(57)【要約】【課題】  高強度を必要としない用途に用いられるアルミニウム合金接合材であって、改善された成形性をそなえたアルミニウム合金接合材およびその製造方法を提供する。【解決手段】  Ｏ調質した後に互いに接合して形成された熱処理型アルミニウム合金接合材であって、接合部の硬さが母材の硬さの１１０％以上であることを特徴とする。熱処理型アルミニウム合金をＯ調質した後、互いに摩擦攪拌接合する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｏ調質した後に互いに接合して形成された熱処理型アルミニウム合金接合材であって、接合部の硬さが母材の硬さの１１０％以上であることを特徴とする成形性に優れたアルミニウム合金接合材。
【請求項２】
請求項１記載のアルミニウム合金接合材を製造する方法であって、熱処理型アルミニウム合金をＯ調質した後、互いに摩擦攪拌接合することを特徴とする成形性に優れたアルミニウム合金接合材の製造方法。
【請求項３】
接合時における接合部の材料温度を４００〜６００℃とすることを特徴とする請求項２記載の成形性に優れたアルミニウム合金接合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形性に優れたアルミニウム合金接合材、詳しくは熱処理型アルミニウム合金接合材、およびその製造方法に関する。本発明において、熱処理型アルミニウム合金とは、２０００系（Ａｌ−Ｃｕ系）、６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）および７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系）のアルミニウム合金をいう。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金材において、通常、高強度を必要としない用途には、例えば、純アルミニウムやＭｎを主要合金成分とする３０００系アルミニウム合金などの非熱処理型アルミニウム合金の軟質材（Ｏ調質材）が使用されており、成形加工を行った場合には、加工後に切削およびトリミングが行われる。
【０００３】
近年、成形加工後の切削およびトリミングを省略して材料歩留りの向上、製造工程の簡略化を達成するために、Ｏ調質した複数の材料を接合したのちにプレス加工、曲げ加工などの成形加工を行う方式が実用化されている。
【０００４】
この場合、接合方法としては、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、レーザー溶接、摩擦攪拌接合などが適用される。このうち、摩擦攪拌接合法はビードの盛り上がりが無い点で成形前の接合方式として最も好ましく、実用化が期待されているが、Ｏ調質材をこの方式で接合した場合、熱影響部の強度低下は無いものの、接合部の強度が母材（非接合部）と同等となるため、例えば、接合部を球頭パンチ頂点に位置させた張出し加工においては、加工時に接合部が最も大きな変形を受けるために、成形加工時に、接合部が破断し易いという問題があり、成形加工における加工量に制約が生じたり、設計変更を余儀なくされている。
【０００５】
従来、摩擦攪拌接合後、熱処理などによって接合部の強度を向上させる方法については、いくつかの提案が行われている（特許文献１、２参照）が、接合された材料の成形性を改善するための手法については検討されていない。
【特許文献１】特開平１１−１０４８６０号公報
【特許文献２】特開平２０００−６１６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者らは、高強度を必要としないアルミニウム接合材の成形性を改善するために、種々の観点から試験検討を行った結果、Ｏ調質された熱処理型アルミニウム合金を用い、特定された条件下で摩擦攪拌接合した場合に、接合部、熱影響部および母材の強度バランスが最適化され、成形加工時の変形が母材に集中して成形性が改善されることを見出した。
【０００７】
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、高強度を必要としない用途に用いられるアルミニウム合金接合材であって、改善された成形性をそなえたアルミニウム合金接合材、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】
【０００８】
上記の目的を達成するための請求項１による成形性に優れたアルミニウム合金接合材は、Ｏ調質した後に互いに接合して形成された熱処理型アルミニウム合金接合材であって、接合部の硬さが母材の硬さの１１０％以上であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２による成形性に優れたアルミニウム合金接合材の製造方法は、請求項１記載のアルミニウム合金接合材を製造する方法であって、熱処理型アルミニウム合金をＯ調質した後、互いに摩擦攪拌接合することを特徴とする。
【００１０】
請求項３による成形性に優れたアルミニウム合金接合材の製造方法は、請求項２において、接合時における接合部の材料温度を４００〜６００℃とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、Ｏ調質された熱処理型アルミニウム合金を互いに接合したアルミニウム合金接合材であって、接合部、熱影響部および母材の強度バランスが最適化されて、接合材の成形加工性が改善されたアルミニウム合金接合材が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、高強度を必要としない用途に用いられる成形性に優れたアルミニウム合金接合材であり、Ｏ調質された熱処理型アルミニウム合金を互いに接合して得られる。本発明に適用される熱処理型アルミニウム合金は、２０１４合金、２０１７合金、２０２４合金などの２０００系（Ａｌ−Ｃｕ系）合金、７０７５合金、７Ｎ０１合金などの７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系）合金および６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）合金であり、６０００系合金としては、６０６１合金、６０６３合金などＳｉ含有量が少ないものでも、ＡＡ６０１６合金、ＡＡ６１１１合金などＳｉ含有量が多い過剰Ｓｉ型のものでもよい。
【００１３】
接合素材の製造は、所定の成分組成を有する熱処理型アルミニウム合金を、例えば、通常のＤＣ鋳造によって造塊し、得られた鋳塊を均質化処理した後、熱間加工を行い、さらに必要に応じて中間焼鈍、冷間加工を行って所定の形状を得た後、焼なましによりＯ調質材とすることにより行われる。熱間加工、冷間加工の形態としては、押出加工、圧延加工、鍛造加工などが挙げられ、どのような加工が行われてもよい。
【００１４】
接合方法としては、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接などの不活性ガスアーク溶接、プラズマアーク溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接、摩擦攪拌接合、抵抗溶接、回転摩擦圧接、超音波接合、電磁圧接、ハイブリット溶接、ろう付け、拡散接合、固相接合なども適用可能であるが、摩擦攪拌接合法が最も好適に用いられる。
【００１５】
本発明においては、Ｏ調質した後に互いに接合して形成された熱処理型アルミニウム合金接合材であって、接合部の硬さが母材の硬さの１１０％以上であることを特徴とするものであるが、摩擦攪拌接合によりこのような接合部を形成するためには、接合時において、接合部（攪拌部）の材料温度を４００〜６００℃にすることが好ましく、接合時の材料温度をこの範囲の温度に保持することにより、接合部が溶体化温度に達し、強度向上に寄与する元素がマトリックス中に固溶して、接合部の材料硬さを母材の１１０％以上とすることができる。接合時における接合部のさらに好ましい材料温度は、２０００系アルミニウム合金の場合で４５０〜５５０℃、６０００系アルミニウム合金の場合で５００〜６００℃、７０００系アルミニウム合金の場合で４００〜５００℃であり、さらに好ましい接合部の硬さは母材の硬さの１３０％以上である。なお、接合時における材料温度は、摩擦攪拌接合における回転工具の回転数、接合速度など、接合条件を変えることにより調整する。
【００１６】
接合部の強度が母材に比べて特定レベル以上となることにより、接合部を球頭パンチ頂点に位置させて張出し加工を行った場合でも、接合部で破断することのない優れた成形性をそなえた接合材を得ることができる。熱影響部は、通常の場合には過時効となるが、接合素材（被接合材）が焼なまし材（Ｏ材）であるため、熱影響部の硬さは母材の硬さと同等以上となる。接合時における接合部の材料温度が６００℃を越えると、共晶融解が生じ易くなり、材料の延性が低下する。
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、本発明の効果を実証する。これらに実施例は、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。
【００１８】
表１に示す組成の熱処理型アルミニウム合金Ａ〜Ｄを溶解し、半連続鋳造により造塊した後、常法に従って均質化処理、熱間圧延、冷間圧延を行い、厚さ１．０ｍｍの板材とし、さらに焼なましを行ってＯ調質材とした。
【００１９】
Ｏ調質された２枚の板材を圧延方向に突合せ、摩擦攪拌接合法（ＦＳＷ法）により突合せ接合し、試験材とした。接合は、鋼製の回転工具を使用し、回転数１０００ｒｐｍ、接合速度２００ｍｍ／分で工具を水平移動させる条件で実施した。なお、回転工具の端部に切削を目的として深さ１ｍｍの溝を８か所設けた。接合時に、接合部および熱影響部の温度を接触式温度計を用いて測定した。
【００２０】
接合後、以下の方法で、接合部、熱影響部および母材部のビッカース硬さを測定し、引張試験および張出し試験を行った。
ビッカース硬さ：接合方向に対して直角方向に試験片を採取し、直角方向の試験片の断面を樹脂埋めおよび研磨後、ビッカース硬さ試験機を用いて、荷重１ｋｇｆで接合部、熱影響部および母材部の硬さ測定を行った。
【００２１】
引張試験：接合方向と直角方向にＪＩＳ５号引張試験片を採取して、室温で引張試験を行った。
張出し試験：接合部が試験片の中央部に位置するよう、直径１２０ｍｍの円板を成形し、低粘度潤滑油を塗布し、ビード付のしわ押さえで材料を固定し、直径５０ｍｍの球頭パンチで限界成形高さを測定した。
【００２２】
測定、評価結果を表２〜３に示す。表２にみられるように、本発明に従う試験材はいずれも、接合部の硬さが母材の硬さの１１０％以上であり、引張試験において、試験片はいずれも母材部で破断し、張出し試験においても、高い張出し性を有するとともに、試験片はいずれも母材部で破断した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【表２】
2005059066.tif 000003
【００２５】
【表３】
2005059066.tif 000004
【００２６】
比較例１
実施例１で作製したＯ調質材を用い、回転工具の回転数、接合速度を変えて摩擦攪拌接合を行い、接合後、実施例１と同じ方法で、接合部、熱影響部および母材部のビッカース硬さを測定し、引張試験および張出し試験を行った。結果を表４、５に示す。
【００２７】
【表４】
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【００２８】
【表５】
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【００２９】
表４に示すように、接合時における接合部の材料温度が４００℃未満の試験材Ｎｏ．５は、母材部の硬さに対する接合部の硬さの比率が１１０％未満となり、引張試験において、試験片が接合部で破断し、張出し試験においても、試験片の破断は接合部で生じ、成形性も劣っていた。
【００３０】
比較例２
表６に示す組成の熱処理型アルミニウム合金Ｅ〜Ｇを溶解し、半連続鋳造により造塊した後、常法に従って均質化処理、熱間圧延、冷間圧延を行い、厚さ１．０ｍｍの板材とし、さらに焼なましを行ってＯ調質材とした。
【００３１】
Ｏ調質された２枚の板材を圧延方向に突合せ、摩擦攪拌接合法（ＦＳＷ法）により突合せ接合し、試験材とした。接合は、鋼製の回転工具を使用し、回転数１０００ｒｐｍ、接合速度２００ｍｍ／分で工具を水平移動させる条件で実施した。なお、回転工具の端部に切削を目的として深さ１ｍｍの溝を８か所設けた。接合時に、接合部および熱影響部の温度を接触式温度計を用いて測定した。
【００３２】
接合後、実施例１と同じ方法で、接合部、熱影響部および母材部のビッカース硬さを測定し、引張試験および張出し試験を行った。結果を表７、８に示す。
【００３３】
【表６】
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【００３４】
【表７】
2005059066.tif 000008
【００３５】
【表８】
2005059066.tif 000009
【００３６】
表５に示すように、試験材Ｎｏ．７〜９は、接合部の硬さがいずれも母材部の硬さの１１０％未満であり、表６に示すように、引張試験においては母材部で破断したが、張出し試験においては、破断はいずれも接合部で生じ、張出し性も劣っていた。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、Ｏ調質された熱処理型アルミニウム合金素材を互いに接合してなる成形性に優れたアルミニウム合金接合材が得られ、強度を必要としない用途、分野における成形用アルミニウム材料として有用である。