アルミニウム6069：化学成分、特性、調質ガイドおよび用途

総合概要

6069は6xxx系アルミニウム合金の一種で、主にマグネシウムとシリコンを添加し、Mg2Siの強化相を形成しています。6xxx系合金として、熱処理による析出硬化性合金に分類され、多くの加工硬化した1xxx〜5xxx系合金よりも高い強度を発揮しつつ、優れた成形性と耐食性を兼ね備えています。

主要な合金元素はシリコンとマグネシウムで、鉄、銅、クロムやチタンなどの微量元素が強度、結晶粒構造および熱処理に対する応答性を調整しています。強化機構は主に固溶化熱処理後に人工時効を行い、微細に分散したMg2Si析出物が転位の移動を阻害し、降伏強さと引張強さを向上させることです。

6069の主な特徴は、高い強度と良好な大気中耐食性のバランス、適切な母材および溶接材料を用いた場合の合理的な溶接性、そして軟質の調質での中程度の成形性です。自動車用構造部品、航空機用金具、精密押出成形品、強度、機械加工性、耐食性の組み合わせが求められる一般工学部品の分野で広く使用されています。

エンジニアは6063より高い構造強度を得たい場合や、7xxx系の高強度合金よりも優れた押出性と表面仕上げを必要とする場合に6069を選択します。6061より押出性や特定の時効応答を重視する用途や、非熱処理合金に対して合理的な耐食性を保ちつつ優れた強度／重量比が求められる際にも選ばれます。

調質バリエーション

調質	強度レベル	伸び	成形性	溶接性	備考
O	低	高	非常に良い	非常に良い	最大の延性を有する完全焼きなまし状態
H14	中	中～低	良い	良い	加工硬化、限定的冷間加工強化
T4	中	中	良い	良い	固溶化熱処理後自然時効
T5	中～高	中	良い	良い	高温から急冷後、人工時効
T6	高	低～中	普通	良い	固溶化熱処理後人工時効でピーク強度
T651	高	低～中	普通	良い	固溶処理後、引張応力除去（伸線処理）し、その後T6時効

調質は析出物の大きさや分布を変化させることで6069の機械的性質や加工挙動に大きな影響を与えます。固溶化処理は合金元素を溶解させ、急冷により過飽和固溶体として固定し、後段の制御された時効で強化析出物を生成します。人工時効（T5/T6）では微細なMg2Si析出物が発達し、降伏強さおよび引張強さが向上しますが、OやT4調質に比べて伸びや鋭角の曲げ加工性が低下します。

化学成分

元素	含有範囲（％）	備考
Si	0.6–1.2	Mg2Si析出物形成の主成分
Fe	0.10–0.50	不純物元素。強度や介在物の形成に影響
Mn	0.0–0.20	微細構造修飾、強度やテクスチャ向上効果
Mg	0.8–1.4	Siと結合して強化析出物Mg2Siを形成
Cu	0.0–0.25	微量添加により強度増加。ただし耐食性低下の可能性あり
Zn	0.0–0.25	微量。過剰は介在物形成や脆化促進
Cr	0.00–0.10	結晶粒構造および再結晶傾向の制御
Ti	0.00–0.15	結晶粒微細化に寄与
その他	バランス／微量	残留元素や微量元素は特性維持のため制限

シリコンとマグネシウムはMg2Si相の化学組成を通じて析出硬化能力を決定します。シリコンは化学量論および析出核生成挙動を制御し、マグネシウムは強化析出物の体積比率を制御します。鉄や銅のような微量元素は鋳造時の介在物や陽極酸化処理の外観、局所腐食の耐性に影響を及ぼします。クロムやチタンは熱機械加工時の結晶粒制御および再結晶挙動に利用されます。

機械的性質

6069の引張挙動は調質に強く依存します。焼きなまし状態では降伏強さが比較的低く、破断強さは中程度で延性に富む引張曲線を示します。一方、T6調質などピーク時効状態では降伏点の上昇と高い引張強さが見られ、均等伸びは低下します。降伏挙動ははっきりとした比例限界を示し、その後の加工硬化量は高純度アルミに比べ控えめですが、構造用として十分です。

伸びはO調質で二桁パーセント台と高く、ピーク時効調質では一桁台または低い二桁台になります。設計時には時効硬化に伴う曲げ加工性や切欠き感受性の低下を考慮する必要があります。硬さは引張強さと良好に相関し、時効管理の指標としてブリネル、ロックウェル、ビッカース硬さが一般的に用いられます。ピーク時効6069は焼なまし状態に比べ硬さが大幅に向上します。

疲労性能は押出表面の清浄性と、必要に応じて溶接後熱処理を行うことで向上しますが、表面の欠陥や加工痕、溶接欠陥に対して敏感です。板厚は強度および時効速度に大きな影響を与え、厚板ほど固溶化時間が長くなり、急冷に伴う残留応力や析出の不均一性が起こりやすい傾向があります。

特性	O／焼きなまし	主要調質（T6／T651）	備考
引張強さ	120–180 MPa（代表値）	280–340 MPa（代表値）	ピーク時効強度は成分や時効条件に依存
降伏強さ	60–110 MPa（代表値）	240–300 MPa（代表値）	固溶化後の冷却速度に敏感
伸び	12–30％	6–12％	調質強化に伴い伸びは減少
硬さ	25–50 HB	85–120 HB	硬さは時効状態の指標として管理される

物理的性質

特性	値	備考
密度	約2.70 g/cm³	Al–Mg–Si合金として標準的。重量計算に影響
融点範囲	約555–650 °C	固相線－液相線の範囲はSi/Mgおよび微量元素に依存
熱伝導率	約140–170 W/m·K	純アルミより低いが熱管理用途に十分良好
電気伝導率	約28–38 % IACS	合金化により純アルミに比べ低下。調質影響は軽微
比熱	約0.90 J/g·K	過渡熱解析などに有用
熱膨張係数	約23–24 µm/m·K（20–100 °C）	他の6xxx系合金と同等、熱応力設計で重要

密度および熱物性により、6069は高い強度対重量比と適度な熱伝導性が要求される自動車部品や電子機器の放熱部品に適しています。融点範囲は溶接やろう付け作業の指針となり、過度の局所加熱による結晶粒粗大化や過時効を避ける必要があります。

電気伝導率は中程度で、合金元素添加や冷間加工により若干低下します。電気的・電磁的用途での使用時にはこの点を考慮してください。熱膨張率はアルミ合金として一般的であり、異種材料との組み合わせ時に熱応力や密閉性の問題を防ぐために設計段階で検討が必要です。

製品形態

形態	代表的な厚さ・サイズ	強度特性	一般的な硬質状態	用途・備考
シート	0.3〜6.0 mm	均一な厚みでエイジング挙動が予測可能	O、T4、T5、T6	ボディパネル、筐体、ヒートシンクに使用
プレート	6〜50 mm	固溶処理に長い浸漬時間が必要	O、T6、T651	機械加工部品向け構造用プレート
押出材	複雑な形状、肉厚1〜25 mm	エイジング後に良好な強度	T4、T5、T6	構造用フレームや断面材に広く利用
チューブ	外径6〜250 mm	押出および引抜加工により異なる	O、T4、T6	ハイドロフォーミングまたは引抜加工による管状構造
丸棒・棒材	3〜200 mm	機械加工向けのソリッド素材	O、T6	継手、ファスナー、機械加工部品に使用

6069は、押出加工後の表面仕上げの滑らかさや断面精度に優れるため、シートや押出材が主流の商用形態です。一方でプレートや棒材は、化学組成の均質化や偏析除去のためにより積極的な熱処理が必要であり、一般的にOまたは応力除去状態で販売され、その後の熱処理に対応できるようになっています。

成形方法は製品形態によって異なり、シートの曲げ加工やハイドロフォーミングにはOやT4などの軟質硬質状態が適しています。構造用の押出断面材は通常、成形後に強度最適化のためT5/T6にエイジングされます。機械加工の戦略では硬質状態や断面厚さを考慮し、過度な加工硬化や熱軟化を避けることが重要です。

同等グレード

規格	グレード	地域	備考
AA	6069	アメリカ	Aluminum Associationの主要指定名
EN AW	6069	ヨーロッパ	概ね同等の呼称。硬質状態ごとの規格確認推奨
JIS	A6069	日本	類似の組成管理。詳細はJIS規格参照
GB/T	6069	中国	ローカル規格に対応。化学成分は概ね類似

各規格間の同等グレードは名目的に類似していますが、不純物限界や保証機械的性質、許容される硬質状態に微細な差異がある場合があります。国際調達において6069を指定する際は、正確な規格、硬質状態、さらには表面仕上げ、直線度や受入基準などの追加要件を確認し、互換性を確保することが重要です。

耐食性

6069はAl2O3の保護的受動膜と適度な合金元素レベルにより、6xxx系合金特有の良好な大気腐食抵抗を示します。産業用大気下でも性能が安定しており、陽極酸化処理を施すことで局部腐食耐性の向上および外観の耐久性がさらに増します。

海洋環境下では海水および飛沫ゾーンに対して許容範囲の耐性を示しますが、5xxx系（Mg含有量の高い合金）ほど塩化物含有量の高い条件に強くはありません。そのため長期間の海洋暴露には表面処理、カソード防食または犠牲被覆の検討が必要です。応力腐食割れの感受性は高強度7xxx系に比べれば低いものの、引張残留応力、溶接部および特定の硬質状態においては条件次第で感受性が高まることがあります。

ステンレス鋼や銅などより貴な材料とのガルバニック作用により、電解質が存在すると6069の局部腐食が促進されることがあります。設計段階で直接接触を避けるか絶縁バリアおよび適切なファスナー選択を用いて対策することが推奨されます。1xxx系および5xxx系合金と比較すると、6069は耐食性の一部を強度や熱処理適性の優位性とトレードしていますが、高強度で耐食性の低い2xxx系および7xxx系合金に比べれば好ましい選択肢となります。

加工特性

溶接性

6069は、適切なフィラー合金（目的の特性に応じてER4043/ER4047またはER5356など）を選択すれば、TIG（GTAW）やMIG（GMAW）などの一般的な溶融溶接法で良好に溶接可能です。ホットクラックのリスクは中程度で、接合設計や肉厚の厚い部分への予熱処理、適合するフィラー金属の使用により制御されます。銅含有フィラーは強度向上に寄与しますが、耐食性を低下させる場合があります。ピークエイジング状態では熱影響部（HAZ）の軟化が発生し、溶接後の再エイジングまたは局所的な再溶体化・エイジング処理が必要になることがあります。

切削加工性

6069の切削加工性は一般的に中程度と評価され、多くの7xxx系合金よりも加工硬化が少なく、銅高含有合金と比較して切りくずの形成が良好です。正のヨーク角を持つ超硬工具で高速切削を行うと最良の表面仕上げと工具寿命が得られます。工具温度管理のために冷却剤の使用が推奨され、ビルドアップエッジの発生を抑制します。切りくず制御は概ね良好ですが、断面変化がある部位ではチャタリングや寸法オーバーを防ぐため慎重な加工プログラムが必要です。これは軟質状態の素材を加工するためです。

成形性

成形性はアニーリング状態のOおよび自然エイジングのT4硬質状態で非常に優れており、厚みや工具に応じて適切な曲げ半径が実現可能です。軟質硬質状態の薄板では最小曲げ半径が厚さの約1～2倍にまで近づく場合もあります。冷間加工により強度は向上しますが、延性は低下するため、複雑な成形は通常、T5/T6部品の最終エイジング前に行われます。鋭角曲げや深絞りの場合は軟質硬質状態と制御された潤滑が望ましく、成形後に必要な機械的特性を得るためのエイジング処理も検討されます。

熱処理挙動

6069は熱処理可能合金であり、固溶処理、焼入れおよび人工エイジングによってピーク強度を得ます。固溶処理は通常、約500〜540 °Cで行われ、肉厚に応じて浸漬時間を調整しMgおよびSiをAlマトリックスに溶解させます。その後、迅速冷却することで過飽和固溶体を保持します。肉厚部の急冷不十分は部分的な析出およびエイジング反応の低下、機械的性質の不均一化を招きます。

人工エイジング温度は一般的に150〜185 °Cの範囲で、T5/T6スケジュールに合わせて強度と靭性のバランスを調整します。低温ではエイジング時間が長く靭性が向上し、高温ではピーク強度の到達が速いものの延性は低下します。T硬質状態の移行は冷間加工とエイジングの組み合わせ（例：T4からT6）であり、過エイジングを避けるために厳密な管理が必要です。過エイジングは強度低下および耐食性悪化を招きます。

非熱処理加工のアニーリングは、再結晶化のため高温での完全アニーリングサイクルが施され、その後ゆっくり冷却されてO硬質状態となり延性を最大化します。冷間変形による加工硬化は可能ですが、析出硬化ほどの恒久的強化は得られず、小さな調整や特定成形工程で利用されることが多いです。

高温特性

6069は中程度の高温下で有用な強度を維持しますが、ほとんどのAl–Mg–Si合金同様、約100〜150 °Cを超えると析出物の粗大化により変形障害が減少し、強度が段階的に低下します。人工エイジング温度域に近いかそれ以上の連続使用では、降伏強さや疲労強度が著しく低下するため、設計者は熱安定化対策や代替合金の検討を行う必要があります。

アルミニウムの安定した酸化皮膜により酸化は最小限ですが、高温長時間暴露でスケーリングや表面外観・放射率の変化が起こる場合があります。溶接部周辺の熱影響部は高温熱サイクルで局所的に軟化し、クリープ耐性も低下します。高温用途の部品は長期の微細構造安定性および寸法の信頼性評価が不可欠です。

6069のクリープ耐性は高温用特殊合金に比べて限定的であり、高温での持続荷重には通常依存されません。熱サイクルまたは長時間高温暴露を伴う用途では設計マージンやサービス試験が推奨されます。

用途例

産業分野	代表的な部品	6069が選ばれる理由
自動車	構造用押出材およびシャーシブラケット	強度、押出加工性、適度な耐食性のバランス
海洋	非重要構造部材および継手	大気および飛沫域での良好な耐食性と陽極酸化処理適性
航空宇宙	二次継手部品やシールフレーム	強度対重量比および予測可能なエイジング性
電子機器	筐体およびヒートシンク	熱伝導性と精密部品向けの加工性

6069は、6061に類似した強度と6063のような押出加工性の間で妥協が必要な設計者にしばしば選ばれ、複雑な押出断面材に対して押出後にエイジング処理で目標強度を達成します。また機械加工性や表面仕上げの良さから、二次加工を伴う精密部品への適用にも適しています。

選定のポイント

6069は、熱処理可能な合金でありながら、一般的な加工硬化合金よりも高い強度を持ち、優れた押出し成形性と表面仕上げが求められる場合に選択してください。特に複雑な押出形状や精密加工部品を成形後に時効処理して強度を確保する必要がある場合に有用です。

商業用純アルミニウム（1100）と比較すると、6069は機械的強度を高める代わりに電気伝導率を低下させ、構造用及び加工性を確保しています。最大の導電性よりも機械的性能を重視する場合に6069を選択してください。3003や5052といった加工硬化合金と比較すると、6069は成形性がやや劣るものの、熱処理によりはるかに高いピーク強度を発揮し、熱処理に伴う加工コストが多少増加することがあります。6061や6063と比較すると、6069は類似またはやや異なるピーク強度を持ちながら、特定の押出成形性や時効特性が求められる場合に好まれます。適切な調質及び処理仕様の検証を行い、相互代替性を確認してください。

まとめ

6069は、6xxx系合金の中でも押出しやすさ、表面仕上げ、熱処理による強度のバランスが取れた特殊合金として依然として重要です。そのバランスの良い元素組成と調質の柔軟性により、設計者は加工を通じて性能を最適化でき、機械的特性、耐食性、製造性の組み合わせが求められる用途に対して実用的な選択肢となります。