5052対6061対7075:加工用アルミニウムの正しい選び方

5052、6061、7075の概要

数字を読み解く

アルミシート

この数値は、純アルミニウムに混合されている主成分(合金元素)を示しています。この余分な成分こそが、各シリーズに特有の "スーパーパワー "を与えているのです。

  • 5xxxシリーズ(5052など):マグネシウム
    マグネシウムの添加により、驚くほど腐食に強い内部構造が形成される。そのため、常に海水にさらされる必要がある船舶用機器に最適な素材となっている。
  • 6xxxシリーズ(例:6061):マグネシウム+シリコン
    この組み合わせにより、合金を熱処理することができる。そのため、このシリーズは複雑な構造フレームに押し出されるのをよく見かける。
  • 7xxxシリーズ(7075など):亜鉛
    亜鉛を加えると、鋼鉄に匹敵する強度を持つ素材になる。この利点は、アルミニウムの軽量の利点を維持しながら、鋼鉄のような強靭さを得られることです。

化学が少し重く感じられるなら、基本を覚える簡単な方法を紹介しよう:

  • 5(マグネシウム) 腐食に強い。
  • 6(シリコン) を形成する。
  • 7(亜鉛) 力をつける。

3つのアルミニウム合金の迅速な選択方法

アルミニウム合金

理論にとらわれず、5052、6061、7075のどれを選べばいいのか、すぐに答えが知りたいなら、このセクションをどうぞ。正しい選択をするための早道がここにあります。

5052

  • ブレイクダウン この合金の特徴は 柔軟性と延性.金属を曲げたり、折り曲げたり、プレスしたりして、割れないように成形する必要がある場合は、5052が最初の選択肢となる。熱処理ができない合金としては驚くほど強く、塩水腐食にも非常によく耐える。
  • 最適: 板金エンクロージャー、船舶用燃料タンク、床材、滑り止めプレート、プレス部品。

6061

  • ブレイクダウン 構造用オールラウンダー。価格も手頃で、溶接も簡単、耐食性もそこそこあり、構造強度も高い。機械工場に入り、材種を指定せずに「アルミニウムを」と頼むと、おそらく6061を渡されるでしょう。これは、一般的なエンジニアリングのデフォルト設定です。
  • 最適: 構造フレーム、自転車フレーム、建築用モールディング、一般機械加工部品。

7075

  • ブレイクダウン これが筋肉だ。スチールに匹敵する強度を持つが、トレードオフがある。高価で、溶接が非常に難しく(一般的な店では不可能なことが多い)、耐食性も他の2つに比べて低い。鋼に匹敵する強度が必要だが、重いのは困るという場合に使用する。
  • 最適: 航空宇宙ギア、ロッククライミング用品、競技用自転車部品、高応力金型など。

概要

素材主要成分特徴ベストアプリケーション
5052マグネシウム柔軟性に優れ、曲げやすく、腐食に強い。板金、船舶用タンク、床材、プレス部品。
6061マグネシウム+ケイ素溶接が容易で、耐食性に優れ、構造強度が高い。構造フレーム、自転車フレーム、建築、一般部品。
7075亜鉛高強度(ライバル鋼)。航空宇宙ギア、クライミングギア、レースバイク部品、金型。

性能特性による選び方

上記のチートシートは基本的なことに過ぎない。これら3つの合金の具体的な性能の違いや、実世界での応力の扱い方を本当に理解するためには、もう少し深く掘り下げる必要があります。以下のセクションで全体像を把握することで、どのような合金を使用しているのかを正確に知ることができます。

機械的性質と強度(静的)

機械加工の世界では、「強度」はかなり曖昧な言葉です。科学的な選択をするためには、2つの具体的な指標を評価する必要がある: 引張強度 そして 降伏強度.

  • 引張強度 は、材料を実際に折るのに必要な荷重の量である。
  • 降伏強度 は、永久的に曲げたり変形させたりするのに必要な荷重の量である。

ほとんどの構造プロジェクトで、 降伏強度は、実は最も重要な数値である。.考えてみてほしい。いったん部品が曲がって元の形に戻らなくなったら、たとえ金属が二つに折れなかったとしても、その構造はすでに故障しているのだ。

具体的な数字を比較する前に、ある大きな要因に対処する必要がある: 熱処理.

アルミニウムの性能は、その「気性」に大きく左右されます。以下のデータは、一般的に店頭に並んでいる業界標準を比較したものです:硬化状態の5052 (H32)、熱処理状態の6061と7075(T6).

警告だ: で7075を買ってはいけない。 「O(焼きなまし)状態 高い強度を期待して。T6熱処理を施さないと、7075は「筋肉」の地位を失い、著しく柔らかく弱くなる。

強さのヒエラルキー

  1. 7075-T6(誰もが認めるキング): 降伏強度は6061のほぼ2倍で、多くの構造用鋼に匹敵する。3種類の中で最も高い強度対重量比を持つ。極度の疲労や高い応力(航空機の主翼のスパーなど)に耐えなければならない部品には、この合金しかありません。
  2. 6061-T6(標準): 強度は "良い"。構造フレーム、歩道、車のシャーシには十分。剛性は高いが、極端な荷重がかかると、7075では変形してしまう。
  3. 5052-H32(最下位): この合金の最大の特徴は強度ではない。降伏強度が最も低く、つまり簡単に曲がる。強度が高ければ脆くなり、自慢の成形性が損なわれる。

硬度と耐摩耗性

硬度の測定 ブリネル・スケール.この数値は、素材が表面のへこみやひっかき傷にどの程度強いかを大まかに示している。

  • 7075(高ブリネル): 硬くて脆い。表面摩耗に強く、ギアやシャフトに適している。
  • 6061(中ブリネル): 中間的な存在。構造部品としては十分な強度を持ち、小さな凹みにも耐えるが、7075ほどの耐摩耗性はない。
  • 5052(低ブリネル): 柔らかい。機械工場では傷やへこみがつきやすい。

比較表強度と硬度(代表値)

グレードと気質降伏強さ(変形点)引張強さ(破断点)ブリネル硬度破断伸度(成形性)
5052-H32193 MPa (28,000 psi)228 MPa (33,000 psi)6012%
6061-T6276 MPa (40,000 psi)310 MPa (45,000 psi)9512-17%
7075-T6503 MPa (73,000 psi)572 MPa (83,000 psi)15011%

注:数値は典型的な業界平均値を示す。具体的な数値はメーカーや板厚によって若干異なる場合があります。参照元データ マットウェブ の基準を満たす。

成形性と曲げ(板金)

板金曲げ

プレスブレーキのオペレーターに最悪の日のことを聞けば、高価な合金のパレットが曲がるたびに亀裂が入ったという話をするだろう。

書類上では、「成形性」は統計である。現場においては、滑らかな90度の角度とスクラップの山との違いである。冷えた金属を折り曲げるために何トンもの圧力をかけるとき、合金の内部構造が、流れるか折れるかを決定する。

ブレイクダウン

  • 5052(冷間成形のチャンピオン):
    複雑な曲げ加工、きつい半径、複雑なプレス加工が必要な設計の場合、これが唯一の理にかなった選択です。5052はその加工性で有名です。90度以上曲げたり、折り返しても(ヘム加工)、表面に微小な亀裂一つ入りません。5052は、置いた場所に留まり、予測通りの挙動を示します。
  • 6061(リスキーな中間地点):
    ここで加工業者がトラブルに巻き込まれる。6061は成形可能です、 しかし 通常、焼きなまし(O)またはT4調質のみである。販売される6061の大半は T6 (剛性を高めるために熱処理されている)。
    • T6問題: T6は硬化しているため、曲げに強い。6061-T6を狭い半径に無理に曲げると、外面が「オレンジの皮」のようになるまで伸びて、折れてしまいます。一般的に、T6を安全に曲げるには、材料の厚さの少なくとも2倍から3倍の曲げ半径が必要です。
  • 7075(悪夢):
    冷間成形が必要な板金部品に7075を指定するのは、イライラするのがお好きな方以外にはご遠慮ください。降伏強度が大きいため、7075は驚異的な「スプリング・バック」を持つ。90度まで曲げても、プレスが外れた瞬間に80度までスプリング・バックする。さらに、もろいので、きつく曲げるよりも、きれいに二つに折れてしまうのが普通である。

プロからのアドバイス:「アニール&エージング」の回避策
どうしても6061の構造剛性が必要だが、5052の複雑な形状が必要な場合は、ハックする方法があるが、それにはお金がかかる。

  1. で6061を購入する。 「O(アニール処理) の気性。柔らかく、5052と同じくらい簡単に曲がる。
  2. 自分の役割を形成する。
  3. 完成した部品を熱処理に送り、人工的にエージングを施して元の状態に戻す。 T6.
    警告:この場合、リードタイムとコストが大幅に増加し、反りが発生する可能性があります。

溶接性と接合

TIG溶接やMIG溶接で部品を接合するプロジェクトでは、材料の選択プロセスが大きく変わります。溶接は、単に金属を溶かし合わせるだけでなく、接合部を取り囲む金属の化学的性質を変化させるミニ熱処理プロセスです。

というコンセプトがある。 熱影響部(HAZ) が重要になる。特定の強度を持つアルミニウム板を購入しても、アークを発生させた瞬間に、膨大な熱によって溶接部に隣接する金属の温度が変化してしまう。

ブレイクダウン

  • 5052 ( The Welder's Friend):
    5052は、溶接に最適なヘビーデューティー・アルミニウム板材として広く知られています。熱処理ではなく冷間加工(ひずみ硬化)によって硬化させるため、溶接の熱によって6xxxシリーズのように強度が極端に低下することはありません。
    • フィラーロッド: で溶接するのが一般的だ。 5356 フィラーロッド。
    • 結果 耐食性に優れ、強固で安定した接合。
  • 6061(「強さの喪失」の罠):
    6061は溶接性に優れ、ビードがスムーズに敷き詰められるが、多くのエンジニアを油断させる構造上の欠点がある。
    • HAZドロップ: 6061-T6を溶接すると、熱影響部のT6調質 が熱によって効果的に「消去」され、溶接部近傍の 金属はアニール(軟化)状態に近づく。そのため、次のような損失が生じる。 まで 40-50% 引張強さの 溶接部のすぐ隣だ。
    • 修正 開発エンジニアは、この弱点を考慮した設計を行うか、溶接アセンブリー全体を大型オーブンに入れ、人工時効処理を施して接合部全体のT6調質を回復させなければならない。
    • フィラーロッド: 一般的 4043 (流れやすい)または 5356 (アルマイトの色合わせが良く、強度が高い)。
  • 7075(「溶接不可」グレード):
    標準的なTIG/MIGプロセスを使用する一般的な加工には、7075が適している。 溶接不能.
    • 科学だ: 重亜鉛合金の強度を高める化学的性質は、"熱間 割れ "を引き起こす。溶接プールが冷えて凝固すると、ほとんど即座に微小クラックが形成され、接合部の完全性が損なわれます。高度な航空宇宙技術(摩擦攪拌溶接など) で接合することは可能ですが、標準的な工場環 境で7075を溶接することは絶対に避けてく ださい。これらの部品の接合には、ファスナー、ボルト、または接着剤を使用してください。

入選6063(美学のために)

構造的な耐荷重性ではなく、見た目の完璧さを第一に考えるのであれば、6061を次の製品に置き換えることを検討してほしい。 6063.

  • なぜですか? 6061の溶接部は強度が高いが、木目構造が異なることが多く、アルマイト処理後に変色として現れる。6063は建築仕上げ用に設計されており、溶接が容易で、アルマイト処理後のゾーンがシームレスになじむため、目に見えるフレームや手すりシステムに最適です。

加工性と表面仕上げ

アルミニウム仕上げ

切削工具の下で材料がどのように挙動するかによって、部品の最終的なコストと品質が決まります。切削性とは、単に速度のことではなく、金属が生成する「切りくず」の種類と、切りくずが残す表面仕上げのことです。

機械加工の経験

  • 7075(機械工の夢):
    硬いにもかかわらず、7075はCNCオペレーターに広く愛されている。7075は脆いため、切削工具から飛び散る切り屑は小さく、鮮明です。これにより、熱の蓄積を防ぎ、機械からすぐに鏡のような仕上げを残すことができます。高い送り速度を実現し、極めて厳しい公差を保持することができます。
  • 6061(ザ・スタンダード):
    6061はよく加工できるが、7075より柔らかい。6061はわずかに「グミ状」になることがあり、切りくずがきれいに割れず、工具に巻きつくことがある(バード・ネスト)。滑らかな仕上がりを確保するためには、潤滑により注意を払う必要があるが、一般的には大きな問題はない。
  • 5052(機械工の頭痛の種):
    5052は精密フライス用には設計されていない。柔らかく、非常に粘着性がある。きれいに切削する代わりに、この材料は工具に「しみ込む」傾向があり、粗くぼやけた表面仕上げになります。長くて筋状の切りくずが発生し、機械を詰まらせます。可能であれば5052のフライス加工は避け、レーザー加工かウォータージェット加工にこだわってください。

陽極酸化処理と美観

部品の外観(化粧仕上げ)を良くする必要がある場合、合金の化学的性質は重要である。

  • 7075(イエロー・ティント): 亜鉛の含有量が高いため、7075はアルマイト処理に対する反応が異なります。クリア・アルマイト処理では、純銀の外観ではなく、かすかな黄色味や金色味を帯びることがよくあります。また、同じバッチで染色された6xxxシリーズの部品と比較して、色の一貫性が異なる場合があります。
  • 5052(インダストリアル・ルック): 5052は、化粧品としてのアルマイト処理には向いていない。木目の構造上、しみや濁りのある外観になることが多い。通常は生のままか、粉体塗装が施される。
  • 6061(安全な賭け): アルマイトのスタンダードです。染料をよく吸収し、安定した鮮やかな色(黒、赤、青)または透明なつや消しの銀仕上げができます。

耐食性

  • 5052(マリンキング): 海水や湿度の高い環境では無敵。保護メッキはほとんど必要ない。
  • 6061(ミドルグラウンド): 通常の大気条件下では良好な耐食性を示すが、陽極酸化処理や塗装を施さない屋外で長期間使用すると酸化(白色化/白亜化)する。
  • 7075(ウィークリンク): 亜鉛の含有量が多い。 7075は腐食に弱い.一般的に、強力な保護コーティング(硬質アルマイト処理など)のない腐食性の環境では使用すべきではない。

コストと可用性の分析

アルミニウム

プロジェクトの予算を見積もる際、原材料の「ポンドあたりの価格」を見るのは誤解を招く指標である。部品の本当のコストとは、材料費と材料費の合計である。 プラス 成形にかかる時間機械加工に2倍の時間を要する安価な合金は、素早く切断できる高級合金よりも高価になることが多い。

これを使う 相対コスト指数 を原材料価格(標準的な商品形状を想定)のベースラインとする:

  • 6061: 1倍(ベースライン)
    業界の基準価格。
  • 5052: ~1倍(比較可能)
    6061とほぼ同じ価格だが、購入する形状によって多少変動する。
  • 7075: 2倍から3倍(プレミアム)
    6061の2倍から3倍のコストがかかる。

材料費と人件費の比較

エンジニアにとって最大の経済的落とし穴は、最も安い材料を指定すれば最も安い部品ができると思い込むことです。次のことを考慮しなければならない。 加工性.

1.5052の隠れたコスト(「グミ」の要因)

5052の未加工の在庫を購入するコストは節約できるかもしれないが、精密なCNC機械加工が必要な場合は、その分の労力を支払うことになる。5052は柔らかく、"ガミー "である。きれいな切り屑を作る代わりに、切削工具に付着して溶ける傾向があります。

  • その結果 機械工は、機械を低速で運転し(送り速度を下げ)、詰まった工具の除去に多くの時間を費やさなければならない。さらに、滑らかな表面仕上げを達成するのは難しく、しばしば二次的な手作業による研磨が必要になる。
  • 評決: 買うのは安いが、加工するのは高い。

2.7075の効率(「クリスプ」ファクター)

7075は、未加工のブロックを購入するとき、ステッカー・ショックを引き起こす。しかし、機械加工は夢のようです。7075は硬くて脆いので、カッターから飛び散る小さなきれいな切り屑に砕けます。

  • その結果 機械は高速運転が可能で、工具寿命も優れている。複雑なパーツの加工に5052では3時間かかるが、7075では1時間しかかからない。
  • 評決: 購入費用は高いが、機械加工時間の短縮により、複雑な部品の材料費を相殺できる場合もある。

3.6061のバランス

6061はその中間に位置するため、依然として業界標準である。6061は手頃な価格で購入でき、確実に加工ができる(「十分な」切り屑とそこそこの速度)。5052の成形性や7075の強度が特に必要でない限り、6061は通常、最も低い価格で提供されます。 総製造コスト.

用途に適した合金の選び方

アルミニウム・アプリケーション

降伏強度、コスト指数、化学組成をご覧いただきました。では、そのデータを最終的な決定につなげましょう。部品表(BOM)を最終決定する前に、このチェックリストを使用して選択を検証してください。

5052を選ぶ:

  • 曲げる必要がある: プレスブレーキで製造される部品や、複雑な板金の折り曲げ加工(電子機器のシャーシや筐体など)を伴う場合は、ひび割れを避けるために5052が必須となる。
  • 海水の近くに生息する: 船体、海洋金物、沿岸インフラには、5052が最も優れた耐食性を発揮する。
  • 液体を保持する: 5052は、振動による破損に強く、溶接の完全性に優れているため、燃料タンクや油圧リザーバーの標準となっている。

6061を選ぶ:

  • 構造的な骨格」が必要なのだ: 溶接フレーム、トレーラーの荷台、自動車のシャーシ、オートメーションのガントリーには、6061が業界のデフォルトです。
  • Tスロットかチューブが必要: 標準的な押出成形品(アングル・アイアン、角パイプ、丸パイプ)を使用する設計の場合、6061が適していることがよくあります。 のみ を選択できる。
  • バランスが重要だ: それなりに強く、それなりに安く、加工しやすい材料が必要だ。90%は、エンジニアリング材料の「トヨタ・カムリ」であり、90%のような状況で信頼できる。

7075を選ぶ:

  • 体重は敵だ: ドローンのアーム、航空機の部品、あるいは競技用自転車の部品など、1グラムでも節約することが性能向上につながるものを製造している。
  • 定員に限りがあります: スチールの強度が必要だが、アルミニウム部品には物理的なスペースしかない(例えば、高応力のギア、ロッククライミングのカラビナ、金型工具など)。
  • 溶接は必要ない: ボルト、ネジ、または接着剤を使って部品を接合するつもりでしょう。

代替案を検討するタイミング

ビッグ3 "は、時には全く正しくないこともある。ここでは、チェックする価値のある2つの佳作を紹介しよう:

  • 2024年(「疲労」のスペシャリスト)を考える: 7075の高強度が必要だが、特に繰返し疲労を心配する場合(例えば、一定の張力/圧縮を受ける航空機の翼)には、2024が航空宇宙用として好まれることが多い。 注:耐食性に劣る。
  • 6063(「美的」スペシャリスト)について考えてみよう: 建築用トリム、窓枠、または完璧なアルマイト仕上げを必要とする消費財を設計している場合、6063は、アルマイト処理後に「泥色」になる可能性のある6061よりもはるかに見栄えが良くなります。

よくある失敗のシナリオ(選択を誤るとどうなるか?)

理論と、高価な金属が現場で破壊される音は別物です。これらの合金の特定の特性を無視すれば、単に悪い部品を作るリスクだけでなく、何週間も何千ドルも無駄にするリスクもあるのです。これが、現実の世界における失敗の姿です。

シナリオA見えない破壊(7075の溶接)

サスペンション・システム用の高強度ブラケットが必要なので、"強ければ強いほどいい "という理由で7075を選んだ。溶接工は、10円玉を積み重ねたような美しいTIGビードを打ちます。見た目は完璧です。
現実: 部品が冷えると、かすかな金属音が聞こえる。 ピング.それからもうひとつ。7075の化学的性質は、亜鉛が移動した溶接部の近くに「弱点ゾーン」を引き起こします。あなたは ホットクラッキング.このようなマイクロクラックは肉眼では見えないことが多い。部品が出荷され、取り付けられ、3週間後、6061なら簡単に処理できるような負荷がかかった状態で、7075ブラケットは接合部できれいに折れてしまった。

シナリオB:現場での榴散弾(6061-T6の曲げ加工)

90度のきついフランジを持つ板金エンクロージャーを設計します。ボックスの剛性と耐へこみ性を考慮して6061-T6を指定します。
現実: プレスブレーキのオペレーターは、シートを並べて油圧を作動させる。金属が金型の周囲をスムーズに流れる代わりに、金型に激しい衝撃が加わります。 クラック 店内に響き渡った。材料が曲がったのではなく、剪断されたのだ。6061-T6は硬くするために人工的に時効処理されているため、半径の狭い曲げにはほとんど弾力性がない。残されたのは2枚の金属くずと、恐怖に怯えるオペレーター。

シナリオC:「グミ」の悪夢(5052の加工)

Oリング用の穴の公差が厳しい複雑なマニホールドが必要です。6061よりも5052の方が安いことが分かったので、クライアントのコストを削減するために仕様を変更する。
現実: 機械工が激怒して電話をかけてきた。CNCカッターがブロックに触れるたびに、アルミニウムがきれいに削り取れない。5052は非常に柔らかく「グミ」のようで、切削工具の上で溶けてしまいます(「ビルトアップエッジ」と呼ばれる現象)。その結果、穴は完全な丸みと滑らかさではなく、楕円形のいびつな形になる。それをやすりで削ろうとしても、曇って傷だらけになるだけだ。この部品はシール用として機能しない。

よくある質問特殊アルミニウムに関する質問

Q: 7075を6061に溶接できますか?
A: 現実的に言えば、 いいえ.5356または4043フィラー・ロッドを使って2つの金属を物理的に溶かすことはできますが、接合部の7075側は、冷えると「ホット・クラック」の影響を非常に受けやすくなります。その結果、溶接部はもろくなり、構造的に損なわれます。7075部品を6061フレームに接合する必要がある場合は、メカニカル・ファスナー(ボルトまたはリベット)または工業用接着剤を使用してください。

Q: なぜ6061-T6は曲げられないのですか?
A: T6」は、金属に固溶化熱処理と人工時効処理を施したことを意味する。この処理により、内部の結晶粒構造が整い、剛性と剛性が最大化される。このため、構造フレームには最適ですが、材料の延性(伸び)は損なわれます。6061-T6をきつい曲げ半径に無理に押し込むと、外面が限界を超えて伸び、折れてしまいます。

Q: 7075は鋼鉄より強いのですか?
A: それは鋼の種類による。7075-T6の降伏強度は73,000psiで、A36のような一般的な構造用軟鋼(36,000psi)よりかなり高い。しかし、4140クロモリなどの高強度合金鋼の方がまだ強い。7075の本当の利点は 強度重量比-軟鋼の強度を持ちながら、重量は約3分の1。

Q: これらのグレードの価格差は何によって決まるのですか?
A: それは次のようなことだ。 食材 そして 処理速度.

  1. 原材料 7075は亜鉛と銅の含有量が多く、5052/6061で使用されるマグネシウムとシリコンよりも高価である。
  2. 処理: 6061は押し出しが容易で、ダイスを素早く通過する。7075は硬いので、品質を厳密に管理し、製造中の割れを防ぐために、加工時間を大幅に短縮する必要があります。工場での余分な機械加工時間を支払うことになります。

結論

唯一「最良」のアルミニウムはなく、特定の用途に最適な合金があるだけです。エンジニアリングとは、強度、加工性、予算のバランスをとる技術です。

  • 5052を選択 複雑なものが必要な場合 板金曲げ折り畳み式、またはマリングレードの耐食性。
  • 6061を選ぶ デフォルト 構造用ワークホース フレームと一般機械部品用。
  • 7075を選ぶ ただし 高強度と軽量化 が重要であり、溶接は必要ない。

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