アルミニウム EN AW-1070A:組成、特性、材質状態ガイドおよび用途
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包括的な概要
EN AW-1070Aは1xxx系アルミニウム合金のメンバーであり、特にアルミニウム含有率が質量比で約99.7%の商業用純アルミニウムファミリーに属します。1xxx系合金は意図的な合金元素の添加が最小限であることが特徴であり、EN AW-1070Aの主な合金元素は微量の鉄、シリコンおよび微量の銅、マンガン、亜鉛、チタンで、これらは不純物または制御された微合金元素として存在しています。
EN AW-1070Aの強化はほぼ全て加工硬化(ひずみ硬化)および結晶粒微細化によって達成され、析出硬化による熱処理強化はできません。主な特徴は優れた電気伝導性と熱伝導性、周囲環境下での非常に良好な耐食性、焼なまし状態での優れた成形性、そして一般的に非常に良好な溶接性です。
EN AW-1070Aが多用される産業としては化学処理、建築用被覆材、電気・熱管理(バスバー、ヒートシンク)、包装材および高い成形性と表面仕上げが求められる装飾用途があります。導電性、表面品質、成形のしやすさ、あるいは温和な環境での最大限の耐食性が優先される場合に、より高強度のシリーズよりも本合金が選ばれます。
設計者は、残留合金含有量が低いことが電気的・熱的性能に寄与する場合や、深絞りや複雑な成形加工が主な生産工程の場合にEN AW-1070Aを選択します。本合金は高強度よりも優れた延性、低コスト、および薄板製品での入手性の広さでトレードオフされています。
表面処理の種類
| 処理状態 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高い (30~45%) | 優秀 | 優秀 | 完全焼なまし、深絞りに最適な最大延性 |
| H12 | 中程度 | 中程度 (20~30%) | 非常に良い | 非常に良い | 軽度の加工硬化、限定的な強化 |
| H14 | 中~高 | 中程度 (15~25%) | 良好 | 非常に良い | 軽量成形部品に一般的な冷間加工状態 |
| H16 | 高 | やや低 (10~20%) | 可 | 良好 | 加工硬化が進み強度向上するが成形性は低下 |
| H18 | 非常に高い | 低い (5~12%) | 限られる | 良好 | ほぼ最大の加工硬化強度。追加成形が不要な場合に使用 |
| H24 | 中程度 | 中程度 (15~30%) | 非常に良い | 非常に良い | 加工硬化と部分焼なましで成形性と強度のバランスを実現 |
表面処理状態は、EN AW-1070Aの強度と延性のバランスに大きく影響します。析出硬化ができないため、加工硬化が降伏強さおよび引張強さを高めますが、延性と成形性は低下します。深絞りにはOを、成形後の寸法安定性が求められる部品にはH14やH16が一般的な設計方針です。
化学組成
| 元素 | 含有範囲(%) | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.05 | シリコンは伝導性最大化と硬い中間金属化合物形成防止のため極めて低く抑える |
| Fe | ≤ 0.30 | 鉄は主要不純物。結晶粒構造や表面外観の制御に関与 |
| Mn | ≤ 0.03 | マンガンは微量で、これらのレベルでは強化効果はほとんどない |
| Mg | ≤ 0.03 | マグネシウムも影響は微小。耐食性維持のため低い |
| Cu | ≤ 0.05 | 銅は微量のみ含まれ、高濃度は耐食性低下を招く |
| Zn | ≤ 0.05 | 亜鉛は脆化防止と電気特性維持のため低レベル |
| Cr | ≤ 0.01 | クロムは通常非常に低く、意図的な添加は少ない |
| Ti | ≤ 0.03 | チタンは微細結晶粒化のため微量添加される場合がある |
| その他 | 各≤ 0.05 / 残部Al | 残りはアルミニウム。厳しい不純物管理で伝導性と延性を保持 |
EN AW-1070Aの化学組成はアルミニウムを主成分に据え、その高い電気および熱伝導性と優れた延性を直接的に支えています。鉄やシリコンなどの微量元素は粗大な中間金属化合物の形成を抑え、成形性、表面品質、伝導性を損なわないよう制御されています。微合金元素(Ti)による粒子微細化は、合金の基本特性を損なうことなく可能です。
機械的性質
EN AW-1070Aの引張特性は冷間加工状態と板厚により左右されます。焼なまし板は降伏点が低く、最大引張強さは中程度であり、伸びは高いです。一方で加工硬化した処理状態は、降伏強度および引張強度を高めますが延性は低下します。引張応力-歪み曲線は比較的滑らかで、加工硬化状態の割にひずみ老化現象は限定的です。塑性変形はソフトな処理状態において均一で、絞りが始まるまで良好な延性を示します。
硬さは合金化されているシリーズに比べて低く、処理状態と密接に相関しています。ブリネル硬さやビッカース硬さは加工硬化に伴い増加します。疲労強度は控えめで、平均応力と処理状態に依存します。表面仕上げ、切削損傷、冷間加工履歴が疲労性能に強く影響します。板厚の影響は成形性や強度特性測定で顕著で、薄板は高い見かけの伸びと均一な特性を冷間加工後に発揮します。
| 特性 | O/焼なまし | 代表的処理(H14) | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 90~125 MPa | 120~155 MPa | 値は板厚や試験方向に依存。H14は加工硬化により強度を向上 |
| 降伏強さ | 35~60 MPa | 80~120 MPa | 加工硬化により大幅に上昇。Oは低降伏応力で成形が容易 |
| 伸び | 30~45% | 15~25% | 冷間加工の増加に伴い延性低下。深絞りにはOがおすすめ |
| 硬さ(HB) | 20~35 HB | 35~55 HB | 硬さは処理状態や加工履歴に相関 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.71 g/cm³ | 商業用純アルミ合金として標準的。質量が重要な設計に適応 |
| 融点範囲 | 655~660 °C | ほぼ純アルミニウム特有の狭い融点範囲 |
| 熱伝導率 | 220~237 W/m·K | 非常に高い熱伝導率で熱伝達部品に最適 |
| 電気伝導率 | 約60~63 %IACS | 優れた電気伝導率。無酸素銅にはやや劣るが構造用合金中では高水準 |
| 比熱 | 約900 J/kg·K | 高い比熱がヒートシンクや熱管理の熱緩衝に貢献 |
| 熱膨張係数 | 23.6 ×10⁻⁶ /K (20~100°C) | やや高い熱膨張率。異種材料との組み合わせ時は考慮が必要 |
EN AW-1070Aの物理的特性は熱管理および電気伝導部品に最適です。導電率の高さと低密度が大きな利点ですが、熱膨張係数が比較的高く、鉄鋼に比べ剛性が低いため、多材質組み立てや高温用途では寸法変化の考慮が必要です。
製品形態
| 形態 | 代表的厚さ・サイズ | 強度特性 | 一般的処理状態 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 鋼板 | 0.2~6.0 mm | 処理状態と整合。薄板は多くがOまたはH14で供給 | O, H12, H14, H16 | 成形や被覆材に広く使用 |
| 厚板 | 6~25 mm | 成形性低下。多くはOまたは軽度のH処理で供給 | O, H18 | 厚みが必要だが成形性が限定される用途に使用 |
| 押出材 | 断面積は小~大まで様々 | 合金元素が少ないため高強度押出成形は制限あり | O, H14 | 導電性と表面仕上げ重視のプロファイルに用いる |
| 鋼管 | 薄~中肉厚 | 強度は冷間加工(引抜き管は多くH処理)に依存 | O, H16, H18 | 装飾用や熱交換器の管材によく用いられる |
| 丸棒 / 棒材 | 直径最大100 mmまで | 通常はOまたは軽い加工状態で供給 | O, H12 | 高導電性が必要な機械部品に使用 |
鋼板および薄板製品が商用利用の大半を占め、合金の優れた成形性と表面仕上げがこれらの形態で最も活かされます。押出材や引抜き管も製作可能ですが、析出硬化ができないため強度向上は冷間加工や形状設計に頼ることが多いです。加工方法(圧延と押出し、引抜き)により残留応力、表面状態、最終処理状態が異なります。
等価鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 1070 / 1070A | 米国 | 商用純アルミニウムとしてAluminium Associationが定めた類似成分の指定鋼種 |
| EN AW | EN AW-1070A | ヨーロッパ | 欧州標準の呼称で欧州の供給チェーンで一般的に使用される |
| JIS | A1070 | 日本 | 高純度Alの日本の相当鋼種で化学成分および機械的性質が類似 |
| GB/T | 1070 | 中国 | 中国標準の同等鋼種で不純物限界や焼き戻し状態に若干の差異がある可能性あり |
各規格間の微妙な差異は、不純物の最大許容値、表面仕上げ要件、特定製品形態に対する公表された焼き戻しおよび機械的特性データに見られます。EN AW-1070Aを複数地域で指定する場合、エンジニアは適用される規格の焼き戻しテーブルおよび機械的要求を参照し、特性や供給条件における意図しない違いを避けるべきです。
耐食性
EN AW-1070Aは、大気および温和な工業環境において急速に形成される保護的な酸化アルミニウム層による優れた一般耐食性を示します。パッシブ膜は長期的な保護を提供し、多くの環境においては高合金アルミニウム系と同等の耐食性能を発揮します。
海洋や塩化物を含む環境では、保護塗装や設計上の配慮が不十分だと局所的なピット腐食やクレバス腐食を受けやすく、5xxx系や6xxx系合金に比べて活性海水中での塩化物によるピット腐食抵抗性は低くなります。高純度1xxx系合金は高強度微細組織が存在しないため応力腐食割れは稀ですが、残留応力と腐食環境が組み合わさると局所的な破損を引き起こすことがあります。
ガルバニック作用では、EN AW-1070Aはステンレス鋼や銅合金を含む多くの一般的な工学金属に対して陽極に位置しており、海水や湿潤環境で直接接触すると、電気的に絶縁または保護されていない限りアルミニウムが優先的に腐食します。3xxx系や5xxx系と比較すると、1xxx系は中性pHの大気環境下でより優れた総合的耐食性を持ちますが、海洋用アルミニウム合金の一部に対する塩化物への局所抵抗性は低下します。
加工性
溶接性
EN AW-1070Aは、TIGやMIGなどの一般的な融合溶接プロセスにおいて優れた溶接性を示します。合金含有量が低いため、良好な溶接池の流動性と熱割れ感受性の低さが特徴です。推奨されるフィラー材は一般に1100番台や他の低合金フィラー材で、耐食性と導電性を維持します。使用するフィラー線材は適合するものとし、熱入力を制御して歪みを最小限に抑える必要があります。母材周囲熱影響部は、合金が析出硬化しないため溶接部付近で加工硬化が回復し軟化します。設計者は溶接部付近の加工硬化低下を考慮しなければなりません。
切削性
切削性は中程度であり、自由加工合金ほど良好ではありません。高延性により長く連続した切りくずが発生し工具の詰まりを引き起こしやすいためです。鋭利な超硬工具、正の送り角設計、および十分な冷却液やエアブローによる切りくず除去が推奨されます。切削速度は中程度の速さで、微細送りでビルドアップエッジを避けるのが望ましいです。工具や潤滑条件が最適化されれば表面仕上げは非常に良好になります。
成形性
退火状態(O材)での成形性はEN AW-1070Aの最も優れた特性のひとつであり、深絞り、複雑なプレス加工、ストレッチ成形に適し、バネ戻りが少ないです。推奨される最小曲げ半径は焼き戻し状態や板厚に依存しますが、O材では比較的小さい(例:内部半径は板厚の0.5~1.0倍以上)ことが多いです。一方でH材ではより大きな半径が必要で、予熱や段階的な曲げを行う場合があります。設計者は多段階成形には一般的にO材を使用し、成形後の強度や寸法安定性が必要な場合にH材へ切り替えます。
熱処理挙動
EN AW-1070Aは固溶化および析出硬化による熱処理ができません。2xxx、6xxx、7xxx系合金で見られるような時効硬化により強度向上は期待できません。主な熱処理手法は退火で、再結晶温度帯(一般に320~420 °C、板厚に依存)で加熱し制御冷却してO材を得て最大の延性を回復します。
強度は加工硬化により得られるため、繰り返しの熱曝露や溶接により回復・再結晶が起こって初期の強度は低下します。低温の応力除去焼鈍は、O材への完全な戻りはしませんが残留応力を低減し、加工硬化強度の一部を保持したい場合に有効です。
高温特性
EN AW-1070Aの機械的強度は周囲温度に比べて温度上昇により急速に低下します。持続荷重に耐えうる構造強度は概ね100~150 °C以下に限られます。高温酸化抵抗は酸化アルミナ層形成により良好ですが、スケール形成や軟化が連続的な高温使用を制限します。
溶接や加工時の熱変動は、加工硬化状態の熱影響部を局所的に軟化させて寸法安定性に影響を与える場合があります。高温のサイクル曝露環境では、設計時に特定焼き戻し状態と形状に対するクリープ、弛緩、疲労挙動の検証が必要です。
用途例
| 産業分野 | 代表部品例 | EN AW-1070Aが選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | 装飾トリム、遮熱板 | 優れた成形性と表面仕上げ、非構造用トリムに十分な耐食性 |
| 海洋 | 建築金具、非構造パネル | 良好な大気耐食性と低密度 |
| 航空宇宙 | 非構造用金具、フェアリング | 高い導電性、良好な成形性、軽量な二次構造部材向け |
| 電子機器 | ヒートシンク、バスバー | 非常に高い熱伝導性・電気伝導性と低密度の組み合わせ |
EN AW-1070Aは、高強度よりも導電性、成形性、見た目品質を重視する用途で最も多く指定されます。主に非構造用または二次荷重用部品や、合金の熱的・電気的特性を活かす用途に適しています。
選定のポイント
EN AW-1070Aは、高い電気・熱伝導性、最大限の延性、優れた表面品質が設計上の重要要素である場合に最適な選択肢です。深絞り部品、熱拡散部材、軽量かつ耐食性のあるクラッド材に1070Aを選んでください。
商用純アルミニウムのAA1100と比較すると、EN AW-1070Aはほぼ同等の導電性と成形性を有し、EN規格で標準化されています。実際には両者の違いはほとんどなく、1070Aの方が不純物限界が厳しいことがあります。加工硬化系合金の3003や5052と比較すると、1070Aは退火状態で導電性が高く成形性がやや良好ですが、強度や加工硬化能力は劣ります。熱処理可能な6061や6063と比較すると、1070Aは導電性や成形性を優先する場合に選ばれ、高い最大強度は得られませんが熱管理や成形工程には適しています。
まとめ
EN AW-1070Aは、極めて高い導電性、優れた成形性、良好な耐食性を低コストかつ広く入手可能なアルミ製品で唯一バランスよく実現しており、依然として重要な存在です。熱的、電気的、または高度成形部品を設計するエンジニアにとって、1070Aは高強度を最優先しない用途で予測可能かつ容易に加工可能な性能を提供します。