アルミニウム 2014
アルミニウム2014の概要
アルミニウム2014 は、2xxx系に属する高強度・熱処理可能なアルミニウム-銅合金です。優れた被削性と耐疲労性を備えており、航空宇宙、防衛、重構造用途で広く採用されています。銅含有量が高いため耐食性は限定的ですが、保護用の表面処理に良好に反応します。
アルミニウム2014 は、動的荷重または重荷重条件下で、優れた強度、耐摩耗性、厳しい公差が求められる部品のCNC加工において、頻繁に選定されます。
アルミニウム2014の化学的・物理的・機械的特性
化学成分（代表値）
元素 | 含有量範囲（質量%） | 主な役割 |
|---|---|---|
アルミニウム（Al） | 残部 | 構造健全性と軽量性を提供する母材 |
銅（Cu） | 3.9–5.0 | 析出硬化により強度と硬さを向上 |
ケイ素（Si） | 0.5–1.2 | 被削性と鋳造流動性を向上 |
マグネシウム（Mg） | 0.2–0.8 | 合金を強化し、耐疲労性を向上 |
マンガン（Mn） | 0.4–1.2 | 強度と延性を向上 |
鉄（Fe） | ≤0.7 | 残留元素 |
亜鉛（Zn） | ≤0.25 | 残留元素 |
クロム（Cr） | ≤0.10 | 結晶粒を微細化 |
物理的特性
特性 | 代表値 | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 2.80 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 510–640°C | ASTM E299 |
熱伝導率 | 25°Cで160 W/m·K | ASTM E1952 |
電気伝導率 | 20°Cで36% IACS | ASTM B193 |
線膨張係数 | 23.2 µm/m·°C | ASTM E228 |
比熱容量 | 875 J/kg·K | ASTM E1269 |
ヤング率 | 73 GPa | ASTM E111 |
機械的特性（T6調質）
特性 | 代表値 | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 460–510 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 390–440 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥10% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 120–130 HB | ASTM E10 |
疲労強度 | 150 MPa | ASTM E466 |
破壊靭性 | 中程度 | ASTM E399 |
アルミニウム2014の主な特長
卓越した強度と耐疲労性： 航空機構造や自動車サスペンション部品など、剛性と高負荷下での性能が求められる高荷重部品に適しています。
優れた被削性： ケイ素含有と熱的安定性により、CNC加工に適したアルミ合金の中でもトップクラスです。高速・大量生産に最適です。
耐食性は限定的： 屋外や湿気の多い環境で使用する場合は、保護用の表面処理またはコーティングが必要です。
熱処理により特性を強化可能： T6熱処理によって特性を大幅に向上でき、優れた比強度（強度/重量比）を実現します。
良好な耐摩耗性： すべり部や荷重支持アセンブリでの機械摩耗に耐え、特にアルマイト処理やコーティングによって性能が向上します。
アルミニウム2014のCNC加工における課題と対策
加工上の課題
加工後に腐食しやすい： 特に切削部が湿気や薬品に曝される環境では注意が必要です。
切りくず管理が必要： 長く巻いた切りくずが、管理されない場合に工具経路へ干渉する可能性があります。
熱伝導率の高さにより工具が加熱しやすい： 最適なクーラント流量で補う必要があります。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | TiCNまたはTiAlNコーティング超硬工具 | 高速切削と温度上昇に対応 |
工具形状 | シャープな刃先、チップブレーカ | 部品精度と切りくず排出性を維持 |
切削速度 | 150–350 m/min | 熱の蓄積を防ぎ、仕上げ品質を向上 |
送り速度 | 0.10–0.30 mm/rev | エッジを清浄に保ち、加工硬化を低減 |
クーラント | フラッドまたは高圧ミスト | 工具摩耗を低減し、寸法管理を向上 |
アルミニウム2014の切削条件（ISO 513準拠）
加工内容 | 速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み量（mm） | クーラント圧力（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 150–250 | 0.20–0.30 | 2.0–3.5 | 30–50（フラッド） |
仕上げ加工 | 250–350 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 50–70（フラッド／ミスト） |
アルミニウム2014 CNC部品の表面処理
アルマイト処理: 耐食性と耐摩耗性を向上させるため、タイプIIまたは硬質アルマイト（ハードコート）を施します。膜厚は10–50 µmの範囲です。
粉体塗装: 屋外部品向けに耐食性と耐UV性を付与します。膜厚は60–100 µm。
電解研磨: 航空宇宙または防衛グレード用途で、仕上げを向上し微小バリを除去します。
不動態化処理: 化学的に活性な環境での腐食を低減するため、シーリング処理と組み合わせて使用されることが一般的です。
ブラッシング: 消費者向け部品に適した、清潔感のあるマット仕上げを実現します—Ra 0.8–1.6 µm。
アロダイン処理: 導電性と耐食性が必要な部品向けの、MIL準拠クロメート化成処理です。
UVコーティング: 光、湿気、または産業環境に曝される表面に追加保護を付与します。
ラッカー塗装: 視認性の高い航空宇宙または軍用パネルの外観と機械特性を保護します。
アルミニウム2014の産業用途
航空宇宙・航空: 高い耐疲労性が求められる、CNC加工の主翼スパー、胴体フィッティング、構造ブラケット。
防衛: 装甲インターフェース、UAV部品、精度と堅牢性が必要な軍用グレードハードウェア。
自動車（モータースポーツ）: 動的荷重下で使用される高応力サスペンション部品、ステアリングリンケージ、ロールケージノード。
産業機器: 振動の大きい機械向けの、加工カップリング、機械ジョイント、支持ブラケット。
鉄道・輸送: 繰返し荷重と機械応力を受ける構造部材およびサブアセンブリ。
