アルミニウム6005：組成、特性、調質ガイドおよび用途
共有
Table Of Content
Table Of Content
総合概要
6005は6xxx系アルミニウム合金の一種であり、主に析出硬化によって強化されるAl-Mg-Si合金です。熱処理可能なアルミニウム合金のファミリーに属し、強度、押出性能、耐食性のバランスが求められる構造用押出材や加工材によく指定されます。
6005の主要合金元素はシリコンとマグネシウムで、これらが時効中にMg2Si析出物を形成し、基本的な強化機構を提供します。微量の鉄、マンガン、クロム、銅の添加が結晶粒組織、強度、熱処理応答に影響を与え、有害な相間化合物の形成を抑制します。
6005は中程度から高強度域の強さ、多くの大気環境での良好な耐食性、合理的な溶接性、そして軟化状態では許容できる成形性を兼ね備えています。これらの特性から、自動車の構造部材、建築用押出材、鉄道部品、中程度の強度を要する構造用途で、6061などのより高強度な6xxx系合金が不要な場合や押出し特性を優先する際に多く用いられています。
エンジニアは、6063のような良好な押出性と6061のような強度の妥協点を求める場合や、合金の組成バランスが長尺押出材の表面仕上げや時効応答に好適な場合に6005を選択します。コスト、押出用ビレットおよび形材の入手性、予測可能な調質反応により、中程度の強度を要求される構造部材において実用的な選択肢となっています。
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 | 優秀 | 優秀 | 完全焼なまし、成形用に最大の延性 |
| H14 | 低～中 | 中程度 | 良好 | 良好 | 指定された調質まで加工硬化、限定的な強化 |
| T5 | 中 | 中程度 | 良好 | 良好 | 高温成形後に冷却し、人工時効処理 |
| T6 | 中～高 | 中～低 | 普通 | 良好 | 溶体化熱処理後、人工時効によりピーク近くの強度に達する |
| T651 | 中～高 | 中～低 | 普通 | 良好 | 溶体化熱処理後、伸張応力除去処理および人工時効 |
| T6511 | 中～高 | 中～低 | 普通 | 良好 | T651に似ており、残留応力低減のため管理された伸張処理あり |
調質の選択は機械的性能や成形性に大きな影響を与えます。焼なまし（O）調質は深絞りや成形加工時に最大の延性を発揮します。一方、T6/T651系は静的強度を最大化しますが、伸びが減少し成形性が制限されます。
溶接構造の場合、T5およびT6は母材強度を良好に保ちますが、熱影響部（HAZ）は母材に比べて軟化します。設計者は局所的な強度低下を見越して、成形や後加工対応の計画に合った調質を選択する必要があります。
化学成分
| 元素 | 含有率範囲（%） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.6～1.0 | 固溶強化とMgと結合しMg2Si析出物を形成 |
| Fe | 最大0.35 | 不純物元素；延性や表面仕上げを低下させる相間化合物を形成 |
| Mn | 0.05～0.20 | 結晶粒細化と再結晶制御 |
| Mg | 0.4～0.8 | Siと結合してMg2Si析出物を形成；主要強化元素 |
| Cu | 0.1～0.3 | 微量添加により強度増加だが耐食性に若干影響する場合あり |
| Zn | 最大0.05 | 通常低濃度；高濃度は意図されていない |
| Cr | 0.05～0.25 | 結晶粒成長制御および熱処理中の靭性向上に寄与 |
| Ti | 最大0.1 | 鋳造・インゴット処理時の結晶粒微細化元素、微量使用 |
| その他 | 残部Al、微量不純物 | 各元素の合計は仕様により厳密に管理 |
MgとSiのバランスは熱処理後のMg2Si析出物の量と分布を決定し、降伏強さと引張強さを制御します。鉄やその他不純物は粗大な相間化合物を形成し延性や表面外観に悪影響を及ぼすため、溶解・鋳造工程の管理が性能維持に重要です。
微量のCr、Mn、Tiは押出しおよび熱処理時の結晶粒サイズと再結晶を制御し、機械的均質性の向上と熱間加工中のホットショート傾向の抑制に寄与します。
機械的性質
引張特性において、6005のT6/T651範囲は押出性を重視した6xxx合金に比べて降伏強さおよび引張強さが高く、中程度の伸びを保持します。降伏強さはO調質からT6調質へは、Mg2Si微細析出物の析出により大幅に向上しますが、伸びは同時に減少し、断面厚さや成形履歴に応じて延性を評価する必要があります。
硬さは調質状態に対応し、焼なまし材料は低硬さで成形に適し、人工時効調質は硬さと静的強さが著しく向上します。6005を含む6xxx系の疲労性能は表面仕上げ、残留応力状態、断面厚さにより左右され、厚い断面や表面が粗いと疲労寿命は短くなります。これは欠陥の大きさが増え、亀裂の進展が遅れるためです。
厚さは機械特性の応答に影響し、焼入冷却速度や後の時効挙動は断面サイズにより異なります。厚い押出材は同じ熱処理でもピーク強度が低くなる場合があり、溶接時は熱影響部で軟化域が広くなる傾向があります。設計時には押出しによる異方性や厚み方向の特性差を考慮して安全係数を設定すべきです。
| 特性 | O/焼なまし | 代表的調質（例：T6/T651） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約160～220 MPa | 約250～310 MPa | 調質、断面厚さ、調質管理により変動 |
| 降伏強さ | 約60～120 MPa | 約210～260 MPa | T6/T651で析出硬化により大幅増加 |
| 伸び | 約18～30% | 約6～12% | O調質で高伸び、T6は限定的な成形に適した延性 |
| 硬さ | 低（HV 40～60） | 中～高（HV 70～100） | 硬さは引張強さおよび時効状態に連動 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | 加工用アルミ合金の標準的密度；質量計算に使用 |
| 融点範囲 | 約555～650 °C | 合金アルミは溶融・固相線範囲があり、溶接や熱処理の工程限界目安 |
| 熱伝導率 | 約150～165 W/(m·K) | 純アルミより低いが依然として高く、熱放散部品に適合 |
| 電気伝導率 | 約32～38% IACS | 合金化により純アルミ比で低下するが、一部導電用途でも使用可能 |
| 比熱 | 約0.9 J/(g·K) | 熱質量計算に適した標準的アルミ比熱 |
| 熱膨張率 | 約23～24 µm/(m·K) | 中程度の係数；熱サイクルや組付け時の干渉に影響 |
6005はアルミニウムの本質的メリットである低密度かつ鉄鋼材に比べて高い比強度を維持しつつ、多くの熱伝達部品で活用可能な良好な熱伝導率を備えています。合金元素の添加により純アルミより伝導率は低下しますが、構造用途では許容範囲内です。
熱膨張率や伝導率は異種材料との組み合わせや熱放散部品の設計時には特に考慮すべきであり、温度変化に伴う応力や隙間発生の原因となり得ます。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚さ／サイズ | 強度特性 | 一般的な硬状態 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.4–6 mm | 均一性に優れ、硬状態に依存した強度 | O, H14, T5, T6 | 軽量パネル、クラッディング、成形部品に使用 |
| プレート | 6 mm超〜100 mmまで | 非常に厚い断面では強度低下の可能性あり | T6, T651 | 均一な特性を得るため、厚板は急冷制御が必要 |
| 押出形材 | 複雑なプロファイル、板厚1–30 mm | 適切に均質化されれば優れた特性。押出方向に沿った異方性あり | T5, T6, T651 | 構造用プロファイル、レール、フレームで一般的な形状 |
| チューブ | 直径可変 | 押出形材と同様。板厚が時効特性に影響 | O, T5, T6 | 構造用チューブやレール用途 |
| バー／ロッド | Ø3–120 mm | 押出し状態の特性を保持。加工用にはT6／T651状態が多い | O, T6 | 機械加工部品や構造用ピンに使用 |
加工工程は最終特性に大きく影響します。押出材は通常、均質化処理と固溶処理を経て時効処理を施し、組織の偏析を軽減します。一方、シートやプレートは圧延プロセスにより結晶粒構造をコントロールします。押出形材では機械的異方性や方向性特性が現れるため、構造設計時に考慮が必要です。
成形、機械加工、接合にはそれぞれ異なる制約があり、薄板は軟質硬状態での成形が適しているのに対し、押出形材は最終的な寸法安定性と強度を確保するためにT5/T6で時効されることが多いです。製品形態の選択は、後工程の加工や最終用途の性能要件を踏まえて判断してください。
相当鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 6005 | 米国 | American Aluminum Associationによる展伸材の指定 |
| EN AW | 6005A / 6005 | ヨーロッパ | 6005AなどENバリアントが存在。化学成分や硬状態は整合しているが、仕様詳細に差異あり |
| JIS | — | 日本 | 単一の直接的なJIS相当鋼種なし。Al-Mg-Si系（例：A6063/A6061）が最も近く、化学成分は異なる |
| GB/T | — | 中国 | 中国規格には類似のAl-Mg-Si合金があるが、Si/Mgのバランスで一対一の相当鋼種は異なる場合あり |
地域規格間で完全な一対一の相当は常に存在するわけではありません。EN AW-6005Aは最も近い欧州対応ですが、化学成分や加工許容差の差異により、時効応答が異なることがあります。規格間で鋼種を代替する際は、鋼種名だけでなく主要化学成分、硬状態の指定、機械的試験データを必ず確認してください。
サプライヤーや仕様によっては、押出性向上のため6005Aを推奨することがあります。調達時には6005または6005Aのどちらか、また硬状態・機械的特性の要件を照合のうえ選定してください。
耐食性
大気環境下では、6005は6xxx系合金特有の良好な一般耐食性を示します。自己生成するアルミナ膜が基材を保護し、屋外の建築用途や構造用途に適しています。ただし、大気中の汚染物質や過酷な環境条件の管理が必要です。
海洋や塩素イオンを多く含む環境下では、保護塗装や陽極酸化処理がない場合、ピッティング腐食や隙間腐食など局所的な腐食を受けやすくなります。応力腐食割れに対する耐性は中程度で、引張応力、腐食性の強い電解質、引張残留応力や溶接部の軟化領域の存在で感受性が増します。
6005とより貴な材質（ステンレス鋼や銅など）を接合する場合は、絶縁バリアがなければガルバニック腐食が促進されやすいため注意が必要です。5xxx系マグネシウム含有合金と比較すると、6005は耐食性を若干犠牲にしていますが、強度や熱処理性に優れており、陽極酸化などの表面処理による耐久性向上を受けやすい特長があります。
加工性
溶接性
6005は一般的な融接および固相接合法、例えばMIG（GMAW）、TIG（GTAW）、摩擦攪拌接合（FSW）で概ね良好に溶接可能です。熱影響部はピーク時効状態から軟化するため、局所的な強度低下や溶接後熱処理の必要性を設計段階で考慮してください。
推奨溶接材は、結合部の要件や性質により4043（Al-Si系）および5356（Al-Mg系）を使用します。4043は熱割れリスクの低減に寄与し、5356は高い強度を得られますが耐食性の管理に注意が必要です。構造用押出材の溶接には、熱影響部の軟化を抑え機械的特性優れる摩擦攪拌接合がしばしば推奨されます。
機械加工性
6005は自由切削アルミ合金に比べて適度な機械加工性を示します。合金元素が強度を高めているため、2xxx系や7xxx系よりは加工性が劣ります。正バイト角の超硬工具、剛性の高い固定具、高速主軸回転で最良の表面仕上げと工具寿命が得られます。
加工戦略としては、浅切込みの仕上げ加工、高送りでの切りくず破砕および排出が推奨されます。硬化状態やT6硬状態での加工は切削力増大と工具摩耗を招くため、重切削が必要な場合は、軟質硬状態の調達や加工前の固溶化・焼なまし処理を検討すると工具寿命向上につながります。
成形性
成形性はO（軟質）状態で非常に良好、H14/H16（加工硬化状態）でも中程度の成形操作に適しています。急激な曲げ、引抜き、ストレッチ成形の場合は、焼なまし又は軽度加工状態から始め、人工時効処理によって強度を回復させる方法が望ましいです。
冷間加工により転位密度が増加し、時効処理を行わずに中程度の強度を付与するH系列硬状態を作り出せます。曲げ半径はアルミ成形の標準ガイドラインに従い、軟質硬状態では板厚の約1～2倍の内側曲げ半径を確保し、強度の高い時効硬状態では亀裂防止のため半径を大きくしてください。
熱処理挙動
6005は熱処理可能合金であり、固溶化処理、急冷、人工時効により析出強化状態を得ます。典型的な固溶化温度は約520–560 °Cで、Mg2Siの溶解および組織の均質化を目的とし、その後急速に冷却して過飽和固溶体を保持します。
人工時効（析出熱処理）は160–200 °C付近で行い、析出物のサイズと分布を制御します。これによりT5またはT6硬状態が得られます。T5は高温加工後の冷却後に人工時効を行う状態、T6は固溶化処理と人工時効の組み合わせでほぼピーク強度を示す状態です。
過時効（T7タイプ）は強度を低下させる代わりに応力腐食割れ耐性を高め、高温環境での寸法安定性を向上させます。T5、T6、T7の使い分けは強度、靭性、環境特性のバランスで決定されます。厚板では特に急冷速度と時効条件の管理が重要で、特性の勾配を避ける必要があります。
高温性能
6005は中程度の高温でも用途に耐える特性を維持しますが、使用温度が上昇すると段階的に強度が低下します。静的強度の設計上の実用限界は120–150 °C以下が多く、これ以上の長時間暴露は過時効を加速し、Mg2Si析出物の粗大化によって軟化が進みます。
6005のクリープ耐性は高温合金と比較すると限定的です。寸法安定性が重要な高温下では、持続的な荷重は避けるべきです。大気中酸素での酸化は典型的な作動温度域ではほぼ微小ですが、高温下では保護酸化膜が異なる挙動を示し、過酷環境下では腐食機構が変化することがあります。
溶接箇所や熱影響部は熱暴露に特に敏感であり、高温環境下での使用を想定する場合は、溶接後熱処理や局所強度低下を考慮した設計の対応が推奨されます。
用途
| 業界 | 代表的な部品 | 6005が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | 構造用押出形材、レール | 優れた強度対重量比と複雑な断面形状への押出成形性 |
| 海洋 | 上部構造部品、手すり | 露出環境に適した耐食性と機械的強度のバランス |
| 航空宇宙 | 二次構造用金具、スライドレール | 非重要構造部品に適した良好な強度対重量比と加工性 |
| 電子機器 | 放熱フレームおよびシャーシ | 構造的完全性を備えた合理的な熱伝導性 |
6005は、中程度の強度と押出性、表面仕上げが求められる中荷重用途の構造用プロファイルに一般的に選ばれます。加工性と機械的特性の組み合わせにより、長尺の押出材、建築用枠組み、エージング後の安定した特性を必要とする部品に特に適しています。
選択のポイント
6005は、ピュアアルミニウムや一部の3xxx系/5xxx系加工硬化合金よりも優れた機械的強度を持ち、かつ高強度な6xxx系の異種材よりも押出性や表面仕上げ特性に優れたAl-Mg-Si系押出合金が必要な場合に選択してください。構造用押出材や中厚板、後加工でのエージングや温度管理による調質が可能な用途に適しています。
商用純アルミニウム（1100）と比較すると、6005はより高い強度と低い電気・熱伝導率を有し、構造用としての能力が向上しています。3003や5052のような加工硬化合金と比べると、6005は靭性の一部犠牲と非常に塩素環境での耐食性の若干低下を受け入れる代わりに、著しく高い強度を提供します。6061や6063のような一般的な熱処理型合金と比べると、6005はその中間に位置し、押出加工特性や特定の物性バランスで優れ、6061の最大強度が不要で6063よりも優れた押出性が求められる場合に選択されることがあります。
要約すると、押出形状、表面品質、中程度から高強度の目標が主な選定理由であり、調質、溶接、熱影響部の軟化を管理できる加工計画がある場合に6005を選んでください。
まとめ
6005は、押出性の良さ、予測可能な熱処理反応、構造用途に適した中程度から高強度を実現する実用的な組み合わせを持つため、現代のエンジニアリングにおいて依然として有用です。そのバランスの取れた化学組成と加工の柔軟性により、コスト、製造性、一貫した性能が求められる中荷重構造部品に信頼できる選択肢となっています。