アルミニウム8111：組成、特性、硬さ区分ガイド、用途

総合概要

Alloy 8111は、8xxxシリーズアルミニウム合金群に属し、自動車や産業用板材用途向けに特化した非伝統的な商用アルミニウム化学組成を含むファミリーです。業界では、8111は成形性、ベーク硬化特性、耐食性能のバランスが求められるボディ・イン・ホワイトやクロージャーパネル用途向けに開発された高強度の熱処理可能な板材合金として位置付けられています。

8111の主要合金元素は銅、マグネシウム、シリコンであり、鉄やマンガンは管理されたレベルで含まれています。微量元素としては粒径制御のためにチタンとクロムが使用されます。強化機構は主に溶体化処理および人工時効後の時効硬化（析出硬化）であり、一部の硬さでは降伏強さやベーク硬化挙動を調整するために冷間加工の制御も行われます。

8111の主な特長は、一般的な1xxx ～ 5xxx系板材に比べて高いピーク強度、軟質状態での良好な成形性、そして自動車製造における塗装硬化安定性を意識した設計です。耐食性は大気暴露に対して一般的に良好ですが、表面処理および成形後の処理に依存します。溶接性は標準のAl充填線材および手順を用いれば問題ありませんが、熱影響部（HAZ）の軟化が発生することがあります。

8111の主な用途は自動車（外装パネルおよびクロージャー）、輸送用車体構造部材、強度対重量比や塗装適性が要求される一部の家電パネルなどです。エンジニアは、プレス成形性、ベーク硬化後の強度向上を必要とし、7xxx系などの高価または重量増となるシリーズへ移行せずに高強度を実現したい製造ルートで8111を選択します。

硬さグレードのバリエーション

硬さ	強度レベル	伸び	成形性	溶接性	備考
O	低	高 (20–35%)	優秀	優秀	完全焼鈍状態；最も成形しやすい。
H14	中	中 (12–20%)	良好	良好	加工硬化済み；中程度強度のプレス向け。
T4	中高	中 (10–18%)	良好	良好	溶体化処理および自然時効；ベーク硬化特性良好。
T6	高	低中 (8–14%)	普通	良好	溶体化処理および人工時効でピーク強度。
T8	高	低 (6–12%)	制限あり	良好	溶体化処理、冷間加工および人工時効；降伏強さと靭性向上。
T351 / T651	高	中低 (8–15%)	普通	良好	焼戻し処理された硬さ；焼入れおよびストレッチ後の安定性向上。

8111は熱処理可能であり、熱処理と機械加工の組み合わせに強く影響されるため、硬さグレードは性能に予測可能な大きな影響を与えます。設計者は深絞りやストレッチ成形には軟らかい硬さ（O、T4）を選択し、より高い静的強度やスプリングバック低減が必要な場合はT6/T8グレードへ移行します。

製造工程では硬さグレードの遷移を活用します。たとえば部品をT4またはOで成形し、その後塗装ベークサイクルで時効してより高い使用強度を達成します。このベーク硬化能力が8111を外装パネル向けに多用される主な理由です。

化学組成

元素	含有率範囲(%)	備考
Si	0.2–1.0	SiはMgと結合し、時効中にMg2Si析出物を形成。
Fe	0.2–1.0	Feは主に不純物であり、高濃度では組織を硬化させ延性低下を招く。
Mn	0.00–0.50	Mnは結晶粒を細かくし強度・靭性を若干向上。
Mg	0.3–1.2	Mgは時効強化の主要元素で、Siと共に析出硬化を担う。
Cu	0.2–1.5	Cuは強度とベーク硬化応答を向上させるが、耐食性をやや低下させる。
Zn	0.00–0.5	Znは通常低濃度で、高濃度は7xxx系のような挙動を示すため避ける。
Cr	0.00–0.20	Crは再結晶制御および粒径安定に寄与。
Ti	0.00–0.15	Tiは鋳造および圧延製品の粒精錬に使用。
その他（Al残部含む）	バランス	微少元素（Zr、Liなどの特殊変種）を含む場合があり、Alが残部。

Mg、Si、Cuのバランスによって析出シーケンス、最大硬度、ベーク硬化応答が制御されます。わずかなFeやMnは析出物の形態および加工性に影響し、TiやCrなどの微量元素は圧延および焼鈍中の粒サイズ安定のためのマイクロ合金元素として意図的に添加されています。

機械的性質

8111の引張特性は、溶体処理および人工時効後に顕著に向上し、降伏強さと引張強さが焼鈍状態に比べて大幅に高まります。軟質硬さでは優れた均一伸びおよび複雑なプレス成形に適した成形限界曲線を示し、ピーク硬さ状態ではRm/Rp0.2比の増加が見られますが、総伸びおよび曲げ性は低下します。

硬さも同様のパターンで推移します。焼鈍板材は比較的軟らかく機械加工性に優れますが、T6およびT8硬さでは硬度が大幅に上がり、静的負荷下での疲労耐性も向上します。疲労特性は表面仕上げ、成形・溶接後の残留応力状態、硬さグレードに依存します。溶接部の熱影響部（HAZ）の軟化は疲労発生源となるため、設計および後処理が重要です。

特性	O（焼鈍）	主な硬さ (T6 / T4)	備考
引張強さ (MPa)	100–140	240–320	供給元および板厚に依存；自動車用板材はベーク後上限を狙う。
降伏強さ (MPa)	30–70	120–240	ベーク硬化と冷間加工で大幅増加。
伸び (%)	20–35	8–18	ピーク強度増加に伴い伸びは低下；板厚効果あり。
硬さ (HB)	20–40	60–110	硬さは析出物分布に関係；測定値は試験方法依存。

物理的性質

特性	値	備考
密度	2.69–2.71 g/cm³	典型的なアルミニウム合金の密度；合金元素によるわずかな変動。
融点範囲	約555–650 °C	固相線・液相線は組成と不純物に依存。
熱伝導率	約140–170 W/m·K	純アルミより低いが、熱放散性は良好。
電気伝導率	約28–44 %IACS	1xxx系より低く、硬さやCu含有量で変動。
比熱	約0.90 J/g·K	常温での加工用アルミニウム合金の典型値。
熱膨張率	約23–24 µm/m·K (20–100 °C)	他のアルミ合金と同等；異種材料との接合構造で重要。

物理的特性のバランスにより、8111は軽量性と適切な熱／電気伝導性を要求される用途に適しています。特に熱膨張率および熱伝導率は、多素材構造で鋼材や複合材との接合や締結で留意すべき点です。

熱伝導特性は一般的な構造用アルミ合金と競合できるレベルであり、非重要な熱伝達用途（たとえばヒートスプレッダー等）にも二次利用が可能です。電気伝導率はアースやEMI対策に十分ですが、高IACSが必須の用途には適しません。

製品形状

形状	典型板厚/サイズ	強度特性	一般的な調質	備考
板	0.4–2.0 mm	T4/T6のベイク後の典型的な板材強度	O, H14, T4, T6	自動車外板の主要な市販形状。
プレート	2–10 mm	同様の時効硬化挙動だが、厚板は熱処理の調整が必要	T4, T6	用途は限定的で、厚板パネルが必要な場合に使用。
押出材	断面形状依存	押出状態および析出状態により機械的特性は変化	T4, T6	構造用押出材としては少なく、特殊形状に使用される。
チューブ	仕様に基づく外径/肉厚	時効処理後はプレートや板材と同等の挙動	O, T6	ボディ構造部品やシャシーチュービングに使用可能。
棒材/丸棒	仕様に基づく直径	断面が厚いほど冷却速度が遅く、析出物の分布が異なる	T4, T6	通常は木工継手やファスナー用に専門メーカーが生産。

製品形状による主な違いは熱容量と急冷性にあり、薄板は望ましい析出状態を迅速かつ均一に達成しますが、厚板や押出材はより長い固溶処理や修正された急冷・時効スケジュールが必要となる場合があります。製造工程は、軟質調質で板を成形し、その後の熱サイクル（塗装ベイクや人工時効）で最終的な実用強度を得るように調整されています。

ロール成形、深絞り、ヘミングが板材の主要加工ルートであり、押出材やチューブは歪みや機械的異方性を管理するために設計に基づいた合金や調質の選択がなされることが多いです。

同等鋼種

規格	品種	地域	備考
AA	8111	米国	自動車用板材バリアントとして認められた商用AA指定。
EN AW	直接の同等品なし	欧州	一対一のEN AW番号はなく、通常は高強度の6xxx/8xxx系と比較される。
JIS	直接の同等品なし	日本	日本の供給者はJISの直対応品よりも独自の指定を用いる場合がある。
GB/T	直接の同等品なし	中国	類似化学組成の等級は存在するが完全な同等性はなく、供給者によるクロスリファレンスが必要。

8111は供給者ごとに自動車向けに厳密に管理された複数の化学組成のファミリーであるため、単一の国際的なクロスリファレンスは存在しません。代替時は単純な等級番号に頼らず、化学組成範囲、調質反応性、ベイク硬化および成形性に関する供給者のデータを照合する必要があります。

耐食性

8111の大気中耐食性は、適切に塗装またはコーティングされた面では農村部や都市環境で概ね良好です。無塗装板材は他のAl-Mg-Si合金と同様の保護酸化膜を形成しますが、保護膜が損傷した塩化物濃度の高い環境では局部腐食（孔食）が発生することがあります。

海洋環境ではさらに厳しく、塩化物曝露により孔食およびすき間腐食が促進され、特に銅含有量が許容範囲の上限にあると影響が大きくなります。犠牲陽極、保護コーティング、低Cuバリアントの選定といった設計対策が海洋腐食リスクの軽減に有効です。

応力腐食割れ（SCC）の感受性は中程度で、調質および局所的残留応力状態に強く依存します。高銅合金や過時効状態ではSCC感受性が増加します。ガルバニックカップルでは8111は鋼材に対して陽極、マグネシウム合金に対して陰極となるため、接合部の設計や絶縁層の設置が腐食促進を防ぐ上で重要です。

加工特性

溶接性

8111のMIGおよびTIG溶接は、基材の化学組成および要求される溶接後特性に応じて標準のアルミニウム系溶接棒（ER4043：Al-Si、またはER5356：Al-Mg）を用いれば一般的に問題ありません。高銅およびシリコン含有量の増加によりホットクラックのリスクが中程度に高まるため、溶接手順の認証および接合部設計が重要です。熱影響部の軟化は耐荷重パネルやフタ部品で実用的な課題となるため、接合位置の考慮や必要に応じた溶接後熱処理が求められます。

切削性

8111の切削性は軟質調質で概ね良好から普通程度です。高速度仕上げ加工には超硬合金材種と適切なコーティングの切削工具を推奨します。塑性調質では切りくずが連続して発生しやすく、切削液が不十分だと表面に塗装状の付着層を形成します。高強度調質では切りくずはより短小で断片的になります。ビルドアップエッジを防ぎ、表面仕上げを維持するために工具形状や送りを調整する必要があります。

成形性

成形性はOおよびT4調質で非常に良好であり、深絞り、ヘミング、狭い曲げ半径を要する複雑なプレス加工が可能です。最小曲げ半径は板厚および調質によりますが、設計指針としては焼なまし板で板厚の0.5–1.0倍、T6相当調質で1.5–3倍が推奨されます。冷間加工により降伏点が上昇し伸びが減少するため、伸び加工や成形は軟質調質で行い、最終的にベイク硬化で強度を確保することが一般的です。

熱処理挙動

8111は熱処理性合金であり、固溶処理、急冷、人工時効に対して予測可能な反応を示します。典型的な固溶処理温度は断面厚さや成分により500〜540 °Cの範囲にあり、その後急冷して過飽和固溶状態を保持し時効処理に備えます。

人工時効（T6）は、強度および靭性のバランスに応じて、通常150〜200 °Cの範囲で2〜12時間の期間を設定してピーク強度を目指します。T4（自然時効）やT8（冷間加工＋人工時効）の遷移は、製造プロセスにおいて成形性と強度を組み合わせるために活用され、工程内時効や塗装ベイクサイクルで利用されます。

析出硬化合金系であるため熱処理不可の挙動は限定的ですが、完全焼なまし（O）および制御された応力除去（T351/T651）は特定の製造ニーズで成形性や歪みの管理に使用されます。

高温性能

おおよそ150〜200 °C以上では8111の強度を付与する析出物が粗大化し、溶解することで徐々に強度低下と軟化が生じます。塗装ベイクや人工時効の範囲を超える使用温度は荷重支持能力を減少させ、応力下ではクリープを促進する可能性があります。

アルミニウムの酸化は一般に自己制限性ですが、高温時にはスケールや表面反応により放射率や外観が変化することがあります。溶接時の熱影響部挙動も温度依存性が高く、過剰な熱入力は局所的に過時効領域に入り強度を低下させるため、熱入力の管理や可能であれば溶接後の時効処理が一部の特性回復に寄与します。

用途例

産業分野	代表部品	8111が選ばれる理由
自動車	外板パネルおよびクロージャースキン	プレス性とベイク硬化、さらに実用強度の高さを兼ね備える。
海運輸送	内装構造パネル	良好な強度対重量比および適切な耐食性（コーティング時）。
航空宇宙（二次部品）	内装フィッティングおよびフェアリング	高延性と成形後の強度を要求される軽量パネル。
電子機器/家電	構造パネルおよび筐体	成形性、塗装性、熱伝導性に優れる。

8111は製造時の成形性と熱処理後の高強度のバランスが必要な用途、特にプレス加工と塗装ベイク硬化を組み合わせる自動車製造工程で非常に価値のある合金です。

選定のポイント

深絞りや複雑なプレス加工と成形後にベイクや人工時効による降伏強さの制御された向上が必要な部品において8111を選択してください。軽量化と時効後のへこみ抵抗が設計上の重要要件であり、安定した自動車向け認証済みの化学組成を供給できる供給者がいる場合に特に有利です。

商用純アルミニウム（1100系）と比べると、8111は時効後の強度が大幅に高い反面、電気伝導性と成形性の一部を犠牲にしています。一般的な加工硬化合金（3003、5052系）と比較すると、8111はピーク強度およびベイク硬化特性に優れていますが、塩化物環境下での耐食性は若干劣る傾向があります。

6061や6063などの一般的な熱処理型合金と比べると、8111はピーク引張強さがやや低いことがあるものの、板金成形や塗装ベイク工程においては、調質遷移特性やベイク硬化挙動が自動車や家電の製造プロセスにより適合するため好まれます。

まとめ

合金8111は、成形性、ベイク硬化性、および使用中の高い強度をバランスよく制御する必要がある場合、特に自動車の外装パネルやその他のプレス板材用途において、依然として有力なエンジニアリング材料です。専用の化学成分とテンパーオプションにより、メーカーは要求の厳しい生産および性能目標を満たすコスト効率の高い軽量部品を設計することが可能です。