地球上で最も広く入手可能なアルミニウムは、製造や部品の製造において幅広い用途に使用されるのは当然のことです。 しかし、その豊富さだけが広く使用されているからなのでしょうか? 絶対にありません！ アルミニウムは強度重量比が非常に高く、スチールよりも優れています。 優れた延性と機械加工性を組み合わせることで、さまざまな種類のアルミニウムを多くの産業で使用することが正当化されます。
上で述べたように、アルミニウムにはさまざまなグレードがあり、それぞれ異なる特性を持っています。 したがって、この記事は材料選択ガイドとして役立ちます。 まず、さまざまな種類のアルミニウムのグレード、アルミニウムの用途、およびその特性について説明します。 の種類についても説明します。 プロトタイプ加工 各アルミニウムグレードが適したプロセスを示します。 最後まで読んで、部品製造に最適なアルミニウム グレードを選択する最も簡単な方法を見つけてください。
アルミニウムの性質
アルミニウムの物性
純粋な形のアルミニウムは非常に柔らかい金属です。 しかしながら、強度に優れた合金が使用されております。 アルミニウムの比較的低い密度と組み合わせることで、アルミニウム合金は金属の中で最も高い強度対重量比を持ちます。 アルミニウム合金は、低温や腐食にも耐性があります。
熱的および電気的特性 of アルミニウム
アルミニウムは熱伝導率が高く、自動車の熱交換部品の製造に適しています。 さらに、アルミニウム合金の中には導電性または抵抗性があるものもあります。これは、ワイヤーが合金で構成されている一方で、電気抵抗率が必要な状況で使用されるものもあります。
アルミニウムの機械的性質
アルミニウムのグレードに応じて、引張強度が非常に高い場合もあれば、非常に低い場合もあります。 たとえば、アルミニウムのグレードによっては、引張強度が 100ksi 程度、または 1.5ksi 程度のものもあります。
アルミニウムの反射率
アルミニウムは研磨することで高反射表面を得ることができます。 このため、アルミニウムは放射エネルギーの反射に優れており、照明器具や装飾金具にとって重要な特性となります。
機械加工におけるアルミニウムの長所と短所
アルミニウムは、理由もなく最も広く使用されている金属の XNUMX つではありません。 機械加工業界で非常に人気のある特性を備えています。 しかし、すべての良いものと同様に、アルミニウムにも利点だけでなく欠点もあります。
機械加工におけるアルミニウムの長所
耐食性があります
アルミニウムは腐食や錆びに強いです。 アルミニウム合金の表面は急速に酸化し、酸化アルミニウムの保護層が形成され、風雨による腐食を防ぎます。 優れた仕上げと健全なメンテナンスにより、アルミニウムは最悪の条件下でも腐食しない状態を保つことができます。 アルミニウムのこの特性により、過酷な環境条件にさらされる部品への使用に適しています。
経済的です
アルミニウムの製造コストは、究極的に安いわけではありませんが、その利点に比べて安価です。 これは、同じ利点を提供する他の金属よりも安価であることを意味し、したがってほとんどの使用例にとって理想的な選択肢となります。
強くて軽いです
アルミニウムは非常に強く、重量比強度が最も高い金属です。 これにより、優れた強度が必要な部品に適用できます。 高い強度対重量比から明らかなように、この強度は重量を犠牲にして得られるものではありません。 密度が鋼のほぼ XNUMX 倍低いアルミニウム合金は、優れた強度を維持しながら可能な限り軽量にする必要がある機械部品に適しています。
リサイクル可能です
アルミニウムは XNUMX% リサイクル可能です。 また、アルミニウムは他の多くの金属よりもリサイクルに必要なエネルギーが少ないため、環境に優しい材料の選択肢となります。
ラピッドツール製造に適しています
迅速な工具製造 は、コスト削減とリードタイムの短縮という利点により注目を集めている製造方法です。 ラピッドツーリングに使用される主な材料の XNUMX つはアルミニウムです。 高い延性と手頃な価格により、アルミニウム合金がメーカーのお気に入りである理由が簡単にわかります。
メンテナンスはほとんど必要ありません
アルミニウム部品は、最悪の条件下でもその品質と特性を維持します。 そのため、定期的なメンテナンスが困難な部品に適しています。 アルミニウムは、ひび割れや破損を起こすことなく、非常に低い温度にも耐えることができます。
カスタマイズ可能です
アルミニウムは優れた加工性を備えているため、ほぼあらゆる形状に加工できます。 アルミニウムは塗料の保持力も高く、その表面は大部分の仕上げをうまく保持できます。
機械加工におけるアルミニウムの短所
電気を通しやすい
これは、使用する場所によってはメリットにもデメリットにもなります。 ただし、電気抵抗が重要となる特定の状況では、アルミニウム合金が使用できなくなります。
融点が低いです
アルミニウムは融点が低いため、高温の場所での使用には適していません。 ただし、この問題を解決する種類のアルミニウムがあります。
アルミニウム合金のグレード
アルミニウム合金は、鋳造合金と鍛造合金の XNUMX つの主要なクラスに分類できます。
鍛造合金
これらのアルミニウム合金は一般に、鋳造合金よりも高い強度を持っています。 小数点はありませんが、XNUMX 桁のシステムもあります。 鋳鉄の指定と同様に、最初の数字は主な合金元素を示します。 ゼロ以外の場合、XNUMX 番目の数字は合金への変更を示し、最後の XNUMX 桁はシリーズ内の特定の合金を識別します。 以下に示す XNUMX つの鍛造合金シリーズがあります。
1xxxシリーズ
これらのアルミニウム合金はアルミニウム含有量が 99% である必要があるため、純アルミニウムと呼ばれることがよくあります。 強度は低く、機械工はその優れた耐食性と導電性に基づいて使用するためにそれらを選択します。 溶接も可能ですが、融点が低いため、機械工は溶接時に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、主要な合金元素として銅を使用しています。 これらの合金を処理するには、溶体化熱処理手順が最適な方法です。 その結果、このシリーズの合金は優れた強度と硬度を備えていますが、他の合金シリーズに比べて耐食性が劣ります。 このため、高腐食環境で使用する場合、機械工は通常、耐食性合金で塗装またはコーティングします。
3xxxシリーズ
これらの合金は、主な合金元素としてマンガンを含んでいます。 適度な強度を持ちながら、耐熱性、耐食性にも優れています。 そのため、調理器具としての使用に非常に適しています。 これらのアルミニウム シリーズの一般的な用途例としては、車両や発電所の交換部品があります。
4xxxシリーズ
4xxx シリーズの合金は融点が低いため、溶接時の溶加材としての使用に適しています。 これらのシリーズでは、アルミニウムとシリコンを組み合わせて金属を形成します。
5xxxシリーズ
これらは非熱処理アルミニウム合金の中で最も高い引張強度を備えています。 これらは、主な合金元素としてマグネシウムを使用して形成されます。 そのため、優れた耐食性を備え、溶接も容易であるため、船舶や機器の部品に適しています。 さらに、18ksi ～ 51ksi の極限引張強度を備えています。
6xxxシリーズ
このシリーズの合金は耐腐食性に優れています。 それらは 18ksi ～ 58ksi の範囲の極限引張強度を持っています。 このシリーズ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めっき材料として機能します。 さらに、これらの合金にはマグネシウムとシリコンが含まれているため、ケイ化マグネシウムが生成され、溶体化熱処理が可能となり、合金がさらに強化されます。
7xxxシリーズ
これらのアルミニウム合金は、主な合金化剤として亜鉛を使用します。 これらはすべてのアルミニウム合金の中で最も優れた引張強さを備えており、引張強さの範囲は 32 ～ 88ksi です。 機械工は、このシリーズの金属を使用して、航空宇宙機器やスポーツ用品など、高い応力を受ける機械や機器の部品を製造します。 銅などの他の元素を追加して、このシリーズの鍛造鋳造アルミニウムの特性を微調整することもできます。
鋳造合金
これらは熱処理可能または非熱処理可能です。 最後の桁の前に小数点を付けた XNUMX 桁のシステムが使用されます。 この最初の数字は、主要な合金元素を示します。 次の XNUMX 桁は合金を識別し、小数点の後ろの数字はインゴットか鋳物かを示します。
鋳造合金と鍛造合金の違い
- 鋳造合金は、鋳造プロセスで発生する欠陥を除去することが非常に難しいため、一般に鍛造合金よりも引張強度が低くなります。
- 鋳造合金は、鍛造合金よりもキログラムあたりのコストが安くなります。
- 鍛造アルミニウム合金は、鋳造合金よりも機械加工が容易です。
- 鍛造アルミニウム合金から機械加工された部品は、鋳造合金から機械加工された部品よりも優れた表面仕上げを実現できます。
一般的に使用されるアルミニウムの種類
アルミ6061-T6
名前からわかるように、このアルミニウム合金は 6xxx シリーズに属します。 61 番目の桁はゼロで、この合金が不純物をすべて含んだ市販のアルミニウムであることがわかります。 最後の 97.9 桁の 0.6 は、この特定の合金の組成を示します (アルミニウム 1.0%、シリコン 0.2%、マグネシウム 0.28%、クロム 6%、銅 6061%)。 T40 は、溶体化熱処理および時効処理が施されていることを意味します。 45 アルミニウムの降伏引張強度は 6061 ksi、極限引張強度は XNUMX ksi です。 これは、このアルミニウムが高い強度を持ち、構造用途にも適していることを意味します。 XNUMXアルミニウムは耐腐食性にも優れています。 主に熱交換器や電子機器、自動車などの部品に使用されています。
アルミ7075-T6
7075 アルミニウムは 7xxx シリーズに属し、主な合金元素として亜鉛を使用しており、高い引張強度を持っていることを示しています。 この合金の 90% はアルミニウム、5.6% は亜鉛、2.5% はマンガン、0.23% はマンガン、1.6% は銅です。 2.81g/cm3 の比較的軽い密度と 83 ksi の極限引張強度を備えた 7075 アルミニウムは、入手可能なアルミニウム合金の中で最も強く、最も軽い合金の 6 つです。 TXNUMXというのは、もちろん熱処理が施されていることを意味します。 機械の歯車や航空機の付属品にはこの合金が使用されています。
アルミ5052
5052 アルミニウムは適度な強度があり、優れた耐食性を備えています。 銅を含まないため、海水用途で非常に役立ちます。 この合金は 5xxx シリーズであるため、熱処理ができないことに注意してください。 この合金から機械加工された部品は、多くの場合、船舶用機器に使用されます。
アルミ6063
6063 アルミニウムは、建築用アルミニウムとも呼ばれ、アルミニウムのマグネシウムとケイ素の合金です。 この合金は適度な強度と延性が高く、金型成形に適しています。 ケイ化マグネシウムの存在と銅含有量の低さにより、非常に耐食性が高く、露出した使用に適しています。 このアルミニウムから機械加工された部品は、建築製品、パイプやチューブ、家具などに使用されます。
適切なアルミニウムグレードの選び方
アルミニウムのグレードにはいくつかの種類があります。 アルミニウムのグレードの種類によって、溶接性、強度、耐食性などの特性が異なります。特定の使用例にとって重要な特性に基づいてグレードを選択します。 選択する前に、次の要素を考慮する必要があります。
被削性評価を考慮してください
アルミニウム合金の被削性評価により、アルミニウム合金との適合性がわかります。 CNC加工 プロセス。 機械加工性の良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、複雑で複雑な機械部品の製造に適しています。 たとえば、2011 アルミニウムは優れた機械加工性を備えています。
そのコストと入手可能性はどれくらいですか?
アルミニウム合金のコストは、プロジェクトのアルミニウム グレードを選択する際に考慮すべき最も重要な要素の XNUMX つです。 目標コストとその価格帯で最も適切なプロパティの間の交差点を見つけると、生産プロセスの優れた基盤となります。 また、選択したアルミニウム グレードの価格によって、そのアルミニウム グレードが入手可能かどうかが決まります。 希少なアルミニウム合金は調達が難しいため、生産プロセスが遅れる可能性があるため、入手可能性も非常に重要です。
アルミニウム合金の加工性はどのくらいですか？
これは、アルミニウムのグレードがどの程度簡単にさまざまな形状になるかを示します。 高延性合金は加工性が非常に優れており、航空機部品など優れた耐疲労性が最も重要な用途に使用されています。
溶接可能ですか?
合金の溶接性は、製造された部品を他の部品に溶接する必要がある場合に考慮する重要な要素です。 たとえば、溶接性が重要な場合は 3003 アルミニウムが適しています。
腐食に強いですか?
製造部品の使用場所によって、耐腐食性が必要かどうかが決まります。 たとえば、海洋または化学用途向けに製造された部品は、優れた耐食性を備えていなければなりません。
熱処理は可能ですか?
熱処理は、アルミニウム合金を焼き戻すために極端な温度を使用することです。 熱処理はアルミニウム合金の強度を高めるのに役立ちます。 どのタイプのアルミニウム シリーズが熱処理可能で、どのタイプが熱処理不可能であるかに注意する必要があります。
合金の強度はどのくらいですか?
強度は、合金が変形する前にどの程度の応力に耐えられるかを決定します。 したがって、高い応力にさらされる部品は当然高強度アルミニウム合金で構成されなければなりません。
アルミニウムの用途
アルミニウムは、さまざまな産業で広く使用されている金属です。 以下は、アルミニウム部品および製品が広く使用されている分野の例です。
医療セクター
清潔さと生体適合性が義務付けられている業界では、アルミニウムの部品と製品がその課題に取り組んでいます。 医療器具は、外科用器具や整形外科用器具など、さまざまな種類のアルミニウムで構成されています。 また、トレイや容器などの汎用機器にもアルミニウムを主成分とするものがあります。
航空業界
航空機には軽量で強度のある建設資材が必要です。 アルミニウムの高い強度対重量比により、要件に完全に適合します。 この特性により、それよりも強い金属と同じくらい多くの貨物を運ぶことができます。 さらに、高い耐食性により、過酷な環境条件にさらされた場合でも航空機の損傷を防ぐことができます。
電気産業
家庭用電化製品のメーカーは、優れた熱伝導性を備えたアルミニウム合金を製品に常に使用しています。 この特性は、次のような電気部品に利用されています。 ヒートシンク グラフィックプロセッサ用の冷却コンポーネント。
自動車産業
理想的な車両は、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。 アルミニウムは、これらの目標の達成に役立つ金属です。 軽量かつ高い耐久性により、堅牢性を保ちながら軽快な乗り心地を実現します。 また、アルミニウムを使用することで自動車部品のリサイクルが可能となり、アルミニウム部品を使用した自動車の持続可能性も向上します。
まとめ
アルミニウムは非常に汎用性の高い金属であり、どの元素と組み合わせるかによって異なる特性を発揮します。 さらに、アルミニウムの種類が異なれば特性も異なるため、さまざまな業界での使用に適しています。 ただし、自由に利用できるアルミニウム合金の選択肢は多岐にわたるため、プロトタイプの設計に適したものを選択するのは難しいかもしれません。
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