(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎ：５．５〜７．０質量％、Ｍｇ：０．５〜１．８質量％、Ｃｕ：０．１〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０１〜０．４０質量％、Ｓｉ：０．０１〜０．２０質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．２質量％を含有し、さらにＺｒ：０．０１〜０．２５質量％、Ｃｒ：０．０１〜０．２５質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．２５質量％のうち１種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、押し出し後プレス焼き入れを施したアルミニウム合金押出材に対し、その一部に塑性加工を施した後、１０℃／秒以上の加熱速度で３３０〜５５０℃の範囲内に加熱し、同範囲内に０秒を超え５分以下保持し、続いて同範囲から５０℃／秒以上の冷却速度で冷却する熱処理を施した後、人工時効処理を行うことを特徴とするエネルギー吸収部材の製造方法。
【請求項２】
前記温度範囲が４００〜５５０℃であることを特徴とする請求項１に記載されたエネルギー吸収部材の製造方法。
【請求項３】
前記時効処理が過時効処理であることを特徴とする請求項１又は２に記載された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、自動車の衝突時のエネルギーを吸収させるエネルギー吸収部材の製造方法に関し、特に７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系）アルミニウム合金押出材からなるエネルギー吸収部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車には、衝突安全性の向上のため、バンパービームやドアビーム等のエネルギー吸収部材が用いられている。このエネルギー吸収部材には、高いエネルギー吸収性が要求されているため、強度に優れたＺｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系である７０００系のアルミニウム合金押出材が用いられている。ただ、エネルギー吸収性を更に高めるためには、エネルギー吸収部材の強度を高めるだけでは不十分であり、衝突時のエネルギー吸収部材の割れを防止することも必要となっている。
この点に関して、例えば、特許文献１、２には、７０００系アルミニウム合金押出材からなるエネルギー吸収部材に対して、過時効処理を行うことによって、衝突時のエネルギー吸収部材の割れを防止し、エネルギー吸収性を高めることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４００２９号公報
【特許文献２】特開２００６−２３３３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
７０００系アルミニウム合金押出材に対して過時効処理を行うと、衝突時のエネルギー吸収部材の割れが防止される、つまりエネルギー吸収部材の耐圧壊割れ性が改善する。しかし、その一方で、エネルギー吸収部材の強度が低下してしまう。このため、過時効処理によって増加するエネルギー吸収部材のエネルギー吸収量には限界があり、７０００系アルミニウム合金押出材からなるエネルギー吸収部材のエネルギー吸収性の更なる向上が困難となっている。
【０００５】
本発明は、７０００系アルミニウム合金押出材からなるエネルギー吸収部材の強度を低下させずに、エネルギー吸収部材の耐圧壊割れ性をさらに向上させ、それにより、７０００系アルミニウム合金押出材からなるエネルギー吸収部材のエネルギー吸収性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るエネルギー吸収部材の製造方法は、Ｚｎ：５．５〜７．０質量％、Ｍｇ：０．５〜１．８質量％、Ｃｕ：０．１〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０１〜０．４０質量％、Ｓｉ：０．０１〜０．２０質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．２質量％を含有し、さらにＺｒ：０．０１〜０．２５質量％、Ｃｒ：０．０１〜０．２５質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．２５質量％のうち１種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、押し出し後プレス焼き入れを施したアルミニウム合金押出材に対し、１０℃／秒以上の加熱速度で３３０〜５５０℃の範囲内に加熱し、同範囲内に０秒を超え５分以下保持し、続いて同範囲から５０℃／秒以上の冷却速度で冷却する熱処理を施した後、人工時効処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、プレス焼き入れした７０００系アルミニウム合金押出材に対し、１０℃／秒以上の加熱速度で３３０〜５５０℃の範囲内に加熱し、同範囲内に０秒を超え５分以下保持し、続いて同範囲から５０℃／秒以上の冷却速度で冷却する熱処理を施した後、時効処理を施す。この時効処理は過時効処理を含む。プレス焼き入れ後の７０００系アルミニウム合金押出材の結晶粒界には、粗大なＭｇＺｎ２析出物が存在し、当該ＭｇＺｎ２析出物は７０００系アルミニウム合金押出材からなるエネルギー吸収部材の耐圧壊割れ性を低下させる。一方、上記の熱処理を行うことによって、当該ＭｇＺｎ２析出物は、再固溶して消滅する。そして、当該ＭｇＺｎ２析出物が消滅しても、７０００系アルミニウム合金押出材の強度に影響しない。その結果、本発明によれば、エネルギー吸収部材の強度を低下させずに、エネルギー吸収部材の耐圧壊割れ性をさらに向上させることができ、それにより、７０００系アルミニウム合金押出材からなるエネルギー吸収部材のエネルギー吸収性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例で使用した試験片の平面図（ａ）、及びＵ曲げ試験の方法を説明する側面図（ｂ）である。
【図２】圧壊割れ性を評価するための他の試験方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る７０００系アルミニウム合金押出材からなるエネルギー吸収部材及びその製造方法について、具体的に説明する。
（アルミニウム合金の組成）
まず、本発明に係る７０００系アルミニウム合金の組成について説明する。ただし、この組成自体は７０００系アルミニウム合金として公知のものである。
Ｚｎ：５．５〜７．０質量％
Ｍｇ：０．５〜１．８質量％
ＺｎとＭｇは金属間化合物であるＭｇＺｎ２を形成して、７０００系アルミニウム合金の強度を向上させる元素である。Ｚｎ含有量が５．５質量％未満又はＭｇ含有量が０．５質量％未満では、エネルギー吸収部材として必要な３００ＭＰａ以上の耐力が得られない。一方、Ｚｎ含有量が７．０質量％を超え又はＭｇ含有量が１．８質量％を超えると、プレス焼き入れ後に所定の熱処理を行っても耐圧壊割れ性を改善できず、エネルギー吸収量の増加が見込めない。耐圧壊割れ性を改善するとの観点から、Ｚｎ含有量、Ｍｇ含有量の上限は、それぞれ６．５質量％、１．６質量％が好ましい。
【００１０】
Ｃｕ：０．１〜０．５質量％
Ｃｕは７０００系アルミニウム合金の強度を向上させる元素である。Ｃｕ含有量が０．１質量％未満では十分な強度向上効果がなく、一方、０．５質量％を越えると押出加工性の低下を招く。Ｃｕ含有量の上限は好ましくは０．４質量％である。
Ｔｉ：０．００５〜０．２質量％
Ｔｉは７０００系アルミニウム合金の鋳造時に結晶粒を微細化して、押出材の成形性（例えば曲げ加工性）及び耐圧壊割れ性を向上させる作用があり、０．００５質量％以上添加する。一方、０．２質量％を越えるとその作用が飽和し、かつ粗大な金属間化合物が晶出して、かえって成形性を低下させる。
【００１１】
Ｚｒ：０．０１〜０．２５質量％
Ｃｒ：０．０１〜０．２５質量％
Ｍｎ：０．０１〜０．２５質量％
Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒは７０００系アルミニウム合金押出材の再結晶を抑制して、結晶組織を微細再結晶又は繊維状組織とし、耐応力腐食割れ性を向上させる作用があり、１種以上を添加する。これらの元素の含有量がそれぞれ０．０１質量％未満では前記効果が十分ではない。一方、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒの含有量がそれぞれ０．２５質量％を超えると、押出性が低下し、さらに焼き入れ感受性を高め強度低下を招く。特にプレス焼き入れを空冷で行う場合、焼き入れ感受性が高くなるのを防止するため、２種以上の合計含有量が０．４質量％以下であるのが好ましい。
【００１２】
不可避不純物
Ｆｅ、Ｓｉは、７０００系アルミニウム合金の主要な不可避不純物であり、７０００系アルミニウム合金の諸特性を低下させないため、それぞれ０．４０質量％、０．２０質量％以下に規制される。一方、７０００系アルミニウム合金中のＦｅ、Ｓｉをそれぞれ０．０１質量％未満に低減することはコスト面の負担が大きい。従って、Ｆｅ含有量は０．０１〜０．４０質量％、Ｓｉ含有量は０．０１〜０．２０質量％とする。
Ｆｅ、Ｓｉ以外の不可避不純物は、単体で０．０５質量％以下、総量で０．１５質量％以下とする。
【００１３】
（エネルギー吸収部材の製造方法）
まず、上記組成を有する７０００系アルミニウム合金を鋳造、均質化処理を行い、その後熱間押出成形し、水冷又は空冷でプレス焼き入れする。
プレス焼き入れは、水冷又は空冷のいずれでも良いが、プレス焼き入れを水冷で行うと、アルミニウム合金押出材が歪み、寸法精度が確保しにくく、矯正工程が必要となる。そのため、プレス焼き入れは空冷で行うことが好ましい。
【００１４】
次に、プレス焼き入れ後のアルミニウム合金押出材（中空材）を、必要に応じて所定長さに切断し、１０℃／秒以上の加熱速度で３３０〜５５０℃の範囲内に加熱し、同範囲内に０秒を超え５分以下保持し、続いて同範囲から５０℃／秒以上の冷却速度で冷却する熱処理を行う。
【００１５】
前記熱処理において、加熱速度を１０℃／秒以上とするのは、昇温過程において粗大なＭｇＺｎ２が析出するのを防止するためである。保持温度を３３０〜５５０℃の範囲とするのは、３３０℃未満ではＭｇＺｎ２が再固溶せず、５５０℃を超えると局部溶融が生じる可能性があるためである。押出材がこの温度範囲に到達後、同温度範囲内における保持時間が極めて短時間（０秒を超える時間）でも、再固溶の効果がある。従って、押出材が前記温度範囲に到達後、直ちに冷却してもよく、同温度範囲に所定時間保持してから冷却してもよい。保持時間の上限は特に限定的ではないが、生産効率の面で５分以下とすることが好ましい。保持時間は好ましくは２０秒以内、より好ましくは１０秒以内である。加熱手段として例えば高周波誘導加熱装置又は硝石炉を利用することができる。前記熱処理において、冷却速度を５０℃／秒以上とするのは、冷却過程においてＭｇＺｎ２が再析出するのを防止するためである。冷却は水冷又は空冷が利用できる。
【００１６】
上記の速い加熱速度及び冷却速度は、２００〜３３０℃の温度範囲で実施されればよく、２００℃未満又は３３０℃超の温度範囲内の加熱速度及び冷却速度は、上記の加熱速度及び冷却速度に達していなくてもよく、冷却は放冷でもよい。ただし、加熱及び冷却効率の点から、２００℃未満又は３３０℃超の温度範囲内は加熱速度及び冷却速度とも１０℃／秒以上が好ましく、さらに加熱及び冷却プロセス全体を上記の速い加熱速度及び冷却速度で行うのがより好ましい。
上記熱処理は、アルミニウム合金押出材の全体又は一部に対して行う。
【００１７】
上記熱処理の後、アルミニウム合金押出材に人工時効処理を施す。これによって、本発明に係るエネルギー吸収部材を製造することができる。
人工時効処理の条件は、特に限定的ではなく、一般的な時効処理条件で行うことができる。又は、一般的な時効処理より高温・長時間の条件で時効処理（過時効処理）を行うこともできる。具体的な時効処理条件は、例えば８５〜９５℃×２〜４時間＋１３０〜１４０℃×５〜１０時間、あるいは８５〜９５℃×２〜４時間＋１６０〜１８０℃×５〜１０時間の範囲で適宜選択すればよい。前記熱処理による耐圧壊割れ性の改善及びエネルギー吸収量の増加の効果は、その後の人工時効処理が一般的な時効処理でも過時効処理でも得られる。
【００１８】
以上説明した製造方法には、アルミニウム合金押出材に対する塑性加工が含まれていないが、本発明の実施の形態の一つとして、アルミニウム合金押出材の全部又は一部（長さ方向に沿った一部領域）に対して、さらに塑性加工を施す場合が含まれる。
アルミニウム合金押出材の一部に対して塑性加工を施す場合、前記塑性加工はプレス焼き入れ後前記熱処理前に施すことが望ましい。
前記熱処理後に塑性加工を施すと、続く時効処理において、塑性加工を施さなかった部位に比べて塑性加工を施した部位の時効が促進され（過時効化）、部材全長にわたる強度の均一性が保てず、エネルギー吸収部材の性能を損なうおそれがある。また、塑性加工を時効処理後に施すと、高強度のため割れが入ったり、塑性加工に伴って発生する残留応力により耐応力腐食割れ性が低下するおそれがある。このため、アルミニウム合金押出材の一部に対して塑性加工を施す場合、プレス焼き入れ後前記熱処理の前に施すことが望ましい。
【００１９】
以上の方法によって製造されたエネルギー吸収部材では、前記熱処理によって、プレス焼き入れ後のアルミニウム合金押出材の結晶粒界に存在していた粗大なＭｇＺｎ２析出物が再固溶して消滅している。粗大なＭｇＺｎ２析出物が結晶粒界から消滅することにより、エネルギー吸収部材の耐圧壊割れ性が向上し、一方、粗大なＭｇＺｎ２析出物が結晶粒界から消滅してもエネルギー吸収部材の強度は低下しない。その結果、当該エネルギー吸収部材のエネルギー吸収量を増加させることができる。
【実施例】
【００２０】
表１に記載されたＮｏ．１〜１２の組成を有する７０００系アルミニウム合金ビレットに、４７０℃×６時間の均質化処理を行い、押出温度（ビレット温度）４７０℃、押出速度５ｍ／分の条件で押出成形した。押し出し後はファン空冷（冷却速度は約５０℃／分）でプレス焼き入れした。押出材の断面形状は、輪郭が６０ｍｍ×１２０ｍｍの矩形で、２つのフランジ（輪郭の長辺部）と３つのウエブ（輪郭の短辺部と中央部）からなり、フランジ及びウエブの肉厚は全て２．０ｍｍである。なお、この実施例は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明がこれに限定されるものではない。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
この押出材に対し、表２に示す条件で熱処理を行った（Ｎｏ．１２のみ行わず）。この熱処理において、表２に示す加熱速度は室温（２５℃）から保持温度に達するまでの加熱速度、保持時間は保持温度に保持した時間、冷却速度は保持温度から２００℃に達するまでの冷却速度（以後は室温まで放冷）である。従って、表２の保持温度が３３０〜５５０℃のＮｏ．１〜８，１１は、３３０〜５５０℃の温度範囲内に保持された時間は表２に示す保持時間よりやや長い。
続いて表２に示す条件で時効処理を行った。Ｎｏ．１〜４，９，１０の時効処理は一般的な時効処理であり、Ｎｏ．５〜８，１１，１２の時効処理は過時効処理に相当する。
【００２３】
【表２】
0006677584.tif 000003
【００２４】
時効処理後の押出材を用いて、以下の要領で、耐力の測定及び圧壊割れ性の評価を行った。その結果を表２に示す。なお、Ｎｏ．９の押出材は局部溶融を起こしたため、耐力の測定及び圧壊割れ性の評価を行わなかった。また、Ｎｏ．１２は特許文献１，２に記載された従来材に相当する。
（耐力の測定）
押出材のウエブ（輪郭の短辺部）から押出方向に平行にＪＩＳ１３号Ｂ試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２４１の規定に準じて引張試験を行い、耐力を測定した。
【００２５】
（圧壊割れ性の評価）
押出材のウエブ（輪郭の短辺部）から押出方向に対し垂直方向が試験片の長さ方向となるように、長さ５０ｍｍ×幅３０ｍｍの試験片１を切り出して供試材とし、Ｕ曲げ試験により圧壊割れ性を評価した。試験片１の形状を図１（ａ）に示す。Ｕ曲げ試験は、Ｕ曲げ冶具及び３０Ｔｏｎ万能試験機を用い、図１（ｂ）に示すように、支え２の上に試験片１を載せ、押し治具３を試験片１が支え２を通り抜けるまで押し込む押し曲げ法による試験である。本実施例では、押し冶具３の先端のＲ（半径）が大きいものから順に試験していき、試験片１の曲げコーナーの外側（引張側部位）に割れが発生しない最小の曲げＲ（限界曲げＲ）を求めた。Ｕ曲げ試験は、各曲げＲごとに３回実施し（ｎ＝３）、３回のうち１回でも試験片に割れが発生した場合、当該曲げＲで試験片に割れが発生したとした。この限界曲げＲが小さい程、材料に力が加わった際に割れが発生しにくいことを示す。
【００２６】
なお、圧壊割れ性の評価のための試験方法としては、上記Ｕ曲げ試験、図２（ａ）に示す軸圧縮時の局所的な板曲げ試験、及び図２（ｂ）に示す曲げ中心の断面変化に伴う局所的な板曲げ試験が考えられる。図２（ａ）に示す試験は、所定長さに切断した押出材４を軸方向に圧縮変形させ、割れが発生したときの押出材４の長さ（高さ）を測定する試験である。図２（ａ）には変形前及び変形後の押出材４の形状を示す。図２（ｂ）に示す試験は、所定長さに切断した押出材５の３点曲げ試験を行い、割れが発生するときの押し治具６の押し込み量を測定する試験である。図２（ｂ）には変形前及び変形後の押出材５の形状をその曲げ中心の断面図と共に示す。以上３つの試験方法のうちいずれであっても、同様の評価結果を得ることできるため、本実施例では上記Ｕ曲げ試験を採用した。
【００２７】
表２に示すように、本発明に規定する条件で熱処理を行ったＮｏ．１〜８は、本発明に規定する熱処理を施さなかったＮｏ．１２（従来材）と比較すると、限界曲げＲが２／３以下と小さく、また、エネルギー吸収部材として必要な３００ＭＰａ以上の耐力が得られている。一方、本発明に規定する条件よりも熱処理の保持温度が低いＮｏ．１０、及び本発明に規定する条件よりも熱処理の冷却速度が小さいＮｏ．１１は、従来材であるＮｏ．１２と比較すると限界曲げＲがやや小さいが、Ｎｏ．１〜８と比較するとかなり大きい。
【符号の説明】
【００２８】
１  試験片
２  支え
３  押し治具
【図１】
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【図２】
0006677584.tif 000005