アルミニウムは地球上で最も一般的な金属であるため、製造業や部品製造において広く使用されているのは当然のことです。しかし、入手しやすいからこそ、これほど広く使用されているのでしょうか？もちろん違います！アルミニウムは、強度対重量比において鉄鋼よりも優れています。様々なグレードのアルミニウム合金は、柔軟性と加工性に優れているため、幅広い用途に使用されています。
前述の通り、アルミニウムには様々なグレードがあり、それぞれに特性があります。そこでこの記事は、材料選びのガイドとして役立つでしょう。まず、アルミニウムの様々なグレード、その用途、そしてその仕組みについて説明します。さらに、各グレードのアルミニウムで可能な様々なサンプル加工についても解説します。最後までスクロールして、部品製造に最適なグレードの金属を素早く選ぶ方法をご覧ください。
目次
アルミニウムの特性
アルミニウム合金は主にアルミニウムで構成されていますが、銅、亜鉛、マグネシウム、シリコンなど、特定の特性を高めるために添加されています。アルミニウム合金のグレードは化学組成に基づいており、それぞれのグレードには用途に応じた独自の利点があります。ラピッドプロトタイピングにおいて、使用するアルミニウム合金の種類は非常に重要です。最終的なプロトタイプの有効性、コスト、そして要件への適合性に影響を与えるからです。
- 物理的特性。 純アルミニウムは非常に柔らかい金属です。しかし、アルミニウム合金は非常に強度の高い金属です。密度が比較的低いため、アルミニウム合金はあらゆる金属の中で最も優れた強度対重量比を誇ります。また、アルミニウム合金は耐寒性と耐腐食性にも優れています。
- 熱的および電気的特性。 アルミニウムは高い熱伝導率を有するため、自動車の熱交換部品の製造に適した材料です。さらに、様々なアルミニウム合金は電気伝導性と電気抵抗性の両方を備えています。そのため、一部のアルミニウム合金は電線の製造に使用され、他の合金は電気抵抗が求められる用途に使用されます。
- 機械的性質。 アルミニウムの引張強度は、アルミニウムのグレードによって高くも低くもなります。中には100ksi（約1.7MPa）という高い引張強度を持つものもあれば、1.5ksi（約1.5MPa）という低い引張強度を持つものもあります。
- 反射率。 アルミニウムは研磨することで非常に明るい表面を持つことができます。その結果、アルミニウム合金は放射エネルギーの反射率に優れ、多くのランプや装飾品に求められる特性を備えています。
機械加工におけるアルミニウムの利点と欠点
アルミニウムは様々な用途に使える非常に便利な金属です。その特性から、次のような用途で非常に人気があります。 機械加工しかし、他の良いものと同じように、アルミニウムにも長所と短所があります。
機械加工におけるアルミニウムの利点
耐食性
アルミニウムは錆びたり腐食したりしません。アルミニウム合金の表面には酸化アルミニウムの保護層が素早く形成され、耐候性を高めます。適切な表面処理と定期的なメンテナンスを施せば、過酷な環境下でも腐食しません。この特性により、過酷な環境条件にさらされる部品の製造にも使用できます。
低コスト
アルミニウムの生産コストは最も低いわけではありませんが、その利点を考慮すると、コストは非常に低くなります。つまり、同じ利点を持つ他の金属よりも安価であり、ほとんどの場合、最良の選択肢となります。
強くて軽量
アルミニウムは、強度対重量比が最も優れた金属であり、非常に高い強度を誇ります。そのため、高い強度が求められる用途に使用できます。高い強度対重量比は、この強度が重量を犠牲にすることなく得られることを示しています。アルミニウム合金は、可能な限り軽量でありながら非常に高い強度が求められる機械部品に使用されます。これは、アルミニウム合金の密度が鋼鉄の約3倍であるためです。
リサイクル性
アルミニウムは何度でもリサイクル可能です。また、他の多くの金属よりもリサイクルが容易なため、環境にも優しい素材です。
迅速な金型製作に使用可能
ラピッドツーリングと呼ばれる生産方法が普及しています。これはコスト削減とリードタイムの短縮が期待できるためです。アルミニウムは、ラピッドツーリングでよく使用される素材です。 アルミニウム合金は成形が容易で、コストもそれほどかかりません。メーカーがこれを好む理由は明白です。
過度なメンテナンスは不要
アルミニウム部品は、過酷な条件下でも品質と性能を維持します。そのため、定期的なメンテナンスが難しい部品に最適です。さらに、アルミニウムは極低温にも耐え、破損やひび割れが発生しません。
カスタマイズ可能
アルミニウムは加工しやすいため、ほぼあらゆる形状に成形できます。塗装性に優れているだけでなく、表面はほとんどの塗装を良好に保持します。
アルミニウムの機械加工における欠点
- 伝導性が容易。 これは、使用場所によってメリットにもデメリットにもなります。しかし、電気抵抗が重要となる特定の用途では、アルミニウム合金を使用できないということになります。
- 低融点。 アルミニウムは融点が低いため、高温になる場所での使用には適していません。しかし、この問題を解決できるアルミニウム合金もいくつかあります。
アルミニウム合金グレード
アルミニウム合金には、鍛造合金と鋳造合金の 2 つの主な種類があります。
鍛造合金
これらのタイプのアルミニウム合金は、ほとんどの場合、鋳物よりも強度が高いです。これらも4桁の番号で表記されますが、小数点は付きません。最初の数字は、鋳鉄の名称と同様に、主要な合金元素を示します。0でない場合、2番目の数字は合金が変更されたことを示し、最後の2つの数字はシリーズ内のどの合金であるかを示します。以下は、鍛造用合金の7つのシリーズの一覧です。
1xxxシリーズ
これらのアルミニウム合金は、少なくとも99%アルミニウムを含む必要があるため、「純アルミニウム」と呼ばれることもあります。強度はそれほど高くありませんが、機械工はこれらを好んで使用します。錆びにくく、エネルギー吸収性に優れているためです。溶接も可能ですが、融点が非常に低いため、機械工は細心の注意を払う必要があります。
2xxxシリーズ
このシリーズは銅を主成分としています。これらの金属を処理する最良の方法は固溶体熱処理です。その結果、このシリーズの合金は非常に強度と硬度に優れていますが、他のシリーズほど耐食性はありません。そのため、腐食しやすい場所でこれらの合金を使用する必要がある場合、機械工は通常、錆びない金属の塗装またはコーティングを施します。
3xxxシリーズ
これらの合金の主成分はマンガンです。強度はそれほど高くありませんが、耐熱性と耐錆性に優れています。そのため、調理器具に最適です。これらのアルミニウムシリーズは、発電所や自動車の交換部品として広く使用されています。
4xxxシリーズ
4XXXシリーズ合金は、融点が低いため、溶接の溶加材として使用されます。このシリーズの金属は、アルミニウムとシリコンの混合物から作られています。
5xxxシリーズ
これらのアルミニウム合金は加熱できませんが、引張強度が最も高くなっています。主な合金元素はマグネシウムです。そのため、錆びにくく溶接も容易で、海軍車両や機器部品に適しています。また、最大引張強度は18ksi～51ksiです。
6xxxシリーズ
このシリーズの合金は優れた耐食性を有し、最大引張強度は18ksiから58ksiです。この金合金の主な合金元素はマグネシウムとシリコンです。これらの合金は、腐食しやすい金属のコーティングに使用されます。これらの金属にはマグネシウムとシリコンも含まれており、マグネシウムシリサイドが形成されます。この材料は溶液中で加熱することで強度を高めることができます。
7xxxシリーズ
これらのアルミニウム合金の主な合金元素は亜鉛です。引張強度は32ksiから88ksiと、すべてのアルミニウム合金の中で最も高くなっています。この種類の金属は、スポーツギアや航空宇宙ギアなど、高い応力を受ける工具やギア部品の製造に使用されます。アルミニウムに加えて、銅などの他の金属を添加することで、鍛造アルミニウムの挙動を変化させることができます。
鋳造合金
これらの合金は、熱処理の有無にかかわらず処理できます。最後の数字の前に小数点を付けた4桁の番号が用いられます。最初の数字は金属を構成する主元素を示し、次の2つの数字は材料の種類を示し、小数点の後の数字はインゴットか鋳造品かを示します。
鍛造合金と鋳造合金の違い
- 鋳造合金の引張強度は、製造工程で欠陥を除去するのが難しいため、通常、鍛造合金よりも低くなります。 鋳造工程.
- 同じ重量の場合、鋳造合金は鍛造合金よりもコストが安くなります。
- 鍛造アルミニウム合金は鋳造金属よりも機械加工が容易です。
- 鍛造アルミニウム合金製の部品は、鋳造金属製の部品よりも表面仕上げが優れている場合があります。
一般的なアルミニウムの種類
アルミニウム6061-T6
このアルミニウム合金は、その名前からわかるように、6xxxシリーズに属します。2番目の数字が0であることから、この合金は様々な不純物を含む工業用アルミニウムであることがわかります。最後の2つの数字、61は、この金属の組成を示しています。アルミニウム97.9%、シリコン0.6%、マグネシウム1.0%、クロム0.2%、銅0.28%です。
この場合、T6は溶体化処理と時効処理を意味します。6061アルミニウムを伸ばすには40 ksi（約4.7MPa）、完全に引き裂くには45 ksi（約4.5MPa）の圧力が必要です。これは、この金属が非常に強度が高く、建築構造物に使用できることを意味します。6061アルミニウムは錆びません。主に自動車部品、熱交換器、電子機器の製造に使用されます。
アルミニウム7075-T6
7075アルミニウムのシリアル番号7xxxは、亜鉛が主な合金元素であり、高い引張強度を有することを示しています。7075アルミニウムは、主にアルミニウム（90%）、亜鉛（5.6%）、マンガン（2.5%）、銅（1.6%）、マンガン（0.23%）で構成されています。7075アルミニウムは、最も強度が高く軽量なアルミニウム合金の一つです。密度は2.81 g/cm3、最大引張強度は83 ksiです。もちろん、T6という番号は熱処理されていることを意味します。この金属は、工作機械のギアや航空機部品の製造に広く使用されています。
アルミニウム5052
5052アルミニウムは非常に強度が高く、耐食性に優れています。銅を含まないため、海水での使用に非常に適しています。この金属は5xxxシリーズに属しているため、加熱して形状を変えることはできません。この合金は、船舶用工具の部品の製造によく使用されます。
アルミニウム6063
6063アルミニウムは、装飾用アルミニウムとも呼ばれ、マグネシウムとシリコンを主成分とするアルミニウム合金です。この合金は適度な強度と延性を備えており、金型製作に最適です。銅含有量とマグネシウムシリサイド含有量が少ないため、耐食性に優れ、屋外でも使用できます。これらの部品の製造に使用される金属は、建築材料、パイプ、チューブ、家具などに使用できます。
適切なグレードのアルミニウムを選ぶにはどうすればいいですか?
アルミニウムには様々なグレードがあります。グレードによって、溶接性、強度、耐食性などの特性が異なります。用途に応じて、必要な重要な特性に基づいてアルミニウムのグレードをお選びください。決定する前に、以下の点にご留意ください。
機械加工性評価を理解する
アルミニウム合金の加工しやすさをランク付けすることで、その合金がCNC工作機械でどの程度加工しやすいかを知ることができます。加工しやすいアルミニウム合金は、切断や仕上げが容易です。そのため、複雑な機械部品の製造に使用できます。例えば、2011アルミニウムは非常に加工しやすいです。
コストと入手可能性
アルミニウムのグレードを選択する際に最も重要な考慮事項の一つは、合金のコストです。生産プロセスを開始する上で重要なステップは、目標コストとその価格帯における最良の特性との適合性を見つけることです。選択したアルミニウム金属グレードの入手性は、その価格にも左右されます。入手困難な希少なアルミニウム合金は、生産プロセスを遅延させる可能性があるため、入手性も非常に重要です。
それはどれくらい実用的でしょうか?
これは、特定のアルミニウム合金の成形のしやすさを表します。延性が高い合金は加工しやすく、航空機部品など、耐疲労性が求められる用途に多く使用されます。
溶接できますか？
製造された部品を他の部品と溶接する必要がある場合、合金の溶接性を考慮することが重要です。溶接が必要な場合は、3003アルミニウム金属が適しています。
耐食性
部品が使用される場所によって、耐腐食性が必要かどうかが決まります。例えば、化学薬品や海洋環境で使用される部品は、高い耐腐食性が必要です。
熱処理はできますか？
アルミニウムの焼き入れは、非常に高温または非常に低温で加熱することを意味します。この熱処理により、アルミニウムはより強くなります。どのアルミニウム合金シリーズが加熱可能で、どのシリーズが加熱不可能かを知っておく必要があります。
どれくらい強いですか?
合金が変形する前にどれだけの力に耐えられるかは、その強度によって決まります。大きな力がかかる部品には、高強度アルミニウム金属が使用されるのが当然です。
プロジェクトによっては、鋼材も必要になる場合があります。では、適切な鋼材のグレードはどのように選べばよいでしょうか？ 304および316ステンレス鋼の選択ガイド 専門家の助けを求めます。
アルミニウムのさまざまな用途
アルミニウムは様々な産業で幅広く使用されています。アルミニウム製品や部品が一般的に使用されている分野には、以下のようなものがあります。
医療分野
アルミニウム製の部品や製品は、清潔さと生体適合性が求められる業界で非常に多く使用されています。外科用器具や整形外科用器具などの医療器具は、様々な種類のアルミニウムで作られています。さらに、トレイやバケツといった日用品の主要部品にもアルミニウムが使用されています。
航空宇宙
飛行機の製造に使用される材料は、軽量かつ高強度でなければなりません。アルミニウムは軽量かつ高強度であるため、この用途に最適です。そのため、アルミニウムは、それよりも強度の高い金属と同等の重量に耐えることができます。さらに、アルミニウムは耐腐食性にも優れているため、過酷な天候にさらされた際に飛行機を損傷から守るのに役立ちます。
電気産業
アルミニウム合金は優れた熱伝導性を持つため、家電製品を製造する企業で常に使用されています。ラジエーターやグラフィックスシステムの冷却部品などの電気部品にもアルミニウム合金が使用されています。
自動車産業
最高の自動車は、軽量で耐久性があり、環境に優しいものでなければなりません。アルミニウム合金は軽量かつ高強度な素材であるため、この要件を満たすことができます。そのため、自動車は柔軟性と強度を両立させることができます。さらに、アルミニウム製の自動車部品はリサイクル可能であるため、アルミニウム製の金属部品を使用した自動車はより環境に優しいものとなります。
結論
アルミニウムは非常に柔軟性の高い金属で、他の元素と混合することで性質が変化します。また、様々な種類のアルミニウムは、それぞれ異なる特性を持つため、様々な用途に適しています。しかし、アルミニウム合金の種類が多岐にわたるため、サンプルデザインにどのアルミニウム合金を使用するかを決めるのは難しい場合があります。
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