アルミニウム EN AW-1050A:組成、特性、調質ガイドおよび用途
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総合概要
EN AW-1050Aは1xxx系アルミニウム合金の一種で、商業的に純度の高いアルミニウムを示し、最低名目アルミニウム含有率は約99.5%です。本合金は意図的に添加元素を低く抑えており、シリコン、鉄、および微量元素は不純物レベルにとどまっているため、1xxx系に特有のベースメタルの特性を維持しています。熱処理による強化はできず、その機械的強度はほぼ完全に加工硬化と母材の純度によって得られ、非常に均質な微細構造と予測可能な変形挙動を実現しています。
EN AW-1050Aの主な技術特性は、合金系に比べて機械的強度が低いこと、非常に高い電気および熱伝導率、多くの大気環境における優れた耐食性、複雑な冷間加工に適した優れた成形性、そして一般的な溶融接合法による優れた溶接性です。主に電気導体やバスバー、化学・食品加工装置、反射板や装飾的建築部材、薄板包装および箔用途で用いられます。設計上で高強度が主目的でない場合に、最大の導電性、表面仕上げ、耐食性、成形性が求められる際に1050Aが選ばれます。
硬質状態(Temper)バリエーション
| 硬質状態 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低い | 高い | 優秀 | 優秀 | 最大の延性を得る全焼なまし状態 |
| H12 | 低~中 | 中程度 | 非常に良い | 優秀 | 軽度の加工硬化で良好な成形能力を保持 |
| H14 | 中程度 | 中~低 | 良好 | 優秀 | 板材用途の代表的な冷間加工硬質 |
| H16 | 中~高 | 低め | 可 | 優秀 | 加工硬化を強めて高強度化 |
| H18 | 高い | 低い | 限定的 | 優秀 | 形成されない部品向けの最大強度の重加工硬化 |
| H112 | 可変 | 可変 | 可変 | 優秀 | 熱処理なし。完全な加工硬化で制御されない機械的性質。押出材に一般的 |
EN AW-1050Aは時効硬化しないため、強度向上の実用的な方法は冷間加工(H硬質状態)のみです。O硬質状態は最高の延性と成形性を示し、H硬質状態は加工硬化の度合いに応じて降伏強さ・引張強さを向上させつつ、伸びは減少します。
化学成分
| 元素 | 含有範囲(%) | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.25 | 加工に伴う不純物であり、導電率を維持するのに十分低い |
| Fe | ≤ 0.40 | 主な不純物。高含有時は強度や表面仕上げに影響 |
| Mn | ≤ 0.05 | 微小、強化への寄与は無視できる |
| Mg | ≤ 0.05 | 微小、この合金で時効硬化には用いられない |
| Cu | ≤ 0.05 | 耐食性と導電性維持のため非常に低く抑えられている |
| Zn | ≤ 0.05 | 低含有で電気化学的影響を避け、導電性を維持 |
| Cr | ≤ 0.05 | 微量であれば結晶粒微細化に寄与することがある |
| Ti | ≤ 0.03 | 鋳造・押出品の結晶粒制御に利用されることが多い |
| その他 | 合計 ≤ 0.15 | 微量不純物を含む。Alの残りは ≥ 99.5% |
EN AW-1050Aのほぼ純粋なアルミニウム組成により、電気及び熱伝導率が最大化され、延性や表面品質を低下させる金属間化合物が最小化されています。少量の鉄やシリコンは避けられず、強度向上や微細な金属間化合物の形成に寄与し、成形や表面仕上げ、エッチング挙動に影響を与えます。
機械的性質
EN AW-1050Aは低合金かつ高純度アルミニウム特有の引張特性を示し、鋼材に比べて弾性係数は低いものの、焼なまし状態で非常に高い延性を持ちます。降伏強さは低く、冷間加工により一般的に増加し、同時に総伸びは減少します。板厚依存の強化や加工履歴の影響を考慮する必要があります。硬さは低めで疲労強度も穏やかですが、疲労性能は表面状態、成形に伴う残留応力、ノッチや溶接の有無に大きく左右されます。
加工硬化された硬質状態では、引張強さと降伏強さの向上と、多くの板金用途で許容可能な成形性の間で有用な妥協点が得られます。時効硬化機構を持たないため、静的な強度向上はディスロケーションの蓄積と微細構造の加工硬化によるものです。板厚や表面仕上げは疲労寿命や引張特性のばらつきに実質的な影響を与えるため、硬質条件と製品形態の仕様決定が再現性のある機械的性能において重要です。
| 特性 | O/焼なまし | 代表的硬質状態(H14/H16) | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 一般的に60~110 MPa | 一般的に95~140 MPa | 板厚・加工度により変動 |
| 降伏強さ | 一般的に25~55 MPa | 一般的に60~120 MPa | H硬質状態で降伏強さは大幅に増加 |
| 伸び | 一般的に30~45% | 一般的に6~20% | 焼なまし状態が最高伸び、H18が最低 |
| 硬さ | 一般的に15~30 HB | 一般的に20~40 HB | 硬さは加工硬化により上昇。表面状態に依存 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.71 g/cm³ | ほぼ純粋アルミニウムの典型値 |
| 融点範囲 | 約660 °C(目安) | ほぼ純アルミニウムで狭い融点範囲 |
| 熱伝導率 | 約230 W/m·K | 工業材料の中でも高く、純度と温度に依存 |
| 電気伝導率 | 約58~62 %IACS | 高い電気伝導性。硬質状態や不純物により変動 |
| 比熱 | 約900 J/kg·K | 熱バッファ用途に有用な高い比熱 |
| 熱膨張係数 | 約23.5 ×10⁻⁶ /K | 鋼材に比べて比較的高い熱膨張率 |
これらの物理的性質はEN AW-1050Aの用途範囲をよく説明しています。高い熱・電気伝導率と低密度の組み合わせにより、ヒートシンクや導体、反射面に最適です。一方で比較的高い熱膨張率は異種材料との組み合わせで熱応力や寸法安定性に注意を要します。
製品形状
| 形状 | 代表的板厚・サイズ | 強度特性 | 一般的硬質状態 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材(シート) | 0.2~6.0 mm | H硬質状態で強度向上 | O、H12、H14、H16 | 深絞り、反射板、装飾パネルに広く使用 |
| 厚板(プレート) | 6.0 mm超 | 類似傾向。厚みが増すと成形性は低下 | O、H112 | 比較的少ないが耐食性が必要な厚板部品に用いる |
| 押出形材(エクストルージョン) | 大断面までのプロファイル | 押出後の冷間加工による機械的特性調整 | H112、H14(引き抜きプロファイル用) | 建築用フレーミングやバスバーに多用 |
| 管材(チューブ) | 薄肉~厚肉管、外径は可変 | 冷間引抜・焼なましで特性変化 | O、H16 | 化学装置や熱交換器用途で一般的 |
| 棒材(バー・ロッド) | 直径数mm~50mm超 | 引抜による加工硬化は限定的 | O、H18、H112 | 導電性が求められるファスナー、スタッド、機械加工部品に使用 |
板材は最も一般的な1050A形状で、装飾や反射用途に適した制御された表面仕上げで指定されることが多いです。押出形材や管材は形状安定性と十分な強度を確保しつつ、良好な溶接性と耐食性を維持するためにH112や軽いH硬質状態がよく使われます。
対応等級
| 規格 | 等級 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 1050A | USA | 米国アルミニウム協会の指定で、EN AW-1050Aとほぼ同義で使われることが多い |
| EN AW | 1050A | ヨーロッパ | EN規格の指定で、EU圏内の仕様で広く使用されている |
| JIS | A1050 | 日本 | 同等の商業用純アルミニウムで、類似の不純物限界を持つ |
| GB/T | 1050 | 中国 | 化学組成は近似しているが、製造方法や試験仕様は異なる場合がある |
対応等級の一覧はあくまで目安です。化学組成や基本的な性質は国際規格間で概ね一致していますが、不純物限界、保証伝導率、表面品質要求、テンパー分類などに微細な違いがあります。購入者は供給地域に関連した化学・機械的試験証明書を必ず確認し、用途に応じた適合性を検証してください。
耐食性
EN AW-1050Aは、強固で自己修復性のある酸化皮膜が迅速に形成されるため、大気中および軽度腐食性環境で優れた一般耐食性を示します。多くの屋内および農村部の屋外用途では、追加コーティングなしで長寿命を発揮します。塩化物環境下での孔食耐性は、5xxxや6xxxシリーズの高合金材と比較すると控えめですが、表面仕上げや合金の純度によって局所的な腐食が抑制されます。
海洋環境では、設計ですき間形成を避け、より貴な金属との直接接触を絶縁することで、多くの部品において実用的な耐食性能を発揮します。焼なまし状態では応力腐食割れに対する感受性は高くありませんが、強い冷間加工による高ひずみ部位と過酷な環境が組み合わさるとSCCリスクが上昇します。異種金属と接触する場合、EN AW-1050Aは多くの鋼や銅合金に対してアノードとして作用するため、ガルバニック腐食防止のため絶縁層や犠牲設計を検討してください。
5xxx系(Mg含有)と比較すると、1050Aは優れた電気伝導率と多少優れた成形性を持ちますが、強度は低く、塩化物に富む環境では孔食耐性もやや劣ります。熱処理可能な6xxxおよび7xxx系合金と比較すると、一般大気下での耐食性は格段に高いものの、高強度を発揮することはできません。
加工特性
溶接性
EN AW-1050Aは、適切な清掃と接合部の隙間調整を行えば、TIGおよびMIG/GMAWによる溶接が容易で、多孔質の発生も最小限に抑えられます。推奨されるフィラー合金は、高純度アルミニウム系の1100や4043/5356で、要求される接合強度および耐食性に応じて選択します。シリコンやマグネシウム含有量が高いフィラーは、接合強度や溶接ビードの外観に影響を与えます。1050Aはシンプルな化学成分と広い凝固範囲により熱割れのリスクが低いですが、汚染、シールドガス不足および急冷は欠陥を引き起こす場合があります。
切削加工性
EN AW-1050Aの切削加工性は中程度から良好で、多くの鋼に比べて加工しやすい一方、他の合金アルミニウムよりは軟らかいためにビルドアップエッジや切りくず制御の難しさが見られます。厚板の積極的な加工には、良好な切れ角と高速コーティングを持つ超硬工具を推奨します。旋削や穴あけ時は、表面仕上げを良好に保ちつつ、押しつぶしを避けるため、回転数や送り速度の調整が必要です。均一な微細構造により寸法管理は容易ですが、成形時のばね戻りを考慮してください。
成形性
成形性は本合金の最も優れた特長の一つです。O材(焼なまし材)は、深絞り、スピニング、複雑な曲げ加工に適しており、合金材に比べて非常に小さな曲げ半径が可能です。推奨曲げ半径や引張成形限界は板厚やテンパーによりますが、一般的な工場実務では3xxx系や5xxx系に比べて低いR/t比を使用します。冷間加工によるばね戻り増加と割れ発生までの許容ひずみ減少があるため、複雑な成形工程には典型的に焼なまし(O)材が指定されます。
熱処理特性
EN AW-1050Aは非熱処理型合金であるため、従来の固溶処理や人工時効で顕著な析出強化は得られません。高温での熱サイクルは冷間加工材を焼なまし可能であり、機械的特性を変化させる主な熱処理方法は応力除去焼鈍および完全焼鈍です。軟化のための典型的な焼鈍は約350~415 °Cの範囲で、肉厚に応じて制御した時間加熱後、ゆっくり冷却してO材とします。
商業的には冷間加工が強度向上の主な手段であり、圧延、押出またはプレス加工でひずみを与えH材となります。部分焼鈍や回復処理により、成形時に必要な強度と延性のバランスを調整可能です。製造過程での熱処理の管理は重要で、過熱(再結晶・焼鈍)が起こると冷間加工硬化の効果が失われます。
高温特性
EN AW-1050Aは温度上昇に伴い強度が徐々に低下し、約100~150 °C以上で降伏強さおよび引張強さが室温値に比べ大きく低下します。高温での連続使用を想定する場合、設計者は中程度の温度までに制限し、温度下で強度を維持する合金元素を含む材質を選択することが一般的です。酸化は安定した酸化アルミニウム膜形成に限られ、破滅的な酸化は懸念されませんが、表面スケールは熱接触や放射率に影響を与えます。
溶接部や熱影響部では、析出強化がないため強度低下を心配する必要は少ないですが、局所的な焼鈍により冷間加工硬化領域が軟化し、加工による残留応力が減少します。短期の高温曝露については、熱サイクルの制御および隣接材との熱膨張差への配慮により、寸法安定性は維持されます。
用途例
| 産業分野 | 代表部品 | EN AW-1050Aが選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 電気 | バスバー、導体、電極ストリップ | 高い電気伝導性と成形のしやすさ |
| 海洋・化学 | タンク、配管部品、継手 | 優れた耐食性と溶接性 |
| 建築・照明 | リフレクター、装飾パネル、外装材 | 高い反射率、表面仕上げ性、成形性 |
| 包装・食品 | 箔、容器、包装ラミネート | 食品接触用に適した純度と耐食性 |
| 電子・熱管理 | ヒートシンク、サーマルスプレッダー | 高い熱伝導性と低密度 |
EN AW-1050Aは、伝導性と成形性を重視し、十分な耐食性を求める設計者にとって頻繁に選択されます。部品形状が薄板や多段成形を要する場合に特に適しており、コスト効率が良く、幅広い保守的な工学設計で信頼性の高い性能を発揮します。
選定のポイント
EN AW-1050Aを選ぶ際は、主な要求が最大の電気・熱伝導率、優れた成形性、穏やかな腐食環境および低コスト材である場合に適しています。深絞りや過酷な成形には焼なまし(O)材を指定し、溶接性を犠牲にしない範囲で適度な強度向上を求める場合のみH系テンパーを選択してください。
商業純アルミの1100系と比べると、わずかな伝導性・成形性の低下と引き換えに表面品質や不純物管理がやや強化されています。3003や5052のような冷間加工材と比較すると、EN AW-1050Aは伝導性が優れ、成形性も良好ですが、強度や一部の局所腐食耐性は劣ります。6061や6063のような熱処理可能合金と比べると、高い最大強度が不要で、耐食性・伝導率・成形性を優先する場合に選択される実用的で低コストな代替材です。
まとめ
EN AW-1050Aは、高い伝導率、優れた成形性、堅牢な耐食性を低コストかつ入手性の良い材質形態で実現する、基本的な工学用アルミニウムです。成形、溶接、熱処理曝露下での挙動が予測可能で、多くの保守的な設計解決策において信頼できる選択肢となっています。