アルミニウム6066：組成、特性、焼きもどしガイドおよび用途
共有
Table Of Content
Table Of Content
総合概要
6066合金は6xxxシリーズのアルミニウム・マグネシウム・シリコン合金に属しており、Mg-Si合金設計系を採用して熱処理時にMg2Si析出物を形成します。このシリーズの一員として、6066は析出硬化を利用した熱処理型アルミニウム合金であり、純アルミニウムや非熱処理型合金と比べて高い強度を実現します。
6066の主要な合金元素はシリコンとマグネシウムであり、また微量の銅、クロム、チタンが微細組織の制御と強度および靭性の向上を目的に添加されることが多いです。これらの元素は、ピーク時の降伏強さ、破壊靭性、溶接性、応力腐食割れ抵抗のバランスを保ちながら、適切な加工性も確保できるように選定されています。
6066の主な特長は、熱処理条件での高い引張強さと降伏強さ、Al-Mg-Si合金としての中程度の耐食性、適切なフィラー材を用いた良好な溶接性です。成形性は中間的で、固溶化および自然時効した軟化材は非常に良好な成形性を示し、ピーク時効硬化した材は成形性を犠牲にして強度を高めています。
6066を使用する代表的な産業は、自動車や鉄道などの輸送機器、航空宇宙の二次構造材や付属品、一般的な工業用押出材、そして溶接性を損なわずにより高強度な6xxx系合金を必要とする用途です。エンジニアは、6xxx系で熱処理による強度、良好な押出加工性、そして6061や6063に比べ特定形状で機械的性能を向上させたい場合に6066を選択します。
熱処理状態の種類
| 熱処理状態 | 強度レベル | 伸び率 | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 | 優秀 | 優秀 | 完全に焼なましされた状態で、成形・加工に最適 |
| T4 | 中程度 | 良好 | 良好 | 良好 | 固溶処理後、自然時効させた状態でバランスの良い特性 |
| T5 | 中程度から高 | 中程度 | 普通 | 良好 | 高温から冷却後、人工時効した状態 |
| T6 | 高 | 中から低 | 低減 | 良好 | 固溶熱処理後、人工時効してピーク強度を得る状態 |
| T61 / T651 | 高 | 中程度 | 低減 | 良好 | T6に応力除去（機械的または熱的）を施し寸法安定性を向上させた状態 |
| H14 | 中程度 | 中程度 | 制限される | 良好 | 加工硬化状態で冷間加工による強化は限定的 |
| H24 | 中程度から高 | 中程度 | 制限される | 良好 | 加工硬化後、部分的に焼戻し；成形性と強度の折衷状態 |
熱処理状態の選択は6066における強度と延性のトレードオフを強く左右します。固溶熱処理と人工時効を組み合わせた（T6系列）状態は、微細なMg2Si析出により最高の静的強度を示す一方で、OおよびT4状態は複雑な形状の成形や引張伸びを優先します。
溶接構造体では、設計者はしばしばT61/T651を指定するか、熱影響部の寸法安定や強度回復のために溶接後熱処理を計画します。加工硬化系のH系熱処理状態は熱処理を省けますが、到達可能なピーク強度は制限されます。
化学成分
| 元素 | 含有量範囲（%） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.40–1.00 | 析出物（Mg2Si）の制御および鋳造時の流動性調整；強度と溶接性に影響 |
| Fe | ≤0.80 | 不純物元素；多量だと脆性相を生成し延性・靭性が低下 |
| Mn | ≤0.50 | 微量添加で結晶粒を細かくし靭性を向上；過剰添加は導電率低下の原因 |
| Mg | 0.80–1.50 | 主要強化元素（Mg2Siを形成）；量が多いほど強度と時効硬化性が向上 |
| Cu | 0.15–0.50 | 強度向上と時効応答の改善；高すぎると局所腐食に敏感に |
| Zn | ≤0.25 | 通常は低含有；増加するとわずかに強度向上するが応力腐食割れの影響も |
| Cr | 0.04–0.30 | 再結晶制御と結晶粒制御に寄与；熱間加工後も強度を維持 |
| Ti | ≤0.15 | 鋳造・均質化時の晶粒微細化剤；靭性と押出加工性向上に有効 |
| その他 | 残りはAl（各元素残留は0.05%以下） | アルミニウムが基体であり、微量元素は有害相の形成を抑制 |
合金成分は、時効によるMg2Si析出物の微細分散と鋳造・押出時の結晶粒制御を目的に調整されています。銅やクロムは降伏強さや引張強さの向上のために意図的に添加され、一方でクロムやチタンは熱処理サイクル中の過剰な再結晶を抑制します。
微量元素の添加や不純物限界（Fe、Siバランス）は薄肉部品で特に重要であり、疲労時のき裂発生源となる金属間化合物の制御や冷間成形品の伸び低下防止に関わります。熱処理設計にはこれら組成依存の反応速度を考慮する必要があります。
機械的性質
6066の引張挙動は典型的な析出硬化反応を示し、焼なまし材は低い降伏強さと高い延性を有しますが、固溶処理後人工時効を施した状態は降伏強さや引張強さが著しく向上します。T6系の熱処理状態は降伏強さと引張強さの比率が構造用途に適しており、最大硬度に近づくにつれて破断伸びが減少します。
硬さは時効状態および結晶粒サイズに比例し、ピーク時効T6は最大のブリネル硬さ・ビッカース硬さを示し、局所的なへこみ抵抗も改善されます。疲労性能は表面仕上げ、熱処理や応力集中部の有無に大きく影響され、押出・鍛造品は微細析出物の分布により繰り返し荷重に強いものの、表面欠陥や腐食ピットには敏感です。
板厚や断面形状も達成可能な強度に影響を与え、薄板は固溶処理と急冷が容易で均質かつピーク特性を発揮しやすいのに対し、厚板はオーバーエイジングを起こし部分的に強度低下する場合があります。
| 項目 | O／焼なまし | 代表的熱処理（T6 / T651） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 160–220 MPa | 320–380 MPa | T6のピーク値は断面厚さや熱処理スケジュールにより変動 |
| 降伏強さ | 80–140 MPa | 260–340 MPa | 時効で降伏強さが著増；T6は降伏／引張比が0.75–0.90程度 |
| 伸び率 | 15–25% | 6–12% | 時効に伴い伸び率低下；試験片形状や熱処理状態による差異有り |
| 硬さ（HB） | 40–70 HB | 85–130 HB | 硬さは引張強さおよび時効状態と相関 |
物理特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | Al-Mg-Si系鍛造合金として標準的な値で、強度対重量比計算に有用 |
| 融点範囲 | 約555–650 °C | 固相線・液相線の範囲でシリコンや添加元素により変動 |
| 熱伝導率 | 140–170 W/m·K | 純アルミよりやや低いが熱拡散用途に充分適合 |
| 電気伝導率 | 約30–45 %IACS | 高純度アルミより低く、合金成分や冷間加工でさらに低下する |
| 比熱 | 約880 J/kg·K | 室温付近の一般的なアルミ合金値；温度変化で若干変動 |
| 熱膨張係数 | 23–25 µm/m·K（20–100 °C） | 他6xxx系と同等程度で、熱サイクルや組立設計で重要 |
6066は中程度の熱伝導率と低密度を活かせる用途、例えば放熱板や軽量構造材に適しています。異種材料との接合設計では熱膨張の違いによる熱応力や疲労の発生を考慮する必要があります。
電気伝導率は特定の導体用途には適していますが、機械的強度とのバランスで妥協されており、伝導率重視の場合は低合金度のアルミ材を検討するべきです。
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 |
|---|---|---|---|---|
| 板材（シート） | 0.4–6.0 mm | 薄板では均一；O/T4は良好な成形性 | O, T4, T5, T6 | パネル、熱交換器、成形部品に使用 |
| プレート | 6 mm以上 〜 150 mm超 | 厚板では焼入れ感度により強度低下のことがある | T6, T651 | 厚板は管理された焼入れが必要で、時効勾配が生じることがある |
| 押出材 | 複雑な断面形状、大型プロファイルまで対応 | 方向性の強度に優れる；押出速度が析出分布に影響 | T4, T5, T6 | 構造用プロファイルやレールに広く使用 |
| 管材 | Ø 小径から大径まで | 成形方法（押出材か溶接材か）で特性が異なる | O, T6 | シームレスまたは溶接管で構造用・流体取扱い用途 |
| 丸棒・棒材 | Ø 小径から200 mmまで | 調質により加工性が変動；T651は寸法安定性に優れる | O, T6, H14 | 機械加工フィッティング、スタッド、各種部品に使用 |
6066の圧延製品は通常、想定される加工に合わせた調質で供給されます。深絞り向けには軟化処理、成形および時効用にはT4/T5、完成構造部品にはT6/T651が適用されます。押出加工は6066の良好な熱間加工性および押出後の高い冷間加工能や析出硬化性を活かせる点がメリットです。
プレートと押出の加工差異は熱機械的履歴に基づく異方性を生じさせるため、重要構造部材の設計時には方向性引張・疲労データの参照が推奨されます。また、厚板加工時の反り防止には応力除去処理を検討してください。
同等鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 6066 | 米国 | Wrought Al-Mg-Si合金；一部サプライヤーカタログやAMS規格で認知されている |
| EN AW | 6066 | ヨーロッパ | 同様に参照されることが多い；EN規格では化学成分範囲が類似した合金として記載されることがある |
| JIS | A6066 | 日本 | 国内仕様で類似化学組成を示す日本鋼種指定 |
| GB/T | 6066 | 中国 | 類似組成を持つ6066合金が中国規格として存在するが、地元管理値は異なる |
規格間の同等性はあくまで概算であり、化学成分の限界値や調質定義により差異があります。熱処理方法や調質コードが地域により異なるため、機械的特性の1:1対応は常に保証されません。重要用途ではサプライヤーのミル証明書や機械試験データの検証が必須です。
微量元素や不純物最高値の違いは疲労特性や破面靭性など機械性能に影響を及ぼすことがあり、溶体化処理時間、冷却媒体、人工時効曲線などのプロセス指定を伴うことで規格間の性能差を縮小できます。
耐食性
6066は大気環境下でAl-Mg-Si系合金に典型的な耐食性を示し、保護的なアルミナ被膜を形成して均一腐食を抑制します。適切な合金添加および調質条件により孔食や粒界腐食の感受性を低減していますが、銅の含有量が高い場合は局所的に耐食性が低下し、過酷な環境でリスクが増加します。
海洋環境では陽極酸化処理や塗装による表面保護が行われていれば、洋上構造物や船舶の二次構造物として一般的に許容されます。塩化物環境は孔食および隙間腐食のリスクを高めるため、設計詳細やコーティング、犠牲陽極等の陰極防食措置が長期耐久性維持に必要です。応力腐食割れ（SCC）の感受性は高銅系2xxxシリーズより低いものの、引張応力と腐食性媒体下では発生の可能性があり、調質や残留応力がSCCリスクに影響します。
異種材料との接触腐食では、相手材に応じて6066が陽極または陰極に作用するため、その露出を抑制する設計が望まれます。ステンレス鋼やチタンとの組み合わせではアルミニウムが陽極として優先腐食を受けます。5xxx（Al-Mg）系列合金と比較すると、6066は純粋な耐食性をやや犠牲にする代わりに強度や熱処理性に優れ、一般的な2xxx高強度合金より優れた耐食性を維持します。
加工特性
溶接性
6066は適切な溶接ワイヤー（ER4043またはER5356など）を用いればTIG/MIGなど一般的なアーク溶接法で良好に溶接可能です。熱影響部は析出物の溶解および粗大化により局所的に軟化するため、重要な接合部では溶接後熱処理や局所的な冷間加工で強度回復が必要となることがあります。
6xxx系は高銅系合金に比べて熱割れ発生リスクが低いものの、溶接金属の組成管理や接合形状設計により凝固範囲の制御と異物混入抑制が重要です。前処理の洗浄や熱入力管理は多孔質の低減と溶接品質の安定化に寄与します。
加工性
6066は軟化処理（O）およびT4状態での加工性が良好から普通で、柔らかい調質ほど工具寿命や仕上がり面粗さが向上します。超硬工具を用い、ポジティブラケおよび高速切削条件での加工が推奨され、生産性向上に役立ちます。アルミニウムの切削速度は工具材質と剛性に応じて200〜600 m/minの範囲で使用されます。
ダクトイルな性状のため切りくず制御も良好です。切削油・冷却液の選択が表面品質および切り屑排出に影響を与えます。高強度のT6調質では切削力が増大し工具摩耗が進行しやすいため、加工前に調質を考慮した工程設計が重要です。
成形性
OおよびT4調質は非常に良好な成形性を示し、深絞りや複雑プレス加工において板厚に対して小さい最小曲げ半径が可能です。H系調質での冷間加工は降伏強さを高める一方で延性を低下させるため、成形用の調質指定と最終強度向上のための成形後時効硬化の検討が必要です。
温間成形や制御された予時効処理により複雑形状の成形性向上が期待でき、高強度調質では反り（スプリングバック）が顕著になるため、金型設計や有限要素法による工程シミュレーションで補正してください。
熱処理挙動
6066は溶体化処理、焼入れ、人工時効によりMg2Si析出を促進しピーク強度を発現する熱処理可能合金です。典型的な溶体化温度は520〜545 °Cの範囲で、合金元素を均質化するのに十分な保持時間を経て急冷し、過飽和固溶体を保持します。
人工時効（T6）は一般的に150〜190 °Cの範囲で板厚と要求強度・靭性のバランスに応じて時間調整されます。過時効すると強度低下するが靭性や応力腐食抵抗性が向上します。T調質遷移（T4→T6）は成形時の展延性を確保し最終強度を得るために使用されます。
熱処理しない場合は冷間加工で強度向上が可能ですが、析出硬化が発現するピーク値には達しません。軟化処理（O）は成形や溶接前の延性回復と残留応力除去に用いられます。
高温下性能
6066は温度上昇に伴い析出物が粗大化・溶解するため強度は徐々に低下します。実用上は約120〜150 °Cまでは有効な強度が維持されますが、200 °C以上では著しい軟化が見られます。高温下でのクリープ耐性は特殊高温合金に比べ限られており、高温荷重の継続使用には代替材料の検討が望まれます。
大気中では保護性アルミナ被膜により酸化は最小限に抑えられますが、長時間の高温曝露は表面酸化物の特性を変化させ、後続塗装の密着性に影響することがあります。溶接熱影響部は過時効や微細構造の粗大化により高温性能低下の懸念箇所です。
設計者は長期使用時に対しては保守的な耐力低減係数の適用と、熱サイクル曝露部品への溶接後・成形後安定化処理を検討してください。
用途
| 業種 | 代表的な部品 | 6066が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | 構造用押出材、クロスメンバー | 軽量構造部品向けに、6000系基準合金よりも高い強度を持つため |
| 海洋 | 上部構造部品、手すり | 海洋環境に適した良好な耐食性と溶接性 |
| 航空宇宙 | 二次部品、取付ブラケット | 高い強度対重量比と熱処理による特性制御が可能 |
| 電子機器 | ヒートシンク、シャーシ | 良好な熱伝導性と加工性の両立 |
6066は、より高い強度を持つ6xxx系合金が、成形性、溶接性、機械的性能のバランスに優れた部品において選ばれることが多いです。複雑な形状への押出加工と、その後の時効硬化による高強度化が可能で、軽量構造部品や熱管理用部品に実用的な選択肢となっています。
エンドユーザーは、一般的な製造工程への適応性と、時効処理や処理状態の選択による特性調整機能から恩恵を受けられます。
選定のポイント
特定の形状で6061や6063よりも高い強度を要求しつつ、良好な溶接性と適度な成形性を維持したい場合は6066を使用してください。押出材や板材断面でより優れた機械的性能を求めつつ、コストの高い、または耐食性に劣る合金へ移行したくない場合に論理的な選択肢となります。
商用純アルミニウム（1100）と比較すると、6066は導電性や成形の容易さを犠牲にして、はるかに高い強度と寸法安定性を実現しています。電気特性や極端な成形性が最優先の場合は1100を選んでください。加工硬化系合金の3003や5052と比べると、6066はより優れた強度と時効硬化能力を持ちますが、銅含有量により特定の局所腐食にやや敏感な場合があります。最大の延性と耐食性が必要な海洋用板材は3xxx/5xxx系を選定してください。
一般的な時効処理合金である6061や6063と比較して、6066はより高い時効強度、特定の押出性能、または特有の処理状態安定性が求められる場合に選定されますが、入手性がやや低く、コストが若干高い場合があります。6066を直接代替として使用する際は、供給者のデータと処理状態の管理を必ず確認してください。
まとめ
6066は6xxx系ファミリーの中で高性能合金の一つとして、構造強度を高めつつAl-Mg-Si合金の多くの加工メリットを保持する設計の可能性を提供します。バランスのとれた化学組成、優れた熱処理応答性、押出及び加工材への適用性により、優れた強度対重量比と良好な溶接性が求められる輸送、航空宇宙、エンジニアリング分野での幅広い用途に実用的な選択肢となっています。