アルミニウム6065：組成、特性、硬さ調整ガイドおよび用途
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総合概要
Alloy 6065は、主に熱処理中のMg2Si析出物の析出によって強化される6xxx系のアルミニウム-マグネシウム-シリコン合金の一種です。主要な合金元素はシリコンとマグネシウムで、銅、クロム、チタン、鉄の微量添加により強度、結晶粒構造および熱処理反応が調整されています。この合金は主に加工硬化によるのではなく熱処理によって強化され、固溶処理、急冷、人工時効を経て微細に分散した金属間化合物を析出し強度を得ます。特長としては、中程度から高い強度、良好な耐食性、軟質状態での適度な成形性、および適切な溶接充填材と手順を用いることで良好な溶接性を持ちます。
6065は、押出成形性、比強度、耐食性のバランスが必要な構造部材や半構造部材に使用されます。主な用途分野には輸送機器、建築システム、電気筐体、特定の航空宇宙用付属品などがあります。他の6xxx系合金と比較して、6065は複雑な断面形状に押出成形可能であり、安定した機械的特性を持つ寸法で人工時効が可能な合金を求める設計者に選ばれます。設計強度がより高く必要でありながらも、7xxx系のより高強度で応力腐食割れ（SCC）に弱い合金に移行したくない場合には、より軟らかい合金より6065が選択されます。供給地域によって入手性や規格の調和は異なるため、調達時には状態ごとの特性をサプライヤーに確認する必要があります。
実際には、6065は押出し、曲げ、溶接などの加工工程と、加工後の硬さ制御を組み合わせ、目標の機械的性能を達成する必要がある場合に好まれます。合金の耐食挙動や陽極酸化処理効果は中程度の腐食環境に適し、熱伝導性および電気伝導性も放熱部品に有利です。6065を周辺の合金と比較して選択する際は、ピーク強度、冷間加工性、溶接後熱処理の必要性などのトレードオフを設計者が考慮する必要があります。
硬質状態バリエーション
| 硬質状態 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 | 優秀 | 優秀 | 完全退火状態。成形および機械加工に最適 |
| H14 | 中 | 中程度 | 良好 | 優秀 | 加工硬化後に部分的に時効処理。中程度の強度 |
| T4 | 中 | 良好 | 良好 | 優秀 | 固溶処理後、自然時効。成形後に時効する際のバランスが良い |
| T5 | 中-高 | 中程度 | 普通 | 良好 | 熱間加工から冷却後、人工時効。成形後の固溶処理なし |
| T6 | 高 | 中-低 | 普通 | 良好（熱影響部軟化あり） | 固溶処理後、人工時効。最大強度を得る |
| T651 | 高（安定） | 中-低 | 普通 | 良好（熱影響部軟化あり） | T6に応力除去の伸線または管理された矯正を施したもの |
| その他H系硬質状態組合せ | 変動 | 変動 | 変動 | 変動 | 特定用途向けに調整された加工硬化状態 |
硬質状態の選択は機械的性能に大きな影響を与えます。退火状態のO硬質は延性と成形性を最大にしますが、降伏強さと引張強さは最低です。一方、T6/T651は最大の静的強度を提供しますが、曲げ性や伸びは低下します。複雑な押出成形で成形後の矯正や機械加工が必要な場合は、寸法安定性および加工後の強度保持に優れたT5やT651硬質が一般的に使用されます。
化学組成
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.2 – 0.9 | Mgと結合して強化析出物Mg2Siを形成 |
| Fe | ≤ 0.7 | 不純物元素。金属間化合物の分布を制御し靭性に影響 |
| Mn | ≤ 0.15 | 結晶粒微細化、靭性向上のための微量添加 |
| Mg | 0.6 – 1.2 | Siと結合し主な強化元素となる |
| Cu | 0.15 – 0.4 | 強度向上と機械加工性改善。耐食性は低下する可能性あり |
| Zn | ≤ 0.25 | 一般的に低濃度。6xxx系合金の主強化元素ではない |
| Cr | 0.04 – 0.35 | 再結晶抑制・結晶粒制御に寄与し靭性改善 |
| Ti | ≤ 0.15 | 鋳造や押出工程での結晶粒微細化剤。加工後の微細組織を改善 |
| その他（各元素） | ≤ 0.05 | 微量元素。時効反応の均一性を保つため管理される |
6065の成分はMg-Si析出硬化合金の典型的な組成です。シリコンとマグネシウムはMg2Si析出による最大強度の可能性を決定し、微量の銅およびクロムが強度や微細構造の安定性を調整しています。鉄と他の不純物は粗大な金属間化合物を形成し、制御されないと靭性や疲労耐久性を低下させるため、最新の製造では厳密に管理され、予測可能な時効および機械的結果を実現しています。
機械的特性
引張荷重下で、6065は熱処理可能な6xxx系合金の特性を示します。軟質硬さ状態は高い延性と徐々に始まる降伏を示し、T6/T651状態は明確な耐力と、整合的または準整合的な析出物に伴う高い引張強度を示します。固溶処理と人工時効後、降伏強さおよび引張強さは著しく向上しますが、その代わりに延性や曲げ性は減少します。T6状態の破断伸びはOやT4に比べて半減することもあります。硬さも同様に、時効後はブリネル硬さやロックウェル硬さが大幅に上昇し、5xxx系合金に比べて適度なノッチ感受性を持ちます。
疲労強度は表面状態、残留応力、熱処理に影響され、適切に時効処理された6065は構造用押出材として妥当な高サイクル疲労性能を示しますが、一般に高強度の2xxx系や7xxx系合金より劣ります。板厚や熱履歴も機械的特性に重要で、厚肉は急冷時の冷却が遅いため固溶処理時間の延長や時効条件の調整がないとT6水準の強度に達しにくくなります。溶接後の熱影響部（HAZ）は通常軟化し、再度の固溶処理及び時効を行わなければ局所降伏強さが低下します。
| 特性 | O/退火 | 代表的硬質状態（例：T6/T651） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ（MPa） | 140 – 220 | 260 – 340 | 製品形状と板厚に依存。供給者データを参照すること |
| 降伏強さ（0.2%オフセット、MPa） | 60 – 140 | 200 – 320 | T6が設計上最も使いやすい降伏強度。Oは成形重視時に使用 |
| 伸び（％） | 12 – 25 | 6 – 14 | 強度および板厚の増加に伴い伸びは減少 |
| 硬さ（HB） | 40 – 70 | 85 – 120 | 時効による硬度上昇。硬さは硬質状態や評価方法で変動 |
物理的特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | アルミ圧延合金に典型的。重量設計計算に使用 |
| 融点範囲 | 固相線 約555°C – 液相線 約650°C | 合金の溶融範囲。純アルミに比べて固相線は低め |
| 熱伝導率 | 140 – 170 W/m·K（標準値） | 純アルミより低いが放熱用途に充分良好 |
| 電気伝導率 | 約28 – 38 % IACS | 合金元素により純アルミより低下。硬質状態によって変動。 |
| 比熱 | 約0.9 J/g·K（900 J/kg·K） | 熱容量計算に有用 |
| 熱膨張率 | 約23.0 – 24.5 µm/(m·K) | 他のAl-Mg-Si合金と同程度。異種金属接合時の考慮が必要 |
これらの物理的特性は、軽量設計や熱管理におけるアルミの利点を強調しています。6065は熱伝導性に優れた放熱部品用途に適している一方、より純度の高いグレードよりも機械的性能が高いです。電気伝導率は多くのバスバーや筐体用途で十分ですが、1xxx系合金よりは低く、導体断面積を検討する際には強度とのトレードオフを設計者が確認する必要があります。熱膨張は鋼板や複合材と組み合わせる場合に応力疲労を避けるため考慮すべき重要パラメータです。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚み／サイズ | 強度特性 | 一般的な硬質状態 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.4 – 6.0 mm | 薄板では時効後に良好な強度を示す | O, T4, T5, T6 | パネルや成形ハウジングに一般的；薄板は時効反応が迅速 |
| プレート | 6.0 mm超 ～ 150 mmまで | 焼入れ感受性のため、熱処理後の強度がやや低下する場合がある | O, T6（限定的） | 厚肉部は芯部の軟化を避けるために最適な熱処理が必要 |
| 押出材 | 断面寸法は数百mmまで | 時効により断面に沿って均一な強度を発揮 | T5, T6, T651 | 広く使用され、複雑な形状も高精度に製作可能 |
| チューブ | 外径10 – 200 mm（肉厚に依存） | 押出材と同様の強度；溶接チューブでは熱影響部を考慮 | O, T6 | 構造用および流体搬送用に使用；溶接・無縫製タイプあり |
| 丸棒／ロッド | 直径3 – 100 mm | 優れた軸方向特性；時効反応はプレートと類似 | O, T6 | 機械加工および製作品の材料としてストック形状 |
6065の主な商用形態は押出材であり、Mg-Si系合金の化学組成が複雑なダイ内での良好な流動性と表面仕上げを可能にし、その後の時効処理で予測可能な機械的特性を得られます。プレートや厚肉部では焼入れと時効に課題があり、設計者は通常、厚みを制限するか均一な特性を得るために改良された時効処理を指定します。シート形状は成形パネルやハウジングに一般的で、硬質状態の選択で成形性と最終使用強度のバランスをとっています。
相当鋼種（Equivalent Grades）
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 6065 | アメリカ | 供給業者のデータシートで使用されるAluminum Associationの指定 |
| EN AW | 6065 | ヨーロッパ | EN AW-6065が一般的；化学成分および機械的特性はAA規格と整合 |
| JIS | — | 日本 | 広く使われる直接的なJIS相当品はなし；AAやEN規格、または材料化学成分を指定 |
| GB/T | 6065 | 中国 | GB規格のバリエーションが存在する可能性あり；地域の規格番号と硬質状態の仕様を確認すること |
6065は世界的に一般的なMg-Si系析出硬化合金であるため、規格間の照合は概ね容易です。ただし、各地域の微小な組成許容差や加工習慣は異なるため、重要な用途では調達文書に記載された化学成分および機械的仕様を必ず確認してください。JISに直接の相当品がない場合はAAまたはENの指定と完全な組成、機械的特性要件を合わせて指定するのが一般的です。
耐食性
大気雰囲気下では、6065は6xxx合金に典型的な良好な一般耐食性を示し、さらに陽極酸化や有機被覆により耐食性を向上可能です。海洋環境や塩化物を含む条件下では一定の耐食性を持ちますが、マグネシウム含有の5xxx系合金ほどの耐食性はありません。設計では隙間腐食を避ける工夫や保護仕上げが推奨されます。応力腐食割れ（SCC）感受性は多くの高強度7xxx系より低いものの、6065も塩化物を含む過酷な条件下で引張応力を受けるとSCCが発生する可能性があります。残留引張応力の回避や溶接関連組織の制御によりリスクを低減できます。
ガルバニック腐食はアルミニウムの一般的な傾向に従い、6065は多くのステンレス鋼や銅合金に対して陽極性を示します。異種金属接合部では陽極保護や犠牲陽極の使用が一般的な対策です。1xxx系と比較すると6065は強度が著しく高い反面、電気伝導率がやや低く、保護被覆が損なわれた場合に局所腐食の感受性がやや高くなることがあります。適切な表面処理、被覆、および陽極酸化は過酷な環境下での長期性能維持に有効です。
加工特性
溶接性
6065はTIGやMIGなど一般的な溶融溶接プロセスで良好に溶接可能で、適切なフィラー材料選定により他のMg-Si系合金と同等の溶接性を示します。代表的なフィラー材料は熱割れ低減と流動改善のためのER4043（Al-Si）や、溶接後の高い強度および耐食性が求められる場合のER5356（Al-Mg）であり、必要な機械的・耐食性能により選択されます。熱影響部はT6母材に比べて軟化し、溶接部全体でT6強度を回復させるには溶体化処理および再時効が必要ですが、完成品での実施は稀です。溶接パラメータ、前後処理、接合設計の厳密な管理により、歪みや熱影響部の性能低下を最小限に抑制します。
機械加工性
6065の機械加工性は中程度で、多くの6xxx系合金と同等です。高強度アルミ合金よりは加工しやすいものの、自由加工性合金ほど容易ではありません。カーバイド工具の正面角度をつけ、十分な冷却を行うことで、ビルドアップエッジを防ぎ高切削速度時の表面品質を維持できます。一般的な加工指針としては中～高速の主軸回転数と切りくず制御のためのやや増し送りが推奨されます。適切な工具形状と安定したチャック保持により良好な表面仕上げが得られます。厳しい公差を持つ部品では硬質状態や前処理履歴が重要で、残留応力やばね係数が加工後の寸法安定性に影響します。
成形性
冷間成形や曲げ加工はOまたはT4の軟らかい硬質状態で行うのが最適で、これらはタイトな曲げRや複雑形状に必要な延性を備えています。T6硬質状態では成形性が低下し、亀裂やエッジ割れ防止のため最小曲げ半径を大きくする必要があります。一般的な設計指針では、T6で板厚の2～3倍、Oで0.5～1倍の内曲げ半径が推奨されますが、形状や工具により異なります。曲げ加工による加工硬化は局所的な降伏強さを高め、その後の成形や熱処理を複雑にする場合があります。大規模成形では焼なましや溶体化・時効処理を工程に組み込み、寸法安定性と最終機械的特性を管理します。
熱処理反応
6065は熱処理可能な合金で、古典的な析出硬化系列（溶体化処理、急冷、人工時効）に応答します。典型的な溶体化処理温度は520～550°Cの範囲で、均一な溶解を促進するため十分な保持時間が必要で、その後急冷により過飽和状態を保持します。人工時効は通常160～175°Cで数時間行い、ピーク硬さを得ます。