アルミニウム EN AW-6063：組成、特性、焼き戻し状態ガイドおよび用途
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総合概要
EN AW-6063は6xxx系アルミニウム合金に属し、Mg-Si系合金体系を特徴とする析出硬化が可能なシリーズです。このシリーズはより軟らかい1xxx系・3xxx系の加工硬化型合金と、より高強度の2xxx系・7xxx系の熱処理型合金の中間に位置し、押出加工性、耐食性、適度な強度のバランスを実現しています。
EN AW-6063の主な合金元素はシリコンとマグネシウムで、これらが結合して析出硬化の原因となるMg2Si析出物を形成します。鉄、マンガン、クロム、チタンの微量添加は、組織制御、原料の清浄度、熱処理への応答性に影響を与えますが、基本的な析出硬化メカニズムを大きく変えるものではありません。
EN AW-6063は熱処理可能な合金であり、固溶処理と人工時効（析出硬化）により強度が向上します。主な特徴は良好な押出し性と表面仕上げ、大気環境下での中程度から高い耐食性、多くの硬質状態での優れた溶接性、ならびに焼鈍および半硬質状態での良好な成形性です。
EN AW-6063を使用する代表的な産業には、建築用システム（窓枠、ドア枠）、構造用押出形材、消費者電子機器のヒートシンク、輸送用の軽量構造部品などがあります。エンジニアは、良好な表面品質、押出時の寸法安定性、耐食性、および十分な強度を他の合金と比較して重視する場合に6063を選定します。
硬質状態のバリエーション
| 硬質状態 | 強度レベル | 伸び | 成形性 | 溶接性 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|
| O | 低 | 高い | 優秀 | 優秀 | 最大の延性を得るための完全焼鈍状態 |
| H14 | 低～中 | 中程度 | 良好 | 優秀 | 熱処理なしで降伏強さを向上させた軽い加工硬化状態 |
| T5 | 中程度 | 中程度 | 良好 | 優秀 | 高温より冷却後、人工時効処理を施した状態 |
| T6 | 中～高 | 中程度 | 可～良好 | 非常に良好 | 固溶処理後、人工時効処理で高強度化した状態 |
| T651 | 中～高 | 中程度 | 可～良好 | 非常に良好 | T6に応力除去のための伸線を加えて残留応力を除去した状態 |
硬質状態は析出物の分布と転位密度を変化させることで、強度と延性のバランスを制御します。焼鈍（O）状態は成形加工や複雑な曲げに用いられますが、T5やT6状態は寸法安定性やより高い荷重に耐える必要がある場合に使用されます。
人工時効スケジュールや加工硬化は異なる強度プロフィールを生み出し、溶接や成形の工程にも影響します。硬質状態の選択は、後加工の熱処理、要求される表面仕上げ、実使用時の機械的荷重とのトレードオフとなります。
化学組成
| 元素 | 含有率範囲（％） | 備考 |
|---|---|---|
| Si | 0.2–0.6 | 主要合金元素；Mgと結合して析出硬化をもたらすMg2Siを形成 |
| Fe | ≤0.35 | 不純物元素；強度と表面仕上げに影響し、金属間化合物形成を促進 |
| Mn | ≤0.10 | 微量元素；組織細化に寄与するが6063では制限されている |
| Mg | 0.45–0.9 | Siと結びついて強化析出物を形成；硬化能を制御 |
| Cu | ≤0.10 | 耐食性維持のため低く抑えられる；過剰は応力腐食割れを悪化 |
| Zn | ≤0.10 | 6xxx系では許容限度が低い；高Znは不適 |
| Cr | ≤0.10 | 結晶粒の細化及び一部硬質状態で再結晶制御に利用 |
| Ti | ≤0.10 | 鋳造やビレット製造時の結晶粒制御に使用 |
| その他 | 各 ≤0.05、合計 ≤0.15 | 微量元素および意図的な微合金元素を含む |
MgとSiのバランスは性能の中心であり、Mg2Si析出物の化学量論と分布が最大強度および時効速度を決定します。鉄やその他の微量元素は鋳造・押出し性、表面仕上げ、局所腐食や金属間化合物による欠陥感受性を制御します。
機械的性質
EN AW-6063の引張挙動は硬質状態に大きく依存します。焼鈍状態は低い降伏強さと大きな伸びを示す一方、T6やT651では降伏強さと引張強さが著しく向上し、延性は低下します。合金は降伏点まで比較的線形的な弾性挙動を示し、高い硬質状態では予測可能な加工硬化領域を持つため、安全率を保った設計に適しています。
押出断面の降伏強さは断面厚みや固溶処理後の冷却速度に敏感であり、薄肉断面の押出形材は均一な性質と良好な時効応答を得やすいです。疲労性能は析出硬化型Al-Mg-Si合金の特性に準じ、表面状態、押出し欠陥、残留応力が主要な寿命決定因子となります。
硬さは硬質状態に対応し、O状態は低硬さ、T6やT651は析出物分布の細分化によりブルネル・ビッカース硬さが向上します。厚みの違いが重要で、厚い部材は熱処理後の冷却が遅いため析出物が粗大化し、同じ処理条件でも薄肉部材より強度ピークがやや低くなる傾向があります。
| 特性 | O（焼鈍） | 代表的硬質状態 (T6) | 備考 |
|---|---|---|---|
| 引張強さ | 100～140 MPa | 175～220 MPa | 断面サイズおよび時効条件により変動 |
| 降伏強さ | 40～80 MPa | 120～170 MPa | 0.2%オフセット法で測定；時効・加工硬化に敏感 |
| 伸び | 12～18% | 6～12% | 薄肉断面や焼鈍状態ほど高い |
| 硬さ | 25～40 HB | 60～85 HB | 硬化度と析出物分布に連動 |
物理的性質
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 2.70 g/cm³ | 一般的な加工アルミ合金の値；質量・剛性計算に使用 |
| 融点範囲 | 約605～650 °C | 固相点～液相点の範囲は局所組成・不純物による |
| 熱伝導率 | 約160～180 W/m·K | 鋼材と比較して良好な熱伝導性；硬質状態や合金元素に依存 |
| 電気伝導率 | 約30～40 % IACS | 高純度アルミより低く、合金元素や加工硬化の影響を受ける |
| 比熱 | 約900 J/kg·K | 熱管理や熱処理エネルギー計算に有用 |
| 熱膨張率 | 約23～24 µm/m·K（20～100°C） | 異種材料との組み合わせ設計における標準的係数 |
これらの物理特性により6063は熱管理部品や軽量構造要素として魅力的です。高い熱伝導性と低密度により、鋼材や高強度アルミ合金と比較して有利な比熱伝導性能と剛性を発揮します。
熱的性質は熱処理挙動にも影響を及ぼし、熱伝導率は厚肉部品の焼入れにおける冷却均一性を決定し、治具や断熱材が存在すると温度勾配を生じることがあります。電気伝導率は一部の導体用途に十分ですが、一般的には機械的性質とのトレードオフとなります。
製品形状
| 形状 | 代表的な厚み・サイズ | 強度挙動 | 代表的硬質状態 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| シート材 | 0.5～6 mm | 薄板で均一な性質 | O、H14、T5 | 建築パネルやエンクロージャーに使用 |
| プレート材 | 6 mm以上 | 冷却が遅いためピーク強度が減少しがち | O、限定的にT6 | 6063における厚板使用は少なく、押出が不要な場合に6xxx系プレートが選ばれる |
| 押出形材 | 肉厚1～20 mm、複雑断面 | 優れた表面仕上げ；方向性のある物性 | O、T5、T6、T651 | 6063の主要製品；厳しい公差やアルマイト加工対応が可能 |
| チューブ | 薄肉から厚肉まで | 肉厚と加工硬化により強度変動 | O、T6 | フレーム、レール、建築用チューブとして一般的 |
| バー・丸棒 | 直径最大50 mm | 径が大きいほどピーク強度は低下傾向 | O、H14 | 冷間引抜き材で機械加工や成形に使用 |
押出形材は6063の主な用途を定義しており、薄肉で複雑な断面を経済的に生産しつつ、アルマイト仕上げに適した良好な表面品質を維持できます。プレートや厚肉断面は用途が限られ、厚肉部でより高強度を求める場合は他の6xxx系や7xxx系合金に置き換えられることが多いです。
加工における違いは重要です。押出型材は通常、押出し時あるいは矯正後に時効処理が行われますが、鋼板や管材の製造では異なる圧延・引抜履歴があり、これが結晶粒構造や機械的異方性に影響を与えます。製造可能性を考慮した設計では、最小曲げ半径や押出型材の異方性降伏挙動を考慮する必要があります。
対応鋼種
| 規格 | 鋼種 | 地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| AA | 6063 | USA | 鍛造合金の北米における一般的な表記 |
| EN AW | 6063 | Europe | EN AW-6063は同じMg-Si系統で、欧州の加工仕様に対応 |
| JIS | A6063 | Japan | 押出業界で一般的に使用される日本の相当材 |
| GB/T | 6063 | China | 成分範囲が類似する中国の規格表示 |
地域間での対応鋼種は同じMg–Si系強化化学組成を共有していますが、許容不純物限度や製造慣行に細かな違いがあり、表面仕上げや押出し性に影響します。硬さ指定、試験方法、受入基準（例えば、許容気孔率、結晶粒径、表面品質など）は規格や生産者によって異なる場合があります。
規格間で代替する場合は、硬さ指定や機械的性質表を確認してください。例えば、ある規格のT6は降伏強さや引張強さの最小値が異なることがあります。表面仕上げや陽極酸化の挙動もビレットの加工履歴や不純物含有量に左右されるため、建築用途では供給源の管理が重要です。
耐食性
EN AW-6063は銅含有量が低く、アルミニウム酸化皮膜の保護性が高いため、一般的な大気環境に対して良好な耐食性を示します。陽極酸化が良好で、均一で美しい表面が得られ、見た目の美しさと局所腐食耐性の向上に寄与するため、建築用押出材として人気があります。
海洋環境や塩化物を含む環境では、6063はピッチングや隙間腐食に対して中程度の耐性を持ちますが、高マグネシウム含有の5xxx系合金や特別な被覆を施したステンレス鋼ほどの耐久性はありません。停滞した海水や堆積物の下では局所腐食が進行しやすいため、海洋用途では保護塗装、陽極酸化、または犠牲防食設計が一般的に用いられます。
6xxx系合金の応力腐食割れ（SCC）感受性は、熱処理可能な高度合金鋼と比較して一般的に低〜中程度です。ただし、引張残留応力に腐食環境と高温が加わると、感受性条件下でSCCを促進する可能性があります。異種金属接触による電食も考慮が必要で、より貴な金属と接続すると、アルミニウムは電気的に絶縁されるか陰極保護されない限り腐食します。
1xxx系・3xxx系と比較すると、6063はやや耐食性を犠牲にしていますが、その代わりに強度や押出し性が向上しています。5xxx系合金と比べると、6063は陽極酸化や表面仕上げに優れる一方、長期の海水浸漬に対する耐性は一般的に劣ります。
加工特性
EN AW-6063は標準的な工場加工において扱いやすく、成形性、溶接性、熱処理による強度向上のバランスが良いため、押出し部品と二次加工に適しています。接合および矯正時の残留応力と熱入力の管理は、寸法公差の維持や時効過剰を防ぐために重要です。
溶接性
6063の溶接性はTIGやMIGなど一般的な融接法で非常に良好です。推奨される溶接棒はER4043（Al-Si）やER5356（Al-Mg）で、溶接後の強度や耐食性の要求に応じて使い分けます。Siを含む母材の流動性を改善し、割れ傾向を減らすためにER4043が好まれます。
T6またはT651材の溶接近傍では、熱影響部（HAZ）で析出物が溶解および粗大化して局所強度が低下し軟化が起きることがあります。溶接後の熱処理や局所的な応力除去処理で一部の性質回復が可能です。高強度合金と比較すると熱割れリスクは低いですが、良好な接合設計、清浄な表面、適切な溶接棒の選択により割れ発生は抑制されます。
切削性
6063の切削性は自由切削アルミ合金と比べて中程度で、カーバイド工具を適切な切削速度で使い、切りくず処理を行うと良好に加工できます。鋭利な刃先、正の逃げ角、十分な冷却・エアブローの使用により切りくず付着を抑制し、陽極酸化やめっきに適した良好な表面仕上げが得られます。
送り速度と切削速度は断面の制約を考慮してください。薄肉押出材は加工中に支持が不足すると振動やチャタリングが発生しやすくなります。ドリル、フライス、仕上げ加工後は、適切な洗浄とエッチングで表面が陽極酸化に適した状態となります。
成形性
OおよびH14硬さの成形性は非常に良好で、多様な形状の曲げ加工、ロール成形、深絞りに対応できます。最小曲げ半径は硬さや板厚に依存しますが、アニーリング材では厚みの1～3倍程度の内半径を推奨し、T6硬さではより大きな半径が求められます。
冷間加工（H硬さ）は靭性を犠牲にして降伏強さを向上させるため、多段階加工ではアニーリング→成形→時効や、O状態で成形後T5/T6時効処理の組み合わせが多用されます。厳しい曲げや伸張成形はOまたは低硬化状態で行い、最終形状確定後に人工時効を施すのが一般的です。
熱処理特性
EN AW-6063は熱処理可能なAl-Mg-Si系合金で、固溶化処理、急冷、人工時効に対して予測可能な応答を示します。固溶化処理は通常520～540 °Cの範囲で行い、Mg2Siを過飽和固溶体に溶解させ、急冷で固溶体を保持します。
人工時効（析出硬化）は160～185 °Cで、板厚や目的硬さに応じて時間を変えて行います。T5は冷却直後に時効処理した状態を指し、T6は固溶化処理→急冷→安定化まで時効した状態を意味します。過時効はピーク強度を下げますが、熱安定性や靭性が向上します。制御された未時効状態は成形性や後続の強度向上を調整するために利用されます。
硬さ遷移は機械的変形と熱サイクルの組み合わせで制御します。H硬さは加工硬化を利用し、T硬さは析出硬化を利用します。残留応力は伸張処理（T651）や低温応力除去によって軽減可能ですが、機械的性質を大きく変更するには固溶化処理と再時効が必要です。
高温性能
EN AW-6063は析出物の粗大化や母材強化効果の減少により、温度上昇に伴って強度が徐々に低下します。通常150 °C以上で降伏強さの著しい低下が見られます。継続的な構造用途では、クリープや永久軟化を避けるため120～150 °C以下の使用が望ましいです。
高温での酸化はアルミニウムが安定な酸化皮膜を形成するため限定的ですが、長時間の高温露出で表面のスケーリングや陽極酸化被膜の劣化が生じることがあります。溶接熱影響部は高温に曝されると軟化が促進され、局所の荷重支持能力や疲労耐久性が低下します。
短期間の高温暴露であれば6063は機械的性質を保持しますが、高温荷重を伴う設計には2xxx系や7xxx系などの他合金や機械設計の見直しを検討してください。クリープ耐性は限定的で、本合金の主要設計機能ではありません。
用途
| 業界 | 代表部品 | EN AW-6063が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 建築 | 窓枠・ドア枠 | 優れた押出性、陽極酸化仕上げ、耐食性 |
| 海洋 | デッキトリム・構造用押出材 | 良好な大気腐食耐性と軽量性 |
| 航空・輸送 | 内装部品・非重要構造部材 | 高い強度対重量比と優れた表面品質 |
| 電子機器 | ヒートシンク・筐体 | 高い熱伝導性と良好な切削加工性 |
| 自動車 | トリム、キャビン構造、レール | コスト効果の高い押出材で適度な強度と仕上げ性 |
EN AW-6063は表面仕上げの美しさ、陽極酸化適性、押出時の寸法安定性が、ファサードやフレームシステムの要求に適合するため、建築用押出市場で特に優勢です。製造性、コスト、使用性能の実用的な妥協点を提供し、幅広い軽構造部品に適しています。
選定のポイント
高品質な押出形材で良好な陽極酸化面、適度な機械的強度、優れた押出性を求める設計にはEN AW-6063を使用してください。成形や曲げが主体の場合はアニーリングまたは低硬度硬さを選び、高い寸法安定性や荷重性能が必要な部品にはT5/T6/T651硬さを選択します。
商用純アルミニウム（1100）と比較すると、6063は電気および熱伝導率がわずかに低下する代わりに、はるかに高い強度を有します。伝導性や成形性を最優先する場合は1100を選択してください。加工硬化した3003や5052と比較すると、6063はより高い析出強化を実現でき、陽極酸化処理の品質も優れています。一方で、3003や5052は溶接や時効が不要である場合において、より優れた耐海水性や冷間成形性を提供することがあります。
6061と比較すると、6063は複雑な形状の押出し加工性および表面仕上げに優れるものの、一般的にピーク強度は低くなります。建築用押出形材や表面美観および軽～中程度の強度が重視される場合は6063を選択し、大断面でより高い構造強度が必要な場合は6061を推奨します。
- 押出形材のコストや入手可能性を考慮してください。6063は複雑な断面形状に広く対応可能であり、大型の6061部品を機械加工するよりも経済的なことが多いです。
- 異種金属の組み立てでは、異種金属間腐食を考慮し、アルミ表面の保護のためにコーティングやシール、絶縁材の使用を検討してください。
- 疲労寿命が重要な場合は、表面仕上げを優先的に行い、押出時の欠陥を除去すると共に、ショットピーニングや機械的仕上げを施して性能向上を図ってください。
まとめ
EN AW-6063は、品質の高い押出し加工性、優れた表面仕上げ、バランスの取れた機械的性質をコスト効率良く実現できる主要合金として広く用いられています。析出強化を活かしたテンパー選択や熱処理によりエンジニアが特性を調整可能であり、製造性や耐腐食性も建築、輸送、熱管理用途の要求に応えています。