アルミニウム A1070：組成、特性、調質ガイドおよび用途
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総合概要
A1070は1xxxシリーズに属する商業的に純度の高いアルミニウムであり、アルミニウム含有量は通常99.7%以上で、工業用アルミ合金の中でも最高純度クラスに分類されます。1xxxシリーズの名称は意図的な合金元素が最小限であることを示しており、Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn、Tiといった残留元素は強化成分ではなく、制御された不純物として微量含まれています。
A1070の強化は、析出硬化の熱処理によるものではなく、ほぼ完全に加工硬化（ひずみ硬化）および結晶粒構造の制御によって達成されます。主な特徴は、優れた電気伝導性および熱伝導性、さまざまな環境での優れた耐食性、アニーリング状態での卓越した成形性、良好な溶接性です。引張強さは合金鋼シリーズと比較して低いものの、延性および伝導率は構造用アルミ製品の中で非常に高い値を示します。
A1070の主な用途は、電気導体、化学プラント設備の内張り、建築部品、消費財や産業用品の成形が多い部品です。エンジニアは、最大の導電性、優れた表面品質、および良好な耐食性を伴う最高の成形性を求め、機械的強度ピークよりもこれらの特性を優先する場合にA1070を選択します。
A1070は、電気や化学接触用途のように純度に依存する特性が求められる場合や、合金元素による脆化リスクを避けて複雑な冷間成形が必要な場合に、他の合金に対して選ばれます。また、コーティング、アルマイト処理、接合プロセスとの適合性を活かし、一貫した予測可能な挙動が不可欠な用途にも適しています。
材質条件のバリエーション
| 材質条件 | 強度レベル | 伸び率 | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低い | 高い (30–45%) | 優秀 | 優秀 | 完全アニーリング状態で最大延性と伝導率 |
| H12 | 低〜中程度 | 中程度 (20–30%) | 非常に良い | 優秀 | 限定的なひずみ硬化による四分硬化 |
| H14 | 中程度 | 中程度 (15–25%) | 良好 | 優秀 | 板金成形に適した典型的な半硬化 |
| H16 | 中〜高 | やや低い (10–20%) | 普通 | 優秀 | 三分硬化、バネ性が必要な用途に使用 |
| H18 | 高い | 低い (5–12%) | 限定的 | 優秀 | 広範囲な冷間加工による完全硬化、延性減少 |
| H111 | 低〜中程度 | 中程度 (20–30%) | 非常に良い | 優秀 | わずかにひずみ硬化し自然時効を許容 |
材質条件の選択はA1070の強度と延性のバランスに大きく影響します。アニーリングのO材質は最高の成形性と電気・熱伝導率を提供し、H系材質は冷間加工による強度増加と引き換えに延性を犠牲にします。加工硬化は降伏強さおよび引張強さを高める一方で、伸び率や成形性を低減するため、材質条件の選択は成形プロセスや最終用途の機械的要求に合わせて行うべきです。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.25 | 不純物；過剰は導電率低下および鋳造や圧延の巻き込み異物増加を招く |
| Fe | ≤ 0.40 | 一般的な不純物；強度や表面仕上げに影響する析出相を形成 |
| Mn | ≤ 0.03 | 極少量；1xxx合金では意図的合金元素ではない |
| Mg | ≤ 0.03 | 制御された不純物；これを超えると1xxxシリーズから外れる |
| Cu | ≤ 0.05 | 微量；濃度増加で耐食性が低下 |
| Zn | ≤ 0.03 | 少量で一般的に意図的添加ではない |
| Cr | ≤ 0.03 | 微量；多量存在時は結晶粒構造に影響 |
| Ti | ≤ 0.02 | 意図的に添加した場合は粒界細化剤として機能 |
| その他（各々） | ≤ 0.05; 合計 ≤ 0.15 | Ni、Pb、Biなどの残留元素；伝導率と延性を維持するため低濃度に抑制 |
A1070のほぼ純粋なアルミニウム組成は意図的なもので、最小限の合金元素により高い電気・熱伝導率を維持し、均一で密着性の高い酸化被膜による優れた一般腐食耐性を実現しています。FeやSiの微量不純物は分散した析出相を形成し、強度をわずかに向上させますが、濃度が高いと表面仕上げ、成形性および伝導率に影響を与えます。
機械的性質
A1070は典型的な軟質アルミニウムの引張特性を示します。アニーリング状態では降伏強さや引張強さは低く、伸び率は高いですが、冷間加工（H系材質）により降伏強さと引張強さは向上する代わりに延性が低減します。非常に純粋なアルミでは降伏点は明瞭でなく徐々に発生するため、設計時には0.2%オフセット降伏点を使用し、板厚や加工履歴によるばらつきを考慮する必要があります。
硬さはO材質では低く、冷間加工に伴い比例的に増加します。疲労性能は低強度と逆荷重による表面起点の亀裂発生に制約されますが、延性が高いため、部品が良好に仕上げられ欠陥がない場合は亀裂の発生が遅れます。厚みや表面状態は機械的性質に大きく影響し、薄板は冷間圧延後に一般的に高い強度と優れた材料均質性を示します。
| 特性 | O/アニーリング | 代表的材質（例：H14） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 65–95 MPa 典型値 | 95–145 MPa 典型値 | 板厚およびひずみ硬化レベルに依存 |
| 降伏強さ | 30–60 MPa 典型値 | 60–120 MPa 典型値 | 0.2%オフセット降伏点を使用；降伏強さは引張強さより大きく向上 |
| 伸び率 | 30–45% 典型値 | 15–25% 典型値 | 材質硬化により低下；板厚で数値が変動 |
| 硬さ | 15–30 HB | 25–45 HB | 硬さは材質と冷間加工に比例；ブリネルまたはビッカース硬さで測定可能 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | 商業用アルミニウムの標準値；質量や強度対重量比計算に使用 |
| 融点範囲 | 660–657 °C（固相線 約660 °C） | 高純度アルミニウムに典型的な狭い融点範囲 |
| 熱伝導率 | 約 220–235 W/m·K（室温） | アルミ合金中で最高レベル；熱拡散に適する |
| 電気伝導率 | 約 58–64 % IACS | 非常に高い伝導率で純アルミに近い |
| 比熱 | 約 900 J/kg·K | 熱管理における熱容量計算に有用 |
| 熱膨張係数 | 約 23–24 ×10⁻⁶ /K（20–100 °C） | 鋼材と比べてやや高く、異種材料との組み合わせ時には設計で考慮が必要 |
A1070は熱伝達や電気伝導を重視する設計に適しています。アルミニウムの比較的高い熱膨張係数により、異材質との接合部における温度変動時の応力発生を考慮する必要があります。
製品形態
| 形状 | 標準厚さ・サイズ | 強度特性 | 一般的な材質条件 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材（シート） | 0.2–6.0 mm | 冷間圧延により強度上昇 | O、H12、H14、H16 | 深絞り加工や圧延製品に広く使用 |
| 板厚材（プレート） | 6–25 mm | 同様の傾向；厚板は冷間加工が少ない場合あり | O、H111 | 薄板用途に重点が置かれているためあまり一般的でない |
| 押出形材 | 大断面まで対応 | 押出後の冷却および加工により特性変動 | O、H14 | 6xxx系合金ほどではないが、純度重視の用途で利用される |
| チューブ | 各種径・肉厚 | 同等の加工による板材と類似した機械的性質 | O、H14、H16 | 化学工業や建築用溶接・引抜チューブに適する |
| 丸棒・棒材 | 直径 2–200 mm | 材質条件により加工性・強度が変化 | O、H14 | 導体用および加工部品製造に使われる棒材 |
圧延、押出、引抜といった加工ルートはA1070の最終的な結晶粒構造や機械的異方性に影響を与えます。薄板は深絞りや複雑な打ち抜き成形において同合金の成形性を最大限に活かせるのに対し、押出形材は断面純度や表面品質が重視される用途で選ばれます。
同等鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | A1070 | アメリカ | 高純度1070合金に対するAluminum Associationの原指定 |
| EN AW | AW-1070 | ヨーロッパ | EN指定はほぼ一致するが、ヨーロッパ規格では不純物限度が若干異なることがある |
| JIS | A1070 | 日本 | 日本規格は概ね同等だが、現地の仕様公差が存在 |
| GB/T | 1070 | 中国 | 分類上の中国規格は同等。正確な組成限度は現地の表を参照すること |
各規格における同等鋼種ラベルは、同じ高純度の1xxx系の特性を表すことを意図していますが、製板工場の慣行や許容される不純物の公差は規格ごとに異なります。規格間の同等品を指定する際は、導電率や表面品質といった重要特性の互換性を確保するため、参照する仕様の実際の化学組成および機械的限度を必ず確認してください。
耐食性
A1070は安定かつ迅速に形成される酸化被膜により一般大気環境下で優れた耐食性を示します。農村部および工業地域の大気環境においてはこの合金は非常に良好に機能し、不純物や二次相粒子が局所的な腐食を促進する合金系よりしばしば耐食性が優れています。
海洋環境ではA1070は均一腐食に対して良好な耐性を持ちますが、表面付着物や酸素の欠乏が生じると、塩化物イオンが集中する環境下で孔食や隙間腐食を受けやすくなります。非常に高純度のアルミニウムは、熱処理可能な一部合金と比較して応力腐食割れが稀ですが、引張応力がかかる部品は腐食性の塩化物環境下で保守的に設計し、試験を行うことが推奨されます。
ガルバニック作用の考慮も必要です。A1070は多くの一般金属（ステンレス鋼、銅、真鍮）に対して陽極的であり、電解液中で電気的に結合されると絶縁されていない限り優先的に腐食します。5xxx系（Al-Mg）と比較すると、A1070は一般的に優れた導電率と同等の一般耐食性を示しますが、適切に合金された5xxx系は海水中での局所腐食に対してより優れた耐性を示すことがあります。
加工性
溶接性
A1070は適切な保護ガスと清浄な表面を用いたTIGやMIGなどの一般的な溶接法で容易に溶接可能です。非熱処理合金のため、溶接による硬化性の問題はありません。推奨される溶接棒は母材と同じかそれに近い合金成分のもの（例えばER1100）や、海洋用の耐腐食性を高めるAl-Mg系充填材が用いられます。選択時はガルバニックな適合性や用途に適した接合部の環境を考慮してください。ホットクラックのリスクは一般的に低いですが、接合部設計、清浄度、残留不純物に依存します。熱影響部（HAZ）は析出硬化合金のような軟化現象を示さず、A1070は冷間加工によってのみ強度が増すため硬化問題は少ないです。
切削性
A1070の切削性は中程度ですが、軟らかく、不適切な工具条件下で連続的で粘り気のある切り屑が形成されやすいため一部の加工性の良い鍛造合金より低いことがあります。正の逃げ角を持つ超硬工具と優れた切り屑破砕機構、高送り速度および効果的な潤滑／冷却により表面仕上げと工具寿命が向上します。適切な工具システム使用時は表面仕上げおよび寸法管理は良好ですが、加工工程にはばね戻りやバリ発生を考慮した余裕を持たせるべきです。
成形性
焼なましのO材質状態では成形性は極めて良好です。A1070は多くの合金材よりも小さな曲げ半径で深絞り、スピニング、曲げ加工に適しています。O材質では曲げ半径は非常に小さく（変形が軽微な場合は板厚の1倍未満になることもあります）が、H系硬化状態ではひずみ硬化により延性が低下するため曲げ半径は大きくなります。複雑な成形作業にはO材質から開始するか、中間的な焼なましを適用して割れを防止し、公差厳守を維持してください。
熱処理挙動
A1070は熱処理硬化合金でなく、溶体化処理や人工時効による強化析出物の形成には応答しません。1xxx系は時効処理しても、2xxx～7xxx系のような顕著な硬さや強度向上は得られないため、主に焼なましや応力除去のために熱処理が用いられます。
冷間加工による加工硬化が強度向上の主要手段であり、この効果は焼なましで還元または消失します。完全焼なましは通常350～415 °Cの範囲で実施し、延性と導電率を回復させ、その後のゆっくりした冷却で熱勾配およびそれに伴う歪みを防止します。
高温性能
A1070は常温を超える温度で機械的強度が急速に低下します。数百度程度までは一定の荷重支持能力を保持しますが、構造剛性や強度の実用的設計限界は連続使用時に100～150 °C以下に設定されることが多いです。高温酸化により厚い酸化皮膜が形成され、一般的には保護的ですが、酸化スケールの肥厚や軟化で長時間高温使用に適さない場合があります。
溶接部および熱影響部位は時効に伴う軟化はありませんが、冷間加工によって強度を得ている母材に比べ降伏強さは低下します。断続的な高温環境での使用では、クリープ特性や弾性率の低下も考慮して設計者は長期性能を評価する必要があります。
用途例
| 産業分野 | 代表部品 | A1070が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 電気 | バスバー、導体、箔 | 高い電気伝導率と良好な成形性 |
| 化学処理 | ライニング、タンク、継手 | 高純度と多くの化学物質に対する耐食性 |
| 建築 | 装飾用カバー、ファサード | 表面仕上げの品質、成形性、耐食性 |
| 家庭用品 | 調理器具、調理器部品 | 熱伝導性と表面外観 |
| 電子機器 | ヒートスプレッダ、EMIシールド | 高い熱/電気伝導率と軽量性 |
A1070は純度、導電性、成形性の組み合わせにより複雑な形状の信頼性の高い低コスト加工を可能にします。陽極酸化などの表面処理への適合性や成形、接合操作における安定した応答性により、多様な業界で実用的な選択肢となっています。
選定ポイント
A1070は電気的・熱的導電率や最大の成形性が、最高の機械的強度より重要な用途に最適です。導体、ヒートシンク部品、深絞り部品に推奨されます。1100などの商業純アルミと比較して、A1070は一般的により高い最小純度を持ち、同等の成形性でわずかに良好な導電性を示し、強度はほとんど変わらず導電性特性が向上しています。
3003や5052などの加工硬化合金と比較すると、A1070は多くの場合優れた電気伝導率と時により高い延性を提供し、3003/5052はより高い加工硬化強度と一部の局所腐食抵抗性で優位となります。6061や6063などの熱処理構造用合金に比べては、ピーク強度より成形性、導電性、耐食性、低コストを重視する場面で選ばれます。
選定時は導電性、成形性、表面仕上げの優先順位と強度要求、入手性のバランスを検討してください。複雑成形にはO材質、冷間加工強度の向上が必要な場合はH材質を指定し、電気的・化学的に重要な用途では規定の導電率と不純物限度を必ず確認してください。
まとめ
A1070は非常に高いアルミ純度に加え優れた成形性、熱および電気伝導率、安定した耐食性能を兼ね備えており、高い機械的強度よりもこれらの特性が優先される用途に理想的です。成形や接合、表面仕上げにおける予測可能な挙動により、電気、化学、建築、熱管理分野で広く活用され続けています。