アルミニウム強度の説明：降伏、引張、合金比較ガイド

アルミニウム合金は、最も一般的に使用される機械加工材料の1つであり、次のような分野で広く使用されている。 CNC加工アルミニウム押出、板金加工工場で使用されている。その理由は、強度、靭性、耐食性、切削加工性など総合的な特性に優れているからです。本稿では、主にアルミニウムの強度について紹介する。

アルミニウムの強度はどれくらいか？ 合金および焼戻し状態別の強度表

アルミニウムの強度は、合金の種類と焼鈍状態の両方に依存します。純アルミニウムは優れた延性と成形性を備えていますが、強度は比較的低いです。合金元素の添加や熱処理を行うことで、その機械的特性を大幅に改善することができます。.

以下の表は、一般的なアルミニウム合金および焼戻し状態における、常温での代表的な値を比較したものです。

アルミニウム合金は、幅広い強度範囲をカバーしています。代表的な引張強度は、1100-Oの90 MPaから7075-T6の572 MPaまで上昇します。.

温度も材料の性能に影響を与えます：

• O：完全焼鈍処理が施されており、強度は低いが延性は高い。.
• H32：ひずみ硬化および安定化。.
• T3：熱処理、冷間加工、および自然時効処理を施した。.
• T6：熱処理および人工時効を施したもの。.

したがって、アルミニウムの強度を比較する際には、合金種と焼戻し状態の両方を考慮する必要があります。5052、6061、7075といった合金種だけで比較しても、正確な結果は得られません。.

これらの値は一般的な参考データです。最終的な設計決定にあたっては、適用される規格、製品の形状、厚さ、材料の方向、および材料証明書に従ってください。.

5052、6061、7075のアルミニウムの強度比較

最も一般的な気質について、強さの順位は次のとおりです：

7075-T6 > 6061-T6 > 5052-H32

7075-T6の降伏強度は、5052-H32の約2.6倍です。6061-T6の降伏強度は、5052-H32よりも約43%高くなっています。.

しかし、強さだけが選考の基準というわけではありません：

5052-H32は、優れた成形性、溶接性、および海水腐食に対する耐性を備えています。一般的に、曲げ加工やプレス加工を施した板金部品の製造に使用されます。.

6061-T6は、強度、加工性、耐食性、およびコストのバランスに優れています。CNC加工される構造部品には、実用的な選択肢となります。.

7075-T6は、この3つの中で最も高い強度を備えています。航空宇宙部品や、高荷重にさらされるその他の軽量構造物に適しています。.

簡単に言えば、成形性と耐食性を重視する場合は5052-H32を、CNC加工性能のバランスを重視する場合は6061-T6を、強度を最優先する場合は7075-T6を選択してください。.

最も強度の高いアルミニウム合金はどれでしょうか？

7075-T6は、一般的に使用されるアルミニウム合金の中でも最も強度の高いもののひとつです。その代表的な降伏強度は503 MPaであり、引張強度は572 MPaに達します。航空宇宙構造物、高荷重用接合部、および精密部品に広く使用されています。.

特殊合金の中では、7068-T6511は7075-T6511よりも強度が高い。押出成形品の代表的な値は以下の通りである：

これらの数値は、同等の押出成形製品に適用されます。製品の形状、寸法、焼き出し状態、および材料の方向が強度に影響を与えるため、7075-T6シートのデータと直接比較してはなりません。.

選択は明らかです：

• 入手が容易で高強度のエンジニアリング用途には、7075-T6をお選びください。.
• さらに高い強度が求められる特殊部品には、7068-T6511をお選びください。.

強度だけでは、その材料が適しているかどうかは決まりません。疲労寿命、破壊靭性、耐食性、被削性、接合方法、および材料の入手可能性も考慮しなければなりません。.

アルミニウムの比強度および強度対重量比

比強度は、材料の密度に対する強度の大きさを表す指標です。軽量構造用の材料を比較する際に、特に有用です。.

表示上の問題を避けるには、このプレーンテキストの数式を使用してください：

比強度 ＝ 材料強度 ÷ 密度

比強度は、降伏強度または引張強度を用いて計算することができます。比降伏強度は恒久変形とより密接に関連しているのに対し、比引張強度は破断と関連しています。.

7075-T6は、5052-H32に比べて密度がわずか5%ほど高いだけですが、その降伏強度は約2.6倍高くなっています。そのため、はるかに優れた強度対重量比を実現します。 6061-T6は、比強度、被削性、耐食性、およびコストのバランスがより優れています。.

アルミニウムの密度は鋼の約3分の1です。したがって、高強度アルミニウムを使用すれば、必要な耐荷重性能を維持しつつ、部品の重量を軽減することができます。.

比強度は、選定要因の一つにすぎません。剛性、疲労強度、破壊靭性、耐食性、耐摩耗性、および使用温度についても評価する必要があります。.

What Is the Difference Between Aluminum Strength and Stiffness?

Strength and stiffness are two properties that must be evaluated separately when selecting an aluminum alloy. Strength determines when a part undergoes permanent deformation or fracture under load and is commonly expressed by yield strength and tensile strength. Stiffness determines the amount of elastic deformation produced under load and mainly depends on the elastic modulus and the cross-sectional geometry of the part.

Common aluminum alloys typically have an elastic modulus of approximately 69–72 GPa. Although 6061-T6 そして 7075-T6 differ significantly in strength, their elastic moduli are similar. This means that replacing 6061 with 7075 under the same dimensions and loading conditions can increase load-bearing capacity, but it will not substantially reduce the elastic deflection of the part.

If excessive deflection is the main issue in a bracket, beam, mounting plate, or thin-walled housing, simply selecting a stronger material will not solve the problem at its source. More effective methods include increasing the section thickness, shortening the cantilever length, adding reinforcing ribs, optimizing support locations, or changing the cross-sectional geometry.

Material selection can be evaluated according to the following principles:

• Preventing permanent deformation: Focus on yield strength and verify it against the actual load, safety factor, and locations of stress concentration.
• Preventing fracture: Focus on tensile strength, fracture toughness, fatigue performance, and the loading direction of the part.
• Limiting elastic deformation: Focus on elastic modulus, area moment of inertia, support configuration, and part geometry.
• Controlling weight: Compare the specific strength of the materials and the final part weight after meeting stiffness and strength requirements.

Therefore, selecting an aluminum alloy for a custom part should not be based solely on the grade with the highest strength. When structural stiffness is insufficient, the part geometry should be optimized first. When load-bearing capacity is insufficient, an alloy and temper with higher yield strength and better fatigue performance should be selected.

How Do Product Form and Temper Affect Aluminum Strength?

The mechanical properties of the same aluminum alloy grade cannot be treated as identical when it is supplied as plate, extrusion, bar, forging, or casting. The production method changes the grain structure, deformation direction, residual stress, and internal defect level of the material. Therefore, a drawing should specify more than simply “6061” or “7075”; it should also define the product form, temper, and applicable standard.

Sheet and plate: Rolling creates a distinct material orientation. Strength, elongation, and fracture toughness vary among the longitudinal, long-transverse, and short-transverse directions. The properties at the center of a thick plate may also be lower than those near the surface. For large load-bearing parts, the minimum properties specified by the applicable standard must be verified according to plate thickness and loading direction.

Extruded profiles: Extrusions are suitable for producing long parts with a constant cross-section, but wall thickness, cross-sectional complexity, and quench-cooling conditions affect the final properties. The properties of 6061-T6 and 6061-T6511 extrusions cannot be taken directly from plate data. The appropriate extrusion standard must be used to confirm their properties during procurement.

鍛造品： Forging improves material density and directs the metal flow along the part profile, making it suitable for highly loaded connectors, aerospace structural components, and high-fatigue parts. Forging properties are directly related to forging direction, forging ratio, heat treatment, and specimen orientation.

鋳物： Cast aluminum alloys can form complex structures, but porosity, shrinkage, and oxide inclusions reduce fatigue strength and elongation. Pressure-containing parts and critical structural components must define the casting grade, heat-treatment condition, internal defect acceptance criteria, and nondestructive testing requirements.

Temper also significantly changes material performance:

• T6: Solution heat-treated and artificially aged to provide high strength. It is a common supply condition for 6061 and 7075 parts.
• T651: Based on the T6 temper with residual stress relieved by stretching. It is more suitable for thick plate and precision CNC parts that require extensive material removal.
• T6511: Commonly used for extruded bars and profiles, with stress relieved by stretching followed by straightening.
• T73, T7351, and T7451: Overaged tempers that reduce peak strength but improve the stress-corrosion resistance and dimensional stability of high-strength aluminum alloys such as 7075.

Engineering drawings should specify the “alloy grade + temper + product form + material standard.” For example, even though 6061-T651 plate and 6061-T6 extrusion share the same alloy grade, their guaranteed properties, residual stress levels, and machining stability are not identical.

アルミニウムの降伏強度

降伏強度は、金属材料がわずかな塑性変形に耐える応力限界である。明確な降伏現象がない材料の場合、降伏強度は0.2%の残留変形に対応する応力と定義される。外力がこの値を超えると、部品は永久変形を起こし破損する。この値以下では、変形は回復可能である。

純アルミニウムの降伏強度は7～30MPaと比較的低く、一般的に使用されるアルミニウム合金は、熱処理や時効によって大きな差が生じます。例えば、6061-T6の降伏強度は約241-276MPa、高強度航空宇宙用アルミニウムとしての7075-T6は503-505MPa、5052-H32は約193MPaに達することができます。アニール処理された材料は一般的に強度が低く、これは構造設計や機械加工の選択の重要な基礎となります。

6061 t6 アルミニウム降伏強度の計算方法

の降伏強度は 6061-T6アルミニウム合金 6061-T6アルミニウム合金の降伏強さは、室温での一軸引張試験によって測定されます。標準試験片を万能材料試験機にクランプし、応力-ひずみ曲線を記録しながら一定速度で引張ります。この合金は明らかな降伏プラトーを持たないため、0.2%オフセット法を用いて降伏強さ、すなわち0.2%の残留ひずみに対応する応力を求めます。エンジニアリングの実務では、この値はしばしば 降伏強度 6061 T6 アルミニウムで表される。 6061-T6アルミニウム降伏強さMPa.

測定値 6061-T6アルミニウム降伏強さMPa の範囲は通常241～276MPaであり、広く認識されている。 6061-T6 アルミニウム 降伏強さ MPa 標準 の値は241 MPaである。この値は、アルミニウム合金材料規格のベンチマーク指標であるだけでなく、機械構造設計、応力検証、治具選定、CNC加工パラメータ策定の重要な基礎となり、荷重負荷時、組立時、長期使用時の寸法安定性と構造安全性に直接影響します。

7075-T6アルミニウム合金の典型的な引張強さは約572MPaであり、これは破壊前に耐えられる最大引張応力を示している。航空宇宙グレードの高強度アルミニウム合金として、この特性は、高荷重・高応力条件下での構造設計や機械加工用途に適しています。

以下は、一般的に使用されるアルミニウム合金材料の降伏強度パラメータの表です。

アルミニウムの引張強さ

純アルミニウムの引張強度は比較的低く、通常40～90MPaの範囲にあり、強度に限界があり、主に非荷重構造部品に使用される。しかし、アルミニウム合金の種類によって、熱処理や冷間加工後の引張強さに大きな違いが見られます。その中でも、6061-T6の典型的な引張強さは約260MPaであり、良好な機械的特性と機械加工性を提供する。7075-T6は、高強度航空宇宙アルミニウム合金として、約572MPaに達することができます。さらに、一般的に使用されている5052-H32は約230MPa、6063-T6は約185MPa、2024-T3は約470MPaです。等級間の強度の違いは、機械構造、航空宇宙、一般的なプロファイルなど、さまざまな場面での適用性を直接決定します。

6061アルミニウム引張強度

について 張力 6061アルミニウム合金の特性は、熱処理条件によって大きく異なります：

O調質（焼きなまし）：引張強さは約124～193MPaで、6061-Oアルミニウム合金の典型的な値は152MPaである。比較的柔らかく、延性に優れ、曲げ加工、プレス加工、複雑な成形部品に適しています；

T4調質：約214-276MPaで、6061-T4アルミニウム合金の典型的な値は241MPaである。適度な強度と良好な靭性を持ち、成形性と中程度の荷重を必要とする構造部品に適している；

T6調質：262～303MPaで、6061-T6アルミニウム合金の典型的な値は276MPaである。強度と耐食性を最もよく兼ね備えており、機械加工に最もよく使用される。

一般的に使用されているアルミニウム合金の中では、6061-T6の引張強さは中程度で、7075-T6の約572MPaより低く、6063-T6の約185MPaより高く、5052-H32の約230MPaよりわずかに高い。

強度、溶接性、耐食性、機械加工性のバランスが取れた6061は、構造用ブラケット、オートメーション機器部品、バルブボディ、フランジ、放熱部品、自動車部品、空気圧部品などに広く使用されています。加工しやすさを維持しながら、一定の耐荷重性を必要とする場面では、費用対効果の高い一般的なエンジニアリング・アルミニウム材料です。

アルミニウムの極限引張強さ

アルミニウム合金の極限引張強さは引張強さと同じで、どちらも一軸引張試験で材料が破断するまでに耐えられる最大応力を元の断面積で割った値を指し、単位はMPaです。したがって、極限引張強さの代表的な値は引張強さと同じである。以下は、一般的なアルミニウムとアルミニウム合金の代表的な極限引張強さ（引張強さ）の値です：

アルミニウムの破断強度

破断強度（σk）とは、引張試験中に最終的に破断する瞬間の真の応力のことで、破断時の荷重Pkとネッキング後の減少断面積Akの比（σk = Pk/Ak）として計算される。これは、材料の破壊に対する抵抗性を評価するために使用されます。延性材料の場合、ネッキングの後、すでに耐力が低下し始めているので、破壊強度の工学的意義は比較的限定的である。したがって、実用的な工学では、材料の破壊抵抗を表すために引張強さ（σb）が通常使用される。

応力とひずみの関係から、破壊強度は曲線の端に相当し、引張強度は曲線のピークに相当する。両者には違いがありますが、工学的用途では簡略化されることがよくあります。アルミニウム合金の場合、破壊強度は合金の種類と熱処理条件に大きく影響され、典型的な値は約70MPaから570MPaです。例えば、純アルミニウムは約70～110MPa、6061-T6は約290～320MPa、7075-T6は約500～570MPaに達します。その他の材料の破壊強度について詳しく知りたい場合は、以下のページをご覧ください。 アルミニウム合金等級, 上記の引張強度表を参照するか、ウェルド・エンジニアにご相談ください。.

このグラフは、引張強さ、破壊強さ、外部応力の関係を示している。

アルミニウムの圧縮強度

アルミニウム合金の圧縮強さとは、加圧下で著しい塑性変形や破砕が起こる前にアルミニウムが耐えられる最大圧縮応力のことです。アルミニウムの圧縮強さは、合金の種類、熱処理条件、加工技術、試験条件によって大きく異なります。以下は一般的なケースです：

純アルミニウム

純アルミニウム（1xxxシリーズなど）の圧縮強度は比較的低い。室温での圧縮降伏強度は約7～110MPaで、塑性変形しやすい。

一般アルミニウム合金

6061-T6アルミニウム合金：室温での圧縮降伏強度は約240-310MPaで、機械構造や自動車部品によく使用される。

6063-T5/T6アルミニウム合金：圧縮降伏強度は約150～200MPaで、主にビルのカーテンウォールやドア、窓に使用される。

7075-T6アルミニウム合金：圧縮降伏強度は500-600MPaに達することができ、一般的に航空宇宙やハイエンドの機械分野で使用されています。

高温または特殊合金

アルミニウム基複合材料（Al₃Ti強化相を含むアルミニウム基複合材料など）の中には、400℃で938MPaの圧縮降伏強度に達するものもあるが、このような材料はコストが高く、過酷な環境で使用されることがほとんどである。

新しいアルミニウムベースのエントロピー合金（Al₈Li₅Li₄Mg₃Zn₃ など）は、室温で1000MPaを超える圧縮強度を持つが、まだ広く応用されていない。

実際のエンジニアリングでは、アルミニウムの圧縮強度は、断面形状、細長比、端部の制約などの要因に影響されることに留意すべきである。細長い部品は座屈破壊を起こしやすいので、設計では構造的安定性を考慮する必要があります。

一般的なアルミニウムとアルミニウム合金の熱処理後の圧縮強度の参考範囲を以下に示す：

アルミニウムの疲労強度

アルミニウムの疲労強度は、アルミニウム合金が破壊することなく繰り返し繰り返し荷重に耐えることができる最大安全応力のことです。この値を超えると、材料は徐々に亀裂が入り、何度も繰り返された後に最終的に破壊します。

一般的に、アルミニウム合金の疲労強度は引張強度の約3分の1です。例えば、引張強度が300MPaのアルミニウムの場合、疲労強度は通常100MPa程度です。特別に最適化された高強度アルミニウム合金だけが、引張強度の半分に近づくことができます。

以下はアルミニウムとアルミニウム合金の疲労強度の早見表です：

アルミニウム疲労強度に影響を与えるその他の要因

粒子が細かく、内部構造が均一であるため、疲労強度が高くなる。

表面を滑らかにし、圧縮応力を導入するショットピーニングや研磨などの処理を施すことで、耐疲労性を大幅に向上させ、亀裂の発生を抑えることができる。

荷重条件も重要です。応力のばらつきが大きく、応力集中が激しい場合（鋭角や穴など）、疲労性能が著しく低下します。長期の高サイクル負荷では、応力が降伏強度をはるかに下回る場合でも、疲労破壊が発生することがあります。

アルミニウムのせん断強度

アルミニウム合金のせん断強度は、横方向の滑りやせん断破壊に抵抗する能力を指し、工学的には一般的に引張強度の約0.6倍です。以下は一般的なアルミニウム合金の参考値です：

6061アルミニウムの剪断強度

T6調質：設計せん断強度は約115MPa、実測せん断強度は160～200MPaに達する。
T4調質：せん断強度は約85～100MPa。

6063アルミニウム合金

T6調質：設計せん断強度は約85MPa、実測せん断強度は120～150MPa。
T5調質：せん断強度は約75～90MPa。

7075アルミニウム合金

T6調質：せん断強度は約180～220MPaで、一般的なアルミニウム合金の中で最も高い。
T751調質：せん断強度は約160～190MPa。

5052アルミニウム合金

H32調質：せん断強度は約125～165MPaで、耐食性に優れ、せん断強度は中程度。
O調質：せん断強度は約100～120MPa。

2A04アルミニウム合金（リベット用）

剪断強度≥275 MPa、高い剪断荷重を伴うリベット用途に適している。

上記の値は代表的な値であることに留意されたい。実際のエンジニアリングでは、特定の材料仕様、熱処理工程、および使用条件に基づいて決定されるべきである。サーマルブレーク・アルミプロファイルの場合、国家規格では40MPa以上のせん断強度が要求され、業界仕様では通常45MPa以上が要求される。

How Can Deformation Be Controlled During Machining?

Aluminum alloys have a relatively low elastic modulus and high thermal conductivity, making them sensitive to residual stress, clamping force, and material-removal sequence. Thin-walled housings, long plates, deep-pocket parts, and components subjected to extensive one-sided milling are prone to warping, twisting, wall-thickness variation, and hole-position deviation during machining.

Deformation mainly results from the following factors:

• Residual stress in the raw material: Rolling, extrusion, quenching, and straightening generate residual stresses within the material. When CNC machining disrupts the original stress balance, the part deforms in the direction of stress release.
• Asymmetrical material removal: Removing a large amount of material from only one side of a plate causes uneven stress release between the upper and lower surfaces, resulting in part bending.
• Excessive clamping force: Thin-walled areas may be flattened or straightened while clamped. After the fixture is released, the part springs back, causing dimensional and geometric tolerances to fall outside specification.
• Cutting heat and tool condition: Tool wear, poor chip evacuation, or unsuitable cutting parameters increase localized temperature and cutting forces, causing thermal deformation and surface tearing.
• Insufficient structural rigidity: Deep pockets, narrow ribs, long overhangs, and thin-walled structures are prone to vibration or tool deflection under cutting forces, resulting in uneven thickness and profile errors.

Precision aluminum parts should be machined in stages. Rough machining is performed first while leaving a uniform allowance. The part is then allowed to stabilize or undergoes stress-relief treatment when necessary, enabling part of the internal stress to dissipate. The machining datum is subsequently re-established before semi-finishing and finish machining. For flat parts, material should be removed symmetrically from opposing surfaces whenever possible to avoid machining directly to the final dimensions in a single operation.

Thin-walled parts require low-deformation fixtures, soft jaws, or dedicated support structures, with clamping force applied to rigid areas. Sharp cutting tools, stable cutting parameters, and effective chip evacuation must also be maintained to prevent cutting forces from increasing as the tools wear.

For parts requiring high dimensional stability, low-residual-stress materials in T651, T6511, T7351, or T7451 tempers should be prioritized. Final inspection must be performed after the part has been completely released from the fixture and returned to a stable temperature. Otherwise, the measurement results will not represent the part in its free state.

Why Does Welding Reduce the Strength of Aluminum Alloys?

The localized high temperature generated by welding changes the microstructure of the weld and heat-affected zone in aluminum alloys. For aluminum alloys strengthened through heat treatment or work hardening, welding disrupts the original strengthening effect. Therefore, the design strength of a welded joint cannot be based directly on the T6, T651, or H32 properties of the base material.

6xxx-series aluminum alloys: Alloys such as 6061-T6 are strengthened by magnesium-silicide precipitates. The welding thermal cycle dissolves or coarsens these strengthening precipitates in the heat-affected zone, creating a distinct softened region. Joint strength is normally controlled by the heat-affected zone rather than the unaffected base material.

5xxx-series aluminum alloys: Materials such as 5052-H32 and 5083-H116 primarily obtain their strength through work hardening. Welding heat causes recovery or localized annealing in the heat-affected zone, reducing hardness and strength. The welded joint can no longer be designed using the full strength of the original H temper.

2xxx- and 7xxx-series high-strength aluminum alloys: These materials are more sensitive to hot cracking, porosity, strength reduction, and stress-corrosion cracking during welding. Alloys such as 2024 and 7075 are generally unsuitable for conventional fusion-welded structures. Mechanical fastening, integral CNC machining, forging, or fully validated solid-state joining processes are more suitable for critical load-bearing components.

Weld-strength control must be addressed during the design stage rather than added after the part has been manufactured. Drawings should clearly specify the welding method, filler-wire grade, joint configuration, weld dimensions, permissible defects, inspection method, and whether post-weld heat treatment is required.

Post-weld heat treatment can restore part of the strength of heat-treatable aluminum alloys. However, repeated solution heat treatment and aging can cause dimensional changes, deformation, and additional costs, and not every large or complex assembly is suitable for complete heat treatment. Welded structures should therefore be calculated using the allowable strength of the welded joint, with the heat-affected zone positioned in a low-stress area.

When accepting custom welded aluminum parts, inspection should cover not only dimensions and appearance but also weld formation, porosity, cracks, lack of fusion, and softening in the heat-affected zone. Critical load-bearing assemblies require penetrant testing, radiographic testing, or mechanical-property verification in accordance with the drawing and applicable specifications.

アルミニウムの強さのまとめ

この記事では、アルミニウムとアルミニウム合金の主要な機械的性質に焦点を当て、降伏強さ、引張強さ、圧縮強さ、疲労強さ、せん断強さの定義、代表的な値、工学的意義を体系的に説明します。また、6061、7075、5052といった一般的に使用される合金の性能の違いを、様々な熱処理条件下で比較しています。適切なアルミニウム材料を選択する場合、またはカスタマイズされた加工ソリューションが必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。 コンタクト 私たちにとって 専門的なアドバイスと迅速な見積もり—私たちは、お客様のプロジェクトに効率的で信頼性の高いソリューションを提供することに尽力しています。.