3 人のエンジニアに 2024 アルミニウムが何に適しているかを尋ねると、航空機の外板、トラックの車輪、油圧マニホールドという 3 つの異なる答えが得られますが、3 つすべてが正しいでしょう。 2024 は 2xxx ファミリーの中で最も古く、最も尊敬されている主力製品の 1 つであり、その高い強度と長い疲労寿命の組み合わせにより、今でも銅含有アルミニウムの基準点となっています。以下は、2024 アルミニウムの材料特性の実践的なウォークスルーです。数値の実際の意味、焼き戻しによって数値がどのように変化するか、合金が問題を抱えている箇所、およびそれが設計に適しているかどうかを判断する方法です。
2024 は 2xxx シリーズに属します。これは、6xxx ファミリーを定義するマグネシウムとシリコンのペアではなく、銅がその主要な合金元素であることを意味します。銅とマグネシウムは一緒になって時効中に強化を行う Al2CuMg 相を形成します。これが、2024 年が非常に異なる熱処理後にのみ 6061 に達する引張強度に達する理由です。
この合金は、米国では AA2024 (UNS A92024)、ヨーロッパでは EN AW-2024 または AlCu4Mg1 として標準化されています。通常、シート、プレート、ロッド、バー、ワイヤー、チューブとして供給されますが、Alclad 2024 としても在庫されています。これは、腐食防止のために市販の純アルミニウムまたは亜鉛含有クラッド合金の薄い表面層に接着された 2024 コアであり、この詳細については後で説明する価値があります。
ここは率直にお伝えすべき点です。 2024 は一般的な押出合金ではありません。窓やカーテンウォールのセクション、太陽光発電フレーム、組立ラインのレール、バッテリートレイなど、プレス機から出てくるほとんどのプロファイルは 6xxx グレードです。これは、きれいに押し出され、溶接が良好で、予想どおりに陽極酸化仕上げが施されるためです。図面で 2024 が示されている場合、それは通常、シートまたはプレート、またはバーから切り取られた機械加工部品を意味します。実際にどのフォームが必要かを知ることが、賢明な選択の第一歩です。
組成ウィンドウはタイトであり、そのタイトさが重要です。2024 年の機械的特性は、鉄とシリコンを含む粗い粒子ではなく強化相が優勢になるように、不純物を十分に低く抑えることに依存します。
| 要素 | 含有量(重量%) |
|---|---|
| アルミニウム | バランス |
| 銅 | 3.8～4.9 |
| マグネシウム | 1.2～1.8 |
| マンガン | 0.3～0.9 |
| シリコン | 最大0.50 |
| 鉄 | 最大0.50 |
| 亜鉛 | 最大0.25 |
| チタン | 最大0.15 |
| その他、それぞれ | 最大0.05 |
| その他、合計 | 最大0.15 |
銅は強度を提供し、マグネシウムは銅と協力し、マンガンは金属間化合物の粒子サイズの制御を助けながら粒子構造と靭性に作用します。鉄とシリコンは不純物として扱われ、それぞれ 0.5 パーセントに保たれるため、合金は炉に入ったスクラップと一緒に漂うのではなく、熱から熱へと予測どおりに動作します。
気性 は、2024 年の部品がどのように動作するかについてほぼすべてを示します。焼きなましされた O 状態では、合金は柔らかく、成形可能です。 T3 は、溶体化処理、冷間加工、自然時効処理を意味します。 T351 は、ほとんどの残留応力を軽減するストレッチ パスを備えています。 T4 は冷間加工なしで自然に時効処理されますが、T81 と T851 は冷間加工後に人工的に時効処理されます。より強くて硬く、延性は低くなりますが、機械加工時の寸法安定性ははるかに優れています。
| Temper | 引張強さ | 降伏強度 (0.2%) | 伸び | 一般的な硬さ |
|---|---|---|---|---|
| 2024-O | ≈186MPa | 〜76MPa | ≈20% | ≈47HB |
| 2024-T3 / T351 | ≈470～483MPa | ≈325～345MPa | ≈18～19% | ≈120HB |
| 2024-T4 | ≈469MPa | ≒324MPa | ≈20% | ≈120HB |
| 2024-T81 / T851 | ≈490～495MPa | ≒440～455MPa | ≈8～10% | ≈130HB |
これらの数値は代表値であり、設計上の許容値ではありません。 ASTM B209 または EN 485 で公表されている最小値はその下にあり、仕様の最小値に基づいて設計し、工場証明書で確認することが推奨されます。重要なもう 1 つの数値は疲労です。T3 焼戻しでは、回転ビームの耐久性は 5 億サイクルで約 138 MPa に達し、引張強さに比べて高くなります。この比率こそが、この合金が数十年にわたる機体の運用に耐えられる理由なのです。
熱数値は一時停止する必要があります。部品が熱を逃がす必要があるヒート スプレッダー、ハウジング、またはカバーである場合、押し出し成形された 6xxx セクションは 2024 プレートよりもはるかに効果的に熱を逃がします。熱管理が実際の仕事である場合、通常はそれが推奨されるルートです。
電気駆動システム用モーターハウジングアルミニウムプロファイル 押出成形された 6xxx モーター ハウジング プロファイルは電気駆動システムと熱放散をサポートし、熱管理が 2024 プレートよりも重要な場合に適しています。 製品を見る→ 2024 を強力にしているのは銅のおかげであり、湿った環境で一般的な合金の中で最も耐久性の低い合金の 1 つとなっているのも銅のおかげです。粒界の銅が豊富な相はガルバニックセルを形成するため、保護されていない 2024 は粒界攻撃を受けやすく、厚い部分では剥離や短横方向の応力腐食割れが起こりやすくなります。
ほとんどの状況に対応できる 3 つの実践的な対応:
海岸沿いの施設や定期的に洗い流される部品の場合、これは真剣に考慮すべきセクションです。場合によっては、腐食と何年も戦うよりも、5xxx または 6xxx 合金に移行するのが正直な答えです。
2024 年を O コンディションで形成し、ジオメトリが許す限りその後熟成させます。 T3 では曲げ半径を大きくする必要があり、深絞り加工に関しては 5052 や 3003 に匹敵しません。
T351 または T851 では、2024 はきれいに加工され、よく破壊された切りくずを生成します。 T351 は溶体化処理後に引き伸ばされ、残留応力のほとんどが軽減されます。大型で公差が厳しい部品の場合は、通常、T851 または応力緩和プレート グレードの方が安全です。
これが人々を捕らえる限界です。 2024 は融着合金ではありません。アーク溶接は高温割れを招き、熱影響部の強度を破壊します。リベット締め、ボルト締め、接着剤による接合、および工具が許せば摩擦撹拌溶接が実行可能なルートです。パーツを設計する前に、ジョイントを設計します。
実際の仕様決定のほとんどは、これら 3 つの合金によって決まります。設計レベルの比較は次のとおりです。
| プロパティ | 2024-T3 | 6061-T6 | 7075-T6 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 〜483MPa | 〜310MPa | ≈572MPa |
| 降伏強さ | ≒345MPa | ≈276MPa | ≒503MPa |
| 伸び | ≈18% | ≈12% | ≈11% |
| 耐食性 | 公正で実践的な服装 | 良い | フェア |
| 溶接性 | 貧しい | 良い | 貧しい |
| 被削性 | 良い | 良い | 良い |
| 相対コスト | 中 | 低い | 高 |
| 一般的なフィット感 | 疲労臨界構造 | 押し出しとフレーム | 高-strength machined parts |
部品がシートやプレートではなく押し出し成形品の場合は、6063-T5 とその関連製品が正当な理由で優勢であるため、話は変わります。表面仕上げ、公差、接合の違いについては、このガイドに記載されています。 6063-T5 の特性と用途 。顧客が 2024 年について尋ねて到着し、より安価で溶接可能で、実際の荷重ケースに十分な強度を備えた 6xxx 押出成形品を残して帰るということは、珍しいことではありません。
電気自動車に関して言えば、私たちが最も頻繁に製造する部品は 2xxx ではありません。バッテリーのエンクロージャーと衝突構造は、押し出し成形された 6xxx および 7xxx セクションで占められており、予測どおりに溶接および粉砕されます。ただし、設計でボルト接合または接着接合に最大の強度が本当に必要な場合は、2024 クラスの特性が依然として現実的な選択肢であり、早期に話し合いを行うことで、ほとんどの手戻りを省くことができます。
新エネルギー車用バッテリートレイアルミニウムプロファイル 軽量アルミニウム製バッテリー トレイ プロファイルは、構造強度と放熱性を備えた新エネルギー車両バッテリー システムをサポートします。 製品を見る→ エネルギー吸収構造も同じ論理に従います。クラッシュ ボックスは制御された方法で折りたたむ必要があるため、合金、質、肉厚を一度に 1 つずつ選択するのではなく、一緒に選択する必要があります。私たちの クラッシュボックスアルミニウムプロファイル このページでは、そのトレードオフの押し出し側のビューを説明します。
長年にわたるアルミニウムの研究から、合金の選択がデータシート上の最適な数値になることはほとんどないことがわかります。それは、この環境で、このプロセスで作られたこの部品にとってどのプロパティが重要であるかということです。フレーム、ハウジング、または構造プロファイルの 6xxx 押し出しに対して 2024 年を比較検討している場合は、図面と荷重ケースをお送りください。何を実行するか、何を回避するかを正直に説明します。
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