アルミニウム EN AW-5005：組成、特性、調質ガイドおよび用途
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総合概要
EN AW-5005は5xxx系（Al-Mg系）アルミニウム合金で、主な合金元素としてマグネシウムを含みます。この合金は一般的にヨーロッパの呼称でEN AW-5005またはAlMg1と呼ばれ、熱処理による強化を行わず、主に冷間加工（加工硬化）によって機械的強度を得る非熱処理合金です。
マグネシウムの含有量は約0.7～1.1 wt%で、シリコン、鉄、銅、マンガン、クロム、亜鉛、チタンは残留または管理された微量元素として含まれます。強化機構は固溶強化と加工硬化の組み合わせであり、6xxx系や2xxx系合金のような従来の固溶化および時効熱処理には反応しません。
EN AW-5005は中程度の強度、良好な耐食性（陽極酸化後の耐食性も向上）、軟質状態での非常に良好な成形性、および多くの他のAl-Mg合金に比べ優れた溶接性を兼ね備えています。これらの特性により、建築用外装ファサード、看板、装飾トリム、室内外の外装被覆、そして陽極酸化の外観、軽量性、中程度の機械的要求が主な用途で多く使われています。
設計者は、純アルミニウムよりも強度が必要で、優れた表面仕上げと陽極酸化特性を保持し、曲げ加工、成形、溶接による簡単な加工が可能な場合に5005を選択します。耐食性や高強度が極めて重要でない場合は高マグネシウム含有合金（例：5052）よりも優先され、6xxx系熱処理合金よりも冷間成形性と陽極酸化応答が優れているため選ばれます。
硬質状態（Temper）バリエーション
| 硬質状態（Temper） | 強度レベル | 伸び率 | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 | 優秀 | 優秀 | 完全焼なまし、最大の延性で成形に最適 |
| H12 | 低〜中程度 | 中程度 | 非常に良い | 優秀 | 軽度の冷間加工で良好な成形性を保持 |
| H14 | 中程度 | 低〜中程度 | 良好 | 優秀 | ハーフハード状態、板材やパネルに一般的 |
| H16 | 中〜高程度 | 低め | 可 | 優秀 | より多くの冷間加工による高い剛性と強度 |
| H18 | 高 | 低 | 制限あり | 優秀 | フルハード状態で成形性は限定的 |
| H111 | 低〜中程度 | 中程度 | 非常に良い | 優秀 | 非標準の部分加工硬化状態、連続コイル用 |
| H22 / H24 / H26 | 中〜高程度（変動あり） | 低め | 良好〜可 | 優秀 | 製造時に使われる中間の冷間加工硬化状態 |
| T4（まれ） | 該当なし | 該当なし | 該当なし | 該当なし | 5005は効果的な時効硬化をしないためT系硬質状態は一般的でない |
| T5 / T6 / T651 | 該当なし | 該当なし | 該当なし | 該当なし | 5005では熱処理による硬質状態は基本的に使用されない |
硬質状態は機械的性質や成形性に直接かつ予測可能な影響を与えます。焼なましのO-temperは深絞りや複雑な成形に必要な最大の伸び率を提供し、H系硬質状態は制御された冷間加工による降伏強さと引張強さの段階的な向上と延性の低下をもたらします。溶接性はほぼすべての硬質状態で優れており、合金が非熱処理型であるため溶接部は母材と同程度の強度になる傾向があり、設計時には溶接による局所的な軟化を考慮する必要があります。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（%） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.30 | もろい金属間化合物の生成を抑制し、陽極酸化仕上げの外観を維持 |
| Fe | ≤ 0.70 | 一般的な不純物で、増加すると延性が低下し表面仕上げに影響 |
| Mn | ≤ 0.20 | 微量添加で結晶粒の改良効果があるが5005では制限 |
| Mg | 0.7 – 1.1 | 主な強化元素。耐食性・固溶強化を提供 |
| Cu | ≤ 0.20 | 一般腐食や応力腐食割れ（SCC）の感受性を避けるため低含有 |
| Zn | ≤ 0.20 | 陽極酸化性および耐食性保持のため低含有 |
| Cr | ≤ 0.10 | 加工中の結晶粒成長制御に寄与 |
| Ti | ≤ 0.10 | 脱酸および結晶粒細化材として微量含有 |
| その他（各々） | ≤ 0.05 | 残留元素（V、Niなど）。合計で通常≤0.15に制限 |
マグネシウムは合金の機械的性質と耐食性の主要因であり、固溶強化と海水および大気中の耐食性の強化をもたらします。シリコンと鉄は延性や表面仕上げを損なう粗大な金属間化合物の形成を避けるため制限されており、銅と亜鉛は陽極酸化の応答維持と局所腐食の感受性軽減のため低く抑えられています。
機械的性質
EN AW-5005は典型的な非熱処理型引張特性を示し、冷間加工により強度が向上する一方で伸びは低下します。焼なましのO-temper状態では比較的軟らかく延性に優れ、深絞りや複雑な成形に適します。H系硬質状態（H12～H18）では降伏強さおよび引張強さが段階的に向上し、延性は低下してより剛性の高いパネルやトリム部品の製作が可能になります。
降伏強さと引張強さは硬質状態や製品形態に強く依存し、板厚の少しの増加で絶対的な荷重容量は増加しますが、曲げ半径や成形性は低下する場合があります。疲労性能は軽負荷から中負荷の建築用途や一般消費用途に十分対応しますが、一部の熱処理合金に比べ疲労限度が低い点に留意が必要です。疲労寿命は表面仕上げや成形・溶接による残留応力の影響を大きく受けます。
硬さは硬質状態と相関し、O-temperは高い延性に整合した低いブリネル（HB）またはヴィッカース硬さを示し、H18状態は冷間加工条件下で最も高い硬さを持ちます。板厚、結晶粒構造、前処理（圧延、焼なまし条件）により局所的な引張および疲労特性が変化するため、設計では硬質状態別のデータを参照し溶接影響部を考慮することが推奨されます。
| 特性 | O/焼なまし | 代表的硬質状態（例：H14） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約90～130 MPa | 約160～210 MPa | 冷間加工度、板厚、供給者の処理による変動あり |
| 降伏強さ | 約30～60 MPa | 約110～160 MPa | 降伏強さはH系硬質状態で大幅に増加。Oは高延性 |
| 伸び率 | 約25～35% | 約6～12% | 延び率は冷間加工度の増加で低下。破断形態は延性 |
| 硬さ | 約30～45 HB | 約55～80 HB | 硬さは硬質状態と強度・耐摩耗性に比例して上昇 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | アルミ合金として標準的で、重量設計に有利 |
| 融点範囲 | 約640～655 °C | 狭い範囲で融解。鋳造特性は主用途ではない |
| 熱伝導率 | 約130～165 W/m·K | 良好な熱伝導率だが、純アルミよりは低い |
| 電気伝導率 | 約34～40 % IACS | 純アルミより低く、冷間加工によりさらに低下 |
| 比熱 | 約900 J/kg·K | 熱容量計算に用いる標準的アルミ値 |
| 熱膨張係数 | 約23.8 ×10^-6 /K（20～100 °C） | 異種材との接合部の熱応力・変形対策が必要 |
比較的高い熱伝導率と低密度の組み合わせにより、熱拡散と軽量化が求められる部品に5005は適しています。ただし電気伝導性は最優先ではない用途に向いています。熱膨張率は鋼や複合材との接合部で熱応力や変形を防ぐために考慮する必要があります。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚さ・寸法 | 強度の特性 | 一般的な硬さ・処理 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材（シート） | 0.3 – 6.0 mm | 硬さや冷間圧延によって制御 | O, H12, H14, H16 | パネル、標識、装飾用途に広く使用 |
| 厚板（プレート） | 6 – 25 mm | 厚さが増すと冷間加工による強度向上は低下 | O, H14, H16 | 剛性や断面が大きい部材に使用 |
| 押出形材（エクストルージョン） | 断面形状は多様 | 押出後の冷間加工や焼鈍により強度変化 | O, H112 | 熱処理可能な合金では人工時効が必要な場合が多いが、5005は通常軟質状態で使用される |
| 管材（チューブ） | 壁厚 0.5 – 6 mm | 板材から成形または押出/チューブミルで製造 | O, H14 | 建築用チューブや装飾トリムに一般的 |
| 棒材（バー/ロッド） | 直径 Ø2 – 50 mm | 機械加工と加工方法によって最終強度が決定 | O, H12 | 小型部品や機械加工を要するファスナー類に使用されることが多いが稀 |
シートやコイルは最も一般的な商用形状で、通常は圧延後に冷間圧延を制御して焼鈍を行い硬さを調整します。5005の押出しも可能ですが、後加工で熱処理を要しない用途に選ばれることが多いです。厚板やより厚い断面は、加工後の加工硬化効果が限定されるため、機械的特性が異なります。
等価材質
| 規格 | 材質 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 5005 | アメリカ | 北米で一般的な呼称。材質形状・硬さはAA規格で標準化されている |
| EN AW | 5005 | ヨーロッパ | ヨーロッパの呼称（AlMg1）で、化学成分や用途がほぼ同等 |
| JIS | A5005（概略） | 日本 | Al-Mg1合金に相当するJIS材質が存在するが、化学成分や加工条件に若干の差異がある場合がある |
| GB/T | 3A21 | 中国 | 3A21（Al-Mg1）がEN AW-5005の中国における代表的な等価材質 |
規格間の等価性は化学成分の公称値では高いものの、不純物限度、表面仕上げ条件、硬さの定義の違いにより性能差が生じる可能性があります。代替使用時は、材料証明書や硬さ条件を確認し、設計意図に沿った機械的性質・耐食性が確保されていることを必ず確認してください。
耐食性
EN AW-5005は大気中の耐食性に優れ、農村および工業地域の環境で良好な性能を示します。これは保護アルミ酸化皮膜の形成とマグネシウムの存在が全般的な耐食性を高めているためです。合金は均一で美しい陽極酸化被膜を形成できるため、建築・装飾材料として広く用いられています。
海洋・沿岸環境では、5005は孔食や隙間腐食に対して適度な耐性を持つものの、Mg含有量の高い5052などの合金の方がより優れた海水耐性を示す場合があります。応力腐食割れ（SCC）耐性はAl-Mg系合金としては低く、銅やその他感作元素の高含有がない限りSCCの懸念は少なく、通常使用環境では問題になりません。
アルミ合金特有の金属接触腐食（ガルバニック腐食）もあります。ステンレス鋼や銅などより貴な金属と電気的に接触した場合、電解質の存在下でアルミ側に腐食が促進されます。適切な絶縁措置、互換性のあるファスナー選択、被覆や陽極酸化処理がガルバニック腐食リスクを低減します。3xxx系（Al-Mn）合金と比較すると5005は強度がやや高く耐食性は同等です。一方、Mg含有量の多い5xxx系と比べると過酷な海洋環境では耐久性がやや劣る可能性があります。
加工性
EN AW-5005は一般的な加工方法で容易に加工可能です。熱処理ができない非熱処理合金であるため、加工後の強度や延性は主に冷間加工や焼鈍条件で制御されます。成形または溶接前の表面仕上げ・清浄度は陽極酸化後の外観や耐食性に大きく影響します。
溶接性
EN AW-5005はTIGおよびMIG溶接に適し、強度の高いアルミ合金に比べて割れが起こりにくく良好な溶接性を示します。充填材には同等または強度のやや低い5356や4043系が用いられ、特にAl-Mg系では5356が強度と耐食性のバランスで好まれます。
溶接熱影響部は母材のH硬さ条件に比べて軟化します。これは非熱処理性合金に特有で、局所的な降伏強さ低下を設計時に考慮する必要があります。溶接後の仕上げや場合によっては機械的加工（冷間加工）で外観や剛性を回復させることが建築用途では一般的です。
切削加工性
5005の切削加工性は平均から良好ですが、自由切削アルミ合金に比べると劣ります。中速で硬質合金工具を使用すると良好に切削でき、工具形状は正の逃げ角で切れ味を良くし、連続した切りくずが得られるように送り速度を高めるのが良いです。冷却剤やエアブローで切削熱と切りくず除去を助けます。
送り速度と切削速度は工具寿命と加工面粗さのバランスで選定します。軟質のO硬さ材では非常に薄い断面で振動やバリ発生のリスクがあります。H硬さ材は工具負荷が増加し切りくず形成も多少変わりますが、標準的な工具戦略は大きく変わりません。
成形性
Oおよび軽硬さ（H12等）の硬さ条件では、曲げ、深絞り、ロール成形に優れています。O硬さでは材料形状・厚みによりますが極めて小さい曲げ半径も可能です。H14やH16では曲げ半径を大きくし、ばね戻りを考慮する必要があります。折り返しやフランジ加工はH14鋼板でよく行われます。
5005は良好な冷間成形性があるため温間成形はほとんど不要ですが、広範囲に冷間加工した後の延性回復には中間焼鈍が使用される場合があります。設計者は硬さ条件別の成形表を参照し、パンチ・ダイの半径やブランクホルダー圧力を設定して確実な生産管理を行うべきです。
熱処理挙動
非熱処理合金であるEN AW-5005は溶体化処理や人工時効による強度向上は期待できません。6xxx系や2xxx系のような析出硬化は発生しません。
焼鈍は約300～420 °Cの中温領域で行い、製品形状や供給元の推奨により条件が異なりますが、延性回復と再結晶によって軟化状態（O硬さ）を得ます。制御炉焼鈍と緩やかな冷却で深絞りに適したO硬さ材が作られます。
冷間圧延による加工硬化でH硬さ材が得られ、成形工程間での中間焼鈍により物性を調整可能です。製造管理では熱処理条件よりも冷間加工度合いが引張強さや降伏強さとよく相関します。
高温性能
EN AW-5005の機械的性質は温度上昇に伴い徐々に低下します。構造用途としては約100〜125 °Cまでの継続荷重に対し使用可能とされます。これを超えると強度低下やクリープが顕著となり、高温長期使用には適しません。
空気中酸化は安定したアルミ酸化皮膜の形成に限定され、中温度域では合金を保護しますが、200 °C以上の長時間曝露で表面外観や機械的性質に影響が出る場合があります。溶接部の熱影響部では高温曝露により晶粒粗大化や局所的な強度低下が発生することがあるため、重要部品は高温特性を試験で評価すべきです。
用途例
| 産業分野 | 例示部品 | EN AW-5005を使用する理由 |
|---|---|---|
| 建築 | ファサードパネル、外装被覆、トリム | 良好な陽極酸化対応、美観、成形性 |
| 海洋・オフショア | 軽構造部材、トリム | 海水耐食性と軽量性のバランス |
| 自動車 | 内装トリム、装飾用外板パネル | 良好な表面仕上げ、中程度の強度、溶接性 |
| 民生品 | 標識、家電パネル | 陽極酸化仕上げの外観と加工容易性 |
| 電子機器 | 筐体、小型放熱板 | 筐体用の熱伝導性と耐腐食性 |
EN AW-5005は表面外観や陽極酸化性能、成形性・溶接性と適度な強度のバランスが求められる用途で幅広く使用されます。最高強度や過酷な海洋耐久性が必要な場合は選定対象外になることが多いものの、多くの中程度要求性能の用途には経済的で加工しやすい材料です。
選定のポイント
軽量で優れた陽極酸化特性を持ち、一般的な耐食性および優れた冷間成形性・溶接性を求める場合は、EN AW-5005を選択してください。表面仕上げと製造性が重視される建築用、装飾用、軽構造部品に特に適しています。
商用純アルミニウム（1100）と比較すると、5005は電気伝導性の若干の低下とわずかな成形性の低下を伴いますが、より高い強度を提供し、機械的強度がある程度必要な構造用材料として優れています。加工硬化合金の3003や5052と比べると、5005は一般的にその中間に位置し、3003より強度が高く表面状態が良好ですが、高Mg含有の5052ほど耐食性や高強度はなく、特に厳しい海洋環境では劣ります。
6061や6063のような熱処理強化合金と比較すると、5005は深絞り加工や優れた陽極酸化仕上げ、また高いピーク強度をT6処理で得られる熱処理合金よりも簡素な加工・溶接性が求められる場合に適しています。多くの薄肉建築用途では、コストや入手の容易さの面でも5005が有利です。
まとめ
EN AW-5005は、中程度の強度と優れた成形性、高品質な陽極酸化表面を備えた非熱処理型で加工しやすい合金として、現在も有用なエンジニアリングアルミニウムです。外観・溶接性・加工性が重要な設計要件となる建築用、装飾用、軽構造用途において、信頼性が高く経済的な選択肢を提供します。