(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、Ｍｇ：０．４０〜０．８０wt％、Ｓｉ：０．４０〜０．９０wt％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０wt％を含有するＡｌ合金材であって、該合金材の表面方向から観察した時に長さ１０ｎｍ以上の大きさのＭｇ2 Ｓｉ析出物の分布密度が１００個／μｍ2 以下であることを特徴とする、歪速度１０2 ／ｓｅｃ以上の衝撃変形を受ける部位に使用される衝撃吸収性能に優れるアルミニウム合金製自動車ボディー部材。
【請求項２】
少なくとも、Ｍｇ：０．４０〜０．８０wt％、Ｓｉ：０．４０〜０．９０wt％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０wt％を含有するＡｌ合金を熱間押出しした後必要に応じて溶体化及び焼入れ処理を施し、その後の工程で熱を全く加えないか、又は１９０℃以下の温度で１時間未満の熱を加えることを特徴とする、歪速度１０2 ／ｓｅｃ以上の衝撃変形を受ける部位に使用される衝撃吸収性能に優れるアルミニウム合金製自動車ボディー部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、衝突時の衝撃を吸収するのに好適な性能を有するアルミニウム合金製自動車ボディー部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の分野において軽量化の要求が強く、従来から使われている素材である鉄をより軽量なアルミニウムに置換して使用する例が多くなっている。
その一方で、近年高まっている衝突時の安全性の要求から、特に車室を保護する各部材に対して高い衝撃吸収性能が求められている。これに対して従来は鋼板を加工して高い衝撃吸収性能を持つ部材を作製、使用していたが、これら部材に対しても軽量化の要求は例外ではなく、アルミニウムの使用が検討されている。
【０００３】
このような要求に対して、現在は押出し性、加工性、耐食性、及び機械的性質等のバランスの良いＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系即ち６０００系合金からなる押出し材が使用される場合が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような６０００系の合金は時効後の強度は高いものの、伸びは十分ではなく衝撃に対して割れが発生しやすく、一旦割れが発生するとそれ以降の衝撃は吸収されないので、衝撃吸収特性は非常に低いものとなる。このような特性は衝撃を吸収しなければならない部材にとっては好ましくないものである。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、自動車のセンターピラーやロッカ等、車室内を衝突による衝撃から保護する役割を持つ、衝撃吸収性能に優れるアルミニウム合金製自動車ボディー部材とその製造方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明のボディー部材は、少なくとも、Ｍｇ：０．４０〜０．８０wt％、Ｓｉ：０．４０〜０．９０wt％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０wt％を含有するＡｌ合金材であって、該合金材の表面方向から観察した時に長さ１０ｎｍ以上の大きさのＭｇ2 Ｓｉ析出物の分布密度が１００個／μｍ2 以下であることを特徴とする、歪速度１０2 ／ｓｅｃ以上の衝撃変形を受ける部位に使用される衝撃吸収性能に優れるアルミニウム合金製自動車ボディー部材である。
【０００６】
また本発明の製造方法は、少なくとも、Ｍｇ：０．４０〜０．８０wt％、Ｓｉ：０．４０〜０．９０wt％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０wt％を含有するＡｌ合金を熱間押出しした後必要に応じて溶体化及び焼入れ処理を施し、その後の工程で熱を全く加えないか、又は１９０℃以下の温度で１時間未満の熱を加えることを特徴とする、歪速度１０2 ／ｓｅｃ以上の衝撃変形を受ける部位に使用される衝撃吸収性能に優れるアルミニウム合金製自動車ボディー部材の製造方法である。
【０００７】
本発明において、自動車ボディー部材としてのアルミニウム合金の組成を上記のように限定した理由について、先ず説明する。
【０００８】
Ｍｇはアルミニウム合金の強度を向上させる元素である。しかしその含有量が０．４wt％未満では強度向上の効果がなく、０．８wt％を超えると押出し性が低下し、極端に押出し速度が低くなり、薄肉形材の製造が困難になる他、伸びが低下して加工性が悪くなる。
【０００９】
Ｓｉも強度を高める効果のある元素である。しかしその含有量が０．４wt％未満ではその効果は十分ではなく、０．９wt％を超えると押出し性の低下、伸びの低下に伴う加工性の低下を招く。
【００１０】
Ｍｎは押出し形材の、特に表層付近の再結晶防止に効果があって結晶粒の微細化に有効な元素である。しかしその含有量が０．０５wt％未満では上記効果が不十分であり、０．５wt％を超えると上記効果が限界に達するうえに、粗大な晶出物を生じて曲げ加工等で割れの原因となる。
【００１１】
次に本発明の製造方法について説明する。
本発明では、上記アルミニウム合金の素材の押出し加工後、又はその後必要に応じて施す溶体化及び焼入れ後における工程、即ちその後の該素材の加工工程及び車体組み立て工程において、熱を全く加えないか、又は熱を加える場合は１９０℃以下の温度で１時間未満の処理をするものである。
このように熱を全く加えないか、又は熱を加える場合は１９０℃以下の温度で１時間未満の処理をするのは、Ｍｇ2 Ｓｉを析出させないためである。Ｍｇ2 Ｓｉが析出しない状態での押出し形材は歪速度依存性が高く、歪速度が大きい時の強度及び伸びの増加分が大きい。このような性質は、衝突時の変形で衝撃を吸収する必要のある自動車ボディー部材には好適である。
【００１２】
そして問題となるＭｇ2 Ｓｉ析出物の大きさは１０ｎｍ以上であり、さらにその析出物の分布密度を材料の表面方向からの観察で１００個／μｍ2 以下に規制する。このようにＭｇ2 Ｓｉ析出物の大きさを１０ｎｍ以上としたのはこれより小さい析出物は、歪速度依存性にほとんど影響を与えないためであり、またその分布密度を１００個／μｍ2 以下としたのは、分布密度が１００個／μｍ2 を超えると歪速度依存性にほとんど影響を与えないためである。
【００１３】
自動車ボディー構造における衝撃吸収に関しては、一般に部材の強度が大きいほど変形に要するエネルギーは大きく、衝撃吸収量も大きいといえる。そこで従来は強度増加の目的で１８０℃で２〜３時間程度の人工時効処理が行われる場合があるが、このような処理によれば強度は大きくなるものの伸びは低下して破断し易くなる。そして破断後の衝撃吸収性能はほとんどないため全体として衝撃吸収性能は小さいことになる。
また通常１８０℃程度の温度で行われる塗装焼付け工程も１時間以上の長時間にわたって行われると、人工時効処理と同じくＭｇ2 Ｓｉの析出を促進させることから、本発明ではこのように塗装焼付けを実施する場合には１時間未満の時間で行う必要がある。
【００１４】
本発明のような加熱条件で材料を作製すると、歪速度が低速の場合は強度も小さく伸びもそれほど大きくはない部材でも、衝突のような歪速度が大きい場合、即ち歪速度１０2 /sec以上での変形では強度及び伸びの大きい材料として衝撃の吸収に好適な材料となる。さらに、通常低速で行われることの多い曲げ加工等の成形において、本発明の材料及び本発明製造法による押出し形材は、低強度材料として取り扱えるので成形加工が容易であるという利点もある。
【００１５】
【実施例】
以下に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。
【００１６】
表１に示す組成の各種Ａｌ合金鋳塊を連続鋳造法により製造した。これらを５１０℃に加熱したのち熱間押出しを行った。その後５３０℃に加熱、溶体化して２０℃／sec の冷却速度で冷却した。しかる後表１に示す加熱条件で加熱し、もしくは加熱せずに、図１に示すような外寸法６０×６０ｍｍで断面田の字形状の中空形材を得た。
【００１７】
【表１】
0003704396.tif 000002
【００１８】
得られた中空形材よりＪＩＳ５号試験片を採取し、これを低歪速度１０-1/secで引張試験を行った結果を表２に示す。
また該中空形材より図２に示す試験片を採取し、これを高速引張試験機を用いて高歪速度での耐力を測定してその結果を表２に併記した。なおこの試験では実際の自動車の衝突を想定して歪速度を１０3 /sec  とした。
【００１９】
また図３に示す衝突試験装置を用いて該中空形材の動的曲げ試験を行い、その時の形材の割れ発生の有無から、高歪速度における材料の伸びの評価を行った。
さらにこの試験の変位−荷重曲線から１００ｍｍまで変位する時のエネルギー吸収量を求めた。これらの結果も表２に併記した。なおこの動的曲げ試験は、重量５００ｋｇの車体（１）前部に供試材である形材（２）を取り付けて速度１５ｋｍ／ｈｒで壁の押し治具（３）に衝突させ、３点曲げの状態で形材を変形させるもので、最も変形を受ける部位の歪速度は１０3 /sec  のオーダーと考えられる。図中（４）はステー、（５）はダンパー、（６）はレーザー変位計、（７）はロードセルを示す。
また該中空形材からサンプルを採取し、形材表面方向から透過型電子顕微鏡で（１００）面のＭｇ2 Ｓｉ析出物の観察を行い、〔１００〕〔０１０〕方向の長さ１０ｎｍ以上のＭｇ2 Ｓｉ析出物の分布密度を測定した。この結果も表２に示した。
【００２０】
以上の採取試験片を用いた表２の評価結果及び押出し時の限界速度から、各材料の衝撃吸収性と押出し性を評価してこれらを表３に示した。そして各性能のバランスを考慮して、衝撃吸収性能が必要とされる部位に使用される自動車ボディー部材としての総合評価を行いその結果を表３に併記した。
【００２１】
【表２】
0003704396.tif 000003
【００２２】
【表３】
0003704396.tif 000004
【００２３】
表２から明らかなように、本発明による形材は高歪速度において高い強度を発揮しており、且つ伸びも大きいといえる。また本発明例のものは１００ｍｍまで変形する時のエネルギー吸収量も大きく、衝突時にも破断することなく有効にエネルギーを吸収していることが判る。さらに本発明例では表３から明らかなように、押出し性も良好なので量産における製造コストも優れているといえる。
これに対して比較例Ｎｏ．４、６、８及び９のものは低速引張試験、高速引張試験又は衝突試験の何れかにおいて本発明例のものより劣っている。また比較例Ｎｏ．５と７のものは低速引張試験、高速引張試験又は衝突試験に関しては、本発明例に近い特性を有するが、表３における押出し性において劣っていることが明らかである。このように比較例ではいずれも衝撃吸収性と押出し性の両者のバランスが共に良好なものはなかった。
【００２４】
【発明の効果】
このように本発明によれば、高歪速度での強度と伸びが共に大きいアルミニウム合金材料の製造が可能で、衝突時の衝撃をその変形によって吸収しなければならない自動車ボディー部材のセンターピラーやロッカ等に好適な材料を提供できる。また本発明の部材は、低歪速度では強度は小さいが伸びが大きいので曲げ加工等の成形加工が容易であるという利点も合わせ持つ。しかも押出し性も良好であるので量産性も良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で製造した中空形材を示す断面図である。
【図２】高速引張試験片の形状を示す平面図である。
【図３】衝突試験装置を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１  車体
２  形材
３  押し治具
４  ステー
５  ダンパー
６  レーザー変位計
【図１】
0003704396.tif 000005
【図２】
0003704396.tif 000006
【図３】
0003704396.tif 000007