(57)【要約】【目的】  高強度でありながら蛇腹変形しても亀裂が発生し難く、エネルギー吸収特性に優れ、リインフォースメントおよび車体構造部に取り付けるためのフランジも一体成形可能なアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材およびその製造方法を提供する。【解決手段】  Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の熱間鍛造材からなる。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金を熱間鍛造し、溶体化処理および人工時効処理を施すことにより製造する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の熱間鍛造材からなることを特徴とするアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材。
【請求項２】
前記熱間鍛造材を溶体化処理および人工時効処理した後、短冊状試験片を採取して１８０°の密着曲げ試験を行った場合、深さ１０μｍ以上の割れが生じないことを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材。
【請求項３】
前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金が、Ｍｇ：０．３〜１．０％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｃｕ：０．５％以下を含有し、さらにＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉのうちの１種以上を合計で０．１〜０．５％含有することを特徴とする請求項１または２記載のアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材。
【請求項４】
前記熱間鍛造材は、筒状部と該筒状部の少なくとも一端部にフランジ部を形成してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材。
【請求項５】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金を熱間鍛造し、溶体化処理および人工時効処理を施すことを特徴とするアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材の製造方法。
【請求項６】
前記溶体化処理を、４８０〜５３０℃の温度域で行うことを特徴とする請求項５記載のアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材の製造方法。
【請求項７】
前記人工時効処理を、１７０〜２４０℃の温度域で行い、各処理温度での保持時間を０．５〜２ｔ（ｔ：各処理温度においてピーク強度が得られる保持時間）とすることを特徴とする請求項５または６記載のアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材の製造方法。
【請求項８】
前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金が、Ｍｇ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｃｕ：０．５％以下を含有し、さらにＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉのうちの１種以上を合計で０．１〜０．５％含有することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のフレームに取り付けられ、対物衝突あるいは車体同士の衝突時に、自らが塑性変形することによって衝突エネルギーを吸収して車体を保護するためのアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、乗用車には、対物衝突あるいは車体同士の衝突の際の衝突エネルギーを吸収するため、車体の前後部にウレタンやポリプロピレンなどの発泡樹脂とリインフォースメントからなるバンパーが備え付けられている。
【０００３】
衝突速度が数ｋｍ／ｈ程度の低速の場合には、バンパーによってエネルギーを吸収し、車体の変形を防止することが可能であるが、より高速で衝突した場合や車体重量部が大きい場合には、衝突エネルギーが高くなるから、通常のバンパーでは対応が困難となり、エネルギー吸収性能を向上させて車体保護性能を高めることが必要となる。
【０００４】
そのために、リインフォースメントにエネルギー吸収部材を装着する手法があり、この手法として、液体がオリフィスを通過するときの粘性抵抗を利用する円筒ダンパや自らが塑性変形してエネルギーを吸収するものなどがあり、後者の例として、金属パイプがフランジの穴を直径を縮めながら通過するものや筒状金属が蛇腹状に変形するものなどが提案されている。
【０００５】
これらエネルギー吸収部材には、エネルギー吸収性能の他に、強度、寸法が大きくならないこと、低コストであることも要求されており、この要求に答えるために、蛇腹変形するタイプのものとして、鋼板を筒状に加工した構造体が使用されてきた。
【０００６】
近年の車体軽量化の観点から、アルミニウムを利用したエネルギー吸収部材として、アルミニウム押出形材を利用した筒状の構造体が検討されているが（特許文献１、２参照）、鋼材と比較して材料費が高いうえ、リインフォースメントおよび車体構造部に取り付けるためのフランジを溶接し、フランジを介して取り付ける必要があるため、コスト高になるという難点があり、エネルギー吸収性能も鋼材と比較して必ずしも優れているとはいえないため、広範囲に使用されるには至っていない。
【特許文献１】特開平１１−１０６８７９号公報
【特許文献２】特開２０００−３１９７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
筒状のアルミニウム押出材からなる衝突エネルギー吸収部材において、エネルギーは、筒状部材が蛇腹状にひと山づつ順番に伝達して塑性変形することにより吸収されるが、吸収性能は、車体重量と所望の衝突速度によって決定される変形荷重と、その変形荷重を部材が蛇腹状に変形して長さを収縮させながら長い距離保てるかどうかで評価される。
【０００８】
変形過程で部材に亀裂が発生すれば、蛇腹の伝達が悪くなって変形荷重が乱れたり、長く保持できなくなってエネルギー吸収性能が低下する。所望の変形荷重を得るためには、材料強度が高いほうが望ましく、変形抵抗は、（材料強度×部材の断面積）と相関しているので、材料強度が小さい場合には、部材の断面積を大きくする、すなわち、部材の肉厚を大きくすれば所望の変形荷重を得ることができるが、重量増となるため望ましくない。肉厚の場合には、蛇腹変形時に亀裂が発生し易くなる。材料強度を高めると、材料の延性が低下する傾向があるため、蛇腹変形時に亀裂が生じ易くなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、アルミニウム製衝突エネルギー吸収部材における上記の問題を踏まえ、優れたエネルギー吸収特性を有するアルミニウム製衝突エネルギー吸収部材を得るために、アルミニウム材料の合金系、成形方式、熱処理などについて試験、検討を行った結果としてなされたものであり、その目的は、高強度でありながら蛇腹変形しても亀裂が発生し難く、エネルギー吸収特性に優れ、リインフォースメントおよび車体構造部に取り付けるためのフランジも一体成形可能なアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための請求項１によるアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の熱間鍛造材からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２によるアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材は、請求項１において、前記熱間鍛造材を溶体化処理および人工時効処理した後、短冊状試験片を採取して１８０°の密着曲げ試験を行った場合、深さ１０μｍ以上の割れが生じないことを特徴とする。
【００１２】
請求項３によるアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材は、請求項１または２において、前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金が、Ｍｇ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｃｕ：０．５％以下を含有し、さらにＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉのうちの１種以上を合計で０．１〜０．５％含有することを特徴とする。
【００１３】
請求項４によるアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記熱間鍛造材は、筒状部と該筒状部の少なくとも一端部にフランジ部を形成してなることを特徴とする。
【００１４】
請求項５によるアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材の製造方法は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金を熱間鍛造し、溶体化処理および人工時効処理を施すことを特徴とする。
【００１５】
請求項６によるアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材の製造方法は、請求項５において、前記溶体化処理を、４８０〜５３０℃の温度域で行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項７によるアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材の製造方法は、請求項５または６において、前記人工時効処理を、１７０〜２４０℃の温度域で行い、各処理温度での保持時間を０．５〜２ｔ（ｔ：各処理温度においてピーク強度が得られる保持時間）とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項８によるアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材の製造方法は、請求項５〜７のいずれかにおいて、前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金が、Ｍｇ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｃｕ：０．５％以下を含有し、さらにＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉのうちの１種以上を合計で０．１〜０．５％含有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高強度でありながら蛇腹変形しても亀裂が発生し難く、エネルギー吸収特性に優れ、リインフォースメントおよび車体構造部に取り付けるためのフランジも一体成形可能なアルミニウム合金製衝突エネルギー吸収部材およびその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明による衝突エネルギー吸収部材は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金を熱間鍛造し、溶体化処理および人工時効処理からなる熱処理を施すことにより得られ、微細な再結晶組織あるいは加工組織が残る部分再結晶組織からなり、粒界の析出物が少ない組織形態を特徴とする。
【００２０】
熱間鍛造は、通常、３００〜４５０℃の温度で、クランクプレスやナックルプレスなどの機械プレスや、油圧プレス、スクリュープレスにより行われ、断面が円筒状、４角、６角などの角筒状（長さ方向に延びる仕切り壁を形成したものも含む）で所定の高さの側壁を有する構造体に成形する。熱間押出と比較すると、熱間鍛造は、加工温度が低く、ひずみ速度が速く、温度の点からもひずみ速度の点からも加工後の熱処理時に再結晶組織が形成し易い。前記熱処理を組み合わせることにより、鍛造で伸ばされた側壁面の部分は、微細な再結晶組織あるいは一部鍛造加工組織の残る部分再結晶組織が形成され、衝突を想定した圧縮荷重を負荷した場合、高い変形荷重を保ちながら亀裂が入ることなく良好に蛇腹状に塑性変形する。
【００２１】
本発明における好ましい合金組成、溶体化処理および人工時効処理条件について説明すると、好ましい合金系はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系であり、合金成分の意義および限定範囲は以下のとおりである。
【００２２】
ＭｇおよびＳｉは、強度を向上させるよう機能する。好ましい含有量は、Ｍｇ：０．３〜１．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％の範囲であり、Ｍｇ０．３％未満、Ｓｉ０．２％未満ではその効果が十分でなく、Ｍｇ１．０％、Ｓｉ１．０％を越えると、伸びが低下して亀裂が生じ易くなる。
【００２３】
Ｃｕも強度を向上させるよう機能する。好ましい含有量は０．５％以下の範囲であり、０．５％を越えると、耐食性が低下し易くなる。Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉは、再結晶組織を微細化する作用を有し、蛇腹状に変形したときに亀裂を入り難くする。好ましい含有量は、これらの１種以上を合計で０．１〜０．５％の範囲であり、０．１％未満ではその効果が小さく、０．５％を越えて添加しても再結晶組織の微細化効果が飽和してこれ以上の微細化効果が得られず、また、これら添加元素がアルミニウムマトリックスに固溶しているＳｉの濃度を低下させ強度低下を招く。
【００２４】
溶体化処理はＳｉおよびＭｇを固溶させる目的で行う。好ましい溶体化処理温度は４８０〜５３０℃であり、４８０℃未満では所望の材料強度が得難く、５３０℃を越えると、再結晶粒が粗大化し易く、また溶体化処理後の人工時効処理において粒界析出物の量が多くなるために、圧縮荷重を負荷した場合に蛇腹状に塑性変形する過程で亀裂が発生し易くなる。さらに好ましい溶体化処理温度は４８５〜５１５℃である。
【００２５】
溶体化処理後の人工時効処理は、処理温度１７０〜２４０℃、各処理温度での保持時間を０．５〜２ｔ（ｔ：各処理温度においてピーク強度が得られる保持時間）とする条件で行うことが好ましい。人工時効処理は、溶体化処理で溶入したＳｉおよびＭｇを析出させて材料強度を高める目的で行う。上記の条件で人工時効処理することにより、圧縮荷重を加えたときに高い変形荷重を保持することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。これらの実施例は、本発明の一実施態様であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２７】
実施例１、比較例１
６Ｎ０１合金（組成：Ｍｇ０．６％、Ｓｉ０．６％、Ｃｕ０．０７％、Ｍｎ０．０６％、Ｃｒ０．０２％、Ｔｉ０．０２％）の角材（寸法：８８ｍｍ×１６８ｍｍ×２０ｍｍ）を素材とし、これを４００℃の温度で熱間鍛造して、図１に示すような、フランジ３（寸法：９０ｍｍ×１７０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を有する日の字断面の側壁２を延ばした角筒状構造体１（外寸：８０ｍｍ×１２０ｍｍ、肉厚２ｍｍ、側壁高さ２００ｍｍ）を作製した。また、比較のために、同じ断面寸法を有する熱間押出による構造体も作製した。
【００２８】
得られた構造体１の側壁２から、短冊状試験片を採取し、表１に示す条件で熱処理（溶体化処理および人工時効処理）を施し、引張試験および曲げ試験を行った。試験結果を表１に示す。曲げ試験は、１８０°の密着曲げを施し、曲げ部の亀裂（割れ）発生の有無を観察し、割れが認められないかまたは深さ１０μｍ未満の微小割れしか認められないものは良好（○）、深さ１０μｍ以上割れが観察されたものは不良（×）とした。なお、表１において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００２９】
【表１】
2006176821.tif 000002
【００３０】
表１にみられるように、本発明に従う試験材Ｎｏ．１〜７はいずれも、優れた強度をそなえ、曲げ試験においても深さ１０μｍ以上の割れの発生は認められない。これに対して、試験材Ｎ．８は溶体化処理温度が高いため、再結晶粒が粗大化し、人工時効処理時に粒界析出物の量が多くなったため、曲げ試験において亀裂が生じた。
【００３１】
試験材Ｎｏ．９は溶体化処理温度が低いため、ＳｉおよびＭｇが十分に溶入せず、人工時効処理後の強度が低くなっている。試験材Ｎｏ．１０は人工時効処理の時間が長いため、耐力の低下が大きい。試験材Ｎｏ．１１は熱間押出により作製されたものであり、熱処理により粗大な再結晶組織が生じたため、曲げ試験において亀裂が発生した。
【００３２】
実施例２、比較例２
実施例１と同じく、熱間鍛造、熱間押出、その後、表２に示す条件で溶体化処理および人工時効処理することにより、６０６１合金（組成：Ｍｇ０．８％、Ｓｉ０．７％、Ｃｕ０．４０％、Ｍｎ０．０８％、Ｃｒ０．１８％、Ｚｒ０．０８％、Ｔｉ０．０１％）からなる実施例１と同一形状、寸法の構造体を作製し、側壁２の高さを２００ｍｍから７０ｍｍまで圧縮して、平均変形荷重の測定および亀裂が発生するまでの圧縮高さの測定を行った。結果を表２に示す。なお、表２において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００３３】
【表２】
2006176821.tif 000003
【００３４】
表２にみられるように、本発明に従う試験材Ｎｏ．１２〜１５においてはいずれも、十分な変形荷重が得られ、側壁を２００ｍｍから７０ｍｍまで圧縮しても亀裂の発生は認められなかった。これに対して、試験材Ｎｏ．１６は溶体化処理温度が高いため、１５０ｍｍまで圧縮した時に側壁に割れが生じた。試験材Ｎｏ．１７は溶体化処理温度が低いため、十分な平均変形荷重が得られなかった。試験材Ｎｏ．１８は熱間押出により作製されたものであり、熱処理により粗大な再結晶組織が生じたため、１２０ｍｍまで圧縮した時に側壁に割れが生じた。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例、比較例で作製したフランジを有する日の字断面の側壁を延ばした角筒状構造体の斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  構造体
２  側壁
３  フランジ
【図１】
2006176821.tif 000004