アルミニウム EN AW-1350:組成、特性、調質ガイドおよび用途
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総合概要
EN AW-1350は1xxx系アルミニウム合金に分類され、商業的に純アルミニウムグレードの一つです。非常に高いアルミニウム含有量(通常≥99.5%)を特徴とし、シリコン、鉄、銅などの一般的な不純物は微量のみ含まれます。
本合金は析出硬化による熱処理ではなく、固溶体効果と加工硬化によって特性が発現します。熱処理は不可で、主に冷間加工により強化されます。主な特長は優れた電気伝導性および熱伝導性、多くの大気中での優れた耐食性、卓越した成形性、非常に良好な溶接性であり、一方で比較的機械的強度は低い点です。
EN AW-1350が使用される代表的な産業分野には、電力配電(バスバー、導体)、化学・食品加工設備、建築、熱交換装置などがあります。設計者は最大の導電率、表面品質、成形のしやすさを最重視する場合や、電気化学的・化学的な適合性のために非常に高純度を求める場合にEN AW-1350を選択します。
導電性、耐食性、延性の組み合わせが高強度型合金より重要視される場合に本合金が選ばれます。特に電気特性と成形性が設計の主要要件である場合は、6xxx系や5xxx系より優先されることが多いです。
硬質処理(Temper)のバリエーション
| 硬質処理 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低い | 高い | 非常に良い | 非常に良い | 完全焼鈍、最大の延性と電気伝導性 |
| H12 | 低~中 | 中程度 | 非常に良い | 非常に良い | わずかな加工硬化による軽構造用途向け |
| H14 | 中程度 | 中程度 | 良い | 非常に良い | 一般的商用硬質処理、強度と成形性のバランス |
| H16 | 中~高 | やや低い | 普通 | 非常に良い | 成形部品用薄板のより高度な加工硬化 |
| H18 | 高い | 低い | 制限あり | 非常に良い | 強い加工硬化、成形性制限あり |
| H19 | 非常に高い | 非常に低い | 不良 | 非常に良い | 供給者指定形状向け、ほぼ最大の冷間加工強度 |
硬質処理の選択は冷間加工量による機械的および電気的特性を制御します。焼鈍(O)は複雑な成形や高い導電率が必要な場合に用いられ、Hシリーズは延性や導電率を一部犠牲にして強度を段階的に向上させる場合に使用されます。
化学組成
| 元素 | %範囲 | 備考 |
|---|---|---|
| Al | 残部(通常≥99.5) | 主成分;導電性と耐食性を定義 |
| Si | ≤0.15~0.25 | 微量不純物;存在すると導電率がわずかに低下 |
| Fe | ≤0.30~0.40 | 一般不純物;強度や表面仕上げに影響を与える金属間化合物を形成することがある |
| Mn | ≤0.05~0.10 | 本グレードでは非常に少量;強化元素としては機能しない |
| Mg | ≤0.05~0.10 | 通常非常に低い;時効硬化効果はほぼ無視可能 |
| Cu | ≤0.05~0.10 | 導電率と耐食性を保つために極めて低く抑えられる |
| Zn | ≤0.05~0.10 | 微量;低濃度では影響は限定的 |
| Cr | ≤0.05 | 微量;微細組織変更剤としてわずかに作用 |
| Ti | ≤0.03 | 微量含有し、粒径細化のための微合金元素として用いられる場合あり |
| その他 | 各≤0.05;合計≤0.15~0.20 | 残留元素および意図的な微合金元素は最小限に管理 |
EN AW-1350は極めて高純度なアルミニウムであり、不純物レベルは厳密に管理されています。非常に高いアルミニウム割合が高い電気・熱伝導性を保証し、微量元素は主に表面特性、再結晶挙動、加工性や表面品質に影響を与える金属間化合物生成の可能性に関与します。
機械的性質
焼鈍状態(O)のEN AW-1350は引張強度および降伏強度は低いものの、非常に高い延性を示します。構造用合金と比較すると引張強度は低く、伸びは深絞りや複雑成形に十分な高さです。加工硬化(H処理)によって降伏強さおよび引張強さは向上し、伸びは予測可能な範囲で低下します。冷間加工度合いが機械的性質の増加を支配します。
焼鈍状態での硬さは低く、Hナンバーの硬質処理により上昇します。5xxx系および6xxx系と比較すると相対的に軟らかく、優れた靭性を保持します。疲労性能は中程度で表面状態および成形による応力で左右されるため、疲労寿命を保持するには表面を滑らかにし鋭利な切欠きを避けることが重要です。
板厚およびシートゲージは機械的応答に大きく影響し、薄板は加工硬化によるH処理強度を容易に得られる一方、厚板は加工硬化効率が低く加工後の粒径も大きくなります。
| 特性 | O/焼鈍 | 代表硬質処理(例:H14) | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 一般に低い(例:約50~90 MPa) | 中程度(例:約100~150 MPa) | 板厚および冷間加工度合いにより変動 |
| 降伏強さ | 非常に低い(多くは≤30~40 MPa) | 中程度(例:60~110 MPa) | H処理で顕著に増加 |
| 伸び | 高い(通常≥30~40%) | 中程度(10~25%) | 冷間加工により段階的に低下 |
| 硬さ | 低い(軟らかい) | 上昇 | 加工硬化に伴い硬さ増加;HB/HRB値は特定の硬質処理に依存 |
物理的特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 約2.70~2.71 g/cm³ | 純アルミニウム系合金として標準的 |
| 融点範囲 | 約660 °C(固相線/液相線は純アルミニウム近似) | 高いアルミニウム含有率により融点範囲は狭い |
| 熱伝導率 | 約210~235 W/m·K | 非常に高く、1xxx系の大きな利点の一つ |
| 電気伝導率 | 約55~63 % IACS(硬質処理により変動) | O状態で高導電率;冷間加工で若干低下 |
| 比熱容量 | 約900 J/kg·K(0.9 J/g·K) | 室温付近の典型値 |
| 線膨張係数 | 約23~24 µm/m·K(23~24 ×10⁻⁶/K) | 一般的なアルミニウムの熱膨張挙動に一致 |
これらの物理定数は高純度アルミニウム母相を反映し、多くの用途選定に影響します。熱伝導率および電気伝導率はアルミニウム合金の中でトップクラスです。比較的狭い融点範囲と高熱伝導率は溶接や熱処理の選択にも影響を与えます。
製品形状
| 形状 | 典型的な厚み/サイズ | 強度特性 | 一般的な硬質処理 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.1~6.0 mm | 薄板は加工硬化によりH硬質処理まで強化可能 | O、H12、H14、H16、H18 | 広く流通;成形および導体帯材に使用 |
| 板 | 6 mm超 | 厚板では加工硬化効果が限定的;通常はより軟らかい | O、H112 | 非構造用の厚物部品やタンク用途に使用 |
| 押出形材 | 様々な断面形状 | 押出後の冷間加工により強度が変化 | O、H12、H14 | 導電性と表面仕上げが重要なプロファイルに適合 |
| 管 | 外径は小径から大径まで様々 | シート/板に類似した挙動;肉厚により成形限界が異なる | O、H12、H14 | 熱交換器や建築用断面材に使用 |
| 棒/丸棒 | 直径は数10 mmまで | 引抜供給による強度向上が可能 | O、H12、H14 | 加工性および伝導性が重要な用途に使用 |
形状および板厚は到達可能な硬質処理および性能を決定します。シートや押出形材は効率的な冷間加工強化と厳しい公差が可能ですが、厚板や大型セクションは冷間加工が難しいため、通常は焼鈍または軽加工の硬質処理で供給されます。
同等グレード
| 規格 | グレード | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA / ASTM | 1350 | 米国 | EN AW-1350に対応する代表的な米国合金呼称 |
| EN AW | 1350 | ヨーロッパ | 標準的な欧州呼称。AA1350と化学的にほぼ同等 |
| JIS | A1050 / A1050P | 日本 | 日本国内で用いられる純アルミに近い商用純度アルミ材 |
| GB/T | 1350 | 中国 | 中国規格で広く同等の化学組成を示すマーク |
同等グレード表は地域ごとの呼称の違いを示しており、性能が完全に一対一で一致するわけではありません。不純物限度、調質定義、製造試験条件などで各規格間にわずかな差異が存在します。重要な用途では、対象規格の詳細な化学成分・機械的性質表を確認し相互評価を行うことが推奨されます。
耐食性
EN AW-1350は高純度アルミニウム含有率により、安定した保護酸化膜Al2O3を形成することで一般大気環境において非常に良好な耐食性を示します。工業地帯や農村環境でも優れた性能を持ち、強い塩素化合物や腐食性の強い酸にさらされない限り、酸化や多くの弱酸性環境に耐えます。
海洋環境や塩化物を含む環境下では、Al-Mg系やAl-Mn系の海洋用合金に比べてピッティングや隙間腐食の感受性がやや高いため、長期使用には表面仕上げやコーティングで耐食性向上を図ることが多いです。応力腐食割れは強度が低く析出硬化を持たないため稀ですが、残留応力や過酷な環境により局所的な痕跡腐食が発生する可能性はあります。
EN AW-1350とステンレス鋼や銅合金の接触部ではガルバニック腐食を考慮すべきです。アルミニウムの高い陽極性により、組み合わせにより陽極挙動となり犠牲防食や絶縁処置が必要な場合があります。5xxx系や6xxx系合金と比較すると、合金元素が少なく活性な金属間化合物形成が少ないため通常は同等か優れた耐食性を有します。
加工特性
溶接性
EN AW-1350は高純度かつ低合金含有のため、TIGやMIGなどの溶融溶接が比較的容易です。適合する溶加剤は類似化学組成のアルミニウム溶加材(例:Al99.5系)や流動性向上・割れ傾向低減のためのAl-Si系(例:ER4043)が推奨されます。溶加剤選択時には導電率や耐食性も考慮します。高合金材に比べて熱割れリスクは低いものの、熱影響部では再結晶により機械的性質が局所的に変化し、耐冷間加工性が低下することがあります。
機械加工性
切削特性は柔らかく靭性のあるアルミニウム合金の典型で、低切削力かつ良好な表面仕上げが得られます。ビルトアップエッジ防止のため、正立刃形状の超硬合金や高速鋼工具を推奨します。切削速度や送り速度は調質や断面に合わせて最適化し、びびりや押しつぶしを避けます。切り屑は連続排出型であり、排屑性に注意し潤滑剤やエアブラストにより工具寿命と仕上げ向上を図ります。
成形性
成形性はEN AW-1350の最大の特長の一つで、特に退火(O)調質では深絞りや複雑な曲げ加工が容易です。O調質時の最小曲げ半径は大きく、硬くなるH調質になるほど小半径が可能ですが、H16〜H18では割れ防止のためやや大きめの曲げ半径が一般的です。バネ戻り(スプリングバック)は小さく予測可能であり、工程では調質や板厚に応じた金型調整が必要です。
熱処理特性
EN AW-1350は熱処理による強化ができない材料であり、固溶化処理や時効処理による強度向上はありません。機械的性質は冷間加工度合いと退火によって制御されます。成形後の延性や導電率の回復には完全退火が用いられ、典型的な再結晶退火温度は板厚により異なりますが概ね300〜415 °Cの範囲で管理冷却が行われます。これにより転位構造が消失し、柔らかなO調質の微細組織に戻ります。
析出硬化機構が無いため、2xxx/6xxx/7xxx系合金で見られるような人工時効による性質の飛躍的な向上は期待できません。設計・加工においては冷間加工と熱応力による機械的性質の範囲内で仕様を決める必要があります。
高温性能
EN AW-1350は中程度の温度上昇下で一定の機械的性質を保持しますが、おおよそ100〜150 °Cを超えると徐々に強度が低下します。高温使用に適合する合金に比べてクリープ耐性は限定的であり、高温下での長時間荷重には保守的な設計余裕が必要です。アルミニウムの酸化により薄膜状の保護性アルミナスケールが形成され、高温腐食に対して良好な抵抗性を示しますが、非常に高温ではスケールの挙動や表面拡散により外観や熱接触抵抗に影響を与えることがあります。
高温暴露する溶接部では熱影響部(HAZ)の軟化や電気伝導率の低下が懸念されるため、熱応用機器の設計時には機械的・電気的な定格低減を考慮すべきです。
用途
| 業界 | 代表部品例 | EN AW-1350が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 電気 | バスバー、導体、ストリップ | 高い電気伝導率と優れた成形性 |
| 海洋・化学 | タンク内張、配管、継手 | 耐食性と化学的適合性を高める高純度 |
| 建築 | 外装板、装飾パネル | 優れた表面仕上げ性、耐食性、成形性 |
| 熱交換 | ヒートシンクフィン、ラジエータフィン | 高い熱伝導率と良好な成形能 |
| 食品・包装 | 加工機器、容器 | 高純度、耐食性、衛生的な表面 |
EN AW-1350はピーク強度よりも導電率、表面品質、成形性が重視される部品に多く選ばれます。電気・熱交換機器での幅広い普及は、熱的・電気的特性と加工のバランスに優れた材料特性の反映です。
選定のポイント
電気伝導性や熱伝導性、優れた成形性、耐食性が高強度より重要な場合にEN AW-1350を選択してください。合金含有量が少なく、導体、熱交換器、建築用成形部材として経済的な選択肢です。
1100などの商用純アルミと比較すると、類似かやや高い純度で同等の成形性と導電率を持ちますが、製造公差や不純物限度には差異があります。制御された冷間加工によりわずかな強度向上を実現しつつ導電率低下を最小限に抑えています。3003や5052のような加工硬化系合金に比べて強度は低いものの、導電率が高く、特定の化学環境下での適合性で優れる場合があります。6061や6063など熱処理強化型とは異なり、ピーク強度よりも導電率と成形性を優先し、熱処理より単純な冷間加工/退火で加工を完結したい場合に適しています。
まとめ
EN AW-1350はきわめて高い導電率、優れた耐食性、非常に良好な成形性を兼ね備え、コスト効率良く加工しやすい点で今なお多くの業界で求められています。電気・熱伝導性能を最重視し、複雑な成形加工が必要な設計には不可欠な主要選択肢の一つです。