(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇを２．５質量％以上２．８質量％以下、Ｓｉを０．２５質量％以下、Ｆｅを０．３５質量％以下、Ｃｒを０．２５質量％以上０．３５質量％以下含有し、残部が不可避不純物及びＡｌよりなる合金組成のアルミニウム合金管を３８０〜５５０℃で熱間により拡管加工したＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管であって、キャビティの面積率が２．３％以下であることを特徴とするＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
【請求項２】
キャビティの面積率が１．０％以下であることを特徴とする、請求項１に記載のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
【請求項３】
最小肉厚が平均肉厚の８３％以上であることを特徴とする、請求項１に記載のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
【請求項４】
最小肉厚が平均肉厚の９０％以上であることを特徴とする、請求項２に記載のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
【請求項５】
結晶粒径が３００μｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
【請求項６】
結晶粒径が３００μｍ以下であることを特徴とする、請求項４に記載のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
【請求項７】
引張強さが１７５〜２３５ＭＰａ、耐力が７０〜９５ＭＰａであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
【請求項８】
請求項７に記載のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管を用いた自動車用構造部材であって、引張強さ及び耐力のばらつきが１０ＭＰａ以下であることを特徴とするアルミニウム合金製自動車用構造部材。
【請求項９】
請求項７に記載のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管を用いた自動車用構造部材であって、１×１０7回での疲労強度が７０ＭＰａ以上であり、１×１０7回での疲労強度のばらつきが２０ＭＰａ以下であることを特徴とするアルミニウム合金製自動車用構造部材。
【請求項１０】
請求項７に記載のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管を用いた自動車用構造部材であって、引張強さ及び耐力のばらつきが１０ＭＰａ以下であり、１×１０7回での疲労強度が７０ＭＰａ以上であり、１×１０7回での疲労強度のばらつきが２０ＭＰａ以下であることを特徴とするアルミニウム合金製自動車用構造部材。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製自動二輪車及び自動四輪車用構造部材。
【請求項１２】
Ｍｇを２．５質量％以上２．８質量％以下、Ｓｉを０．２５質量％以下、Ｆｅを０．３５質量％以下、Ｃｒを０．２５質量％以上０．３５質量％以下含有し、残部が不可避不純物及びＡｌよりなる合金組成のアルミニウム合金管を３８０〜５５０℃で熱間により拡管加工したアルミニウム合金製自動車用構造部材であって、キャビティの面積率が２．３％以下を示し、且つ結晶粒径が３００μｍ以下で、最小肉厚が平均肉厚の８３％以上であり、且つ引張強さが１７５〜２３５ＭＰａ、耐力が７０〜９５ＭＰａであることを特徴とするアルミニウム合金製自動車用構造部材。
【請求項１３】
Ｍｇを２．５質量％以上２．８質量％以下、Ｓｉを０．２５質量％以下、Ｆｅを０．３５質量％以下、Ｃｒを０．２５質量％以上０．３５質量％以下含有し、残部が不可避不純物及びＡｌよりなる合金組成のアルミニウム合金管を３８０〜５５０℃で熱間により拡管加工したアルミニウム合金製自動車用構造部材であって、キャビティの面積率が１．０％以下を示し、且つ結晶粒径が３００μｍ以下で、最小肉厚が平均肉厚の９０％以上であり、且つ引張強さが１７５〜２３５ＭＰａ、耐力が７０〜９５ＭＰａであることを特徴とするアルミニウム合金製自動車用構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用構造部材のように、必要な強度を確保しつつ、比較的複雑な形状が要求される部材への加工に適するアルミニウム合金管に関するものである。このアルミニウム合金管を熱間加工することにより、冷間或いは温間加工では不可能な複雑な形状を有する機械的特性ばらつきの少ない信頼性の高い部材の製造を可能する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用部品においては、近年、軽量化が求められている。これらを達成する手段として、従来複数のスチール板或いはスチール管をプレス加工や曲げ加工しこれを溶接して組み上げていた部品に替えて、アルミニウム合金の鋳物やダイキャスト品を使用することが行われている。しかし、この方法では比較的大型の鋳物やダイキャスト品の薄肉品の製造は難しく、軽量化効果は十分ではない。また、鋳物やダイキャスト品は押出材や板のような展伸材に比較して靭性が低く、靭性が求められる部品には最適とは言えない。
【０００３】
一方、展伸材を使用する例としては、アルミニウム合金管を曲げ加工や押し潰し加工やハイドロフォーム加工（液圧バルジ加工）等を組み合わせて複雑な形状の部品にする検討が行われており、例えば特許文献１には曲げ加工と液圧バルジ加工、特許文献２には押し潰し加工と液圧バルジ加工を組み合わせて所望の形状の中空アルミニウム部材を得る方法が提案されている。しかし、いずれも冷間加工であり、複雑な形状に加工しようとすると材料が割れるという問題があった。
【０００４】
そこで近年、熱間加工が注目されるようになった。しかし、従来のアルミニウム合金管では結晶粒の粗大化による疲労強度の低下という問題があり、またキャビティの発生による引張強さのばらつきや疲労強度のばらつきが大きくなること及び局部的な肉厚の減少という問題があった。特にアルミニウム合金管を３５０℃以上の熱間で拡管するような加工ではキャビティの発生が著しく、材料特性を低下させる。
【０００５】
このため自動車用構造部材のように、必要な強度を確保しつつ、特定の形状をもつ部材への加工に適する熱間加工用アルミニウム合金管を提供することが強く求められている。従来合金のなかでは比較的強度と加工性に優れるものとして、ＪＩＳ５０５２やＪＩＳ５１５４等のＡｌ−Ｍｇ系の合金がある。しかし、熱間加工を行った場合には、これらの従来合金では結晶粒の粗大化及びキャビティの発生による引張強さや疲労強度の低下及び局部的な肉厚の減少という問題が発生してしまい十分ではない。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２２６３３９号公報
【特許文献２】特開平１１−１０４７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、自動車用構造部材のように、必要な強度を確保しつつ、特定の形状が要求される部材を熱間加工により製造するのに好適なアルミニウム合金管を提供することを目的とする。また、このアルミニウム合金管を用いて、信頼性の高い、強度や疲労強度ばらつきの少ない自動車用構造部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、アルミニウム合金管の熱間加工について研究を重ねた結果、Ｍｇを所定量含有する場合にＣｒ添加量と熱間加工の際に発生する結晶粒の粗大化の間に相関があり、粗大化が引張強さ及び疲労強度の低下をもたらすこと、また、Ｃｒ添加量及び不可避的不純物であるＳｉ、Ｆｅ量と熱間加工の際に発生するキャビティ量との間に相関があり、キャビティが引張強さのばらつきを大きくすること及び疲労強度の低下および疲労強度のばらつきを大きくすることを見出し、更に局部的な肉厚の減少をもたらすことを見出した。
【０００９】
すなわち、Ｃｒ添加量が少なすぎると、熱間加工の際に結晶粒の粗大化が発生する。また、Ｃｒ添加量及び不可避的不純物であるＳｉ、Ｆｅ量が多い場合には、金属間化合物の大きさ及びその分布密度が高くなって、熱間加工の際に発生するキャビティの量が多くなる。
そこでアルミニウム合金管のＣｒ、Ｓｉ、Ｆｅ量を規制することで熱間加工の際の結晶粒の粗大化を防止でき、また熱間加工の際に発生するキャビティの量を少なくすることができることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、
（１）  Ｍｇ（マグネシウム）を２．５質量％以上２．８質量％以下、Ｓｉ(ケイ素)を０．２５質量％以下、Ｆｅ（鉄）を０．３５質量％以下、Ｃｒ(クロム)を０．２５質量％以上０．３５質量％以下含有し、残部が不可避不純物及びＡｌ（アルミニウム）よりなる合金組成のアルミニウム合金管であって、熱間加工後のキャビティの面積率が２．３％以下であることを特徴とする熱間加工用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
（２）  Ｍｇを２．５質量％以上２．８質量％以下、Ｓｉを０．２５質量％以下、Ｆｅを０．３５質量％以下、Ｃｒを０．２５質量％以上０．３５質量％以下含有し、残部が不可避不純物及びＡｌよりなる合金組成のアルミニウム合金管であって、熱間加工後のキャビティの面積率が１．０％以下であることを特徴とする熱間加工用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
（３）  Ｍｇを２．５質量％以上２．８質量％以下、Ｓｉを０．２５質量％以下、Ｆｅを０．３５質量％以下、Ｃｒを０．２５質量％以上０．３５質量％以下含有し、残部が不可避不純物及びＡｌよりなる合金組成のアルミニウム合金管であって、熱間加工後のキャビティの面積率が２．３％以下を示し、熱間にて拡管加工したときの最小肉厚が平均肉厚の８３％以上であることを特徴とする熱間加工用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
（４）  Ｍｇを２．５質量％以上２．８質量％以下、Ｓｉを０．２５質量％以下、Ｆｅを０．３５質量％以下、Ｃｒを０．２５質量％以上０．３５質量％以下含有し、残部が不可避不純物及びＡｌよりなる合金組成のアルミニウム合金管であって、熱間加工後のキャビティの面積率が１．０％以下を示し、熱間にて拡管加工したときの最小肉厚が平均肉厚の９０％以上であることを特徴とする熱間加工用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
（５）  Ｍｇを２．５質量％以上２．８質量％以下、Ｓｉを０．２５質量％以下、Ｆｅを０．３５質量％以下、Ｃｒを０．２５質量％以上０．３５質量％以下含有し、残部が不可避不純物及びＡｌよりなる合金組成のアルミニウム合金管であって、熱間加工後のキャビティの面積率が２．３％以下を示し、熱間にて拡管加工したときの最小肉厚が平均肉厚の８３％以上であり、且つアルミニウム合金管の熱間加工後の結晶粒径が３００μｍ以下であることを特徴とする熱間加工用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
（６）  Ｍｇを２．５質量％以上２．８質量％以下、Ｓｉを０．２５質量％以下、Ｆｅを０．３５質量％以下、Ｃｒを０．２５質量％以上０．３５質量％以下含有し、残部が不可避不純物及びＡｌよりなる合金組成のアルミニウム合金管であって、熱間加工後のキャビティの面積率が１．０％以下を示し、熱間にて拡管加工したときの最小肉厚が平均肉厚の９０％以上であり、且つアルミニウム合金管の熱間加工後の結晶粒径が３００μｍ以下であることを特徴とする熱間加工用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
（７）  （１）〜（６）のいずれか１項に記載の熱間加工用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管を熱間加工したＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管であって、引張強さが１７５〜２３５ＭＰａ、耐力が７０〜９５ＭＰａであることを特徴とするＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管。
（８）  Ｍｇを２．５質量％以上２．８質量％以下、Ｓｉを０．２５質量％以下、Ｆｅを０．３５質量％以下、Ｃｒを０．２５質量％以上０．３５質量％以下含有し、残部が不可避不純物及びＡｌよりなる合金組成のアルミニウム合金管の熱間加工後のキャビティの面積率が２．３％以下を示し、且つアルミニウム合金管の熱間加工後の結晶粒径が３００μｍ以下で、熱間にて拡管加工したときの最小肉厚が平均肉厚の８３％以上であり、且つアルミニウム合金管の熱間加工後の引張強さが１７５〜２３５ＭＰａ、耐力が７０〜９５ＭＰａであるＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管を熱間加工したことを特徴とするアルミニウム合金製自動車用構造部材。
（９）  Ｍｇを２．５質量％以上２．８質量％以下、Ｓｉを０．２５質量％以下、Ｆｅを０．３５質量％以下、Ｃｒを０．２５質量％以上０．３５質量％以下含有し、残部が不可避不純物及びＡｌよりなる合金組成のアルミニウム合金管の熱間加工後のキャビティの面積率が１．０％以下を示し、且つアルミニウム合金管の熱間加工後の結晶粒径が３００μｍ以下で、熱間にて拡管加工したときの最小肉厚が平均肉厚の９０％以上であり、且つアルミニウム合金管の熱間加工後の引張強さが１７５〜２３５ＭＰａ、耐力が７０〜９５ＭＰａであるＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管を熱間加工したことを特徴とするアルミニウム合金製自動車用構造部材。
（１０）  （１）〜（６）のいずれか１項に記載の熱間加工用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管を熱間加工して用いた自動車用構造部材であって、熱間加工後の引張強さが１７５〜２３５ＭＰａ、耐力が７０〜９５ＭＰａであり、引張強さ及び耐力のばらつきが１０ＭＰａ以下であることを特徴とするアルミニウム合金製自動車用構造部材。
（１１）  （１）〜（６）のいずれか１項に記載の熱間加工用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管を押出後熱間加工して用いた自動車用構造部材であって、熱間加工後の１×１０7回での疲労強度が７０ＭＰａ以上であり、１×１０7回での疲労強度のばらつきが２０ＭＰａ以下であることを特徴とするアルミニウム合金製自動車用構造部材。
（１２）  （１）〜（６）のいずれか１項に記載の熱間加工用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管を熱間加工して用いた自動車用構造部材であって、熱間加工後の引張強さが１７５〜２３５ＭＰａ、耐力が７０〜９５ＭＰａであり、引張強さ及び耐力のばらつきが１０ＭＰａ以下であり、熱間加工後の１×１０7回での疲労強度が７０ＭＰａ以上であり、１×１０7回での疲労強度のばらつきが２０ＭＰａ以下であることを特徴とするアルミニウム合金製自動車用構造部材。
（１３）  （１０）〜（１２）のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製自動二輪車及び自動四輪車用構造部材。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金管は、自動車用構造部材のように、必要な強度を確保しつつ、熱間加工後の結晶粒の粗大化が起こらず、さらにキャビティの発生が少ない。このアルミニウム合金管は熱間加工後において必要な引張強さと耐力と疲労強度を確保しつつ、各々のばらつきの小さい自動車構造部材を提供することができ、自動車構造部材の信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
自動車用構造部材に必要な材料の強度を確保するために特定量のＭｇを添加する。また、熱間加工の際に発生する結晶粒の粗大化を抑制するためにＣｒを添加する。この際熱間加工の際のキャビティ発生の起点となる金属間化合物の大きさ及びその分布密度を低減するためにＣｒ、Ｓｉ、Ｆｅ量を定める。
【００１３】
このようにして、自動車用構造部材に必要な材料の強度を確保しつつ、複雑な形状が要求される部材を熱間加工により製造するのに好適なアルミニウム合金押出管を提供することができる。以下に本発明の合金管に用いられる合金の組成等についてさらに詳しく説明を行う。
【００１４】
Ｍｇは固溶強化により合金強度を向上させるが、自動車用構造部材に必要な材料の強度を確保するには、２．５質量％以上の添加が必要である。しかし、２．８質量％を超えて添加されると、熱間変形抵抗が高くなり、加工しにくくなるだけでなく、応力腐食割れが発生しやすくなる。従って、Ｍｇ含有量は２．５質量％以上、２．８質量％以下とする。
【００１５】
Ｃｒは母材強度を向上させるだけでなく、熱間加工の際に発生する結晶粒の粗大化を抑制する元素である。熱間加工の際に発生する結晶粒の粗大化を抑制するには、０．２５質量％以上の添加が必要であるが、０．３５質量％を超えて添加されると、Ａｌ−Ｃｒ系の粗大金属間化合物が晶出し、材料の靭性や疲労特性が大きく低下する。
【００１６】
Ｓｉ及びＦｅは主にアルミニウム地金やスクラップなどの原料から不可避的に入ってくる不純物元素であり、Ａｌ−Ｆｅ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｍｇ−Ｓｉ系等の金属間化合物を形成し、熱間加工の際のキャビティ発生の起点を作る元素である。しかしＳｉ含有量を０．２５質量％以下、且つＦｅ含有量を０．３５質量％以下に制限すると、金属間化合物の大きさ及びその分布密度が低減し、熱間加工の際のキャビティの発生を抑えることができる。
本発明においてＡｌ合金組成には、Ｔｉ及びＢから選ばれる少なくとも１種を微量添加するのが好ましい。
Ｔｉは鋳造組織を微細化する効果があり、鋳塊割れの防止、熱間加工性の向上、製品の機械的性質の均一化など種々の利点があるため、工業的なビレットの鋳造に際し一般的に添加される元素であるが、０．００１質量％未満では微細化の効果が不十分であり、０．２質量％を超えると粗大金属間化合物が晶出して材料の靭性や疲労特性が大きく低下するため、添加量を０．００１質量％以上０．２質量％以下に制限することが好ましい。なお、Ｂは単独で添加してもよいがＴｉと同時に添加すると鋳造組織の微細化効果をより強めるのでこのような添加がより好ましい。その含有量は０．０２質量％以下が好ましい。
【００１７】
なお、Ｓｉ、Ｆｅ以外のアルミニウム地金やスクラップなどの原料から混入する不可避不純物として、Ｍｎは０．１０質量％以下、Ｃｕは０．１０質量％以下、Ｚｎは０．１０質量％以下であり、さらにその他の不可避不純物元素は０．０５質量％以下の含有は許容される。
【００１８】
このような成分組成を有するアルミニウム合金の鋳塊は均質化処理を施したのち、所定の寸法まで押出加工され、押出管とされる。押出管はそのまま、または必要に応じて焼鈍を施す。また、本発明においては、熱間加工処理するアルミニウム合金管としては、冷間加工した引き抜き管も用いられる。この冷間加工による引き抜き管は、引き抜きのまま、または必要に応じて焼鈍を施して用いられる。
冷間加工の加工率が少ないとその後熱間加工において結晶粒が粗大化するために、冷間加工の加工度は、少なくとも、２０％以上とする。
本発明においてアルミニウム合金管の熱間加工としては、金型を好ましくは３８０〜５５０℃、より好ましくは４２０〜５３０℃に加熱し、通常の拡管加工法により行うことができる。熱間加工後の特性を規定する場合は、例えば、後述の実施例に示した方法などが挙げられる。
この拡管加工法によれば、空気圧入により、丸管、断面が四角形、台形などの角管、またはこれらを部分的に組み合わせたような複雑な形状にアルミニウム合金管を成形することが可能であり、様々な立体パターン形状の合金管とすることができる。したがって、自動車用構造部材だけでなく、その用途は構造部材に限定されることなく、このような加工を必要とするその他の二輪用及び四輪用部材などにも適用が可能である。
【００１９】
アルミニウム合金管を熱間にて拡管加工する際に生じる肉厚のばらつきは、キャビティの存在比率に関係し、キャビティの量が多い箇所の肉厚は小さくなる。とくにキャビティの面積率が大きい場合、その部分の強度は局部的に低下する。このため拡管の際、キャビティの面積率が高い部分に応力集中がおこり、その部分の肉厚が急激に減少する。その結果、肉厚のばらつきが大きくなる。肉厚が減少した部分は、疲労破壊の起点ともなり、疲労破壊に至ることも考えられる。そのほか、キャビティの偏在は、それ自体が材料強度や疲労強度のばらつきの原因ともなる。
したがってキャビティの量を低く抑えることが好ましい。本発明の合金管においては、前述のとおりＣｒ、Ｆｅ、Ｓｉなどの含有量を規定することによりキャビティ面積率を２．３％以下（好ましくは１．０％以下）に抑えている。その結果、肉厚のばらつきを小さくし、最小肉厚を平均肉厚の８３％以上（好ましくは９０％以上）とすることができる。さらには、材料強度や疲労強度のばらつきも抑え、好適な熱間加工用アルミニウムＡｌ−Ｍｇ合金管、アルミニウム合金製自動車用構造部材などとすることが可能となる。
【００２０】
アルミニウム合金管の熱間加工後の結晶粒径は（本発明において、特に断らない限り、結晶粒径とは管の肉厚方向及び円周方向の２方向を、交線法を用いて測定した平均値をいう。）、３００μｍを超えると極端に疲労強度が低下し、自動車用構造部材に使用する際に支障をきたす。結晶粒径を３００μｍ以下にすることにより、自動車用構造部材に要求される疲労強度を満足することができる。
【００２１】
アルミニウム合金管の熱間加工後の強度は、主としてＭｇ量により決定されるが、強度と熱間加工性の両者を考慮して、引張強さ１７５〜２３５ＭＰａ（好ましくは１８５〜２２５ＭＰａ）、耐力７０〜９５ＭＰａ（好ましくは７５〜９０ＭＰａ）の範囲に設定される。引張強さが１７５ＭＰａ未満或いは耐力が７０ＭＰａ未満では自動車用構造部材に使用するには強度が不足し、引張強さが２３５ＭＰａを超えると或いは耐力が９５ＭＰａを超えると熱間加工性が劣る。
【００２２】
また、熱間加工による引張強さや耐力のばらつきは、キャビティの存在比率に関係し、キャビティ量が少ない方がばらつきは小さくなる（本発明において、ばらつきとは、特に断らない限り、少なくとも４点以上の測定値の、最小値と最大値の差をいう。）。そのために、本発明範囲の材料は、キャビティ量を抑えることで、引張強さのばらつきを１０ＭＰａ以下、耐力のばらつきを１０ＭＰａ以下、疲労強度のばらつきを２０ＭＰａ以下に抑えることができる。
【実施例】
【００２３】
次に本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜アルミニウム押出管の製造および試験＞
（製造例）
表１に示す組成の合金を、直径２６０ｍｍのビレットに溶解鋳造し、５３０℃にて４時間の均質化処理を行った。このビレットを４８０℃に加熱し、押出速度５ｍ／分にて押出し、外径９５ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの丸管形状にした。この丸管（外径９５ｍｍ、肉厚３．５ｍｍ）を３００ｍｍ長さに切断したものを温度５００℃に加熱し、５００℃に加熱した図１（ａ）、（ｂ）に示す金型に挿入した。図１の（ａ）は金型１の正面図であり、パイプ挿入部２が設けられている。図１の（ｂ）は金型の断面図である。
次に図１の金型に合金管（丸管）を挿入して図２の説明図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す工程で拡管加工した。まず（ａ）のようにして、合金Ａ〜Ｄ、Ｋ、またはＬからなるパイプ３を挿入したのち、（ｂ）のように金型１で挟持した。この両端部をシール型４でシールした後、空気導入穴５より管内に１．５ＭＰａの空気圧を加えることにより、（ｃ）に示すようにパイプ３を熱間にて拡管加工して、合金管（丸管）６を成形した（実施例）。一方、合金Ｅ〜Ｊ、Ｍ、またはＮにより比較のための合金管を成形した（比較例）。
拡管加工した円筒部より各種試験片を採取するが、各種試験片採取位置の加工歪み量は約２７％である。このように熱間にて拡管加工すると高温での一軸引張加工等に比べてキャビティが多く発生し、キャビティの影響をより明確にできる。なお、例示した熱間加工後の合金管の各外径の寸法は図３（ａ）、（ｂ）（図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は断面図である。）に示す通りであり、加工に要する時間は約５秒であった。
【００２４】
（キャビティの面積率の測定）
熱間加工して得た合金管６の図４で示す位置６ａより押出管又は引抜管の押出もしくは引抜方向に対して垂直面から、ミクロ組織観察用試験片（２０ｍｍ×２０ｍｍ）を切出し研磨後、光学顕微鏡にて倍率１００倍で５視野を撮影した写真を画像解析し、キャビティの面積率を測定し、その平均値を表２にキャビティ面積率（％）として示した。
キャビティの面積率については、その面積率が２．３％を超えると、局部的な肉厚減少が生じ、肉厚ばらつきが大きくなる。
【００２５】
（結晶粒径の測定）
熱間加工後の材料の図４で示す位置６ａよりミクロ組織観察用試験片（２０ｍｍ×２０ｍｍ）を切出し、光学顕微鏡にて倍率１００倍で５視野を撮影した写真で結晶粒径の測定を実施した。結晶粒径の測定は、交線法を用いて、管の肉厚方向及び円周方向の２方向で実施してその平均値を求めた。それら５視野の平均値を表２に示した。
結晶粒径が３００μｍを超えると疲労強度が低下する。さらには、結晶粒径が３００μｍを超えると、熱間加工後のアルミニウム合金管に肌あれが生じ、製品の外観を損なうとともに、疲労強度の低下や加工した製品の２次加工性を低下させる。
【００２６】
（引張試験）
熱間加工後の図４に示す位置６ｂより長手方向にＪＩＳ１２号試験片を切り出し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠して引張試験を行った。その結果を表２に示した。
引張強さが１７５ＭＰａ未満又は耐力が７０ＭＰａ未満であると、熱間加工時の加工性にばらつきが生じるとともに、熱間加工用アルミニウム合金管とした場合の信頼性を低下させる。
【００２７】
（応力腐食割れ試験）
熱間加工後の図４に示す位置６ｂより試験片を切出し、ＪＩＳ  Ｈ  ８７１１に準拠して応力腐食割れ試験を行った。交互浸漬を３０日間行い割れの発生を確認した。
応力腐食割れ性について、交互浸漬試験において３０日未満で割れが発生するものは、使用時に応力腐食割れが発生する可能性が有る。表２において前記条件でも割れが発生しないものを「○」、割れが発生したものを「×」とした。
【００２８】
（管の肉厚の測定）
熱間加工後の合金管６の斜視図（図５）における円周の最小肉厚部（肉厚測定位置６ｃ）を基準に均等に４５°間隔で８箇所について、各３個肉厚測定を実施し、表３に測定結果を示した。また、肉厚の最小値および肉厚の平均値を求め、その結果を表２に示す。
平均肉厚に対する最小肉厚の割合（％）を肉厚比と定義する。この肉厚比が８３％以下の場合は、引張強さや疲労強度ばらつきが大きくなる。
【００２９】
＜自動車用構造部材の製造および試験＞
（製造例）
表１に示す組成の合金を、直径２６０ｍｍのビレットに溶解鋳造し、５３０℃にて４時間の均質化処理を行った。このビレットを４８０℃に加熱し、押出速度５ｍ／分にて所定寸法の押出管に押出後、さらに冷間加工率３５％の引き抜きを行い、外径９５ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの丸管を製造した。
このように製造した引抜丸管（外径９５ｍｍ、肉厚３．５ｍｍ）を３００ｍｍ長さに切断したものを温度５００℃に加熱し、５００℃に加熱した図６に示す金型１０の挿入部１１に挿入し、前記図２の場合と同様の工程で両端部をシールした。その後、管内に１．５ＭＰａの空気圧を加えることにより、図２と同様の工程で外形を台形形状管１２に熱間加工した。加工に要する時間は約５秒であった。このとき合金Ａ〜Ｄ、Ｋ、またはＬにより自動車用構造部材を成形し（実施例）、合金Ｅ〜Ｊ、Ｍ、またはＮにより比較のための部材を成形した（比較例）。
台形形状管の正面形状（Ｐ面からみた図）とその断面形状は図７（ａ）、（ｂ）に示す通りである。実際の自動車用構造部材の断面は台形とは限らなく、様々な形状があるが、ここでは代表例として加工品の断面形状を台形に加工する金型を用いた。なお、キャビティの面積率の測定は、下記で述べる方法に従ってＰ面、Ｑ面、Ｒ面、Ｓ面の全ての面について行い、結晶粒径の観察は最も結晶粒径が粗大になりやすいＰ面のみについて行い、引張特性と疲労特性の測定は、部品として最も応力が集中する箇所であるＰ面のみについて行った。
【００３０】
（キャビティの面積率の測定）
自動車部品に熱間加工した材料から図７（ｂ）のＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓの各面における、図７（ａ）に示す１２ａ位置より素管の押出・引抜方向に対して垂直面から、ミクロ組織観察用試験片（２０ｍｍ×２０ｍｍ）を切出し、研磨後、光学顕微鏡にて倍率１００倍で各々５視野を撮影した。その写真から観察位置Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓについて各５視野ずつ画像解析装置により、キャビティの面積率を測定し、その平均値を表４に示す。
キャビィティの発生面積率が（観察位置Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓの１箇所でも）２．３％を超えると肉厚ばらつきが大きくなり、局部的な肉厚減少が生じ、引張り強さや疲労強度の低下を招く。
【００３１】
（結晶粒径の測定）
自動車部品に熱間加工した材料から、図７に示したＰ面の位置１２ａよりミクロ組織観察用試験片（２０ｍｍ×２０ｍｍ）を肉厚方向及び円周方向の２方向に切出し、光学顕微鏡にて倍率１００倍で写真撮影し、結晶粒径を求めた。それらの５視野の観察結果の平均値測定結果として表５に示した。
結晶粒径が３００μｍを超えると疲労強度が低下する。表４において、結晶粒径が３００μｍ以下のものを「○」、３００μｍを越えるもの「×」で示した。
【００３２】
（引張試験）
自動車部品に熱間加工した材料から、図７に示すＰ面の位置１２ｂより各４本長手方向にＪＩＳ５号試験片を切り出し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠して引張試験を行った。その結果を表５に示した。
引張強さが１７５〜２３５ＭＰａ、耐力が７０〜９５ＭＰａ、またはそれらのばらつきが１０ＭＰａ以下の範囲を外れると、熱間加工時の加工性にばらつきが生じるとともに、自動車部材として使用した場合の信頼性を低下させる。表４において、引張強さが１７５〜２３５ＭＰａ、耐力が７０〜９５ＭＰａ、かつそれらのばらつきが１０ＭＰａ以下のものを「○」、その範囲以外のものを「×」で示した。
【００３３】
（疲労強度）
自動車部品に熱間加工した材料から、図７のＰ面の位置１２ｂより長手方向にＪＩＳ１号試験片を切出し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２７５に準拠して平面曲げ疲れ試験を行い、１×１０７回での疲労強度を求め、その結果を表６に示した。
疲労強度が７０Ｍｐａ未満又はそのばらつきが２０ＭＰａを超えるものは、部品寿命や安全性の観点で問題が生じ、自動車構造部材や自動車部品としての信頼性が低下する。表４において、疲労強度が７０ＭＰａ以上で、そのばらつきが２０ＭＰａ以下のものを「○」、その範囲外のものを「×」で示した。
【００３４】
（応力腐食割れ試験）
自動車部品に熱間加工した材料から、図７に示すＰ面の位置１２ｂより試験片を切出し、ＪＩＳ  Ｈ  ８７１１に準拠して応力腐食割れ試験を行った。交互浸漬を３０日間行い、割れの発生を確認した。
応力腐食割れ性については、交互浸漬試験において３０日未満で割れが発生するものは、使用時に応力腐食割れが発生する可能性がある。表４において、前記条件においても割れが発生しないものを「○」、割れが発生したものを「×」で示した。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
【表２】
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【００３７】
【表３】
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【００３８】
【表４】
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【００３９】
【表５】
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【００４０】
【表６】
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【００４１】
（総合評価−押出管）
上記の表１〜３に示すアルミニウム押出管の試験とその結果を次にまとめる。
合金Ａ〜Ｄ、Ｋ、Ｌのものに関しては、キャビティ面積率が２．３％以下であり、肉厚比が８３％以上である。また結晶粒径の粗大化がおこっておらず、自動車用構造部材用アルミニウム合金管として必要な引張強さを確保し、応力腐食割れも生じていない（表２の総合評価「○」）。なかでも合金Ａ〜Ｄのものに関しては、さらにキャビティ面積率が１．０以下であり、肉厚比が９０％以上である（表２の総合評価「◎」）。
【００４２】
合金Ｅのものに関しては、キャビティ面積率、結晶粒径、引張強さ、耐力、局部的な肉厚の減少（肉厚比）は全て満足しているが、Ｍｇ量が高く応力腐食割れが発生している。合金Ｉのものに関しては、Ｍｇ量が少なく自動車用構造部材用アルミニウム合金管として必要な引張強さを満足しない。合金ＪのものはＣｒ量が少なく結晶粒径の粗大化が起こっている。また合金Ｍ、ＮのものはそれぞれＦｅ量、Ｓｉ量が高いためキャビティの発生が多く、局部的な肉厚の減少（肉厚比の低下）が起こっている（表２の総合評価「×」）。
【００４３】
（総合評価−自動車用構造部材）
上記の表４〜６に示す自動車用構造部材の試験結果を次にまとめる。
合金Ａ〜Ｄ、Ｋ、Ｌのものに関しては、キャビティ面積率が２．３％以下であり、肉厚比が８３％以上である。また結晶粒径の粗大化がおこっておらず、自動車用構造部材に必要な引張強さと耐力を有し、それらのばらつきも小さく、疲労強度も確保している（表４の総合評価「○」）。
【００４４】
合金Ｅのものはキャビティ面積率、結晶粒径、引張強さの平均値及びそのばらつき、耐力の平均値及びそのばらつき、疲労強度の平均値及びそのばらつきは全て満足しているが、Ｍｇ量が高く応力腐食割れが発生する。合金ＩのものはＭｇ量が少なく自動車用構造部材に必要な引張強度を満足していない。合金ＪのものはＣｒ量が少なく結晶粒径の粗大化が起こっている。合金Ｍ、ＮのものはそれぞれＦｅ量、Ｓｉ量が高いためにキャビティの発生が多く、引張強さと耐力と疲労強度のばらつきが大きい。合金Ｎのものについては、Ｍｇの量が多く応力腐食割れも発生した（表４の総合評価「×」）。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】（ａ）は拡管用金型を模式的に示す正面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はパイプの拡管工程の一例を概略的に示す工程説明図である。
【図３】（ａ）は拡管加工して得られた丸管（合金管）を模式的に示す正面図であり、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図３の丸管の試験片採取位置を模式的に示す説明図である。
【図５】図３の丸管の肉厚測定位置を模式的に示す斜視図である。
【図６】（ａ）は台形形状に加工する金型の正面図であり、（ｂ）はその金型のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】（ａ）は図６により熱間加工された台形形状管を模式的に示す正面図であり、（ｂ）はそのＤ−Ｄ線断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  金型
１ａ、１０ａ  割り位置
２  パイプ挿入部
３  パイプ
４  シール型
５  空気導入部
６  丸管（合金管）
６ａ、１２ａ  キャビティ測定用および結晶粒径測定用の試験片採取位置
６ｂ、１２ｂ  引張試験片、応力腐食割れ試験片採取位置
６ｃ  肉厚測定位置
１０  金型
１１  パイプ挿入部
１２  台形形状管（台形形状に加工したパイプ）
【図１】
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【図２】
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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７】
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