アルミニウム EN AW-5754：組成、特性、硬さのガイドと用途
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総合概要
EN AW-5754は5xxx系アルミニウム合金に属し、特にAl–Mg系合金で、多くの規格でAlMg3と呼ばれています。このシリーズは主な合金元素としてマグネシウムを含み、1xxx系や3xxx系に比べて固溶強化効果および耐食性の向上が特徴です。
EN AW-5754の主な合金元素はマグネシウムであり、これに加えて微量のマンガン、クロムおよび鉄やシリコンなどの不純物が含まれています。強度は主に加工硬化とマグネシウムによる固溶強化によって得られ、析出硬化による熱処理によって高強度化することはできません。
主な特性としては、中程度から高強度の組み合わせ、大気および海洋環境における優れた耐一般腐食性および局部腐食性、適切なフィラー材の選択による優れた溶接性が挙げられます。軟質および軽度加工硬化状態（テンパー）における成形性も良好で、多くの産業分野において成形された鋼板や部品として好まれています。
主な用途分野は、自動車のボディおよび構造パネル、船舶およびハードウェア、圧力容器、輸送機器および一般的な製造における消費財です。エンジニアは、耐食性、溶接性、中程度の強度と重量のバランスが求められ、熱処理が実用的でない場合や不要な場合にEN AW-5754を選択することが多いです。
テンパーバリエーション
| テンパー | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 | 非常に良い | 非常に良い | 完全に焼鈍状態；最も良好な成形性 |
| H111 | 低～中 | 高 | 良好 | 非常に良い | 軽度加工硬化；複雑な成形に適する |
| H14 | 中 | 中程度 | 良い | 非常に良い | 四分の一硬化加工；強度向上 |
| H22 | 中 | 中程度 | 普通 | 良い | 加工硬化後に部分焼鈍；バランスを取った強度と成形性 |
| H32 | 中～高 | 低め | 低減 | 良い | 加工硬化および安定化処理；高強度で靭性低下 |
テンパーはEN AW-5754の成形性と強度のトレードオフを左右する主要かつ予測可能な要因です。焼鈍（O）は深絞りや打ち抜き成形に最適な靭性を最大化し、Hテンパーは冷間加工による降伏強さおよび引張強さの制御された向上を提供します。
テンパー選択には、最終成形工程、必要なばね戻り量、および溶接組み立て品の用途を考慮する必要があります。加工硬化が進むと成形性は低下し、ばね戻りや曲げ抵抗が増加するためです。
化学組成
| 元素 | 含有範囲（%） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | ≤ 0.40 | 不純物；化合物の形成を制御し、靭性を維持 |
| Fe | ≤ 0.40 | 一般的な不純物；強度はわずかに増加するが耐食性を低下させる場合がある |
| Mn | 0.50–1.00 | 粒界微細化および強度・靭性向上に寄与 |
| Mg | 2.6–3.6 | 主な強化元素；海洋環境での耐食性を向上 |
| Cu | ≤ 0.10 | 耐食性低下を避けるために最小限に抑制 |
| Zn | ≤ 0.20 | 微量不純物；強度にわずかな影響 |
| Cr | 0.05–0.25 | 粒界制御および熱機械的加工時の感受性低減に寄与 |
| Ti | ≤ 0.15 | 鋳造および半製品の粒界微細化元素 |
| その他（各元素） | ≤ 0.05 | 残留元素（V、Zrなど）；総和≤ 0.15 |
EN AW-5754の化学組成は、マグネシウムによる固溶強化と耐食性を優先しつつ、銅と鉄を低レベルに抑えてガルバニック腐食および析出物によるピッティング腐食を防ぐよう設計されています。マンガンとクロムは粒界制御および熱機械的処理中の再結晶化抑制に寄与し、板厚全体で安定した機械的性質の維持を助けます。
特に鋼板製品では、粗大な化合物が曲げ加工中の脆化や疲労耐性低下を招くため、シリコンと鉄の管理が重要です。そのため、製造仕様では清浄度および非金属介在物のサイズに厳しい品質基準が設けられることが多いです。
機械的性質
EN AW-5754の引張特性はテンパーと加工硬化度に強く依存します。焼鈍状態では降伏強さは比較的低く、引張強さは中程度で伸びは高く、過負荷時に進行的で延性のある破断を示し、成形工程でのエネルギー吸収能力が優れます。
加工硬化により降伏強さおよび引張強さは大幅に増加し、典型的なHテンパーは目標降伏点を達成しつつ成形に必要な靭性を保持するために制御された冷間圧延またはストレッチレベリングによって生産されます。硬度は冷間加工に比例し、板材および押出材の0.2%耐力および引張強さの向上と相関します。
疲労特性は表面処理が良好で腐食ピットがない場合に5xxx系合金として一般的に良好です。板厚は残留応力分布や圧延による厚み方向の微細構造の傾斜により疲労寿命に影響を及ぼします。厚板は冷却速度が遅く、結晶配向が発達する可能性があるため機械的性質にややばらつきが生じやすく、設計には板厚別のデータが不可欠です。
| 特性 | O/焼鈍 | 代表テンパー（例：H32/H111） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ（UTS） | 95–145 MPa | 160–260 MPa | テンパーおよび板厚により変動；サプライヤーは認証値を供給 |
| 降伏強さ（0.2% 耐力） | 35–85 MPa | 120–240 MPa | 強度上昇は冷間加工および加工硬化度に依存 |
| 伸び（A%） | 20–35% | 6–18% | 強化テンパーになるほど伸びは著しく低下 |
| 硬さ（HB） | 20–40 HB | 45–90 HB | 引張/降伏強さと相関；規格によりブリネルまたはビッカース硬さ測定 |
物理特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 比重 | 2.66 g/cm³ | Al–Mg合金として典型値；質量計算に使用 |
| 融点範囲 | 約 640–650 °C（固相線～液相線） | 純アルミニウムに近い融点範囲；溶接時の過熱に注意が必要 |
| 熱伝導率 | 約 120–140 W/m·K | 合金化により純アルミよりやや低下；放熱用途に良好 |
| 電気伝導率 | 約 30–38 % IACS | 純アルミより低下しているがバスバーや導体用途での導電性確保 |
| 比熱 | 約 900 J/kg·K | 20–100 °C付近におけるアルミ合金の典型値 |
| 熱膨張率 | 約 23–24 µm/m·K（20–100 °C） | 比較的高い膨張率のため熱サイクル設計に注意が必要 |
EN AW-5754はアルミニウムの優れた熱および電気伝導特性を多く保持していますが、合金化により純アルミに比べて伝導率は低下します。熱伝導率および膨張率のデータは、熱交換装置や電子機器用途において熱勾配や機械的拘束に影響を与えるため重要です。
融点および熱挙動は溶接条件やろう付け・塗装工程にも影響し、固相線・液相線温度が安全な加工範囲を規定して、部分溶融や過度な結晶粒成長を防ぎます。
製品形状
| 形状 | 代表的な板厚・サイズ | 強度特性 | 一般的な加工硬化状態（テンパー） | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.3～4.0 mm | 薄板では均一；冷間加工により強度向上 | O, H111, H14, H32 | ボディパネルや船舶部品に広く使用される |
| プレート | ＞4.0～100+ mm | 厚板では性質に若干の差異が出ることがある | O, H111, H32 | 剛性を求められる構造部材に使用される |
| 押出材 | 断面最大200 mmまでの形状 | 後続の時効・加工硬化により強度が変動 | O, H32, H111 | レール、フレーム、構造用押出材に一般的 |
| チューブ | 外径6 mm～200 mm | 同等のテンパーのシート・プレートと類似の機械的反応 | O, H111, H32 | 流体配管や船舶用チューブに広く使用される |
| バー・ロッド | 直径最大100 mm | 機械加工性と強度はテンパーに依存 | O, H111 | 継手、シャフト、旋盤加工部品に使用される |
加工経路は最終的な微細構造、寸法安定性、表面テクスチャに影響を及ぼします。シートおよびプレートは通常、熱間圧延後に目標のテンパーおよび表面品質を得るため、管理された冷間圧延シーケンスを経て生産されます。押出材は直接押出または間接押出プロセスで成形されることが多く、鋳造ビレットの固溶化処理および管理冷却を経て均質な微細構造を形成します。
製品選択は目的の成形および接合方法を反映させるべきです。例えば、深絞り用シートはOまたはH111状態で仕様を指定し、より高い静的強度が必要な構造用押出材はH32や加工硬化状態で供給する場合があります。
対応する等価材種
| 規格 | 材種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 5754 | USA | 国際的な5xxx系と整合した米国で一般的な呼称 |
| EN AW | 5754 | ヨーロッパ | ヨーロッパ規格による呼称；組成・テンパーはEN規格準拠 |
| JIS | A5054（概算） | 日本 | JIS対応品ありだが仕様ごとに直接の対比を確認する必要あり |
| GB/T | 5754 | 中国 | 中国規格でEN/AA呼称と名目上整合しているが、公差は確認推奨 |
各地域の規格はAl-Mg合金に関して非常に類似していますが、保証される機械的性質の範囲や表面品質、許容不純物には微細な差異が生じることがあります。規格を跨いで代替するときは、材料証明書やヒートナンバーを確認し、プロジェクト特有の引張、伸び、耐食試験要件に適合していることを必ず確認してください。
これらの小さな差異のため、調達担当者は圧力容器や船舶用継手など重要な用途において、認定された組成分析と機械的試験報告書の提出を求め、等価性を確認すべきです。
耐食性
EN AW-5754は非常に優れた大気耐食性を示し、多くの熱処理可能合金に比べて塩化物環境における孔食および割れ間腐食に対して特に耐性があります。マグネシウム含有により海水中での被膜安定性が向上し、ほぼ純アルミニウム系より長期的な耐食性が強化されています。
船舶用途では適切な塗装および犠牲陽極防食を行うことで、船体パネル、継手およびファスナーにおいて良好な性能を発揮します。塗膜損傷や不利なガルバニックカップルが存在する場合には局所腐食が発生することがありますが、表面整備および継手シールによりこれらのリスクは効果的に軽減されます。
応力腐食割れの感受性は、5754のような適切に処理された中程度のマグネシウム含有5xxx系合金で一般に低いですが、過度の時効や残留引張応力の制御が必要です。異種金属によるガルバニック影響は絶縁処理や適合したファスナー採用により対処すべきで、アルミニウムは多くの鉄鋼や銅含有合金に対し陽極として作用します。
6xxx系合金と比較すると、EN AW-5754は塩化物環境において通常より優れた耐食性を持つ一方で最高強度は低く、1xxx系および3xxx系と比べると電気伝導率をやや下げつつ高い強度を供給します。
加工性
EN AW-5754は従来の金属加工技術において扱いやすく、延性と加工硬化の組み合わせにより打抜き、曲げ、ロール成形、スピン成形に適しています。溶接性と冷間成形性は本合金の強みですが、熱影響部軟化や過度な弾性戻りを避けるため、テンパーや板厚に応じた加工条件の最適化が必要です。
溶接性
EN AW-5754のTIGおよびMIG溶接は確立されており、適切なフィラー線材を使用することで熱割れのリスクが低く高品質な接合が可能です。一般的なフィラーとしては5356や5183（Al-Mg系合金）が用いられ、母材よりややマグネシウム含有量を増やし溶接金属の延性低下を抑制します。予熱はほとんど不要ですが、熱入力の管理は熱影響部の軟化や歪みを抑制するうえで重要です。
機械加工性
5754の機械加工性能は中程度で、一般に6xxx系合金よりも加工硬化が強く切りくずの形状も劣ることからやや劣ります。炭化物工具、剛性の高いワークホールディング、および十分な冷却液の使用が推奨されます。給餌速度は柔らかい合金より低く設定され、切りくずの排出に注意しながらバリや表面のスミア発生を防ぎます。
成形性
OおよびH111のテンパーで優れた冷間成形性を発揮し、適切に焼鈍された場合はタイトな曲げ半径や複雑な形状の成形が可能で、弾性戻りも低減します。厳しい曲げや深絞り加工にはOテンパーまたは極めて軽い加工硬化状態が好ましく、工具の曲げ半径は保守的に設定すべきです（一般的な最小内半径はテンパーや表面仕上げにより板厚の約1.5～3倍程度）。
熱処理特性
EN AW-5754は非熱処理系合金であり、機械的性質の変化はほぼ冷間加工（加工硬化）と熱焼鈍によってのみ実現されます。6xxx系や7xxx系のような固溶化処理や時効強化は本合金では安定した析出強化をもたらしません。
一般的な工業的な完全軟化焼鈍は300～415 °Cの範囲で実施され、その後空冷されます。これにより延性が回復し残留応力が低減しますが強度は落ちます。残留応力を除去しつつ完全焼鈍を避ける安定化熱処理は一部のHテンパーで採用され、冷間加工強度を多く保持しつつ寸法安定性を向上させます。
非熱処理合金であるため、設計者は圧延、成形、溶接における工程管理を慎重に行い、求められる機械的性質を達成する必要があります。加工後の焼鈍は成形性向上や性質回復に用いられますが、サービス中の硬さ低下を避けるため適切なタイミングで実施しなければなりません。
高温性能
EN AW-5754は融点範囲よりはるかに低温の温度で機械的強度が著しく低下し、温度および応力状態によりおおよそ100～150 °C以上で降伏強さと引張強さが低下し始めます。高温連続使用にはクリープ挙動および耐降伏性の検証が必要であり、高温強度や長期クリープ耐性を目的とした合金ではありません。
酸化は主な破損モードではなく、アルミニウムの保護被膜が形成されますが、高温では粒界変態や微細構造の粗大化が促進され、疲労寿命および靭性に影響を与えます。溶接部の熱影響部は強度低下を起こすことがあり、熱曝露状況に応じて評価と場合によっては溶接後の復元処理が必要です。
設計者は構造部材の使用温度を保守的な範囲に制限し、150 °Cを超える持続強度が求められる場合は代替の合金やステンレス鋼の採用、または冷却措置や断熱処理を検討すべきです。
用途
| 産業分野 | 代表的な部品 | EN AW-5754が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | ボディパネル、燃料タンク | 優れた成形性・溶接性と耐食性 |
| 船舶 | 船体板、デッキハードウェア | 塩化物耐性と溶接性に優れる |
| 航空宇宙 | 二次構造材、内装部品 | 高い強度対重量比と良好な耐食性 |
| 電子機器 | ヒートスプレッダ、筐体 | 良好な熱伝導性と機械加工性 |
| 圧力容器 | タンクや配管 | 中厚板での良好な溶接性と強度 |
EN AW-5754は耐食性、加工性、適度な強度のバランスが求められる幅広い板厚範囲の用途に一般的に選択されます。腐食環境下での成形・接合が必要で、かつ軽量化が重要な部品に適しています。
選定のポイント
商業用純アルミニウムよりも高い強度と耐食性を必要とし、なおかつ良好な溶接性・成形性を維持したい場合にEN AW-5754は適しています。熱処理可能合金が不必要または実用的でない構造用シート材や船舶用ハードウェアに特に有力な候補です。
商用純アルミニウム（1100）と比べて、5754は電気伝導性および熱伝導性が若干低下しています。