アルミニウム 1A60：組成、特性、熱処理状態ガイドおよび用途
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総合概要
1A60は熱処理可能な6xxx系（Al-Mg-Si系）アルミニウム合金であり、強度、成形性、耐食性のバランスに優れていることが特徴です。主な合金元素はマグネシウムとシリコンで、人工時効によりMg2Si沈殿物を形成し、ピーク強度状態を実現します。本合金の強化機構は主に析出硬化（固溶熱処理、急冷、人工時効）に依存し、粒子構造や軽度の冷間加工も補助的に効果を発揮します。
1A60の主な特性としては、T6/T5調質で中程度から高強度を示し、押出成形性や陽極酸化処理に適した表面仕上げが良好で、一般的な大気および工業環境における耐食性も十分にあります。一般的な充填ワイヤーを用いた良好な溶接性も備えています。焼なましや自然時効の状態では引抜きや曲げ加工に優れた成形性を示す一方、熱処理調質は延性を犠牲にして静的強度を高めます。この系統の合金は、自動車のボディおよび構造部品、建築用押出材、輸送機器、一般的なエンジニアリング製作など、強度対重量比と耐食性の最適化が求められる用途に幅広く利用されています。
エンジニアは、2xxx系の高銅含有量を避けつつ、純アルミにみられる強度低下も回避したい場合に、押出性、仕上げ品質、適度なピーク強度の組み合わせを求めて1A60を選択します。剛性や設計強度が必要な場合は軟らかい1xxx系や3xxx系の合金よりも本合金を選ぶことが多く、腐食性能、溶接性、異方性の低減が優先される場合は高強度の7xxx系より好まれます。全体として生産部品の一貫した年齢硬化応答や加工の容易さから、トータルライフサイクルでの利点があります。
調質バリエーション
| 調質 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高い | 優秀 | 優秀 | 完全に焼なまし状態で深絞りに最適な最大延性 |
| H14 | 低～中 | 中程度 | 非常に良い | 非常に良い | 部分的なひずみ硬化、軽量構造用板材に使用 |
| T4 | 中 | 中～高 | 非常に良い | 非常に良い | 固溶熱処理後自然時効。良好な成形特性 |
| T5 | 中～高 | 中程度 | 良好 | 良好 | 熱間加工直後に冷却後、人工時効して中程度の強度 |
| T6 | 高い | 中～低 | 限定的 | 良好 | 固溶処理後急冷し人工時効してピーク強度 |
| T651 | 高い | 中～低 | 限定的 | 良好 | T6に伸張応力除去処理を施した状態。構造用押出材に適用 |
調質はMg2Si沈殿物の体積分率と分布を制御し、強度と延性のバランスを調整します。焼なましおよび低強度調質（O、H14、T4）は深絞りや曲げにおける成形性を最大化する一方、T5/T6は引張降伏強さを高めつつ伸びを減少させる析出物構造を形成します。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.2–0.7 | Mg2Si析出を制御し、押出性・強度に影響 |
| Fe | 0.1–0.35 | 不純物元素。介在物量・強度に影響 |
| Mn | 0.05–0.20 | 結晶粒制御と中程度の強化効果 |
| Mg | 0.3–0.9 | 主強化元素でSiとMg2Siを形成 |
| Cu | 0.0–0.15 | 微量添加で強度向上・時効応答に影響 |
| Zn | 0.0–0.25 | 微量。過剰は耐食性低下を招く |
| Cr | 0.0–0.1 | 熱処理中の粒成長・再結晶を制御 |
| Ti | 0.0–0.1 | 鋳造または圧延時の粒細化剤 |
| その他 | 残部Al | 性能維持のため微量元素・残留物を管理 |
MgとSiの組み合わせが析出物の化学組成を決定し、ピーク硬度・降伏強さの達成度に影響します。CrやMnなどの微量元素は再結晶と粒径を制御し、熱暴露後の強度保持や靭性を向上させます。一方、Feやその他の不純物は表面仕上げや疲労起点に悪影響を及ぼす有害な介在物を抑制するために極力低減されます。
機械的性質
引張特性において1A60は、固溶処理と人工時効状態からT5/T6調質に移行することで降伏強さと引張強さが顕著に向上します。高強度調質では明確な降伏点を示す連続降伏挙動が一般的であり、沈殿物の密度増加に伴い伸びは低下します。時効処理は短時間高温で降伏強化を優先、または過時効による靭性向上など目的に応じて調整可能です。
降伏強さおよび引張強さは板厚依存性があり、薄い押出材・板材は厚板よりも早く目標硬度と強度に達します。疲労性能は表面状態や残留介在物に影響され、適切に加工・陽極処理された押出材表面は他の6xxx系合金と競合する高サイクル疲労寿命を示します。T6調質の硬さは焼なましに比べ著しく高く、引張特性と連動する一方、溶接部付近の熱影響部（HAZ）軟化により局所的に降伏強度が低下する場合があります。
| 特性 | O/焼なまし | 主な調質（例：T6） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 100–140 MPa | 200–260 MPa | 断面厚および成分に依存 |
| 降伏強さ | 45–80 MPa | 150–240 MPa | 人工時効により顕著に上昇 |
| 伸び | 18–30％ | 8–16％ | 析出物密度増加により低下 |
| 硬さ | 25–40 HV | 60–95 HV | ビッカース硬さは強度状態に比例 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | アルミ合金の標準値。高い比強度に寄与 |
| 融点範囲 | 570–640 °C | 固相線～液相線の温度は合金元素と不純物で左右 |
| 熱伝導率 | 140–170 W/m·K | 純アルミより低いが放熱部品として十分な性能 |
| 電気伝導率 | 28–40 % IACS | 合金元素の添加により純アルミより低減 |
| 比熱 | 約0.90 J/g·K | 常温付近の典型的なアルミ比熱 |
| 熱膨張率 | 23–24 µm/m·K（20–100 °C） | 中程度の膨張率。熱設計や接合に重要 |
これら物理的性質は、金属アルミニウムマトリックスと溶質原子・析出物のバランスを反映し、純アルミに比べて電気・熱伝導率は低下します。密度と比熱から軽量かつ適度な熱容量・熱伝導を求められる筐体や放熱構造に適しています。
製品形態
| 形態 | 代表的厚さ・サイズ | 強度挙動 | 主な調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材 | 0.3–6 mm | 均一な厚みで均等な時効硬化が可能 | O、H14、T4、T5、T6 | パネル、クラッド材、プレス部品に広く使用 |
| 厚板 | 6–50 mm以上 | 冷却速度が遅く、厚肉部でのピーク特性到達が困難 | O、T4、T6 | 厚肉は軟らかい芯部を回避するための制御冷却が必要 |
| 押出材 | 複雑断面、数メートルまで | 断面方向に優れた方向性特性 | T5、T6、T651 | 建築用フレーム、レール、構造部材に最適 |
| チューブ | 壁厚0.5–25 mm | 薄肉チューブは板材と類似の挙動 | O、T4、T5、T6 | 構造用および流体輸送に使用 |
| 丸棒・棒材 | 直径最大200 mm | 小径では均質な特性 | O、T6 | 機械加工部品やファスナーに用いられる |
成形方法と製品形態は達成可能な特性に大きく影響します。押出材や薄板は急冷による均一なT6調質が可能ですが、厚板は均質化処理や制御冷却なしには軟らかい芯を含む場合があります。表面仕上げや陽極酸化との親和性が高いため、建築用や見える部位には押出断面が特に価値を持ち、板材・棒材は機械加工や静的荷重耐力を重視する用途に適しています。
同等鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 1A60 | USA | 特定カタログやサプライヤーで使用される業界識別 |
| EN AW | 6060 / 6063 等価 | ヨーロッパ | 性能および化学組成が最も近い一般的なヨーロッパ等価品 |
| JIS | A6060 | 日本 | 押出し用合金として類似のAl-Mg-Si系列指定 |
| GB/T | 6060 | 中国 | 押出し時の組成および典型用途が比較可能 |
記載の同等鋼種は1A60のおおよその化学組成と挙動を示していますが、不純物許容レベル、Si/Mg比率、熱処理応答などに差異があります。これらの微細な違いにより、時効速度、陽極酸化後の表面品質、高温安定性に影響があり、地域を越えた代替使用時には各規格シートやサプライヤー証明書の照合が必要です。
耐食性
1A60はAl-Mg-Si系合金に固有の大気環境下での良好な耐食性を示し、自然生成するアルミナ膜が工業地域や都市環境での保護を提供します。海風や海洋飛沫環境下でも許容範囲の性能を発揮しますが、長期耐久性を求める場合は保護コーティングや陽極酸化処理が推奨されます。塩化物が存在すると孔食が隙間や堆積物下で発生する場合があります。不純物中の銅含有量が低く統制されているため局部腐食は抑制されますが、酸化膜の機械的損傷は再被膜まで局所的な腐食進行を促進します。
Al-Mg-Si合金は高強度Al-Zn-Mg系（7xxx系）と比べて応力腐食割れ（SCC）の感受性が低いですが、引張応力がかかり腐食環境が存在する場合、特に過時効状態が管理されていない場合にはSCCの発生が見られる事があります。ステンレス鋼や銅などのより高貴な金属と接触した場合、電気化学的にアルミニウムが陽極腐食を加速するため、異種金属の絶縁やコーティング、適切な締結具の選定が設計上必要です。5xxx系（Al-Mg）合金と比較すると、1A60は純粋な塩化物耐性を若干犠牲にしていますが、押出し表面の品質向上と時効硬化強度のメリットがあります。
加工性
溶接性
1A60はMIG/GMAWやTIG/GTAWなどの一般的な溶融溶接で良好に溶接でき、銅含有量の高い合金に比べて熱割れに対する感度が低いです。推奨される母材はER4043（Al-Si）で、良好な流動性と低多孔性を実現します。より高い溶接後強度が必要な場合はER5356（Al-Mg）を使用できますが、過酷環境下では耐食性が若干低下する点に注意が必要です。熱影響部（HAZ）の軟化を考慮し、重要な構造継手には溶接後の人工時効や局所再加熱処理で強度回復することが推奨されます。
切削性
1A60の切削性は中程度で6xxx系その他合金と同等です。加工時の切りくず制御は良好で、カーバイト工具の摩耗も予測可能です。推奨される加工条件は、刃先角度の大きいカーバイドインサートの使用、剛性の高いワークホルディング、クーラント併用によるビルトアップエッジ防止です。旋盤加工の切削速度は自由切削性の高い2xx系合金に比べて中程度が適切です。ドリル加工やねじ切り時は深穴での切りくず排出とすべり防止のクリアランス調整が重要です。
成形性
1A60のO、H14、T4調質での成形性は優れており、板厚および工具形状によってはシート材で材料厚みの1～2倍の曲げ半径が可能です。冷間加工やひずみ硬化は強度を向上させますが（H調質）、伸びは低下するため複雑なプレス加工は通常軟質調質で行い、後に時効硬化で寸法安定性を確保します。曲げ半径の厳しい押出形材や引抜き部品では、予備時効や溶体化処理の制御でバネ戻りを抑え寸法管理を向上させます。
熱処理特性
1A60はAl-Mg-Si系の時効硬化合金で、代表的な溶体化処理-急冷-人工時効サイクルに良く反応します。溶体化処理は通常520～550 °CでMg2Siを固溶体に溶解し、その後水冷または高分子系急冷剤による急冷で過飽和固溶体を保持します。150～180 °Cでの人工時効により微細なMg2Si析出物が形成され、時間・温度によりピーク硬さ（T6）を得ます。T5およびT6は生産便宜上の時間・温度のトレードオフです。
T系調質は調整可能で、T4（自然時効）は最終人工時効前の成形を可能にし、T5（加工温度から冷却し人工時効）は押出成形に経済的な強度を提供します。過時効はピーク強度を低下させますが靭性と応力腐食割れ耐性を向上させます。使用環境や応力に応じてT6、T651、過時効調質を設計者が選択可能です。非熱処理系強化は加工硬化や焼なましに依存しますが、1A60では主な設計手法は析出熱処理であり冷間加工は補助的です。
高温性能
1A60は中温域まで機械的性質を保持しますが、120～150 °Cを超えるとMg2Siの粗大化により降伏強さと引張強さが低下し始めます。高温連続使用は過時効および回復現象により軟化と寸法安定性の損失をもたらします。短時間の高温短時間使用は許容されますが、長時間の高温曝露は過時効調質や他合金の指定が必要です。アルミニウムの酸化は通常の大気条件下では自己制限的ですが、硫化性またはハロゲンを含む攻撃的雰囲気下での高温は表面劣化を促進します。
溶接構造体では高温曝露が熱影響部の軟化を悪化させ、局所的な低強度部を生じる可能性があります。使用温度が周囲温度を超える場合、負荷経路と熱サイクルを考慮して継手を設計してください。高温耐久構造用途では熱安定性に特化した合金選択や、強度低下を補う機械設計的配慮が望まれます。
用途例
| 業界 | 代表部品 | 1A60を選ぶ理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | 窓枠、押出トリム、ボディ補強材 | 良好な押出性、耐食性、適度な強度 |
| 船舶 | 上部構造体および建築用金具 | バランスの取れた耐食性および陽極酸化向け表面仕上げ |
| 航空宇宙 | 内装構造部品、非構造ブラケット | 優れた強度重量比と良好な切削加工性 |
| 電子機器 | ヒートシンク、シャーシ | 適度な熱伝導性と押出しプロファイルの成形性 |
1A60は中程度の強度を持つ構造部品や建築部材において、成形性、表面仕上げ、時効硬化強度のバランスを求める場合に多用されます。板材、押出材、切削材での汎用性が高く、後加工時効により性能最適化を図りつつ複雑な加工工程を増やさない統合設計に適しています。
選定のポイント
最大の電気伝導性と成形性（深絞り、高延性）を求める場合は、1100などの商用純アルミの方が1A60より優れますが、1A60は時効硬化により大幅に高い降伏強さと引張強さを有します。1A60は電気伝導性をやや犠牲にして強度向上と良好な仕上げ・耐食性を両立したい場合に適します。
3003や5052などの加工硬化系合金と比べると、1A60は熱処理によるピーク強度が高く、耐食性は合金組成や表面処理によって同等か若干劣る場合があります。押出し表面品質や時効後の寸法安定性、高剛性を求める設計では3xxx/5xxx系より1A60が推奨されます。
6061や7075のような高強度熱処理合金と比べると、一部の組成によっては6061-T6のピーク強度が高い場合がありますが、1A60は押出し加工性、陽極酸化表面仕上げ、溶接性、耐食性で優位性を有します。最高強度よりも製造性や表面品質、安定した時効硬化挙動を優先する場合に1A60を選択してください。
まとめ
1A60は汎用的なAl-Mg-Si合金として、押出し加工性、表面品質、耐食性、時効硬化強度のバランスが取れた実用的な合金です。調質の調整幅が広く析出挙動が予測可能で、一般的な加工ルートに適合するため、性能と製造性の現実的なトレードオフを必要とする現代のエンジニアリング用途で幅広く活用されています。