アルミニウム EN AW-1100:組成・特性・硬化区分ガイド・用途
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総合概要
EN AW-1100は、1xxx系の加工アルミニウム合金に属し、商業的に純度の高いアルミニウム(アルミニウム含有率約99.0%以上)を示しています。主な特徴は、意図的な合金元素含有量が非常に低いことで、シリコンや鉄などの微量元素が百分率以下のレベルで存在し、不純物に起因する特性を制御しています。
EN AW-1100の強化は、熱処理ではなくほぼ完全に加工硬化(ひずみ硬化)によって達成されます。したがって、2xxx系、6xxx系、7xxx系合金と比べると機械的強度は控えめですが、優れた延性、高い電気・熱伝導性、卓越した耐食性、そして優れた成形性を備えています。
主な特長としては、大気環境や多くの化学環境における非常に高い耐食性、優れた溶接性、アニーリング状態での非常に良好な成形性があります。また、用途に応じて冷間加工によりH焼き戻し状態まで強度を高めることが可能です。EN AW-1100が使われる代表的な業種には、化学処理、食品・飲料設備、看板・銘板、熱交換器、導電性が求められ、成形性がピーク強度より重視される電気導体分野があります。
エンジニアは、最大の導電性、表面仕上げ、または耐食性が必要で、かつ厳しい曲げ半径や深絞り加工を要する場合にEN AW-1100を選択することが多いです。また、製造の簡便さやリサイクル性が要求される場合や、コストを重視してより複雑な合金系よりも低合金アルミニウムを選ぶ場合にも好まれます。
焼き戻し状態(Temper)の種類
| 焼き戻し状態 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低い | 高い(30〜50%) | 優秀 | 優秀 | 最大の延性を得るための完全焼なまし状態 |
| H12 | 中低程度 | 中程度(20〜35%) | 非常に良好 | 優秀 | 軽度の加工硬化で良好な成形性を維持 |
| H14 | 中程度 | 減少(10〜30%) | 良好 | 優秀 | 強度向上のための一般的な冷間加工状態 |
| H16 | 中程度 | さらに低下(5〜20%) | 良好〜普通 | 優秀 | より強い加工硬化による強化 |
| H18 | 高い | 低い(3〜10%) | 限定的 | 優秀 | 熱処理なしで最高の強度を得るための強度冷間加工 |
| H112 | 中程度 | 変動的 | 良好 | 優秀 | 熱処理無しで工程管理によるひずみ硬化 |
EN AW-1100の焼き戻し状態の選択は、主に制御された冷間加工段階によって得られる延性と強度のバランスです。O(アニーリング)状態は成形性と表面仕上げを最大化し、H系の焼き戻し状態は引張強さと降伏強さを延性を犠牲にして段階的に向上させますが、金属学的な熱処理能力には変化がありません。
化学成分
| 元素 | 含有範囲(%) | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.95 | 不純物。耐食性と鋳造性への影響を制御 |
| Fe | ≤ 0.95 | 一般的不純物。若干の延性と導電性低下 |
| Mn | ≤ 0.05 | 最小限。1100では強化効果はほぼなし |
| Mg | ≤ 0.05 | わずか。析出硬化を防止 |
| Cu | ≤ 0.05 | 耐食性保持のため非常に低く管理 |
| Zn | ≤ 0.10 | 微量許容。過剰は耐食性低下 |
| Cr | ≤ 0.05 | 結晶粒構造変化の抑制 |
| Ti | ≤ 0.03 | 微量の結晶粒細化剤の可能性あり |
| その他 | 合計≤ 0.15 | 残留元素(V、Niなど)を含む。アルミニウムが残り約99.0% |
EN AW-1100のほぼ純粋な特性により、物理的および電気化学的特性は合金析出物よりもアルミニウムマトリックスが支配的です。微量元素や残留物は主に電気・熱伝導性、結晶粒構造、機械的挙動の若干の差異に影響を与えるため、成分管理は特性を維持するために不純物レベルを低く抑えることに重点を置いています。
機械的性質
EN AW-1100の引張挙動は、アニーリング状態での低い引張強さと降伏強さに加え、長い一様伸びが特徴です。降伏点は低く、強度向上の主な手段は加工硬化です。冷間圧延や引抜きにより引張特性は大きく向上しますが、延性は低下します。硬さは焼き戻し状態に直接関連し、アニーリング材はHB20〜30程度の低硬度、H系加工材では硬さが上昇します。疲労耐久性は控えめで、表面仕上げや冷間加工の影響を強く受けます。
板厚は機械的反応に影響を与え、薄板は厚板に比べて冷間圧延による高いH系硬さまで加工しても延性低下が小さくなります。疲労性能は表面欠陥や異種金属接触による腐食に敏感で、研磨やアルマイト処理により疲労寿命が改善されます。破壊挙動は延性焼き戻し状態での塑性変形を伴い壊れる一方、強く加工された状態では靭性が低下します。
| 特性 | O(アニーリング) | 代表的な焼き戻し(例:H14) | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約65〜95 MPa | 約95〜140 MPa | 板厚や冷間加工度合いにより広範囲 |
| 降伏強さ | 約25〜45 MPa | 約60〜110 MPa | 加工硬化による上昇。試験片の方向に依存 |
| 伸び | 約30〜50% | 約10〜30% | 焼き戻し温度上昇に伴い低下。薄板は高い伸びを保持しやすい |
| 硬さ | 約20〜30 HB | 約35〜60 HB | 冷間加工により硬化。ロックウェルやビッカース換算可能 |
物理的特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.71 g/cm³ | ほぼ純アルミニウム合金の典型値 |
| 融点域 | 約640〜660 °C | 純アルミニウムの固液共晶範囲 |
| 熱伝導率 | 約215〜240 W/m·K(25 °C時) | 非常に高く、熱伝達用途に最適 |
| 電気伝導率 | 約58〜62 % IACS | 高い電気伝導性で導体やバスバーに適する |
| 比熱 | 約900 J/kg·K | 純アルミニウムと同等。熱容量計算に有用 |
| 線膨張係数 | 約23.6×10⁻⁶ /K(20〜100 °C) | 設計許容範囲の典型的なアルミニウム値 |
EN AW-1100の物理特性は、高い機械的強度よりも熱および電気の伝達を重視しています。熱伝導および比熱は熱交換器プレートやクラッド材、ラジエーターに適しており、電気伝導率はバスバーや低電圧導体の支持に役立ちます。設計時には、鋼材との混合構造で1100部材の比較的高い熱膨張を考慮する必要があります。
製品形態
| 形態 | 一般的な厚み/サイズ | 強度特性 | 一般的な焼き戻し | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材 | 0.1〜6.0 mm | 延性が高く冷間加工が容易 | O、H12、H14 | 深絞り、クラッド、装飾仕上げに広く使用 |
| プレート | 6.0 mm超 | 冷間加工の限界が下がり、成形困難 | O、H112 | 導電性を要する化学タンクや構造パネルに使用 |
| 押出材 | 大型断面プロファイルまで | 押出時に加工されH系となることも可能 | O、H112 | 単純な合金組成により連続押出が滑らか |
| 管材 | 多様な直径・肉厚 | 引抜きや圧延で成形され、加工硬化可能 | O、H14 | 熱交換器用チューブや建築用チューブに一般的 |
| 棒材/丸棒 | 直径最大200 mm | 加工硬化の影響は比較的少なめ | O、H16 | O焼き戻しで機械加工可能。冷間引抜きによる強化も |
板材や薄板は最高の成形性を提供し、深絞りやロール成形に多用されます。プレートや厚押出材は主に機械切断や溶接によって加工されます。押出加工は単純な組成により均一な流れと表面仕上げが得られ、管材や丸棒はシームレスまたは溶接製法を経てサイズ調整とアニーリング処理で特性管理されることが多いです。
同等鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 1100 | USA | 商用純アルミニウムとして一般的に参照される米国規格の呼称 |
| EN AW | 1100 | ヨーロッパ | 同等のヨーロッパ合金。EN AW接頭辞は鍛造アルミニウムを示す |
| JIS | A1050 | 日本 | 不純物の許容限界および特性が類似した近似鋼種 |
| GB/T | 1100 | 中国 | 組成および特性範囲が類似する中国規格 |
各規格間の微細な差異は主に最大残留不純物限度および許容される微量元素にあり、これらは導電率や耐食性にわずかな影響を与えます。各地域での加工履歴や調質仕様も機械的特性の範囲に影響を及ぼすため、エンジニアは公称の鋼種の等価性だけに依存せず、ミル証明書による調質および保証特性の確認を推奨します。
耐食性
EN AW-1100は高いアルミニウム含有量と最小限の活性合金元素添加により、大気腐食に対して優れた耐性を示します。自然に形成される保護酸化膜により一般的な酸化を防ぎ、工業・都市環境における長期的な屋外性能を発揮します。
海洋環境では、EN AW-1100は無応力条件下での一般腐食に良好な耐性を示しますが、塩化物含有環境における孔食や停滞した海水が溜まるすき間腐食には注意が必要です。陽極酸化処理および適切な表面処理は、外観の向上と局部的腐食抵抗性を大幅に改善し、海洋用途に適しています。
応力腐食割れ(SCC)感受性は低く、SCCは一般に高強度合金で発生するため、EN AW-1100ではほとんど問題になりません。ただし、冷間加工が強い状態では引張応力がかかる腐食性媒体下で感受性がわずかに増加することがあります。銅やステンレス鋼など、より貴金属とのガルバニック作用による局部腐食の加速が懸念されるため、異種金属が接触する場合は絶縁や適合したファスナーの使用が推奨されます。
加工特性
溶接性
EN AW-1100は最も溶接しやすいアルミニウム合金の一つで、TIG、MIGおよびスポット溶接に良好に対応します。溶加材は求められる延性および耐食性に応じてER4043(Al‑Si系)またはER5356(Al‑Mg系)が一般的に使用され、薄板は歪みを最小限にして溶接可能です。熱割れのリスクは高強度アルミ合金に比べ低く、非熱処理型のため熱影響部での機械的特性低下もわずかです。
加工性
退火状態では延性が高く加工硬化が少ないため、加工性は容易で、純アルミ系鋼種の中でも比較的優れています。ポジティブな切削角と高速送りが可能な超硬工具の使用が推奨され、ビルトアップエッジを防止します。材料は長く細い切りくずを形成しやすいため切りくず制御には注意が必要です。高光沢な表面仕上げが可能ですが、鋼材に比べ剛性が低いため、治具設計には配慮が必要です。
成形性
O調質では非常に優れた成形性を示し、割れを起こさずに極めて小さい曲げ半径や深絞りが可能です。推奨最小曲げ半径は薄板の場合、工具や調質条件によりますが板厚の1倍以下が一般的です。一方、H調質ではより大きな曲げ半径や段階的成形、または中間焼鈍を要します。ばね戻りは中程度で予測可能なため、工具設計段階で考慮するか、成形後に応力緩和焼鈍を行うことが望ましいです。
熱処理挙動
EN AW-1100は非熱処理系合金であり、6xxxや7xxx系のように固溶化熱処理や析出硬化は行われません。機械的特性の向上は冷間加工(加工硬化)によって得られ、焼鈍により逆戻りします。
焼鈍は断面厚さや求める軟化度合いに応じて通常300~400 °Cで実施され、ゆっくり冷却することで完全な延性を回復しO調質に戻ります。硬化は機械的要因のため複雑な形状を割れずに成形する場合は、複数回の加工と中間焼鈍が一般的な工程となります。
高温性能
高温では、EN AW-1100は熱処理可能な合金に比べて強度の低下が比較的速く進行します。構造用途では一般的に200 °Cを大きく下回る温度での使用が推奨されます。酸化抵抗は保護性の高いアルミナ層形成により良好ですが、クリープ耐性は高温用特殊合金に比べて劣ります。
溶接による熱影響部は形成されますが、析出による軟化は起きません。ただし、高温長時間露光は冷間加工による強化が失われ硬さが低下することがあります。連続的な高温使用を想定する際は、クリープ耐性を重視した合金の選択が望ましいです。
用途例
| 産業 | 代表部品 | EN AW-1100が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | 装飾トリムおよび銘板 | 優れた成形性と表面仕上げ |
| 海洋 | 熱交換器および非構造用部品類 | 耐食性と熱伝導性 |
| 航空宇宙 | 内装ブラケットおよびフェアリング | 軽量性と非構造部品向けの良好な成形性 |
| 電子機器 | ヒートシンクおよびバスバー | 高い熱・電気伝導率 |
EN AW-1100は、導電性と成形性を最優先し構造荷重が低い用途に多く採用されます。陽極酸化などの仕上げ加工との親和性やクリーンな表面も、目に触れる部品や薬品環境下の選択理由となっています。
選定のポイント
EN AW-1100の選択時は電気および熱伝導性、優れた成形性、鍛造アルミ合金中で最も高い耐食性を重視してください。最大の延性と深絞りにはO調質、冷間加工による強度向上にはH調質が適します。ミル証明書で導電率や機械的特性は必ず確認してください。
3003や5052のような一般的な加工硬化合金に比べて、EN AW-1100は電気・熱伝導性がやや高く、表面仕上げも優れていますが、マグネシウム含有の5052が示す高強度には及びません。熱処理可能な6061や6063合金とは異なり、導電性、耐食性、成形性が優先される場合にEN AW-1100が選ばれます。構造強度や硬度が必須の際は6061を選択してください。
コストと入手性も考慮しましょう。EN AW-1100は広く普及し一般的に特殊合金より低コストですが、高強度や耐疲労性、高温耐性が求められる設計では他の合金材のほうが経済的な場合もあります。
まとめ
EN AW-1100は高純度に起因する優れた導電性、卓越した成形性、堅牢な耐食性を必要とし、高強度を重視しない現代のエンジニアリングにおいて重要な基盤合金です。そのシンプルさから経済的で、高いリサイクル性と幅広い製品形態での加工のしやすさを備え、化学、電気、消費財分野で今後もその価値を保ち続けます。