アルミニウム8007：成分、特性、硬化区分ガイドおよび用途

総合概要

Alloy 8007は8xxx系アルミニウム合金の一部であり、リチウムを主要な合金元素として含むことが特徴的なシリーズです。この合金群は、リチウムの効果により比重を低減し、単位質量あたりの弾性率を向上させることで、構造用途における比剛性や重量制約のある性能を高めることを目的としています。

8007は熱処理可能な析出強化型アルミニウム合金として設計されており、主な強化機構は人工時効中に形成される微細なδ'（Al3Li）およびその他の整合性のある析出物の核生成と成長です。組織は溶体化処理、急冷、制御時効により調整可能で、強度、延性、靭性の最適なバランスを異なる調質で実現できます。

8007の主な特徴は、従来のAl-Mg-SiやAl-Cu合金と比較して優れた強度対重量比、より低い比重、および同等厚さでの剛性向上です。耐食性および溶接性は調質と化学成分に大きく依存し、成形性は一般にアニーリングまたは部分アニーリング調質が最も良好で、ピーク時効条件下では低下します。

8007の主な用途産業は、航空宇宙および宇宙構造、高性能輸送（自動車および鉄道）、特殊な海洋部品、質量低減と高剛性が求められる選定された電子機器や熱管理用途です。設計上、比剛性と軽量化を最優先し、かつ中〜高強度、適切な耐食性と疲労性能を求める場合にエンジニアは8007を選択します。

調質のバリエーション

調質	強度レベル	伸び	成形性	溶接性	備考
O	低	高	優秀	優秀	完全アニーリング、最大の延性で成形に最適
H111 / H14	低〜中	中〜高	非常に良好	良好	軽度の加工硬化による強度向上
T3	中	中	良好	並	溶体化処理後冷間加工、自然時効
T6	高	低〜中	並	並〜良好	溶体化処理および人工時効により最大強度を達成
T8 / T91	高	低	制限あり	並	溶体化処理後冷間加工、人工時効（制御条件）
T651	高	低	制限あり	並	溶体化処理後、伸張による応力除去、人工時効

調質は8007の降伏強さ・引張強さと延性のバランスを、析出物の大きさ、分布、転位密度の変化によって制御します。アニーリング（O）調質は成形性を最大化し深絞り部品に最適ですが、T6などの調質は引張強さと降伏強さを最大化する代わりに伸びや曲げ性を犠牲にします。

時効経路および冷間加工量は靭性、疲労亀裂進展速度、局部腐食の受容性に大きく影響し、設計者は成形工程や使用時の負荷条件に適した調質を選択し、過処理または強度不足を回避する必要があります。

化学成分

元素	含有範囲（％）	備考
Si	0.10–0.50	不純物管理；Feと共析する金属間化合物を形成；鋳造用グレードでは流動性を制限
Fe	0.05–0.60	靭性および介在物源；粗大な金属間化合物を抑えるため低めに管理
Mn	0.05–0.50	結晶粒構造制御および析出分散物を介した強化
Mg	0.05–1.20	時効硬化と強度に寄与し、Li/Al相と相互作用
Cu	0.05–2.00	追加の析出相により強度を向上させる一方で耐食性を低下させる可能性あり
Zn	0.00–2.00	強度向上に寄与することがあるが、高含有は局所腐食のリスク増加
Cr	0.01–0.30	再結晶抑制および粗大粒成長制御
Ti	0.01–0.20	鋳造品および圧延品の結晶粒細化、機械的均一性向上
その他（Li含む）	Li 0.20–2.50（典型値）	リチウムがこの合金の特徴的元素であり、微細組織制御用にBe、Zrなどの微量元素も含む

8007の化学組成は、リチウム含有量が性能の核となっており、密度低減および高比強度をもたらすδ'析出物の形成を促進します。銅、マグネシウム、亜鉛は追加の析出相により強度調整に用いられますが、耐食性および破壊靭性維持のためにバランスが必要です。Zr、Cr、Tiの制御添加により、粒状組織の細化、熱サイクル時の引張特性安定化、再結晶抑制が図られます。

機械的性質

8007の引張挙動は調質および製品形態によって大きく異なります。アニーリング（O）材は引張強さは控えめながら高い伸びを示し、T6やT8調質は引張・降伏強さが大幅に向上する代わりに延性が低下します。ピーク時効状態では細かく整合性のあるAl3Li析出物が降伏強さと引張強さを向上させつつ、剛性向上も維持します。

降伏強さは時効および冷間加工に敏感で、T6調質は均質な析出により著しい降伏強さの向上を示しますが、局所的な過時効や粗大析出物は降伏強さと靭性を低下させます。高強度調質では伸びは低下し、厚板材では厚さ方向の拘束や微細組織の非均一性が伸び低下に拍車をかけます。

疲労性能は適切な処理により合金の剛性と析出物分散により向上しますが、表面粗さ、介在物、異種金属接触によるガルバニック効果で疲労亀裂の開始と早期進展が促進されることがあります。厚さの影響も顕著で、薄板は溶体化処理および急冷の応答が速く均一な特性が得られますが、厚板は急冷速度が遅くピーク特性が劣る傾向があります。

特性	O/アニーリング	主な調質（例：T6）	備考
引張強さ	150–250 MPa（典型値）	350–470 MPa（典型値）	リチウム含有量と熱処理条件に依存；T6で顕著な上昇
降伏強さ	60–130 MPa（典型値）	300–420 MPa（典型値）	時効と冷間加工により増加；熱影響部(H A Z)で軟化することも
伸び	20–35%	7–15%	高強度調質や厚板では延性低下
硬さ	40–90 HB	90–140 HB	硬さは析出密度と加工硬化に相関

物理的性質

特性	値	備考
密度	2.55–2.67 g/cm3	リチウム含有により従来のアルミより低い；正確な値はLi量に依存
融点範囲	約520–650 °C	合金元素により固相線・液相線がシフト；適切な溶体化処理温度の遵守が必要
熱伝導率	120–165 W/m·K	純アルミより低く、合金元素と調質に依存
電気伝導率	25–48 %IACS	純アルミに比べ低下；固溶元素含有と加工硬化でさらに減少
比熱	約0.90 J/g·K	一般的なアルミ合金と同程度；合金元素で若干変動
熱膨張率	22–24 µm/m·K（20–100 °C）	多くのアルミ合金と類似だがLi含有量により若干影響を受ける

8007の低密度は重量制約の厳しい設計における主要な物理的利点であり、高い比剛性に寄与します。熱・電気伝導率は純アルミに比べ低下しており、熱管理や電気用途では考慮が必要です。

熱処理の適正範囲が重要であり、溶体化処理や時効パラメータは合金の融点とLi含有析出物の安定性を考慮しなければなりません。また、異種材料との接合には熱膨張差異も考慮する必要があります。

製品形状

形状	代表的な板厚・サイズ	強度特性	一般的な調質	備考
シート	0.2–6.0 mm	薄板での均一性に優れる	O, H14, T3, T6	航空機の外皮や自動車パネルによく使用される
プレート	6–25 mm	厚板では焼入感受性により強度が低下する場合がある	O, T6（限定的）	板厚方向の機械的特性を確保するために厳密な工程管理が必要
押出材	最大断面寸法200 mm	断面サイズと時効硬化により強度が変動	T6, T8	構造用リブやレールなど複雑な断面形状に使用される
チューブ	壁厚0.5–8.0 mm	軸方向の強度に優れ、曲げ・成形は調質による	O, T6	軽量構造用パイプや航空機システムに用いられる
丸棒・棒材	直径5–100 mm	径と熱処理により強度が変動	O, T6	継手部品、機械加工部品、ファスナーに使用される

シートや薄板製品は、OおよびH調質で均一な焼入れ・時効反応と良好な成形性を実現するために広く用いられています。プレートや大断面の押出材では、溶体化処理と焼入れの厳密な管理が必要で、軟弱芯部の発生を防ぎ均一な機械的特性を得ることが重要です。

圧延と押出しの加工方法の違いは、テクスチャー、異方性、成形性に影響します。厚さ方向に厳密な特性均一性が求められる場合、供給業者は溶体化処理および温度管理を指定するか、冷間加工調質と制御された時効処理の組み合わせを推奨します。

同等鋼種

規格	グレード	地域	備考
AA	8007	米国	本化学組成族の一般的な業界名義。仕入先によりバリエーションが存在
EN AW	8xxx（各種）	ヨーロッパ	Li含有合金は一般に8xxx系列に分類されるが、正確な対応は組成次第
JIS	A8xxxシリーズ	日本	日本規格でも同様に8xxx系が存在し、グレード番号は組成による
GB/T	8007（または8xxxシリーズ）	中国	中国規格ではシリーズによる番号付けが多く、正確な同等品は組成の確認が必要

8007の正確な同等品は、仕入先の専有バリエーションや狭い組成範囲があるため必ずしも一対一ではありません。設計者は認証された化学成分および機械的試験報告書の提出を求め、必要に応じてLi、Cu、Mgの特定限界値を比較し、各規格間の同等性を確認してください。

耐食性

8007の大気環境下での耐食性は、CuおよびZn含有量を制御すればLi含有合金として概ね良好です。自然に保護性アルミナ層が形成され、適切な調質および表面仕上げにより性能が向上します。ただし、CuまたはZn含有量が高くなると、塩害環境下での孔食や剥離腐食の感受性が増すため、使用環境に応じた仕様設計が必要です。

海洋および塩化物リッチ環境下では、8007は2xxx系に比べて許容される性能を示しますが、保護処理なしでは5xxx純Al-Mg合金ほどの耐食性は期待できません。特にファスナーや接合部付近での局部腐食を防ぐために、合金調質や溶接後処理に注意が必要です。

応力腐食割れのリスクは引張応力や特定の化学成分（特にCu高含有）により増加します。持続的な引張応力を低減する設計や、耐食性調質・コーティングの採用でリスクを軽減可能です。8007は一般的なステンレス鋼や銅合金に比べてアノード側に位置するため、電食防止のため絶縁インターフェースの設置や適合したファスナー選択を推奨します。

他の合金ファミリーと比較すると、8007は比剛性が優れ、高強度Al-Cu合金に対しては耐食性が同等かやや良好ですが、未塗装の海洋曝露環境では5xxx Mg合金の純粋耐食性には及びません。

加工特性

溶接性

8007のGTAW（TIG）およびGMAW（MIG）溶接は可能ですが、Liの蒸発抑制と熱影響部（HAZ）の軟化制御のためにプロセス管理が必要です。一般的な溶加材はAl-Si系またはAl-Mg-Si系が用いられ、強度と耐食性のバランスを考慮した選択がされます。重要構造物には予熱・溶接後の制御された溶体化処理や機械的応力除去が求められます。高Cu/Zn含有での熱割れリスクは中程度で、航空宇宙部品などではパルス溶接や真空・不活性ガス遮蔽が一般的です。

機械加工性

8007の機械加工性は調質および断面寸法により良好から普通程度です。高強度調質は加工硬化と工具への負荷増加により加工性が低下します。正面リード角のカーバイド工具と良好な切りくず排出が推奨されます。切削速度は鋼より高速、純アルミよりは低速が一般的です。切りくずは適切な送り速度と潤滑により短く断続的な形状になり、冷却剤と切りくず制御は仕上げ面の品質向上と工具寿命延長に寄与します。

成形性

成形性はOおよび軽加工H調質で非常に優れますが、ピーク時効のT6/T8調質では延性・曲げ性が低下します。O調質の典型的な最小曲げ半径は小さく（R/t ≈ 1–2）、調質および金型形状により異なります。対してT6はより大きな半径とばね戻り補正が必要です。複雑形状には温間成形や溶体化処理・時効サイクルを用い、成形性を向上させた後に人工時効で強度を回復させます。

熱処理特性

8007は熱処理型合金であり、典型的な溶体化処理、焼入れおよび人工時効サイクルによりピーク強度が得られます。溶体化温度は500–540 °Cの範囲で、組成により異なります。均一な焼入れが粗大析出物の発生抑制と溶質過飽和の保持に不可欠です。

人工時効は通常120–180 °Cの中温で行い、高強度・高剛性をもたらす微細なδ'（Al3Li）析出物を生成します。過時効は高温または長時間で起こり、析出物の粗大化とピーク特性の減少をもたらします。調質（T6 vs T8/T91）により強度と靭性のバランスを調整します。

一部調質（T3）では自然時効により室温で部分的な析出が進行し、また冷間加工の後の時効（T8）では転位ネットワークが異種核生成を促進し降伏強度が向上します。冷却速度と時効サイクルの制御は、特に厚板や複雑アセンブリでの特性勾配を避けるために重要です。

高温性能

8007は約125–150 °Cを超えるとLi含有析出物が粗大化・溶解し、強度が著しく低下します。このため継続的な使用温度が制限されます。短時間の耐熱使用は調質・必要特性により最大約200 °Cまで許容されることがありますが、長期的な負荷を伴う高温サービスは推奨されません。

常温環境下では酸化はアルミニウムの保護酸化膜により抑制されますが、高温では表面スケーリングや化学組成の変化が起こる可能性があります。溶接熱影響部は局所的な軟化や引張特性低下の懸念があり、析出物の溶解と再析出が原因です。重要部品では溶接後熱処理または機械的応力除去が通常指定されます。

耐クリープ性は高温用合金に比べて限定的であり、設計者は高温での長時間応力を避け、熱的変動が想定される場合は用途別試験を推奨します。

用途例

業界	例示部品	8007が採用される理由
航空宇宙	胴体リブ、内部取付部品	高い比剛性と構造効率を高める軽量化
海洋	軽量上部構造パネル	低密度かつ適切に制御された耐食性を持つ強度
自動車	構造補強部材、衝突安全部品	必要強度を保持しつつ燃費向上のための軽量化
電子機器	ヒートスプレッダおよび筐体	質量低減と十分な熱伝導性、構造剛性

8007は質量軽減と比剛性向上を設計目標としつつ、熱処理によって中〜高強度を得られる用途で選択されます。構造性能と軽量化が同時に求められる航空宇宙の主要・二次構造部材、高付加価値輸送部品および一部の熱管理部品などに最適な特性を有しています。

選定のポイント

8007を選択する際は、比剛性の向上と質量低減を重視しつつ、時効処理により達成される中〜高強度を必要とする用途を優先してください。成形性、溶接性、耐食性に関して製造後の調質条件を早期に指定しておくことで、意図しない問題を避けることができます。

商用純アルミニウム（例：1100）と比較すると、8007は電気伝導性や熱伝導性、成形性の一部を犠牲にする代わりに、はるかに高い強度と低密度を実現しており、純粋な導電性や高い成形性を求める用途よりも構造部品に適した選択肢となっています。一般的な加工硬化合金（例：3003、5052）と比べると、8007はピークテンパー時の延性低下や材料コストの増加の可能性を伴うものの、優れた比強度および比剛性を提供します。一般的な熱処理合金（例：6061/6063）と比較すると、8007はピークの絶対強度が同等またはやや低い場合でも、最も低い密度と高い比剛性を優先する場合に選択されます。重量削減と単位質量あたりの弾性率が重要な場合に8007を選んでください。

まとめ

アルミ合金8007は、設計者が低密度、優れた比剛性、熱処理による強度の組み合わせを求める場面、特に航空宇宙や重量に敏感な輸送分野で今なお重要な役割を果たしています。化学成分、テンパー、製造工程の適切な仕様を用いることで、成形性、溶接性、耐食性のトレードオフを管理しつつ、その利点を最大限に引き出すことが可能です。