(57)【要約】      （修正有）【課題】アルミニウム合金鋳物から成る部材を下側（受け金型の側）にしてセルフピアスリベット接合した場合に発生する割れを抑制することができ、電食やこれに起因する強度低下を防止することがえきるセルフピアスリベット接合性に優れたアルミニウム合金鋳物と、このようなアルミニウム合金鋳物の製造方法を提供する。【解決手段】例えば、熱処理や機械的手段によってアルミニウム合金鋳物の表面に形成されるチル硬化層を除去することによって、その表面硬さを７０〜９０Ｈｖの範囲とし、もってアルミニウム合金鋳物表面近傍部位の変形能を向上させる。【選択図】図２
2007002281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルフピアスリベットにより接合されるアルミニウム合金鋳物であって、少なくとも一方の面の表面硬さが７０〜９０Ｈｖであることを特徴とするセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物。  
【請求項２】
上記表面硬さが７５〜８５Ｈｖであることを特徴とする請求項１に記載のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物。
【請求項３】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物。
【請求項４】
質量比で、９．５〜１１．５％のＳｉと、０．１５〜０．５０％のＭｇを含有し、残部が実質的にＡｌから成ることを特徴とする請求項３に記載のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物。
【請求項５】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物。
【請求項６】
質量比で、５．０〜６．０％のＭｇと、１．８〜２．６％のＳｉを含有し、残部が実質的にＡｌから成ることを特徴とする請求項５に記載のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つの項に記載のアルミニウム合金鋳物を製造するに際して、鋳造後に熱処理を施すことによって上記表面硬さとすることを特徴とするセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項８】
上記熱処理が溶体化処理工程と時効処理工程から成ることを特徴とする請求項７に記載のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項９】
上記溶体化処理工程における溶解化温度及び時間が４８０〜５２０℃×０．５〜３．０時間、時効処理工程における時効温度及び時間が２００〜２３０℃×２〜８時間であることを特徴とする請求項８に記載のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれか１つの項に記載のアルミニウム合金鋳物を製造するに際して、鋳造後の鋳物表面を機械的に除去することによって上記表面硬さとすることを特徴とするセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれか１つの項に記載のアルミニウム合金鋳物をセルフピアスリベット接合するに際して、上記アルミニウム合金鋳物における表面硬さが７０〜９０Ｈｖである面を締結用の受け金型に当接させた状態で接合することを特徴とするアルミニウム合金鋳物のセルフピアスリベット接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車車体の組み立てにおいて、アルミニウム合金鋳物を他の部材とセルフピアスリベットによって締結する技術に係わり、さらに詳しくは、締結時に発生する割れを低減することが可能なセルフピアスリベット接合性に優れたアルミニウム合金鋳物と、このようなアルミニウム合金鋳物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の車体軽量化を目的に、アルミニウム合金鋳物の車体への適用が種々検討されている。
アルミニウム合金鋳物と車体の締結方法の一つとして、セルフピアスリベットによる接合が挙げられるが（例えば、特許文献１参照）、アルミニウム合金鋳物をセルフピアスリベットで締結する際、アルミニウム合金鋳物に割れが発生することがあり、このような場合にはセルフピアスリベット（鋼）とアルミニウム合金鋳物の間で電食が起こり、強度の低下が懸念される。
【特許文献１】特表平８−５０５０８７号公報
【０００３】
すなわち、図１は、このようなセルフピアスリベットによる接合要領を示すものであって、図に示すように、中空状をなすセルフピアスリベット１を使用し、接合すべき材料２及び３を重ね、これらの下方側に受け金型４を配置し、リベット１を上方から押し込むようにする。
セルフピアスリベット１は、被接合材料２及び３を打ち抜き、リベット１の足が広がり、材料３はそれを受けて塑性流動し、金型４の凹部内に充填されることによって、両材料２及び３が接合される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図中下側の被接合材料３、すなわち受け金型４の側に位置する被接合材料３がアルミニウム合金から成る鋳物の場合、当該材料３の受け金型４と接する部位に割れが発生することがあり、上記したように電食を惹き起こし、強度低下が生じるという問題がある。
【０００５】
本発明は、アルミニウム合金鋳物のセルフピアスリベット接合における上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、アルミニウム合金鋳物から成る部材を下側（受け金型４の側）にしてセルフピアスリベット接合した場合に発生する割れを抑制することができ、もって電食や、これによる強度低下を防止すること可能なセルフピアスリベット接合性に優れたアルミニウム合金鋳物と、このようなアルミニウム合金鋳物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】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、セルフピアスリベットによる接合方法や、アルミニウム合金鋳物の材質などについて鋭意検討を重ねた結果、上記割れはアルミニウム合金鋳物の表面に形成される微細化層（チル層）に起因するものであって、アルミニウム合金鋳物の表面硬さを低くすることが割れ防止に極めて効果的であることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００７】
すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物は、少なくとも一方の面の表面硬さが７０〜９０Ｈｖ、より好ましくは７５〜８５Ｈｖの範囲であることを特徴としている。
【０００８】
そして、本発明のアルミニウム合金鋳物のセルフピアスリベット接合方法においては、上記アルミニウム合金鋳物の表面硬さが７０〜９０Ｈｖである面を受け金型に当接させた状態でセルフピアスリベット接合するようにしている。
【０００９】
また、本発明のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物の製造方法においては、当該鋳物の鋳造後に熱処理を施したり、鋳造後の鋳物表面を機械的に除去したりすることによって、上記の表面硬さとなるようにすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物は、鋳造用金型との接触によってアルミニウム合金鋳物の表面に形成される表面硬化層（チル組織）を、例えば熱処理によって、あるいは切削加工や研削加工などを施して機械的に除去することによって、その少なくとも一方の面の表面硬さを７０〜９０Ｈｖとしたものであるから、当該アルミニウム合金鋳物の表面近傍部における延性を増すことができ、変形能が向上することから、上記アルミニウム合金鋳物の表面硬さが７０〜９０Ｈｖである面を受け金型に当接させた状態でセルフピアスリベット接合を行なうことによって、表面部の変形能が低下することによって発生していた割れの発生を防止することができるという優れた効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物について、その製造方法と共に、さらに詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１２】
セルフピアスリベットによって材料を接合する場合、下側、すなわち受け金型の側に位置する材料は、リベットの押込みにより大きく塑性流動しながら受け金型内に充填されることになるため、優れた変形能が要求される。
ここで、上記受け金型側に位置する材料がアルミニウム合金鋳物の場合、表面に金型との接触によって急冷された硬化層（チル組織）が形成されることから、変形能に乏しく、その程度によっては、表面に割れが発生することになる。
【００１３】
本発明のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物は、上記したように、例えば熱処理や機械加工を施すことによって、上記表面硬化層を除去し、その少なくとも一方の面の表面硬さを７０〜９０Ｈｖとしたものであるから、この面が延性に富み、変形能に優れたものとなって、セルフピアスリベット接合性が向上し、上記面を受け金型に当接させた状態で、反対側からセルフピアスリベットを打ち込むことによって、割れを生じることなくアルミニウム合金鋳物をリベット接合することができるようになる。
【００１４】
このとき、アルミニウム合金鋳物の表面硬さが９０Ｈｖを超えた場合には、表面近傍部の変形能が十分に向上せず、割れ発生を防止することができない。また。逆に表面硬さが７０Ｈｖに満たない場合には、自動車などの構造用材料として必要な機械的性質を十分に満足することができない。なお、表面硬さのより好適な範囲は、７５〜８５Ｈｖであって、割れ防止効果をより確実なものとすることができる。
また、ここで言う「表面硬さ」とは、表面下２００μｍの位置におけるマイクロビッカース硬さを意味する。
【００１５】
本発明のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物の成分系としては、軽量化を目的として自動車用車体への適用を考慮するとき、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金や、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金とすることが望ましく、とりわけ、質量比で９．５〜１１．５％のＳｉ及び０．１５〜０．５０％のＭｇを含有し、残部が実質的にＡｌから成るＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、あるいは、同じく質量比で５．０〜６．０％のＭｇ及び１．８〜２．６％のＳｉを含有し、残部が実質的にＡｌから成るＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を採用することが望ましい。
【００１６】
本発明のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物を製造するには、例えば上記のような成分系の合金溶湯を用いて鋳造した鋳物に熱処理を施すことによって、その表面に形成されたチル硬化層を軟化させ、その表面硬さを上記範囲、すなわち７０〜９０Ｈｖの硬さ範囲とすることによって、本発明のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物とすることができる。
【００１７】
上記熱処理の具体例としては、溶体化処理工程と時効処理工程から成るものを挙げることができ、上記溶体化処理工程としては、４８０〜５２０℃×０．５〜３．０時間の条件、また、時効処理工程としては２００〜２３０℃×２〜８時間の条件を採用することが望ましい。
【００１８】
また、本発明のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物は、上記した熱処理による方法の他に、例えばＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、あるいはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の合金溶湯が鋳造用金型に接触し、急冷されることによって鋳物の表面に形成されたチル硬化層をグラインダーやサンダー、シェーパー加工などによって機械的に除去することによっても製造することができる。
【００１９】
上記のようにして得られた本発明のセルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物は、その少なくとも一方の面の表面硬さが７０〜９０Ｈｖであって、当該表面の延性及び塑性変形能に優れていることから、この面を受け金型に当接させた状態で、割れを生じることなくリベット接合することができる。
このとき、当該アルミニウム合金鋳物の接合相手材（図１における被接合材２に相当）としては、特に限定されることはなく、例えば亜鉛めっき鋼板のような鋼材を始めとする種々の材料を用いることができる。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明を実施例により更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２１】
（実施例１）
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金（Ｓｉ：１０％、Ｍｇ：０．３％、残部実質的にＡｌ）溶湯を高真空ダイカスト法によって、板厚３ｍｍに鋳造した鋳物板材を得た。
次に、当該板材に５００℃×３時間の溶体化処理を施した後、表１に示したそれぞれの条件による時効処理を施すことによって、表面硬さの異なる５種類のアルミニウム合金鋳物を得た。
【００２２】
次に、図１に示したように、上記により得られた５種類のアルミニウム合金鋳物を被接合材３とし、この上に板厚１．８ｍｍの亜鉛めっき鋼板を被接合材２として重ね、受け金型４の上に、上記アルミニウム合金鋳物（被接合材３）が下になるように載置し、図中上方側から、長さ７ｍｍ、径５ｍｍの鋼製セルフピアスリベット１を打ち込み、両被接合材２及び３を接合した。
【００２３】
接合後、下板側のアルミニウム合金鋳物３に割れが発生しているか否かをカラーチェックにより判定し、割れが発生したものについて割れの全長を測定した。
そして、各アルミニウム合金鋳物３から硬さ試験片を切り出し、表面から２００μｍにおける硬さをマイクロビッカース硬度計によって測定した。
これらの結果を熱処理条件と共に表１に示す。また、割れ長さと表面層硬さの関係を図２に示す。
【００２４】
【表１】
2007002281.tif 000003
【００２５】
図２に示した結果から明らかなように、表面硬さが９０Ｈｖ以下の場合には、割れをほとんど生ずることなくアルミニウム合金鋳物のセルフピアスリベット接合が可能であることが確認された。
【００２６】
（実施例２）
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（Ｍｇ：５％、Ｓｉ：２％、残部実質的にＡｌ）溶湯を高真空ダイカスト法によって、板厚３ｍｍに鋳造した鋳物板材を得た。
次に、得られた板材の表面をグラインダーによって、種々の加工代に研削加工し、表面硬さの異なる５種類のアルミニウム合金鋳物とした。
【００２７】
次に、図１に示したように、上記により得られた５種類のアルミニウム合金鋳物を被接合材３とし、上記実施例と同様に、この上に板厚１．８ｍｍの亜鉛めっき鋼板を被接合材２として重ね、受け金型４の上に、上記アルミニウム合金鋳物の研削面が下になるように載置し、図中上方側から、長さ７ｍｍ、径５ｍｍの鋼製セルフピアスリベット１を打ち込み、両被接合材２及び３を接合した。
【００２８】
接合後、下板側のアルミニウム合金鋳物３に割れが発生しているか否かをカラーチェックにより判定し、割れが発生したものについて割れの全長を測定すると共に、各アルミニウム合金鋳物３から硬さ試験片を切り出し、表面から２００μｍにおける硬さをマイクロビッカース硬度計によって測定した。
これらの結果を表２に示す。
【００２９】
【表２】
2007002281.tif 000004
【００３０】
表２に示した結果から明らかなように、アルミニウム合金鋳物の受け金型４の側の表面硬さが９０Ｈｖ以下の場合には、上記実施例の結果と同様に、割れをほとんど生ずることなくセルフピアスリベット接合が可能であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】セルフピアスリベットによる接合要領を説明する概略断面図である。
【図２】本発明の実施例１により得られたアルミニウム合金鋳物の表面硬さと割れ長さの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１  セルフピアスリベット
３  被接合材（アルミニウム合金鋳物）
４  受け金型
【図１】
2007002281.tif 000005
【図２】
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