アルミニウム6085：組成、特性、調質ガイドおよび用途
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総合概要
6085は、6xxx系（Al-Mg-Si）に属するアルミニウム合金で、主な合金元素としてマグネシウムとシリコンを含みます。この系列は析出硬化による熱処理が可能で、中程度から高強度を持ちつつ、優れた成形性と耐食性を兼ね備え、構造部品や押出形材に適しています。
6085の主要合金元素はシリコンとマグネシウムで、これらは時効中にMg2Si析出物を形成し、主な強化機構となります。鉄、マンガン、クロムおよび微量元素の添加により、結晶粒構造、強度、表面品質を制御しながら加工性のバランスを取っています。
6085の主な特性は、優れた強度対重量比、大気中での耐食性の良さ、妥当な溶接性であり、成形性は軟質な調質で良好ですが、時効後には低下します。使用される業界は、自動車、一般構造用および建築用押出形材、海洋用付属品、電気機器エンクロージャーなどで、押出加工性と高い機械的性能の組み合わせが求められる分野です。
エンジニアは、6005や6063などの軟質グレードに比べて機械的特性を改善しつつ、6082や6061の高強度グレードより押出加工性や特定の表面・加工上の利点がある6xxx系押出合金として6085を選択します。この合金は、中程度の耐荷アプリケーションにおいて、時効硬化特性、表面仕上げ、コストのバランスを取るために採用されています。
調質の種類
| 調質 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高 | 優秀 | 優秀 | 完全な焼なまし状態で最大の延性 |
| H12 | 低～中 | 中 | 良好 | 優秀 | 軽度の加工硬化、成形は限定的 |
| H14 | 中 | 中～低 | 可 | 優秀 | 中程度の強度を持つ一般的な冷間加工調質 |
| T4 | 中 | 中 | 良好 | 非常に良好 | 溶体化処理後、自然時効 |
| T5 | 中～高 | 低～中 | 可 | 良好 | 熱間加工後冷却、人工時効 |
| T6 | 高 | 低 | 不良～可 | 良好 | 溶体化処理後、人工ピーク時効 |
| T651 | 高 | 低 | 不良～可 | 良好 | T6に応力除去のための軽度伸張を加えたもの |
調質は析出物のサイズ、分布、密度を制御することで微細構造および性能に影響を与えます。軟調質（O、H1x）は成形や深絞り加工に適し、T調質（T5、T6）は引き伸ばし性や成形性を犠牲にして強度を最大化します。
熱処理と加工硬化の組み合わせにより、6085は延性のある板材から高強度の押出形材まで幅広い特性レンジを持ち、製造者は用途に応じて製品を最適化できます。適切な調質の選択は、成形の容易さ、最終的な機械的要求、および溶接や機械加工などの後加工プロセスのバランスを取ることが重要です。
化学成分
| 元素 | 含有率（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.6–1.3 | 主な合金元素、Mg2Si析出物を形成 |
| Fe | 0.0–0.5 | 不純物元素、強度と表面仕上げに影響 |
| Mn | 0.0–0.5 | 結晶粒構造を制御し強度の安定化に寄与 |
| Mg | 0.4–1.2 | Siと結合して強化析出物を形成 |
| Cu | 0.0–0.2 | 微量添加で強度向上も耐食性低下を伴う |
| Zn | 0.0–0.2 | 残留レベルでわずかに強度を増加 |
| Cr | 0.0–0.1 | 再結晶制御や結晶粒径の調整に作用 |
| Ti | 0.0–0.1 | 鋳造および一次製品の結晶細化剤 |
| その他 | 残部 / 最大0.15ずつ | 残留元素および微量添加元素、残部はAl |
Al-Mg-Si系の組成は、時効時にMgとSiがMg2Si析出物を形成し、6xxx系合金の主な強化相となるよう調整されています。Mn、Cr、Tiなどの微量元素は、再結晶、結晶粒径、および分散析出物の形成を制御し、靭性や応力腐食割れの感受性に影響を与えます。
機械的性質
6085の引張特性は、熱処理可能な6xxx系合金として典型的です。焼なまし状態では良好な延性と低い降伏強さ・引張強さを示し、溶体化処理後の人工時効により、整合あるいは半整合な析出物の生成で大幅に強度が向上します。降伏強さと引張強さの比率は調質や断面寸法により0.7～0.9の範囲で変動し、硬さの増加に伴い伸びは減少します。疲労性能は時効によって最適調質まで向上しますが、表面仕上げや成形・機械加工による残留応力に敏感です。
硬さは時効曲線に従い、焼なまし材は軟らかく成形しやすい一方、T6やT651調質は構造用途に適した高いブリネルまたはビッカース硬さを示します。厚みや断面形状は焼入れ感度や時効速度に影響を与え、厚い断面では時効が遅延しピーク強度が低くなる傾向があります。疲労亀裂の発生は表面状態や腐食孔の存在が最も影響強く、亀裂進展速度は類似調質の他6xxx系合金とほぼ同等です。
| 特性 | O（焼なまし） | 主な調質（T6） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約90～140 MPa | 約280～340 MPa | 断面寸法、化学成分、加工により変動 |
| 降伏強さ | 約35～80 MPa | 約240～300 MPa | 時効により降伏強さが大幅に上昇 |
| 伸び | 約20～30％ | 約8～12％ | 時効硬化および厚み増加により伸びは減少 |
| 硬さ | 約30～55 HB | 約85～120 HB | 析出物の分布と調質に相関 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | Al-Mg-Si合金として典型的な値 |
| 融点範囲 | 約555～650 °C | 合金元素と微量元素の影響を受ける固液共存範囲 |
| 熱伝導率 | 約140～170 W/m·K | 純アルミより低く、温度や合金成分に依存 |
| 電気伝導率 | 約28～40 % IACS | 溶質や析出物により純アルミより減少 |
| 比熱 | 約0.9 J/g·K（900 J/kg·K） | 常温における典型値 |
| 熱膨張係数 | 約23～24 µm/m·K（20～100 °C） | 6xxx系合金として標準的な値 |
6085の物理的性質は、優れた熱伝達特性と低比重を必要とする部品に適しています。熱伝導率および電気伝導率は純アルミより劣り、合金化や時効により若干低下しますが、多くのヒートシンクやエンクロージャー用途には十分な性能を保持しています。
熱膨張率と比熱はアルミ合金として標準的な値であり、異種材料を組み合わせる構造設計時には温度変化による寸法変化を考慮する必要があります。また、融点範囲や相挙動は、はんだ付け、ろう付け、接合処理など適切なプロセス選択の指針となります。
製品形態
| 形態 | 典型的厚さ・サイズ | 強度特性 | 一般的な調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板材 | 0.3～6 mm | 均一な特性、ピークT6は厚さに制限あり | O、H14、T4、T6 | パネルやエンクロージャーに広く使用 |
| 厚板 | 6～50 mm以上 | 厚板では焼入れムラにより強度低下あり | O、T4、T6 | 高断面二次係数が必要な用途に使用 |
| 押出形材 | 断面形状依存 | 時効後T6で高強度、連続的な形状 | T5、T6、T651 | 6xxx系は押出加工性と寸法安定性に最適化 |
| 管材 | 直径小～大、肉厚1～10 mm | 押出形材と同様、溶接管や無縫管あり | O、T6 | 構造用・圧力用管として一般的 |
| 棒材・丸棒 | 直径5～200 mm | 実心断面は焼入れ・時効勾配影響あり | O、T6 | 機械加工部品や継手に使用 |
板材・厚板は焼入れムラを抑えるため表面品質と厚み管理を重視して製造されます。押出形材は、6085の流動性、溶接性、時効硬化応答を活かし、複雑な断面形状の生産に大きく利用されています。
圧延、押出、鍛造などの加工方法により、最終的な機械的異方性、結晶粒構造、残留応力が異なります。設計者は曲げ加工、打抜き加工、溶接などの二次加工後の性能を考慮し、形態と調質の適切な組み合わせを選ぶ必要があります。
相当鋼種
| 規格 | 材質 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 6085 | USA | 一部のサプライヤーカタログでAl-Mg-Si系構造用合金として認識されている |
| EN AW | 6085 | ヨーロッパ | 鍛造製品の一般的なヨーロッパ規格表示（EN AW-6085） |
| JIS | A6063/A6061（概算） | 日本 | 完全な一対一の対応はなく、6xxx系合金の近似相当材 |
| GB/T | 6085（概算） | 中国 | 中国規格では6xxxシリーズに類似の化学組成を含む場合がある |
6085の直接的な相互参照は、地域ごとの不純物限界や熱処理状態、許容される機械的性質の違いにより規格間で異なることがあります。成分や加工方法の微細な違いは焼入れ感受性、到達可能なピーク強度、表面品質に影響を与えるため、代替材として使用する際は材料証明書およびサプライヤーデータの確認が必須です。
類似の6xxx系合金間での代替時には、熱処理への反応性や押出時の機械的異方性の違いを考慮してください。名目上の化学組成が同等でも、同一の時効強度や成形性が保証されるわけではありません。
耐食性
6085はAl-Mg-Si系合金に共通する良好な大気耐食性を有し、保護的な酸化アルミ層と多くの環境下での活性な電気化学的駆動力が限定的であることが理由です。工業および都市環境においては優れた性能を示します。ピーク時効状態で析出物が微細になるため、攻撃性の強い環境や塩化物汚染との組み合わせでは局部腐食の感受性がわずかに高くなる場合があります。
船舶海洋環境下では、6085は中程度に曝露される部品に対しては合理的な耐食性を示しますが、連続的に浸漬される部材や飛沫帯のハードウェアとしては、保護塗装またはアルマイト処理なしでは最良の選択肢ではありません。塩化物による孔食および割れ隙間腐食が主な劣化モードであり、引張応力や表面欠陥によって促進されます。
応力腐食割れ（SCC）に対する感受性は一部の高強度7xxx系や2xxx系合金より低いですが、高強度熱処理状態かつ残留引張応力が存在する場合には、厳しい環境条件下でSCCが進行する可能性があります。銅やステンレス鋼等の貴金属との電気的接触及び電解質の存在下ではガルバニック作用により6085合金側が腐食を受けやすいため、絶縁または保護設計を推奨します。
5xxx系のマグネシウム含有加工硬化合金と比較すると、6085は若干低いカソード防護効果の代わりに向上した時効強度と溶接性を有します。異なる化学組成の6xxx系合金と比較した場合、実際の耐食性能は表面仕上げ、熱処理状態、加工履歴が支配的な要因となることが多いです。
加工性
溶接性
6085は適切な手順および充填材を用いることで、TIG、MIG、GMAWなどの一般的な溶接プロセスで良好に溶接可能です。推奨充填材はAl-Mg-Si系と、用途に応じて汎用の4043系列または5356系列が挙げられます。4043は割れにくく表面仕上げが良好ですが、5356は高強度を得られる一方で一部環境で耐食性が低下することがあります。
熱割れリスクは中程度で、接合部設計、必要に応じた予熱、適合充填材の使用により管理します。ピーク時効状態の熱影響部（HAZ）軟化が想定され、強度回復のための溶接後時効処理が必要となる場合があります。溶接条件は希釈率を最小限に抑え、過度な熱入力を避けて軟化深度や歪みを低減してください。
切削性
6085の切削性は自由切削アルミ合金と比べて中程度に評価されます。切削は容易ですが、鉛入りや特殊合金系の極めて高速切削には届きません。ポジティブ形状の超硬工具と十分な冷却材の使用が推奨され、切粉の形成と工具摩耗を管理します。薄肉部ではビルドアップエッジや振動を避けるための送り速度設定が重要です。
切削による表面仕上げは良好で、軟らかい熱処理状態で切削した場合には後処理として熱処理を施すことで強度を最適化できます。ねじ加工、タップ加工、細部切削は熱軟化が発生し得るため、寸法・硬さを安定させる事前時効処理が有益です。
成形性
6085の成形性は熱処理状態と厚みの影響を強く受けます。軟らかい焼なましおよび軽加工状態の板材は深絞りや小径曲げが可能ですが、T6などの時効処理状態では厳しい成形で割れが生じます。軟鋼の板材に対する推奨最低内半径は板厚の1～2倍程度で、ピーク時効品では3～6倍程度とし、端部割れを防止します。
冷間加工による反応は予測可能かつ一貫性があり、スプリングバック挙動も他の6xxx系と類似するため、工具補正は一般的な手法です。複雑な成形にはT4またはO状態での加工後に最終時効を施す方法が、優れた成形性と最終機械的性質のバランスを実現します。
熱処理挙動
6085は熱処理可能合金であり、固溶化熱処理後の急冷および人工時効で強度を獲得します。6xxx系の標準的な固溶化温度は約520～550 °Cで、Mg2Siの溶解と組織の均質化を目的として一定時間保持します。急冷は過飽和固溶体の保持に不可欠です。
人工時効（T5/T6）は通常160～200 °Cの温度域で行い、所望の析出物サイズと強度を得るため時間を調整します。GP領域およびβ″/β′析出物の生成によりピーク硬さが得られます。高温または長時間の過時効により析出物が粗大化し強度は低下するが靭性や応力腐食抵抗は向上するため、用途に応じて適切な時効サイクルが選択されます。
T状態の遷移は設計制御に良く確立されており、自然時効のT4（良好な成形性と中程度の強度）やピーク時効のT6/T651（構造用途向け）供給が可能です。非熱処理品には加工硬化が強度向上に用いられ、H1x/H2xなどの熱処理分類で冷間加工度を示します。
高温性能
6085は高温で析出物の粗大化や溶質原子の移動が始まり、約150～175 °C以上で長期強度が低下し、クリープや緩みが設計上の課題となります。溶接やろう付けなど短時間の高温露出は、過度な軟化や歪みを避ける必要があります。
多くの用途での典型的な高温サービス温度では酸化は控えめですが、長時間の高温曝露は表面酸化膜の特性を変化させ、特定雰囲気下では粒界劣化を促進する場合があります。溶接熱影響部も他の6xxx系合金同様にピーク時効域の軟化が生じ、元の強度を必要とする場合は再時効処理が求められます。
熱サイクル用途では、熱膨張率の不整合および高温クリープや微細組織変化による疲労促進の可能性を考慮すべきです。約150 °C以上での連続強度が必要な場合は、他の合金系または設計上の余裕を検討してください。
用途例
| 業界 | 代表部品 | 6085を使用する理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | 押出しシャーシレール、構造用プロファイル | 押出性、強度、耐食性の良好な組み合わせ |
| 海洋 | 甲板付属品、非重要構造押出部品 | 良好な耐食性と成形性、仕上げ性 |
| 航空宇宙 | 二次付属品、トリムおよびブラケット | 主要構造部品でない軽量部品向けの良好な強度対重量比 |
| 電子機器 | エンクロージャ、ヒートスプレッダ | ハウジング向けの良好な熱伝導性と切削性 |
| 建設 | 窓枠、カーテンウォール押出部品 | 表面仕上げ性、押出性、寸法安定性 |
6085は押出形状の成形性と中～高強度が求められる用途に適し、航空宇宙用高級合金のコストや加工複雑さを抑えられます。多様な熱処理状態と形態に対応可能で、構造部品および外観部品の双方で幅広く利用されています。
選択のポイント
6085は、高強度でありながら優れた表面品質と押出流動性を兼ね備えた6xxx系押出用合金を必要とする場合に最適です。成形工程には焼なましまたはT4状態を選び、剛性や降伏強さが重要な構造部品にはT5/T6/T651を推奨します。
純アルミ（1100）と比較すると、6085は強度および剛性が向上しますが、電気伝導性と成形性はやや低下します。電気伝導性より機械的性能を重視する場合に選択してください。3003や5052の加工硬化合金と比べると、6085は高い時効硬化強度と同等の耐食性を持ちますが、焼なましなしでの極端な冷間成形にはやや不向きです。
6061や6063など一般的な熱処理可能合金と比較して、6085はピーク強度が同等かやや低いものの、特定の押出し性能や表面仕上げの要件に応じて選ばれることがあります。6085を選定する際は、入手性、必要な調質、成形・溶接・機械加工などの後加工を総合的に考慮し、基本的な6xxx系合金に比べてやや高い材料コストとのバランスを検討してください。
まとめ
6085は6xxx系ファミリーの中でバランスの取れたプラットフォームを提供するため、今なお重要です。押出成形が可能な形状、多様な調質（高い成形性から構造用に強化されたものまで）、そして多くの設計組立において信頼性の高い耐食性を備えています。化学組成と加工条件の適用範囲により、重量、コスト、加工性のバランスが求められる中〜高負荷用途において、機械的性質、表面品質、加工特性を最適化することが可能です。