アルミニウム6020：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
Alloy 6020は6xxx系のアルミニウム合金に属しており、これはアルミニウム‐マグネシウム‐シリコン（Al‐Mg‐Si）の熱処理可能な合金です。6xxx系はMg2Siの析出硬化を特徴とし、6020は押出成形性能のバランス、適度な強度、良好な表面仕上げを目的に配合されており、6060や6063などの合金と同様の用途領域に位置づけられます。
6020の主要合金元素は、強化元素ペアとしてのシリコンとマグネシウムであり、鉄、銅、マンガン、クロム、および一部の製造バリエーションでチタンまたはジルコニウムの微量添加により、結晶粒構造の制御と加工性の向上が図られています。強化は主に固溶化熱処理、急冷、人工時効（析出硬化）によって達成されますが、一部の硬さ区分では冷間加工によって最終的な特性を調整可能です。
6020の主な特性は、成形性に優れた中程度から良好な強度、大気環境下での優れた耐食性、優れた押出し加工性と表面仕上げ、適切なフィラーを選択すれば溶接性も良好であることです。成形性と表面品質の高さから、複雑な押出形状や成形プロファイルが必要な場合、また仕上げと寸法安定性の両立が求められる用途に適しています。
6020が使用される主な産業は、自動車の構造用押出し材、建築用プロファイル、軽量マリン構造物、そして中程度の強度と良好な外観仕上げが求められる一部電子機器のケースなどです。エンジニアは、より高強度な6xxx系合金に比べて押出し加工性、表面外観、及び押出しや仕上げ工程での寸法公差の向上を優先する場合に6020を選び、熱処理不可の合金に比べて時効による中間的な強度向上が望ましい場合に選択されます。
硬さ区分（Temper）
| 硬さ区分 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 (20–30%超) | 極めて良好 | 極めて良好 | 完全焼鈍、厳しい成形に最適 |
| T1 | 低～中程度 | 中程度 | 非常に良い | 非常に良い | 熱間加工後に冷却し自然時効 |
| T4 | 中程度 | 中～高 | 非常に良い | 非常に良い | 固溶化処理後に自然時効 |
| T5 | 中～高 | 低め | 良好 | 良好 | 熱間加工後に冷却し人工時効 |
| T6 | 高 | 低め (6–15%) | 可～良好 | 良好 | 固溶化処理後に人工時効して最高強度に |
| T651 | 高 | 低め (6–15%) | 可～良好 | 良好 | 固溶化処理後に伸張応力除去処理（テンションストレッチ） |
硬さ区分は機械的性能や成形挙動に大きく影響します。焼鈍（O）および自然時効（T4）区分は最高の塑性を示し厳しい成形に適していますが、人工時効区分（T5、T6）は引張強さおよび降伏強さを高める代わりに伸びが減少します。
押出材や構造用セクションにおいては、硬さ区分の選択は最終的な機械的要求と後加工（成形や接合）とのトレードオフです。T6/T651は強度と安定性を優先し、OまたはT4は成形性を最大限に確保し成形時の割れ発生を抑制するため選ばれます。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.3–0.9 | Mg2Si析出強化の主元素 |
| Fe | 0.2–0.7 | 不純物だが押出性と靭性維持のため制御 |
| Mn | 0.0–0.15 | 微量添加で結晶粒組織改善 |
| Mg | 0.3–0.7 | Siと結合して強化析出物形成 |
| Cu | 0.0–0.15 | 通常は微量。強度向上だが耐食性低下の可能性あり |
| Zn | 0.0–0.2 | 通常は低濃度。多量は意図的でない |
| Cr | 0.0–0.1 | 微細合金元素で結晶粒制御および再結晶化抑制に寄与 |
| Ti | 0.0–0.05 | 鋳造・押出材の結晶粒精錬剤 |
| その他 | 残部 Al；他元素合計で0.15%以下 | 製造所によるZr、Vなど微量添加・不純物が含まれる場合あり |
SiとMgの含有量がMg2Si析出物の体積分率と構成を決定し、人工時効による析出硬化挙動を左右します。FeとCuは低レベルであることが耐食性と表面仕上げの維持に重要で、CrおよびTi添加はビレットの鋳造・押出し時の結晶粒制御に使用されます。
成分範囲は規格や製造所により異なるため、最終材料証明書で正確な限界を確認してください。MgおよびSiの微小な含有変動が時効速度や最高特性に大きく影響します。
機械的特性
6020の引張特性は中強度6xxx系合金の典型であり、ピークエージング状態（T6/T651）では、熱処理焼鈍状態に比べて降伏強さと引張強さが向上する一方、伸びが低下します。弾性領域は比較的線形で、その後中程度の応力硬化を経て安定した絞り込みを示します。疲労強度は表面状態および押出し・時効処理による残留応力の影響を受けます。
降伏強さと伸びは硬さ区分や断面厚さにより大きく変動します。薄肉押出材やシートのT6区分は、厚板や焼鈍材よりも降伏強さは高いが延性は低い傾向があります。硬さは人工時効の程度に比例し、焼鈍（O）では低値ながら、T6ではかなり高いブリネル硬さまたはビッカース硬さを示し、析出硬化の程度を反映します。
疲労耐性は表面仕上げ、加工傷および溶接品質に敏感であり、表面処理と応力集中を避ける設計により向上することが多いです。厚みの影響も無視できません。厚板は急冷時に冷却が遅いため固溶化過飽和度と時効反応が低下し、同一熱処理条件でも薄肉材よりやや低い最高強度となります。
| 特性 | O/焼鈍 | 主要硬さ区分 (T6/T651) | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約120–180 MPa | 約180–260 MPa | 断面形状、時効条件、メーカーによる変動あり |
| 降伏強さ | 約40–90 MPa | 約140–220 MPa | 固溶化＋人工時効後に降伏が大幅に向上 |
| 伸び | 20–35% | 6–15% | 高強度硬さ区分では延性が減少 |
| 硬さ | 約30–50 HB | 約60–95 HB | 析出物量と時効時間に比例して上昇 |
上記値は一般的な市販品の代表的範囲を示しており、特定のメーカーのデータシートや規格からは該当する硬さ区分・断面に対する正確な保証値が参照可能です。
物理特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | Al-Mg-Si合金として典型的。重量計算に使用 |
| 融点範囲 | 約555～650 °C | 少量含有元素に依存。正確値は規格参照 |
| 熱伝導率 | 約140～170 W/m·K (20 °C) | 純アルミより低く、厚さや硬さ区分の影響は小さい |
| 電気伝導率 | 約30～45 %IACS | 適度な導電性。純アルミより低下 |
| 比熱 | 約880～900 J/kg·K | 純アルミに近く、合金による差は小さい |
| 熱膨張率 | 23～24 µm/m·K (20～100 °C) | アルミ合金として通常の線膨張率 |
物理的には6020はアルミ合金に典型的な軽量性と比較的高い熱・電気伝導率を有し、純アルミに対しては溶質散乱や析出物の影響で若干低下します。熱伝導率と膨張率は熱に敏感な組立設計において重要な設計パラメーターであり、6020はその他6xxx系合金と同様の挙動を示します。
融点範囲および固相点温度は溶接や鋳造・ろう付け作業で重要となり、溶接時の熱入力や冷却速度の適切な管理が局所的な過時効や熱影響部の軟化を防ぐうえで必要です。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚さ／サイズ | 強度特性 | 代表的な調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.5–6.0 mm | 良好、調質に敏感 | O、T4、T6 | パネルや成形部品に使用 |
| プレート | 6 mm超〜50 mm | 厚肉部でピーク強度は低下傾向 | O、T4、T6 | 厚肉部ではエイジング効率が低下する場合あり |
| 押出材 | 薄肉から複雑形状まで | 良好、押出条件で特性が制御される | O、T5、T6、T651 | 建築用や自動車用プロファイルに広く使用 |
| チューブ | Ø10 mm〜500 mm | 押出材に類似、板厚が特性に影響 | O、T4、T6 | 構造用および流体輸送用途で一般的 |
| バー／ロッド | Ø2 mm〜200 mm | 機械加工向け形状、断面によって特性変動 | O、T4、T6 | 機械加工部品やファスナーに使用 |
シートおよび薄肉押出材は急冷および効率的なエイジングが可能で、非常に厚いプレートよりも高いピーク強度を達成できます。押出加工はビレットの化学成分、ダイ設計、冷却戦略を最終的な微細構造に反映させます。メーカーはビレット品質や表面仕上げ管理のため、わずかに異なる合金成分を指定することが多いです。
製品形状の選択は形状や表面要求によって決まることが多く、押出材は複雑な断面形状や一体リブを可能にし、プレートは大厚みで単純形状を提供、シートは成形性と塗装やアルマイト処理向けの表面仕上げのバランスを取ります。
相当規格
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 6020 | アメリカ／国際 | 多くの供給リストで認識される合金指定 |
| EN AW | 6020 | ヨーロッパ | 押出材や引抜き品に用いられるEN AW-6020 |
| JIS | A6020 | 日本 | 類似の化学成分と特性を持つJIS変種あり |
| GB/T | 6020 | 中国 | EN/AAの化学成分に合わせた中国標準規格変種が多い |
相当鋼種表記は地域ごとに類似していることが多いですが、加工条件や許容公差は規格および製鉄所の慣行により異なります。微量不純物制限や微合金元素（Zr、V）の差異により再結晶挙動、表面品質、エイジング速度が変わるため、供給先を切り替える際は材料証明書の照合が必須です。
認定部品の確実な互換性が必要な場合は、ミル証明書や熱処理記録を所望して機械的・化学的許容範囲が受入規格に適合していることを確認してください。
耐食性
6020の大気腐食耐性は、比較的低い銅含有量と制御された鉄含有で6xxx系合金として一般的に良好です。6060/6063と同等の保護性酸化膜を形成し、一般大気条件下での腐食に耐えます。表面仕上げと陽極酸化品質も良好で、外観と耐久性が求められる建築や屋外用途に適しています。
海洋や塩化物含有率の高い環境では、多くの構造用途で許容可能な耐食性を示しますが、特定の5xxx系（Al-Mg）合金ほどの耐食性はありません。塩水近接環境における長期耐用には、ガルバニック腐食対策と保護コーティングが重要です。応力腐食割れ（SCC）の感受性は中程度で、強度の高い調質や引張応力と腐食環境の組み合わせでSCCリスクは増加するため、設計と調質選定で塩素曝露及び残留応力を考慮する必要があります。
ガルバニック相互作用はアルミニウムの標準挙動に従います。6020はステンレス鋼や銅などより高貴な金属と接触した場合、電気的に絶縁されていなければ優先的に腐食します。1xxx系と比較すると純アルミの導電率は若干劣るものの、強度が向上し耐食性は同等です。5xxx系と比較するとSCC耐性は若干低下する代わりに塗装性や押出品質は向上します。
加工特性
溶接性
6020は一般的な溶融溶接法（TIG／MIG）で良好に溶接可能で、標準的な工程を遵守すれば多孔質や割れの発生を抑えられます。推奨される溶接棒はAl-Si系（例：4043）が湿潤性に優れ高温割れを低減し、機械的強度を優先する場合はAl-Mg-Si系（例：5356／5183系）を使用します。ただし溶接部の耐食性には若干の違いがある点は考慮が必要です。
析出硬化系合金では熱影響部（HAZ）軟化が典型的で、溶接に隣接する局所部で析出物の溶解または過老化により強度が低下します。大規模製品で溶接後の固溶処理や再エイジングは稀であり、設計的補正や溶接順序管理による対策が一般的です。
機械加工性
6020の機械加工性は中程度で、多くの高強度合金より加工しやすいものの、一部の自由加工性アルミニウム合金には劣ります。TiNまたはAlTiNコーティングの超硬工具と剛性の高い工作条件が最適で、大断面では工具のビルドアップ防止のために送り速度と回転数を控えめにする必要があります。切削液の使用と鋭利な工具は表面の引きずりを抑制し仕上げ品質を向上させます。推奨される溝形状や工具形状により切屑制御も概ね良好です。
典型的な機械加工指数は6xxx系合金を中間レンジに位置付け、調質や製品形状に応じて送り・速度調整が必要です。硬い調質では切削速度を落とし重厚な工具を推奨します。
成形性
退火（O）およびT4調質は良好な成形性を示し、鋭角な曲げや深絞り加工でも割れリスクが低減します。T6/T5調質では最小曲げ半径が大きくなり、ばね係数（スプリングバック）も増大します。シート加工における内部曲げ半径の標準目安は、退火調質で板厚の1〜2倍、ピークエイジング調質で2〜3倍です。
冷間加工の影響は予測可能で、加工硬化は強度を高める一方で延性を低下させます。大きな成形が必要な場合は、可能な範囲でOやT4で成形し、その後固溶処理・エイジングで最終調質を得る方法が推奨されます。
熱処理挙動
6020は熱処理可能なAl-Mg-Si系合金で、標準的な6xxx系の熱処理工程（固溶処理、急冷、人工エイジング）を踏襲します。固溶処理温度は一般的に510〜540 °Cの範囲で、断面形状やメーカーの推奨により変わります。急冷により過飽和固溶体を保持します。
人工エイジング（T6/T5）は通常160〜200 °Cで数時間行い、Mg2Si析出物を形成します。エイジング条件はピーク強度と靭性／応力腐食割れ耐性のバランスを制御します。過エイジングは強度低下を伴いますが延性やSCC耐性を向上させるため、使用環境に応じて調整されます。
T調質の呼称は標準的で、T4（固溶処理＋自然時効）は成形後の調質に用いられ、T6（固溶処理＋人工時効）はピーク強度を目的とします。加工硬化など熱処理不可の処理後は、O退火で延性を回復するのが一般的です。
高温性能
室温以上では、析出物の粗大化と溶解速度の変化により6020の強度は徐々に低下します。約150 °Cを超える長期使用で著しい強度減少が認められます。短期間であれば約200 °Cまでの使用は致命的な特性喪失なしに許容される場合がありますが、長期間のクリープや軟化により6020は持続的な高温構造用途には不向きです。
アルミニウムの酸化は保護性の高いAl2O3皮膜形成に限られ、6020の対気中耐酸化性は高温でも問題になりにくいです。溶接構造物の熱影響域は高温曝露で軟化しやすく、曝露後の特性は最高温度と滞留時間に依存します。
設計者は100〜120 °Cを超える使用温度を注意深く扱い、高温強度に特化した合金の採用や、熱曝露が予想される場合は機械設計上の安全マージンを考慮する必要があります。
用途例
| 業界 | 代表部品 | 6020の採用理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | 窓枠、構造用押出材 | 良好な押出性、表面仕上げ、中強度 |
| 海洋 | 非主要構造部材・プロファイル | 耐食性と軽量さにより二次構造に適合 |
| 航空宇宙 | 内装部品、非主要取り付け部品 | 良好な強度対重量比と優れた表面仕上げ |
| 電子機器 | 筐体およびヒートシンク | 熱伝導性と優れた外観仕上げ |
| 建築 | カーテンウォール用プロファイル、トリム材 | 押出成形性、陽極酸化の品質、寸法安定性 |
6020は最高強度よりも押出品質、外観、適度な構造性能の組み合わせが求められる用途で多用されます。特に見た目の良い建築用トリム、自動車用の複雑断面押出材、軽量構造プロファイルに対して優れたバランス特性を有しています。
仕上げ品質と寸法安定性が優先される場合、6020は一部の高強度6xxx合金よりも押出し表面品質の向上と安定した時効反応により好まれます。
選定のポイント
6020を選定する際は、良好な押出し性、表面仕上げ、適度な時効硬化強度が求められる用途を優先してください。特に陽極酸化や塗装を施す複雑な形状のプロファイルに適しています。成形が必要な場合はT4/O硬質状態を、より高い強度が必要な場合はT5/T6硬質状態を検討してください。ただし、延性や応力腐食割れ（SCC）耐性のトレードオフがある点に留意が必要です。
純アルミニウム（例：1100）と比較すると、6020は電気伝導率および熱伝導率の一部を犠牲にし、成形性も若干低下しますが、はるかに高い強度と優れた構造性能を提供します。加工硬化合金である3003や5052と比較すると、6020は同等の塗装適性を維持しつつ、より高い時効強化が可能ですが、時効硬質状態では延性が劣る場合があります。成形後の強化を重視するか最大延性を優先するかによって選択が分かれます。
6061や6063のような一般的な熱処理合金と比較すると、6020は押出し表面の仕上がりや特定のビレット加工歩留まりが絶対的な最高強度の達成より重要視される場合に選ばれます。6061はより高い最高強度を提供できることがありますが、6020は建築用や複雑な形状のプロファイルに対して押出し性および外観の改善をもたらします。
まとめ
アルミニウム6020は、バランスの取れた強度、優れた押出し性および高品質な表面仕上げが求められるエンジニアリング合金として引き続き有用です。熱処理合金であるため、硬質状態の選択により設計者が特性をカスタマイズでき、自動車、建築および軽構造用途に適した実用的な選択肢となっています。