アルミニウム 7079：組成、特性、焼き戻し状態ガイドおよび用途
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総合概要
7079は、7xxxシリーズに属する高強度の熱処理型アルミニウム合金で、主な合金元素は亜鉛で、マグネシウムおよび銅が比較的多く含まれています。圧延アルミ合金の中でも高強度側に位置し、重量あたりの強度が重要視される構造用途向けに設計されています。
この合金は、固溶化熱処理の後に人工時効（析出硬化）を行うことで強度を得ており、微細なMgZn2および銅を含む析出物が転位の動きを阻害します。主な特長は非常に高い強度、5xxxや6xxx系合金に比べて中程度から低い固有の耐食性、ピーク時効状態での溶接性の制限、および軟質時の加工性の向上が挙げられます。
7079を使用する代表的な業界には、航空宇宙の一次・二次構造部品、高性能スポーツ用品、防衛用部品、静的強度が求められる特殊な自動車や海洋用途などがあります。エンジニアは、降伏強さと引張強さの優れた組み合わせが必要で、プロセス管理による溶接性や成形性の確保、または特定の時効処理を用いた応力腐食割れ抵抗の調整が可能な場合に7079を他の合金より選択します。
7075や7050の代わりに選ばれることが多く、特定の化学成分や加工方法によって厚さ方向の特性が改善された場合や、制御伸張や過時効などの特定の時効バリエーションにより、応力腐食割れに対する耐性と保持強度の望ましい組み合わせが得られる場合に特に有効です。電気伝導性や加工のしやすさよりもピークの構造強度を優先する場合、より一般的な6xxx系合金よりも本合金が選択されます。
時効（Temper）バリエーション
| 時効状態 | 強度レベル | 伸び | 加工性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 | 優秀 | 優秀 | 完全焼なまし、成形に最大の延性を発揮 |
| H12 | 低〜中 | 中程度 | 良好 | 良好 | 部分的な冷間加工硬化により強度はわずかに上昇 |
| H14 | 中 | 中程度 | 可 | 可 | 薄肉部品向けの軽微な加工硬化 |
| T5 | 中〜高 | 中程度 | 可 | 悪（溶接後に強度低下） | 高温成形後に冷却し人工時効 |
| T6 | 高 | 低〜中 | 悪 | 悪 | ピーク時効状態、最も一般的な最高強度 |
| T651 | 高 | 低〜中 | 悪 | 悪 | 固溶化処理後、伸張による応力除去、人工時効 |
| T76 | 中〜高 | 中程度 | 可 | 悪 | 応力腐食割れ耐性向上のための過時効 |
| H112 | 中〜高 | 中程度 | 可 | 悪 | 熱処理後の安定化時効 |
時効状態の選択は、7079の最終的な機械的性質および耐食性に大きく影響します。焼なましのO状態は深絞りや曲げ加工に適し、T6/T651は最大の構造性能を発揮します。過時効のT76などは応力腐食割れの感受性を低減しますが、引張強さや降伏強さの低下を伴うため、過酷な環境下での用途に有用です。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 最大0.10 | 不純物；鋳造において微量許容、硬化への影響は限定的 |
| Fe | 最大0.50 | 硬質相形成元素；含有量増加は靭性および疲労寿命を低下させる |
| Cu | 1.0～2.0 | 強度向上、析出物の挙動および靭性に影響 |
| Mn | 最大0.30 | 結晶粒組織の制御に用いられ、強度向上は限定的 |
| Mg | 2.0～3.0 | Znとともに主要な硬化元素であり、MgZn2析出物を形成 |
| Zn | 6.0～7.5 | 主要な強化元素；析出物の化学組成とピーク強度を制御 |
| Cr | 0.18～0.35 | 結晶粒組織の制御および再結晶抵抗性向上に寄与 |
| Ti | 0.10～0.25 | 粒子細化剤として使用、小量で鋳造／インゴットの結晶粒サイズを制御 |
| その他（各元素） | 残留元素 | 微量元素および残留物は靭性および加工性を維持するため管理される |
7079の性能は主にZn–Mg–Cu系により制御されます。ZnとMgが結合して主たる強化析出物MgZn2を形成し、Cuは析出物の形態を変え、時効速度を調整します。CrとTiは微量添加され、結晶粒の細化および加工中の再結晶抵抗性向上をもたらし、靭性と厚み方向の特性を改善します。
機械的性質
引張特性は時効状態や厚みに強く依存します。焼なまし（O）状態では引張強さは比較的低く、伸びは高いため成形や冷間加工に適しています。ピーク時効（T6/T651）では、引張強さと降伏強さは7xxxシリーズの高強度合金特有の高い値に達しますが、靭性は低下し、一般的に構造用材料の板厚において伸びは一桁から二桁前半％程度となります。
硬さは強度に連動しており、O状態からT6状態への顕著な向上が見られます。T6の硬さは構造用アルミ部品に適した範囲にあり、良好な材料管理がなされた場合の疲労性能とも相関します。疲労特性は表面仕上げ、残留応力状態、加工時に発生する粗大な硬質相や気孔の有無に大きく影響されるため、ショットピーニングや表面処理が疲労寿命延長に一般的に用いられます。
厚みは達成可能な強度と破壊挙動に影響を及ぼします。厚板では熱処理および焼入れ効果が断面増加に伴って低下し、残留応力や厚み方向の金属組織も断面サイズにより変化するためです。厚板は薄板に比べ、機械的性質が低下し、層状剥離腐食や粒界腐食の感受性が高い傾向があります。
| 特性 | O（焼なまし） | 主要時効（例：T6/T651） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 200～320 MPa | 520～640 MPa | T6がピークの引張強さを示し、板厚や時効管理により幅あり |
| 降伏強さ | 90～160 MPa | 430～560 MPa | 時効硬化および伸張により降伏強さが飛躍的に向上 |
| 伸び | 12～22％ | 6～12％ | 焼なましは非常に延性が高く、ピーク時効は曲げ加工に向かないことが多い |
| 硬さ | 約50～80 HB | 約150～190 HB | 硬さは析出状態に依存し、過時効でやや低下 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.78～2.82 g/cm³ | 高強度Al–Zn–Mg–Cu合金の典型値；正確な組成により変動 |
| 融点範囲 | 約480～640 °C | Zn/Cu含有量により固相線・液相線範囲が変化；鋳造・溶接時は熱管理に注意 |
| 熱伝導率 | 120～150 W/m·K | 純アルミニウムに比べて低く、合金元素と析出物により減少 |
| 電気伝導率 | 約30～35 %IACS | 固溶元素および析出物による散乱で純アルミに比べ低下 |
| 比熱 | 約0.88～0.90 J/g·K | 室温で他のアルミ合金とほぼ同等 |
| 熱膨張係数 | 23～24×10^-6 /K | 他の7xxx系合金と同程度；異種材料との接合設計に関連 |
7079の物理的性質は金属基体のアルミと高密度の析出群のバランスを反映しています。熱伝導率および電気伝導率は中程度で、合金元素量や析出物増加により低下します。設計者は純アルミや低合金の1xxx/3xxx系合金と比較して放熱性能が劣る点を考慮する必要があります。
熱膨張係数および比熱は典型的なアルミニウム合金値に近く、放熱や高熱勾配環境での熱管理戦略では、本合金の低い熱伝導率を考慮した設計が推奨されます。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚さ/サイズ | 強度特性 | 一般的な硬質状態 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.5～6.0 mm | 低強度（O）から高強度（T6/T651）まで幅広く対応 | O, T5, T6, T651, T76 | 外板および二次構造部品に広く用いられる |
| 板材 | 6～150 mm | 厚肉部で強度が低下しやすく、焼入れ感受性あり | T6, T651, T76 | 厚板は大型加工と管理された焼入れが必要 |
| 押出材 | 最大断面約200 mmまで | 縦方向に優れた強度、硬質状態に依存 | T5, T6, T651 | 押出合金はダイ設計と焼入れを最適化し、T相の不均一性を回避する必要あり |
| チューブ | 構造用チューブに適した直径 | 薄肉チューブはシートと同等の強度 | T5, T6 | 冷間引抜きおよび熱処理で最終特性を得る |
| 丸棒/棒鋼 | 締結具や金具に適した直径・断面 | 高軸方向強度を実現可能 | O, T6 | O状態で加工性良好、T6で時効処理によりピーク強化 |
形状や加工方法により得られる特性は大きく異なります。押出材や引抜チューブは強い方向性テクスチャが生じ、異方性や破壊挙動に影響します。厚板では冷却速度が遅く、焼入れ誘発残留応力や変形のリスクが高まるため、完全なT6特性の獲得には実用的な限界があります。
製品形状の違いは二次加工の工程も左右します。板材は大型炉での固溶化処理および時効処理が必要で、焼入れや矯正には慎重な管理が求められます。一方、押出材は押出時の状態から時効処理し、変形を最小に抑えつつ目的の硬質状態を得るのが一般的です。
相当鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 7079 | 米国 | Aluminum Association規格の主要指定 |
| EN AW | 7079 | 欧州 | 同等のEN表示で、圧延製品で一般的 |
| JIS | A7079 | 日本 | JIS名称はAAの化学成分および機械的性質と整合 |
| GB/T | 7079 | 中国 | 中国規格は類似の化学組成と硬質状態を参照 |
相当表は化学成分や硬質状態が大まかに一致していますが、不純物限度、加工条件、特性保証など細かな差異が規格間に存在することがあります。国際的に7079部品を指定する場合には、正確な規格、許容公差、検査基準を確認し、互換性を確保することが重要です。
耐食性
7079はZnとCuの含有量が高く、これが特定条件下で陽極溶解および粒界侵食を促進するため、5xxx系や多くの6xxx系合金に比べて一般耐食性や孔食耐性が低めです。中性大気では許容範囲内の性能を示しますが、海洋性や塩化物含有環境では局所腐食が加速します。
高強度7xxx系合金の主要な課題として応力腐食割れ（SCC）が挙げられ、特にT6などの高硬さ硬質状態で感受性が高まります。過時効（例：T76）や残留応力低減を制御することでSCCリスクは大幅に低減可能です。保護策としてはクラッド、陽極酸化処理、クロメート変換被膜、犠牲防食、硬質状態の選定および成形後の応力除去が有効です。
より貴な金属（ステンレス鋼、チタン）とのガルバニック作用により、7079は電解液中で加速した陽極溶解を起こすため、設計時には異種金属の接触を絶縁もしくは塗装・絶縁処理で防止する必要があります。7xxx系は5xxx系や多くの6xxx系より高強度を持つ反面、耐食性が劣るトレードオフがあります。
加工特性
溶接性
7079の溶接は困難を伴います。TIGやMIGなどの溶融溶接は熱影響部で著しい強度低下が生じやすく、ホットクラックや多孔質のリスクも大きいです。溶接材の選択が重要で、サービス条件に応じAl–Si系またはAl–Mg系フィラー材（例：4043や5356シリーズ）を用いますが、溶接継手が母材強度に達することは稀であり、溶接後の時効処理でもピーク特性の完全回復は困難です。機械的締結や接着、摩擦攪拌溶接が多く選ばれており、摩擦攪拌溶接は良好な接合強度と低いSCC感受性を示します。
切削加工性
7079の切削加工性は中程度です。ピーク時効硬化状態は工具摩耗が進みやすく、切りくずは短い断片になります。一方、焼鈍状態は加工性が良く長い切りくずが得られます。カーバイド工具でポジティブラケ刃形状、高圧冷却液を使用し工具寿命と表面仕上げを維持することが推奨されます。送り速度や切削速度は硬質状態や断面サイズに合わせて調整してください。表面残留物や捕捉された金属間化合物は仕上げ性に影響し、疲労クリティカルな部品は切削後の応力除去処理が必要です。
成形性
成形は延性および曲げ性が最大となる軟質硬質状態（OまたはH1x）が最適です。T6やT651状態は冷間での成形性に限界があり、より大きな曲げ半径や専用プレスが必要です。インクリメンタル成形、温間成形、または事前焼鈍により複雑形状を得ることも可能です。設計時にはT6状態での最小曲げ半径を遵守し、鋭角部位は割れ防止のため避けてください。成形後に固溶化処理および時効処理を行うことで寸法管理や変形許容範囲内で形状の調整が可能です。
熱処理特性
熱処理可能な合金である7079は、固溶化処理、焼入れ、人工時効サイクルに強く反応します。典型的な固溶化温度は470～480 °Cの範囲で、溶質過飽和相を均一化するため所定時間保持し、急冷で固溶体を保持します。続く人工時効はおおむね120～170 °Cで行い、微細なMgZn2およびCu含有相を析出させ、ピーク強度（T6）を実現します。
過時効（例：T76）は析出物を意図的に粗大化し、応力腐食割れおよび剥離腐食耐性を向上させる一方で、最大強度は低下します。T651は固溶化処理後、T6まで人工時効し、その後伸張による応力除去を施した状態であり、焼入れ残留応力を低減し精密部品の歪みを抑制します。
高温性能
7079は温度上昇に伴い著しく強度が低下します。およそ120～150 °C以上で軟化が顕著となり、設計者は連続使用温度を制限すべきです。短時間の高温曝露では負荷保持能力を一部維持しますが、クリープ耐性は高温用合金に比べて劣り、温度と応力の上昇により急速に低下します。
酸化は主にアルミニウムの自然酸化被膜で制御されていますが、高温曝露により環境攻撃が加速し、粒界に関連する劣化が促進されることがあります。溶接の熱影響部は局所的に特性低下を示し、熱サイクルや機械的荷重が繰り返される長期使用では安定性に課題が生じます。
用途例
| 産業分野 | 例示部品 | 7079採用理由 |
|---|---|---|
| 航空宇宙 | 金具、ブラケット、重要な取り付け部品 | 高い強度重量比、適切な加工で良好な靭性を実現 |
| 海洋 | 構造フレームおよびスパー | 高い静的強度とSCC耐性向上のための過時効対応 |
| 自動車 | 高性能シャーシおよびサスペンション部品 | 高降伏強さにより軽量化を図り安全性確保 |
| 防衛 | 武器マウント、構造部品 | 設計された形式による高強度と弾道・衝撃耐性 |
| スポーツ用品 | 自転車フレーム、高性能部品 | 競技用機器向けの軽量高強度ソリューション |
7079は高い静的強度と十分な靭性の最適な組み合わせを求める設計に適しており、硬質状態や表面処理によって耐食性を調整可能です。構造的完全性を犠牲にできない軽量化部品において特に重要な役割を果たしています。
選定のポイント
7079は降伏強さおよび引張強さを最優先する場合の高強度選択肢ですが、耐食性、溶接性、成形性のトレードオフを伴います。成形には焼鈍硬質状態、完成構造部品にはピーク時効または過時効硬質状態を用い、SCC耐性と最高強度のバランスを取ることが推奨されます。
純アルミニウム（1100）と比較すると、導電性と成形性は犠牲にするものの、著しく高い強度と剛性を提供します。3003や5052のような加工硬化合金と比較すると、7079はかなり高い静的強度を示す一方で、耐食性が低く冷間成形性も劣ります。6061や6063のような一般的な熱処理合金に比べると、ピーク強度は高いですが、コストが高く、SCC感受性が大きく、溶接や成形の制限がより厳しい傾向があります。
7079を選択する際は、入手可能性、調質および熱処理サイクルのコスト、そして後工程での加工ニーズを考慮してください。溶接のしやすさや優れた耐食性が求められる場合は、6xxx系または5xxx系の代替材のほうが適している場合があります。構造的要求や特定の重量あたり性能要件が、追加の加工や保護措置を正当化する場合に限り、7079を使用してください。
まとめ
7079は引張強さおよび降伏強さが最重要視される重量が重要な構造設計に適した、専門的な高強度アルミニウム合金として今なお有用です。調質選択と制御された熱処理によって強度と耐食性を調整できる点に価値があり、航空宇宙、防衛、高性能エンジニアリングの要求が厳しい用途における定番合金となっています。