アルミニウム7075：組成、特性、調質ガイドと用途

総合概要

7075は7xxx系アルミニウム合金の一種で、Zn-Mg-Cu系の高強度合金であり、主に構造用途向けに設計されています。主な合金元素は、強化の主因である亜鉛（Zn）、亜鉛と共析出相を形成するマグネシウム（Mg）、および強度と硬化性を向上させる銅（Cu）です。微量のクロム（Cr）とチタン（Ti）は、結晶粒構造と再結晶を制御します。強化機構は熱処理による析出硬化（時効硬化）であり、加工硬化ではなく、溶体化処理後の人工時効により非常に高い降伏強さおよび引張強さを発揮します。

7075は、非常に高い強度対重量比、適度な疲労特性、5xxx系および6xxx系合金に比べて限定的な耐食性、特殊な手順なしでの融合溶接性の低さが特徴です。成形性はピークテンパーでは制限されますが、焼なましや軽度の時効条件では改善します。典型的な使用分野は、航空宇宙の主・副構造部材、高性能自動車部品、防衛装備品、治工具、高強度スポーツ用品などです。設計者は、単位質量あたりの強度および剛性が最優先であり、製造および防食が管理可能な場合に7075を選択します。

7075は、静的強度がほぼ鋼に匹敵しながらも大幅な軽量化が求められる用途で他のアルミ合金より選ばれます。厳密な寸法管理が必要な加工や後処理の熱処理が許容される高性能用途において、チタンや高強度鋼と競合します。一方で、現地での溶接、高い成形性を要するプレス加工、長期の無保護海洋環境曝露が主な要件の場合は避けられます。

テンパーの種類

テンパー	強度レベル	伸び	成形性	溶接性	備考
O	低	高	優秀	優秀	成形および加工のための完全焼なまし
H14	中程度	中程度	普通	低	加工硬化; 押出しおよび冷間加工に使用
T4	中程度	良好	良好	低	溶体化処理および自然時効
T5	高	中程度	普通	低	熱間加工後冷却、人工時効
T6	非常に高い	中〜低	限定的	低	溶体化処理後の人工時効（ピーク強度）
T73	高（過時効）	中程度	改善	低	応力腐食割れ抵抗および靭性を向上させる過時効
T651	非常に高い	中〜低	限定的	低	T6の応力除去ストレッチ処理付き（寸法安定性）

テンパーは7075の機械的性能および実用的加工性に大きな影響を及ぼします。焼なまし（O）および溶体化処理状態は成形や冷間伸ばしに適し、T6/T651は展性・成形性を犠牲にして最大静的強度を提供します。T73のような過時効テンパーは、ピーク強度を多少犠牲にする代わりに応力腐食割れに対する耐性と靭性を改善し、腐食性環境や厳しい疲労環境に適した候補となります。

化学成分

元素	含有範囲（％）	備考
Si	最大0.40	不純物；鋳造性および高温特性に影響
Fe	最大0.50	不純物で、金属間化合物を形成し靭性を低下させる可能性
Mn	最大0.30	微量；結晶粒制御のために添加されることもある
Mg	2.1–2.9	析出硬化に関与するMgZn2相形成に必須
Cu	1.2–2.0	強度と硬化性を向上させるが耐食性は低下させる
Zn	5.1–6.1	主強化元素でMgZn2相を形成
Cr	0.18–0.28	再結晶を制御し靭性に寄与
Ti	最大0.20	鋳造品や一次インゴット用の結晶粒微細化剤
その他	総計最大0.15	Zr、Srなどの残留元素を含み、特性を制御するため低く抑える

7075の性能はZn–Mg–Cuの三元系により決まり、適切に時効された際にMgZn2（イータ相）析出相が主要な硬化相となります。銅は強度向上と硬化反応に寄与しますが、局所的腐食や応力腐食割れ感受性を高める傾向があります。クロムや微量元素は結晶粒制御および熱機械加工時の靭性と安定性維持に役立ちます。

機械的性質

7075の引張特性はテンパーに強く依存し、時効状態では微細分散析出物により非常に高い引張強度と降伏強さを示します。T6/T651状態では、応力-ひずみ曲線は比較的高い弾性限度と限定的な均一伸びを特徴とし、5xxx系および6xxx系合金に比べて総伸びが低くなります。硬さも同様にピーク時効状態で最も高い値を示し、強い析出硬化状態に対応します。

疲労特性は適切に処理されショットピーニングされた部品で概ね良好ですが、表面状態、残留応力、腐食に敏感です。厚み依存性があり、断面が大きいと冷却速度の低下や粗大析出物分布により物性値が低下する傾向があります。降伏および引張応力の集中は応力腐食割れを促進し、特にピーク強度状態での塩化物含有の湿潤環境で顕著です。

加工およびテンパー選択は破壊様式に強く影響し、過時効状態は成分性割れ抵抗性および靭性を向上させる代わりに最大強度を犠牲にします。動的荷重や破壊が重要な部品には、T6などのピークテンパー使用時に延性低下およびノッチ感受性の設計余裕を考慮する必要があります。

特性	O/焼なまし	主要テンパー（T6/T651）	備考
引張強さ	約170–280 MPa (25–40 ksi)	約540–620 MPa (78–90 ksi)	ピーク時効のT6/T651値は厚みや供給元で変動
降伏強さ	約60–150 MPa (9–22 ksi)	約470–540 MPa (68–78 ksi)	時効後に降伏強さが大幅に上昇
伸び	約20–35％	約5–12％	ピークテンパーおよび厚み増加で伸びが低下
硬さ	約45–70 HB	約150–190 HB	時効後のブリネル硬さは引張強さと相関

物理的性質

特性	値	備考
密度	2.81 g/cm³	高強度Al–Zn–Mg–Cu合金として典型的
融点範囲	約477–635 °C	固相線-液相線の温度差は組成や不純物による変動あり
熱伝導率	約130–150 W/m・K	純アルミや一部6xxx系合金に比べ低い
電気伝導率	約30–40% IACS	1100や6061に比べ合金元素の影響で低減
比熱	約0.96 kJ/kg・K	室温付近のアルミ合金として標準的
線膨張係数	約23–24×10⁻⁶ /K	他の圧延アルミ合金と同程度

7075の物理特性は合金成分に起因し、密度は他シリーズとほぼ同程度ですが、伝導性や熱拡散率は合金元素の影響で低下しています。熱的および電気的特性は多くの構造用途に適合しますが、最大伝導率が求められる放熱用途や導体用途では純アルミに劣ります。

熱処理の適正窓は融点／固相線温度および析出速度に制約されており、目的強度を得るためには溶体化温度や冷却速度の厳密な管理が求められます。中程度の熱膨張係数は、多材質構造体の設計時に考慮する必要があります。

製品形態

形態	代表的な厚さ・サイズ	強度特性	一般的な硬質化状態	備考
板材	0.2–6 mm	T6/T651で良好。ピーク硬化状態では成形性が制限される	O, T4, T5, T6, T73	時効後の機械加工・成形部品に広く使用される
プレート	6–100+ mm	焼入感受性により厚さの増加で強度低下	O, T6, T651, T73	厚板は特殊な熱処理と焼入治具が必要
押出形材	断面形状は多様	断面厚さにより機械的特性が変動	O, H14, T6（限定的）	複雑なプロファイルが製造可能だが時効硬化で歪みが発生することがある
管材	薄肉から厚肉まで	板材に類似した挙動。溶接管は熱影響部の問題がある	O, T6	シーム溶接管は溶接後の熱処理選択肢が必要
丸棒・棒材	Ø3–200 mm / ビレット材	T6で高強度。焼入勾配の影響を受けやすい	O, T6, T651	機械加工された構造部品やファスナーに一般的

形態間の加工特性の違いは焼入性と断面サイズに起因します。薄肉断面や小径棒は急冷が速くピークT6特性を安定的に得られますが、厚板や大型鍛造品は特別な焼入メディアや治具を用いないと特性の勾配を防げません。押出形材や溶接品は熱影響部（HAZ）や残留応力が考慮事項となり、製造後の熱処理や過時効硬質化状態の選択が必要となる場合があります。

同等グレード

規格	グレード	地域	備考
AA	7075	USA	Aluminum Association指定で、サプライヤーデータシートで一般的に参照される
EN AW	7075 (AlZn5.5MgCu)	欧州	化学組成は類似。ENの硬質化状態はAAに対応するが名称体系に違いあり
JIS	A7075	日本	JISで規定された不純物限度や硬質化コードを有する同等合金
GB/T	7075	中国	中国規格のグレードで組成は類似。ただし不純物許容範囲や試験方法の違いがある場合がある

地域間での違いは許容不純物上限、硬質化状態の命名方法、特定形態・厚みの機械的性質認証基準に起因します。調達時には適用国の規格・検査資料を参照することが重要で、航空宇宙や防衛用途の重要用途ではクロス認証が必要となる場合があります。サプライヤーによっては独自の指定（例: 7075-T6511）があり、正確な加工履歴を確認する必要があります。

耐食性

7075は5xxx系や6xxx系アルミニウム合金に比べ、大気中での耐食性は中程度にとどまります。銅含有により塩化物環境でピット腐食や粒界腐食など局所腐食に対する感受性が高まるため、外装用途や海洋環境においては有機コーティング、陽極酸化処理（アルマイト処理）、クラッド加工、犠牲陽極保護などの防食措置が一般的です。

応力腐食割れ（SCC）は、特にピーク時効であるT6や類似の硬質化状態で、塩化物を含む湿潤環境下での持続的な引張応力に際して重大な問題となります。T73のような過時効処理や若干強度の低い硬質化状態の選択は、最終強度を犠牲にしてSCC感受性を低減します。異種金属との接触によるガルバニック効果も管理が必要で、7075の電気化学的ポテンシャルにより、耐食性の低い金属の腐食が促進される一方で、7075自体も接触面のコーティングが破損した場合に局所的に攻撃されるリスクがあります。

6xxx系（例：6061）や5xxx系（例：5052）合金と比較すると、7075は過酷な環境への耐性は劣りますが、適切に保護・維持管理すれば高強度を活かした航空宇宙や高性能用途では防食措置を講じる価値があります。

加工性

溶接性

7075は従来のアーク溶接や抵抗溶接といった融解溶接方法では、熱割れの発生、熱影響部の強度低下、元の機械的特性の回復困難などがあり、一般的に推奨されません。摩擦攪拌接合（FSW）は一部の硬質化状態で許容可能な接合を生み出すことが可能ですが、溶接部は通常、溶接後の固溶処理および時効処理が必要であり、組み立て構造の場合は実用的でないことが多いです。どうしても溶接が必要な場合は、専用の充填材の使用、前後熱処理、厳密なプロセス管理により脆化やSCCリスクを最小化する必要があります。

切削性

7075は高強度ながら切削性に優れるアルミニウム合金とされ、密度の低さや切片形成性により多くの鋼材よりも速く良好な表面粗さで加工可能です。ポジティブラケット形状の超硬や高速鋼工具と大量クーラント使用により工具寿命が延長され、送り速度・切削速度は6061より高く設定可能です。切片は連続状になりやすく、切片制御と排出が適切に管理されないと工具の再切削や熱発生によって表面品質に影響が生じます。

成形性

成形性はOやT4状態で良好ですが、ピーク時効状態になると延性が低下し成形性が制限されます。推奨最低曲げ半径は硬質化状態や厚さに依存しますが、一般的にAl-Mg系より大きく、降伏強さの高さからバネ性（スプリングバック）が著しいです。複雑形状の場合は、まず焼なまし状態で成形し、その後固溶処理と時効硬化を行うか、冷間成形を多用する場合は他合金の選択を検討してください。

熱処理挙動

7075は代表的な時効硬化型合金で、典型的な熱処理工程は固溶処理、急冷、人工時効です。固溶処理は475～480 °C付近でMgZn2および関連相を固溶体中に溶解させるために行い、その後急冷により過飽和固溶体を保持します。人工時効（T6）は約120 °Cで12～24時間程度行い、微細なMgZn2析出物を生成してほぼピーク強度を得ます。

過時効処理（T7x系列、例：T73）は高温または長時間の時効を行い析出物が粗大化してピーク強度は低下しますが、応力腐食割れ耐性や靭性が改善されます。T651はT6状態後の制御伸張による残留応力除去を示し、航空機用プレートや押出形材に寸法安定化のためによく指定されます。焼入速度の管理は重要で、不十分な急冷は粗大な析出物、不均一な特性の原因となります。

加工硬化による非時効硬化強化は7075ではあまり重要でなく、Hxx系硬質化状態も存在しますが、一般的には熱処理による強化と比べ強度が劣勢です。

高温特性

7075は常温での時効安定性を超える温度に達すると強度を急速に低下させます。約100～120 °C以上で析出物の過時効が起こり、著しい軟化が発生します。中程度に高温の長期曝露では析出物の粗大化および再結晶などの回復現象により降伏強さ・引張強さが低下します。このため、7075は持続的な高温構造用途には適しません。

酸化耐性は他のアルミ合金と同様に薄い酸化被膜によって保護されますが、熱的に活性化された析出物の変化を防ぐことはできません。溶接部や熱サイクルを受ける部位では、熱影響部の軟化や局所的な強度低下が顕著になるため、高温暴露部品には溶接後処理や代替接合方法の検討が望まれます。

強度維持が求められる短期または断続的な高温使用の場合は、許容温度・時間を設計段階で明確にし、場合によっては他合金への切替や保護的熱処理工程の導入を検討してください。7075のクリープ抵抗は高温アルミ合金に比べ限られており、一般的な用途応力下ではほとんど無視できます。

用途

産業分野	部品例	7075が選ばれる理由
航空宇宙	翼の取り付け金具、構造用鍛造品	適切な処理により優れた強度対重量比と疲労特性を発揮
海洋	高強度シャフト、金具（防錆処理済み）	重量が重要な部品に対して高強度を持ち、腐食防止が可能
自動車	高性能サスペンション・シャーシ部品	軽量かつ高静的強度の性能部品に最適
防衛	武器部品、マウント	高引張強さと加工性により精密部品に適する
スポーツ用品	自転車フレーム、登山用具	重量を抑えつつ高強度と疲労耐性を実現
電子機器	構造用マウント、一部の放熱部品	剛性と加工性の両立による構造支持部品向け

7075は、質量あたりの最大静的強度および疲労強度が設計の主要要素となる用途において依然として最適な合金です。製造および防食対策が適切に実施できる場合に特に有効です。その加工性および高精度部品の製造能力により、厳しい公差や表面仕上げが求められる部品に適しています。

選定のポイント

7075は強度対重量比が最重要であり、熱処理、機械加工、表面処理などの製造工程を厳密に管理できる場合に使用してください。航空宇宙用金具、防衛用ハードウェア、精密機械部品など、高性能向けにコストや防食対策の追加が性能向上に見合う場合に最適です。

商業純アルミニウム（例：1100）と比較すると、7075は電気および熱伝導性と優れた成形性を犠牲にして、強度を一桁以上向上させています。伝導性や深絞り成形を優先する場合は1100を選択してください。3003や5052など加工硬化合金と比較すると、7075ははるかに高い静的強度を持つ一方で、耐食性や成形性は劣るため、海洋用薄板、燃料タンク、溶接構造などにはこれらの合金が好まれます。6061のような熱処理可能な6xxx系合金と比較すると、7075はピーク強度が著しく高いものの、溶接性と耐食性が劣ります。最強度を求める場合は7075を、溶接性やアルマイト処理品質、耐食性を重視する場合は6061を選択してください。

選定時にはコスト、供給の安定性、加工後の処理条件も考慮してください。溶接や現場での大きな成形加工が予想される場合は、強度は低いものの6061や5052を検討することを推奨します。

まとめ

7075は、設計者が鋼材に匹敵する静的強度を求めつつ大幅な軽量化を必要とする用途における高強度アルミニウム合金の代表格です。厳格な製造管理と防食対策によってその性能を最大限に引き出せます。熱処理による時効硬化特性により、様々な調質で強度と靭性のバランスを調整可能であり、航空宇宙、防衛、高性能分野で不可欠な合金です。適切な調質選択、表面保護処理、プロセス管理が7075の性能を引き出しつつその制約を制御するために重要です。