アルミ合金の強度比較で迷わない：用途別に最適材料を選ぶための設計基準と注意点

意味・定義

アルミ合金の強度とは、主に引張強度（MPa）と硬度（HB）で表されます。引張強度は破断に耐える最大応力、硬度は摩耗や圧痕への抵抗力を示します。これらの値を把握することで、軽量化しながらも必要な剛性を確保できます。

以下は代表的なアルミ合金の物性比較です。

各合金の強度差は設計段階で非常に重要で、選定ミスは変形不足や過剛性、振動問題、耐久性不足につながります。特に航空機や精密機械では軽量化と強度確保の両立が求められます。

基準・考え方

材料選定時には用途、荷重条件、加工条件、耐食性など複数の要素を総合的に判断する必要があります。

• 高応力部品では、引張強度が高く硬度もある2024系または7075系を優先
• 耐食性が重要な部品では5052系や6061系を選択し、表面処理で補強
• 軽量化設計では引張強度と密度のバランスを評価し、最適板厚・形状を決定
• 振動や共振に敏感な構造では、硬度・剛性を加味して固有振動数を設計

例えば、板厚t、幅b、長さLの梁のたわみ量δは以下の式で概算できます：

δ = (F * L^3) / (3 * E * I)

Fは荷重、Eはヤング率、Iは断面二次モーメントです。この式からも分かる通り、強度（引張強度）と剛性（ヤング率や硬度）のバランスを理解していないと、軽量化設計でも必要剛性を確保できません。材料選定や加工条件についてはアルミ加工の注意点に関して解説で詳しく解説しています。

注意点

• 同じ系統のアルミ合金でも熱処理や加工履歴により強度が変動する
• 高硬度材料は切削工具の摩耗が激しく、加工条件調整が必要
• 軽量化のために薄板化すると剛性不足や振動リスクが増加
• 耐食性を考慮せずに使用すると、長期的な強度低下や腐食による破損の恐れ
• 設計段階で想定荷重や使用環境を正確に評価することが不可欠

これらの注意点を把握することで、材料選定ミスによる部品破損や寿命短縮を防げます。各合金の耐食性や加工性の詳細はアルミ合金物性一覧に関して解説で詳しく解説しています。

よくある誤解

• 「強度が高ければすべての用途に適する」→ 高強度でも加工性や耐食性が合わなければ適用不可
• 「硬度が高い＝加工性が良い」→ 高硬度合金は加工中に工具摩耗や破損リスクが増加
• 「軽量化＝強度を下げても問題ない」→ 剛性不足や振動問題につながるため注意
• 「すべてのアルミ合金で同じ強度」→ 材料ごとに引張強度は210〜600MPaと大きく異なる

適切なアルミ合金選定は、設計段階での荷重・環境・用途に合わせた判断が不可欠です。失敗を防ぐためには、物性値の理解と設計基準の活用が重要です。

よくある質問