アルミニウム6070：組成、特性、硬さ状態ガイドおよび用途
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総合概要
アルミニウム合金6070は、主な合金元素としてマグネシウムとシリコンを含む6xxx系アルミニウム合金に属します。6070の合金組成は、熱処理および人工時効により強度を高めることができる熱処理性かつ時効硬化性の組成であり、押出加工性や表面仕上げの良さを維持しつつ有用な強度を発現します。
6070の主な強化機構は、制御された時効サイクル中に形成されるMg2Si（マグネシウムシリサイド）による析出硬化です。これにより、6070は中〜高強度、軟質状態での良好な延性、構造用押出材や機械加工部品に適した予測可能な熱応答性を兼ね備えています。
6070の主な特長は、優れた強度対重量比、大気環境下での堅実な耐食性、適切な充填材と溶接後処理を用いた場合の良好な溶接性です。アニールおよび部分的に加工硬化した状態での成形性は高く、曲げ加工や深絞り加工が可能ですが、ピーク時効条件では延性が低下し、成形加工時の検討が必要です。
6070を使用する主な産業は、自動車（構造およびシャシー部品）、鉄道および大量輸送（押出フレーム）、産業機械（プロファイルおよびフィッティング）、および強度、加工性、耐食性のバランスが求められる一部の船舶用途が挙げられます。エンジニアは、他の6xxx系合金と比較して競争力のあるピーク特性および寸法安定性を持ち、押出加工に適した金属組織を求める際に6070を選択します。
調質バリエーション
| 調質 | 強度レベル | 伸び率 | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高い (20〜35%) | 優秀 | 優秀 | 成形および接合用の完全焼鈍状態 |
| H14 | 中程度 | 中程度 (10〜18%) | 良好 | 良好 | 加工硬化済みで加工硬化の限界あり |
| T4 | 中程度 | 中〜高 (12〜25%) | 良好 | 良好 | 固溶処理後自然時効；成形性と強度のバランス良好 |
| T5 | 中〜高 | 中程度 (8〜15%) | 良好〜やや劣る | 良好 | 高温成形後冷却し人工時効 |
| T6 | 高い | 低〜中 (8〜12%) | 限定的 | 良好 | 固溶処理後人工時効でピーク強度 |
| T651 | 高い | 低〜中 (8〜12%) | 限定的 | 良好 | T6の亜種で、残留応力低減のため伸線処理を施す |
6070の調質はMg2Siの析出状態および冷間加工後の微細構造回復を制御し、これにより降伏強さおよび引張強さが直接影響を受けます。設計者は成形加工にはOまたはT4を、寸法安定性およびピーク強度が求められる完成構造部品にはT6/T651を選択します。
化学組成
| 元素 | 含有範囲（%） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.2〜0.8 | シリコンはマグネシウムと結合しMg2Si析出物を形成し、時効硬化特性を制御。 |
| Fe | 0.05〜0.40 | 鉄は一般的な不純物で、延性や表面仕上げを低下させる金属間化合物を形成。 |
| Mn | 0.00〜0.10 | マンガンは結晶粒を微細化し強度をやや改善；6070では通常低含有。 |
| Mg | 0.35〜0.9 | マグネシウムは主な強化元素で、シリコンとともにMg2Si析出物を生成。 |
| Cu | 0.05〜0.25 | 銅は強度と時効特性の調整に微量含有されるが、高銅は耐食性を低下させる。 |
| Zn | 0.00〜0.20 | 亜鉛は通常低含有；高含有は強度を高めるが応力腐食割れ感受性も増加。 |
| Cr | 0.00〜0.10 | クロムは結晶粒の成長制御および熱処理中の再結晶抑制に寄与。 |
| Ti | 0.00〜0.10 | チタンは微量で結晶粒微細化剤として、機械的特性および表面品質を向上。 |
| その他 | 合計で100％に調整（各≤0.05％） | ジルコニウムやバナジウムなどの微量元素が押出性および時効特性の最適化に用いられる。 |
MgとSiの比率およびそれらの絶対含有量が析出物の体積分率と整合性を決定し、到達可能なピーク強度を左右します。Cr、Ti、微量のCuやZnは特定の加工経路や用途に応じて、再結晶挙動、結晶粒径、耐食性を調整するために用いられます。
機械的性質
6070の引張特性は、熱処理可能な6xxx系合金に典型的で、人工時効により降伏強さおよび引張強さが顕著に向上し、同時に延性は低下します。アニールまたはT4条件では良好な均一伸び率とエネルギー吸収性が得られ、成形や衝撃吸収に適しています。T6/T651のピーク条件では、より高い剛性と耐荷重性を提供しますが、伸びは減少します。
降伏強さおよび引張強さは部材の厚さや熱履歴に敏感であり、薄型押出材や圧延材は、厚板よりも速い冷却と均一な熱処理のために、ピークに近い特性に迅速に達します。硬さは析出状態に相関し、工程管理時に強度の良い指標となります。過時効は硬さおよび引張特性を低下させますが、靭性を改善し応力腐食割れの感受性を低減します。
6070のピーク時効条件における疲労耐性は中程度で、表面仕上げの滑らかさ、残留応力の制御、適切なショットピーニングや応力除去処理が効果的です。鉄系介在物は疲労亀裂の発生源となるため、不純物レベルおよび押出条件の管理が高サイクル用途では重要です。
| 特性 | O/アニール | 主要調質（例：T6/T651） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 100〜150 MPa | 250〜320 MPa | 特性幅は断面サイズと時効処理に依存；典型的な工学範囲。 |
| 降伏強さ | 40〜70 MPa | 200〜280 MPa | 降伏強さは調質や前加工硬化に大きく依存；T651は残留応力状態を改善。 |
| 伸び率 | 20〜35％ | 8〜12％ | 強度上昇に伴い延性は低下；伸び率は断面厚さにも影響される。 |
| 硬さ | 30〜60 HB | 80〜120 HB | 硬さは引張特性に連動；時効および加工時の品質管理に有用。 |
物理特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 約2.70 g/cm³ | 典型的なアルミニウム合金の密度；質量および剛性計算に有用。 |
| 融点範囲 | 約555〜650 °C | 固相線〜液相線の範囲は合金成分や不純物により変動；鋳造および溶接のプロセスウィンドウを示す。 |
| 熱伝導率 | 約130〜160 W/m·K | 純アルミより低いが良好な熱放散特性を持ち、放熱構造部品に適する。 |
| 電気伝導率 | 約28〜38 %IACS | 合金化により純アルミより低下；構造・電気複合部品に適合。 |
| 比熱 | 約0.88〜0.92 J/g·K | アルミ合金として標準的；熱過渡解析に relevant。 |
| 熱膨張率 | 約23〜24 µm/m·K（20〜100 °C） | 他のAl–Mg–Si合金と同程度；異材との組み立てにおいて寸法変動や熱応力を考慮すべき。 |
物理特性は、軽量かつ適度な熱伝導性が求められる熱放散構造部品などに6070を適したものとしています。比較的高い熱膨張率は異種材料を用いた組み立てで寸法変化や熱応力の発生に注意を要します。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚み・サイズ | 強度挙動 | 一般的な調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.5–6 mm | 冷間圧延時に厚み方向で均一 | O, T4, T5, T6 | パネルやカバープレート、浅絞り部品に一般的 |
| プレート | 6–50+ mm | 厚肉部で均質性が劣る場合あり | O, T4, T6 | 厚肉部は均一な時効処理が必要 |
| 押出材 | 断面形状に依存（薄いウェブから厚いリブまで） | 押出後にT5/T6調質へ熱処理を行うことが多い | T5, T6, T651 | 複雑な断面形状やフレーミングに広く使用 |
| チューブ | 直径Ø 10–200+ mm | 溶接法や押出法が組織に影響 | O, T4, T6 | 構造用パイプや油圧マニホールドに使用 |
| 棒材／ロッド | 直径Ø 3–100 mm | 調質により加工性は異なり、引抜棒は強度が高い場合あり | O, H14, T6 | 機械加工部品やファスナーの素材として保管 |
シートと押出材が6070の主要製品形状であり、特に押出材は押出しやすい合金組成を活かして長尺かつ複雑な断面形状を実現しています。プレートや厚肉部は、厚み方向に均一な時効処理を確実に行うために熱処理に注意が必要です。棒材やロッドは後加工や冷間加工の必要な部品に好まれます。
相当品種
| 規格 | グレード | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 6070 | アメリカ | ANSI/AAにおける商用合金の指定で、サプライヤーデータシートの主要参照先。 |
| EN AW | 6070 | ヨーロッパ | EN AW-6070は押出形材や圧延材に一般的に用いられる指定。 |
| JIS | — | 日本 | 完全な1対1対応のJIS規格はなし。主に押出用のAl–Mg–Si系展伸材に近似。 |
| GB/T | — | 中国 | Al–Mg–Si合金系列内で組成と調質がほぼ一致する近似品が設定されることが多い。 |
地域ごとの規格差は、許容不純物レベルや調質指定、試験条件の相違によって微妙に生じます。規格間の代替時には、成分範囲、指定調質での機械的性質、熱処理・試験基準の確認が必要です。
耐食性
大気環境下では、6070は6xxx系合金に典型的な耐食性を示し、通常使用条件下での一般的な酸化および孔食に対して良好な耐性を持ちます。MgとSiの存在により安定した保護酸化皮膜が形成され、均一な腐食速度を抑制しますが、機械的損傷部や金属間化合物粒子付近では局部的な腐食発生のリスクがあります。
海水環境では腐食が促進されます。6070は比較的耐塩性がありますが、長期間の浸漬や波しぶきの多い場所では、適切な表面処理や陽極酸化処理がなければ孔食や隙間腐食が進行する恐れがあります。海洋用途では、適切な表面処理や陽極皮膜、より高位の金属からの接触電位隔離が一般的な対策です。
熱処理可能なMg–Si系合金の応力腐食割れ（SCC）感受性は中程度で、強度調質でおよび引張残留応力の存在によって増大します。ステンレス鋼や銅合金とのガルバニック作用も無視できず、混合材料構成部品では絶縁層の設置や犠牲陽極保護が必要になる場合があります。
5xxx系（Al–Mg）合金と比較すると、6070はピーク時効状態でわずかにSCC抵抗が劣りますが、強度と表面仕上げは優れています。2xxx系（Al–Cu）合金と比較すると、6070は耐食性に優れる一方で引張強さは低いため、耐食性能と加工性を重視する用途で好まれる選択肢です。
加工特性
溶接性
6070はTIGやMIGなど一般的な溶融溶接に適しており、Al–Mg–Si合金用の適切な充填材を使用することで良好に溶接できます。使用推奨の充填金属は、強度や靭性、耐食性の要件に応じて4043（Al–Si系）または5356（Al–Mg系）が代表的です。4043は良好な流動性と割れの抑制効果があり、5356は溶接部の強度を高めます。6xxx系の熱割れリスクは中程度であり、接合部の設計、拘束条件、熱入力、充填材の選択により固化割れを抑制可能です。ピーク調質では熱影響部（HAZ）が局所的に軟化するため、溶接後の人工時効や応力除去処理が均質な特性回復に必要となることがあります。
切削性
6070の切削性はAl–Mg–Si展伸材として一般的で、アニーリングや部分時効調質で良好から非常に良好な切削性能を示します。正面有効角を持つ超硬工具、高速度鋼、PVDコーティング工具が適切な切削速度で使用され、仕上げ面を保持します。推奨される切削速度は工具形状や冷却条件で異なりますが、200～600 m/minの範囲で良好です。切りくずは連続性があり延性を伴うため、切りくず排出と送り制御を厳密に行い、ビルドアップエッジの発生抑制と寸法安定性を確保する必要があります。厳しい公差品はT4状態で最終加工し、後に時効処理を行って変形を抑制することが一般的です。
成形性
O調質およびT4調質では良好な成形性を持ち、比較的小さい曲げ半径での曲げ加工や一般的な打抜き加工が過度な亀裂発生なく可能です。絞りや深絞りには、焼なましや軽度の時効調質を利用し段階的な成形工程を設けることで表面の一体性と成形性を維持します。曲げ半径は他の6xxx系合金と同様にR/t値で推奨され、ピーク調質では鋭角曲げに加熱や成形後応力除去処理が必要な場合があります。冷間加工により硬化し強度は上がりますが延性は低下するため、設計段階で最終成形は軟らかい調質で行うことが望ましいです。
熱処理特性
6xxx系熱処理可能合金である6070は、固溶処理、急冷、人工時効により制御された析出強化が可能です。典型的な固溶処理温度は510～540 °Cで、Mg2Siを完全に固溶させ、その後急冷して過飽和固溶体を維持します。次いで160～200 °Cの範囲で人工時効を行い、微細で整合性のあるMg2Si析出物が形成され、強度がピークに達します。
T調質の定義は6xxx系に準じており、T4は固溶処理＋自然時効、T5は高温冷却後の人工時効、T6は固溶処理＋人工時効で安定ピーク強度状態を示します。高温や長時間の過時効により析出物が粗大化し強度は低下しますが、靭性が向上し応力腐食割れ抵抗が増します。重要部品では、固溶処理と時効のプロセスウィンドウを硬さや引張試験で確認して目標特性を確実に管理します。
冷間加工など熱処理を伴わない工程では、6070はH系調質で加工硬化が可能ですが、加工硬化で達成できる強度はピーク時効強度より低いため、高強度用途では熱処理が主流です。完全焼なましで結晶再結晶し、成形性に優れる延性状態に戻ります。
高温性能
6070は他のAl–Mg–Si合金と同様に温度上昇で段階的に強度が低下し、構造的剛性や荷重支持能力は概ね150～175 °C以下の使用温度に制限されます。これを超える温度ではMg2Si析出の安定性が低下し軟化および降伏強さの低下を招きます。長期高温曝露は過時効と析出の粗大化を加速させます。
保護性アルミナ膜により通常使用温度での酸化は最小限に抑えられますが、高温環境下での長時間曝露は表面仕上げや寸法安定性に影響を及ぼす場合があります。溶接部の熱影響部では高温加工中の過時効が問題となることが多く、設計段階で溶接後の熱処理や許容応力の保守的設定を検討すべきです。
用途
| 産業分野 | 例示部品 | 6070を使用する理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | 押出しシャーシレール、クロスメンバー | 良好な押出し特性、強度と軽量化のバランス |
| マリン | 構造用プロファイルおよびフレーミング | 適切なコーティングによる許容できる耐食性と優れた加工性 |
| 航空宇宙 | 二次的な付属部品、内装構造部材 | 有利な強度対重量比と予測可能な熱処理反応 |
| 電子機器 | 構造用放熱フレーム | 筐体やマウント用の機械的強度と熱伝導性の組み合わせ |
6070は、押出し性、仕上げ品質、時効硬化強度の組み合わせにより、複雑なプロファイルでありながら機械加工や溶接加工にも適した部品に用いられます。物理的および機械的特性のバランスが良く、中程度の構造用および加工用途に汎用的に選ばれる材料です。
選定のポイント
熱処理可能なAl–Mg–Si合金で、良好な押出し性と表面仕上げを求め、かつ高強度の2xxx系や7xxx系合金に比べてコストや加工難易度を抑えたピーク強度への安定した到達を必要とする場合に6070を選択してください。長尺押出し品や成形後の熱処理が必要な構造用プロファイルに特に適しています。
純アルミニウム（例：1100）と比較すると、電気・熱伝導率や成形性は若干劣りますが、降伏強さや引張強さが大幅に向上しています。一般的な加工硬化型合金（3003や5052など）と比べると、時効後のピーク強度が優れる反面、特定の海洋環境下では耐食性がやや劣り、熱処理プロセスがやや複雑になる点があります。
一般的な熱処理系合金（6061や6063など）と比較すると、特定の押出しプロファイルや表面仕上げ、異なる時効挙動が求められる場合に6070が選ばれることがあります。同程度かやや低いピーク強度ながら、いくつかのプロファイルにおいて押出し性や表面外観が優れる場合があり、供給元の状況や工程管理の違いにより選択が左右されます。
まとめ
アルミニウム6070は、成形性、押出し性、時効硬化強度の中間的なバランスを求めるエンジニアにとって依然として重要な6xxx系合金です。その安定した析出硬化特性、許容範囲の耐食性、および標準的な加工技術との適合性により、自動車・マリン・産業用途など、性能と加工性のバランスが重要な構造用プロファイルや加工部品に実用的な選択肢となっています。