アルミニウム6005A：組成、特性、調質ガイドおよび用途
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総合概要
6005Aは6xxx系アルミニウム合金の一種で、Mg-Si二元系により定義されるグループに属します。このシリーズは析出硬化（エージング）による熱処理が可能で、強度、成形性および耐食性のバランスが求められる用途で広く使用されています。
6005Aの主な合金元素はシリコンとマグネシウムで、これらはエージング時にMg2Si析出物を形成し、主要な強化機構を提供します。第二元素（Fe、Cu、Mn、Cr、Tiおよび微量添加元素）は押出特性を最適化し、靭性や溶接性を損なう有害な金属間化合物の発生を抑制するために制御されています。
6005Aは、中～高強度の鍛造Al-Mg-Si合金で、大気耐食性が良好、溶接性も適度に優れ、成形性は状態により異なります。構造用押出形材、建築用断面材、輸送機器部品など、良好な強度対重量比に加え、表面仕上げや寸法安定性が求められる用途に広く用いられています。
エンジニアは押出生産性、寸法精度、エージング後の安定性を重視する場合に、6005Aを他の合金より選択します。6005Aは高強度の6xxx系合金に比べて押出成形性が向上し、厚肉断面での機械的性質のばらつきが少ないため好まれ、またより成形性に優れる6063よりも一部の状態で強度が高いため選ばれることが多いです。
焼きなまし状態（Temper）バリエーション
| 焼きなまし状態 | 強度レベル | 伸び率 | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高い（20～30％） | 優秀 | 優秀 | 完全焼きなまし状態；最大の延性と成形性 |
| H14 | 低～中 | 中程度（12～20％） | 良好 | 優秀 | 加工硬化、引き抜き制限あり；熱処理なし |
| T5 | 中 | 中程度（10～16％） | 良好 | 良好 | 熱間加工後に冷却し人工時効；押出形材に一般的 |
| T6 | 高 | 低～中程度（8～14％） | 普通 | 良好 | 固溶処理、急冷後に人工時効；最高強度を発揮 |
| T651 / T6511 | 高 | 低～中程度（8～14％） | 普通 | 良好 | T6に応力除去処理（ストレッチまたは安定化）を施し寸法安定性を向上 |
| T6511 | 高 | 低～中程度（8～14％） | 普通 | 良好 | T651に類似；寸法直進性が求められる押出形材に一般的 |
焼きなまし状態は、加工硬化または析出硬化により微細構造を制御し、それに応じて降伏強さや引張強さ、延性が変化します。寸法安定性が重要な場合はT651系列、最大の加工性が必要な場合はOまたはH系列の選択が多いです。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.6 ～ 1.0 | Mg2Si析出物の溶質供給；鋳造性と押出流動性を助ける。 |
| Fe | ≤ 0.35 | 不純物元素；靭性を低下させる金属間化合物を形成し、押出し性に影響。 |
| Mn | ≤ 0.15 | 微量添加が金属間化合物の形態を修正し、強度をわずかに向上。 |
| Mg | 0.45 ～ 0.90 | Siとの組み合わせで主強化元素（Mg2Si形成）。 |
| Cu | ≤ 0.20 | 微量；強度を増すが高濃度で耐食性を低下させる可能性。 |
| Zn | ≤ 0.10 | 脆化やガルバニック腐食を避けるために低濃度に制限。 |
| Cr | ≤ 0.10 | 結晶粒構造を制御し、応力除去焼きなまし時の再結晶を抑制。 |
| Ti | ≤ 0.10 | 意図的に添加した場合は結晶粒微細化剤；通常は低濃度で管理。 |
| その他（各々） | ≤ 0.05 | 他元素の制限によりエージング特性の一貫性を維持；Alがバランス。 |
6005Aの析出硬化挙動はSi/Mg比が重要な組成管理ポイントです。FeおよびMnの厳密な制御は靭性と押出表面品質を確保し、CrやTiの微量添加により結晶粒構造が安定化され、固溶処理およびエージング応答の改善に寄与します。
機械的性質
6005Aの引張挙動は人工時効時に形成されるMg2Si析出物の大きさと分布により制御されます。焼きなまし（O）状態では延性が高く、降伏および引張強さは低く重加工に適しています。T5/T6状態では微細で均一に分散した析出物が降伏強さと引張強さを向上させる一方で、全伸びは低下します。
耐力および疲労性能は厚みや熱処理の均一性に敏感であり、厚肉部では中央部が未熟化となり実効強度と疲労寿命が低下する可能性があります。硬さは降伏強さと相関し、固溶処理後のエージングで著しく上昇しますが、過度の時効（オーバーエージング）は強度はやや低下する代わりに延性を改善します。
| 機械的性質 | O/焼きなまし | 代表的焼きなまし状態（T5 / T6 / T651） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 120 ～ 160 MPa | 240 ～ 315 MPa | 厚みや焼きなまし条件に依存；T6は最高強度を提供。 |
| 降伏強さ | 55 ～ 95 MPa | 170 ～ 275 MPa | T6、T651は構造用途向けに高く安定した降伏強さを示す。 |
| 伸び率 | 18 ～ 30％ | 8 ～ 14％ | 強度向上に伴い延性が低下。 |
| 硬さ（HB） | 35 ～ 55 HB | 70 ～ 95 HB | 析出に伴い硬さが増加；硬さは現場での焼きなまし検証指標に用いられる。 |
物理的性質
| 物理特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | 鍛造アルミニウム合金として標準的；優れた強度対重量比。 |
| 融点範囲 | 約555 ～ 650 °C | 固相線-液相線の範囲は合金成分に依存；熱処理温度範囲に影響を与える。 |
| 熱伝導率 | 約150 ～ 170 W/(m·K) | 純アルミより低いが良好な放熱性を持つ。 |
| 電気伝導率 | 約28 ～ 40 % IACS | 純アルミより低下；焼きなまし状態や不純物レベルに依存。 |
| 比熱 | 約900 J/(kg·K) | 室温近辺のアルミ合金として標準的。 |
| 熱膨張係数 | 約23.5 ×10^-6 /K | 鋼材に比べて高い係数；熱設計や接合公差で重要。 |
6005Aの物理的特性は、機械的性能と合理的な熱・電気伝導性を兼ね備えた合金群に属します。導電率および熱伝導はMgおよびSiの溶質と析出によって商用純アルミより低くなっていますが、多くの構造用熱的用途で十分な性能を発揮します。
熱膨張および熱伝導は異種材料設計において重要となり、とくに高温環境や異膨張率による応力発生の懸念がある場合は考慮が必要です。また、融点および固溶処理温度範囲は加工・製造時の熱サイクル制限の指標となります。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚さ・サイズ | 強度の挙動 | 一般的な硬質化状態 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.5 – 6 mm | 厚さに影響を受けやすく、薄板は固溶化処理がしやすい | O, T4, T5, T6 | クラッド材や建築用パネルに広く使用される。 |
| プレート | 6 mm超 ～ 約100 mmまで | 厚板では板心部の過少時効が発生する可能性がある | O, T6（限定的） | 軟らかい芯部を避けるために熱処理に注意が必要。 |
| 押出材 | 断面形状多様、長尺 | 適切な時効処理で均一な機械的性質を発揮 | T5, T6, T651 | 6005Aの主要な商用形状。複雑な断面形状にも最適化されている。 |
| チューブ | 直径は小径から大径、板厚は可変 | 板厚や後処理熱処理によって性能が左右される | T5, T6 | 直線性や表面仕上げが重要な構造用および建築用チューブ。 |
| バー・ロッド | 直径 最大約200 mmまで | 加工部品はしばしば事前時効処理された状態で供給される | O, T6 | 継手や機械加工部品用バー。大径は特性の勾配が出ることもある。 |
6005Aにおける押出材は、合金の化学組成と加工条件が押出ダイス内の良好な流動性と均一な時効応答のために調整されているため、主力製品形状です。シートおよびプレートは、特に厚板において断面内部の均一な熱処理が必要であり、断面全体の急冷と時効が困難なため使用範囲が限定されます。
加工条件（例：急冷速度、時効温度・時間）は製品形状により異なり、所望の機械的性質を得るように調整されます。設計者は寸法安定性が重要な場合、硬質状態および後加工の安定化処理（T651など）を指定すべきです。
同等規格
| 規格 | グレード | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 6005A | 米国 | Aluminum Association / ASTM指定で北米で一般的に使用される。 |
| EN AW | 6005A | ヨーロッパ | EN指定ではEN AW-6005Aと表記され、成分や公差はEN規格に準拠。 |
| JIS | 最も近い equivalents: A6061 / A6063（比較的） | 日本 | 完全な１対１の対応はなく、類似のMg-Si含有量のJIS合金が類似特性を提供。 |
| GB/T | 6005 / 6005A（差異あり） | 中国 | 中国規格では6005または6005Aが記載され、製造公差にやや違いが出る場合がある。 |
規格間の微妙な差異は不純物限度、硬質状態ごとの許容機械的特性範囲、許容される熱処理および試験方法にしばしば起因します。国際調達の際には特定の規格版および分析証明書を確認すべきで、硬質定義や寸法公差によって構造用途での性能に差異が生じる可能性があります。
耐食性
6005AはMg-Siアルミニウム合金に典型的な良好な大気腐食耐性を持ち、安定した酸化皮膜を形成して温和な環境での均一腐食を防ぎます。適切な表面処理および塗装により、建築および多くの屋外構造用途で優れた性能を示します。
海洋や塩化物含有環境下では、6005Aは一定の耐性を示しますが、無塗装の裸露海水サービスにおいては一部の5xxx（Al-Mg）系合金ほどの耐久性はありません。保護塗膜が損なわれると局部的なピッティングが発生することがあるため、海洋暴露環境では表面仕上げと保護システムの選択が長期耐久のために重要です。
6xxx系合金の応力腐食割れ感受性は一般に中程度であり、高強度硬質状態および引張残留応力が増すと増加します。適切な硬質選択（高負荷部の最大時効状態は避ける）と溶接後の修正は標準的な対策です。銅やステンレス鋼などより貴な金属と接触するとアルミはアノード作用を示すため、設計時には絶縁バリアの設置や適合材料の選定によりガルバニック腐食を抑制すべきです。
2xxx系や7xxx系合金と比較すると、6005Aは耐食性が優れますが最大強度は低めです。5xxx合金と比較すると、時効後のより高い強度のために耐食性の一部を犠牲にする形になり、6005Aは屋外の構造および建築用途で汎用的な妥協合金として広く用いられています。
加工特性
溶接性
6005Aは適切な溶接材と手順を用いれば一般的な溶融溶接法（TIG/MIG）で良好に溶接可能です。一般的な母材溶接材は流動性向上かつ割れ低減のAl-Si系4043、またはより高強度を要求する場合のAl-Mg系5356を使用し、溶接部の機械的性質や耐食性に応じて選択されます。Mg2Siの溶解再析出により溶接熱影響部（HAZ）が軟化するため、構造用溶接部では溶接後の人工時効や局所熱処理が強度回復のために必要となることが多いです。
切削性
6005Aの切削性は中程度で、2xxx系や7xxx系の一部と比べると自由切削性は劣りますが、靭性の高いマトリックスのため多くの高強度合金より加工性は良好です。ポジティブラケ鉱物カーバイド工具を用い、剛性の高いセットアップで最良の表面仕上げと工具寿命を得られます。切削速度は中程度、1歯当たりの送りは多めがビルドアップエッジ低減に効果的です。切りくずは硬質状態や断面寸法により短くやや巻き込む形状となることが一般的です。
成形性
成形性はO硬化やH硬化状態で最も良好で、析出硬化後は著しく低下します。T硬化状態のシートでは材厚の2～3倍の曲げ半径が基本目安で、O硬化状態ではより小さい半径や深絞りにも対応可能です。複雑な成形にはOまたはT4状態で成形し、その後制御された固溶化処理と人工時効を経て最終的な強度と寸法安定性を確保する方法が推奨されます。
熱処理挙動
6005A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Mg2Siの析出硬化を示します。標準的な固溶化温度は520～540 ℃の範囲で、断面厚に応じて浸漬時間を調整し粗大析出物の溶解除去を行います。急冷は人工時効前の過飽和固溶体を保持するために迅速に行う必要があります。
人工時効温度は一般に150～200 ℃（T5/T6条件）で、低温のほうが時効時間は長くなりますがより微細な析出物が得られ、靭性が向上します。高温または長時間の過時効は析出物が粗大化し強度が低下しますが、延性や応力腐食割れ抵抗性は改善します。この特性のトレードオフは用途に応じて性能バランスを調整するために意図的に利用されることがあります。
アルミ合金の非熱処理硬化は加工硬化に起因しますが、6005Aでは高強度を活かすために固溶化・時効処理のルートが一般的です。T651（応力除去）硬化では、急冷後に安定化（伸び）処理を行い残留応力と寸法変動を最小化しながら高強度を維持します。
高温特性
6005Aは約120～150 ℃を超える使用温度で著しい強度低下を示します。これは強化析出物の粗大化および溶解によるもので、高温連続運用では過時効が促進されて降伏強さが低下します。設計マージンには温度依存の材料特性を考慮する必要があります。
アルミ合金は一般的な工学温度域での酸化は限定的ですが、長時間の高温露出は表面外観を変化させ保護塗膜を劣化させることがあります。溶接熱影響部や局所加熱部分は過時効により軟化する場合があり、再時効や機械的配慮がないと荷重を負う接合部の限界要因になることがあります。
用途例
| 産業分野 | 代表部品 | 6005A採用理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | 構造用押出レール、ドア衝撃梁 | 押出品質、強度、表面仕上げの良好な組み合わせ |
| 海洋 | 建築用構造プロファイル、非重要構造部材 | 一般的な建築用合金より優れた強度と合理的な耐食性 |
| 航空宇宙 | 二次構造用継手、フェアリング、補強材 | 押出材の重量あたり強度と寸法安定性が優れる |
| 電子機器 | ヒートシンク、筐体 | 良好な熱伝導性と加工性による製作品としての適合性 |
6005Aは複雑な押出形状で強度、美観、熱処理後の硬質応答を同時に要求される場合に頻繁に指定されます。そのバランスのとれた特性により、機械的性能と良好な表面仕上げが求められる構造用プロファイルに最適です。
選定のヒント
6005Aは押出形状や時効後の寸法安定性を重視し、6063より高強度でかつ一部の高強度6xxx系より押出し易さに優れる合金が求められる場合に選択されます。長尺構造用押出材でT5/T6/T651硬質状態に後加工する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、6005Aは電気伝導度と成形性を犠牲にする代わりに、著しく高い強度と優れた剛性を実現しています。加工硬化合金である3003や5052と比べると、6005Aは時効後により高い強度を発揮し、耐食性は同等かやや低下しますが、構造的な強度が重要な場合に適しています。
熱処理可能な一般的な合金である6061や6063と比較して、6005Aは絶対的な最高強度よりも押出し性や断面の安定性が重視される場合によく選ばれます。6061は条件によってはより高い最高強度を提供できますが、6005Aは特定の断面形状においてより寸法精度の高い押出材と優れた表面品質を実現できます。
まとめ
6005Aは、Mg-Si化学組成の制御、信頼性の高い析出硬化特性、強度、耐食性、加工性のバランスが取れた組み合わせにより、構造用押出材および断面形状材として実用的なエンジニアリング合金です。焼き入れ状態や形状に関わらず予測可能な特性を持つため、建築、輸送、産業用途において押出し性や熱処理後の形状安定性が不可欠な場合に広く適用されています。