(57)【要約】車両構成要素を製造するために高強度アルミニウム合金を成形及び加工する方法は、アルミニウム合金から圧延された金属シートを提供することを含む。シートは、Ｔ６又はＴ７調質状態を実現するために必要な時効ステップの組の第１の時効ステップを通して熱処理される。Ｔ６又はＴ７調質状態を実現する前に、シートは、所望の形状に成形され、且つ所望の形状に溶接されて、所望の車両構成要素を製造する。形成されると、車両構成要素は、残りの時効ステップを通して熱処理されて、車両構成要素全体にわたって均質にＴ６又はＴ７調質状態を実現する。
2019533087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成要素を製造するためにアルミニウム鍛造品を成形及び加工する方法であって、
アルミニウム合金を含む鍛造品を提供することであって、前記鍛造品は、最終調質状態を実現するために必要な複数の時効ステップのうち、第１の時効ステップを通して熱処理されている、提供することと、
前記鍛造品を加工して、所望の形状を有する構成要素を提供することと、
前記加工された構成要素を、前記複数の時効ステップのうち、残りの時効ステップを通して熱処理して、前記最終調質状態を実現することと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の時効ステップは、前記鍛造品を約１００℃で約５〜６時間にわたって熱処理することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記残りの時効ステップは、前記加工された構成要素を１３０℃超で約１０〜１８時間にわたって熱処理することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記加工された構成要素を、前記残りの時効ステップを通して熱処理することにより、前記加工された構成要素全体にわたって均質に前記最終調質状態を提供する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記鍛造品を加工することは、前記構成要素を前記所望の形状で提供するために、前記鍛造品を切断すること、溶接すること及び成形することの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記鍛造品は、シート、プレート及び押出成形品の１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記鍛造品は、シートを含み、
前記鍛造品を加工することは、前記シートを切断及び溶接してビームを形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記鍛造品は、シートを含み、
前記鍛造品を加工することは、前記シートを実質的に管形状で固定するために前記シートの縁部を溶接することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記最終調質状態は、Ｔ６調質状態又はＴ７調質状態を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記鍛造品は、７ｘｘｘ系アルミニウム合金を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記鍛造品が前記第１の時効ステップを通して熱処理される前に、前記鍛造品は、Ｗ調質を有する金属から圧延又は押出成形される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記構成要素は、車両のための補強ビームを含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
車両構成要素を製造するためにアルミニウム鍛造品を成形及び加工する方法であって、
アルミニウム合金を圧延して、Ｗ調質状態を有するシート製品を形成することと、
前記シート製品がＴ６又はＴ７調質状態を実現するために必要な複数の時効ステップのうち、第１の時効ステップを通して前記シート製品を熱処理することと、
前記シート製品を所望の形状に成形することと、
前記シート製品を前記所望の形状に溶接して車両構成要素を提供することと、
前記複数の時効ステップのうち、残りの時効ステップを通して前記車両構成要素を熱処理して、前記車両構成要素全体にわたって均質にＴ６又はＴ７調質状態を実現することと
を含む方法。
【請求項１４】
前記シート製品は、７ｘｘｘ系アルミニウム合金を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の時効ステップは、前記シート製品がＴ６又はＴ７調質状態を実現することを可能にしない期間にわたって約１００℃で前記シート製品を熱処理することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記残りの時効ステップは、前記車両構成要素がＴ６又はＴ７調質状態に達するまで、前記車両構成要素を約１５０℃で熱処理することを含む、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記シート製品を溶接することは、前記車両構成要素の形成において、少なくとも１つの管形状を取り囲むように、前記シート製品の長さに沿って前記シート製品の縁部を前記シート製品の別の部分に溶接することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記シートを形成することは、前記シートをロール成形して、少なくとも１つの取り囲まれた領域を有する補強ビームを形成することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記シート製品を溶接することは、前記シート製品の溶接部分の領域がＷ調質状態を実現することを引き起こし、
前記溶接部分の前記領域は、前記残りの時効ステップを通した前記車両構成要素の熱処理時に、Ｔ６又はＴ７調質状態を実現する、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０１６年１０月２４日出願の米国仮特許出願第６２／４１２，００９号の利益及び優先権を主張する。この特許出願は、その全体が参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、概して、アルミニウム合金の成形及び熱処理技法に関し、より詳細には、車両構成要素を成形するために使用される高強度アルミニウム合金の多段時効プロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
状況により、アルミニウム合金に熱処理又は人工時効を施して、アルミニウム合金を所望の材料強度などの所望の材料特性に調質することが望ましいことがあり得る。しかし、アルミニウム合金構成要素が熱処理／人工時効された後に行われる切断又は溶接などの二次操作は、二次操作の現場で材料特性を損ない、場合により構成要素を腐食しやすくし得る。さらに、アルミニウム合金は、対流溶接などの局所的な発熱操作後に内部応力を受け得、それにより、いくつかのアルミニウム合金は、これらの操作後に歪み及び亀裂をより受けやすくなり得ることが一般に知られている。したがって、７０００系アルミニウム合金などのいくつかのアルミニウム合金から作成された車両構成要素は、溶接操作で形成されず、溶接ではなく接着剤及び／又は機械的な固定具、例えばリベット若しくはねじを使用することが一般的である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、車両のためのビーム構成要素など、構成要素を製造するためにアルミニウム合金を成形及び加工するシステム又は方法を提供する。この方法は、シート、プレート又は押出成形品など、アルミニウム鍛造品を提供することができる。鍛造品は、Ｔ６又はＴ７調質などの所望の調質状態を実現するために必要な時効ステップの組の第１の時効ステップを通して熱処理され得る。アルミニウム合金を成形して鍛造品にするこれらの初期加工ステップ及び鍛造品の初期熱処理は、金属製造所又は工場などの第１の場所又は施設で実施され得る。所望の調質状態を実現する前に、鍛造品は、第２の場所又は施設に輸送又は配送され得る。そこで、鍛造品は、所望の形状に成形され、且つ所望の形状に溶接されて、所望の構成要素を製造する。次いで、構成要素は、残りの時効ステップを通して熱処理されて、構成要素全体にわたって概して均質にＴ６又はＴ７調質などの所望の調質状態を実現する。熱処理後の最終調質状態では、アルミニウム合金構成要素は、より腐食を受けにくく、且つ一貫した材料強度を有する。したがって、本発明によれば、Ｔ６又はＴ７調質状態を実現するための熱処理又は時効プロセスは、少なくとも２つのステップに分けられて、これらのステップ間で鍛造品が例えば溶接によって加工されることを可能にし、それにより過度の熱処理を避ける。これにより、不必要な熱処理操作のための余分な時間及びコストを避けることができる。
【０００５】
本発明の一態様によれば、構成要素を製造するためにアルミニウム鍛造品を成形及び加工する方法が提供される。この方法は、アルミニウム合金を含む鍛造品を提供することを含む。鍛造品は、最終調質状態を実現するために必要な複数の時効ステップの第１の時効ステップを通して熱処理されている。鍛造品は、加工されて、所望の形状を有する構成要素を提供する。加工された構成要素は、複数の時効ステップの残りの時効ステップを通して熱処理されて、最終調質状態を実現する。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、車両構成要素を製造するためにアルミニウム鍛造品を成形及び加工する方法が提供される。アルミニウム合金が圧延されて、Ｗ調質状態を有するシート製品が形成される。シート製品は、そのシート製品がＴ６又はＴ７調質状態を実現するために必要な複数の時効ステップの第１の時効ステップを通して熱処理される。シート製品は、所望の形状に成形され、且つ次いで所望の形状に溶接されて、車両構成要素を提供する。車両構成要素は、複数の時効ステップの残りの時効ステップを通して熱処理されて、車両構成要素全体にわたって均質にＴ６又はＴ７調質状態を実現する。
【０００７】
本発明のさらに別の態様によれば、金属構成要素を製造するために高強度アルミニウム合金を成形及び加工する方法が提供される。この方法は、７０７５及び７０８５アルミニウム合金などの７０００系アルミニウム合金を含むシートを提供することを含む。ここで、このシートは、Ｔ６又はＴ７調質状態を実現するために必要な複数の時効ステップの第１の時効ステップを通して熱処理されている。次いで、シートは、所望の形状に成形され、且つ／又は所望の構成に溶接されて、金属構成要素を提供する。次いで、金属構成要素は、複数の時効ステップの１つ又は複数の残りの時効ステップを通して熱処理されて、金属構成要素全体にわたって均質にＴ６又はＴ７調質状態を実現する。第１の時効ステップは、約１００℃で約５〜６時間にわたってシートを熱処理することを含み得る。一方、１つ又は複数の残りの時効ステップは、約１５０℃で約１０〜１８時間にわたって金属構成要素を熱処理することを含み得る。シートの溶接は、任意選択的に、幾何学的及び冶金学的に強固な溶接部をもたらすためのワイヤを用いたレーザ溶接を含み得る。
【０００８】
本発明のこれら及び他の目的、利点、趣旨及び特徴は、図面と併せて以下の本明細書を検討することで明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるアルミニウム合金を成形及び加工する方法を示すプロセスフローチャートである。
【図２Ａ】アルミニウムシートを成形及び人工時効する圧延プロセスの概略側面図である。
【図２Ｂ】積層して保管されたアルミニウムシートを示す在庫搬送ステップの概略側面図である。
【図２Ｃ】アルミニウムシートを切断及び溶接して車両構成要素を形成する形成プロセスの概略側面図である。
【図３】図２Ｃに示されるプロセスで形成されたビーム構成要素の分解上面斜視図である。
【図４】図３に示されるビーム構成要素の上面斜視図である。
【図５】図４に示されるビーム構成要素の断面図である。
【図６】アルミニウム合金を成形及び加工する方法の追加の実施形態を示すプロセスフローチャートである。
【図７Ａ】アルミニウムシートを成形及び人工時効する圧延プロセスの概略側面図である。
【図７Ｂ】コイルとして保管されているアルミニウムシートを示す在庫搬送ステップの概略側面図である。
【図７Ｃ】シートを受け取ってビーム構成要素を形成するロール成形機、スイープステーション及び切除ステーションを用いたロール成形プロセスの概略側面図である。
【図８】図７Ｃに示されるプロセスで形成されたビーム構成要素の上面斜視図である。
【図９】図８に示されるビーム構成要素の上面図である。
【図１０】図８に示されるビーム構成要素の断面図である。
【図１１】高強度アルミニウム合金を成形及び加工する方法の追加の実施形態を示すプロセスフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ここで、図面及び図面に描かれている例示的実施形態を参照すると、図１、６、１１にそれぞれ示されているものなど、構成要素を製造するためにアルミニウム合金を成形及び加工する（例えば、高強度アルミニウム合金を加工して車両構成要素、例えば衝撃エネルギー管理のための補強ビーム、車両フレーム構成のための構造ビーム又は他の同様の車両構成要素を形成する）ためのシステム及び方法１０、１１０、２１０が提供される。一般に、アルミニウム合金などの溶体化された金属の時効は、補強相として作用することができる金属間粒子を合金元素に生成させ、それにより合金の強度を高めることにより、合金を強化することができる。溶体化熱処理可能なアルミニウム合金は、２０００、６０００及び７０００系アルミニウム合金（２ｘｘｘ、６ｘｘｘ及び７ｘｘｘ系合金とも呼ばれる）、例えば７００３、７０４６Ａ、７０７５及び７０８５合金などを含む。これらのアルミニウム合金は、図１、６及び１１におけるステップ１２、１１２、２１２で示されるものなど、最初に金属合金を圧延又は押出成形してＷ調質での鍛造品にすることによって加工され得る。このＷ調質の状態では、鍛造品のアルミニウム合金は、溶体化熱処理後に室温で腐食及び／又は自発的若しくは自然時効を受けやすいことがあり得、いくつかの環境では非常に受けやすいことがあり得る。この腐食及び自然時効を防止するために、Ｗ調質状態での鍛造品は、熱処理によって人工時効され得る。
【００１１】
人工時効（又は単に時効と称される）は、高温で析出物を形成させることができ、アルミニウム合金を安定化させてＴ６又はＴ７調質にするために２つ以上のステップで行われ得る。これらのステップは、図１、６及び１１におけるステップ１４、１１４、２１４で示されるものなど、最初にオーブン又は他の加熱環境内において約１００℃で約５〜６時間にわたって鍛造品を時効して、微細構造を安定化させることを含み得る。この初期時効は、Ｗ調質状態に比べて腐食を受けにくくし、残りの又は後続の時効ステップ中に鍛造品が所望の強度量を得ることを可能にする。多段時効プロセスは、続いて、図１、６及び１１におけるステップ１６、１１６、２１６で示されるものなど、約１３０〜１９０℃、例えば約１５０℃でオーブン又は加熱環境の高温で約１０〜１８時間にわたって鍛造品を人工時効するプロセスステップを含み得る。好ましくは、鍛造品のその後の人工時効は、１４０〜１６０℃、より好ましくは１４８〜１５８℃、さらにより好ましくは約１５５℃で行われる。プロセスのこれらの個別の時効ステップの両方において、時効の温度及び時間は、提示したものよりも大きくするか又は小さくして、他の環境又は材料条件の変動を考慮に入れることができ、それでも本発明の範囲内である。
【００１２】
したがって、残りの又は後続の時効ステップを通した構成要素の人工時効時、アルミニウム合金に関するこの多段時効プロセスは、図１、６及び１１におけるステップ１８、１１８、２１８で示されるものなど、安定したＴ６又はＴ７調質状態を有し、且つ構成要素の所望の機械的特性を提供する金属部片を製造する。これらの初期及び後続の時効ステップは、直接連続して同じオーブン内で行われ得る。しかし、本発明は、初期時効ステップと後続の時効ステップとの間で切断、溶接、成形（ロール成形又は押抜きなど）などの追加の加工を行うことができるように、これらの時効ステップの時間及び／又は位置を分離することを含む。それにより、時効後の切断、溶接及び成形による腐食を低減又はさもなければ防止し、加熱操作後の内部応力による歪みを低減又はさもなければ防止する。本明細書で使用するとき、鍛造品は、シート（一般に０．２ｍｍ〜６．３ｍｍの厚さを有する）若しくはプレート（一般に６．３ｍｍよりも大きい厚さを有する）などの厚さに圧延されるアルミニウム、又は他にダイから所望の断面形状に押出成形されるアルミニウムを広く指す。
【００１３】
図１を参照すると、多段プロセス１０の最初のステップは、ステップ１２に示されるものなど、アルミニウム合金を圧延することによってアルミニウム合金を成形して鍛造品、すなわちシート３０にして、Ｗ調質状態でのシート３０を形成することを含む。この圧延ステップ１２は、図２Ａにも示されている。それにより、圧延機３１に送り込まれるアルミニウム原料３３を圧延機が圧縮及び延伸する結果、シート３０が圧延機３１から出る。次いで、アルミニウムシート３０は、ステップ１４での第１の時効ステップを通して、例えば約１００℃で約５〜６時間にわたり、又はさもなければ、鍛造品がＴ６若しくはＴ７調質状態を実現するのに十分でない温度及び期間で熱処理され得る。第１の時効ステップ１４も図２Ａに示されている。シート３０は、オーブンなどの加熱環境に置かれている。これらの初期加工ステップ１２、１４は、金属製造所又は工場など、第１の場所又は施設で実施され得る。
【００１４】
ステップ１４での初期熱処理時、金属シートがＴ６又はＴ７調質状態を実現する前に、シート３０は、図１においてステップ２０で示されるものなど、在庫として保管されるか、又は第２の場所若しくは施設に配送若しくは輸送され得る。第１の時効ステップ１４の前又は後に、シート３０は、図２Ａにおいてステップ１５で示されるものなど、略矩形状に切断され、積層されて平坦な形状のスタック３２にされ得る。例えば、図２Ｂに示される積層形態３２におけるものなどのシート３０は、概して有害な腐食又は歪を受けることなく、しばらくの間、例えば最大約３０日にわたって室温で在庫として保管するか又は輸送することができる。第１の時効ステップ１４の熱及び持続時間により、ステップ１４でのシート３０の初期熱処理又は時効は、この在庫及び輸送期間にわたって鍛造品にそのような保護特性を提供する。シートは、好ましくは、７０００系アルミニウム合金を含み得、より好ましくは７０７５アルミニウム合金又は７０８５アルミニウム合金を含み得る。しかし、本発明の多段時効及び成形法は、他の金属種及び合金を用いて行われ得ることが考えられる。
【００１５】
第２の場所での又は後の時点におけるものなどの後続の加工ステップにおいて、シートは、図１及び図２Ｃに示されるものなど、様々な加工ステップ２２を受け得る。これらの加工ステップ２２は、所望の部品又は車両構成要素を製造するために、成形２４及び溶接２６などの１つ又は複数のステップを含み得る。例えば、７０７５及び７０８５アルミニウム合金は、概して凝固割れのない幾何学的及び冶金学的に強固な溶接部をもたらすようにシートが溶接されることを可能にする高度な溶接プロセスで溶接され得る。任意選択的に、溶接は、ワイヤを用いたＭＩＧ溶接、誘導溶接又は接触溶接などによって行われ得る。溶接部を形成するために調整されるパラメータは、レーザ移動速度、ワイヤ送給速度、レーザ角度及びレーザ出力の調節を含む。追加の実施形態では、様々な加工ステップ２２におけるものなど、ステップ１４での初期熱処理後のシートの溶接は、任意選択的に、レーザ溶接又は摩擦撹拌溶接などを含み得ることが考えられる。加工ステップ２２中、シートが溶接され得、それにより、溶接による局所的な熱により、溶接されるシートの部分又は熱感受性領域がＷ調質状態に戻り得ることが考えられる。
【００１６】
例えば、図２Ｃに示されるように、複数の加工ステップ２２は、図１に示される初期加工ステップ１２、１４を通して熱処理されたアルミニウム合金のシートなどの金属シート３０に対して行われるものとして例示されている。図２Ｃに示されるステップは、アルミニウムのシートのスタック３２から個々のシート３０を取り出して、水平方向に真っ直ぐにスタンピングダイ３６に送給することを含む。スタンピングダイ３６は、シート３０を切断し、シート３０を湾曲させ、且つ／又はシート３０に様々な形状を与えて、それぞれ所望の形状を有するシートの部片又はストリップを形成するように構成され得る。次いで、これらの部片又はストリップを溶接ステーション３８に送給することができる。溶接ステーション３８は、部片又はストリップを互いに取り付けて、少なくとも１つの取り囲まれた領域を有するビーム構成要素などの構成要素４０を形成する。溶接ステーション３８における溶接機は、シート３０の部片を溶接及び固定して所望の形状にすることができる。溶接機は、例えば、図３〜５に示されるものなどの取り囲まれた管形状を有するものなどの構成要素４０を提供するために、部片の縁部をシートの他の部片に溶接することにより、固定具に保持されたシート３０の部片を溶接する。部片を屈曲又は湾曲させることもできる。それにより、部片又はストリップを互いに取り付ける際、得られる構成要素は、全体として湾曲した形状、構成要素が取着する車両の一部の空気力学的形状に適合するそのような所望の長手方向湾曲、例えば車両ドア、車両バンプ又は車両の他の想定される領域に対応する湾曲形状を含むことができる。
【００１７】
図３〜５に示されるように、構成要素４０は、その前壁４６、後壁４８、上部水平剪断壁５０、中間水平剪断壁５２及び下部水平剪断壁５４を形成するストリップを含むアルミニウムの５つのシート又はストリップからなるビームである。剪断壁５０〜５４は、概して平面状であるが、非直線状の前縁及び後縁を有するように予成形される。前壁４６及び後壁４８は、直交関係のシートが当接するときに形成されるものなど、６つの丸みのない角部５６（図５）に位置する溶接部などの連続的な溶接部によって縁部に係合して固定される。前壁４６及び後壁４８は、後壁４８における取付穴５８と、前壁４６におけるアクセス穴６０と、付属品取付穴６２などの所望の任意の他の特徴部とを含むように成形ステップ２４などで予成形され得る。前壁４６及び後壁４８又は他の壁も予成形され得、非平坦又は平坦であり得るが、溶接固定具によって係合するように付勢されたときに縁部の形状を取るのに十分な可撓性を有し得ることが考えられる。米国特許第９，３８１，８８０号明細書にさらに記載されているように、形成されたビームは、例えば、前壁及び後壁を形成するより厚いシートと、剪断壁を形成するより薄いシートとを有することも考えられる。この特許は、その全体が参照により本明細書に援用される。
【００１８】
図２Ｃを再び参照すると、溶接ステーション３８から出ると、形成された構成要素４０は、複数の時効ステップの残りの時効ステップ１６を通して熱処理されて、車両構成要素４０’全体にわたって概して均質にＴ６又はＴ７調質状態を実現することができる。したがって、追加の時効ステップ１６は、少なくとも、より均質な材料特性を提供し、Ｔ６調質を有するアルミニウム合金を溶接した後に通常であれば存在するであろう腐食の問題を低減又は排除する。熱処理後の最終調質状態では、アルミニウム合金車両構成要素４０’は、概してより腐食を受けにくく、且つより一貫した材料強度を有する。したがって、Ｔ６又はＴ７調質状態を実現するための熱処理又は時効プロセス全体がステップ１４及び１６などの少なくとも２つのステップに分けられて、これらのステップ間でシートが溶接されることを可能にし、それにより過度の熱処理を避ける。過度の熱処理は、不要な熱処理の余計な時間及び費用に加えて、構成要素の幾何学的形状を歪め、時間と共に溶接不良を引き起こす可能性がある。Ｔ６又はＴ７調質状態が実現されると、構成要素は、粉末コーティング塗料焼付けの結果など、さらに熱処理され得ることが考えられる。したがって、塗料焼付け操作前の最終調質状態は、構成要素が受ける後続の熱処理を見込んでおり、不要な熱処理を防ぐことも考えられる。
【００１９】
図６を参照すると、多段プロセス１１０の追加の実施形態は、アルミニウム合金を成形して鍛造品、すなわちシート１３０にすることを含む。図７Ａにも図示されるステップ１１２で示されるものなど、シート１３０は、Ｗ調質状態で形成される。それにより、シート１３０は、圧延機１３１から出る。圧延機１３１は、圧延機１３１に送給されるアルミニウム原料１３３を加工する。図１に示される実施形態と同様に、次いで、アルミニウムシート１３０は、ステップ１１４での第１の時効ステップを通して、例えば約１００℃で約５〜６時間にわたり、又はさもなければ、鍛造品がＴ６若しくはＴ７調質状態を実現するのに十分でない温度及び期間で熱処理され得る。ステップ１１４での初期熱処理の実施時、シート１３０は、図６においてステップ１２０で示されるものなど、在庫として保管されるか、又は第２の場所若しくは施設に配送若しくは輸送され得る。
【００２０】
図７Ａのステップ１１５に示されるものなど、第１の時効ステップ１１４の前又は後に、シート１３０を巻いてコイル１３２にすることができる。図７Ｂに示されるような複数のコイル１３２は、第１の時効ステップ１１４の適用された熱及び持続時間により、有害な腐食又は歪を概して受けることなく、しばらくの間、例えば最大約３０日にわたって室温で在庫として保管されるか又は輸送され得る。例えば、図７Ｃに示されるように、複数の加工ステップ１２２は、アルミニウムシート１３０に対して行われるものとして例示されている。図６及び７Ｃに示されるステップは、シート１３０がストックロールコイル１３２から解かれて、水平方向に真っ直ぐにロール成形機に送給されることを含む。ロール成形機は、例えば、第１のローラの組１３４’及び第２のローラの組１３４’’を有する図示のローラ成形機である。第１のローラの組１３４’及び第２のローラの組１３４’’のそれぞれは、シート３０に異なる形状を与えて所望の形状を形成するように構成される。その形状は、少なくとも１つの取り囲まれた領域を有するビームであり得る。ロール成形機から出ると、溶接機１３６が提供されて、シート１３０を溶接及び固定して所望の形状にすることができ、例えばシートの長さに沿ってシートの側縁部をシートの別の部分に溶接して、少なくとも１つの管形状を取り囲むことにより、シート１３０を溶接する。所望の形状は、シートの縁部を溶接しない異なる断面形状にすることができ、又はシートの両方の側縁部を溶接できることも考えられる。
【００２１】
溶接ステーション１３６から出ると、溶接された管形状は、図７Ｃに示されるものなど、スイープステーション１３８によって屈曲又はスイープされて、例えば車両バンパ又はバンパ領域の空気力学的形状に適合するなどの所望の湾曲にすることができる。連続的なビーム又は湾曲したプロファイルをある長さの区域に切断して、複数の部品を提供することもできる。それらの部品は、車両又は他の用途のための構造フレーム部材又はエネルギー吸収部材などの構成要素をそれぞれ画定することができる。例えば、形成された車両構成要素１４０は、図８〜１０に示されるものなどの車両補強ビームを提供するように構成され得る。それにより、取り囲まれたビームの長さ及び湾曲は、車両バンパの前部又は後部湾曲設計に適合され得る。また、ビームの断面形状は、所望のエネルギー吸収特性に適合され得る。図１０に示されるように、構成要素１４０は、ロール成形されて、その長さに沿った概して一定の断面形状と、２つの取り囲まれた管状区域１４２とを提供する。シート１３０の両側の縁部１４４は、前壁１４６の後面に取着するように湾曲される。構成要素１４０は、剛性及び強度の向上のために前壁１４６に沿って形成されるチャネル又は補強リブ１４７も含み得る。
【００２２】
図６及び７Ｃを再び参照すると、加工ステップ１２２中、シート１３０は、構成要素１４０に沿って幾何学的及び冶金学的に強固な溶接部を形成するように溶接され得る。それにより、溶接による局所的な熱により、溶接されるシートの部分又は熱感受性区域は、Ｗ調質状態に戻り得る。次いで、形成された構成要素１４０は、複数の時効ステップの残りの時効ステップ１１６を通して熱処理されて、車両構成要素１４０’全体にわたって概して均質にＴ６又はＴ７調質状態を実現することができる。それにより、追加の時効ステップ１１６は、少なくとも、より均質な材料特性を提供し、Ｔ６調質を有するアルミニウム合金を溶接した後に通常であれば存在するであろう腐食の問題を低減又は排除する。熱処理後の最終調質状態では、アルミニウム合金構成要素は、概してより腐食を受けにくく、且つより一貫した材料強度を有する。したがって、Ｔ６又はＴ７調質状態を実現するための熱処理又は時効プロセス全体がステップ１１４及び１１６などの少なくとも２つのステップに分けられて、これらのステップ間でシートが溶接されることを可能にし、それにより過度の熱処理を避ける。過度の熱処理は、不要な熱処理の余計な時間及び費用に加えて、構成要素の幾何学的形状を歪め、時間と共に溶接不良を引き起こす可能性がある。
【００２３】
図１１を参照すると、多段プロセス２１０の追加の実施形態は、アルミニウム合金を成形して鍛造品、すなわち押出成形品にすることを含む。ステップ２１２に示されるものなど、押出成形品は、Ｗ調質状態で成形される。それにより、この押出成形品は、アルミニウム原料を加工する押出ダイから出る。上述した実施形態と同様に、次いで、アルミニウム押出成形品２３０は、ステップ２１４での第１の時効ステップを通して人工時効又は熱処理され得、例えば中間調質状態を実現するか、又はさもなければ、鍛造品がＴ６若しくはＴ７調質などの最終調質状態を実現するのに十分でない熱及び／又は持続時間で時効する。ステップ２１４での初期熱処理の実施時、押出成形品は、ステップ２２０で示されるものなど、在庫として保管されるか、又は第２の場所若しくは施設に配送若しくは輸送され得る。在庫から取り出されるか又は次の段階に輸送されると、鍛造品は、図１１においてステップ２２２で示されるものなど、加工されて構成要素部品を形成することができる。構成要素部品は、想定される用途の中でもとりわけ車両又は家具の構成などに関して、様々な種類又は形状の構成要素であり得ることが考えられる。形成された構成要素は、図１１に示されるように、残りの時効ステップ２１６を通して熱処理されて、例えば構成要素４０全体にわたって概して均質に最終調質状態を実現することができる。
【００２４】
本明細書で論じる全般的な方法又は成形ステップに関して、それらのステップは、論じられたものと異なる様々な順序で実施されて、所望の構成要素若しくはビーム又はその一部の形成を同様にもたらすことができる。
【００２５】
本明細書で使用するとき、アルミニウム合金に関する調質記号は、以下のように理解される。Ｗ調質は、溶体化熱処理後に自発的に時効する合金にのみ適用される。一方、Ｔ調質は、安定した調質状態を生成するために、補助的なひずみ硬化を伴って又は伴わずに熱処理される製品に適用される。Ｔ調質は、Ｔ６など、常にその後に１つ又は複数の数字が付く。この数字は、溶体化処理され、次いで人工時効される合金を表す。すなわち、Ｔ６調質は、（ａ）溶体化処理後に冷間加工されない製品、又は（ｂ）平坦化若しくは真直化における冷間加工の効果が機械的特性限界で認識され得ない製品に適用される。Ｔ７調質は、溶体化熱処理及び過時効／安定化処理される合金を表す。すなわち、Ｔ７調質は、（ａ）何らかの重要な特性若しくは特徴の制御を提供するように実現可能な最大値を超えて強度を増加させるために、溶体化熱処理後に人工時効される鍛造品、又は（ｂ）寸法及び強度の安定性を提供するために、溶体化処理後に人工時効される鋳造品に適用される。
【００２６】
また、本開示の目的のために、「上部」、「下部」、「右」、「左」、「後」、「前」、「垂直」、「水平」という用語及びそれらの派生語は、図５の向きでの本発明に関するものとする。しかし、本発明は、逆であることが明示的に指定されている場合を除いて、様々な代替の向きを取り得ることが理解される。添付図面に示し、本明細書に記載した特定のデバイス及びプロセスは、添付の特許請求の範囲に定義されている発明概念の単なる例示的な実施形態であることも理解される。したがって、本明細書に開示されている実施形態に関する特定の寸法及び他の物理的特性は、他に特許請求の範囲に明示的に述べられていない限り、限定と見なされるべきではない。
【００２７】
具体的に述べた実施形態に対する変更形態及び修正形態は、本発明の原理から逸脱することなくなされ得る。本発明は、特許法の原則に従って解釈される添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図されている。本開示は、例示的に述べられてきた。また、使用された用語は、性質上、限定ではなく説明のための言葉として意図されていることが理解される。上記の教示に照らして、本開示の多くの修正形態及び変形形態が可能である。本開示は、具体的に述べたものと異って実施され得る。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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