アルミニウム6060：成分、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 6060は、6xxx系アルミニウム・マグネシウム・シリコン合金ファミリーの一員であり、6063や6061に化学成分および用途面で近い位置付けにあります。主にAl-Mg-Si合金であり、シリコンとマグネシウムが結合して熱処理時に時効硬化をもたらすMg2Si析出物を形成します。
6060の強化機構は、純粋な加工硬化ではなく時効硬化（熱処理可能）に基づいていますが、Hテンパー条件では歪み硬化によって一部の機械的性質を調整可能です。主な特長は、中程度から良好な強度、大気環境下での非常に良好な耐食性、良好な押出性と溶接性、ならびに焼なまし状態での優れた成形性です。
6060を使用する代表的な業界には、建築および建物システム、汎用押出形材、自動車のトリムや低荷重の構造部品、一部の電子機器筐体やヒートシンク部品などがあります。最大限のピーク強度よりも押出性、表面仕上げ、耐食性、経済的な強度のバランスが求められる場合に、類似合金よりも好んで選ばれます。
設計者は、押出形状の品質、陽極酸化の見栄え、厳密な寸法管理が優先される場合や、溶接や表面仕上げの簡素化に寄与する低合金化が有利な用途において6060を選択する傾向があります。成形のしやすさと制御された時効硬化の組み合わせにより、中程度の荷重を想定した構造用プロフィールや建築部品に実用的な選択肢となっています。
テンパーの種類
| テンパー | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高い | 優秀 | 優秀 | 完全焼なまし状態で成形や曲げに最適 |
| H14 | 中低 | 中程度 | 良好 | 優秀 | 半硬化状態に歪み硬化しており、成形は限られる |
| T5 | 中程度 | 中程度 | 可 | 良好 | 押出後に冷却し人工時効した状態で、押出形材に一般的 |
| T6 | 中高 | 中低 | 制限される | 良好 | 溶体化処理後に人工時効し、最高強度を発揮 |
| T651 | 中高 | 中低 | 制限される | 良好 | T6状態の応力除去のため伸線処理を施し、寸法安定性を向上 |
6060は時効硬化性合金であり、溶体化処理＋人工時効および冷間加工の両方に応答するため、テンパーは機械的性質や成形挙動に強く影響します。焼なまし（O）状態は最も高い延性と最低の降伏強さを持ち、大きな成形加工の出発状態として好まれます。
T5やT6などの時効処理テンパーはMg2Si析出物の制御によって降伏強さと引張強さを向上させ、一方でHテンパーは冷間加工により中間的な特性を示します。成形、溶接、寸法安定性のいずれを優先するかにより適切なテンパーを選択してください。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（%） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.30–0.60 | シリコンはマグネシウムと結合してMg2Si析出物を形成し、時効硬化を可能にします。 |
| Fe | ≤0.35 | 鉄は不純物であり、金属間化合物を形成。含有量が多いと押出仕上げが悪化します。 |
| Mn | ≤0.10 | 微量で、結晶粒構造や強度にわずかに影響します。 |
| Mg | 0.35–0.60 | マグネシウムはシリコンと結合し、合金強化の析出物を形成します。 |
| Cu | ≤0.10 | 微量添加は強度向上効果がありますが耐食性を低下させる場合があります。 |
| Zn | ≤0.20 | 制限的。亜鉛の多い組成は稀で、析出挙動に影響を与えることがあります。 |
| Cr | ≤0.05 | 微量で結晶粒制御や再結晶の制御に寄与します。 |
| Ti | ≤0.10 | 鋳造やビレット製造時に微量添加され、結晶粒細化剤として機能します。 |
| その他 | 各≤0.15；総量≤0.35 | Ni、Pb、Sn、Biなどの残留元素で、低濃度では影響は限定的です。 |
シリコンとマグネシウムは時効硬化のための機能的な組合せであり、その比率がMg2Si析出物の体積分率や分布を制御します。鉄やその他の不純物は押出表面品質に影響をおよぼし、粗大な金属間化合物を形成して靭性や外観をやや低下させることがあります。
クロムやチタンなどの微量元素は主にビレット生産や熱間加工時の結晶粒サイズや再結晶挙動を調整し、最終の表面仕上げや機械的均一性に影響を与えます。
機械的性質
6060はテンパーや断面厚さにより幅広い機械的特性を示し、熱処理可能なAl-Mg-Si系合金の典型的な挙動を持ちます。焼なまし状態では、低い降伏強さと優れた延性を持ち、深絞りや複雑な曲げ加工に適しています。溶体化処理と適切な人工時効処理（T6）により、引張強さや降伏強さは大幅に向上しますが、伸びや成形性は低下します。
硬さは析出状態に連動し、OからT6へ順に増加し、降伏強さや引張強さの改善に対応します。疲労性能は中程度で、表面仕上げ、残留応力状態、応力集中や粗大析出物の有無に強く依存します。断面厚さも顕著な影響を及ぼし、押出形状や薄板は均一に時効しやすく一貫した特性を得やすいのに対し、厚板は微細構造が勾配的になることがあり、熱処理条件の調整が必要です。
設計時には、時効硬化テンパーの溶接時に発生する熱影響部（HAZ）軟化を考慮し、使用中や二次加工時の高温環境により過時効が進行する可能性も見込む必要があります。
| 特性 | O/焼なまし | 代表テンパー (T6) | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約100–130 MPa | 約170–230 MPa | 引張強さは断面や正確な熱処理サイクルに依存 |
| 降伏強さ | 約30–70 MPa | 約120–170 MPa | 降伏強さはT5/T6で著しく増加、Hテンパーはその中間的値 |
| 伸び（％） | 約20–30% | 約6–12% | 時効により強度上昇と共に延性が低下 |
| 硬さ（HB） | 約25–40 HB | 約55–75 HB | ブリネル硬さは時効状態に関連し、テンパーや製造慣行に依存 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | アルミ合金として典型的で、質量や重量計算に使用 |
| 融点範囲 | 約610–650 °C | 合金化による融点は純Alの融点より低い範囲内 |
| 熱伝導率 | 約160–180 W/m·K | 純アルミに比べやや低いが依然高く、放熱部品に適する |
| 電気伝導率 | 約30–35 %IACS | 合金元素の影響で純アルミに比べ減少 |
| 比熱 | 約900 J/kg·K | 温度依存だが、熱管理計算に有用 |
| 熱膨張率 | 約23–24 µm/m·K | 中程度の係数で異種金属との組み合わせで考慮が必要 |
6060は構造用アルミ合金中で良好な熱伝導率および電気伝導率を持ち、中程度の強度と熱伝導を求められるヒートシンクや電気筐体への使用に適しています。比較的高い熱伝導率と十分な剛性の組み合わせにより、多くの高温環境での非クリティカルな熱サイクル対応に優れた特性を示します。
設計者は複合材組立における熱膨張の差異に注意し、伝導性や熱容量がテンパーや不純物含有量により変化する点も考慮してください。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚さ／サイズ | 強度特性 | 一般的な焼き戻し状態 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.3〜6 mm | 薄板では均一で冷間成形が容易 | O, H14, T4 | パネル、ファサード、薄い構造部品に使用 |
| プレート | 6 mm超〜50 mmまで | 熱処理後に焼き戻し勾配が見られることがある | O, T6 | やや稀で、より厚い押出形状が必要な場合に使用 |
| 押出材 | プロファイル断面形状は可変 | 押出品は優れた均質性を持つ | T5, T6, T651 | 建築用や構造用プロファイルとして広く使用される |
| チューブ | 直径 小径〜200 mm以上 | 良好な品質の一貫性；溶接もしくはシームレス | O, T6 | フレーム、コンベヤ、流体取扱構造に使用 |
| 丸棒／棒材 | 直径 数mm〜100 mm | 一般的な棒材の性質；機械加工可能 | O, T6 | 機械加工部品や小型構造部材に使用 |
成形・後加工工程は、冷却速度、断面厚さ、押出や圧延時に生じる残留応力の違いにより形状ごとに異なります。押出材は表面仕上げと寸法管理に優れているため、陽極酸化処理や厳しい公差を必要とする建築用途に多く用いられます。
シートは曲げ加工やパネル用途に適しており、曲げやすさが優先されるのに対し、厚板や棒材はより強力な熱処理が必要であり、急冷による均一な焼き状態の確保が難しい場合があります。
相当鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 6060 | アメリカ | American Aluminum Associationによる加工材の指定 |
| EN AW | AlMgSi0.5 | ヨーロッパ | ヨーロッパで一般的な指定；6060/6063系合金とほぼ同一成分 |
| JIS | A6060 | 日本 | 日本における加工材指定で組成・用途が類似 |
| GB/T | 6060 | 中国 | 国際的な6060の化学成分・機械的特性と多くを共有する中国規格 |
相当鋼種は組成や加工慣行が類似していますが、不純物の許容限界、要求される機械的性質、元素の範囲に若干の差異があり、押出の仕上げや時効応答に影響を与えることがあります。ヨーロッパのEN AW指定は質量比のMgおよびSi含有量を基準とし、実務では6063などを含むグループとして扱われることもあります。
異なる地域や規格間での代替材料使用時には、Fe含有量、残留不純物、意図する焼き戻し状態での機械的特性などについて、具体的なメーカー証明書を必ず確認してください。
耐食性
6060は安定したアルミニウム酸化膜の形成と比較的抑えられた合金元素により、雰囲気中で良好な耐食性を示します。特に田園部や都市部の環境では、陽極酸化や塗装を施すと優れた一般腐食抵抗性を発揮し、広範なメンテナンスを必要としません。
海洋環境や塩化物を多く含む大気中でも、多くの構造用途に使用可能ですが、5xxx系のマグネシウム含有量の高い合金に比べるとピッティング（点腐食）には弱い傾向があります。陽極酸化や各種コーティング、シーラントなどの表面処理により性能は大幅に向上します。6060における応力腐食割れは一般的な使用範囲では稀ですが、塗装やシールされた継手部の狭隘部で塩化物が滞留すると局所腐食が促進される可能性があります。
6060とステンレス鋼や銅合金などのより貴な材質を接合する際は、ガルバニック腐食の考慮が必要であり、絶縁層や犠牲陽極の使用が一般的です。高強度の7xxx系合金と比較すると、6060は耐食性が優れていますが、最高強度や疲労耐性は劣ります。
加工性
溶接性
6060はTIGやMIGなど一般的な融合溶接で容易に溶接でき、特に高合金系の合金に比べて熱割れの発生が低いです。溶接材料としてはER4043（Al‑Si系）やER5356（Al‑Mg系）が推奨され、耐食性または溶接部の高強度が求められる用途に使い分けられます。時効処理済みの状態での溶接は溶接熱影響部で析出物の粗大化による軟化が生じるため、荷重を受ける溶接継手では設計段階で溶接後の熱処理や機械的処理による性能回復を検討すべきです。
切削加工性
6060の切削加工性は中程度であり、自由切削合金ではありませんが超硬工具、鋭利な刃形、剛性の高い治具に適応します。旋削やフライス加工の切削速度・送り速度は純アルミニウムと硬質アルミ合金の中間程度で、油性冷却液の使用でビルドアップエッジの発生を抑制し表面仕上げが改善されます。切りくずの形態は連続的で展延性が高いため、生産加工では分割工具やチップブレーカーの利用による切りくず制御が有効です。
成形性
アニーリング（O）状態では成形性が極めて良好で、鋭い曲げ、小径絞り、複雑な押出形状の加工も割れのリスクを抑えて可能です。T5/T6の硬化状態では成形性は大幅に低下し、ばね返りを考慮した金型設計が必要です。小半径曲げはO状態で容易ですが、T状態では大きい半径または中間焼鈍が求められます。H状態の冷間加工では表面欠陥防止と寸法精度管理のため段階的成形が推奨されます。
熱処理特性
6060はAl-Mg-Si系の熱処理型合金で、シリーズ共通の溶体化および時効硬化の工程を経ます。溶体化処理は通常約520〜560 °CでMg2Siを過飽和固溶体に溶解し、水冷 quenche により溶質原子を保持します。人工時効サイクルは通常160〜220 °Cで数時間行い、微細なMg2Si析出物を生成して強度を向上させます。T5は加工後の冷却後人工時効を示し、T6は完全な溶体化処理と人工時効を意味します。
T651はT6処理後に残留応力や歪みを低減するための制御された伸材または応力除去を行った状態です。自然時効（室温時効）は急冷後にある程度進行し、数日から数週間にわたり機械的性質を変化させるため、生産では適切な焼き戻し状態や時効条件を指定して管理します。過時効は析出物の粗大化を招き、降伏強さの低下と延性の増加をもたらします。
高温性能
6060の強度は温度上昇に伴い析出物の粗大化と溶質の拡散により低下し、一般的に機械的荷重利用可能な持続温度は約100〜150 °Cに制限されます。この温度を超えると降伏強さ・引張強さが大きく低下し、回復や過時効現象による寸法安定性の悪化が生じます。アルミニウムの酸化は鉄系材料に比べてAl2O3の保護膜生成により最小限ですが、高温の長期暴露は表面外観や陽極酸化の特性に影響を与える可能性があります。
溶接部や熱影響部は析出物の溶解や粗大化による強度低下が特に顕著なため、高温環境下の設計では厚肉化、代替合金の採用、または溶接後の管理熱処理による機械的特性の回復を検討してください。
用途例
| 業界 | 代表的な部品 | 6060が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 建築・建設 | 窓枠・ドア枠、カーテンウォールのプロファイル | 優れた押出性、陽極酸化仕上げの外観および寸法管理性 |
| 自動車 | トリム、レール、低荷重構造用押出部材 | 製造性と中程度の強度のバランス |
| 海洋 | 非重要構造部材、手すり | 適切な耐食性と表面仕上げの選択肢 |
| 電子機器 | エンクロージャー、放熱用ハウジング | 熱伝導性と複雑なプロファイルの押出成形性 |
| 一般加工品 | チューブ、手すり、家具フレーム | 優れた成形性と仕上げ品質による消費者向け用途 |
6060はプロファイルの外観や陽極酸化の特性、複雑な押出形状の経済的な生産が重要な用途で広く使われています。中程度の強度に加え、優れた表面仕上げ性と耐食性を備え、高強度を要求しない構造部品や建築装飾部材として汎用性が高い合金です。
選定のポイント
6060を選定する際は、良好な押出性、一貫した陽極酸化の品質、中程度の強度を求める用途を優先してください。成形加工が多い部品にはアニーリング（O）状態を選び、加工後の寸法安定性や高強度が必要な場合はT5/T6を推奨します。
商業用純アルミニウム（1100）と比較すると、6060は電気伝導性および熱伝導性が若干劣るものの、強度が大幅に向上し、機械的安定性も改善されています。また、加工硬化型合金の3003や5052と比較すると、6060は析出硬化によりより高い潜在的強度を発揮しつつ、競争力のある耐食性を維持しています。ただし、5xxx系合金は塩化物濃度の高い海洋環境下でより優れた耐海水腐食性を保持します。熱処理可能な6061や6063のような関連合金と比較すると、6060はピーク到達強度が6061より低いものの、押出し面の仕上がりや寸法制御の面で好まれることが多いです。押出し性や陽極酸化処理後の美観が最大強度の要求を上回る場合には6060を選択してください。
まとめ
合金6060は、良好な押出し性、表面仕上げ、耐食性、予測可能な時効硬化特性を兼ね備えており、押出形材や中程度の荷重用途において実用的かつ適したアルミニウム材として現在でも有用です。これらのバランスのとれた特性により、成形性や仕上がりが機械的性能と同じく重要となる建築・自動車内装部品・一般的な板金加工の分野において、コスト効率の高いソリューションとなっています。