アルミニウム 3003
アルミニウム3003の概要
アルミニウム3003 は、非熱処理型のアルミニウム-マンガン合金で、優れた耐食性、良好な加工性、そして中程度の強度で知られています。3xxx系の一種として、熱処理なしで構造健全性と環境耐久性が求められる用途で広く使用されています。
優れた成形性と溶接性により、アルミニウム3003 は、消費財、食品加工、建設業界にわたって、筐体、パネル、ブラケット、調理機器、装飾トリムなどのCNC加工に頻繁に使用されています。
アルミニウム3003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 | 耐食性を備えた母元素 |
マンガン（Mn） | 1.0–1.5 | 強度と耐食性を向上 |
銅（Cu） | 0.05–0.20 | 機械的特性を改善 |
鉄（Fe） | ≤0.70 | 残留元素 |
ケイ素（Si） | ≤0.60 | 残留元素 |
亜鉛（Zn） | ≤0.10 | 残留元素 |
その他 | ≤0.15（合計） | 残留元素の合計 |
物理的特性
特性 | 代表値 | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 2.73 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 643–655°C | ASTM E299 |
熱伝導率 | 25°Cで163 W/m·K | ASTM E1952 |
電気伝導率 | 20°Cで38% IACS | ASTM B193 |
線膨張係数 | 23.1 µm/m·°C | ASTM E228 |
比熱容量 | 900 J/kg·K | ASTM E1269 |
ヤング率 | 69 GPa | ASTM E111 |
機械的特性（H14調質）
特性 | 代表値 | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 140–180 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 120 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥10% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 45–55 HB | ASTM E10 |
疲労強度 | 55 MPa | ASTM E466 |
耐衝撃性 | 高い | ASTM E23 |
アルミニウム3003の主な特長
ASTM G31に準拠した耐食性： アルミニウム3003は、海洋性大気や食品加工エリアなど酸化しやすい環境で非常に優れた性能を発揮します。塩水噴霧および弱酸性条件での腐食に関して、ASTM G31の基準を満たす、または上回ります。
SAE成形性指数で9/10の加工性： SAE J452によると、3003は優れた冷間加工性を備え、割れを生じることなく深絞り、曲げ、プレス加工が可能で、複雑形状部品や成形板金部品に最適です。
1100系アルミより20%高い強度： H14調質で約120 MPaの耐力を持ち、アルミニウム3003は1100グレードアルミに比べて約20%高い強度を提供しつつ、同等の延性と軽量性の利点を維持します。
AWS D1.2 構造用アルミ規格に適合する溶接性： 一般的なMIGおよびTIG溶接で容易に溶接でき、ER4045またはER5356溶加材を使用した場合、溶接部でも強度と耐食性を維持します。
非熱処理合金だが、H14/H16/H18まで加工硬化可能： 3003は熱処理で強化できません。それでも、成形性を保ちながらH18調質まで加工硬化により強度を高められるため、機械締結部品に最適です。
アルミニウム3003のCNC加工における課題と対策
加工上の課題
軟らかく付着しやすい性質： 材料が工具表面に付着し、仕上げや精度に影響することがあります。
低強度によりエッジにバリが出やすい： 表面の歪みを避けるため、最適な送り条件と鋭利な工具が必要です。
切りくず制御が不十分： 長く糸状の切りくずが発生し、自動工具経路に干渉する場合があります。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | DLCまたはTiCNコーティング超硬工具 | アルミの凝着を防ぎ、工具寿命を延長 |
工具形状 | 鋭利な刃先、研磨されたすくい面 | 仕上げ品質と切りくず流れを改善 |
切削速度 | 250–400 m/min | 表面摩擦を低く保ち、クリーンな切削を実現 |
送り速度 | 0.10–0.25 mm/rev | 寸法精度を維持 |
クーラント | 軽ミストまたはエアブロー | 温度を制御し、切りくずの再切削を防止 |
アルミニウム3003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 | 250–300 | 0.20–0.25 | 2.0–3.5 | 25–35（ミスト） |
仕上げ加工 | 300–400 | 0.05–0.10 | 0.2–1.0 | 30–50（ミスト／エアブロー） |
アルミニウム3003 CNC部品の表面処理
アルマイト処理: 耐摩耗性と耐酸化性を向上します。タイプIIの10–25 µmの皮膜は、外観用途および軽度の摩耗用途に適しています。
粉体塗装: 消費財および建設部品向けに、60–100 µmの耐久性ある仕上げを提供します。
電解研磨: 食品または医療グレード用途向けに、超平滑な仕上げを実現します。
不動態化処理: 塗装やコーティング前の表面清浄性を確保します。
ブラッシング: 装飾用途および内装用途で使用される、Ra 1.0–1.6 µmの仕上げを形成します。
アロダイン処理: 導電性と耐食性が必要な電子機器または自動車部品向けのクロメート化成皮膜です。
UVコーティング: 透明保護膜を付与し、変色に対する耐性を高めます。
ラッカー塗装: 光沢、色安定性、防湿性を提供します。
アルミニウム3003の産業用途
食品・飲料加工: 調理器具、食品グレード貯蔵タンク、CNC加工のキッチン家電カバー。
HVAC・換気: ダクト、パネル、蒸発器部品など、耐食性と成形性が求められる用途。
建設・建築: 屋根材、外装材、装飾トリム、意匠性と耐候性を目的に加工される構造パネル。
消費者向け製品: 電子機器、家具、ホーム用品における加工筐体、カバー、装飾部品。
輸送: トレーラーや移動体システム向けの軽量パネル、燃料タンク、保護ブラケット。
