アルミニウム A136：組成、特性、硬さ規格および用途
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総合概要
A136は1xxx系の圧延アルミニウム合金に位置付けられ、商業的に純度の高い微量合金化グレードとして、高い成形性と耐食性を最適化しつつ、適度な強度を持つ材料です。名目上の化学組成はアルミニウム（＞99 wt%）が主体で、微細な結晶粒構造の安定化と機械的特性の均一化を目的としてシリコン、鉄、銅、チタンの微量元素が意図的に添加されていますが、基本的に非熱処理系の性質は変わりません。強化は主に加工硬化（ひずみ硬化）と微量合金制御によるものであり、従来のT6のような析出硬化による熱処理強化はされません。
A136の主な特長は、優れた成形性、より高合金化された材種に比べて高い電気・熱伝導性、そして安定した自然酸化膜による優れた大気耐食性です。一般的な融接プロセスに対する溶接性も容易で、機械加工性は中程度です。焼なまし状態では多くの5xxx系・6xxx系合金より優れていますが、加工硬化が進むと加工性は低下します。A136の主な用途産業としては、建築・建材製品、気密ハウジング、電気導体やバスバー、装飾パネルや成形パネル、成形性と耐食性が高強度よりも重要視される軽量筐体などが挙げられます。
設計上、深絞り性、伝導性、表面仕上げ、一般耐食性が最大の構造強度より優先される場合、エンジニアはしばしばより高強度の合金ではなくA136を選択します。この合金は複雑なプレス加工や厳しい表面美観が求められる部品、または軽度の腐食環境下での使用において、高強度な熱処理材に比べてコストと重量の面で優位であり、加工しやすいコスト効果の高い材料としてよく選ばれます。
硬質状態バリエーション（Temper Variants）
| 硬質状態 | 強度レベル | 伸び率 | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 (30–50%) | 優秀 | 優秀 | 完全焼なまし、最大の延性と導電性 |
| H12 | 低〜中 | 中〜高 (20–35%) | 非常に良好 | 優秀 | 部分的な加工硬化、良好な成形性を保持 |
| H14 | 中 | 中 (10–25%) | 良好 | 優秀 | 軽度な加工硬化による強度向上 |
| H16 | 中〜高 | 低 (6–15%) | 普通 | 優秀 | より強い冷間加工状態、伸び成形性は低下 |
| H18 | 高（冷間加工） | 低 (3–8%) | 限定的 | 優秀 | 最大の室温強度を得るために強く加工硬化 |
A136の硬質状態は、合金が非熱処理材であるため、強度と延性のトレードオフを直接制御します。O状態からH18状態へと進むごとに、ひずみで誘起される転位密度の増加により引張強さおよび降伏強さが徐々に向上する一方、延性と伸び成形性は低下します。溶接部付近では熱影響部で硬度の低下が生じやすいため、成形後に溶接を行う製品設計では局所的な軟化に配慮して硬質状態を選定する必要があります。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Al | バランス (~99.0–99.9) | 主成分；導電性と耐食性を付与 |
| Si | 0.05–0.25 | 鋳造品の流動性向上と脆性相低減のために管理 |
| Fe | 0.05–0.8 | 残留不純物；多いと強度はわずかに向上するが延性は低下 |
| Mn | ≤0.05 | 微量添加で結晶粒制御目的 |
| Mg | ≤0.05 | 析出硬化抑制のため低含有；導電性維持 |
| Cu | ≤0.05 | 非常に低く保持し、耐食性と導電性を維持 |
| Zn | ≤0.1 | 応力腐食割れ耐性低下を避けるため極少量 |
| Cr | ≤0.05 | 製品形態に応じた再結晶制御のための微量添加 |
| Ti | ≤0.03 | 鋳造品および鋳造後加工品の結晶粒微細化用 |
| その他（残差含む） | ≤0.15 | Ni、Pb、Bi等の微量元素；加工の均一性確保のため管理 |
化学成分はアルミニウムを主体とし、不純物や微量合金元素を厳密に管理することで1xxx系の特性範囲を維持しています。微量のSiやFeは工程の安定化および熱機械処理過程での粗大粒成長抑制に寄与し、Mg、Cu、Znを低く抑えることで熱処理可能な合金とは異なる挙動を保ちます。チタンやクロムの微量添加は製品の結晶粒微細化や機械的均一性向上には寄与しますが、導電性への影響は最小限に抑えられています。
機械的性質
A136は、商業的純アルミニウムに典型的な引張挙動を示し、焼なまし状態では比較的低い降伏強さおよび引張強さと高い均一伸び、顕著な加工硬化能を有します。焼なまし（O状態）では応力‐ひずみ曲線は延性的で長い塑性領域があり、深絞りや複雑な冷間成形が可能です。H系列の加工硬化状態になると、降伏強さおよび引張強さは上昇し、伸び率とエネルギー吸収は低下し、破断はより局所化する傾向にあります。
硬さも同様の傾向を示し、O状態では低いブリネル硬さまたはビッカース硬さを示し、冷間加工に伴い段階的に硬さが増加します。疲労性能は表面仕上げ、成形による残留応力、ノッチの存在に依存し、研磨された加工硬化部品は粗加工部品よりも疲労開始寿命が向上することが多いです。板厚も成形性と強度に大きく影響し、薄板は高い成形性と低い折りばねを実現する一方、厚板は絶対的な剛性は高いものの深絞り性は低下します。
| 特性 | O/焼なまし | 代表的硬質（例：H14） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 60–120 MPa | 110–170 MPa | 正確な組成と加工硬化レベルに依存 |
| 降伏強さ | 20–60 MPa | 60–130 MPa | 適度な加工硬化で降伏強さが顕著に向上 |
| 伸び率 | 30–50% | 10–25% | 冷間加工の増加に伴い延性は減少 |
| 硬さ | 15–35 HB | 25–55 HB | 加工硬化に比例し、機械加工性にも影響 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 約2.70 g/cm³ | アルミニウムとして標準的；合金化や加工による特性強化で高い比強度を発揮 |
| 融点範囲 | 約660–657 °C | 単一相アルミニウムの融点範囲；固相線/液相線は近接 |
| 熱伝導率 | 約200–235 W/(m·K) | 純度に依存して高い；合金化や加工硬化により若干低下 |
| 電気伝導率 | 約55–65% IACS | 合金系としては高い値；焼なまし状態で上位範囲に位置 |
| 比熱 | 約0.90 J/(g·K) | 熱バッファリングに有効な高比熱 |
| 熱膨張係数 | 約23–24 µm/m·K | 等方的膨張が特徴；高精度組立での設計配慮が必要 |
A136の高い熱伝導性および電気伝導性は、放熱体や導体用途に有用であり、これらの特性は合金化や加工硬化が進むと低下します。密度は成形筐体や導電用バスバーの比強度を向上させ、比較的低い融点範囲は溶接工程を容易にしますが、高温使用環境へは制約条件となります。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚み/サイズ | 強度特性 | 一般的な調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材 | 0.2–6.0 mm | 安定した特性；薄板で最高の成形性を発揮 | O, H12, H14 | 深絞りや装飾パネルに広く使用される |
| 鋼板 | 6–25 mm | 剛性が高い；深絞りは制限される | O, H16 | 厚板が必要な用途に使用され、成形後に機械加工されることが多い |
| 押出材 | 壁厚 1–20 mm | 断面厚さによって機械的性質が変動する | O, H14, H16 | 建築用トリムやエンクロージャー向けの複雑な断面形状 |
| 管材 | 外径 6–200 mm | 強度は壁厚および冷間加工に依存する | O, H14 | 軽量フレームワークや配管向けの引抜または溶接管 |
| 丸棒/棒材 | 直径 3–50 mm | 冷間引抜により強度が向上 | O, H16 | コネクタ、ピン、機械加工部品に使用される |
加工の違いが用途選択を左右します。板材はプレスやロール成形に最適化されており、押出材は複雑な断面形状が可能ですが、押出後の時効管理や矯正が必要になる場合があります。鋼板は構造的な剛性を提供しますが、成形工程の選択肢は限定されます。溶接管や押出材は、調質選択や治具管理を適切に行うことで、後加工による歪みを最小限に抑えて製造可能です。
同等鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | A136 | アメリカ | AA 1xxx系に属する独自またはあまり一般的でない圧延材鋼種 |
| EN AW | 1050A / 1070 | ヨーロッパ | 高純度アルミニウムの代表的な欧州規格の最寄り同等品 |
| JIS | A1050 / A1070 | 日本 | 高い成形性を持つ純アルミニウム系の商業用材料 |
| GB/T | Al99.5 / Al99.7 | 中国 | 中国規格における一般的な商業純度相当品 |
各規格間の同等鋼種は主に最小アルミ含有量と厳密な不純物限界の違いに起因します。EN/JIS/GBのバリエーションは機械的基準値や認証された不純物上限に若干の差異があります。代替時は、導電率、調質間の対応関係、供給者固有の鋳造・圧延履歴を検証し、同等の成形性および表面品質が確保されていることを確認する必要があります。導電率や表面仕上げの厳密な管理が必要な場合は、認証書およびミルテストレポートの提出を推奨します。
耐食性
A136は連続的で自己修復する酸化アルミニウム（Al2O3）膜の形成により、優れた一般大気環境下の耐食性を示します。中性および軽度の工業環境では均一腐食がごく少なく、一般的な塗装や陽極酸化処理により建築用途での耐用年数をさらに延ばすことが可能です。海洋環境下でも多くの用途で良好に機能しますが、塩化物の集中暴露やスプレーゾーンではピッティング腐食および隙間腐食を誘発するため、犠牲被覆、陽極酸化、細部設計の配慮が長期耐久のために必要です。
応力腐食割れ感受性は2xxx系や7xxx系に比べて低く、銅や亜鉛含有量が低いためです。ただし、溶接部や高冷間加工部の引張残留応力がある箇所は、過酷な環境下での局所的な破壊を防ぐために注意が必要です。A136をより高耐食性の合金やステンレス鋼と接合する場合は、ガルバニック腐食の観点からアルミニウム側が陽極となり優先的に腐食するため、電気的な絶縁や被覆による保護が求められます。5xxx系および6xxx系と比較すると、A136は類似あるいはやや優れた一般耐食性と共に優れた導電率および成形性を提供します（後者の合金添加物が中程度の場合）。
加工特性
溶接性
A136は一般的なアルミニウム溶接技術（TIG、MIG/GMAW、抵抗スポット溶接）で良好に溶接可能です。適切な継手設計と表面の酸化膜・油分除去による前処理が重要です。溶接材は4xxx系（Al-Si）または5xxx系（Al-Mg）が用途に応じて選択され、4043や5356が典型的です。高合金系に比べて熱割れリスクは低いものの、溶接部の寸法合わせと熱歪み管理が重要で、多孔質や表面欠陥を防止します。熱影響部（HAZ）は軟化方向に戻るため、強度設計上の考慮が必要です。
機械加工性
A136の機械加工性は焼なまし状態で中程度ですが、材料がひずみ硬化すると低下します。全体的に見て、多くの高合金系よりは切削しやすく、低い加工硬化指数と良好な切りくず形成特性が理由です。カーバイド工具やアルミ用に設計された工具形状（ポジティブラケ、ハイヘリックスなど）がクリーンな切りくずと良好な表面粗さを実現します。切削速度は鋼材に比べて高く、クーラントの管理が必要です。精密な旋盤加工やフライス加工には、予備焼なまし処理やH12/H14調質の使用が工具負荷を軽減し、寸法管理を向上させます。
成形性
成形性はA136の最大の強みです。焼なまし（O）調質では、小さい曲げ半径、深絞り、複雑なストレッチ成形が低バネ戻りで可能です。板厚と調質によりますが、シート材の最小曲げ半径はO調質で板厚の1～1.5倍ほどまで小さくできます。H14/H16ではより大きな半径と段階的成形が必要となります。冷間加工への応答は予測可能で段階的成形が可能です。厳しい成形時には途中焼なましを行い、靭性を回復し、鋭角曲げや深絞りカップでの割れを防止します。
熱処理特性
A136は非熱処理型の1xxx系に属し、固溶処理や人工時効による析出硬化は生じません。機械的強度の変化は加工硬化および回復・焼なまし工程で制御されます。完全焼なまし（O）は延性と導電率を最大化し、再結晶温度範囲内（製品形態により300～420 °C程度）で加熱後、制御冷却を行う処理です。
生産管理上、著しい冷間変形後には中間焼なましを施し成形性を回復させることが一般的です。これらは短時間・低温（例：300～350 °C）で部品形状や望ましい微細組織に応じて調整されます。安定化または応力除去焼なましは精密機械加工前の残留応力低減や最終組立前の歪み軽減に選択的に適用されます。
高温性能
A136は高温での機械的特性保持能力は限定的で、約100 °C以上で降伏強さ・引張強さが明確に低下し、200～300 °Cでは回復軟化の進行により大幅に低下します。通常使用温度での酸化は保護膜形成にとどまり、建築・電気用途で一般的に問題となる劣化要因ではありません。連続使用が150 °Cを超える場合は、クリープ耐性や寸法安定性を検証することが重要です。純アルミニウムは高温荷重下で時間依存変形が顕著です。
溶接構造物ではサービス温度上昇と熱サイクル繰り返しによりHAZ軟化が進行し、加工硬化状態の緩和が起こる場合があります。高温下の周期的熱負荷を受ける部品では、高温強度を考慮した代替合金の検討や機械的設計に余裕を持たせることが望ましいです。
用途例
| 業界 | 代表部品 | A136採用理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | 装飾トリムパネル、エンブレム | 高い成形性と表面仕上げ |
| マリン | 非構造用ハウジング、トリム | 優れた耐食性と軽量性 |
| 航空宇宙 | 内装品、フェアリング | 高い導電率と非クリティカル部品向けの成形容易性 |
| 電子機器 | 放熱板、EMIシールド、バスバー | 卓越した熱/電気伝導性 |
| 建築 | 外装材、軒天、ファサード | 陽極酸化処理可能な表面仕上げと耐食性 |
A136は深絞り、外観品質、導電率が重要で、構造荷重が中程度の用途に多く選ばれています。成形された外装トリム、導電部品、家具や機器のハウジングなど、陽極酸化や塗装などの後加工を施して最終仕上げおよび環境保護を実現する製品でその特徴が発揮されます。
選択のポイント
最大の成形性、高い電気・熱伝導率、優れた表面品質を低～中強度レベルで求める設計ではA136を選択してください。特に大量生産される深絞り部品や導体用途において、熱機械処理を最小限に抑えてコスト効率よく使用できます。
商用純アルミニウム（1100）と比較すると、A136は一般に導電率や成形性の一部を若干犠牲にする代わりに、より厳密な工程管理と製作後の強度がわずかに高い特性を備えています。3003や5052のような加工硬化合金と比べると、A136は同等かそれ以上の成形性を示し、場合によっては導電率も優れていますが、Mg含有量が高いことが許容される場合、5xxx系合金は構造強度および海水塩化物耐性でA136を上回ります。6061や6063といった熱処理可能な合金と比較すると、最大到達ピーク強度よりも成形性、導電性、表面仕上げ、コストを優先する場合にA136が選ばれます。
まとめ
A136は、卓越した成形性、高い導電率、良好な耐食性、そして低コストの組み合わせが絶対的な最高強度よりも重要とされる現代エンジニアリングにおいて実用的な選択肢として位置付けられています。その予測可能な冷間加工の特性、一般的な製造プロセスとの適合性、優れた表面仕上げの可能性により、建築、電子機器、軽組立産業など幅広い分野で価値が維持されています。