アルミニウム A7075：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
A7075は7xxxシリーズのアルミニウム合金の一つで、亜鉛－マグネシウム－銅を主成分とした高比強度用途向けに開発された合金です。この合金の主な合金元素は亜鉛（主要元素）、マグネシウム、銅であり、微量のクロムやしばしば微量のチタンまたはジルコニウムが結晶粒制御のために添加されています。強化は主に固溶熱処理および急冷後の析出硬化（時効硬化）によって達成されるため、A7075は加工硬化合金ではなく、古典的な熱処理可能な高強度アルミニウム合金です。
A7075の特徴は、アルミニウム合金として非常に高い引張強さおよび降伏強さを持ち、良好な疲労強さと比較的低い密度により高い強度対重量比を有する点です。耐食性は中程度で、保護処理や被覆がない場合は5xxxや6xxx系合金に劣ります。また、熱割れや熱影響部の著しい軟化により通常の溶融溶接は問題が生じやすいです。A7075は主に航空機構造部品、高性能スポーツ用品、防衛・軍需品、高応力機械部品など、強度対重量比が重要な用途で利用されています。
エンジニアは最大の静的強度と疲労強度が設計上重要な要素であり、かつ部品の形状や接合方法が成形性や溶接性の制約を許容できる場合にA7075を選択します。低強度合金と比較して軽量化や低〜中程度温度での剛性確保が重要な場合に採用され、チタンや鋼に比べてコスト、加工性、耐食保護戦略の面からアルミニウム系が有利な場合にも選択されます。
調質バリエーション
| 調質 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低い | 高い | 優秀 | 優秀 | 完全焼なまし、成形・加工に最適 |
| H14 | 中程度 | 中程度 | 可 | 悪い | 加工硬化、7xxx系では限定的；薄板部品に使用 |
| T5 | 高い | 低〜中程度 | 悪い〜可 | 悪い | 高温成形後に冷却し人工時効 |
| T6 | 非常に高い | 低い | 悪い | 悪い | 溶体化処理後急冷・人工時効；最強度状態 |
| T651 | 非常に高い | 低い | 悪い | 悪い | T6の応力除去のため伸線引張により残留応力を低減 |
| T73 | 中〜高 | 中程度 | 可 | 悪い | 過時効調質で耐食性と応力腐食割れ（SCC）対策を最適化 |
A7075の調質は性能を根本的に変化させます。Oや焼なまし調質は広範な冷間成形と高い延性を提供し、強度は低下しますが、T6/T651は最大の静的および疲労強度を示す一方で延性は低く、常温での成形性も悪いです。
T73などの過時効調質はピーク強度の一部を犠牲にする代わりに応力腐食割れや腐食による剥離耐性を著しく向上させます。製造現場では、最終的な機械的特性と耐食性要件を考慮しつつ、成形や接合操作とのバランスをとる必要があります。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 最大0.4 | 典型的な不純物；靭性に影響する金属間化合物生成を抑制 |
| Fe | 最大0.5 | 硬い金属間化合物形成；過剰は靭性低下と多孔性増大の原因 |
| Mn | 最大0.3 | 影響は小さい；7075では主合金元素ではない |
| Mg | 2.1–2.9 | 時効硬化に寄与する主要析出相形成元素（MgZn2） |
| Cu | 1.2–2.0 | 析出相を安定化し強度増加に寄与するが耐食性は低下しやすい |
| Zn | 5.1–6.1 | 主合金元素；Mg–Zn析出相を形成し強化の中心 |
| Cr | 0.18–0.28 | 結晶粒制御；再結晶化抑制と靭性向上をもたらす |
| Ti | 最大0.2 | 鋳造または加工での結晶粒微細化に寄与する微量元素 |
| その他 | 残部Al ±微量（Zr, Vなど） | バランスはアルミニウム；微量元素は結晶粒・靭性制御用 |
合金成分は人工時効時にMg–Zn（MgZn2や関連相）および銅含有の複合析出相の析出を最大化するよう調整されています。亜鉛とマグネシウムが主な強化反応のドライバーであり、銅はピーク時効強度を高めますが、調質の選択や表面保護がなければ局所腐食や応力腐食割れのリスクが増加します。クロムおよび微量添加元素は加工後の微細組織を安定化し、粒界析出相の連続性を低減して靭性や疲労寿命を改善します。
機械的性質
A7075の引張特性は、ピーク時効調質において高い極限強さおよび降伏強さを示し、比較的低い伸びとなります。T6/T651条件では、アルミニウムに典型的な高い弾性率に加え高い降伏強さを有し、同等荷重容量で薄肉化が可能です。疲労強度も、表面仕上げや応力集中点を適切に管理すれば他のアルミ合金に比べて優れています。焼なまし（O調質）のA7075は引張強度は低いものの、延性と成形性が大幅に改善され、最終熱処理前の成形工程に適します。
降伏強さは調質や板厚に敏感であり、厚板では固溶処理時の急冷速度低下により断面方向の機械的性質が低下します。破断伸びはピーク調質で5％前後、焼なましでは10～20％以上となり、衝撃耐性や成形条件を考慮する必要があります。硬さは調質と析出状態に密接に連動し、ピーク調質では高い硬さと耐摩耗性を示し、焼なましでは加工性向上のため低い硬さとなります。
7075の疲労耐性は鍛造アルミ合金として一般的に優れていますが、表面状態や腐食ピットの有無、調質状態によって大きく左右されます。T6調質は高い疲労限度を持ちますが、腐食促進疲労や応力腐食割れに対して脆弱である場合があります。板厚や断面寸法も性能に影響を与え、最適な析出微細組織の形成に必要な急冷速度が厚板で低下するため、熱処理条件の調整やピーク性能の低下の容認が必要になることがあります。
| 特性 | O/焼なまし | 主な調質（T6/T651） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 200–300 MPa | 480–570 MPa | 調質、板厚、製造者により変動；T6は典型的なピーク強度 |
| 降伏強さ | 80–200 MPa | 350–525 MPa | 時効硬化により大幅増加；製品形状や厚さ依存 |
| 伸び | 12–25％ | 5–11％ | 焼なましは高延性、T6は低伸び；断面や試験方向に依存 |
| 硬さ | 35–70 HB | 140–180 HB | 硬さは降伏・引張強さと連動；試験方法により数値は異なる |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 約2.81 g/cm³ | 亜鉛・銅含有により一部他のアルミ合金よりやや高い |
| 融点範囲 | 約477–635 °C | 7xxx系合金として標準的な固相線・液相線範囲 |
| 熱伝導率 | 約120–150 W/m·K | 純アルミより低く、合金添加と析出相により減少 |
| 電気伝導率 | 約30–40 % IACS | 純アルミに比べ大幅に低下；調質や溶質含有量に依存 |
| 比熱 | 約870–910 J/kg·K | 標準的なアルミ比熱；温度で若干変動 |
| 熱膨張係数 | 約23–24 ×10^-6 /K | 他のアルミ合金と同程度の熱膨張率 |
A7075の密度および熱的特性は、高剛性と低質量を要求される用途に適しており、適度な熱伝導性能も備えています。熱伝導率は構造用金属の中では良好ですが、合金元素や析出相が音響子や電子の散乱を引き起こすため、純アルミや特定の6xxx系合金よりは低くなります。電気伝導率は純アルミに比べ大幅に低下しており、低抵抗が必要な電流伝達用途には適していません。
熱膨張は他のアルミニウム合金と同様の特性を示し、A7075部品を異種材料と組み合わせる場合には異なる膨張係数を考慮する必要があります。融点範囲は熱処理の温度管理や溶接の温度制限に影響し、微細組織中の低融点共晶が部分的に溶けるのを防ぐために、適切なプロセスの管理が求められます。
製品形態
| 形態 | 代表的な厚さ/サイズ | 強度特性 | 一般的な調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板厚板（シート） | 0.5～6 mm | T6/T651で良好。薄板はより均一な焼入れが可能 | O, T6, T651, T73 | 薄型構造パネルや航空機外板に広く使用。場合によってはクラッド加工が施される |
| 厚板（プレート） | 6～100 mm以上 | 厚板では焼入れ速度が遅くなるため強度低下 | T6, T651, T73 | 厚板はピーク強度を得るために特殊な焼入れや焼鈍後の時効処理が必要 |
| 押出材 | 大型断面まで対応 | 物性に勾配が出ることがあり、小断面で最良の性能 | T6（焼入れ時効後）, T73 | 複雑な形状が求められる高強度プロファイルに使用 |
| チューブ | 任意の直径、肉厚 | 板材や押出材と同様の機械的性質。溶接部で問題が生じやすい | O, T6 | 押出材またはロール溶接チューブから成形。薄肉の場合は加工に注意が必要 |
| バー／ロッド | 直径数インチまで | 多くの調質で優れた加工性。調質によって強度が変動 | O, T6 | 高強度ファスナー、軸、加工部品に一般的 |
加工ルートと製品形態が実現可能な物性を左右します。これは固溶処理における焼入れ速度と後続の時効処理により析出物の大きさや分布が制御され、結果として強さや靭性が決定されるためです。薄板や小断面は焼入れ後の人工時効でT6特性を得やすい一方、厚板や大型押出材は焼入れ条件の変更、中断焼入れ、あるいは冷却速度の遅さによるピーク性能の低下を受け入れる必要があります。
用途や接合方法は形態ごとに異なります。板厚板はクラッド加工され表面仕上げや耐食性が求められる用途に多用され、厚板は大きな構造用材料としての役割を果たし、押出材や棒材は複雑な断面形状や高精度加工部品に適しています。
同等グレード
| 規格 | グレード | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | A7075 | 米国 | American Aluminium Associationによる一般的な指定 |
| EN AW | 7075 | ヨーロッパ | ヨーロッパのEN指定。ほぼ同等の化学成分と物性 |
| JIS | A7075 | 日本 | 日本工業規格。AA/JIS合金とほぼ一致するが、物性仕様に差異がある場合がある |
| GB/T | 7075 | 中国 | 中国規格に基づく同等品。現地生産および仕様公差に特徴あり |
数値指定の7075は各規格間で広く使用されているものの、最大不純物限界、許容微量元素、機械的性質の合格基準に細かな差異があります。調達時は対象規格（AA, EN, JIS, GB/T）を確認し、Cu、Zn、Crなどの元素限界および機械的性質の適合を確かめることが重要です。クラッド加工、調質、および認可された製品形態も地域やメーカーの慣行により異なる場合があります。
耐食性
A7075は比較的穏やかな環境下での大気腐食に対して中程度の耐性を示しますが、多くの5xxx系および6xxx系合金と比べて、ピッティングやめくれ腐食などの局所腐食が発生しやすい傾向があります。高い亜鉛および銅含有量が強度向上に寄与する一方、海洋性の塩化物が多い環境などでは保護被膜や陽極処理が無いと電気化学的腐食や粒界腐食の誘発が懸念されます。純粋なアルミニウムでのクラッド（Alclad）や表面改質処理およびシール剤の使用は耐食性向上策として一般的です。
応力腐食割れ（SCC）はピーク時効状態のA7075、特にT6で顕著な問題であり、高い引張残留応力や外部応力と腐食性環境が合わさると脆性的な亀裂を引き起こします。T73などの過時効調質や設計で応力レベルを低減する手法が重要視されます。異種金属接触の場合、A7075は多くの鋼に対しては陽極的ですが、より貴な金属に対しては陰極的となります。ステンレス鋼や炭素鋼と電解質下で接触すると電食が促進される場合があるため、絶縁接合や防護被膜の適用が必要です。
5xxx系（Mg多元素）と比べてA7075は耐食性を犠牲にして高強度を得ています。6xxx系と比較すると一般的な静的強さは高いものの、耐食性は劣ります。厳しい海洋環境や化学環境下での長期使用には、表面のメタロケミカル処理やより耐食性の高い合金の選択が推奨されます。
加工性
溶接性
A7075の融接溶接は難しく、荷重を受ける構造部材には一般的に推奨されません。融接部は割れやすく、熱影響部で著しい軟化が起こり、ピーク時効強度の大部分を失うことが多いためです。摩擦攪拌接合（FSW）は多くの用途で主流の接合法で、微細な組織を生成し、熱割れに強く機械的性質保持も良好ですが、溶接部の強度や疲労特性は母材T6とは異なります。非重要部品の融接が必要な場合は、専用のフィラー材および溶接後の固溶処理・時効処理（形状が許せば）を行い、性能確認の試験を実施します。
切削加工性
A7075はピーク調質時に比較的延性が低く、高強度であるためチップの破断性に優れ、優れた表面仕上げと厳しい公差を標準的な超硬工具で実現できます。推奨工具は鋭利な形状の高陽性超硬インサート、剛性の高い固定具、適切な冷却・潤滑条件を備えたものです。切削速度は鋼に比べて高くても良いですが、送り速度はチャタリング防止および典型的な薄く連続したアルミニウム合金チップの管理のため制御します。アルミ用のコーティング工具は割れや摩耗を抑え寿命延長に寄与します。
成形性
A7075はピーク調質時に冷間成形が制限され、バネ戻りが大きく、狭いR曲げで割れやすい傾向があります。O/焼鈍調質が打抜き、深絞り、曲げ加工に適しており、形状が許せば焼鈍後に固溶処理および人工時効で目的の強度を得ることが一般的です。最小曲げ半径は調質や厚さに依存し、一般的にはピーク時効状態のT6薄板では材料厚さの数倍の半径が必要ですが、焼鈍材ではより小さい半径でも成形可能です。
熱処理挙動
A7075のような熱処理可能合金では、ピーク特性を得るために固溶処理、焼入れ、人工時効の順に工程が行われます。固溶処理は通常、固相線付近の温度で適切な時間加熱し、合金元素を固溶状態にします。その後、急冷して過飽和固溶体を保持します。人工時効処理（析出硬化処理）はT6で一般的に120°C程度で数時間行い、微細なMg–Zn析出物を析出させることで高強度を実現します。
過時効処理（T73、T7451等）は、析出物を粗大化させることで応力腐食割れや剥離腐食に対する耐性を高めますが、最大強度は一部低下します。T651などはT6後に引張や機械的矯正などの応力開放処理を加え、焼入れや成形による残留応力を低減した状態を示します。熱処理効果は厚さ制限があり、厚物では同等の焼入れ速度が確保できず、専門的な処理や焼入れ媒体無しでは同じピーク強度を得にくいです。
非熱処理系の処理は7xxx系合金の主強化機構の発現には不十分で、一部の加工硬化は見込めますが、成形時の延性回復には焼鈍が用いられ、その後の時効処理で設計強度が回復されます。
高温での特性
A7075はサービス温度が常温から約120°Cまでの範囲で有用な構造強度を発揮しますが、150～200°Cを超える温度では析出物の粗大化により降伏強さと引張強さが急激に低下し、高温荷重用部品には不適切です。酸化は中温域で大きくは発生せず、アルミニウムの酸化被膜が保護膜として機能しますが、高温下での微細組織変化や軟化は促進されます。
溶接や局所的加熱による熱影響部は、局所的に固溶処理温度を超えると、低融点共晶の部分的な溶融や強化相の溶解が生じ、永久的な強度低下を招きます。この場合、形状が許す限り、後処理として熱処理が必要になります。上限温度に近い用途では、高温性能に特化した代替材料の検討や、慎重な熱管理戦略を採用することが推奨されます。
用途例
| 産業分野 | 代表的な部品 | A7075が使われる理由 |
|---|---|---|
| 航空宇宙 | ウィングスパー、フィッティング、降着装置部品 | 重量あたりの優れた強度と疲労性能を持ち、重要な構造部品に適する |
| 海洋 | 高強度スタンション、リギング部品 | 保護コーティングや被覆により腐食を抑制しつつ、高い静的強度を発揮 |
| 航空宇宙/防衛 | ミサイル機体、兵器部品 | 高強度、加工性、剛性が求められる動的・高負荷部品に最適 |
| スポーツ用品 | 自転車フレーム、登山用具、航空宇宙グレードのハードウェア | 軽量かつ高強度を両立し、性能追求製品に適する |
| 電子機器 | 構造ケースおよび熱拡散部品（限定的） | 優れた熱伝導性と剛性を有し、機械的強度が重視される箇所に使用 |
A7075は、一定の質量で最大荷重能力を発揮する必要がある場合に選択され、腐食管理や接合の制約を設計で克服できる場合に適しています。同合金は特に航空宇宙の一次・二次構造部材、防衛用途、ならびに加工や仕上げ、防護表面処理が実用的かつ性能向上に見合う高性能コンシューマ機器で主に採用されています。
選定のポイント
強度対重量比や疲労強度が決定的に重要であり、かつ加工方法（切削加工、FSW、もしくは機械的締結）が溶融溶接の限界やピークテンパーでの成形性の悪さを回避できる場合にA7075を選択してください。成形加工には一旦焼鈍材を用い、高強度が必要な最終段階では熱処理を計画することが望ましいです。
一般的な純アルミニウム（例：1100）と比較すると、A7075は電気的・熱的導電率および成形性を犠牲にしつつ、大幅に高い引張強さと降伏強さを持ちます。一般的な加工硬化合金（例：3003、5052）と比較すると、A7075ははるかに優れた強度を示すものの、耐一般腐食性は劣り、室温での成形性も低くなります。一般的な熱処理合金（例：6061／6063）と比べると、A7075はピーク強度と疲労特性に優れる一方で、応力腐食割れへの感受性が増し、一般的にはコストや加工制約が高くなります。
設計上、最小質量と最大強度を優先し、調達、加工、表面保護戦略で腐食や接合、熱処理の制約を管理できる場合にA7075を使用してください。加工のしやすさや耐腐食性を重視した汎用構造部品には6061などの合金を検討し、極めて重要な高強度部品にはA7075が引き続き有力な候補です。
まとめ
A7075は、卓越した強度対重量比と疲労性能が求められ、かつ製造プロセスや腐食防止策がそのテンパー依存の限界に対応できる場合における高強度アルミニウム合金の柱です。析出硬化による高強度と加工性、航空宇宙分野での実績を兼ね備え、溶接性や腐食感受性の課題を踏まえながらも要求の厳しい構造用途に耐えうる信頼性の高い選択肢となっています。