(57)【要約】【課題】    室温時効硬化して成形性が低下した6000系アルミニウム合金材の成形性を回復させることが可能なアルミニウム合金材の成形方法を提供することを目的とする。【解決手段】    6000系アルミニウム合金材に対し、1%以上の加工歪みを予め与えた後に50〜150 ℃の温度に加熱する時効硬化回復処理を行なって、アルミニウム合金材の成形性を回復させてから、高温成形などの特殊な成形を行うことなく、通常の条件でアルミニウム合金材を成形することである。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
6000系アルミニウム合金材に対し、1%以上の加工歪みを予め与えた後に50〜150 ℃の温度に加熱する時効硬化回復処理を行なって成形することを特徴とするアルミニウム合金材の成形方法。
【請求項２】
前記成形がプレス成形加工である請求項１に記載のアルミニウム合金材の成形方法。
【請求項３】
前記成形が曲げ加工である請求項１に記載のアルミニウム合金材の成形方法。    
【請求項４】
前記曲げ加工が複数の工程からなり、前記時効硬化回復処理を、この複数の工程において選択的に行なう請求項３に記載のアルミニウム合金材の成形方法。
【請求項５】
前記アルミニウム合金材が、アルミニウム合金板またはアルミニウム合金板をプレス成形後のパネルである請求項３または４に記載のアルミニウム合金材の成形方法。
【請求項６】
前記曲げ加工がヘミング加工である請求項３乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金材の成形方法。
【請求項７】
前記ヘミング加工がアルミニウム合金板をプレス成形後のパネルに対して施されるものである請求項６に記載のアルミニウム合金材の成形方法。
【請求項８】
前記パネルが自動車アウタパネル用である請求項７に記載のアルミニウム合金材の成形方法。
【請求項９】
前記成形に用いる金型に前記時効硬化回復処理用の加熱手段を設けた請求項１乃至８のいずれか１項に記載のアルミニウム合金材の成形方法。
【請求項１０】
前記6000系アルミニウム合金材が、質量% で、Mg:0.2〜2.0%、Si:0.3〜2.0%、Mn:0.01 〜0.65% 、Cu:0.001〜1.0%を含有し、かつSi/Mg が質量比で1 以上であり、残部Alおよび不可避的不純物からなる請求項１乃至９のいずれか１項に記載のアルミニウム合金材の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室温時効硬化して成形性が低下した6000系アルミニウム合金材の成形性を回復させる、アルミニウム合金材（以下、アルミニウムを単にAlとも言う）の成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車、船舶、航空機あるいは車両などの輸送機、機械、電気製品、建築、構造物、光学機器、器物の部材や部品用として、成形性や焼付硬化性に優れたAl合金材が使用されている。
【０００３】
特に、自動車などの輸送機の車体分野では、近年、排気ガス等による地球環境問題に対して、軽量化による燃費の向上が追求されている。このため、自動車の車体に対し、従来から使用されている鋼材に代わって、圧延板や押出形材など、より軽量なAl合金材適用が増加しつつある。
【０００４】
この内、自動車のフード、フェンダー、ドア、ルーフ、トランクリッドなどのパネル構造体の、アウタパネル (外板) やインナパネル( 内板) 等のパネルには、Al-Mg-Si系のAA乃至JIS 6000系 (以下、単に6000系と言う) のAl合金板の使用が検討されている。
【０００５】
6000系Al合金材は、基本的には、Si、Mgを必須として含み、優れた時効硬化能を有しているため、プレス成形や曲げ加工時には低耐力化により成形性を確保するとともに、成形後のパネルの塗装焼付処理などの、比較的低温の人工時効( 硬化) 処理時の加熱により時効硬化して耐力が向上し、必要な強度を確保できるBH性 (ベークハード性、人工時効硬化能、塗装焼付硬化性) がある。
【０００６】
また、6000系Al合金材は、Mg量などの合金量が多い、他の5000系のAl合金などに比して、合金元素量が比較的少ない。このため、これら6000系Al合金板のスクラップを、Al合金溶解材 (溶解原料) として再利用する際に、元の6000系Al合金鋳塊が得やすく、リサイクル性にも優れている。
【０００７】
一方、前記自動車パネル構造体の用途分野では、Al合金板を張出や絞りあるいはトリム等のプレス成形してパネル化する。近年、Al合金板の自動車パネルへの採用に伴い、形状がより複雑な、成形が難しいパネルへの適用も多くなってきている。例えば、張出成形されるパネル形状は、張出高さや張出面積などが大型化し、しかも形状が伸びフランジ変形を伴うような湾曲部位を有するなど複雑化する傾向にある。このため、成形時の割れ、肌荒れなどの成形不良がより生じ易い。
【０００８】
そして、前記自動車パネルの内、外板 (アウタパネル) では、上記プレス成形の後に、内板 (インナパネル) と接合してパネル構造体とするために、加工条件の厳しいフラットヘム加工と呼ばれる180 °曲げ加工等の厳しい曲げ成形が複合して施される。このフラットヘム加工は、アウタパネルの縁を折り曲げて (180 度折り返して) インナパネルの縁との接合を行うヘム( ヘミングの別称) 加工と呼ばれる厳しい曲げ加工である。
【０００９】
これに対して、6000系Al合金材は、その優れた時効硬化能ゆえに、Al合金材自体の製造後、前記各用途に使用されるまでの間に、室温( 常温) 時効硬化が生じやすく、常温安定性に欠けるという大きな問題があった。このような室温時効が生じた場合、製造直後には、6000系Al合金材が前記各用途の要求特性を満足したとしても、一定時間の経過後に、実際の用途に使用される際に、要求特性を満足せずに、パネル材であれば、前記プレス成形性やヘム加工性、更には、前記BH性 (人工時効硬化性) を著しく低下させることとなる。
【００１０】
特に、上記Al合金アウタパネルのフラットヘム加工においては、室温時効硬化が生じた場合、形成されるフラットヘムの縁曲部 (ヘム部、折り曲げ部) には、比較的大きな割れ等の不良が生じ易くなる。
【００１１】
これら6000系Al合金材の室温時効抑制の課題に対しては、素材の製造側で、6000系Al合金材の溶体化および焼入れ処理などの調質処理後に、室温放置中において形成されるMg-Si クラスターなどの組織を制御する等の冶金的な改善が行なわれている。しかし、冶金的な室温時効抑制は、前記BH性を低下させることにも繋がるため、これにても限界がある。
【００１２】
このため、成形加工側においても、6000系Al合金材を加熱しつつ成形加工する技術が、従来から提案されている。アルミニウム合金板の分野では、難加工形状のパネルに成形するために、アルミニウム合金板を加熱して、460 〜550 ℃の高温領域で高い伸びの特性を生じさせて高成形性を得るような、高速超塑性成形やホットプレス法などの高温成形方法が種々検討されている。例えば、溶体化処理などが施されていない6000系アルミニウム合金板を、500 ℃程度の溶体化処理に必要な温度でブロー成形を行い、その後成形品に焼き戻し処理を施して、200MPa以上の高耐力を得ることも提案されている (特許文献１参照）。
【００１３】
また、板の曲げ加工に関し、板のヘム加工部位を250 〜500 ℃で加熱、急冷して、ヘム加工性を改善することも提案されている (特許文献２参照）。更に、ヘム加工金型のワーク受けやヘミングエッジなどに電熱ヒータ等の加熱手段を設けて、200 ℃前後に加熱してヘム加工性を改善することも提案されている (特許文献３参照）。更に、板や形材、管材などの曲げ加工においても、Al合金材の曲げ加工中に、高周波加熱コイルなどを用いて、6000系Al合金材の曲げ加工部分を加熱して焼きなまし、温間あるいは熱間にて曲げ加工することが開示されている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開2001-58221号公報 (請求項、図1 、第1 〜3 頁)
【特許文献２】特許3431924 号公報 (請求項、図2 、第1 〜4 頁)
【特許文献３】特許3390479 号公報 (請求項、図1 、第1 〜3 頁)
【特許文献４】特開平６-277764 号公報 (請求項3 、図1 、第1 〜3 頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、これら、6000系Al合金材を加熱しつつ、温間あるいは熱間で、金型成形加工する技術では、Al合金材加工部分の伸びを向上させる、あるいは焼きなますために、最低でも200 ℃以上の温度に加熱している。また、6000系Al合金材の加工部分の伸びを向上させる、あるいは焼きなますためには、最低でも200 ℃以上の温度に加熱する必要がある、というのも冶金的な常識であった。
【００１５】
このため、6000系Al合金材の加熱部分の強度が低下するなど、機械的な性質が部分的にせよ変化してしまい、強度部材などとして使用された場合の信頼性に欠ける問題がある。
【００１６】
また、前記高速超塑性成形などの高温成形では、6000系Al合金材などでは特に、通常の常温における成形性とは異なる性質を示し、新たな成形上の問題が生じて、却って、成形性が低下するなどの問題がある。
【００１７】
そして、これらの問題は室温時効硬化した6000系アルミニウム合金材にも同様に、あるいは、より顕著に生じる。このため、室温時効硬化した6000系アルミニウム合金材に対する有効でかつ実用的な成形加工方法は、これまで無く、成形形状などの設計変更や、工程や時間などの効率化を犠牲にして成形加工条件を緩和する、等の手段を採用していたのが実情である。
【００１８】
本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、室温時効硬化して成形性が低下した6000系アルミニウム合金材の成形性を回復させることが可能なアルミニウム合金材の成形方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この目的を達成するために、本発明のアルミニウム合金材の成形方法の要旨は、6000系アルミニウム合金材に対し、1%以上の加工歪みを予め与えた後に50〜150 ℃の温度に加熱する時効硬化回復処理を行なって成形することである。
【００２０】
なお、本発明で言うアルミニウム合金材とは、圧延された板、あるいは、この板をプレス成形したパネル、また、押出された形材、管材などを含むものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、室温時効硬化して、製造直後の材料に比べて、成形性が低下した6000系Al合金材に対し、1%以上の加工歪みを予め与えた後に50〜150 ℃の温度に加熱する時効硬化回復処理を行なえば、6000系Al合金材の成形性が回復することを知見した。
【００２２】
通常では、加工歪みを予め加えずに、単に上記50〜150 ℃の温度に加熱しても、常識的にも、室温時効硬化した6000系Al合金材の機械的な性質、特に、成形性は変化しない。しかし、上記加工歪みを予め与えた上で、このような低温に加熱すると、室温時効硬化した6000系Al合金材の成形性が回復する現象が生じる。
【００２３】
本発明の回復処理は、加工歪みを予め与えないと成形性の回復が発現しない点が特異であって、前記した6000系Al合金材を最低でも200 ℃以上の温度に加熱して成形加工する温間あるいは熱間成形技術と、基本的な冶金的メカニズムを異にすることが、このことからも分かる。
【００２４】
このような特異な現象の冶金的メカニズムの詳細は不明であるが、上記加工歪みを予め加えることで、6000系Al合金材に加工硬化が加わり、一旦室温時効により析出硬化されていたAl合金組織の軟化乃至伸びの増加が生じ、大幅に成形性が回復するものと推考される。
【００２５】
しかも、上記50〜150 ℃のような温度に加熱しても、6000系Al合金材の他の引張強度、耐力などの大幅な低下は一切無い。また、BH性を低下させる影響もなく、成形後のパネルや成形部材の、塗装焼き付け処理などの人工時効硬化処理によって、耐デント性など、必要な強度を確保できる。
【００２６】
このため、6000系Al合金材としての他の必要特性を犠牲にせずに、板の絞りや張出などのプレス成形、板のHAT 曲げや90度曲げなどの曲げ加工、板をプレス成形した後のパネルのヘム加工などの曲げ加工、押出された形材、管材などの曲げ加工等、主として金型を用いた成形性を、大幅に向上させることができる。
【００２７】
しかも、予め与える1%以上の加工歪みも比較的軽い加工であり、また、50〜150 ℃の加熱温度も比較的低い温度であるので、前記した高温成形の従来技術のような。成形工程における大幅な設備改造や工程の大幅な変更を行なわずも実施することができる利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明Al合金板の実施態様につき具体的に説明する。
(加工歪み) 
本発明の時効硬化回復処理 (以下、単に回復処理とも言う) では、室温時効硬化した6000系Al合金材に対し、先ず、1%以上の加工歪みを与える。加工歪みが1%未満では、前記したような、加工歪みを予め加えない、通常の単なる加熱処理と変わりなくなって、50〜150 ℃の温度に加熱しても、室温時効硬化した6000系Al合金材の成形性は回復しない。このため、予め与える加工歪みは最低でも1%以上であることが必要である。
【００２９】
但し、あまり大きい加工歪みを与える必要はない。大きい加工歪みを与え過ぎると、却って、6000系Al合金材の変形や厚みの減少、あるいは、そのための新たな設備が必要となるなどの種々の不都合も生じる。好ましい加工歪みの上限は、室温時効硬化の程度や6000系Al合金材の形状や加工の履歴 (板、パネル、形材、時効硬化度) にもよるが、板、パネルなどの場合20% 程度、形材などの場合50% 程度である。したがって、好ましい加工歪みは、板、パネルの場合3 〜20% の範囲、形材の場合3 〜50% の範囲である。
【００３０】
(加熱) 
本発明の時効硬化回復処理では、上記1%以上の加工歪みを与えた6000系Al合金材を50〜150 ℃、好ましくは80〜130 ℃の温度に加熱する。加熱温度が50℃未満では、大きい加工歪みを与えても、室温時効硬化した6000系Al合金材の成形性は回復しない。また、加熱温度が80℃未満では、小さい加工歪みを与えた場合に、室温時効硬化した6000系Al合金材の成形性は回復しない可能性がある。
【００３１】
一方、加熱温度が150 ℃を超えて高くなった場合も、事前の加工歪み量に依らず、室温時効硬化した6000系Al合金材の成形性は回復しない。また、加熱温度が130 ℃を超えて高くなった場合も、加工歪み量によっては、室温時効硬化した6000系Al合金材の成形性は回復しない可能性がある。なお、6000系Al合金材の最適加熱温度は、6000系Al合金材の形状や加工の履歴 (板、パネル、形材、時効硬化度) 、事前に与える加工歪み量、などとの関係で選択する。
【００３２】
加熱時間も、6000系Al合金材の板厚などにもよるが、室温時効硬化した6000系Al合金材の実体温度が、上記加熱温度範囲になれば、安全を見て、最低でも30秒〜1 分程度のごく短時間の保持時間で良い。したがって、本発明の回復処理では、加熱時間を長くとる必要は無い。
【００３３】
本発明の回復処理は、この加熱温度が比較的低い点も特異であって、前記した6000系Al合金材を最低でも200 ℃以上の温度に加熱して成形加工する温間あるいは熱間成形技術とは、その基本的な冶金的メカニズムを異にすることが、このことからも分かる。また、本発明の回復処理が、上記した短時間で成形性回復効果が生じることも特異な点である。
【００３４】
本発明の回復処理は、加工歪みを与えて加熱するこれら一連の回復処理を行いさえすれば、加熱後一旦冷却された後でも、成形性が回復するし、その効果は持続する。仮に、本発明の回復処理後に、長期保管などで、再び、6000系Al合金材が室温時効して成形性が低下しても、再度本発明の回復処理を行なえば良い。したがって、後述する種々の成形は常温で可能である。即ち、成形加工時に、後述する、本発明の回復処理のために加熱する以外は、成形加工を高温で行なう必要は全く無い。
【００３５】
(回復処理の方法) 
6000系Al合金材の回復処理方法として、板の場合について説明する。
先ず、前記自動車パネルなどの用途分野における、Al合金板を張出や絞りあるいはトリム等のプレス成形してパネル化する工程、更には、外板 (アウタパネル) として、更に、フラットヘムなどのヘム加工のような曲げ加工工程を想定する。この場合、上記板をパネル化するプレス成形の際の成形を回復する場合と、ヘム加工のような曲げ加工性を回復する場合とがある。
【００３６】
(プレス成形性の回復) 
上記板をプレス成形してパネル化する際の成形性を回復する場合、素材板を全面的に回復処理しても良く、あるいは、パネル形状がより複雑な部位、伸びフランジ変形を伴うような湾曲部位などの成形が難しい部位、等を選択して回復処理しても良い。
【００３７】
具体的には、プレス成形金型に設置する前の板に、ロールや引張 (テンションレベラ) などの矯正機や金型等を利用して、張力などを与えて、前記加工歪みを予め与えても良い。また、プレス成形金型に設置した板に、プレス成形金型によって、あるいは別の手段によって、板に張力を与えて、前記加工歪みを与えても良い。これらは、現状の設備状況に応じて、合理的な方法や設備が適宜選択される。
【００３８】
そして、その後の加熱も、板全体、あるいは, 成形加工部分のみを行なっても良い。また、プレス成形金型に設置する前の板を、加熱手段や炉にて前記低温温度に加熱しても良く、また、プレス成形金型を前記低温温度に加熱して、プレス成形前あるいはプレス成形中に、板を前記低温温度に加熱しても良い。この際、プレス成形に用いる金型に、前記回復処理用の加熱手段を設けても良いが、前記従来技術のような200 ℃以上の高温に加熱する手段は不要であるし、却って回復処理の効果を損なう。
【００３９】
このような本発明の回復処理によって、室温時効硬化した6000系Al合金板の、例えば、張出成形性、絞り成形性、伸びフランジ変形性等が回復 (向上) し、プレス成形時の割れ、肌荒れなどの成形不良が生じにくくなる。
【００４０】
(曲げ加工性の回復) 
上記板あるいはパネルの、HAT 曲げ、90度曲げ、ヘムなどの曲げ加工性を回復する場合、また、形材を曲げ加工する場合に、これら曲げ加工素材を全面的に回復処理しても良い。あるいは、曲げ加工素材の曲げ加工部分や曲げ加工が難しい部位などを選択し、例えば、板の曲げ加工部分であれば、曲げ外周縁形状が直線的か、あるいは直線的ではなく、円弧状などのより曲げ加工が難しい部位等を選択して回復処理しても良い。
【００４１】
具体的には、曲げ加工金型に設置する前の曲げ加工素材に、ロールや引張 (テンションレベラ) などの矯正機や金型などを利用して、張力を与えて、前記加工歪みを与えても良い。また、曲げ加工金型に設置した曲げ加工素材に、曲げ加工金型によって、あるいは別の手段によって、張力などを与えて、前記加工歪みを与えても良い。これらは、現状の設備状況に応じて、合理的な方法や設備が適宜選択される。
【００４２】
そして、その後の加熱も曲げ加工素材全体、あるいは曲げ加工部分のみを行なっても良い。具体的には、曲げ加工金型に設置する前の曲げ加工素材を、加熱手段や炉にて前記低温温度に加熱しても良く、また、曲げ加工金型を前記低温温度に選択的に加熱して、成形前あるいは成形中の曲げ加工素材を前記低温温度に加熱しても良い。この際、曲げ加工金型に、前記回復処理用の加熱手段を設けても良いが、前記従来技術のような200 ℃以上の高温に加熱する手段は不要であるし、却って回復処理の効果を損なう。
【００４３】
(ヘム加工性の回復) 
この曲げ加工の中でも、特に、フラットヘム加工性を回復する場合を以下に説明する。プレス成形後のパネル (板) の一般的なフラットヘム加工の概要を図1(a)〜(c) に示す。同図に示す通り、フラットヘム加工は、図1(a)のダウンフランジ工程、図1(b)のプリヘム工程を経て、図1(c)のフラットヘム工程により、金型を用いて、基本的に行われる。
【００４４】
まず、図1(a)では、ダイス101 と板押さえ102 により固定した、プレス成形加工後のアウタパネル1 を示している。そして、アウタパネル1 の点線で示した外縁部1aに対し、ポンチ100 により、図の矢印で力のかかる方向を示す通り、アウタパネル1 に直交する方向 (図の上方に向かって) に力を加えて、外縁部1aを直角(90 °) に近い角度まで折り曲げ、折り曲げ部1bを形成する。
【００４５】
次に、図1(b)では、同じく、ダイス104 と板押さえ102 により固定した、上記ダウンフランジ工程後のアウタパネル1 を示している。そして、このプリヘム工程では、アウタパネル1 の点線で示した外縁部1aを、ポンチ103 により、更に約135 °までパネル内側に折り曲げた、折り曲げ部1bを形成する。この際、上方より、ポンチ103 により、図の2 方向の矢印で力のかかる方向を示す通り、直角に折り曲げられた点線で示す外縁部1aに対しては、アウタパネル1 に直交する方向 (図の下方に向かって) およびアウタパネル1 に平行な方向 (図の横方向) の二つの方向に力が加えられる。
【００４６】
更に、図1(c)のフラットヘム工程では、絞り工程やトリム工程等の成形加工後のインナパネル2 の外縁部2aを、上記プリヘム工程後のアウタパネル1 の折り曲げ部1b内に挿入 (収容) する。そして、アウタパネル1 およびインナパネル2 とを、板押さえ (図示せず) とダイス102 により固定するとともに、アウタパネル1 の外縁部1aを、ポンチ105 により、更に180 °の角度までパネル内側に折り曲げ、フラットヘムを形成する。このようにして、インナパネル2 の外縁部2aと、アウタパネル1 のフラットヘム部（180 度折り曲げ部) とが接触して、両者が端部同士において接合されるとともに密着される。
【００４７】
なお、ロープドヘム加工の場合にも、図1(a)、(b) の工程はフラットヘム加工と同じであり、ただ、図1(c)の工程を、折り曲げ部1bが、フラットなヘムでは無く、円弧状に (ロープ状に) 外方に膨らんだ曲げ形状とする。このため、フラットヘムに比して、シャープなヘム形状ではなく、外観性も良くない。また、アウタパネルとインナパネルとの接触面積が少なく接合性や密着性に欠ける等の問題もある。このため、特に、外観や美観を重視する自動車部品などにおいては、ヘム加工の最終工程を、厳しい曲げ加工となる、図1(c)のフラットヘム工程により行うことが通常となっている。
【００４８】
このようなフラットヘム加工の場合に、前記加工歪みを与える方法は、前工程となるプレス成形時に、回復処理に必要な加工歪みを与えれば、余分な工程を必要とせずに好ましい。プレス成形時の加工歪みを補完するために、あるいは、新たに加工歪みを与えるために、ヘム加工金型に設置する前のパネルのヘム加工部分に、予め加工歪みを与えても良い。
ただ、この方法は、ヘム加工のような複数段の工程にわたる曲げ加工が施される場合には、最初の工程である上記ダウンフランジ工程などにおける成形性回復のみに有効である。ヘム加工のような複数段の工程において、これに続く後段のプリヘム工程やフラットヘム工程での加工条件がより厳しくなり、割れなどが発生しやすくなる。
【００４９】
したがって、これに続く後段のプリヘム工程やフラットヘム工程の成形性を更に回復させることが重要で、この場合には、前段のダウンフランジ工程の曲げ加工工程において付与される加工歪みを、本発明回復処理に必要な加工歪みとして利用する。そして、ダウンフランジ工程後であってプリヘム工程前の中間に、あるいはプリヘム工程やフラットヘム工程の曲げ加工中に、回復処理に必要な加熱を行なって、後段であるプリヘム工程やフラットヘム工程などの曲げ加工工程の成形性を各々選択的に回復させることが好ましい。この方法は、ダウンフランジ工程金型にセットされて加工されたパネルが、プリヘムおよびフラットヘム工程金型にセットし直されることが多い、通常のヘム工程に則した形で、本発明回復処理を行なうことができる点でも好ましい。
【００５０】
加工歪みを与える方法は、ロールや引張 (テンションレベラ) などの矯正機を利用して、張力などを与えても良い。また、上記したダウンフランジ工程自体によって加工歪みを与えるには、ヘム加工金型に設置したパネルに対し、例えば、図1(a)のダイス101 と板押さえ102 、ポンチ100 などの協働により、前記加工歪みを与える。ただ、これらも、現状の設備状況に応じて、合理的な方法や設備が適宜選択される。
【００５１】
そして、その後の加熱もパネル全体、あるいはヘム加工部分のみを行なっても良い。具体的には、ヘム加工金型に設置する前のパネルを、加熱手段や炉にて前記低温温度に加熱しても良く、また、上記各ヘム加工工程における金型を前記低温温度に選択的に加熱して、ヘム加工前あるいはヘム加工中の板を前記低温温度に加熱しても良い。この際、上記各ヘム加工工程における金型に、選択的に前記した回復処理用の低温の加熱手段を設けても良い。
【００５２】
このような本発明の回復処理によって、室温時効硬化した6000系Al合金材の、フラットヘムなどの曲げ加工性が回復 (向上) し、板の曲げ部やヘム部などに生じやすい割れや肌荒れ、あるいは型材の曲げ部などに生じやすい割れやしわなどの成形不良が生じにくくなる。
【００５３】
(化学成分組成) 
次に、本発明が対象とする6000系Al合金材の化学成分組成について説明する。本発明が対象とする6000系Al合金材は、前記した自動車材などとして、優れた成形性やBH性、強度、溶接性、耐食性などの諸特性が要求される。このような要求を満足するために、Al合金材の基本組成は、質量% で、Mg:0.2〜2.0%、Si:0.3〜2.0%を含有するアルミニウム合金材が好ましい。なお、本発明での化学成分組成の% 表示は、請求項の% 表示も含めて、全て質量% の意味である。
【００５４】
また、本発明が対象とする6000系Al合金材は、その優れたBH性ゆえに室温での時効硬化が問題となり、本発明回復処理を必要とする。この点、6000系Al合金の中でも、本発明回復処理は、BH性がより優れるゆえに、室温での時効硬化がより問題となる、Si/Mg が質量比で1 以上の所謂Si過剰型の6000系Al合金材に適用されて好ましい。このような6000系Al合金材としては、例えば、自動車材としてのアウタパネル用の板などがあり、組成としては、Mg:0.2〜2.0%、Si:0.3〜2.0%、Mn:0.01 〜0.65% 、Cu:0.001〜1.0%を含有し、かつSi/Mg が質量比で1 以上であり、残部Alおよび不可避的不純物からなるものが好ましい。
【００５５】
なお、その他の元素は、AA乃至JIS 規格などに沿った各不純物レベルの含有量 (許容量) とする。その他の合金元素とは、具体的には、Fe:1.0% 以下、Mn:1.0% 以下、Cr:0.3% 以下、Zr:0.3% 以下、V:0.3%以下、Ti:%以下、の内の1 種または2 種以上を選択的に含んでも良い。また、これらに加えて、あるいは、これらの代わりに、更に、Ag:0.2% 以下、Zn:1.0% 以下、の内の1 種または2 種以上を選択的に含んでも良い。
【００５６】
上記合金元素以外のその他の合金元素やガス成分は不純物である。しかし、リサイクルの観点から、溶解材として、高純度Al地金だけではなく、6000系合金やその他のAl合金スクラップ材、低純度Al地金などを溶解原料として使用して、本発明Al合金組成を溶製する場合には、これら他の合金元素は必然的に含まれることとなる。したがって、本発明では、目的とする本発明効果を阻害しない範囲で、これら不純物元素が含有されることを許容する。
【００５７】
上記6000系Al合金における、各元素の好ましい含有範囲と意義、あるいは許容量について以下に説明する。
【００５８】
Si:0.2〜2.0%
Siは、固溶強化と、成形後の塗装焼き付け処理などの、比較的低温短時間での人工時効処理時に、Mgとともに化合物相 (β")を形成して、時効硬化能を発揮し、板としての必要強度を得るための必須の元素である。したがって、プレス成形性など、パネルとしての必要諸特性を兼備させるための最重要元素である。Si量が0.2%未満では、前記時効硬化能、更には、各用途に要求される、プレス成形性などの諸特性を兼備することができない。一方、Siが2.0%を越えて含有されると、プレス成形性や曲げ加工性が著しく阻害される。更に、溶接性を著しく阻害する。したがって、Siは0.2 〜2.0%の範囲とする。
【００５９】
Mg:0.2〜2.0%
Mgは、固溶強化と、塗装焼き付け処理などの前記人工時効処理時に、Siとともに化合物相を形成して、時効硬化能を発揮し、前記パネルとしての必要強度を得るための必須の元素である。Mgの0.2%未満の含有では、絶対量が不足するため、人工時効処理時に前記化合物相を形成できず、時効硬化能を発揮できない。このため、板として必要な前記必要強度が得られない。一方、Mgが2.0%を越えて含有されると、プレス成形性や曲げ加工性等の成形性が著しく阻害される。したがって、Mgの含有量は、0.2 〜2.0%の範囲とする。
【００６０】
Cu:0.001〜1.0%
Cu は、6000系Al合金において、時効硬化速度を向上させるのに有用である。即ち、塗装焼き付け工程などの人工時効 (硬化) 処理の条件で、Al合金材組織の結晶粒内へのGPゾーンなどの化合物相の析出を促進させる効果がある。また、人工時効処理状態で固溶したCuなどは成形性を向上させる効果もある。Cuの含有量が0.001%未満では、これらの効果が不足する。但し、Cu含有量が1.0%を超えて大きすぎると、粗大な化合物を形成して成形性が劣化する可能性が高い。また、自動車アウタパネルとして必要な、耐糸錆性などの耐食性も劣化する可能性が高い。したがって、Cu含有量の上限は1.0%以下とすることが好ましい。
【００６１】
Mn:0.01 〜0.65% 
Mnは、結晶粒の微細化に有用であり、成形性を向上できる。Mnは均質化熱処理時に分散粒子 (分散相) を生成し、これらの分散粒子には再結晶後の粒界移動を妨げる効果がある。但し、各々含有量が大きすぎると、粗大な化合物を形成し、破壊の起点となり、成形性が却って劣化する。したがって、Mnは0.01〜0.65% の範囲で含有させることが好ましい。
【００６２】
(平均結晶粒径) 
なお、これら組織の規定に際して、Al合金板の平均結晶粒径を50μm 以下の微細化させることが好ましい。結晶粒径をこの範囲に細かく乃至小さくすることによって、曲げ加工性やプレス成形性が確保乃至向上される。結晶粒径が50μm を越えて粗大化した場合、曲げ加工性や張出などのプレス成形性が著しく低下し、成形時の割れや肌荒れなどの不良が生じ易い。
【００６３】
なお、ここで言う結晶粒径とは板の長手(L) 方向の結晶粒の最大径である。この結晶粒径は、Al合金板を0.05〜0.1mm 機械研磨した後電解エッチングした表面を、光学顕微鏡を用いて観察し、前記L 方向に、ラインインターセプト法で測定する。1 測定ライン長さは0.95mmとし、1 視野当たり各3 本で合計5 視野を観察することにより、全測定ライン長さを0.95×15mmとする。
【００６４】
(製造方法) 
Al合金材の製造は、形状に応じた常法で可能である。Al合金の溶解、鋳造工程では、本発明成分規格範囲内に溶解調整されたAl合金溶湯を、連続鋳造圧延法、半連続鋳造法（DC鋳造法）等の通常の溶解鋳造法を適宜選択して鋳造する。次いで、常法により、このAl合金鋳塊に均質化熱処理を施した後、熱間圧延、熱間押出、されて、コイル状、板状、形材、管材などの製品材とするか、更に、必要に応じて中間焼鈍を行なって冷間圧延を行い、コイル状、板状などの製品冷延板に加工する。これら加工後のAl合金材は、調質処理として、必須に溶体化および焼入れ処理で調質されて製品板とされる。用途や必要特性に応じて、更に高温での時効処理や安定化処理などの調質処理を付加して行うことも勿論可能である。
【実施例１】
【００６５】
次に、本発明の実施例を説明する。室温時効したAl合金板を本発明の回復処理を施した後で、プレス成形性、ヘム加工性を評価した。
【００６６】
即ち、表1 に示すA の過剰Si型の組成の6000系Al合金板について、室温で4 カ月間放置し、室温時効させた。この室温時効させたAl合金板の引張試験特性は、調質処理後( 製造直後) のAl合金板のAs0.2%耐力が128MPa、As伸びが30% に比して、時効後の0.2%耐力が163MPaとΔ耐力で35MPa 増加し、時効後の伸びが25% とΔ伸びで5%低下していた。なお、上記室温時効後のAl合金板の前記結晶粒径測定方法による平均結晶粒径は30μm であった。
【００６７】
この引張試験特性は、Al合金板の圧延方向に平行な(L方向の) 耐力 (σ0.2)を、As耐力(MPa) として測定した。なお、引張試験はJIS Z 2201にしたがって行うとともに、試験片形状はJIS 5 号試験片で行った。また、クロスヘッド速度は5mm/分で、試験片が破断するまで一定の速度で行った。
【００６８】
なお、試験材のAl合金板の製造条件は以下の通りである。表1 に示す各組成の400mm 厚の鋳塊を、DC鋳造法により溶製後、550 ℃で均質化熱処理を施し、終了温度300 ℃で厚さ5mmtまで熱間圧延した。この熱間圧延板を、バッチ式の熱処理設備で400 ℃×4hr の中間焼鈍を施した後に、80% の冷延率で冷間圧延し、厚さ1.0mm の冷延板を得た。そして、この冷延板を、連続式の熱処理設備で、510 ℃で溶体化処理を行った後に室温まで焼入れ、この焼入れ後30分以内に、70℃×1 時間の予備時効処理を行った。
【００６９】
上記室温時効した同一の板を、表2 に示す種々の条件で回復処理した後で、各々、自動車パネル材としてプレス成形やヘム加工されることを模擬して、プレス成形性とヘム加工性とを評価した。これらの結果も表2 に示す。
【００７０】
なお、この際の回復処理は、プレス成形試験やヘム加工試験の前に、予め、試験材のAl合金板に対して、共通して行ない、この回復処理後、室温まで冷却 (放冷) 後の板に対して各成形試験を行なった。また、各回復処理条件におけるプレス成形試験とヘム加工試験のための供試材は、同じ回復処理条件となるように行なった。具体的には、試験材のAl合金板に対して、テンションレベラ矯正機により張力を与えて、加工歪みを与えた。そして、この加工歪みを与えたAl合金板を加熱炉にて、各所定温度に加熱して、その温度に1 分間保持した。加熱後の板は室温まで放冷して、成形した。
【００７１】
プレス成形性は、平面ひずみ張出高さ(LDH0)試験で評価し、試験条件は、幅100mm ×長さ180mm の採取試験片を用い、試験片長手方向が圧延方向と直角方向に一致するように作製した。そして、常温にて、パンチ (玉頭、100mm φ) とダイス (ビード付き) を用い、しわ押さえ力200kN 、潤滑油R-303 、成形速度20mm/ 分、の条件で3 回行い、最も低い張出高さをLDH0値(mm)とした。なお、試験中、1 回でも破断した試験材はLDH0値を求めなかった。
【００７２】
ヘム加工性は、前記プレス成形後フラットヘム加工されることを模擬して、常温にて、試験材に10% のストレッチを行った後、曲げ試験を行い評価した。試験片条件は、JIS Z 2204に規定される3 号試験片 (幅30mm×長さ200mm)を用い、試験片長手方向が圧延方向と一致するように作製した。曲げ試験は、JIS Z 2248に規定されるＶブロック法により、フラットヘム加工を模擬して、先端半径0.3mm 、曲げ角度60度の押金具で60度に曲げた後、更に、180 度に曲げた。この際、例えば、アウタパネルのヘム加工ではインナパネルが曲げ部内に挟み込まれるが、条件を厳しくするために、このようなのAl合金板を挟み込まないで180 度に曲げた。試験後の曲げ部 (湾曲部) の割れの発生状況を観察し、曲げ部表面に割れや肌荒れなどの以上が無いものを○、割れは無いが肌荒れが生じているものを△、割れがあるものを×と評価した。
【００７３】
先ず、表2 に示す通り、比較例1 は、室温時効して成形性が低下した過剰Si型の組成の6000系Al合金板であり、本発明回復処理を行なわずに、上記各成形を行なった場合を示す従来例に相当する。この場合、当然ながら、プレス成形にても破断が生じ、ヘム加工にても曲げ部に割れが生じ、この室温時効した状態では、成形が困難なことを示している。
【００７４】
これに対して、本発明条件範囲で回復処理を行なった発明例8 〜14は、室温時効して成形性が低下していた過剰Si型の組成の6000系Al合金板であるにもかかわらず、プレス成形性とヘム加工性とが向上乃至回復している。したがって、本発明の回復処理による成形性向上乃至回復効果が裏付けられる。
【００７５】
また、加熱しているものの加工歪みを予め与えていない比較例2 も、加工歪みを予め与えたものの加熱していない比較例3 も、プレス成形にても破断が生じ、ヘム加工にても曲げ部に割れが生じている。したがって、本発明の回復処理における、加工歪み付与と加熱との組み合わせの意義が裏付けられる。
【００７６】
更に、回復処理の加工歪み量が0.8%と、本発明回復処理の加工歪み量の下限1.0%から外れる比較例4 や、回復処理の加熱温度が45℃と、本発明回復処理の加熱温度の下限50℃から外れる比較例5 も、プレス成形性とヘム加工性とが発明例に比して、劣る。また、発明例の中でも、回復処理の加工歪み量が下限に近い発明例8 、回復処理の加熱温度が下限に近い発明例13、回復処理の加熱温度が上限に近い発明例14は、他の発明例9 〜12に比して、プレス成形性とヘム加工性とが比較低劣る。したがって、これらの結果から、本発明回復処理の加工歪み量条件と加熱温度条件との臨界的な意義も分かる。
【００７７】
【表１】
2005240083.tif 000002
【００７８】
【表２】
2005240083.tif 000003
【実施例２】
【００７９】
次に、自動車アウタパネルとして、実施例1 と同じAl合金板を、プレス成形後に、このパネルが放置されて室温時効し、その後ヘム加工されることを模擬して、フラットヘム加工性を評価した。これらの結果を表3 に示す。
【００８０】
プレス成形は、製造直後の室温時効していないAl合金板から一辺が500mm の正方形の供試板 (ブランク) を複数枚切り出し、中央部に一辺が300mm で、高さが30mmと高い角筒状の張出部と、この張出部の四周囲に平坦なフランジ部 (幅30mm) を有するハット型のパネルに、メカプレスにより、ビード付き金型を用いて張出成形した。しわ押さえ力は49kN、潤滑油は一般防錆油、成形速度は20mm/ 分の同じ条件で行った。
【００８１】
この成形ハット型パネルを4 カ月間放置して室温時効させた。この室温時効させた成形パネルの引張試験特性は、前記した調質処理後( 製造直後) のAl合金板のAs0.2%耐力が128MPa、As伸びが30% に比して、時効後の0.2%耐力が169MPaとΔ耐力で41MPa 増加し、時効後の伸びが22% とΔ伸びで8%低下していた。なお、この引張試験特性測定条件は実施例1 と同じである。
【００８２】
そして、この成形ハット型パネルにおける前記平坦なフランジ部をフラットヘム加工試験した。フラットヘム加工代 (ヘム加工後のパネルの内側に折り曲げられた端部から折り曲げ部の端部までの距離) を12mmとして、ダウンフランジ工程を模擬し、Al合金パネルの縁を90度の角度となるまで折り曲げた。この際、Al合金パネルの90°曲げ半径は0.8 とした。次に、プリヘム工程を模擬して、Al合金パネルの縁を更に135 °の角度まで内側に折り曲げた。
【００８３】
その後、厳しいフラットヘム工程条件を模擬して、敢えてインナパネルを前記Al合金パネルの折り曲げ部に挿入せずに、折り曲げ部を内側に180 度折り曲げ、パネル面に密着させるフラットヘム加工を行った。なお、フラットヘム加工方向は、元のAl合金板の圧延方向と一致するようにした。
【００８４】
そして、このフラットヘムの縁曲部の、肌荒れ、微小な割れ、大きな割れの発生などの表面状態を目視観察した。評価は、試験後の曲げ部 (湾曲部) の割れの発生状況を観察し、曲げ部表面に割れや肌荒れなどの以上が無いものを○、割れは無いが肌荒れが生じているものを△、割れがあるものを×と評価した。
【００８５】
なお、このヘム加工の際の時効硬化回復処理は、前記成形されたハット型パネルの平坦なフランジ部に対し、先ず、上記ダウンフランジ工程を行なって、本発明回復処理である10.0% の加工歪みを予め与えた。
【００８６】
そして、このダウンフランジ加工を与えたパネルを、プリヘムおよびフラットヘム工程金型にセットし直す間に、ヒータにより、フランジ部を中間的に加熱して、本発明回復処理の内の加熱処理を行なった。その後、これら回復処理を行なったパネルをプリヘムおよびフラットヘム工程金型にセットして、プリヘム工程、フラットヘム工程を順次行なった。
【００８７】
この際、表3 に示すように、発明例19は、上記中間的な加熱を80℃で行い、続く、プリヘム工程、フラットヘム工程では加熱せず、常温で成形した。発明例20は、上記中間的な加熱を80℃で行い、続く、プリヘム工程、フラットヘム工程でも、80℃に加熱しつつ成形した。発明例21は、上記中間的な加熱を100 ℃で行い、続く、プリヘム工程、フラットヘム工程では加熱せず、常温で成形した。
【００８８】
また、比較のために、上記本発明回復処理の内の中間的な加熱を施さない比較例も各々フラットヘム加工試験した。比較例15は、続く、プリヘム工程、フラットヘム工程でも、加熱せず常温で成形した。比較例16は、続く、プリヘム工程、フラットヘム工程では、本発明範囲を外れる200 ℃に加熱して成形した。比較例17は、上記中間的な加熱を本発明範囲を外れる200 ℃に加熱して、続く、プリヘム工程、フラットヘム工程は、加熱せず常温で成形した。比較例18は、上記中間的な加熱を本発明範囲を外れる200 ℃に加熱して、続く、プリヘム工程、フラットヘム工程でも、200 ℃に加熱して成形した。
【００８９】
表3 に示す通り、比較例15は、室温時効して成形性が低下した過剰Si型の組成の6000系Al合金からなる成形ハット型パネルであり、本発明回復処理を行なわずに、上記ヘム加工を行なった場合を示す従来例に相当する。この場合、当然ながら、ヘム加工にて曲げ部に割れが生じ、この室温時効したパネルの状態では、成形が困難であることを示している。
【００９０】
これに対して、本発明条件範囲で回復処理を行なった発明例19〜21は、室温時効して成形性が低下していた過剰Si型の組成の6000系Al合金からなる成形ハット型パネルであるにもかかわらず、ヘム加工性とが向上乃至回復している。したがって、本発明の回復処理による成形性向上乃至回復効果が裏付けられる。
【００９１】
一方、本発明条件範囲で回復処理を行なっていない比較例16、17、18もヘム加工にて曲げ部に割れが生じている。
【００９２】
したがって、本発明の回復処理における、成形後のパネルのヘム加工に対する、加工歪み付与と加熱との組み合わせや条件の意義が裏付けられる。
【００９３】
【表３】
2005240083.tif 000004
【実施例３】
【００９４】
次に、室温時効したAl合金押出中空形材を本発明の回復処理を施した後で、曲げ加工性を評価した。
【００９５】
具体的には、前記した表１に示すＢの各6000系成分組成のアルミニウム合金ビレットをＤＣ鋳造により溶製し、480 ℃×4hr の均質化熱処理を行い、480 ℃の押出温度で押出加工を行い、押出直後にオンラインで各々水冷による直接焼入れを行った。ついで、これらの押出材に対し、共通して190 ℃×3 時間の時効処理を施した。押出速度は5m/ 分、押出比は61、直接焼入れの際の冷却速度は350 ℃/ 秒とした。
【００９６】
この押出中空形材は、長手方向に均一な矩形 (口形) 断面であり、矩形断面の長辺は100mm 、短辺は70mm、肉厚は1.5mm であった。
【００９７】
この押出中空形材を4 カ月間放置して室温時効させた。この室温時効させた押出中空形材の引張試験特性は、前記した時効処理後( 製造直後) のAl合金押出中空形材のAs0.2%耐力が206MPa、As伸びが16.1% に比して、時効後の0.2%耐力が230MPaとΔ耐力で24MPa 増加し、時効後の伸びが14.0% とΔ伸びで2.1%低下していた。この引張試験特性測定条件は実施例1 と同じである。なお、上記室温時効後のAl合金押出形材の前記結晶粒径測定方法による平均結晶粒径は40μm であった。
【００９８】
上記室温時効した同一の押出中空形材を、表4 に示す種々の条件で回復処理した後で、各々、自動車のフレームやバンパ補強材の部材などとして曲げ加工されることを模擬して、曲げ加工性を評価した。これらの結果も表4 に示す。
【００９９】
なお、この際の回復処理は、試験材の押出中空形材を曲げ加工に使用した汎用ドローベンダーに設置後、押出中空形材の曲げ部分に対して、ドローベンダーにより、表4 に示す曲げ加工歪みを予め与えた。そして、この加工歪みを与えた押出中空形材の曲げ部分を、ドローベンダー近傍からヒーターにて、各所定温度に加熱して、その温度に1 分間保持した。そして、この保持後、引き続き、ドローベンダーにより曲げ加工を行なった。
【０１００】
曲げ加工試験は、長さ2000 mm の供試材を用い、曲げ加工に汎用されるドローベンダーによる曲げ加工試験を行なった。曲げ内側半径Ｒは300mm とした。曲げ加工の際の、機械的なクリアランスは0.1mm とした。
【０１０１】
曲げ加工後のサンプルの曲げ外側となる形材面の割れや、曲げ内側となる形材面面のしわの発生状況を目視にて評価した。曲げ加工後のサンプルに、割れやしわの発生していないものを曲げ加工性が優れるとして○、微小な割れやしわのの発生したものを△、開口割れの発生したものを曲げ加工性が劣るとして×と、各々評価した。
【０１０２】
先ず、表4 に示す通り、比較例22は、室温時効して成形性が低下した過剰Si型組成の6000系Al合金押出形材であり、本発明回復処理を行なわずに、曲げ加工を行なった場合を示す従来例に相当する。この場合、当然ながら、曲げ加工にても割れやしわが生じ、この室温時効した状態では、曲げ加工が困難であることを示している。
【０１０３】
これに対して、本発明条件範囲で回復処理を行なった発明例29〜35は、室温時効して曲げ加工性が低下していた過剰Si型の組成の6000系Al合金押出形材であるにもかかわらず、曲げ加工性が向上乃至回復している。したがって、本発明の回復処理による曲げ加工性向上乃至回復効果が裏付けられる。
【０１０４】
また、加熱しているものの加工歪みを予め与えていない比較例23も、加工歪みを予め与えたものの加熱していない比較例24も、曲げ加工にて割れやしわが生じている。したがって、押出形材においても、本発明の回復処理における、加工歪み付与と加熱との組み合わせの意義が裏付けられる。
【０１０５】
更に、回復処理の加工歪み量が0.8%と、本発明回復処理の加工歪み量の下限1.0%から外れる比較例25や、回復処理の加熱温度が45℃と、本発明回復処理の加熱温度の下限50℃から外れる比較例26も、曲げ加工性が発明例に比して、劣る。また、発明例の中でも、回復処理の加工歪み量が下限に近い発明例29、回復処理の加熱温度が下限に近い発明例34、回復処理の加熱温度が上限に近い発明例35は、他の発明例30〜33に比して、曲げ加工性が比較低劣る。したがって、これらの結果から、押出形材における、本発明回復処理の加工歪み量条件と加熱温度条件との臨界的な意義も分かる。
【０１０６】
【表４】
2005240083.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明によれば、室温時効硬化して成形性が低下した6000系アルミニウム合金材の成形性を回復させることが可能なアルミニウム合金材の成形方法を提供できる。この結果、自動車、船舶、航空機あるいは車両などの輸送機、機械、電気製品、建築、構造物、光学機器、器物の部材や部品用として、また、特に、自動車などの輸送機の部材に、Al合金材の適用を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】Al合金板のヘム加工を示す説明図である。
【図１】
2005240083.tif 000006