7075アルミニウム特性、利点、用途

アルミニウム7075は高強度、熱処理可能な合金で、その優れた機械的特性と強度重量比のために人気があります。この合金の主成分はアルミニウム、亜鉛、少量のマグネシウムと銅です。そのため、応力や疲労に対して優れた耐性を持つ。この記事では、アルミニウム7075の主な特性、加工技術、および用途を探りますので、読者はさまざまな産業環境下でこの合金の能力に関する拡張された概要を持つことができます。

アルミニウム7075の概要

アルミニウムは、アルミニウム合金の7xxxシリーズに属する熱処理可能な合金です。主に亜鉛との合金で、その含有量は約6%です。このグレードは、高強度、軽量、耐疲労性などの優れた機械的特性で知られています。アルミニウム7075は優れた強度を持つ一方で、特定の環境下では応力腐食割れが発生しやすく、耐食性を向上させるために保護コーティングや陽極酸化処理が必要になることがよくあります。

アルミニウム7075は、5.1～6.1%の亜鉛、2.1～2.9%のマグネシウム、1.2～2.0%の銅と、微量のクロム、ケイ素、マンガンなどの元素で構成されています。

表1. アルミニウム7075合金（%）の組成

アル		亜鉛	Mg	銅	Cr	フェ	ムン	ティ	Si
残り		5.1-6.1	2.1-2.9	1.2-2.0	0.18-0.28	0.50	0.30	0.20	0.40

アルミニウム7075の温度

アルミニウム7075の一般的に使用されるテンパーには、Oテンパー、T6、T651、T7、T7351などがあります。

7075-O

熱処理を施していない7075合金で、最大引張強さは240MPa以下、最大降伏強さは120Mpa以下である。耐食性、耐疲労性に優れている。

7075-T6

7075-T6は、溶体化熱処理と人工時効処理を施したものである。この材料の最大引張強さは560MPa以下、最大降伏強さは480Mpa以下です。これは、7075アルミニウム合金の最も一般的に使用されるテンパーです。

7075-T651

7075 -T651は、固溶化熱処理、応力除去後、人工時効処理されている。この材料の最大引張強さは550 MPa以下、最大降伏強さは460 Mpa以下である。応力除去は、製造される標準鍛造製品（板、厚板、棒、鍛造）の種類に応じた量だけ金属を引き伸ばすことによって達成される。

7075-T7

7075-T7は、溶体化熱処理を施し、人工平均化により安定化させたものである。この材料の最大引張強度は500MPa以下、最大降伏強度は410Mpa以下です。7075アルミニウムの他の材質に比べ、2番目に高い延性を持っています。

7075-T7351

7075-T7351は、固溶化熱処理、応力除去後、人工平均化により安定化される。この材料の最大引張強さは510MPa以下、最大降伏強さは410Mpa以下である。

表2. アルミニウム7075合金の機械的性質

テンパー	引張強さ、MPa	降伏強さ、MPa	伸長、%	硬度、HB
7075-O	240	120	12	59
7075-T6	560	480	8	150
7075-T651	550	460	8	150
7075-T7	500	410	9	該当なし
7075-T7351	510	410	7.5	140

アルミニウム7075の特性

アルミニウム7075は、その優れた機械的特性、特に強度対重量比で知られる高性能合金であり、航空宇宙や自動車などの要求の厳しい産業にとって理想的な選択肢となります。7075が高く評価されている理由を真に理解するには、その主要な材料特性を詳しく調べることが重要です。

引張強度：560MPa

引張強さとは、材料が破断する前に、引き伸ばされたり引っ張られたりして耐えられる最大の応力のことです。この点において、7075アルミニウムの引張強さは560MPaです。この引張強さのレベルにより、7075アルミニウムは、航空機やその他の軍事機器の構造部品のように、伸びたり壊れたりすることなく、大きな力に対する耐性が必要とされる用途に理想的な材料となっています。

降伏強度：480 MPa

降伏強さとは、材料が塑性変形を始める応力のことで、応力がなくなると元の形状に戻らなくなることを意味します。7075アルミニウムの降伏強度は480MPaです。これは、材料が永久に曲がったり反ったりすることなく耐えられる最大荷重を設定するため、最も重要な特性のひとつです。

実用的な観点からは、この高い降伏強度は、7075アルミニウムを、航空機の主翼、胴体フレーム、および航空宇宙工学におけるその他の構造要素のような、高荷重を受けたときに形状を維持する必要のある部品にとって優れた材料にしています。

硬度：150HB

硬度とは、くぼみ、摩耗、ひっかきに対する抵抗力のことです。アルミニウム7075の硬度は150HB（ブリネル硬度）です。この特性は、磨耗や損傷にさらされる部品や、表面の損傷に耐えられる弾力性が必要な部品に最も適しています。

一般に、硬度が高くなると耐摩耗性は向上するが、加工も難しくなる。そのため、7075に関しては、機械、航空宇宙、軍事用途で使用される歯車、工具、高摩耗部品などの分野で優れた性能を発揮する。

密度：2.85 g/cm³

密度は、単位体積あたりの材料の質量として定義されます。アルミニウム7075の密度は2.85g/cm³で、鋼やチタンなどの他の材料と比較すると低い方です。これは、重量が優先事項である場合、非常に重要です。

導電率：33% IACS

電気伝導率は、電流を伝導する材料の能力です。7075アルミニウムの導電率は33% IACS-国際アニール銅規格です。これは、7075アルミニウムの導電率が約60% IACSの純アルミニウムよりも低いことを意味します。

熱伝導率: 130 W/m-K

熱伝導率は材料の熱伝導能力を表し、アルミニウム7075の場合、この値は130W/m・Kです。純アルミニウムの熱伝導率235W/m・Kの約半分ですが、それでも7075は、熱の重要な伝達が行われるほとんどの用途で十分な性能を発揮することができます。

熱膨張率：23 µm/m-K

熱膨張とは、材料が熱を得て大きくなる過程です。アルミニウム7075の熱膨張係数は23μm/m・Kと報告されています。これは、温度が1℃上昇するごとに、1メートルあたり23ミクロンの長さが伸びることを意味します。これはかなり低い熱膨張率であるため、温度変化により7075アルミニウムの寸法安定性が損なわれることはありません。

弾性率：70 GPa

弾性率は、しばしば弾性係数と呼ばれ、応力下での材料の剛性または変形に対する抵抗力を示す尺度です。アルミニウム7075の弾性率は70GPaです。これは、加えられた荷重下での変形傾向が非常に小さいため、この合金がかなり硬いことを意味します。7075アルミニウムは高い弾性率を持つため、寸法安定性と低いたわみを実現する用途に特に適しています。7075の剛性は、航空機の主翼や高性能機械の構造梁などの部材に大いに活用され、大きな荷重や応力下でも形状や強度を維持することができます。

融点：480

融点とは、物質が固体状態から液体に変化する温度である。アルミニウム7075の融点は480℃であり、かなり高い。そのため、完全性を失うことなく、極端な高温にさらされる条件にも完璧に対応することができる。

溶接性：悪い

アルミニウム7075は溶接性が非常に悪く、その高い強度と亜鉛と銅の組成が相まって、溶接工程中に非常に容易に割れが発生する。信頼性の高い溶接を実現するためには、予熱制御冷却や特定の溶加材などの特殊な技術が使用される。そのため、アルミニウム7075は通常、溶接を必須とする用途には選択されません。代わりに、ボルト、リベット、接着剤による接合など、他の種類の接合が行われます。

しかし、アルミニウム7075は適切な技術によって良好な溶接性を示すことができる。

最も一般的な方法は、高品質の溶接を提供するガス・タングステン・アーク溶接（GTAW）である。

ガス・メタル・アーク溶接（GMAW）も有効であ るが、入熱を最小限に抑え、溶接中の熱亀裂を 防ぐよう注意しなければならない。

7075の接合には、切り詰めた電極を使用し た耐性のあるスポット溶接が非常に効果的であ るが、強固な接合を確保するためには、溶接界 面を十分に洗浄する必要がある。

摩擦攪拌接合（FSW）は、7075アルミニウムのあらゆる温度で高品質の固体溶接を行います。

耐食性：一般

アルミニウム7075の一般的な耐食性は、アルミニウム6061などの他のアルミニウム合金に比べて比較的低い。しかし、その主な弱点は、例えば海洋環境や強酸性条件下など、非常に極端と考えられる条件下でこの合金が応力腐食割れを起こしやすいことに関連しています。これを回避するために、アルミニウム7075は通常アルマイト処理されるか、耐食性を高める保護コーティングが施されます。

表3.アルミニウム7075合金（T6）の特性

プロパティ	価値
引張強さ、MPa	560
引張強さ、MPa	480
硬度、HB	150
密度、g/cm3	2.85
電気伝導率、IACS	33
熱伝導率、W/m・K	130
熱膨張率、µm/m・K	23
弾性率、GPa	70
融点、℃。	480
溶接性	貧しい
耐食性	一般

アルミニウムの価格は7075

7075アルミニウムの価格には、市場の需要、生産コスト、サプライヤー、材料の仕様など、多くの要因があります。7075アルミニウムは高強度合金であり、複雑な製造工程を含むため、一般的に他のアルミニウムベースの合金よりも価格が高くなります。

7075アルミニウム合金板の一般的な価格は、サイズ、厚さによって異なりますが、1kgあたり約$10-20です、 表面処理および購入数量。

7075アルミニウム合金の丸棒の価格は、1kgあたり約$12-22です。詳細な見積もりは、棒の直径に基づいて、サプライヤに応じて行う必要があります。

7075-T6であれば、熱処理を強化することで材料特性が向上するため、コストが高くなることは間違いありません。一般的に、7075-T6合金は通常の7075アルミ合金より5-15%ほど高くなります。

アルミニウム7075の利点

アルミニウム7075は、高強度で耐疲労性に優れており、特に高性能な材料を必要とする用途に適しています。航空宇宙産業や軍需産業などがその例である。高含量の亜鉛は7075の析出硬化による著しい強化をもたらし、比較的高含量のクロムは結晶成長を抑えることで合金の延性と靭性を高めます。

しかし、7075アルミニウムには、耐食性のようないくつかの欠点があり、例えば2000シリーズのような他のカテゴリーのアルミニウム合金に対して平均的な評価となっている。さらに、この合金は溶接性が悪く、そのため、溶接技術や加工条件に非常に敏感な加工が施される。これらの欠点を考慮すると、この合金の優れた強度対重量比と耐疲労性が相まって、性能が妥協できない非常に要求の厳しい用途で選択されます。

アルミニウム7075の加工プロセス

7075アルミニウム合金は良好な被削性を持つが、強度と硬度が高いため、工具の摩耗、発熱、材料の歪みなどの不具合を避けるためには、加工方法とパラメータの選択を十分に考慮しなければならない。

7075アルミニウムでは、以下のような伝統的な切削方法で精密部品を製造することができます。 ミーリング, 回転そして穴あけ加工である。材料の強度が高いため、鋭利で高品質の切削工具を使用する必要があり、切削速度と送りを最適化するとともに、クーラントを使用して熱の発生を最小限に抑える必要がある。表面仕上げ技術 アルマイトまた、耐腐食性を高め、外観を美しくするために、「錆び止め」も頻繁に使用されている。

複雑な形状の場合、7075アルミニウムは、次のような方法で加工することもできます。 CNC加工高精度で再現性の高い加工が可能です。場合によっては、放電加工（EDM）は、複雑な形状を製造するための従来とは異なる方法です。適切な工具を使用し、適切な熱管理を行い、機械加工のベストプラクティスを遵守することで、合金の機械的特性を維持し、表面仕上げと寸法精度を達成することができます。

アルミニウム7075の用途

アルミニウム7075は、その優れた機械的特性により、多くの産業用途で広く使用されています。航空宇宙産業で最も使用され、航空機の翼、胴体、着陸装置などの構造部品の材料として機能します。この合金はまた、強度と低質量を兼ね備えているため、車両部品、ボートの船体、サイクリングのフレーム、最高級のスポーツ用具などの軍事機器にも多く使用されています。7075アルミニウムのもう一つの重要な用途は、性能と寿命が重要な自動車、産業機械、工具用途の高応力部品の精密加工です。

結論

アルミニウム7075は、その卓越した強度と耐久性により、望ましい選択であると考えられている。しかし、製造中に最良の結果を得るためには、その機械加工性と溶接特性の両方を適切に選択する必要があります。7075の特性は、特定の性能基準を満たすために、さまざまな熱処理工程、表面処理、機械加工技術を使ってオーダーメイドすることができる。そのコストとそれに伴う加工の難しさから、分野によっては適用が制限されることもありますが、航空宇宙産業や精密工学産業における高性能条件下での性能の利点は、引き続き欠点を上回っています。