アルミニウム6063：組成、特性、調質ガイドおよび用途
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総合概要
合金6063は、6xxx系アルミニウム合金に属し、マグネシウム-シリコン（Mg-Si）系の熱処理性合金で、主に押出成形および建築用途向けに設計されています。マグネシウムとシリコンは時効中にMg2Si析出物を形成し、これが主な強化機構となるため、6063は加工硬化型ではなく熱処理型の合金です。一般的な商用調質にはO（軟化状態）、T5（押出からの冷却後人工時効）、T6（溶体化処理後人工時効）があり、これらにより加工性と強度のバランスを調整して後加工が可能です。
6063は、中程度の強度、非常に良好な耐食性、優れた押出性および表面仕上げを示し、他の熱処理型合金と比較して一般的に良好な溶接特性を持ちます。軟らかい調質での加工性や、均一な機械的性質を持つ薄肉で複雑な押出形状が可能なため、建築用トリムや窓枠、構造用プロファイルに適しています。6063を多く指定する業界としては、建築・土木、建築システム、汎用押出材、軽負荷の構造部品、一部の熱管理用ハードウェアがあります。
エンジニアは、最大強度よりも押出性、表面仕上げ、耐食性、十分な機械的性能の最適なバランスを求める場合、6063を他の合金より選択します。6061と比較すると、6063は類似の加工性でより鋭角な角部ときれいな仕上げを持ちますが、最大強度はやや低くなります。寸法公差の厳しさ、陽極酸化処理の品質、一貫した押出品質が重要視される用途で好まれます。
調質バリエーション
| 調質 | 強度レベル | 伸び | 加工性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高（約18～28％） | 優秀 | 優秀 | 成形・曲げ用の完全焼なまし状態 |
| H14 | 低～中 | 中程度（約12～18％） | 良好 | 優秀 | 中間的な剛性を得るためのやや加工硬化状態 |
| T5 | 中 | 中程度（約10～15％） | 良好 | 非常に良好 | 押出からの冷却後に人工時効処理；押出材に一般的 |
| T6 | 中～高 | 低め（約8～12％） | 普通 | 非常に良好 | 溶体化処理後に人工時効し高強度化 |
| T651 | 中～高 | 低め（約8～12％） | 普通 | 非常に良好 | T6に応力緩和のため伸張処理を加えたもの |
調質は微細組織および巨視的性能に一次的な影響を与えます。これは時効析出物が降伏強さと引張強さを支配するためです。Oのような軟らかい調質は冷間曲げや複雑な成形に最大の延性と加工性を提供し、T5/T6は構造用途に適した高い引張強さと降伏強さを実現します。
化学成分
| 元素 | 含有率（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.2 – 0.6 | 主な合金元素で、時効中にMg2Si析出物を形成 |
| Fe | 0 – 0.35 | 不純物元素；強度をわずかに向上させるが表面仕上げを悪化させる |
| Mn | 0 – 0.1 | 微量；粗大な金属間化合物を避けるため6063では低い |
| Mg | 0.45 – 0.9 | Siと共にMg2Si形成による主な強度寄与元素 |
| Cu | 0 – 0.1 | 低含有；Cuが多いと強度は上がるが耐食性は低下する |
| Zn | 0 – 0.1 | 耐食性および押出の品質維持のため低く抑える |
| Cr | 0 – 0.1 | 一部規格で結晶粒制御のため極微量添加 |
| Ti | 0 – 0.1 | 粒径細化剤として小量添加；鋳造性や押出開始性を改善 |
| その他 | 各≤0.05、合計≤0.15 | 残留物や微量元素は予測可能な特性維持のため管理 |
MgとSiは溶体化と時効中にMg2Si析出物を形成するためにバランスが取られており、これが強度および時効硬化挙動を決定します。鉄やその他不純物の低レベル保持により、表面外観や陽極酸化処理の反応性が保たれ、建築・装飾用途に重要です。
機械的性質
6063の引張特性は調質に強く依存します。焼なまし状態（O）では降伏強さと引張強さは低く均一伸びは大きいため、プレス加工、曲げ加工、深絞りに適します。T5/T6調質では、微細で均一に分散したMg2Si析出物によりより高い降伏強さと引張強さを得られますが、O調質と比較して延性は低下します。また、降伏値および引張値は断面厚や押出条件によっても影響を受けます。これは溶体熱処理後の急冷速度が析出物分布に影響を与えるためです。疲労特性は中程度であり、表面仕上げ不良や押出欠陥が疲労開始源となりやすいため、陽極酸化や研磨仕上げが疲労寿命を改善します。硬さは調質に相関し、時効析出物の形成により軟化状態（O）からT6にかけて大幅に向上します。
| 特性 | O/焼なまし | 代表的調質（例：T6） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 70–110 MPa | 170–215 MPa | T6は焼なましに対し約2倍のUTS；断面サイズによる差がある |
| 降伏強さ | 35–55 MPa | 120–160 MPa | 人工時効と溶体化処理により大幅上昇 |
| 伸び | 18–28％ | 8–12％ | 析出硬化進行に伴いT6で延性低下 |
| 硬さ | 20–35 HB | 60–75 HB | 調質によって硬度が上昇；時効パラメーターに依存 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | 一般的な商用アルミニウム合金の値 |
| 融点範囲 | 約582～652 °C | 固相線・液相線は合金元素や不純物によりわずかに変動 |
| 熱伝導率 | 約170～220 W/m·K | 優れた熱伝導性；冷間加工や合金元素によりわずかに低下 |
| 電気伝導率 | 約34～47 % IACS | 高純度アルミより低く、溶質や析出物による散乱が影響 |
| 比熱 | 約900 J/kg·K | アルミニウム合金の常温付近の代表値 |
| 熱膨張率 | 約23.0～24.0 ×10⁻⁶ /K | 中程度の係数；異種材料の熱サイクル設計に重要 |
6063はアルミニウムの低密度・高熱伝導性という特長を保持しており、軽量化や熱伝達が重要な用途に適しています。熱膨張係数や熱伝導率は異種材料との組み合わせでは応力発生防止のため設計時に考慮が必要です。
製品形態
| 形態 | 代表的板厚・サイズ | 強度挙動 | 一般的調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材 | 0.3～6 mm | 薄板は急冷速度により強度低下 | O, T5 | 薄肉パネルやトリムに使用；陽極酸化性良好 |
| プレート | 6 mm超 | 厚板は最大強度が若干低下 | O, T6 | 厚板ではT6特性のため冷却制御が必要 |
| 押出材 | 複雑な断面、肉厚0.7～10 mm | 連続プロファイルで均一；冷却条件が強度に影響 | T5, T6, T651 | 主要な市販形態；優れた表面仕上げと寸法管理 |
| チューブ | 直径200 mm以上も可能 | 押出材と類似の挙動；薄肉は急冷が速い | O, T6 | 構造用管や建築用手すりに一般的 |
| 丸棒・棒材 | Φ3～100 mm | 断面厚が厚くなるほど表面強度は低下 | O, T6 | 小径棒は機械加工部品や継手に使用 |
加工形態の違いが製品形態選択の要因です。押出材は複雑で薄肉の断面を高精度に成形可能で、一方プレートや棒材は加工用の素材ストックとして使われます。熱処理性調質は急冷速度や断面厚さにより最終的な機械的性質が大きく影響されるため、設計者は要求する調質や後加工の熱処理条件を明確に指定する必要があります。
等価グレード
| 規格 | グレード | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 6063 | USA | 北米で一般的に使用されるAluminum Associationの指定 |
| EN AW | AlMgSi0.5 / EN AW-6063 | ヨーロッパ | 化学成分の名目値と熱処理状態を示す欧州EN AWの呼称 |
| JIS | A6063 | 日本 | Mg-Siのバランスおよび機械的性質が類似した日本工業規格 |
| GB/T | 6063 | 中国 | 一部仕様や許容差に違いがあるが、一般的に同等とされる中国規格 |
6063という一般名称は規格を問わず共通ですが、各国の仕様では不純物の許容限度や試験基準に差異があります。これらのわずかな違いは最小伸びや最大鉄分など保証特性に影響するため、厳しい陽極酸化処理や機械的合格基準において重要となる場合があります。
耐食性
大気環境下では、6063は保護的な酸化アルミニウム皮膜の形成により優れた耐食性を示します。銅と亜鉛含有量が低いため、同強度域の一部合金より局部腐食に強く、陽極酸化処理を施すことで見た目と環境耐久性がさらに向上します。建築用途ではこの組み合わせにより、長期間の耐用とメンテナンスの低減が期待されます。
海洋環境や塩化物塩分濃度の高い環境では、6063は5xxx系などの海水耐性に特化した鍛造Al-Mg合金ほどの耐食性はありませんが、概ね良好な性能を持ちます。塩化物の集中する隙間部や粗面などでピット腐食が発生するため、排水設計や異種金属の接触によるガルバニック腐食への配慮が必要です。応力腐食割れの感受性は高強度アルミ合金に比べ低いものの、引張応力や高温、過酷な環境下では悪化することがあります。
異種金属の組み合わせではガルバニック作用の管理が必須で、6063はステンレス鋼や銅に対しては陽極的（腐食しやすい）ですが、マグネシウムに対しては陰極的（腐食に強い）です。塗装やシール剤、絶縁材によってガルバニック電流を抑制します。2xxx系や7xxx系合金と比較すると、6063は最高強度を犠牲にして耐食性および陽極酸化性に優れています。
加工性
溶接性
6063はGTAW（TIG）やGMAW（MIG）といった一般的な溶融溶接法で良好に溶接でき、多くの場合で良好なビード外観とフィレット形状が得られます。母材の熱処理状態や用途に応じて、4043（Al-Si系）と5356（Al-Mg系）のフィラー合金が選択されます。4043は亀裂発生リスクを低減し、陽極酸化時の色調合わせに優れます。T6材の場合、溶接熱影響部は軟化するため、溶接後の人工時効もしくは再加熱処理が必要となることがあります。
切削性
6063の切削性は中程度で、純アルミよりは良好ですが、鉛やビスマスを添加した自由切削合金よりは劣ります。ポジティブラフの超硬工具を使用し、切りくず排出と剛性の高いセットアップが最適な表面仕上げを実現します。アルミのビルドアップエッジを防ぐため、切削速度や送り速度は控えめに設定します。切りくずは長く延性が高いため、フラッドクーラントや切りくず制御策が重要です。
成形性
6063はOおよびH14の軟質状態では高い延性を持ち、小径曲げやロール成形に優れます。T6状態での曲げは曲げ半径を大きくしなければならず、鋭利なエッジでは割れが発生することがあるため、厳しい成形が求められる場合はOまたはT4/T5の熱処理指定後に強度を得るため人工時効処理を行う設計が推奨されます。押出形状では壁厚や角丸の適正設計で割れ防止と寸法精度保持が可能です。
熱処理特性
6063は溶体化処理後、急冷し人工時効することで強化可能な熱処理合金です。溶体化処理は535～565 °C付近でMg2Siを固溶化させ、急冷し過飽和固溶体状態を保持します。人工時効（T6）は断面サイズに応じて約160～220 °Cの範囲で時間を変えて行い、微細なMg2Si析出によりピーク強度を発揮します。
T5は熱間加工（例：押出）の冷却後に溶体化処理を行わずに人工時効のみを施した状態です。T651はT6に残留応力除去のための矯正加工を加えたものです。過時効や高温長時間保持により析出物が粗大化し、降伏点や引張強さが低下し延性が増すため、部品形状や使用条件に合わせて時効条件を最適化する必要があります。
高温特性
昇温により析出物の粗大化と固溶強化の減少が生じるため、6063の強度は低下します。一般的に構造用としての使用温度は約150 °C以下が目安で、それを超えると軟化が進み、長期クリープを考慮する必要があります。アルミニウムが安定な酸化膜を形成するため酸化速度は緩やかですが、酸化雰囲気の高温環境下では保護コーティングや陽極酸化処理が表面保護に重要です。
溶接熱影響部は粒成長と軟化を起こし、疲労強度や静的強度を低下させることがあります。長時間の高温使用や熱サイクル負荷のある用途では、熱安定性の高い合金や特殊処理の採用を検討すべきです。6063を高温限界に近い環境で用いる際は設計余裕や熱管理策が不可欠です。
用途例
| 業界 | 代表部品 | 6063が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 建築・建設 | 窓枠、カーテンウォール用押出形材 | 優れた押出性、表面仕上げ、陽極酸化適性 |
| 自動車 | トリムや装飾用プロフィール | 良好な成形性と非構造部品に適した強度バランス |
| 海洋 | 非重要構造部品、手すり | 耐食性と露出環境に適した表面仕上げ |
| 電子機器 | ヒートシンク、筐体 | 熱伝導性と切削・押出加工のしやすさ |
| 一般消費財 | 家具、スポーツ用品 | 軽量で美観に優れ、加工性が良好 |
6063は押出性、表面品質、適度な機械的特性の組み合わせから、建築用途や一般目的の押出材料として広く活用されています。設計者は陽極酸化処理や簡易な機械的接合を活用し、経済的で外観の良い製品を数多く製造しています。
選定のポイント
成形性、押出性、陽極酸化の仕上がりを重視する用途では、6063は複雑な薄肉断面形状を可能にしつつ、合理的な強度を提供する有力な候補です。純アルミ（1100系）と比較すると、電気伝導率や延性は若干劣りますが、時効硬化により降伏点と引張強度が大幅に向上します。
3003系や5052系の加工硬化型合金と比較すると、6063は熱処理状態での強度が高く、一般的な大気環境下では耐食性も同等程度です。ただし、過酷な海洋塩化物環境や加工硬化を利用した強化を優先する場合、3003・5052系が有利な点もあります。6061と比較すると、6063はより優れた押出性と表面仕上げ、複雑形状の押出が可能であるため建築用押出材に適していますが、6061のほうが構造用途での最高強度は高いです。
まとめ
合金6063は押出性、表面品質、耐食性、適切な機械的特性を独自に両立し、多様な建築・軽構造用途で広く採用されています。熱処理可能なため、生産工程や設計上の柔軟性が高く、成形性や強度を熱処理状態の選択や後処理で最適化可能です。