アルミニウムと3003アルミニウムの違いは何ですか？

アルミニウムとは何ですか？

アルミニウム 地球上で最も豊富に存在する金属であり、材料科学者にとって合金化プロセスでさまざまな実験の機会を提供します。

合金は、基礎金属に金属元素を添加して強度、耐性、加工性などの材料特性を向上させた金属です。アルミニウム合金は、その合金成分に基づいてさまざまな形態を取り、アルミニウム協会（The Aluminum Association Inc.）はこれらの合金を合金元素に基づくシリーズに分類しています。これらのシリーズは4桁の名前で表されており、この記事は3xxxシリーズと6xxxシリーズに焦点を当てています。

対象となる2つの合金 – 6061と3003アルミニウム – は、最も一般的なアルミニウムの選択肢の一つであり、一見すると交換可能に見えます。この記事は、これら2つの合金の材料特性の比較を通じて、それらの違いを明らかにし、利点と欠点に焦点を当てて区別します。この議論を通じて、これらの合金に最適な用途を定義し、設計者がプロジェクトのためにより情報に基づいた材料選択を行えるようにします。

6061アルミニウム合金

6061アルミニウム 高い強度、良好な溶接性と加工性、耐腐食性で有名です。特に構造材料に有用であり、6061アルミニウムの強度は高層ビルが倒れないように支えます。6xxx合金の他の種類と同様に、6061アルミニウムは主にマグネシウムとシリコンを合金元素として含み、これらがその優れた強度特性の原因です。6061アルミニウムの合金元素の内訳は次のとおりです：0.6% Si、1.0%Mg、0.2% Cr、0.28TP3T Cu、そして97.9% Alであり、その密度は純アルミニウム（2.7 g/cm3、0.0975 lb/in3）とほぼ同じです。熱処理によってさらに大きな強度向上を得られ、一般的にT6およびT4の状態で見られます。その利点により、6061アルミニウムは多くの状況で使用されており、優れた汎用合金となっています。ほとんどの工作室で見つかり、溶接組立や建築フレーム、または堅固な骨格を必要とする構造物に最適です。この金属に関する詳細については、6061アルミニウム合金に関する記事をご覧ください。

3003アルミニウム合金

3003アルミニウム 合金は、今日の市場で最も広く流通しているタイプのアルミニウムの一つであり、その理由も明白です。良好な仕上がり、優れた成形性、良好な溶接性、中程度の強度、耐腐食性を備えています。これらの特性により、多様な用途で成功を収めており、最も人気のある汎用アルミニウム合金と考えられています。3003アルミニウムは3xxxシリーズに属し、その主な合金元素はマンガンであり、化学組成は0.12% Cu、1.2% Mn、98.6% Alです（これらの数値はさまざまな要因により変動し、あくまで一般的な内訳を示しています）。3003アルミニウムの密度は2.73 g/cm3（0.0986 lb/in3）で、純アルミニウムとほぼ同じであり、熱処理には反応しません。代わりに、ひずみ硬化によって強度を高めることができ、通常は3003-H18および3003-H22の状態で提供されます。特に強くはありませんが、食品・化学市場で多くの用途に利用され、高い延性と耐性を持つ材料として役立ちます。この合金に関する詳細については、3003アルミニウム合金に関する記事をご覧ください。

6061 & 3003アルミニウム合金の比較

これらの2つのアルミニウム合金の選択は、多くのプロジェクトにとってどちらも優れた選択肢であり、類似した特性を持つため、しばしば難しいです。この記事では、重要な機械的値を比較し、これら2つの金属を区別するのに役立てます。これらの比較は、どちらが特定の用途に最適かを判断するのに役立ちます。表1に示された値は、6061-T6および3003-H18処理されたアルミニウムから採取されましたが、選択された状態によってこれらの数値は変動します。これらの値は以下の表にまとめられており、その比較については後ほど詳しく説明します。

6061 & 3003アルミニウム合金の材料特性の比較

3003アルミニウムよりも6061アルミニウムを選ぶ主な理由は、その優れた強度です。これは、これらの材料が永久に変形する最小の応力である降伏強さを比較することで示されます。降伏強さは構造部品にとって有用な指標であり、永久変形は建物の不安定性（しばしば破損）を引き起こすためです。6061アルミニウムの強度向上は、合金元素（マグネシウム/シリコン）と熱処理能力の結果です。強度が重要な場合は、迷わず6061アルミニウムを選びましょう。これは、軟鋼よりも強く、より耐性のある代替品であり、3003アルミニウムよりも明らかに強いです。

同様に、 6061アルミニウム ボルトやネジで接合した場合もより強くなり、その証拠としてベアリング降伏強さ（386 MPa 対 262 MPa）の向上が挙げられます。ベアリング降伏応力は、2つのプレートを穴を通してネジで接続したときなど、ジョイントが変形する最小の応力を示します。これらのジョイントは過剰な力が加わると伸びたり亀裂が入ったりする可能性があり、ベアリング強度は材料の反応を判断するのに役立つ測定値です。6061アルミニウムのベアリング降伏強さは3003アルミニウムよりもはるかに高く、これは直感的に理解できるだけでなく、足場や建築骨組みに広く使用されている理由も説明しています。多くの部品がリベット止めや穴を使った接合で固定される場合、3003アルミニウムでも耐えられますが、6061アルミニウムの方が長持ちします。

強度が常に望まれるわけではなく、これらの材料のせん断強さはこの概念の良い例です。せん断強さは、切断、スタンプ、または対向する力が交差点で作用するような配置において、材料がせん断応力にどれだけ抵抗できるかを示す指標です。これを視覚化する簡単な方法は、ハサミで紙を切る例です。ハサミの刃が紙を最も薄い部分でせん断（切断）します。3003アルミニウムのせん断強さは実際には利点であり、6061よりも低いため（207 MPa 対 110 MPa）、シートメタルからの切断が容易です。優れた成形性と組み合わせて、これらの特性により、3003アルミニウムは成形用途で非常に多用途であり、他の合金よりも選ばれることが多いです。

硬さは、引っかき傷、研磨、貫通などの局所的なへこみや傷に対する材料表面の応答を測るものであり、外力が材料にどのように影響するかを示します。エンジニアは、インデンテーションマシンを用いて材料がどのようにへこみ応力に反応するかを示すさまざまな硬さスケールを決定しています。一般的に使用されるブリネル硬さスケールでは、ガラスは約1550の硬さを持ち、銅のような軟らかい金属は約10です。これらの合金はやや硬く、6061アルミニウムは55に対して95と、より硬く、加工性が向上しますが、表面仕上げは低下します。よりへこみやすい一方で、3003アルミニウムはクロム仕上げにすることができ、見た目も良く、掃除も簡単です。食品トラックでは、反射面が清掃しやすく汚れがたまりにくいため、3003アルミニウムがよく使われます。傷に対する耐性を重視する場合は6061アルミニウムを選ぶべきですが、仕上げや研磨に関しては3003に劣ります。

6061アルミニウムは、最も優れた加工合金の一つであり、ほぼすべての工作機械工場で見つけることができます。加工性は、金属を原料から工具で加工しやすいかどうかを示す指標であり、この資料では定性的に（優秀/良好/普通/不良）評価を行い、どの合金が一般的に加工されやすいかを示しています。加工性を定量化するスケールもありますが、これは主に熟練工が適切な工具を選ぶためのものであり、一般の設計者にはあまり役立ちません。6061アルミニウムは、加工や仕上げが良いため、優れた選択肢です。一方、3003アルミニウムは主にシートメタルの成形に使われます。3003も加工可能ですが、他の特性と合わせて総合的に見て、6061の方がより良い選択です。

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