アルミニウム EN AW-6061：組成、特性、調質ガイドおよび用途
共有
Table Of Content
Table Of Content
包括的概要
EN AW-6061は6xxxアルミニウム合金系列の一種で、Al-Mg-Si系に属し、構造用途に広く使用されています。この合金は主にマグネシウムとシリコンが合金元素として含まれ、Mg2Si析出物を形成します。微量の銅、クロムなども添加され、特性の最適化に寄与しています。強化機構は熱処理により析出硬化が可能であり、固溶処理、自然時効、人工時効の状態で特性が顕著に変化します。強度、耐食性、溶接性、および成形性のバランスに優れており、汎用性の高い合金として位置づけられています。
EN AW-6061を採用する主な業界には自動車、航空宇宙（二次構造部材・取付け部品）、海洋、電子機器（ヒートシンクや筐体）、一般的な製作や押出市場などがあります。この合金は1xxxおよび3xxx系列と比較してより高い強度と良好な機械的性能を持ちつつ、耐食性および溶接性も維持しています。2xxxや7xxxといった高強度合金と比較すると、6061は優れた耐食性と容易な加工性を中程度の強度レベルで提供します。機械加工性、溶接性、および安定したT6時効性能の組み合わせが求められる場合には設計者に好んで選択されています。
EN AW-6061は、軟化製品形態での広範な入手性と各種規格間で安定した特性仕様が揃っているため、サプライチェーンおよび製造部品の認証が容易になります。この合金は標準的な熱処理（T4/T6/T651）に対応しており、エンジニアは確立された熱処理経路によって特性を調整可能です。構造用合金としての評価と、時効処理による機械的特性の向上が明確に期待できるため、中強度の構造部材において第一選択材となっています。コスト、入手性、多工程適合性のバランスが、その持続的な人気の理由です。
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 | 優秀 | 優秀 | 最大の延性を持つ完全焼なまし状態 |
| H14 | 低〜中 | 中〜高 | 良好 | 優秀 | 加工硬化および部分的な安定化による中程度の強度 |
| T4 | 中 | 中〜高 | 良好 | 優秀 | 固溶処理後自然時効；良好な成形性 |
| T5 | 中〜高 | 中 | 可 | 優秀 | 熱間加工後の人工時効 |
| T6 | 高 | 中 | 普通〜不良 | 良好 | 固溶処理および人工時効による最高強度 |
| T651 | 高 | 中 | 普通〜不良 | 良好 | T6相当で応力リリーフ目的の制御伸張処理を施し歪みを低減 |
| H116 / H32 | 中〜高 | 中 | 良好 | 優秀 | 海洋用途向けおよび特定特性制御のため供給者特有の調質 |
調質の選択は微細構造をコントロールし、それに伴う強度と延性のバランスを決定します。焼なましのO材は優れた成形性と深絞り性を持ちますが、T6と比較すると強度は大きく劣ります。T4およびT5は中間的な特性を提供し、成形性や寸法管理が絶対的な最高強度より重視される場合に適しています。T6およびT651は機械加工性と構造的強度を優先する際に広く指定され、特にT651は精密部品での残留応力や歪みを最小限に抑える目的で使われます。
化学成分
| 元素 | 含有範囲（%） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.4–0.8 | マグネシウムと結合してMg2Si析出物を形成；強度および押出性に影響 |
| Fe | ≤0.7 | 不純物元素；脆い間質を形成し表面仕上げと耐食性に影響 |
| Mn | ≤0.15 | 微量添加；結晶粒の微細化に寄与するが6061には少量のみ含有 |
| Mg | 0.8–1.2 | シリコンとの組み合わせで主な強化元素；析出硬化には必須 |
| Cu | 0.15–0.40 | 微量の銅は強度を高めるが過剰は耐食性と溶接性を悪化させる可能性あり |
| Zn | ≤0.25 | 低含有量；影響は小さいが有害相の形成防止に制御 |
| Cr | 0.04–0.35 | 結晶粒制御と加工中の再結晶抑制に寄与 |
| Ti | ≤0.15 | 一部の鋳造または軟化品で結晶粒微細化剤として使用 |
| その他（各元素） | ≤0.05 | 微量元素および残りはアルミニウム(約バランス)で靭性や加工特性を決定 |
MgとSiのバランスは6xxx系列合金の特性を決定付け、Mg2Si析出物による時効硬化応答の主因となります。銅および鉄は耐食性および溶接性への悪影響を抑えるために管理されています。クロムとチタンは少量添加され、結晶粒と再結晶の制御に寄与します。また、残りのアルミニウムマトリックスと低不純物レベルが、本合金の伝導性や成形性を高合金構造用鋼材と比較して良好に保っています。
機械的特性
EN AW-6061は調質、板厚、処理履歴により引張強さおよび降伏強さに幅広い差が見られます。最高時効のT6状態では、構造部材に適した十分な引張強さと降伏強さを示しつつ、適度な延性を保持します。疲労特性は表面仕上げや応力集中の影響を強く受けますが、一般的に良好な耐疲労性を持ちます。焼なましおよびT4状態では引張強さは低く、伸びが高いため成形作業や冷間加工時の割れリスク低減に適しています。
6061の降伏強さに対する引張強さの比率は通常T6状態で0.7～0.85の範囲にあり、熱処理性アルミ合金としては比較的高い降伏保持率を示します。硬さは時効および調質に密接に関連し、設計や摩耗考慮のためにはピーク時効のT6硬さ値が一般に用いられます。疲労耐久性は微細構造や溶接部の熱影響部（HAZ）に敏感であり、適切な表面処理や応力除去処理によって耐久性能を大幅に向上させることが可能です。
| 特性 | O/焼なまし | 主要調質（T6） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 110–180 MPa | 約290 MPa | T6ピーク時効の引張強さは調質・板厚により260–310 MPaの範囲 |
| 降伏強さ | 35–110 MPa | 約240 MPa | 降伏強さは調質により大きく変化；T6は通常240–260 MPa |
| 伸び | 15–25% | 8–12% | 強度・板厚の増加で伸びは減少；厚板は延性が低くなる傾向 |
| 硬さ | 40–70 HB | 90–110 HB | ブリネル硬さは調質を反映；時効度合いと微細構造に関連 |
物理的特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | 軟質アルミ合金として標準的で、高比強度を実現 |
| 融点範囲 | 約582–652 °C | 純アルミより低い；固相線・液相線は成分により変動 |
| 熱伝導率 | 約150 W/m·K | 鋼材に比べ良好な熱伝導性を持ち、ヒートシンクや熱拡散部品に有利 |
| 電気伝導率 | 約30–45% IACS | 純アルミニウムより低いが、多くの電気用筐体や導体として許容範囲 |
| 比熱 | 約0.90 J/g·K | 鋼材に比べて高い比熱を持ち、熱緩衝効果に貢献 |
| 熱膨張係数 | 約23.5 ×10^-6 /K | アルミ合金で一般的な値；組み合わせ材料の寸法設計や熱サイクル考慮に重要 |
低密度、良好な熱伝導率、および中程度の電気伝導性の組み合わせにより、EN AW-6061は軽量での熱管理部品や筐体へ適しています。熱膨張および比較的高い比熱は、特に異種材料を組み合わせたアセンブリでの厳しい寸法公差や熱サイクル条件を考慮する際に重要です。電気用途に採用する場合は、高純度アルミとの比較で伝導率低下を考慮する必要があります。
製品形態
| 形態 | 代表的な厚さ・サイズ | 強度特性 | 一般的な調質 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート | 0.2–6 mm | 厚さ方向で均一；薄板は冷間加工の影響を受けやすい | O, H14, T4, T6 | パネルや筐体に広く使用される |
| プレート | 6–200 mm | 冷却速度が遅いため、厚板では強度が低下する場合がある | T6, T651 | 構造材や機械加工部品は熱処理に注意が必要 |
| 押出材 | 複雑な断面形状、数メートルまで対応 | 押出後の調質で強度を制御 | T5, T6, T651 | フレーム、レール、建築用プロファイルに最適 |
| チューブ | 直径 <10 mm から >300 mm | 肉厚が調質反応に影響 | T6, T4 | 構造用、油圧用、海洋用チューブに使用される |
| バー・ロッド | 直径・幅は可変 | 加工用にT6で供給されることが多い | T6, T651 | ファスナー、シャフト、旋盤加工部品の原材料として一般的 |
シートとプレートは圧延加工され、成形後に目標とする調質を得るために熱処理されることが多いです。押出材は一般的に断面形成後に固溶処理や人工時効を施します。プレートおよび厚肉断面では、均一な性能を得るために固溶処理と急冷速度に特別な注意が必要です。バーおよびロッド材は、T6またはT651で供給されることが多く、既知の残留応力と最小限の歪みにより最終寸法まで直接機械加工が可能です。
相当鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 6061 | アメリカ | North Americaで一般的に使用されるAluminum Association指定 |
| EN AW | 6061 | ヨーロッパ | EN規格によるEN AW-6061参照；化学組成と調質はほぼ同等 |
| JIS | A6061 | 日本 | 等価な鍛造合金の一般的な表示としてA6061を使用 |
| GB/T | 6061 | 中国 | 類似の化学組成と調質を有する6061系合金として中国規格で参照 |
各地域の規格は類似の化学組成と調質定義を指定していますが、製造方法や試験法の細かな差異により保証される機械的性質や許容不純物レベルに違いが生じることがあります。調達文書には規格および調質（例：EN AW-6061 T6 と ASTM B209 6061-T6）を明記することで、機械試験、熱処理履歴、寸法公差の一貫した合否基準を確保できます。重要な場合はミルシートや製造記録の提出を求め、対象規格に厳密に適合していることを確認してください。
耐食性
EN AW-6061はほとんどの環境で大気耐食性に優れ、保護酸化膜を形成して一般的な腐食を抑制します。やや腐食性のある環境下で良好な性能を示し、多くの屋外用途において特別な塗装なしで耐食性が許容範囲内です。海洋や塩素含有環境下では耐性はまずまずですが、海水中でのピッティングや剥離に対してより優れた耐性を持つ5xxx系合金（例：5083、5052）よりは劣ります。
応力腐食割れ（SCC）に対する感受性は6061で中程度です。塩素を含む侵襲的環境下で引張応力のかかる部品はとくに、熱処理後に応力除去が適切でない場合リスクがあります。ステンレス鋼や銅などのより貴な材料との接触腐食も局所的腐食を促進するため、絶縁材料やファスナー選定には注意が必要です。高強度Al-Cu合金（2xxx系）に比べて6061は耐食性が高い一方でピーク強度は低く、3xxx系と比較すると成形性と導電性を一部犠牲にして構造性能を高めています。
加工特性
溶接性
EN AW-6061はTIGやMIGといった一般的な溶融溶接に適しており、ER4043（Al-Si）やER5356（Al-Mg）といった充填材を使用して目的の特性に応じた溶接が可能です。溶接部はT6母材に対し熱影響部（HAZ）が軟化します。これは析出硬化成分が溶解し、HAZで異なる時効状態となるためであり、溶接後の熱処理やT4/T5の使用が必要な場合があります。Al-Mg系やAl-Cu系の一部合金と比較し熱割れのリスクは低いものの、接合部設計や位置決めの適切な管理により歪みや多孔質を抑制することが重要です。重要用途には充填材選択、予熱、冷却制御を指定し、耐食性と強度を両立させます。
切削性
6061は非フリー切削のアルミ合金の中で切削性に優れています。通常のカーバイド及び高速鋼工具で切削でき、中断しなければ長く連続した切りくずを生成します。アルミの熱伝導率と低強度から切削速度・送り速度の推奨値は鋼材より高めです。TiNやTiAlNコーティングのカーバイド工具は高速加工時の工具寿命を延長します。加工後の表面仕上げや寸法安定性はT6/T651調質から始めることで向上しますが、残留応力が応力除去されていない場合はバネ戻りが生じる恐れがあります。
成形性
成形性は調質に強く依存します。OやT4調質はT6より深絞りや小半径曲げに適します。6061-Oの典型的な最小内曲げ半径は薄板で材料厚みの0.5～1倍程度となり、T6では曲げ方法や金型により1～3倍が必要です。冷間加工により強度は向上しますが延性が低下します。複雑な成形が必要な場合は、より軟らかい調質を選定するか固溶処理と再時効を計画してください。押出し及び断面形成後の調質・熱処理管理は寸法公差確保に不可欠です。
熱処理特性
EN AW-6061は熱処理可能な合金で、機械的性質は主にMg2Si析出物の析出によって制御されます。固溶処理は通常520–550 °Cで行い、析出物形成元素を過飽和固溶体に溶解させ、迅速な急冷でこれらを保持します。その後、160–190 °Cで数時間から一日程度の人工時効により、微細なMg2Si析出物が生成し、T6状態で強度が向上します。
異なる調質経路で異なる特性を得られます。T4（固溶処理後自然時効）は成形性が向上し、その後の加工での割れを低減します。T5（熱間加工後冷却→人工時効）は即時強度が必要な押出材向けです。T651は残留応力軽減のための引張加工を施したT6スケジュールで、機械加工や精密部品に重要です。過時効や不適切な時効条件はピーク強度の低下や靭性の変化を招くため、断面厚さや求める時効反応に応じて熱処理サイクルを調整する必要があります。
高温性能
EN AW-6061は約120–150 °Cまで機械的性質を維持しますが、それ以上の長時間曝露で強度が低下します。これは強化析出物の粗大化によるものです。高温連続使用時には降伏強さ、引張強さの低下を想定し、150–200 °C以上ではクリープ挙動にも注意が必要です。鉄鋼に比べ酸化は軽微ですが、熱曝露により表面仕上げや寸法安定性が変わる可能性があります。
溶接構造物や熱影響部は局所的に強度を保持する析出物分布が変化するため高温に敏感で、軟化部が発生します。高温構造用途では6061の使用は断続的な熱曝露に限定し、保護コーティングや熱設計を組み合わせて早期の性能低下を防ぐ必要があります。長期高温仕様が求められる場合は、高温安定性を持つ合金の選定や安全率の引き上げを検討してください。
用途例
| 業界 | 代表的な部品 | EN AW-6061が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 自動車 | サスペンション部品、ブラケット | 優れた強度対重量比、加工性、溶接性 |
| 海洋 | 構造フレーム、手すり | 適度な耐食性と加工の容易さ |
| 航空宇宙 | 継手、サブ構造、内装部品 | 強度、軽量化、熱処理特性の安定性のバランス |
| 電子機器 | ヒートシンク、エンクロージャー | 高熱伝導性と押出成形性 |
| 一般製造業 | 押出型材、機械加工部品 | 多様な調質および製品形態の広い入手性 |
EN AW-6061は中〜高強度、耐食性および加工性の組み合わせが求められる分野で幅広く使用されています。押出成形、シート、プレート、バーの多様な製造形態に適応し、機械加工や溶接などの後処理が必要な部品に適した合金です。T6およびT651調質の安定供給が可能なため、設計者は製造品の性能を予測しやすい材料を指定できます。
選定のポイント
EN AW-6061は、高強度の熱処理可能合金と高い成形性を持つ商業純アルミニウムの中間を求める場合に適しています。商業純度の1100に比べて電気および熱伝導率や最終的な成形性はやや劣りますが、引張強さと降伏強さが大幅に高く、耐食性や加工性も良好に保たれています。3003や5052のような加工硬化合金と比較すると、6061は強度が高い反面、成形性が若干劣り、最適な結果を得るためには熱処理の管理が必要となる場合があります。
押出し表面仕上げや押出し性を最適化した6063と比較すると、6061は押出し性や表面仕上げがやや劣るものの、より高い構造強度と加工性が求められる場合に好まれます。過酷な海洋環境での耐食性が最優先される場合は5xxx系合金を検討してください。ただし、加工性、T6硬さの入手可能性および予測可能な時効応答を重視する場合は6061を選択します。調達の際は、設計意図と既知の加工制約に合致するよう、正確な硬さ、厚さ、適用規格を指定してください。
まとめ
EN AW-6061は、熱処理により強度が得られ、耐食性に優れ、板材・板厚材・押出材・棒材といった幅広い形状での加工性に優れた万能合金として、現代のエンジニアリング分野において重要な地位を占めています。標準的な熱処理サイクルに対する予測可能な応答性、合理的な溶接性、強い加工性により、多様な構造用および熱管理用途に適しています。多くの設計者や製造者にとって、この合金は性能、コスト、サプライチェーンの信頼性のバランスが取れた実用的な選択肢と言えます。