(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
押し出し成形して形成されたアルミニウム−亜鉛−マグネシウム系のアルミニウム合金で形成された中空状衝撃吸収部材であって、
金属組織において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅が平均で１００ナノメートル（ｎｍ）以下に設定されており、
質量％で、マグネシウムを０．５〜１．５％、亜鉛が４．０〜７．０％、シリコンを０．５％以下、銅を０．３５％以下、マンガンを０．３５％以下、クロムを０．３５％以下、チタンを０．０１〜０．１％含有する残部がアルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で形成され、且つ、
人工時効処理の前に、少なくとも７日間の自然時効を行うＴ５処理が行われていることを特徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材。
【請求項２】
請求項１において、耐力が１５０ＭＰａ以上に設定されていることを特徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動的荷重または静的荷重を受けたとき蛇腹状に圧潰変形して衝撃を効果的に吸収することができる蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材に関する。本発明は、自動車等の車両用構造部材、例えばリンフォース、サイドシル、サイドメンバー、クロスメンバー、フレーム構造部材等に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両においては、衝突時の衝撃を効果的に吸収する中空状衝撃吸収部材が用いられている。この中空状衝撃吸収部材には、軽衝突時においては車体の損傷を防止すべく剛性が要請されている。また中衝突時または重衝突時には、衝撃エネルギを吸収して乗員を保護する必要があり、従って適度な剛性と多くの衝撃エネルギを吸収すべく変形時の靱性とが要求されている。多くの衝撃エネルギを吸収するためには、中空状衝撃吸収部材は、これを構成する壁部が破断しつつ拡開変形することなく、蛇腹状に圧壊変形することが好ましい。
【０００３】
上記のような適度な剛性と多くの衝撃エネルギを吸収するために変形時の靱性とを満たすものとして、特許第３０７７９７４号に開示されているように、結晶粒内の（１００）面の［１００］及び［０１０］方向のＭｇ2Ｓｉ析出物の大きさの平均値が２０ｎｍ以上であり、且つ、（１００）面の［００１］方向のＭｇ2Ｓｉ析出物の分布密度が１００個／μｍ2以上であり、更に粒界上の析出物の大きさが１０００ｎｍ以下である軸圧壊性に優れたアルミニウム合金押出部材が知られている。これは、アルミニウム合金に析出しているＭｇ2Ｓｉ析出物の適正化を図ったものである。この技術によれば、これの請求の範囲に『粒界上の析出物の大きさが１０００ｎｍ以下である』と記載されているように、結晶粒界に析出物が存在する形態を対象としている。
【０００４】
更に特許第３０７３１９７号に開示されているように、Ｍｇが０．３０〜０．７０％、Ｍｇ2Ｓｉのバランス組成よりも過剰のＳｉ含有量が０．１０〜０．５０％、Ｍｎ，Ｃｒ,Ｚｒのいずれか１種または２種以上の含有量が合計で０．１０〜０．４０％であり、繊維状組織を有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉアルミニウム合金部材からなり、２１０Ｎ／ｍｍ2以上の耐力を有し、空冷によるプレス焼入後時効処理を行ったことを特徴とする自動車フレーム構造における中空状衝撃吸収部材が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、中空状衝撃吸収部材に荷重が作用したとき、中空状衝撃吸収部材による衝撃吸収を効果的に行うためには、中空状衝撃吸収部材の壁部が外部に拡開破断することを抑えつつ、蛇腹状に圧壊変形することが好ましい。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みなてなされたものであり、中空状衝撃吸収部材としての強度を確保しつつ、中空状衝撃吸収部材の壁部を蛇腹状に圧壊変形させるのに有利な蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、アルミニウム合金で形成されている中空状衝撃吸収部材の蛇腹状に圧壊変形させる技術について、長年にわたり開発を進めている。そして、本発明者は、アルミニウム合金における金属組織の結晶粒界を挟む無析出物帯（以下、ＰＦＺともいう。precipitate free zone）の幅の大きさが蛇腹状圧壊性に大きく影響を与えていることを知見した。
【０００８】
アルミニウム合金の金属組織における結晶粒内には析出物や晶出物等が多数生成している。無析出物帯は、結晶粒界を挟むように結晶粒界の両側に形成される領域であり、析出物や晶出物等が生成している頻度が結晶粒の内部に比較して極めて少ない領域を意味する。実用アルミニウム合金においては、部位によっては、本発明で定義される無析出物帯に析出物や晶出物等が希に存在していることがある。このように無析出物帯は、電子顕微鏡で撮影した組織写真において結晶粒界を挟むように結晶粒界の両側に形成されている領域であり、無析出物帯の幅（結晶粒界を横切る方向の幅）は、析出物や晶出物等の存在頻度が極めて少ない領域と析出物や晶出物等が存在している領域との境界をつなぐ仮想線により区画して判定することができる。
【０００９】
本発明者は、上記したように、金属組織の結晶粒界を挟むように結晶粒界の両側に形成されている無析出物帯の幅が蛇腹状圧壊性に大きく影響を与えており、無析出物帯の幅の大きさが所定値以内であれば、押し出し成形して形成されたアルミニウム合金系の中空状衝撃吸収部材についてその軸長方向に沿って荷重が作用したとき、中空状衝撃吸収部材を蛇腹状に圧壊変形させ易いことを知見し、試験で確認した。
【００１０】
具体的には、マグネシウム及びシリコンを主要元素としＭｇ2Ｓｉの化合物を析出するアルミニウム−マグネシウム−シリコン系の中空状衝撃吸収部材の金属組織において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅を平均で３００ナノメートル以下に設定すれば、中空状衝撃吸収部材にその軸長方向に沿って荷重が作用したとき、中空状衝撃吸収部材の壁部が外方に拡開破断することが抑えられ、中空状衝撃吸収部材が蛇腹状に圧潰変形する性質が高くなり、蛇腹状圧潰性が向上することを知見し、試験で確認し、参考技術に係る中空状衝撃吸収部材を開発した。
【００１１】
上記したマグネシウム及びシリコンを主要元素としＭｇ2Ｓｉの化合物を析出するアルミニウム合金で形成された中空状衝撃吸収部材において、無析出物帯の幅を平均で３００ナノメートル以下に設定すれば、中空状衝撃吸収部材の蛇腹状圧潰性に優れている理由としては、必ずしも明確ではないものの、結晶粒界を挟む無析出物帯の塑性変形性が寄与しているものと推察される。
【００１２】
また亜鉛及びマグネシウムを主要元素としＭｇＺｎ2の化合物を析出させるアルミニウム−亜鉛−マグネシウム系の中空状衝撃吸収部材の金属組織において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅を平均で１００ナノメートル以下に設定すれば、中空状衝撃吸収部材にその軸長方向に沿って荷重が作用したとき、中空状衝撃吸収部材の壁部が外方に拡開破断することが抑えられ、中空状衝撃吸収部材が蛇腹状に圧潰変形する性質が高くなり、蛇腹状圧潰性が向上することを知見し、試験で確認し、本発明に係る中空状衝撃吸収部材を開発した。
【００１３】
上記した亜鉛及びマグネシウムを主要元素としＭｇＺｎ2の化合物を析出させる中空状衝撃吸収部材において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅を平均で１００ナノメートル以下に設定すれば、中空状衝撃吸収部材の蛇腹状圧潰性に優れている理由としては、必ずしも明確ではないものの、前述同様に、結晶粒界を挟む無析出物帯の塑性変形性が寄与しているものと推察される。
【００１４】
なお参考技術に係る中空状衝撃吸収部材と本発明に係る中空状衝撃吸収部材とで、蛇腹状圧潰性を向上させるための無析出物帯の幅が異なるのは、組成の相違、析出物や晶出物等の相違によるものと推察される。
【００１５】
即ち、参考技術に係る蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材は、押し出し成形して形成されたアルミニウム−マグネシウム−シリコン系のアルミニウム合金で形成された中空状衝撃吸収部材であって、金属組織において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅が平均で３００ナノメートル以下に設定されており、質量％で、マグネシウムを０．３〜１．２％、シリコンが０．２〜１．２％、銅を０．３５％以下、マンガンを０．３５％以下、クロムを０．２５％以下、ジルコニウムを０．１５％以下（マンガン、クロム、ジルコニウムの合計が０．０５％以上を除く）、チタンを０．００５〜０．１％、鉄を０．３％以下含有する残部がアルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で形成され、且つ、
水冷によるＴ６処理が行われており、Ｔ６処理では、１９５〜２１５℃で２〜５時間の時効処理が行われていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材は、押し出し成形して形成されたアルミニウム−亜鉛−マグネシウム系のアルミニウム合金で形成された中空状衝撃吸収部材であって、金属組織において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅が平均で１００ナノメートル（ｎｍ）以下に設定されており、質量％で、マグネシウムを０．５〜１．５％、亜鉛が４．０〜７．０％、シリコンを０．５％以下、銅を０．３５％以下、マンガンを０．３５％以下、クロムを０．３５％以下、チタンを０．０１〜０．１％含有する残部がアルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で形成され、且つ、人工時効処理の前に、少なくとも７日間の自然時効を行うＴ５処理が行われていることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について参考技術と共に説明する。参考技術に係る蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材は、押し出し成形して形成されたアルミニウム−マグネシウム−シリコン系のアルミニウム合金で形成された中空状衝撃吸収部材であって、金属組織において、結晶粒界を挟む無析出物帯（ＰＦＺ）の幅が平均で３００ナノメートル以下に設定されている。殊に、蛇腹状圧潰性を高めるためには、無析出物帯（ＰＦＺ）の幅は、平均で２８０ナノメートル以下に設定されていることが好ましい。なかでも１８０ナノメートル以下に設定されていることが好ましい。なお無析出物帯（ＰＦＺ）の幅の最小値としては、一般的には、５０ナノメートルとすることができる。
【００１８】
なおＰＦＺについては、後述する実施例で示すように、電子顕微鏡で拡大倍率（例えば２０万倍）で組織写真を撮影し、その拡大組織写真において、結晶粒界を挟む無析出物帯の領域と無析出物帯でない領域との境界を結ぶように付した仮想線間の幅をＰＦＺの幅として測定することができる。
【００１９】
参考技術に係る蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材によれば、マグネシウム及びシリコンを主要元素とする６０００系アルミニウム合金を対象とすることができ、質量％で、マグネシウムを０．３〜１．２％、シリコンを０．２〜１．２％含有する。なお本明細書では特に断らない限り、％は質量％を意味する。マグネシウムはＭｇ2Ｓｉの化合物を生成させ、強度を高めるのに有効であり、中空状衝撃吸収部材としての強度を確保するためには０．３％以上が好ましい。但し、押し出し時における変形抵抗性を確保し、生産性を向上させるためには１．２％以下が好ましい。従ってマグネシウムは０．３〜１．２％とすることができる。殊に、０．３〜１．０％とすることができ、なかでも０．４〜０．８％とすることができる。シリコンはＭｇ2Ｓｉの化合物を析出させ、強度を高めるのに有効であり、中空状衝撃吸収部材としての強度を確保するためには０．２％以上が好ましい。但し、押し出し時における変形抵抗性を確保し、生産性を向上させるためには１．２％以下が好ましい。従ってシリコンは０．２〜１．２％とすることができる。殊に、０．２〜１．０％とすることができ、なかでも０．４〜１．０％とすることができる。
【００２０】
更に参考技術に係る蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材によれば、質量％で、銅を０．３５％以下、マンガンを０．３５％以下、クロムを０．２５％以下、チタンを０．００５〜０．１％、鉄を０．３％以下含有する。銅は強度確保のためには含有されていることが好ましいが、過剰であると耐食性が低下し、押し出し抵抗が増加し、押し出し成形性が低下する傾向がある。これを考慮し、銅は０．３５％以下が好ましい。殊に０．２２％以下、０．１％以下とすることができる。鉄は  押出後の形材の結晶粒を微細化させ、蛇腹状圧壊性を向上させるのに寄与することができる。鉄は０．３％以下、０．２％以下含有することができる。
【００２１】
チタンは鋳造時に結晶を微細化させるのに有効であり、押し出し成形材の再結晶抑制にも有効であるが、過剰に含有しても添加効果が飽和する。これを考慮し、チタンは０．００５〜０．１％とすることができる。殊に、０．００５〜０．０５％、０．００５〜０．０３％とすることができる。
【００２２】
マンガンは結晶粒を微細化し強度を向上させるが、過剰に含有しても添加効果が飽和する。これを考慮し、マンガンは０．３５％以下とすることができる。殊に、０．３０％以下、０．２５％以下とすることができる。
【００２３】
クロムは結晶粒を微細化し強度を向上させるが、過剰に含有しても添加効果が飽和する。これを考慮し、クロムは０．２５％以下とすることができる。殊に、０．２０％以下、０．１０％以下とすることができる。なお必要に応じてジルコニウムを添加することもできる。ジルコニウムは  結晶粒の微細化に有効であり、また結晶粒を繊維状とし易い性質をもち、０．１５％以下とすることができる。
【００２４】
参考技術に係る中空状衝撃吸収部材を構成するアルミニウム合金としては、中空状衝撃吸収部材としての機能を確保することを考慮すると、耐力が１５０ＭＰａ以上、特に２００ＭＰａ以上であることが好ましい。エネルギ吸収量は２８００Ｊ以上または３５００Ｊ以上とすることができる。
【００２５】
本発明に係る蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材は、押し出し成形して形成されたアルミニウム−亜鉛−マグネシウム系のアルミニウム合金で形成された中空状衝撃吸収部材であって、金属組織において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅が平均で１００ナノメートルに設定されていることを特徴とするものである。殊に、蛇腹状圧潰性を高めるためには、無析出物帯（ＰＦＺ）の幅は、８０ナノメートル以下に設定されていることが好ましく、なかでも５０ナノメートル以下に設定されていることが好ましい。なお無析出物帯（ＰＦＺ）の幅の最小値としては、２０ナノメートルとすることができる。
【００２６】
本発明に係る蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材によれば、亜鉛を主要元素とする７０００系アルミニウム合金を対象とすることができ、質量％で、亜鉛は４．０〜７．０％、マグネシウムは０．５〜１．５％を含有する。亜鉛はＭｇＺｎ2の化合物を析出させ、強度を高めるのに有効であり、中空状衝撃吸収部材としての強度を確保すめためには４．０％以上が好ましい。但し、押し出し時における変形抵抗性を確保し、生産性を向上させるためには７．０％以下が好ましい。従って亜鉛は４．０〜７．０％とすることができる。殊に５．０〜７．０％とすることができ、なかでも５．０〜６．５％とすることができる。マグネシウムはＭｇＺｎ2の化合物を析出させ、強度を高めるのに有効であり、中空状衝撃吸収部材としての強度を確保するためには０．５％以上が好ましい。押し出し時における変形抵抗性を確保し、生産性を向上させるためには１．５％以下が好ましい。従ってマグネシウムは０．５〜１．５％とすることができる。殊に、０．５〜１．０％とすることができ、なかでも０．７〜１．０％とすることができる。
【００２７】
更に、質量％で、シリコンを０．５％以下、銅を０．３５％以下、マンガンを０．３５％以下、チタンを０．０１〜０．１％含有する。クロムを０．３５％以下含有する。銅は強度確保には含有されていることが好ましいが、過剰であると耐食性が低下し、更に押し出し抵抗が増加し、押し出し成形性が低下する傾向がある。これを考慮し銅は０．３５％以下が好ましい。殊に０．２２％以下、０．１％以下とすることができる。
【００２８】
チタンは鋳造時に結晶を微細化させるのに有効であり、押し出し成形材の再結晶抑制にも有効であるが、これを考慮しチタンは０．００５〜０．１％とすることができる。殊に、０．００５〜０．０５％、０．００５〜０．０３％とすることができる。
【００２９】
マンガンは結晶粒を微細化し強度を向上させるが、過剰に含有しても添加効果が飽和する。これを考慮し、マンガンは０．３５％以下とすることができる。殊に、０．３０％以下、０．２０％以下とすることができる。
【００３０】
クロムは結晶粒を微細化し強度を向上させるが、過剰に含有しても添加効果が飽和する。クロムは０．２５％以下とすることができる。殊に、０．２０％以下、０．１０％以下とすることができる。
【００３１】
本発明に係る中空状衝撃吸収部材を構成するアルミニウム合金としては、中空状衝撃吸収部材としての機能を確保することを考慮すると、強度を耐力が１５０ＭＰａ以上、特に２００ＭＰａ以上が好ましい。エネルギ吸収量は４０００Ｊ以上または４５００Ｊ以上ととすることができる。
【００３２】
本発明に係る中空状衝撃吸収部材は、中空部をもつ部材であり、角筒形状でも良いし、円筒形状でも良い。角筒形状は四角筒形状、五角形筒形状、六角筒形状、八角筒形状等を適宜選択することができる。その横断面形状としては『口形状』『田形状』『日形状』等を例示することができる。ＰＦＺの幅を調整するためには、合金成分、熱処理条件、殊に高温領域に加熱保持して合金元素を固溶させた後の冷却速度（焼入速度）、時効処理の温度及び時間、銅含有量が総合的に寄与するものと推察される。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例を参考例と共に説明する。試験例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８に基づいて具体的に説明する。
【００３４】
（６０００系合金について）
まず、６０００系合金であるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金の組成となるように配合した原料を溶解炉で溶解し、溶湯を形成した。その溶湯を鋳型に注湯し凝固させ、押し出しサイズに適した鋳塊（サイズ：直径２００ｍｍ×長さ９００ｍｍ）を形成した。その後、鋳塊を均熱炉に装入して所定の温度（５５０℃）で均熱処理した。次に、均熱処理した直後の鋳塊を押し出し成形型で押し出し成形し、図１に示す四角筒形状をなす中空状衝撃吸収部材（試験例Ｎｏ．１〜試験例Ｎｏ．６）を形成した。押し出し成形した直後の高温の中空状衝撃吸収部材について所定の条件で熱処理を行った。熱処理としては調質処理とした。即ち、表１に示すように、試験例Ｎｏ．１（比較例）、試験例Ｎｏ．４（比較例），試験例Ｎｏ．５（比較例）ではＴ５処理とした。また試験例Ｎｏ．２（参考例）、試験例Ｎｏ．３（参考例），試験例Ｎｏ．６（参考例）ではＴ６処理とした。
【００３５】
上記熱処理の場合、中空状衝撃吸収部材を時効熱処理炉に装入し、表１に示すように、所定の時効処理温度（１９５〜２１５℃）で所定時間（２〜５時間）加熱保持することにより、時効処理を行った。前記したＴ６処理の条件は、押し出し後に室温の水に投入して急冷して行った。急冷時の冷却速度は、溶体化温度（４８０〜５５０℃）から形材表面温度が１００℃以下になるまでを２４００℃／分以上とした。これは、水冷能力が６０００ｋｃａｌ／分以上ある設備で行った。前記したＴ５処理の条件は、押し出し後に空冷した。空冷時の冷却速度は、Ｔ６同様に溶体化温度から形材表面温度が１００℃以下になるまで１００℃／分以下とした。
【００３６】
そして、各試験例の試験片について耐力、結晶組織、ＰＦＺの幅、軸圧壊割れ性、エネルギ吸収量を調べ、総合評価を行った。耐力については、平板状の試験片を用い、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に基づいて求めた。エネルギ吸収量については、ＪＩＳ規格に準拠した圧縮試験機で荷重−ストローク線図を描き、その線図の面積に基づいて求めた。
【００３７】
ＰＦＺについては、透過型電子顕微鏡で倍率２０万倍で組織写真を５枚撮影し、更に１．５倍に引き延ばした拡大写真において、結晶粒界を挟む無析出物帯の領域と無析出物帯でない領域との境界を結ぶように仮想線を付し、仮想線間の幅をＰＦＺの幅として測定した。
【００３８】
軸圧壊試験では、図１に示す横断面で『口』形状をもつ四角筒形状の試験片１００を用い、圧縮速度５０ｍｍ／ｍｉｎ（試験前の軸長寸法２００ｍｍ→試験後の軸長寸法８０ｍｍ）で試験片１００の軸長方向に沿って静的荷重を作用させて行った。この試験片１００の横断面サイズは縦寸法４５ｍｍ×横寸法４５ｍｍ×厚み寸法２ｍｍであり、角部の外面は半径Ｒ１ｍｍ、角部の内面は半径Ｒ２ｍｍで規定されている。
【００３９】
図２は試験例Ｎｏ．２に係る試験片を軸圧壊試験した時の荷重−変位曲線を示す。図２の横軸は荷重を試験片の軸長方向にかけたときの圧縮試験機のクロスヘッドのストロークを示す。図２の縦軸は荷重の大きさを示す。図２に示すように、試験片が蛇腹状に圧壊変形するときには、荷重値のピーク（Ｐ１〜Ｐ７）が間隔をおいて発生する。
【００４０】
図３は参考例に相当する試験例Ｎｏ．３に係る試験片について軸圧壊試験の前後の状態を示す。図３に示すように、軸圧壊試験前では試験片は角筒形状をなしており、軸圧壊試験後では試験片は良好に蛇腹形状に圧壊変形した。このように蛇腹形状に圧壊変形した場合には、評価は◎または○である。
【００４１】
図４は比較例に相当する試験例Ｎｏ．４に係る試験片について軸圧壊試験の前後の状態を示す。図４に示すように、軸圧壊試験前では試験片は角筒形状をなしており、軸圧壊試験後では試験片の壁部が外方に拡開破断していた。このように拡開破断した場合には評価は×である。
【００４２】
図５は、参考例に相当する試験例Ｎｏ．２に係る試験片の金属組織を撮影した電子顕微鏡写真を示す。図５から理解できるように、参考例に相当する試験例Ｎｏ．２では結晶粒界が認められ、結晶粒内には析出物や晶出物が存在しており、そして結晶粒界を挟んだＰＦＺの幅（矢印で示す距離）は平均で２６６．８ナノメートル（ｎｍ）であった。
【００４３】
図６は、比較例に相当する試験例Ｎｏ．５に係る試験片の金属組織の電子顕微鏡写真を示す。図６から理解できるように、試験例Ｎｏ．５では、結晶粒内には析出物や晶出物が存在しており、結晶粒界を挟んだＰＦＺの幅（矢印で示す距離）は平均で３２４．６ナノメートル（ｎｍ）と大きかった。
【００４４】
図７は参考例に相当する試験例Ｎｏ．６に係る試験片の金属組織の電子顕微鏡写真を示す。図７から理解できるように、試験例Ｎｏ．６では、結晶粒内には析出物や晶出物が存在しており、そして結晶粒界を挟んだＰＦＺの幅（矢印で示す距離）は平均で１２２．６ナノメートル（ｎｍ）と小さかった。
【００４５】
表１は、各試験例に係る試験片の化学成分（分析値）、均質化処理の温度、押し出し温度、熱処理条件、耐力、結晶組織、ＰＦＺの幅（ｎｍ）、軸圧壊割れ性、エネルギ吸収量を示す。分析値で０．００％は有効数字を考慮している。軸圧壊割れ性では、◎は試験片の壁部が外方に拡開破断することなく、蛇腹状に圧壊変形したことを示す。○は微細クラックの発生があるものの、試験片の壁部が外方に拡開破断することなく、蛇腹状に圧壊変形したことを示す。×は試験片の壁部が外方に拡開破断したこと示す。
【００４６】
【表１】
0003961324.tif 000002
【００４７】
前述したように試験例Ｎｏ．１〜試験例Ｎｏ．６は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金を示し、６０００系アルミニウム合金を示す。表１に示すように、試験例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６によれば、耐力は２１０ＭＰａ以上得られたが、軸圧壊割れ性の評価はかなり異なっていた。
【００４８】
即ち、比較例に相当する試験例Ｎｏ．１によれば、耐力は２３０ＭＰａと高いものの、ＰＦＺは５４２．１ナノメートルと最も大きいため、軸圧壊割れ性の評価は×であり、更にエネルギ吸収量は３５９３Ｊであり、総合評価は×であった。
【００４９】
参考例に相当する試験例Ｎｏ．２によれば、耐力は２３１ＭＰａであり、ＰＦＺは２６６．８ナノメートルとかなり小さくなっているため、軸圧壊割れ性の評価は○であり、更にエネルギ吸収量は４０２５Ｊであり、総合評価は○であった。
【００５０】
参考例に相当する試験例Ｎｏ．３によれば、耐力は２３４ＭＰａであり、ＰＦＺは１５２．１ナノメートルとかなり小さくなっているため、軸圧壊割れ性の評価は◎であり、更にエネルギ吸収量は４１９６Ｊであり、総合評価は○であった。
【００５１】
比較例に相当する試験例Ｎｏ．４によれば、耐力は２６０ＭＰａと最も高いものの、ＰＦＺは３１０．１ナノメートルとかなり大きいため、軸圧壊割れ性の評価は×であり、更にエネルギ吸収量は２３５０Ｊであり、総合評価は×であった。
【００５２】
比較例に相当する試験例Ｎｏ．５によれば、耐力は２１５ＭＰａであり、エネルギ吸収量は４４５１Ｊと大きいにもかかわらず、ＰＦＺが３２４．６ナノメートルとかなり大きいため、軸圧壊割れ性の評価は×であり、総合評価は×であった。
【００５３】
参考例に相当する試験例Ｎｏ．６によれば、耐力は２２１ＭＰａであり、ＰＦＺは１２２．６ナノメートルとかなり小さいため、軸圧壊割れ性の評価は◎であり、更にエネルギ吸収量は４４６８Ｊと大きく、総合評価は○であった。
【００５４】
（７０００系合金について）
まず、７０００系合金であるＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系のアルミニウム合金の組成となるように配合した原料を溶解炉で溶解し、溶湯を形成した。その溶湯を鋳型に注湯し凝固させ、前述同様に、押し出しサイズに適した鋳塊を形成した。その後、鋳塊を均熱炉に装入して所定の温度（４８０℃）で均熱処理を行った。次に、鋳塊を押し出し成形型で押し出し成形し、図１に示す長い角筒形状をなす中空状衝撃吸収部材（試験例Ｎｏ．７，試験例Ｎｏ．８）を形成した。
【００５５】
そして、押し出し成形した直後の高温の中空状衝撃吸収部材について熱処理を行った。熱処理としては調質処理（試験例Ｎｏ．７ではＴ５処理とした。試験例Ｎｏ．８ではＴ６処理とした。）とした。
【００５６】
上記熱処理の場合、中空状衝撃吸収部材を時効熱処理炉に装入し、第１の時効処理として９０℃で４時間加熱保持し、第２の時効処理として１５０℃で６時間加熱保持した。但し試験例Ｎｏ．７についてはかかる時効処理の前に、室温で７日間の自然時効を行った。結晶粒を微細析出させてＰＦＺを狭くするためである。そして、各試験例について前述同様に、耐力、結晶組織、ＰＦＺの幅、軸圧壊割れ性、エネルギ吸収量を調べ、総合評価を行った
図８,図９は、実施例に相当する試験例Ｎｏ．７に係る試験片の金属組織の電子顕微鏡写真を示す。図８,図９から理解できるように、実施例に相当する試験例Ｎｏ．７では結晶粒界が認められ、結晶粒内には析出物や晶出物が存在しており、そして結晶粒界を挟んだＰＦＺの幅（矢印で示す距離）は平均で５０．５ナノメートル（ｎｍ）と小さかった。
【００５７】
図１０，図１１は、比較例に相当する試験例Ｎｏ．８に係る試験片の金属組織の電子顕微鏡写真を示す。図１０，図１１から理解できるように、比較例に相当する試験例Ｎｏ．８では結晶粒界が認められ、結晶粒内には析出物や晶出物が存在しており、結晶粒界を挟んだＰＦＺの幅（矢印で示す距離）は平均で１０５．８ナノメートル（ｎｍ）であった。
【００５８】
表１は、上記した試験例Ｎｏ７，Ｎｏ８について、試験例の化学成分、均質化処理の温度、押し出し温度、熱処理条件、耐力、結晶組織、ＰＦＺの幅、軸圧壊割れ性、エネルギ吸収量を示す。前述したように試験例Ｎｏ．７，試験例Ｎｏ．８は、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系のアルミニウム合金を示し、７０００系合金を示す。
【００５９】
表１に示すように、実施例に相当する試験例Ｎｏ．７によれば、耐力は３１７ＭＰａであり、ＰＦＺは５０．５ナノメートルとかなり小さいため、軸圧壊割れ性の評価は○であり、更にエネルギ吸収量は５６７０Ｊであり、総合評価は○であった。比較例に相当する試験例Ｎｏ．８によれば、耐力は３０４ＭＰａと高いものの、ＰＦＺは１０５．８ナノメートルと大きくなっているため、軸圧壊割れ性の評価は×であり、更にエネルギ吸収量は４８５０Ｊであり、総合評価は×であった。
【００６０】
【表２】
0003961324.tif 000003
【００６１】
【表３】
0003961324.tif 000004
【００６２】
表２は、ＰＦＺの幅の狭い順に試験例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６を並べたものである。更に表３は、表２に示す結果に対してＰＦＺの幅が狭い形態とＰＦＺの幅が広い形態との比較を示す。
【００６３】
ＰＦＺの幅が相対的に狭いグループと、ＰＦＺの幅が相対的に広いグループとを比較する。表３に示すように、ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．６，Ｎｏ．３，Ｎｏ．２では、主な相違点としては、調質処理としてＴ６処理（水冷）が行われており、押し出し成形後の冷却速度（焼入速度）が速い。これに対してＰＦＺの幅が相対的に広い試験例Ｎｏ．４，Ｎｏ．５，Ｎｏ．１では調質処理としてＴ５処理（空冷）が行われており、押し出し成形後の冷却速度（焼入速度）が遅い。これを考慮すると、合金元素を溶解させた溶体化処理後の冷却速度が結晶粒界の付近において析出物の核生成に影響を与え、ＰＦＺの幅に影響を与えるものと推察される。即ち、ＰＦＺの幅を良好にさせるためには、急冷が好ましいと推察される。
【００６４】
ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．６と、ＰＦＺの幅が相対的に広い試験例Ｎｏ．３とを比較する。この場合、主な相違点として、ＰＦＺの幅が相対的に広いＮｏ．３では銅が０．００％であるにもかかわらず、ＰＦＺの幅が相対的に狭いＮｏ．６では銅（０．０８％）が含有されている。更に、ＰＦＺの幅が相対的に広いＮｏ．３では時効温度が２１５℃であり、ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．６（２０５℃）よりも高い。これを考慮すると、銅含有量、時効温度が結晶粒界の付近において析出物の核生成に影響を与え、ＰＦＺの幅に影響を与えるものと推察される。
【００６５】
ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．３と、ＰＦＺの幅が相対的に広い試験例Ｎｏ．２とを比較する。この場合、主な相違点として、ＰＦＺの幅が相対的に広い試験例Ｎｏ．２では時効時間が２時間であり、ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．３（３時間）よりも短い。これを考慮すると、時効時間が結晶粒界の付近において析出物の核生成に影響を与え、ＰＦＺの幅に影響を与えるものと推察される。
【００６６】
ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．４と、ＰＦＺの幅が相対的に広い試験例Ｎｏ．５とを比較する。この場合、主な相違点として、ＰＦＺの幅が相対的に広い試験例Ｎｏ．５では合金成分量が少なく、殊に銅含有量が少なく、時効温度が高い。これを考慮すると、合金成分量、銅含有量、時効温度がＰＦＺの幅に寄与しているものと推察される。
【００６７】
ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．５と、ＰＦＺの幅が相対的に広い試験例Ｎｏ．１とを比較する。この場合、主な相違点として、ＰＦＺの幅が相対的に広い試験例Ｎｏ．１では銅含有量が０．００％であるが、ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．５では銅含有量が０．０８％である。これを考慮すると、銅含有量がＰＦＺの幅に寄与しているものと推察される。
【００６８】
（その他）
その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【００６９】
（付記）上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）請求項１において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅が平均で２００ナノメートル以下に設定されていることを特徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材。
（付記項２）請求項１において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅が平均で１６０ナノメートル以下に設定されていることを特徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材。
（付記項３）請求項５において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅が平均で６０ナノメートル以下に設定されていることを特徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、中空状衝撃吸収部材としての強度を確保しつつ、蛇腹状に塑性変形させるのに有利な蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】試験片の横断面図である。
【図２】軸圧壊試験をしたときにおける荷重−変位曲線を示すグラフである。
【図３】試験片について、軸圧壊試験の前後の試験片の形態を示す写真図である。
【図４】比較例に係る試験片について、軸圧壊試験の前後の試験片の形態を示す写真図である。
【図５】試験例Ｎｏ．２に係る試験片について、顕微鏡組織と共にＰＦＺを示す顕微鏡写真図である。
【図６】試験例Ｎｏ．５に係る試験片について、顕微鏡組織と共にＰＦＺを示す顕微鏡写真図である。
【図７】試験例Ｎｏ．６に係る試験片について、顕微鏡組織と共にＰＦＺを示す顕微鏡写真図である。
【図８】試験例Ｎｏ．７に係る試験片について、顕微鏡組織（倍率２００ｋ倍）と共にＰＦＺを示す顕微鏡写真図である。
【図９】試験例Ｎｏ．７に係る試験片について、顕微鏡組織（倍率９８ｋ倍）と共にＰＦＺを示す顕微鏡写真図である。
【図１０】試験例Ｎｏ．８に係る試験片について、顕微鏡組織（倍率４９ｋ倍）と共にＰＦＺを示す顕微鏡写真図である。
【図１１】試験例Ｎｏ．８に係る試験片について、顕微鏡組織（倍率２００ｋ倍）と共にＰＦＺを示す顕微鏡写真図である。
【符号の説明】
【００７０】
図中、１００は試験片を示す。
【図１】
0003961324.tif 000005
【図２】
0003961324.tif 000006
【図３】
0003961324.tif 000007
【図４】
0003961324.tif 000008
【図５】
0003961324.tif 000009
【図６】
0003961324.tif 000010
【図７】
0003961324.tif 000011
【図８】
0003961324.tif 000012
【図９】
0003961324.tif 000013
【図１０】
0003961324.tif 000014
【図１１】
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