アルミニウム6042：組成、特性、調質ガイドおよび用途

総合概要

Alloy 6042は6xxx系アルミニウム合金の一種で、主にAl-Mg-Si系の析出硬化が可能な合金です。化学成分から、熱処理可能な中強度の構造用合金に分類され、強度、押出性、表面仕上げのバランスが良く、建築やエンジニアリング用途に適しています。

6042の主要合金元素はマグネシウムとシリコンで、熱処理中にMg2Si析出物を形成し、時効硬化による強化を実現します。銅や微量元素（Cr、Mn、Ti）などの二次添加元素は、組織の微細化、時効反応の改善、熱間機械加工時の再結晶の制御に寄与します。

6042は中程度から高い強度（特にT6系の調質で顕著）、大気および軽度の海洋環境での良好な耐食性、適切なフィラー金属と溶接後処理を行うことで許容できる溶接性を備えています。主な用途分野は自動車、建築用カーテンウォール・ファサードシステム、圧力容器、一般構造用押出材、一部航空宇宙の二次構造材で、良好な強度対重量比と表面仕上げが求められます。

エンジニアは、5xxx系や3xxx系の加工硬化合金よりも強度と時効硬化応答が明確に必要だが、7xxx系の極度な高強度は不要または靭性や溶接性を損なう場合に6042を選択します。特定の押出表面仕上げや時効曲線、入手性により6061や6063よりも好まれることがあり、成形押出材で成形後の熱処理により強度回復を図る用途にも向いています。

調質の種類

調質	強度レベル	伸び	成形性	溶接性	備考
O	低	高い（>15–25%）	優秀	優秀	最大の成形性を得るための完全退火状態
H14	中	中程度（8–12%）	良好	良好	中程度の強度を得るための加工硬化、成形は限定的
T5	中〜高	中程度（8–12%）	中程度	良好	熱加工後冷却、人工時効処理
T6	高	やや低い（6–12%）	可から不良	良好（フィラー使用時）	溶体化処理後、人工時効で最大強度
T651	高	やや低い（6–12%）	可から不良	良好（フィラー使用時）	溶体化処理、張力除応力処理（伸線）、人工時効

6042の調質は成形性と強度のトレードオフを大きく左右します。深絞りや複雑な曲げが必要な場合は退火のO調質を用い、寸法安定性や最大機械的特性が重要な場合はT5やT6調質が選ばれます。

溶接や局所加熱時にはT6やピーク時効調質の熱影響部で軟化が生じるため、調質選定時には溶接後の熱処理または機械的応力除去の有無を考慮することが多いです。H系調質は初期調質後にある程度の成形が必要な生産部品や冷間加工製品の中間的な選択肢となります。

化学成分

元素	含有範囲（％）	備考
Si	0.6–1.3	Mg2Si析出物量を制御し、鋳造や押出の流動性および表面仕上げに影響
Fe	≤0.7	不純物元素；高濃度は靭性低下や表面品質悪化の原因となる介在物を形成
Mn	0.15–0.45	晶粒制御および析出物による強度寄与
Mg	0.7–1.2	主な強化元素；Siと結合してMg2Si析出相を形成
Cu	0.15–0.35	強度向上と時効促進；過剰なCuは耐食性低下を引き起こす場合あり
Zn	≤0.2	微量の影響；強度や脆化を避けるため低濃度に制御
Cr	0.05–0.25	熱処理時の晶粒構造制御と再結晶制御
Ti	≤0.15	鋳造および原材料生産時の晶粒微細化用
その他	残りをAlが占める；残留元素はそれぞれ≤0.15	バランスはアルミニウムで、許容される微量元素と残留元素を含む

MgおよびSiの含有量は主要な硬化相であるMg2Si析出物の体積分率と析出速度を決定します。CrやMnの微量添加は析出物を形成し、晶界を固定して靭性および熱機械的加工時の安定性を改善します。Cuは時効曲線を修正してピーク強度を高めるために用いられますが、その分耐食性はやや低下します。

FeやZnなどの不純物元素は、表面仕上げの悪化、延性低下、局所腐食の発生を引き起こす介在物を形成しやすいため厳格に管理されています。これら元素のバランスと熱機械的履歴が得られる特性や加工条件を支配します。

機械的性質

6042の引張挙動は熱処理可能なAl-Mg-Si合金の特徴を示し、退火状態では低強度・高伸び、溶体化処理・人工時効後は降伏強さおよび引張強さが顕著に上昇します。降伏強さと引張強さの比率は析出硬化後に高まるため、構造設計において予測しやすい弾性性能を示します。時効調質では伸びがO調質より低下する傾向がありますが、多くの構造用途では十分な伸びを保持しています。

硬さは調質と時効状態に強く依存し、T6型のピーク時効ではブリネル硬さ・ビッカース硬さが強度向上に伴って明確に上昇します。疲労性能は表面仕上げ、荷重周波数、平均応力によって異なり、時効材では退火材に比べ疲労強度が改善される場合が多いものの、ノッチや溶接部には敏感です。厚みや断面形状は焼入れ・時効中の冷却速度に影響し、厚断面は特殊な熱処理サイクルを用いないと最大硬さに達しないことがあります。

設計者は、高温環境での使用による過時効効果の可能性を考慮し、成形や溶接が析出状態や機械特性を局所的に変化させる点も留意すべきです。高信頼性用途では、時効管理のバリデーションや製造後検査が推奨されます。

特性	O/退火	代表的調質（例：T6）	備考
引張強さ	約120–200 MPa	約250–340 MPa	断面厚さや時効条件により典型値の範囲
降伏強さ	約60–120 MPa	約200–300 MPa	人工時効で大幅に上昇；設計は保守的な下限値を推奨
伸び	約15–25%	約6–14%	強度増加に伴い伸びは低下；厚肉部材は伸びが高い傾向
硬さ（HB）	約35–65 HB	約75–110 HB	硬さは引張強さに連動；測定法と試料処理に影響される

物理的特性

特性	値	備考
密度	2.70 g/cm³	Al-Mg-Si合金の標準的な密度；軽量設計に有用
融点範囲	約555–650 °C	固相線・液相線は正確な組成や不純物により変動
熱伝導率	約150–170 W/(m·K)	純アルミより低いが熱管理用途には十分な値
電気伝導率	約35–45 %IACS	合金元素の影響で純アルミに比べ低下
比熱	約0.9 J/(g·K)	室温付近の概算値（900 J/(kg·K)）
線膨張係数	約23–24 µm/(m·K)	6xxx系合金の標準的な熱膨張係数

6042の密度および熱特性は、軽量化と熱放散が重要なヒートシンクや構造と熱管理を両立させる外装部品に適しています。熱伝導率は純アルミより低いものの、多くの電子機器や熱交換用途で十分な性能を発揮します。

電気伝導率は合金化により低下するため、電気用途で6042を指定する場合は考慮が必要です。最大伝導率が重要であれば、1100などの純アルミ系合金や銅の方が適しています。熱膨張係数は他のAl-Mg-Si系合金と同程度であり、多材料構造における熱膨張違いの対応が必要です。

製品形状

形状	代表的な厚さ/サイズ	強度挙動	一般的な調質	備考
シート	0.5–6 mm	薄板は溶体化と時効反応が速やかに進行	O, H14, T5, T6	パネル、筐体、装飾ファサードに使用
プレート	6–100+ mm	厚板は溶体処理の均質化に特別な熱処理が必要な場合あり	O, T6（限定的）	重量構造部品や圧力容器部材
押出形材	複雑な断面形状、大型プロファイルまで対応	制御された析出相分布で押出し特性良好	T5, T6, T651	建築用および構造用押出材として広く使用
チューブ	肉厚1–20 mm、各種直径	溶接チューブまたは無縫管で成形経路により特性が異なる	O, T6	構造用チューブ、熱交換器のコア
バー／ロッド	直径最大200 mm	塊状断面は厚さ依存の時効挙動を示す	O, T6	機械加工部品や低量産用ファスナー

6042合金は、押出し加工で高い表面仕上げ要求に良好に対応し、人工時効への反応も予測可能なため、シートと押出形材が最も一般的な製品形態です。プレートや重量部材も製造可能ですが、ソリューション処理と冷却サイクルの厳密な管理が必要であり、肉厚部の軟化や特性不均一を避ける必要があります。

押出形材は通常、寸法安定性と必要強度を得るために押出後にT5またはT6処理が行われます。一方、シートの圧延スケジュールは平坦性と表面品質を重視し、必要に応じて後工程での時効処理を行います。

相当鋼種

規格	鋼種	地域	備考
AA	6042	USA	Aluminum Associationによる本合金の指定
EN AW	EN AW-6042	ヨーロッパ	EN規格の相当品。化学成分および機械的特性はAA 6042とほぼ一致
JIS	最寄り：A6061	日本	1対1の正確なJIS相当品は存在しないが、A6061系列が工程調整の上で代用されることが多い
GB/T	最寄り：6061/6063系列	中国	6042の直接的な相当品は規格化されていない場合があり、6061/6063合金が一般的な代替品となる

規格や成分の許容差は地域によって異なり、EN AW-6042はヨーロッパで一般的に使用されAA 6042仕様に近いです。異なる規格からの代用時は、組成限界、調質指定、保証された機械的特性を必ず確認してください。特にCuやFeの含有量の微差は、時効挙動や耐腐食性に影響を及ぼすことがあります。

国際調達の際は、単に鋼種名に頼るのではなく、ミルシートを要求し、引張強さ、降伏強さ、伸び率、調質などの主要特性を明示することを推奨します。押出速度、冷却媒体、時効サイクルといった加工履歴が最終特性に大きく影響することが多いためです。

耐食性

大気暴露下で6042は保護性の高い酸化アルミニウム皮膜を形成し、他の6xxx系合金と同様に優れた一般耐食性を示します。工業用大気および建築用途では良好に機能しますが、塩素イオンが多い過酷な環境では、保護コーティングや陽極酸化処理を施さない場合、点食や隙間腐食のリスクがあります。

海洋環境や高塩素条件下では、陽極酸化、シーラント、有機コーティングなどの適切な表面処理を施せば使用可能です。ただし、常時浸漬環境では、より耐食性の高いオーステナイト系ステンレス鋼や5xxx系アルミニウム合金が推奨される場合があります。応力腐食割れのリスクは中程度で、主にピーク時効調質で腐食性媒体下の持続引張応力がある場合に問題になるため、調質選択や圧縮性表面処理、高残留引張応力の回避が設計上の対策となります。

ガルバニック作用では、6042はステンレス鋼、銅、炭素鋼と接触すると陽極側となるため、電気的絶縁、犠牲陽極の設置、継手設計の工夫が腐食促進防止に必要です。5xxx系マグネシウム含有合金と比べると、6042は大気中で同等の耐食性を提供しますが、塩素イオン耐性は若干劣る代わりに時効硬化性と加工性に優れています。

加工性

溶接性

6042はTIG（GTAW）やMIG（GMAW）などの従来の溶接プロセスで一般的に溶接可能であり、溶接ビードの強度や耐食性に応じて4xxx（Al-Si）または5xxx（Al-Mg）系の充填材がよく使われます。ホットクラックのリスクは低〜中程度で、清浄度、適切な継手設計、熱入力の管理が感受性軽減に効果的です。T6やピーク時効材の熱影響部はMg2Siの溶解・再析出により軟化するため、溶接後に時効処理や局所的な熱処理を行い強度回復を図る必要があります。

切削性

6042の切削性は中程度で、多くの高強度合金より良好ですが、超白亜系Al-Si合金ほどの自由切削性はありません。ポジティブラケ刃の超硬工具を用い、高速仕上げ送りにて優れた表面品質が得られます。ビルトアップエッジや切りくず制御のために冷却液や切削油の使用が推奨されます。一般的には、鋼材よりも高速切削、適度な送り速度、アルミ専用に最適化された工具形状で、寸法公差保持とバリ防止を目指します。

成形性

成形はアニーリング済み（O）または部分的にアニーリングされたH系調質で行うのが最適です。T6硬化材の冷間成形は限られ、強度上昇に伴いスプリングバックが増加します。最小曲げ半径は調質と厚みに依存し、アニーリング済みシートは単純な曲げで板厚の1〜2倍程度が可能ですが、T6は3〜6倍の曲げ半径が必要となるか、加熱成形し最終熱処理を準備する場合があります。深絞りや複雑なプレス加工はOまたはT4状態で実施し、最終的な強度が必要な場合は後工程で人工時効を行います。

熱処理特性

熱処理可能な合金として、6042は典型的な溶体化処理—焼入れ—時効のシーケンスを経て最大機械的特性を発現します。溶体化処理は通常510〜550°Cの範囲でMg2Siを溶解し基体の均質化を図り、その後急速冷却（特に水冷 quenched）で過飽和固溶体を保持します。人工時効（析出熱処理）は約150〜190°Cで数時間行い、T5/T6レベルの硬さと強度を得ます。

T5調質は熱間加工後の冷却に続く人工時効で、完全溶体化処理を行わず中程度の強度で安定した状態を示します。T6調質は完全溶体化処理の後に人工時効を行い、ほぼ最大の機械的特性を実現します。過時効処理は強度低下を伴いますが、靭性向上や応力腐食割れ耐性を高める効果があり、プロセスエンジニアは性能バランスを考慮して意図的に過時効させることもあります。

非熱処理による強化はH系調質で行われ、制御された冷間変形により転位密度と強度が増加しますが、延性は低下します。アニーリング処理により均質化と再結晶が進みO調質に戻り、成形性が回復します。

高温特性

6042は中程度の温度上昇で室温に対する降伏強さや引張強さの大きな低下が始まり、特に120〜150°C以上で顕著な軟化が見られます（前処理や時効状態により異なる）。継続的な高温構造用途ではこの温度域以下に制限するか、熱安定性を高めるために過時効調質を指定することが一般的です。

アルミニウムの酸化は自己制限的で薄い保護膜を形成しますが、高温かつ腐食性環境下では酸化皮膜の成長や局所的腐食が加速することがあります。溶接部や局所加熱部の熱影響部は微細構造変化と機械的性能の低下を招きやすいため、高温環境を想定した熱管理や後処理を重要視します。

6032のクリープ特性は高温合金に比べて限定的であるため、高温域での長期荷重はクリープ試験や使用履歴に基づく評価が必要です。断続的な高温曝露には後続の時効処理や応力除去処理を適用することで対応可能です。

用途

業界	部品例	6042が使用される理由
自動車	押出し成形されたボディまたはトリムプロファイル	押出し性、表面仕上げ、時効強度の良好な組み合わせ
海洋	構造部材および付属品	陽極酸化処理および後加工が可能な耐食性
航空宇宙	二次的な付属品、ブラケット	優れた強度対重量比と予測可能な熱処理反応
電子機器	ヒートシンクおよび筐体	放熱部品に適した熱伝導性と表面仕上げ

6042は機械加工性、時効強度、表面外観のバランスが求められる場合によく指定されており、目に見える建築部材や荷重支持を必要とする押出形材に適しています。複雑なプロファイルへの押出成形が可能で、次いで人工時効により寸法安定性を得られるため、多くの業界の量産部品として人気があります。

選定のポイント

6042を選定する際は、良好な押出し性と表面仕上げを有し、中高強度の時効硬化可能なアルミニウムが必要な用途を優先してください。成形が主体の場合はOまたはH系の時代を、最終的な強度および寸法安定性が重視される場合はT5/T6を選択します。

純アルミニウム（1100）と比較すると、6042は電気伝導性や成形の容易さの一部を犠牲にしているものの、はるかに高い強度と優れた構造性能を持ちます。一般的な加工硬化系合金（3003や5052など）に対しては、6042はピーク強度が高く、固溶および時効処理への応答も優れていますが、過酷な塩素イオン環境下では耐食性がやや劣る場合があります。6061や6063のような一般的な熱処理系合金と比較すると、6042は特定の押出表面仕上げや供給可能性、特有の時効反応により選択されることがあり、ピーク強度は同等かわずかに低い場合もあります。強度に厳しい余裕が必要な場合は部品単位での試験を確認してください。

まとめ

合金6042は、時効硬化強度、良好な押出し性、および許容される耐食性のバランスが求められる用途で実用的な選択肢です。その予測可能な熱処理反応、機械加工性、表面品質により、建築、自動車、軽構造工学用途においてその重要性を維持しています。