アルミニウムは航空機や家電、自動車の部品など私たちの身の回りのさまざまな工業製品に使われています。一般的にアルミニウムは鉄系材料よりも軽い素材ですが、強度が低いというデメリットがあります。
しかしA7075はアルミニウム合金の中でも特に強度が高い素材で、鉄系の素材に匹敵する強度があります。今回の記事では、A7075の用途やメリット、デメリット、ほかのアルミ素材との違いなどを解説します。
目次
A7075とは？
A7075は、「JIS H 4040」で規定されている「超々ジュラルミン」といわれるアルミニウム合金です。亜鉛、マグネシウム、銅を含んでいる、Al-Zn-Mg-Cu型合金です。7000番台はAl-Zn-Mg-Cu型とAl-Zn-Mg型に大きく分かれており、A7075は、Al-Zn-Mg-Cu型の代表的な素材です。アルミニウム合金の7000番台には、ほかにA7072やA7N01などがあります。
A7075はT6処理といわれる熱処理で大きく強度を上げることができます。T6処理とは、アルミニウム合金の代表的な熱処理の方法です。溶体化処理をして焼入れをし、時効硬化処理によって強度を上げます。
溶体化処理とは、金属を加熱して固溶体にし、元素を溶け込ませた後に急冷する処理です。また、時効硬化処理とは、溶体化処理した素材を適切な温度で保持し、強度を上げる方法です。
A7075には強度の他に、一般的なアルミニウムと同じように軽いという特徴があります。
したがって、強度が必要で軽量化したい製品にむいています。かつては、日本海軍の戦闘機でも使用された実績があります。
A7075の特徴
A7075の特徴をメリットとデメリットに分けて解説します。
A7075のメリット
強度が高い
A7075の一番の特徴はなんといっても強度です。アルミニウム合金の中で最も強度が高い素材で、引張り強さは570N/mm^2程度です。また硬度も高く、150HBW程度あります。
強度が高いので、高い荷重が加わったり、衝撃が加わったりするような部品に使われます。擦れて傷がつきやすい部品に使われる場合もあります。
切削性が良い
A7075の被切削指数は120で比較的切削しやすいです。
汎用アルミニウム合金であるA5052の被切削指数が180なので、少し劣りますが、ステンレスの被切削指数が55程度なので金属の中では削りやすい素材といえます。
A7075のデメリット
耐食性
純粋なアルミニウムは、酸素と結合して表面に酸化アルミニウムの膜(酸化皮膜)を生成するので耐食性が高い素材です。しかしながら、A7075は銅を添加しているため粒界腐食を起こしやすく、表面の酸化皮膜が安定して作られません。そのため、耐食性に関してはほかのアルミニウム合金よりも劣っています。
溶接性
A7075は溶接時に、凝固割れといわれる現象が発生する場合があります。
凝固割れとは、熱で溶かした液相が凝固完了する際に収縮ひずみが発生し、割れにつながる現象です。
溶接できないこともありませんが、ステンレスや鉄、A5052などのほうが溶接性はいいでしょう。
長く使うと強度が落ちていく
A7075は、熱処理をしない場合は引張強さが270N/mm^2程度ですが、T6処理によって570N/mm^2程度まで上げることができます。
非常に高い強度ですが、T6処理の時効硬化は長い期間使っていると少しずつ強度が落ちていくというデメリットがあります。
コストが高い
A7075は高性能ではありますが他アルミ素材と比べてコストが高いです。強度が必要な箇所にはA7075を使って、他の箇所にはA5052などの汎用的なアルミニウム合金を使うといいでしょう。
A7075の用途
A7075は軽くて強度が高い特徴があるので、さまざまな分野で使われています。以下がそのおもな用途です。
航空、宇宙関連
軽量でかつ強度が高いため、航空機や人工衛星、ロケットなどの部品として使われています。
例えば、ハウジングであったり、高精度なリング状の部品など数多く採用されています
車両、ロボット関連
鉄道や自動車など車両関連部品にもA7075が使われています。また、ロボットの構造部品のなかで強度が必要な箇所に使われています。
金型
高度が高く摩耗にしくいため、射出成型品などの金型に使われています。
スポーツ用品
スキー板や金属バットなどのスポーツ用品に使われます。軽量かつ衝撃にも強いので、競技用の用品に適しています。
A7075とほかのアルミニウム素材との違い
アルミニウム合金は1000番台から8000番台まであり、それぞれに特徴があります。
今回はアルミニウム合金の中でよく使われるA2017やA2024、A5052についてA7075との違いを解説します。
また、ステンレスや鉄とA7075との違いについても解説します。
ジュラルミンや超ジュラルミンとの違い
ジュラルミンと呼ばれるアルミニウムは3種類あり、A2017はジュラルミン、A2024は超ジュラルミン、A7075は超々ジュラルミンと呼ばれます。
A2017は銅とマグネシウムを含んでいて、強度に優れています。鉄鋼材料並みに強度が高く、航空機の部品などに使われています。
同じ2000番台でも、A2024はA2017よりも銅やマグネシウムの含有量が多く、強度や切削加工性が向上しています。しかし、A2024はA2017よりも耐食性がやや劣っています。
A7075はおもにマグネシウムと亜鉛、銅を含有しており、A2017やA2024よりも強度が高いです。一方で、応力腐食割れを起こす可能性を持っています。
A5052との違い
A5052は5000番台のアルミニウム合金で、マグネシウムを含有しています。最も一般的なアルミニウム合金で、汎用アルミともいわれます。船舶の部品や自動車の部品のほかにも、さまざまな機械部品として使われています。
A5052は軽くて加工性がいいという特徴があります。しかしながら強度はあまり高くありません。
一方で、ジュラルミンは銅を含有することで強度を高めています。A7075は、A5052だけでなくジュラルミンのなかで強度が最も高いアルミ合金です。
A5052は汎用アルミなので、さまざまな部品の素材として使われます。一方、A7075は強度が高いという特徴を活かして、荷重がかかったり、衝撃が加わったりするような部品の素材として使われています。ただし、耐食性が劣っているので、使用環境には注意が必要です。
ステンレスや鉄との違い
一般的なアルミニウムの比重は、ステンレスや鉄と比べると半分以下です。したがって、鉄系の部品を軽量化する際などに使われます。ただ、一般的にアルミニウムはステンレスや鉄と比べると強度が劣るという難点を持っています。
A7075の比重は一般的なアルミニウムとほぼ変わりませんが、強度は鉄やステンレスと比べても同等以上です。したがって、軽くて強度が必要な部品にはA7075が最も適しています。
A7075は溶接性が悪く鉄やステンレスのように簡単に加工できないので、ネジやボルト、リベットを使うなど締結方法に注意しましょう。
まとめ
A7075の一番の特徴は強度です。鉄やステンレスと比べても同じくらいの強度で、さらにほかのアルミニウムのように軽い素材です。軽量化したい場合や、他のアルミニウム素材よりも強度を上げたい場合に適した素材といえるでしょう。
しかしながら、溶接性はよくないので、どのように他の部品と固定をするのかは確認が必要です。既存のアルミニウム素材からA7075に変更する場合には試作などをして一度確認してみることをおすすめします。
