(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇ：０．４５〜１．６％、Ｓｉ：０．２〜１．６％、Ｃｕ：０．１５〜１．０％、Ｔｉ：０．００５〜０．２％を含有し、さらにＣｒ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．０５〜０．８％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％のうち１種以上を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなり、水冷プレスクエンチ又は溶体化・焼き入れ処理後時効処理したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材において、その導電率が、同材を１８０℃×６ｈｒの条件で時効処理したときの導電率に比べ１％ＩＡＣＳ以上高いことを特徴とする軸圧壊特性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材。
【請求項２】
Ｍｇ：０．４５〜０．９％、Ｓｉ：０．２〜０．６％を含有し、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｎのいずれも０．１０％以下、残部Ａｌ及び不可避不純物からなり、空冷又は水冷プレスクエンチ若しくは溶体化・焼入れ処理後時効処理したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材において、その導電率が、同材を１８０℃×６ｈｒの条件で時効処理したときの導電率に比べ１％ＩＡＣＳ以上高いことを特徴とする軸圧壊特性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたアルミニウム合金押出材からなる自動車用フレーム材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のサイドメンバー等の、軸方向に圧縮荷重を受けたとき蛇腹変形しながら衝突エネルギーを吸収する作用を持つ構造材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の軽量化のためフレーム材としてアルミニウム合金を用いる場合には、耐食性、押出性に優れ、比較的高強度であるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が主として採用されている。例えば特開平７−１１８７８２号公報には、自動車のサイドメンバー等のエネルギー吸収部材としてＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材が用いられることが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材は、これに通常のＴ５、Ｔ６処理を行って強度を上げた場合、軸方向に圧縮変形させたときに圧壊割れが発生するという問題をはらんでいる。例えば自動車のサイドメンバーに圧壊割れが発生すると、蛇腹状の収縮変形が妨げられて安定したエネルギー吸収が得られなくなる。一方で、時効処理を行わないか不十分であると、サイドメンバー等として使用中に高温にさらされ、自然時効が進行し圧壊割れ性が劣化する可能性があるため、時効処理を行うことは熱処理型のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材をエネルギー吸収部材として用いる場合の必須の要件である。
そこで、本発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材に対し時効処理により高強度を付与すると同時に、耐圧壊割れ性及び優れたエネルギー吸収性を与えることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材を時効処理して高強度とすると、軸方向に圧縮変形させたとき圧壊割れが発生しやすくなる。これには合金の組織、化学成分など様々な因子が影響していると考えられるが、本発明者らは、時効処理後の導電率と圧壊割れ性には一定の関係があること、さらに導電率を、１８０℃×６ｈｒで時効処理したときの導電率よりも高くすることで圧壊割れ性を改善できることを見いだした。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明は、時効処理したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材において、その導電率が、同材を１８０℃×６ｈｒで時効処理して得られる導電率に比べ１％ＩＡＣＳ以上高いことを特徴とするエネルギー吸収性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材である。本発明において「同材」とは、同組成で、かつ焼き入れ処理（プレスクエンチ又は溶体化・焼き入れ）までの製造条件が同じＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材を意味する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材は、一般にオンラインによるプレスクエンチ又はオフラインによる溶体化・焼き入れ処理にて製造される。プレスクエンチには空冷と水冷の２通りの方法があり、水冷の場合はオフラインによる溶体化・焼き入れ処理とほぼ同等の特性が得られる。水冷又はオフラインによる溶体化・焼入れ処理を行った方が空冷に比べ圧壊割れ性には優れるが、生産性の面から空冷が優れる。しかし、いずれの場合も、時効処理の条件を変えて、時効処理後の導電率を、１８０℃×６ｈｒで時効処理したときの導電率に比べ１％ＩＡＣＳ高くすることで圧壊割れ性が改善される。強度の面からいえば、この導電率を１８０℃×６ｈｒで時効処理したときの導電率に比べ３．５％ＩＡＣＳ高い水準以下にとどめるのが望ましい。
【０００６】
圧壊割れ性の観点から、水冷プレスクエンチ又は溶体化・焼き入れ処理する場合と、空冷プレスクエンチ処理する場合では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の望ましい組成が異なっている。
前者の場合、Ｍｇ：０．４５〜１．６％（ｗｔ％、以下同じ）、Ｓｉ：０．２〜１．６％、Ｃｕ：０．１５〜１．０％、Ｔｉ：０．００５〜０．２％を含有し、さらにＣｒ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．０５〜０．８％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％のうち１種以上を含有し、Ｆｅ：０．３５％以下、残部Ａｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金が望ましく、そのなかでもＭｇ：０．４５〜０．８％、Ｓｉ：０．７〜１．２％、Ｃｕ：０．２〜０．７％、Ｔｉ：０．０１〜０．０５％、Ｍｎ：０．１〜０．６％、Ｚｒ：０．０５〜０．２％を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金がより望ましい。これらの組成の範囲内であれば、時効処理後の導電率の目標値は４７％ＩＡＣＳ以上とすればよい。
【０００７】
また、後者の場合、Ｍｇ：０．４５〜０．９％、Ｓｉ：０．２〜０．６％を含有し、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｎのいずれも０．１０％以下、Ｆｅ：０．３５％以下、その他の不可避不純物が個々で０．０５％以下、合計で０．１５％以下に制限され、残部Ａｌからなるアルミニウム合金が望ましい。この組成の範囲内であれば、時効処理後の導電率の目標値は５６％ＩＡＣＳ以上とすればよい。
なお、この組成は水冷プレスクエンチ又は溶体化・焼き入れ処理することでさらに圧壊割れ性及びエネルギー吸収性が向上する。その場合、時効処理後の導電率の目標値は５４％ＩＡＣＳ以上とすればよい。
【０００８】
上記望ましいアルミニウム合金組成の限定理由は次の通りである。
Ｍｇ、Ｓｉ
ＭｇはＳｉと結合しＭｇ２Ｓｉを形成することによって、合金強度を向上させる。この効果を発揮するには、Ｍｇの添加量は０．４５重量％以上が必要である。一方、Ｍｇはその添加量が増加することにより焼き入れ感受性が鋭くなり所定の強度が得られなくなる。その上限値は冷却速度によって異なり、空冷プレスクエンチの場合は０．９％、水冷プレスクエンチ又は溶体化・焼き入れ処理の場合で１．６％である。
Ｓｉは上述したようにＭｇ２Ｓｉを形成して合金強度を向上させる効果がある。この効果を発揮するには、Ｓｉの添加量が０．２重量％以上必要である。一方、添加量が増加することにより圧壊割れ性が低下する。その上限値は冷却速度によって異なり、空冷プレスクエンチの場合は０．６ｗｔ％、水冷プレスクエンチ又は溶体化・焼き入れ処理の場合で１．６％である。
【０００９】
Ｃｕ
Ｃｕは析出効果により合金強度を向上させるとともに延性を向上させる。しかし、Ｃｕの添加は焼入れ感受性を鋭くするため、空冷プレスクエンチの場合は添加は好ましくなく、添加される場合でも０．１％以下に制限される。一方、水冷プレスクエンチ又は溶体化・焼き入れ処理の場合には添加できるが、０．１５％未満では前記効果を発揮できず、１．０％を越えるとやはり焼入れ感受性が鋭くなり強度の低下を招く。
【００１０】
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒはビレットの均質化処理時において微細な金属間化合物として析出し、結晶粒を微細化させることにより強度、延性を向上させる。しかし、これらの元素は添加するとともに焼入れ感受性を鋭くするため、空冷プレスクエンチの場合は添加は好ましくなく、添加される場合でも０．１％以下に制限される。一方、水冷プレスクエンチ又は溶体化・焼き入れ処理の場合には添加できるが、それぞれの添加量が０．０５％未満では前記効果を発揮できず、それぞれの添加量が０．８％、０．５％、０．３％を越えると粗大な金属間化合物が晶出し、また焼入れ感受性が鋭くなり所定の合金強度が得られない。
【００１１】
Ｔｉ
Ｔｉは鋳造時における結晶粒を微細化することにより合金強度を向上させる。この効果を発揮させるにはＴｉ添加量は０．００５％以上とする必要がある。一方、Ｔｉ添加量が０．２％を越えると前記効果が飽和し、また粗大な金属間化合物が晶出し所定の合金強度が得られない。
不可避不純物
Ｆｅはアルミ地金に最も多く存在する不純物であるが、０．３５％以上合金中に存在すると鋳造時に粗大な金属間化合物が晶出し合金の機械的性質を損なう。そのほか、アルミニウム合金を鋳造する際には地金、添加元素の中間合金等、様々な経路より不純物が混入する。また混入する元素も様々であるが、一般にＦｅ以外の不純物はそのもの単体で０．０５％以下、総量で０．１５％以下であれば合金の特性にほとんど影響を及ぼさない。
【００１２】
【実施例】
表１、表２に示す組成のアルミニウム合金をＤＣ鋳造にて直径２００ｍｍの鋳塊に造塊し、５４０℃×４ｈｒの均質化処理後いったん冷却し、押出時に再度５００℃に加熱し、押出速度５ｍ／ｍｉｎにて押し出し、プレスクエンチ（スプレー水冷（冷却速度：１２０００℃／ｍｉｎ）、ファン空冷（冷却速度：１９０℃／ｍｉｎ）を行った。押出材の形状は図１に示すような口型で、外形７０×６０ｍｍ、肉厚２ｍｍである。その後、表１、表２に示す時効処理を行い供試材とし、下記要領にて、各特性の試験を行った。その結果を表１、表２にあわせて示す。
【００１３】
導電率；シグマテスターにてＭＩＬ−ＳＴＤ−１５３７に従って測定した。
機械的性質；押出材から押出方向に平行にＪＩＳ５号試験片を採取し、引張試験を行って測定した。
圧壊割れ性；長さ２００ｍｍの供試材を用い、アムスラー型試験機にて図２に示すように軸方向に静的圧縮荷重を加えて１００ｍｍ圧縮し、その割れ発生レベルを５段階で評価した。ただし、５段階の内容は次の通りである。
レベル１；割れなし
レベル２；微小クラック又はコーナー部にクラック発生
レベル３；コーナー部以外にクラック発生
レベル４；開口割れ発生
レベル５；分断割れ発生
【００１４】
【表１】
0003909543.tif 000002
【００１５】
【表２】
0003909543.tif 000003
【００１６】
表１、表２に示すように、いずれも１８０℃×６ｈｒの時効処理で最高強度が得られている。このときの導電率に比べて１％ＩＡＣＳ以上高くなっているＮｏ．３〜５、８〜１０、１３〜１５、１８〜２０の供試材は、それぞれ１８０℃×６ｈｒで時効処理したＮｏ．２、７、１２、１７の供試材より圧壊割れ評価が向上している。なお、圧壊割れランク１〜３の範囲では、蛇腹状に圧縮変形する際の吸収エネルギーは引張強度σBの大きさにほぼ比例する。
また、水冷プレスクエンチに適する組成の押出材を水冷プレスクエンチしたＮｏ．３〜５の供試材は４７％ＩＡＣＳ以上、空冷プレスクエンチに適する組成の押出材を空冷プレスクエンチしたＮｏ．１３〜１５の供試材は５６％ＩＡＣＳ以上、同じ組成の供試材を水冷プレスクエンチしたＮｏ．１８〜２０の供試材は５４％ＩＡＣＳ以上の導電率を示した。なお、空冷プレスクエンチに適する組成外の押出材を空冷プレスクエンチしたＮｏ．８〜１０の供試材でも、１８０℃×６ｈｒで時効処理したときの導電率に比べて１％ＩＡＣＳ以上高く圧壊割れ性は向上しているが、Ｎｏ．１３〜１５に比べると改善の程度が低い。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、時効処理により１８０℃×６ｈｒで時効処理したときの導電率に比べて１％ＩＡＣＳ以上高い導電率を与えることにより、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材の耐圧壊割れ性を改善することができる。また、その範囲内で高い強度が得られる時効処理条件を選択することにより、高強度で優れたエネルギー吸収性を有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例に用いた押出材の断面形状である。
【図２】  実施例の圧壊試験の概念図である。
【図１】
0003909543.tif 000004
【図２】
0003909543.tif 000005