なぜアルミニウム合金は純アルミニウムよりも硬いのでしょうか？

純アルミニウムは、面心立方結晶格子の中で転位が比較的容易に移動するため、柔らかい。一方、アルミニウム合金は、合金化や熱処理によってこの移動を妨げる障害が生じるため、より硬くなる。

固溶体強化

合金化原子がアルミニウムに溶解すると、原子の大きさの違いによって結晶格子が歪む。その結果生じる局所的な応力場は転位と相互作用するため、塑性変形にはより大きな外力が求められる。この強化効果は、溶質の種や量、および固溶体に残留する量によって左右される。.

金属間化合物と第二相

合金元素は、金属間化合物やその他の第二相を形成することもあります。これらの粒子は一般的にアルミニウムマトリックスよりもはるかに硬く、転位運動を阻害します。したがって、軟らかいマトリックスと硬い化合物が機械的に混合されたものは、純アルミニウムよりも硬度が高くなりますが、脆い化合物が過剰に含まれると、延性や靭性が低下する可能性があります。.

時効硬化

熱処理可能なアルミニウム合金は、溶体化処理、焼入れ、および時効処理を行うことができます。時効処理の過程で、過飽和の固溶体から微細な析出物が分散して形成されます。 密に配列したコヒーレントまたはセミコヒーレントな粒子は、転位を強く阻害する。析出物が成長し、その間隔が変化するにつれて、硬度はまずピークに達し、その後、過時効の過程で低下する場合がある。.

組成と調質が重要な理由

硬度は、アルミニウム含有量だけで決まるものではありません。硬度は、合金系、溶質濃度、化合物の種類と分布、結晶粒組織、冷間加工、および熱処理条件によって決まります。そのため、2種類のアルミニウム合金、あるいは同じ合金であっても異なる調質状態のものでは、硬度値が大きく異なることがあります。.