面厚さと急冷速度に起因します。薄板や小押出材は急冷が速く標準時効でほぼピーク特性を達成しますが、厚板や鍛造品は芯部の軟化や歪み回避のため、複雑な急冷または急冷後の伸張・時効処理が必要です。

成形性や加工性も製品形態により異なり、圧延薄板は退火状態で最良の冷間成形性を示す一方、押出材・鍛造棒は荷重を受ける部品で方向性に最適化された特性を発揮します。

同等グレード

規格	グレード	地域	備考
AA	7042	アメリカ	American Aluminum Associationの指定。Al-Zn-Mg系に該当
EN AW	7042	ヨーロッパ	EN AW-7042が一般的に引用される。組成や供給条件は若干異なる場合あり
JIS	A7042（概略）	日本	日本規格では関連するAl-Zn-Mg系組成を似た呼称で掲載する場合がある
GB/T	7042	中国	中国の標準指定あり。化学成分限界や材質状態は異なることがある

規格間の違いは、不純物許容レベルや銅および他の微量元素の厳密な限界、特定の材質状態に対する機械的特性の基準値に見られます。国際的に7042を指定する際は、管轄する規格と材質状態を明確に示し、特に重要な用途では化学成分や機械的特性の表を照合して互換性を確認する必要があります。

耐食性

7042は中程度の大気腐食抵抗を持ち、高強度・高銅の7xxx系合金よりは優れていますが、5xxx（Al-Mg）系や多くの6xxx（Al-Mg-Si）系合金よりは劣ります。亜鉛豊富な微細組織と不均一な析出分布は、表面処理がなければ攻撃的環境でピッティング腐食を促進する陽・陰極部の形成を招く可能性があります。

海洋・塩分環境では、未処理の7042は5xxx系合金より局部腐食を受けやすいため、長期使用にはアノダイズ処理、クラッディング、保護塗装が通常必要です。クラッディングや変換被膜による保護コーティングは、沿岸部の構造用途での許容性能を回復させます。

7xxx系合金で重要な設計課題である応力腐食割れ（SCC）のリスクについて、7042は比較的低い銅含有により7075よりSCC感受性は低減されていますが、完全に除去されてはいません。異種金属（鋼、銅）との電食作用は局部攻撃を促進するため、接合部の絶縁や適合するファスナー・保護バリアの使用が推奨されます。

加工特性

溶接性

7042の溶接は困難で、従来のTIG/MIG溶接では熱影響部の強度低下や低融点共晶による熱割れが頻発します。構造用途では摩擦攪拌溶接（FSW）や電子ビーム溶接が好まれ、より狭い熱影響部（HAZ）で特性保持が良好です。どうしても溶融溶接が必要な場合は、感受性の低い充填材料と溶接後熱処理を適用し、最良でも元のピーク特性完全回復は稀です。

機械加工性

7042は高強度Al-Zn-Mg合金として機械加工性は普通から良好です。高強度材質状態では6xxx系に比べ切削力と工具摩耗が大きくなります。炭化物工具、剛性の高いワーク保持と大量の冷却液を用いた高速切削が最適で、多くの加工で短く不連続な切りくずが発生します。切削条件が安定すれば表面仕上げと寸法精度は良好です。

成形性

O軟質材質状態では成形性は極めて良好で、薄肉の狭い曲げや深絞りが可能です。ピーク時効（T6/T651）状態は冷間成形に不向きで、多くは成形後に固溶処理・時効処理を行います。最小曲げ半径は材質状態および板厚で異なり、設計者は割れ防止のためOまたはT4状態の曲げ余長を活用してください。

熱処理挙動

熱処理可能なAl-Zn-Mg合金として、7042は固溶処理、急冷、時効により高強度が得られます。一般的な固溶処理温度は470〜490 °Cで、板厚に応じた処理時間を要し、Zn/Mg系の析出相溶解を促します。急冷は固溶体中の成分保持と時効中の析出促進に必須です。

人工時効（T6）は約120〜160 °Cで機械的特性の目標強度と靭性バランスを調整しながら処理します。過時効（T7）はより高温または長時間処理で析出物を粗大化させ、応力腐食割れ耐性を改善する代わりにピーク強度を犠牲にします。材質状態の移行（T4→T6→T7）は時効条件の変化で制御され、室温で進む自然時効も最終特性に影響を与えるため考慮が必要です。

高温特性

7042は常温から中程度の温度範囲での使用を想定しており、温度上昇に伴い機械的特性は低下し、約100〜150 °C以上で著しい強度劣化が現れます。耐クリープ性は耐熱合金に比べ限定的で、高温下での継続荷重は避けるべきです。

酸化は鉄系合金ほど問題になりませんが、長時間の高温曝露は析出物の粗大化と強度低下を招くため、熱安定性が長期高温用途の限界要因となります。溶接構造ではHAZの軟化と熱曝露による荷重支持能力のさらなる低下に注意が必要です。

用途例

産業分野	代表的部品	7042使用理由
航空宇宙	構造用継手及び鍛造部品	適切な時効で高い強度対重量比と良好な破壊靭性を実現
海洋	非主要構造のフレームやブラケット	中程度の耐腐食性と有利な強度／重量比
自動車	サスペンション部品、取り付けブラケット	高強度かつ軽量化に寄与する低密度材
防衛	ボルスター、武器マウント、コネクター本体	繰返し荷重下での強度と疲労性能
電子機器	構造用ハウジングやヒートスプレッダー	剛性と機械加工性を両立した複雑形状部品に最適

7042は高強度、適度な耐腐食性、良好な機械加工性を求められる軽量用途に選択され、最高強度だがSCC感受性の高い7xxx系と、腐食抵抗に優れるが強度が低い5xxx/6xxx系の間を埋める役割を果たします。

選定のポイント

通常の加工硬化合金より高い強度が必要で、銅含有の多い7xxx系よりSCC耐性を向上させたい場合、7042は高い比強度を要する構造部品における良好な妥協材となります。純アルミ（1100）と比較すると、導電性や成形性を犠牲にして大幅な強度と硬度の向上を実現するため、電気・熱伝導を重視する用途には不適切です。

3003や5052など加工硬化系合金と比べると、7042は静的強度及び疲労寿命を著しく向上させる一方、耐食性と冷間成形性は劣ります。成形性や海水耐性が最優先なら5052/3003の方が適します。6061/6063など熱処理系Al-Mg-Si合金には強度面で優位性がある一方、6061は多くの環境で溶接性や耐食性に優れるため、溶接のしやすさや入手性よりも軽量・高剛性を優先する場合に7042を選択してください。

まとめ

7042は高強度で熱処理可能なアルミニウム合金として依然有用であり、最高強度7xxx系より優れたSCC性能を有します。バランスの取れた化学成分と材質状態の選択肢により、高い強度や靭性、耐食性の調整が可能であり、軽量化のメリットを失うことなく要求の厳しい構造用途に対応できます。