(57)【要約】【課題】特別な成形装置を準備する必要はなく、しかも、プレス加工時の割れの発生やしわの発生がなく、成形品全体としての強度を確保したまま、安定的にプレス成形することが可能なプレス成形加工用のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金ブランク材の製造方法を提供する。【解決手段】溶体化処理、焼入れ処理を終えたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板に、１８０〜２５０℃で３〜２０時間の熱処理を行った後、所定形状に切断してアルミニウム合金ブランク材１とし、そのブランク材１の加工予定部２のみに対して、４８０〜５５０℃の温度で、０．５〜１０秒の瞬間加熱を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶体化処理、焼入れ処理を終えたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板に、１８０〜２５０℃で３〜２０時間の熱処理を行った後、所定形状に切断してアルミニウム合金ブランク材とし、
そのブランク材の加工予定部のみに対して、４８０〜５５０℃の温度で、０．５〜１０秒の瞬間加熱を行うことを特徴とするプレス成形加工用アルミニウム合金ブランク材の製造方法。
【請求項２】
瞬間加熱を行った前記ブランク材の加工予定部の引張強度と、前記ブランク材のその他の母材部分の引張強度の強度差が、８０ＭＰａ超、１４０ＭＰａ以下である請求項１記載のプレス成形加工用アルミニウム合金ブランク材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用のパネル等の大型パネルをプレス成形する際に用いられるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金でなるブランク材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車は、安全性の向上や快適装備の充実といった背景から、モデルチェンジ毎に車体重量が増加する傾向にあり、燃費が劣化する原因となっている。また、自動車をはじめとする輸送機全体の車体分野では、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も追求されている。そのため、従来から自動車などの輸送機の車体に用いられている鋼板に代えて、より軽量なアルミニウム合金板が、自動車などの輸送機の車体に用いられている圧延板や押出型材として採用されることが多くなってきている。
【０００３】
これらのうち、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、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系アルミニウム合金板の使用が検討されている。
【０００４】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板は、溶体化処理によって主添加元素のＭｇおよびＳｉを固溶させ、その後に行われる１７０〜２００℃程度の時効処理で析出させることにより高強度を発揮する。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板を自動車用のパネル材として使用する場合、溶体化直後の伸びの高い状態でプレス成形を行い、その後の塗装焼付処理が時効処理を兼ねることで高強度の部品を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、アルミニウム合金板は鋼板と比較すれば延性が乏しく成形性に劣る。そのため、鋼板と全く同じ条件でプレス成形しようとしても、難成形部位で、プレス成形時に割れが発生することがある。また、その割れの発生を回避するためにしわ押さえ力を低くすると、今度はしわが発生してしまう。
【０００６】
特に、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板は、室温時効して強度が増加するため、他のアルミニウム合金板と比べてもプレス成形時に割れやしわの発生が起こりやすくなるが、この現象に対する対応が難しいことも、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板のプレス成形をより困難としていた。
【０００７】
これまでも、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板自体の成形性を改善するために、Ｍｇ、Ｓｉ以外の合金元素を添加し、或いは、それら合金元素の添加に併せて、結晶粒径、晶析出物の分散状態、粒界析出物などのミクロ組織を制御する等の冶金的な改善が種々試みられてきた。
【０００８】
一方、プレス成形の加工側からも、アルミニウム合金板の成形性を向上させる提案が多々なされている。特許文献１では、室温（常温）時効硬化が生じた６０００系アルミニウム合金材（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金材）に対し、１％以上の加工歪みを与えた後に、５０〜１５０℃の温度に加熱する回復処理を行って、ヘム加工などの成形を行う提案がなされている。
【０００９】
また、特許文献２〜７では、プレス成形を行う装置自体に何らかの改善を施すことで、アルミニウム合金板の成形性を向上させる提案がなされている。特許文献２には、ブランクのフランジ部を挟着する板押さえとダイスを、夫々に設けた加熱ヒーターで加熱することで、成形時のブランクのフランジ部を加熱する技術が記載されている。特許文献３には、電気ヒーターが内部に設けられたしわ押さえと、電気ヒーターが内部に設けられたダイスで、板材を挟持すると共にこの挟持部分を加熱し、同時に加熱の影響を受けるパンチの端面が接触する板材の部分を、パンチの反対側に設けた冷却風供給装置からの冷却気体で冷却する技術が記載されている。特許文献４には、電気ヒーターが内部に設けられたしわ押さえと、電気ヒーターが内部に設けられたダイスで、板材を挟持すると共にこの挟持部分を加熱し、同時に加熱の影響を受けるパンチの端面が接触する板材の部分を、パンチの反対側に設けた非酸化性ガス供給装置から吹き出す非酸化性ガスで冷却する技術が記載されている。
【００１０】
また、特許文献５には、ダイスおよび／または板押さえの取り付け部に電熱ヒーター等の加熱媒体を設置すると共に、パンチに貫通路を穿孔して冷却水等の冷却媒体を還流させ、そのダイス、板押さえ、パンチを用いて金属薄板を深絞り加工する技術が記載されている。特許文献６には、５０００系アルミニウム合金を対象とした温間プレス加工に関する技術として、ヒーターを埋め込んだダイス及びしわ押さえ金具と、冷媒を循環させる配管を埋め込んだポンチでアルミニウム合金板を温間成形する技術が記載されている。特許文献７には、６０００系アルミニウム合金を対象とした温間成形に関する技術として、ヒーターを内蔵するパンチ、ダイス、及びしわ押さえを具備する成形装置を用いて、アルミニウム合金板を温間成形する技術が記載されている。
【００１１】
しかしながら、これらの技術では、ブランク材の加工予定部以外の部位までも熱伝達により高温にしてしまう可能性があるという問題や、プレス成形を行う装置自体にヒーター等の温度制御装置を内蔵するため、従来からの成形装置を用いることはできず、別に特別な成形装置を準備する必要があるという問題等、種々の問題があり、必ずしも有効な解決策とは言い切れるものではなかった。
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−２４００８３号公報
【特許文献２】特開平４−３５１２２９号公報
【特許文献３】特開平５−２３７５５８号公報
【特許文献４】特開平５−３０９４２５号公報
【特許文献５】特開平１１−３０９５１８号公報
【特許文献６】特開２００７−１２５６０１号公報
【特許文献７】特開２００６−２０５２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記従来の問題を解決せんとしてなされたもので、プレス成形に用いるブランク材の加工予定部のみに対して、瞬間加熱を施すことで、特別な成形装置を準備する必要はなく、しかも、プレス加工時の割れの発生やしわの発生がなく、成形品全体としての強度を確保したまま、安定的にプレス成形することが可能なプレス成形加工用のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金ブランク材を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１記載の発明は、溶体化処理、焼入れ処理を終えたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板に、１８０〜２５０℃で３〜２０時間の熱処理を行った後、所定形状に切断してアルミニウム合金ブランク材とし、そのブランク材の加工予定部のみに対して、４８０〜５５０℃の温度で、０．５〜１０秒の瞬間加熱を行うことを特徴とするプレス成形加工用アルミニウム合金ブランク材の製造方法である。
【００１５】
請求項２記載の発明は、瞬間加熱を行った前記ブランク材の加工予定部の引張強度と、前記ブランク材のその他の母材部分の引張強度の強度差が、８０ＭＰａ超、１４０ＭＰａ以下である請求項１記載のプレス成形加工用アルミニウム合金ブランク材の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のプレス成形加工用アルミニウム合金ブランク材の製造方法によると、プレス成形に用いるブランク材の加工予定部のみに対して、瞬間加熱を施すことで、特別な成形装置を準備する必要はなく、しかも、プレス加工時の割れの発生やしわの発生がなく、成形品全体としての強度を確保したまま、安定的にプレス成形することが可能なプレス成形加工用のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金ブランク材を製造することができる。
【００１７】
また、瞬間加熱を行ったブランク材の加工予定部の引張強度と、ブランク材のその他の部位の引張強度の強度差を、８０ＭＰａ超、１４０ＭＰａ以下とすることで、プレス加工時の割れの発生やしわの発生がなく、成形品全体としての強度を確保したまま、安定的にプレス成形することが可能なプレス成形加工用のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金ブランク材を製造することができるという作用効果をより確実に達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施形態に基づいて更に詳細に説明する。
【００１９】
本発明の要点は、成形が困難なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の成形性を十分に向上させるために、瞬間加熱を施すことで、同じ一枚のアルミニウム合金ブランク材の中で、加工予定部の引張強度と、その他の母材部分の引張強度に、強度差を設けたことである。
【００２０】
加工予定部とは、プレス成形により変形する部位のことを示し、この加工予定部に、４８０〜５５０℃の温度で、０．５〜１０秒の瞬間加熱を施すことで、他の部位（母材部分）が加熱されることなく、必要な部位だけを加熱して引張強度を低下させ、比較的耐力が低い部位とし、その他の部位（母材部分）を比較的耐力が高い部位とする。
【００２１】
本発明では、このように、同じ一枚のアルミニウム合金ブランク材の中で、比較的耐力が低い部位と、比較的耐力が高い部位を混在させることで、成形品全体としての強度を確保したまま、プレス加工時の割れの発生やしわの発生がなく、安定的にプレス成形を行うことができる。
【００２２】
尚、瞬間加熱する部位や面積を調整することで、様々な形状のプレス成形に対応することができる。
【００２３】
本発明のプレス成形加工用アルミニウム合金ブランク材の製造方法に用いられるアルミニウム合金は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金である。このＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の成分組成は特には限定しないが、次により好ましい成分範囲を例示する。
【００２４】
好ましい成分範囲のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金は、例えば、Ｍｇ：０．２〜１．２質量％、Ｓｉ：０．４〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金、或いは、Ｍｇ：０．２〜１．２質量％、Ｓｉ：０．４〜２．０質量％、Ｃｕ：０．１〜１．０質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金である。
【００２５】
Ｍｇは、Ｓｉと共に強度および成形性に寄与する元素で、０．２質量％より少ないと強度が必ずしも十分ではなくなり、成形性も劣るものとなる。一方、１．２質量％より多くなると圧延が困難となり、成形性が低下する。よって、Ｍｇの含有量は、０．２〜１．２質量％とすることが好ましい。
【００２６】
Ｓｉは、Ｍｇと共に強度および成形性に寄与する元素で、０．４質量％より少ないと強度が必ずしも十分ではなくなり、成形性も劣るものとなる。一方、２．０質量％より多くなると粗大なＳｉ単体の晶出により、成形が困難となる。よって、Ｓｉの含有量は、０．４〜２．０質量％とすることが好ましい。
【００２７】
本発明においては、ＭｇとＳｉを主添加元素とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金を用いることで、十分な作用効果を奏することができるが、更に、成形性を向上させるために、ＭｇとＳｉに加えて、Ｃｕを主添加元素とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金を用いることもできる。
【００２８】
このＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金において、Ｃｕ含有量が、０．１質量％より少ないと成形性が十分ではなくなる。一方、１．０質量％より多くなると耐食性、特に耐糸錆性を著しく低下させる。よって、Ｃｕの含有量は、０．１〜１．０質量％とすることが好ましい。
【００２９】
上述した成分範囲のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金でなるアルミニウム合金板で、本発明の実施に係るプレス成形加工用アルミニウム合金ブランク材を製造するにあたっては、溶体化処理、焼入れ処理までは、従来から知られている常法によって製造することができる。常法とは、溶解・鋳造→均質化処理→熱間圧延→冷間圧延の順の工程で、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板を所定の板厚とした後、連続焼鈍炉或いは熱処理炉、ソルトバス等を用いて溶体化処理を行い、更に、水（ミストを含む）或いは空気にて焼入れ処理を行い、その後、室温に放置してＴ４調質とする方法である。尚、必要により熱間圧延と冷間圧延の間に中間焼鈍を含んでいても良い。
【００３０】
これまでに、自動車用パネル等の大型パネルを、プレス成形する際に用いられていたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板はこのＴ４調質材である。このＴ４調質材は、室温放置によって素材強度（耐力）が向上していると共に、伸びが低下しており、これが、成形性や曲げ性の低下の原因となっている。
【００３１】
そのため、まず、本発明では、このＴ４調質状態のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板に対し、１８０〜２５０℃で３〜２０時間の熱処理を行ってＴ６調質（ピ−ク時効処理）或いはＴ７調質（過時効処理）する。
【００３２】
この熱処理（時効処理）において、熱処理温度が１８０℃より低い場合、高い強度を得ることができず、その強度を得るためには数十日程度を要することになり、工業製品の製造には向かない。一方、熱処理温度が２５０℃より高い場合は、焼鈍状態となり、この場合も十分な強度を得ることができない。よって、熱処理温度は、１８０〜２５０℃とする。
【００３３】
また、熱処理時間が３時間より短いと、比較的低温で熱処理した場合、十分な強度を得ることができず、比較的高温で熱処理した場合、焼鈍状態となり十分な強度を得ることができない。一方、熱処理時間が２０時間より長いと、熱処理温度に関わらず、処理時間が長くなりすぎ、焼鈍状態となり十分な強度を得ることができない。よって、熱処理時間は３〜２０時間とする。
【００３４】
以降の工程は、図１に基づいて説明する。まず、図１（ａ）の状態から所定形状に切断して、図１（ｂ）に示すアルミニウム合金ブランク材１とする。
【００３５】
この切断で得られた所定形状のブランク材１に対し、次のプレス成形で変形する部位、すなわち加工予定部２のみに対して瞬間加熱を行う。深絞り成形でのプレス成形を行う場合の加工予定部２は、一般的にはブランク材の全周部２ａ（フランジ部）である。また、その全周部２ａ（フランジ部）で囲まれた部位の中の必要箇所（局部２ｂ）にも加工が必要な場合は、その箇所も加工予定部２とする。瞬間加熱の温度は、４８０〜５５０℃、加熱時間は０．５〜１０秒である。その後、図１（ｃ）に示すように、冷却や急速冷却を行うことで、加工予定部２のみをＴ４調質程度の素材強度とする。
【００３６】
この瞬間加熱において、熱処理温度が４８０℃より低い場合、瞬間加熱であるため、十分な熱処理が行われず、成形性が向上しない。一方、熱処理温度が５５０℃より高い場合、瞬間加熱した際の熱が加工予定部２以外の周辺部に伝わることになり、部分熱処理ができず、高い成形性を得ることができない。よって、瞬間加熱温度は、４８０〜５５０℃とする。
【００３７】
また、瞬間加熱時間が、０．５秒より短いと、加熱処理の効果が殆ど得られず、成形性が向上しない。一方、瞬間加熱時間が、１０秒より長いと、瞬間加熱した際の熱が加工予定部２以外の周辺部に伝わることになり、部分熱処理ができず、高い成形性を得ることができない。よって、瞬間加熱時間は、０．５〜１０秒とする。
【００３８】
また、以上の製造方法で製造したプレス成形加工用アルミニウム合金ブランク材１の母材部分３（Ｔ６調質或いはＴ７調質のままで瞬間加熱していない部分）の引張強度（耐力）と、瞬間加熱した加工予定部２の引張強度（耐力）の強度差が、８０ＭＰａ以下である場合は、成形性が十分に向上しない。一方、１４０ＭＰａを超える場合は、瞬間加熱した加工予定部２の引張強度が低めになり、割れが発生する可能性がある。よって、ブランク材１の母材部分３と、瞬間加熱した加工予定部２の引張強度（耐力）の強度差は、８０ＭＰａ超、１４０ＭＰａ以下とする。
【００３９】
以上のように、同じ一枚のブランク材１の中でも、プレス成形の際に、変形を伴う加工予定部２を軟質部、残る母材部分３を硬質部とすることで、プレス成形時に割れの発生やしわの発生がなく、成形品全体としての強度を確保したまま、図１（ｄ）に示すように、安定的にプレス成形することができる。
【００４０】
尚、図２に示すように、深絞り成形でブランク材１のプレス成形を行う場合は、前記した軟質部と硬質部のブランク材１中での境界が、ブランク材１の縦壁部１ａを超えたフランジ１ｂ側にあると、ダイ肩Ｒ１ｃが起点となり割れが発生することとなる。逆に、この軟質部と硬質部の境界が、縦壁部１ａよりブランク材１の中心側にあると、ポンチ肩Ｒ１ｄで割れが発生することとなる。よって、深絞り成形でブランク材１のプレス成形を行う場合は軟質部と硬質部のブランク材１中での境界は、縦壁部１ａの途中にあれば良く、その縦壁部１ａの深さの１／２程度にあることが望ましい。
【実施例】
【００４１】
板厚１．０ｍｍの自動車パネル用の６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−１．０質量％Ｍｇ−０．６質量％Ｓｉ）Ｔ４調質材を、処理温度１８０〜２５０℃、処理時間３〜２０時間の範囲を基本として、その処理温度、処理時間を種々ずらせることで熱処理（人工時効処理）を行い、その後、図３に示すサイズ（縦２００ｍｍ×横２００ｍｍの正方形）に切断して供試材とした。
【００４２】
更に、図３に示す供試材（ブランク材１）の全周の加工予定部２に局所加熱を行った。局所加熱は、処理温度５２０℃、処理時間５秒の瞬間加熱を基本として、その処理温度、処理時間を種々ずらせることで行った。その局所加熱の後、直ちに供試材を水冷し、局所加熱した加工予定部２はＴ４、残る母材部分３は前記人工時効処理の強度を維持するような状態として、供試材Ａとした。（尚、比較例はこの強度分布とはなっていない。）
【００４３】
このときの、各部位の強度については、熱処理（人工時効処理）を行った状態の供試材Ｂと、その供試材Ｂに更に前記局所加熱と同じ条件で加熱を行った状態の供試材Ｃから夫々ＪＩＳ５号試験片を夫々採取し、インストロン型万能試験機を用いて引張試験を実施した。表１に、この引張試験で得られた供試材Ｂと供試材Ｃの引張強度の差を、耐力差として示す。
【００４４】
更に、深絞り金型を用いて供試材Ａの成形試験を行った。成形試験に用いた深絞り金型は、図４に示すように、ポンチの形状が特殊であり、外周部が角筒で、中央部が円筒となっている。成形試験条件は、しわ押さえ力３ＭＰａ、成形速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、潤滑はポリシートとした。
【００４５】
この試験では、先に説明したサイズ（縦２００ｍｍ×横２００ｍｍの正方形）の供試材の四隅を、図３に示すように切断した後、深絞り金型にセットし、室温（２５℃）にて、前述した条件で深絞り成形を行い、割れ発生の有無を確認した。その確認結果を、表１に○×で示す。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
Ｎｏ．１〜１０は、瞬間加熱の条件を、本発明で規定した要件内の処理温度５２０℃、処理時間５秒に固定したもので、Ｎｏ．１〜６は、最初の熱処理（人工時効処理）の条件を、本発明で規定した要件内で種々変更した発明例、Ｎｏ．７、８は、最初の熱処理（人工時効処理）の条件のうち、処理温度を本発明で規定した要件外とした比較例、Ｎｏ．９、１０は、最初の熱処理（人工時効処理）の条件のうち、処理時間を本発明で規定した要件外とした比較例である。
【００４８】
また、Ｎｏ．１１〜１８は、最初の熱処理（人工時効処理）の条件を、本発明で規定した要件内の処理温度２３０℃、処理時間８秒に固定したもので、Ｎｏ．１１〜１４は、瞬間加熱の条件を、本発明で規定した要件内で種々変更した発明例、Ｎｏ．１５、１６は、瞬間加熱の条件のうち、処理温度を本発明で規定した要件外とした比較例、Ｎｏ．１７、１８は、瞬間加熱の条件のうち、処理時間を本発明で規定した要件外とした比較例である。
【００４９】
本発明の要件を満足するＮｏ．１〜６およびＮｏ．１１〜１４は、引張試験で得られた耐力差は１１０〜１４０ＭＰａであり、成形試験では割れが発生しなかった。
【００５０】
これに対し、本発明の要件を満足しないＮｏ．７〜１０およびＮｏ．１５〜１８（Ｎｏ．１６を除く）は、引張試験で得られた耐力差は全て８０ＭＰａ以下であり、成形試験では割れが発生した。尚、Ｎｏ．１６は、瞬間加熱の温度が高すぎたため、熱が周辺部に伝わることになり部分熱処理ができず、供試材が溶融してしまった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係るプレス成形加工用アルミニウム合金ブランク材を用いてプレス成形を行う工程を示す説明図で、（ａ）は所定形状に切断する前のブランク材を、（ｂ）は所定形状切断後に瞬間加熱を行ったブランク材を、（ｃ）は冷却したブランク材を、（ｄ）はプレス成形を終えた成形品を夫々示す。
【図２】プレス成形用金型でブランク材のプレス成形を行った状態を示す縦断面図である。
【図３】実施例で供試材として用いるブランク材の形状を示す説明図である。
【図４】実施例の成形試験に用いた深絞り金型のポンチの形状を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…アルミニウム合金ブランク材
２…加工予定部
２ａ…全周部
２ｂ…局部
３…母材部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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