高強度アルミニウム合金の機械加工方法

ここでは、高強度アルミニウム合金を、一般的に引張強度が480 MPaを超える合金と定義する。これらは主にAl-Cu-Mg系およびAl-Zn-Mg-Cu系の合金であり、2xxxシリーズのデュラリュミン系と7xxxシリーズの超高強度系に分類される。 前者は静的強度がわずかに低いものの、使用温度は高い。物性は、組成、溶解・凝固条件、加工、および熱処理によって大きく異なる。

合金設計、熱処理、および微細組織制御の進歩により、性能は着実に向上してきた。実用化が進んでいる第5世代の超高強度合金は、引張強さが約600 MPaから約750～800 MPaへと向上しており、一部の研究用材料では800 MPaを超えるものもある。

実験室での強度は1 GPaを超えました。2026年に発表された研究では、高圧ねじりによる激しい塑性変形を用いて、A2024の結晶粒を約130 nmまで微細化しました。 微小引張試験の結果、引張強度は約1,010 MPa、0.2%の降伏強度は820 MPa、破断伸びは約13%であった。 このことは、高度な微細組織制御により、従来の高強度合金でも1 GPaに達する可能性を秘めていることを示している。

これらの結果は、主に特殊な加工プロセスや微小スケールの試験片に基づいており、工業用の板金、鍛造品、押出成形品とは大きく異なります。実用的なエンジニアリング合金については、750～800 MPaが依然としてより代表的な超高強度範囲であり、1 GPaを超える値は、先端的な実験研究の方向性を示すものです。

低密度、高強度、優れた機械加工性、および良好な溶接性を兼ね備えるこれらの合金は、航空宇宙、船舶、および民生産業において重要な役割を果たしています。7xxx系合金の7055は、高い比強度、低密度、溶接性、および塑性成形性を兼ね備えており、航空宇宙および船舶分野で広く使用されています。

加工特性

1. 切削を行うと、熱による歪み、付着、およびバリが生じやすくなります。
2. 熱膨張係数が高いため、クランプや加工による歪みが生じやすく、寸法精度が低下する。
3. 高い強度、比剛性、および硬度により、切削時に著しい塑性変形が生じ、工具の摩耗が急速に進みます。
4. かなりの切削熱により、切削部の温度が上昇し、工具の摩耗が進行します。
5. ワークハーデニングは容易に生じる。

加工性を向上させる方法

注： 上記のパラメータは、ZCC Cutting Toolsによる推奨値です。

加工パラメータの選定

高強度アルミニウム合金の加工は、主にフライス加工によって行われます。

高速加工パラメータ

注： D は工具の直径、LH はチップブレーカーの形状を表します。

エンドミル加工パラメータ

注記： これらは、ZCC Cutting Toolsが推奨するサイドミリング用の仕様です。スロット加工の場合は、記載された回転数で50%～70%を、記載された送り速度で40%～60%をご使用ください。

ボールノーズフライスの切削パラメータ

注： これらのパラメータは、ZCC Cutting Toolsによる推奨値です。

フライス加工の例