アルミニウム A6063：組成、特性、硬さ区分ガイドおよび用途
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包括的概要
A6063は6xxx系アルミニウム合金の一種で、主に析出硬化によって強化されるAl-Mg-Si系の材料です。主要な合金元素はシリコンとマグネシウムで、熱処理中にMg2Si析出物を形成します。微量の鉄、銅、クロム、亜鉛、チタンは、強度、押出し性、表面仕上げのバランスを取るために制御されています。
A6063は純粋な加工硬化合金ではなく、熱処理（析出強化）が可能な合金であるため、固溶処理と人工的または自然時効によって高い強度を実現します。典型的な特性としては、適度から良好な引張強さと降伏強さ、優れた押出し性と表面仕上げ、多くの環境における良好な耐食性、非常に優れた陽極酸化特性が挙げられます。
A6063は、建築・構造用押出形材（窓枠、カーテンウォール）、建設、自動車の非構造部品、および良好な表面仕上げと適度な強度が求められる特定の電気・熱用途で一般的に使用されています。エンジニアは、最大ピーク強度よりも押出し性、陽極酸化の外観、耐食性、コストのバランスを優先する場合に、他の合金に対してA6063を選択します。
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 | 高い（12–18％） | 優秀 | 優秀 | 完全焼なまし、最高の成形性と延性 |
| H14 | 低〜中程度 | 中程度 | 非常に良好 | 非常に良好 | 軽い加工硬化、適度な強度を要する押出しに使用 |
| T4 | 中程度 | 中〜高 | 良好 | 良好 | 固溶処理後自然時効、一定の強度と良好な成形性 |
| T5 | 中〜高 | 中程度 | 良好 | 良好 | 熱間加工後冷却し人工時効、押出しに一般的 |
| T6 | 高 | 中〜低（8–14％） | やや劣る | 良好 | 固溶処理後人工時効でほぼピーク強度 |
| T651 | 高 | 中〜低 | やや劣る | 良好 | ストレスリリーフとして制御引張り処理を施したT6、構造用押出しに一般的 |
調質の選択は延性、降伏強さ、引張強さのバランスを変化させます。OやH調質は成形加工や曲げ加工に適しており、T5/T6はより高い静的強度を提供します。T6およびT651は寸法安定性とより高い降伏強さが求められる用途で広く使われますが、焼なまし調質に比べて曲げ性が低下しスプリングバックが増加します。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.2–0.6 | Mgと共にMg2Si析出物を形成する主要強化元素 |
| Fe | ≤0.35 | 不純物。Feが多いと押出し性と表面仕上げが低下 |
| Mn | ≤0.10 | 微量。若干の強度向上効果あり |
| Mg | 0.45–0.9 | SiのパートナーとしてMg2Si析出を形成。最大強度に影響 |
| Cu | ≤0.1 | わずかな添加で強度向上するが耐食性が低下する場合あり |
| Zn | ≤0.1 | ガルバニック腐食の感受性を避けるため低濃度に制限 |
| Cr | ≤0.05 | 結晶粒制御と靭性向上に寄与することがある |
| Ti | ≤0.1 | 結晶粒微細化剤。微量で微細組織を形成 |
| その他 | 合計 ≤0.15 | 各元素は通常 ≤0.05、残部はAl |
Si-Mg比と絶対Mg含有量が析出速度と時効後の最終強度を大きく左右します。Fe、Cu、Znは低濃度に制御して表面仕上げや陽極酸化の均一性を維持し、TiとCrは微量添加で結晶粒を微細化し製造時の熱割れを抑制します。
機械的性質
A6063の引張強さと降伏強さは調質および断面厚さに大きく依存します。薄肉の押出形材におけるT6調質は、良好な表面仕上げを保ちながら十分な強度を達成できます。焼なまし状態では降伏強さが比較的低く、大きな塑性変形が可能で成形に適していますが、固溶処理後人工時効によりMg2Si析出物が形成され、降伏強さと引張強さが大幅に向上します。強度が高くなるほど伸びと延性は低下し、T6調質は高い強度と共に低い伸びや成形時のスプリングバック増加を示します。
硬さは時効条件に対応し、焼なまし合金は低いブリネル・クヌープ硬さを示し、T6は中程度の硬さ範囲に達します。これは耐摩耗性や切削加工の反応性に影響します。疲労性能は非重要な繰返し応力環境で十分ですが、表面状態、押出欠陥、熱影響部の溶接軟化に敏感です。断面厚さは冷却速度と到達可能な強度に影響し、厚肉材は固溶処理後の冷却が遅く、十分なピーク硬度を得るには長時間の時効や加工条件の調整が必要です。
| 特性 | O/焼なまし | 代表調質（例：T6/T651） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 約110–155 MPa | 約160–230 MPa | 断面サイズ、調質、時効スケジュールにより幅がある |
| 降伏強さ | 約60–95 MPa | 約120–180 MPa | 押出し部品ではT6/T651で一般に120–160 MPaが多い |
| 伸び | 約12–18％ | 約8–14％ | 調質が上がるほど、また厚くなるほど伸びは低下 |
| 硬さ（HB） | 約35–50 HB | 約60–75 HB | ブリネル硬さの目安、時効と微細組織に依存 |
物理的特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | Al-Mg-Si系合金として典型的であり、良好な強度対重量比 |
| 融点範囲 | 約582–652 °C | 純アルミニウムに比べ融点が下がり広がる |
| 熱伝導率 | 約160 W/m·K | 良好な熱伝導性。純アルミや1xxx系よりやや低い |
| 電気伝導率 | 約30–36 %IACS | 商業純アルミより低い中程度の電気伝導性 |
| 比熱 | 約900 J/kg·K | 熱計算に用いられる標準的なアルミ合金値 |
| 熱膨張係数 | 約23–24 µm/m·K | 中程度の値。熱サイクル時の寸法安定性で重要 |
A6063は熱伝導率・電気伝導率が優れているため、熱管理用途に適する場合がありますが、1xxx系合金ほどの伝導性はありません。また比較的高い熱膨張率は、異種材料との組み合わせや厳しい寸法公差が要求される場合に注意が必要です。
製品形態
| 形態 | 代表的厚さ・サイズ | 強度挙動 | 一般的調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 板 | 0.5–6.0 mm | 中程度。供給業者によって異なる | O, Hxx, T4, T5 | 軽量パネルや成形部品に使用 |
| プレート | 6.0 mm以上 | 冷却制限によりピーク強度が低下 | O, T4, T6（限定的） | 厚肉部は特別処理がないと完全なT6特性に達しにくい |
| 押出形材 | 薄肉から大型プロファイルまで | 断面全体で均一な特性を設計 | T5, T6, T651 | A6063は押出しに最適化されており、優れた表面仕上げと寸法管理が可能 |
| チューブ | 多様な直径・肉厚 | 肉厚や調質により強度が変動 | O, T4, T5 | 建築および構造用途で一般的 |
| 棒材/丸棒 | 小径から大型まで | O/T4調質で良好な加工性 | O, T6 | 切削加工部品や製作部品に使用 |
A6063は押出しが主な製造方法であり、合金設計と熱機械的処理は滑らかな流動、良好な金型充填、陽極酸化に適した優れた表面外観を実現するよう調整されています。板材やプレートは平板用途で使われますが、高調質を狙う場合は厚さ依存の時効や冷却条件に注意が必要です。
同等グレード
| 規格 | グレード | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | A6063 | USA | 北米で一般的に使用されるASTM/AA指定 |
| EN AW | 6063 | ヨーロッパ | EN AW-6063は追加の硬質化記号が付くことが多い |
| JIS | A6063 | 日本 | JISでは類似のAl-Mg-Si組成に基づき、国内加工基準が適用される |
| GB/T | 6063 | 中国 | 中国の規格ではGB/T 6063とよく対応する |
カタログ番号は地域によって概ね一貫していますが、不純物の許容限界、機械的性質の試験要求、標準的な硬質状態の定義などは仕様により異なる場合があります。指定の際は化学成分限界、機械的試験、工程管理の詳細について各国の関連規格や供給者のミルシートを必ず確認してください。
耐食性
A6063は安定した酸化アルミニウム皮膜の形成と控えめな合金元素含有により、都市部および農村環境で良好な大気腐食抵抗を示します。比較的低い銅および鉄の含有量が耐食性を維持しやすく、陽極酸化処理により建築用途で有用な耐久性のある保護および装飾性のある酸化膜を形成します。
海洋環境では多くの用途で許容範囲ですが、塩化物を多く含む大気は局所腐食および孔食を促進し、特に陽極酸化膜が損傷した場合に顕著です。海洋や過酷な塩化物雰囲気下での使用時は、保護塗装や犠牲陽極の採用、あるいはより高いマグネシウム含有や耐食性化学組成を持つ代替合金の選択が一般的です。
6xxx系合金の応力腐食割れ（SCC）リスクは通常、室温では低いですが、持続的な引張負荷、高湿度および特定の硬質状態下で増大することがあります。T6硬質状態は完全にアニーリングされた状態より感受性が高い可能性があります。ガルバニック腐食の管理も重要で、A6063は多くのステンレス鋼に比べて陽極的ですが、マグネシウムに対しては陰極的です。混合金属部品では適切な絶縁、ファスナー選定、コーティングによりガルバニック腐食を防止します。
加工性
溶接性
A6063はTIGやMIGなど一般的な溶融溶接法で容易に溶接でき、溶接熱影響部の軟化は古化状態でも予測可能です。代表的な溶加材には流動性と外観改善のためER4043（Al-Si系）、溶接後の強度や耐食性を高める場合はER5356（Al-Mg系）が使用されます。溶加材の選択は溶接後の要求特性と陽極酸化処理の考慮事項によります。ホットクラック発生率は比較的低いものの、溶接継手設計、清浄度、予熱・後熱処理が欠陥と残留応力に影響します。
機械加工性
A6063の機械加工性は中程度で、多くの5xxx系合金より良好ですが、2011などの特殊合金ほど切削しやすくはありません。超硬工具と剛性の高い治具、適切な潤滑剤の使用が最良の工具寿命を実現します。加工条件は一般的なアルミニウム加工パターン（高回転速度、中程度の送り、積極的な切り屑排出）に準じます。優れた展延性により表面仕上げやバリの抑制も良好ですが、硬質状態や前処理によって切り屑形態や工具摩耗に差異があります。
成形性
A6063は軟質硬度状態（O、Hxx、T4）で非常に良好な冷間成形性を示し、適切な管理下で狭い曲げ半径の曲げ加工、ロール成形、引き抜きが可能です。T5やT6の硬質化が進むとバネ戻りが増大し、最小曲げ半径も大きくなります。形成後に人工熱処理を行う目的で、形状加工時はT4やO状態を指定するのが一般的です。複雑で薄肉な押出形状が得意であり、金型設計と潤滑剤の最適化により成形性や表面品質が向上します。
熱処理特性
A6063は溶体化処理、急冷、人工時効により析出強化状態を生成可能で、主要な強化相はMg2Siです。一般的な溶体化温度は520～545 °C付近で可溶相を溶解し、その後急冷で過飽和固溶体を保持します。急冷速度と断面厚さが最終特性に大きく影響します。人工時効条件は複数あり、T5では熱間加工直後から冷却し150～200 °Cで数時間、T6は溶体化後に同様の条件でより高強度を得ます。
硬質状態の遷移は実用的な手段であり、製品は熱的に安定した状態で押出し後、T4やOで成形し、人工時効で要求強度に仕上げることが一般的です。過時効すると強度は低下しますが靭性や応力腐食抵抗性が向上するため、機械的特性、寸法安定性、耐食性能のバランスを考慮し時効条件が選択されます。厚肉部品は急冷感受性により完全硬化が難しい場合があるため、改良時効や設計調整で特性差を緩和します。
高温特性
A6063は中程度の温度域まで機械的性質を維持しますが、約150～175 °Cを超えると降伏強さと引張強さが著しく低下します。長時間の高温暴露は強化相の粗大化を招き軟化および寸法安定性の劣化につながるため、人工時効温度を超える持続使用は避けるべきです。鉄鋼系に比べ酸化は小さいものの、保護塗装なしの高温使用で表面品質や陽極酸化膜の劣化が起こり得ます。
溶接部の熱影響部は過時効や析出物の溶解により軟化し局所強度低下が生じる場合があり、重要用途では溶接後熱処理や設計的配慮が求められます。熱サイクルは疲労や寸法変動を悪化させるため、熱膨張や長期間高温下のクリープを考慮した設計が信頼性確保に重要です。
用途例
| 産業分野 | 代表部品 | A6063が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 建築・建設 | 窓枠、カーテンウォール押出形材 | 優れた押出性、陽極酸化仕上げ、十分な強度 |
| 自動車 | トリム、ルーフレール、非構造用レール | 良好な表面仕上げ、耐食性、コスト効果の高い押出性能 |
| 海洋 | マスト、手すり、トリム | 耐食性と外観のための陽極酸化処理 |
| 電子機器 | エンクロージャー、中程度性能のヒートシンク | 熱伝導性と機械加工性、良好な仕上げ |
| 家具・什器 | 照明ハウジング、ディスプレイシステム | コスト、成形性、表面仕上げ能力 |
A6063は複雑な押出プロファイルで寸法精度が高く、表面仕上げの品質も要求される場面で特に優位です。押出性能、合理的な強度、陽極酸化への適応力のバランスにより、目に見える建築部材やコストに敏感な加工部品に広く用いられています。
選定に関するポイント
A6063は高品質な押出成形体、陽極酸化後の優れた表面外観、および中程度の強度が主な優先事項の場合に推奨されます。1xxx系（例：1100）の軟質合金より強度を必要としつつ良好な成形性と導電性も望まれる場合に選択され、導電性の一部を犠牲にして強度を大幅に向上できます。
3003や5052などの加工硬化合金と比較すると、A6063は熱処理後の到達強度が高く、陽極酸化仕上げでも優れています。一方で3xxx/5xxx系は非常に過酷な海洋環境で時に優れた延性や耐食性を示します。6061と比較すると、A6063はより良好な押出性、滑らかな表面、良好な陽極酸化外観を持ちますが、最高強度は劣るため複雑な建築用押出形材にはA6063、より高強度を要する構造部品には6061が選ばれます。
厳密なプロファイル押出、装飾的な仕上げ、中程度荷重、良好な加工性を設計優先事項とする場合にA6063を選び、高強度や最高の電気伝導率が主な要求であれば選択を避けます。常に硬質状態、断面厚さ、後処理計画を供給者と確認して設計仕様に合致する製品を確保してください。
まとめ
A6063は押出性、陽極酸化処理適性、耐食性、中程度強度をバランス良く備え、コスト面でも優位なため、現代のエンジニアリングにおいて多用途に使われるアルミニウム合金です。建築および加工部品に広く採用されているのは、工程が予測可能であり、硬質状態や時効処理によって特性を多様な用途に適合させやすいことによります。