令和元年度 第 2 回 ホットスタンピング研究部会延期分（2022 年3月 4 日オンライン開催)

令和元年度

第 2 回 ホットスタンピング研究部会（2022 年 3 月 4 日 オンライン）

熱処理型アルミニウム合金のホットスタンピング動向と短時間
加熱ホットスタンピングの取組み
横浜国立大学

前野 智美

1. はじめに一般乗用車において軽量化がますます重要となっている．また，EU や米国で内燃自動車の生産規制や政府調達方針の草案などが出ており，EV 化も急務となっている 1, 2)．EV 化では重いバッテリを積載することから，車両軽量化が電費や運動性能の両面で重要となる 3)．自動車の材料置換において超高張力鋼板，ホットスタンピング材 4)，高強度アルミニウム(Al)合金は材料コストやリサイクル性が比較的優位であり，適用の拡大が期待できる．特に，Al 合金は比重が軽く鋼板に比べて厚さを確保できるので，薄肉化による剛性低下有効であり，期待が高い．しかしながら熱処理型アルミニウム
合金は延性が低く，プレス成形が難しい問題がある．鋼板のホットスタンピングのように加熱によって成形性を向上する方法が考えられるが，熱処理型アルミニウム合金においては溶体化処理，時効処理によって析出を制御して強度を作りこむため，簡単には加熱を成形に応用できない．
ここでは，まだ一般的には適用が進んでいないが，現在検討の進められている熱処理型 Al 合金のホットスタンピングについて紹介する．
2. 熱処理型アルミニウム合金のホットスタンピング
熱処理型 Al 合金は比強度が高く魅力的である．しかしながら図 1 に示すように，時効硬化した熱処理型 Al 合金の延性は低く，冷間成形は難しい 5)．航空機などでは焼鈍し（O）材を冷間プレスし，成形後に溶体化処理・人工時効処理をするが，成形後の熱処理や矯正の追加プレス工程が必要であり，コストや生産性の問題がある．自動車においては，冷間成形が可能な 6000 系合金の自然時効(T4)
材が主であり，塗装焼付におけるベークハード（BH）処理で少し強度を改善するのに留まっている．
付加的な熱処理なしに 2000 系や 7000 系合金のプレス成形ができれば，コストの厳しい自動車のパネル部品への応用が期待できる．

図1
本資料は塑性加工学会会報誌

熱処理型 Al 合金の引張強さ，耐力，伸び 5)より抜粋

ぷらすとす 5-51(2022)に掲載予定の解説記事原稿を改変して一部を掲載しています．

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成形後の熱処理などを省略するために，最近開発されている主な熱処理型 Al 合金のホットスタンピングの加熱履歴と強度変化イメージを図 2 に示す．
(a)溶体化処理ホットスタンピング 6) は Hot
Form Quench (HFQ)とも呼ばれる．鋼板のホットスタンピングに似ており，溶体化処理温度(460 °C–550 °C)に加熱した板材をプレス成形
し，金型保持で急冷，焼入れをする．(b)W－
Temper 冷間成形 7)は，溶体化処理直後に冷間プレス成形する．析出硬化前の板材は延性があり，冷間成形が可能である．(a)，(b)の方法では成形後の溶体化処理が省略される．人工時効などが必要であるが，従来とほぼ同様の熱処理履歴となり，T6 材と同等の強度が得られる．
(c)は温間ホットスタンピング注 1）である．加熱温度を 150°C–250 °C 程度に制限してプレス成形をすることで，成形性の向上と加熱による強度低下のバランスを取っている 8–10)．T6 材に対し強度が若干低下するが，成形後の人工時効処理が省略でき，最も低コストである．ホットプレートを利用した短時間加熱によって強度低下を低減する方法も検討されている 11, 12)．(d)も同様に温間成形であるが，成形前の予備時効

図2

熱処理型 Al 合金の温・熱間プレス成形における加熱履歴と強度変化イメージ 19- 27)

や成形時の温度保持，BH との組み合わせによって T6 材よりも少し強度を向上させることに成功している 13, 14)．
2.1 溶体化処理ホットスタンピング
溶体化処理ホットスタンピングでは，ダイクエンチによって溶体化処理する．しかしながら，図 3 に示すように，冷却速度が強度に影響し，特に，7075 合金の焼入れ感受性は高く，最大強度を得るためには 300 °C/s 程度の冷却速度が必要となる 15)．Al 合金の熱伝導率は高いが，ダイクエンチにおいて金型と素板に隙間があると著しく冷却速度が低下するた
め，金型隙間の管理が重要となる 16, 17)．焼付
き防止のために，被膜処理を用いる場合は被膜の熱伝導への影響も検討する必要がある
18)．一方，7000 系合金の焼入れ感受性

本資料は塑性加工学会会報誌

図 3

各種熱処理 Al 合金の引張強さに及ぼす焼入れ時の平均冷却速度の影響 28)より引用，和訳
注 1) 一般に再結晶温度で温間と熱間を区別するが，ここでは，溶体化処理を目的としない加熱温度を温間と称する．

ぷらすとす 5-51(2022)に掲載予定の解説記事原稿を改変して一部を掲載しています．

令和元年度 第 2 回 ホットスタンピング研究部会延期分（2022 年3月 4 日オンライン開催)低減および人工時効時間の短縮のためにジルコニアを添加した合金が検討されている 19)．
溶体化処理ホットスタンピングでは，成形前の加熱で析出物を再固溶させ，すぐに成形を実施す
ることになる．生産性確保のために，均質化時間は短い．再固溶の際に粒界で溶質原子の濃化が生じた状態で成形すると，粒界が軟化しており，粒界破壊を生じる場合がある 20)．図 4 に示すように，450 °C 以上の温度においては延性が急激に低下しており，溶体化処理温度の 495 °C での延性は

図4

著しく低くなっている．粒界破壊を防ぐ温度に，溶体化処理温度に加熱した A2024 合金の温・熱間引張試験における試験温度が破放冷させてからの成形が考えられるが，焼入れに壊ひずみに及ぼす影響 20)より引用し和訳問題が生じる．そこで，加熱した板材を炉から搬

出後に平面の圧盤で挟んで 300 °C に急冷してから成形する方法が開発されている 21)．400 °C などの高温時より加工硬化が大きくなり，成形性も向上する．また，接触加熱による急速加熱を用いた方法
22)も検討されており，加熱時の均質化時間確保や生産性向上に役立つ．
溶体化処理ホットスタンピングでは求められる熱処理の管理が厳しい．溶体化処理温度は固相線に近いため，5 °C 程度の温度幅で管理する必要があり，固相線を超えてしまうと材料に致命的な損傷を与えてしまう 15)．期待されている 7000 系合金は焼入れ感受性が高く，焼入れ管理も厳しい．また，加熱温度が高く，摩擦も厳しくなっている．また，利用できる潤滑剤も限定されるため，検討することが多く課題はまだ多い．
2.2 温間ホットスタンピング
時効硬化している材料でも，加熱をす
ると延性が向上し，成形性が向上する．
しかしながら，析出硬化している材料を加熱すると析出物の成長や再固溶などが生じ，強度が低下する．図 5 に 200–
250 °C に加熱した成形金型内でブランク

加熱温度と加熱時間が硬さに及ぼす影響 10)より引

図5

用和訳

を加熱して，ホットスタンピングした際の硬さを示す 10)．加熱温度，加熱保持時間の増加に伴い硬さは低下しているが，200 °C，5 min の加熱であれば，硬さの低下は 10%程度に留められる．また，ホットプレートに挟んで，10 s–15 s で加熱した場合の結果を図 6 に示す 12)．200 °C に
おいて 5%以内の強度低下に留まっている．

図 6

A7075-T6, T4 合金における短時間加熱直後および人工時効後の硬さ 12)より引用
本資料は塑性加工学会会報誌

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図 7 に A7075-T6 合金の各温度における限界絞り比を示す．60 °C 以下では割れが生じているが，100 °C 以上においては成形ができており，180 ℃では絞り比 2.0 が得られている．180 ℃の加熱によって，A5182 焼鈍し材の冷間プレスと同等の限界絞り比が得られている．
図 8 に温間および熱間で成形した A7075-T6, T4 材の V 曲げ成形の結果を示す．加熱温度の増加に伴いスプリングバックは低下している．200 ℃の加熱においても冷間の半分以下となっている．また，人工時効が必要となるが T4 材を使えばスプリングバックをゼロにできる．

図7A7075-T6 合金の温間成形における限界

図8

A7075-T6, T4 材の V 曲げ成形において絞り比に及ぼす加熱温度の影響（乾燥型の加熱温度がスプリングバックに及ぼす影響

潤滑剤あり）8)より引用和訳，一部改変

12)より引用

3. Al 合金のホットスタンピングにおける摩擦Al 合金のプレス成形では冷間においても凝着を起こしやすく，ホットスタンピングではさらに摩擦への配慮が重要となる．板材引抜き 23–25)，ボール 26, 27)およびピンオンディスク 28)など種々の方法で検討されている．いずれの報告においても無潤滑では高い摩擦係数を示しており，顕著な焼付きが報告されており，図 9 で示すように，焼付きを起因として割れが生じる場合もある 29)．Al 合金のホットスタンピングでは潤滑剤が必須である．
溶体化処理ホットスタンピングでは析出物が固溶しているため，温間ホットスタンピングと比較すると焼付きが生じにくいことが報告されている 24)．また，析出物と型材質の親和性が焼付きに及ぼす影響が指摘されている 30)．金型コーティングも種々コーティングが検討されており，DLC31)，
WC:C32)，CrWN33)などが検討されている．

図9

A7075 の溶体化ホットスタンピングにおける U 曲げ成形において生じた焼付き 29)より一部抜粋

本資料は塑性加工学会会報誌

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4.

おわりに
EV ではバッテリにより重量増加があり，安全性などの観点で，自動車の構造が変わることが考えられる．熱処理型 Al 合金のホットスタンピングは，特に海外で注目されており，研究報告が増加している．熱処理型 Al 合金の熱処理は複雑であり，その理解が重要となる．また，材料製造から製品までの全体の加熱履歴を踏まえた検討が重要になる．7075 合金は強度が高いものの応力腐食割れ感
受性が高いため，その問題の解決が必要となる．管材は加熱効率の高い通電加熱が利用しやすく，Al
合金は加熱温度が低いため，鋼板のホットスタンピングに比べ製造時の炭素排出を低減できる可能
性がある．
参考文献
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6)
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10) Polak, S., Kaczyński, P., Gronostajski, Z., Jaskiewicz, K., Krawczyk, J., Skwarski, M., Zwierzchowski, M.
and Chorzępa, W.,: Procedia Eng., 207 (2017), 2399–2404.
11) 前野智美・齋藤拓己・飛田夏葵・森謙一郎・谷口俊哉：平成 30 年度塑性加工春季講演会講演論
文集，(2018)，25–26．
12) 前野智美・飛田夏葵・齋藤拓己・森謙一郎・谷口俊哉：第 69 回塑性加工連合講演会講演論文集，(2018)，163–164．
13) Kumar, M., Ross, N. G.,: J. Mater. Process. Tecnol., 231 (2016), 189–198.
14) Hua, L., Zhang, W., Ma, H. and Hu, Z.: Int. J. Mach. Tools Manuf. 169 (2021), 103799
15) ASM International Handbook Committee: ASM Handbook Vol. 4 -Heat Treating-,10th ed., (1991), 851–
855.
16) Xiao, W., Wang, B., Zheng, K., Zhou, J. and Lin, J.: Arch. Civ. Mech. Eng., 18-3 (2018), 723–730.
17) Xiao, W., Zheng, K., Wang, B. and Yang, X.: Archiv. Civ. Mech. Eng., 20-3 (2020), 93.
18) Liu, X., Fakir, O.E., Zheng, Y., Gharbi, M.M. and Wang, L.: Int. J. Heat Mass Transf., 137 (2019), 74–83.
19) Omer, K., Abolhasani, A., Kim, S., Nikdejad, T., Butcher, C., Wells, M., Esmaeili, S. and Worswick, M.: J.
Mater. Process. Technol., 257 (2018), 170–179.
20) Wang, L., Strangwood, M., Balint, D., Lin, J. and Dean, T.A.: Mater. Sci. Eng. A, 528-6 (2011), 2648–2656.
21) Zhu, L., Liu, Z. and Zhang, Z.: Int. J. Adv. Manuf. Technol., 103 (2019), 4739–4746.
22) Geng, H., Wang, Y., Wang, Z., Zhang, Y.: Metals., 9-12 (2019), 1341.
23) Ghiotti, A., Bruschi, S., Medea, F.: Wear, 376–377 A (2017) 484–495,24) Ghiotti, A., Simonetto, E. and Bruschi, S.: Wear, 426–427 A(2019), 348–356.
25) Liu, Y., Zhu, B., Wang, K., Li, S. and Zhang, Y.: Tribol. Int., 151 (2020), 106504.
26) Wang, L., He, Y., Zhou, J., Duszczyk, J.: Tribol. Int., 43- 1–2 (2010), 299–306.
27) Liu, Y., Zhu, Z., Wang, Z. Zhu1, B., Wang Y. and Zhang, Y.: Int. J. Adv. Manuf. Technol., 96 (2018), 4063–
4083.
28) Huttunen-Saarivirta, E., Kilpi, L., Hakala, T.J., Metsäjoki, J. and Ronkainen, H.,: Tribol. Int., 119 (2018),
本資料は塑性加工学会会報誌

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567–584.
29) Li, X., Yan, X., Zhang, Z., Ren, M., Jia, H.: Metals, 11-7 (2021), 1111.
30) Muro, M., Aseguinolaza, I. and Artola, G.: J. Manuf. Mater. Proc., 5-1 (2021), 15.
31) 松本健慈・沢畑直紀・向井智徳・柳田明・小豆島明：第 69 回塑性加工連合講演会講演論文集，(2018)，167 –168．
32) Dong, Y., Zheng, K., Fernandez, J., Li, X., Dong, H. and Lin, J.: J. Mater. Process. Technol., 240 (2017),
190–199.
33) Noder, J., George, R., Butcher, C., and Worswick, M.J.: J. Mater. Process. Technol., 293 (2021), 117066.

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第 2 回ホットスタンピング研究部会
ホットスタンピング研究部会延期分
令和元年度
第２回
横浜国立大学（2022 年3月 4 日オンライン開催)

前野智美

A7075 アルミニウム合金の後人工時効レスホットスタンピングにおける加熱条件が硬さと成形性に及ぼす影響機塑正

前野 智美（横浜国大）
塑学※齋藤 拓己（横浜国大・院）
飛田 夏葵（横浜国大・学） 機塑正
森 謙一郎（豊橋技科大）谷口 俊哉（ジーテクト）

1. はじめに熱処理型合金である A7075 アルミニウム合金は高比強度であるが，延性が低く切削による加工が主である．焼鈍しした板材の成形も考えられるが，成形後の溶体化熱処理は高コストであり自動車への適用は難しい．成形性と溶体化処理の問題を解決する熱処理型アルミニウム合金のホットスタンピングが開発され，検討されている 1)．この方法では，500°C 程度の溶体化処理温度に加熱した板材を成形するとともに，金型で急冷して溶体化処理を行っている．しかしながら，所定の強度を得る
ためには成形後の人工時効処理が必要である．また，加工温度が高いため，液体金属脆化の危険もある 2)．一方，溶体化処
理温度での成形も検討されており，加熱時間と強度に及ぼす影響が検討されている 3,4)．
本研究では接触加熱を採用し，成形後の人工時効を必要としない 7000 系アルミニウム合金のホットスタンピングを開発する
ために，材料強度に及ぼす加熱履歴の影響およびハット曲げ加工における形状凍結性ついて調査した．
2.

接触加熱を用いた後人工時効レスホットスタンピング
ホットスタンピング後の溶体化処理および人工時効処理を省略するために，接触加熱を用いた短時間加熱によるホットスタ
ンピングを図 1 の（b）に示す．人工時効硬化処理が施されている板材を素材に用いる．素材の析出硬化がなくならないように短時間で加熱を行いプレス成形する．成形中は昇温されているため延性が向上しており，プレス成形が可能となる．成形後に析出硬化が取れていなければ人工時効が省略できる．

直後においても硬さの低下はほとんど見られなかった．200℃
以上においては水冷直後の硬さは温度とともに低下した．時効後においては T = 200，250°C および 475°C の条件においてT6 相当の硬さが得られた．T = 475°C は溶体化処理が行われたためである．T = 300 - 400°C では人工時効後も T6 相当の硬さにはならなかった．T = 200℃においては時効前でも高い硬さが得られており，人工時効処理が省略できる．
A7075 – T6硬さ
200

120
80
時効前

0

150

350
450
550
昇温時間：約10 s
加熱温度 [℃]
図 2 A7075 – T6 合金において加熱温度が硬さに与える影響（th= 0s）250

T = 200℃において加熱保持時間が硬さに与える影響を図 3に示す．加熱時間が増加していくと硬さは徐々に低下している．
約 20s の加熱時間においては受入材に対して硬さの低下は
5 %以内となった．加熱時間および温度が保持される加熱から成形までの搬送時間は短い方が望ましい．
190

A7075 – T6 硬さ

成形・急冷

硬さ [HV5]

185
人工時効

溶体化処理
(a)アルミニウム合金のホットスタンピング
熱したプレート 試料
A7075 - T6

溶体化処理を行うアルミニウム合金のホットスタンピングと接触加熱を用いた後人工時効レスホットスタンピング

3. 接触加熱を用いた温度履歴が材料特性に与える影響
3.1. 接触加熱・水冷実験方法
本研究では厚さ 2mm の A7075-T6 材を検討した．加熱温度と加熱時間がホットスタンピング後の強度に及ぼす影響を調べるために，加熱・冷却のみを行った．20 × 20 × 2mm の試験片をホットプレートで T = 200 – 475°C に加熱し，th = 0 – 900s 保持
して水冷した．昇温時間がおよそ 10s になるようにホットプレー
トの温度を調整した．水冷直後，120℃で 24 時間の人工時効または，焼付け塗装に相当する 170℃，20 分保持の熱処理後の硬さおよび電気伝導率の測定を行った．
3.2. 接触加熱・水冷実験結果
図 2 に加熱温度 200 – 475℃における加熱が時効前後での硬さと電気伝導率に与える影響を示す．T = 200°C では，水冷

180
175
170
165
160

図3

1

10
100
保持時間 [s]1000

T = 200℃において加熱時間が硬さに与える影響

熱処理型アルミニウム合金の焼付け塗装によるベークハ
ードによって，人工時効処理を代えられるかを検証した．
図 4 に T = 200, 400, 475℃において水冷後の人工時効処理
または焼付け塗装が硬さに与える影響を示す．
200

A7075 – T6 硬さ
人工時効

150

硬さ [HV5]

接触加熱
成形・急冷
(b)接触加熱を用いた後人工時効レスホットスタンピング
図1

時効後

40

A7075 – T6, T4, O材
炉加熱

溶体化処理温度: 475 ℃

160
硬さ [HV5]

機塑正

100

焼付け塗装
170℃×20min
急速加熱
時効処理
120℃×24h

50
0

図4

焼付け塗装

200

400
475
加熱温度 [℃]T = 200 – 475℃において水冷後の人工時効処理または焼付け塗装が硬さに与える影響

平成30年度塑性加工春季講演会講演論文集

p.25-26 より

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令和元年度 第２回 ホットスタンピング研究部会
T = 200℃においては硬さの低下が小さく過時効はほとんど見られなかった．他の温度条件においては，焼付け塗装では硬さの上昇が小さいために人工時効処理が必要となることがわかった．
4.

A7075 - T6 硬さ200

硬さ [HV5]

160
120

測定位置

80
接触加熱 時効後
40
接触加熱 時効前

0150
図8

接触加熱を用いたハット曲げ成形の実験条件

5.

接触加熱を用いたハット曲げ成形
図 6 に 200℃における炉加熱および接触加熱による温度履歴を示す．炉加熱では 917s においても 200℃に達していないのに対し，接触加熱では 24s まで短縮されていた．

硬さ [HV5]

温度 [℃]

450

200℃

160

150

20 %低下

475℃

120
80
40

100

接触加熱

設定温度: 220℃

50
0

350
温度 [℃]

T = 200 - 475°C における成形後の加熱温度が時効前後の硬さに与える影響

200

917 s

24 s

250

図 9 に T = 200, 475°C における下死点保持時間が時効後硬さに与える影響を示す．475°C においては下死点保持なしの場合，T6 材と比較して硬さが約 20%低下し，4s 以上の下死点保持が必要である．一方で，200°C では，溶体化処理を行っておらず急冷は必要ないので，下死点保持は不要であり，クラン
クプレスが適用できる．

250
200

前野智美

の底部の板厚中心の硬さを測定した．T = 200°C においては水冷した場合と同様に成形直後でも高い硬さが得られており，人工時効処理が省略された．時効後の T = 200, 475°C においては T6 材相当の硬さが得られたが，250°C においては搬送時間が長かったために水冷した場合と比べて硬さが減少した．

接触加熱を用いたハット曲げ成形方法
図 5 に接触加熱を用いたハット曲げ成形に用いた金型詳細と実験条件を示す．試料には 150 × 20 × 2 mm の A7075 – T6を用いた．ホットプレートで T = 200 – 475°C まで加熱し，保持なしで金型へと 5s 程度で搬送し，成形した．板材を冷やすために
5s の下死点保持を行った．ホットプレートの温度は加熱温度に対して+ 20℃とし，熱電対を付けた試験片を加熱温度に達したら取り出した．また，板押え上に 2.5mm のスペーサーを配置し，試料のフランジ部はダイスと接触せずに成形される．

図5

横浜国立大学

0

炉加熱
図9

0

200

400
600
800
1000
時間 [s]
図 6 200℃における炉加熱および接触加熱による温度履歴

図 7 に冷間，T = 200, 400, 475°C におけるハット曲げ成形品を示す．冷間においては成形初期において割れが発生していたが，加熱することによって割れなく成形することができた．T =200°C においてはスプリングバックが見られ，T = 400, 475°C においては見られなかった．

0

1

2

3 4 5 6 7
下死点保持時間 [s]

8

9

10

T = 200, 475℃において下死点保持時間が時効後硬さに与
える影響

6.

おわりに
本研究では A7075 合金への人工時効処理を省略したホットスタンピングの適用を目的に，接触加熱を用いた短時間加熱によるホットスタンピングを開発した．加熱履歴が製品強度に及ぼす影響を調査し，ハット曲げにおいて成形性を検討した結果
以下の知見を得た．
••••

200°C 20s の加熱後の強度低下は受入れ材の 5％以内となった．
冷間で割れを生じるハット曲げにおいても，200°C において割れを生じることなく成形された．
ハット曲げにおいて，200°C ではスプリングバックが生じた．
下死点保持は不要であり，クランクプレスが適用できた．

本研究は JSPS 科研費 JP18K04772 の助成を受けたものです．

図7

冷間，T = 200, 400, 475°C におけるハット曲げ成形品

図 8 に T = 200 - 475°C における成形後の加熱温度が時効前後の硬さに与える影響を示す．加熱，成形後の時効前後で参考文献
1) Lin, J. et al. (2008) Process for Forming Metal Alloy Sheet
Components. Patent Application, WO2008059242 A2.
2) Wang, L. et al. (2011) Mater. Sci. Eng., A, 528, 2648 – 2656.
3) Maeno, T. et al. (2017) CIRP-Ann., 66, 269 – 272.
4) Sławomir Polak et al (2017) Procedia Eng., 207, 2399 – 2404.

平成30年度塑性加工春季講演会講演論文集

p.25-26 より

令和元年度 第 2 回 ホットスタンピング研究部会延期分（2022 年3月 4 日オンライン開催)

令和元年度 第２回 ホットスタンピング研究部会

横浜国立大学

前野智美

時効硬化された A7075 アルミニウム合金板の短時間加熱を用いた
後人工時効レスホットスタンピングによる V 曲げ成形
前野 智美（横浜国大） 塑学 ※飛田 夏葵（横浜国大・院） 塑学 齋藤 拓己（横浜国大・院）機塑正
森 謙一郎（豊橋技科大）軽塑正谷口 俊哉（ジーテクト）

1. はじめに熱処理型合金である A7075 アルミニウム合金は高比強度であるが，延性が低く切削による加工が主である．熱処理型アル
ミニウム合金のホットスタンピングが開発されているが，溶体化処理のための冷却管理や，液体金属脆性による成形性低下が指摘されている 1), 2)．一方，溶体化処理温度まで加熱しない成形も検討されている 3), 4)．通常，熱処理で硬化された熱処理型
アルミニウム合金は，加熱によって強度が低下するため，温間および熱間でプレス成形しない．しかしながら，加熱条件を限定することで強度低下を小さく抑える事が可能となる．著者らは，接触加熱を用いて A7075－T6 合金を 200 ℃に短時間で加熱してハット曲げしたところ，冷間で生じた割れは抑制され，成形後の強度低下も小さかった 5)．しかしながら，ハット曲げは変形が複雑であり，形状凍結性の評価が十分に行えていない．また，成形後の材質評価も硬さ評価に留まっている．
本研究では，V 曲げ加工において形状凍結性を調査した．
また，成形後の機械的特性を引張試験によって，析出状態の変化を示差走査熱量測定によって調査した．また，人工時効材に加えて自然時効材についても検討を行った．
2. 接触加熱を用いた V 曲げホットスタンピング方法
人工および自然時効した熱処理型アルミニウム合金の接触加熱を用いたホットスタンピングを図 1 に示す．人工および自然時効された板材を素材に用い，接触加熱を用いて短時間で加熱を行いプレス成形する．短時間加熱のため，人工時効材
では強度低下が抑制され，自然時効材では成形後の溶体化処理なしに人工時効での強度向上が可能となる．成形中は昇温により延性が向上しており，プレス成形が可能となる．人工時
効材においては，成形後の人工時効を省略し，自然時効材においては，プレス成形後に人工時効を行う．自然時効材では人工時効が必要となるが，さらなる成形性の向上が期待できる．
A7075-T6

ホットプレート

T6：人工時効なし

自然時効材
接触加熱

プレス成形
自然時効材：人工時効

図 1 人工および自然時効した熱処理型アルミニウム合金の接触加熱を用いたホットスタンピング

図 2 に接触加熱を用いた V 曲げに用いた金型詳細と実験条件を示す．試験片には 150 × 20 × 2 mm の A7075 – T6 受入
材（以降 T6 材）および 475 °C-1 h 加熱，0 °C 水冷で溶体化処
理後，2 週間自然時効した材料を用いた．通常 A7075 合金では自然時効での硬さが長期間安定しないため T4 処理は規定されていないが，ここでは，2 週間自然時効材を T4 材と呼称す
る．加熱にはホットプレートを用い，昇温時間を短くするためにホットプレートの温度は加熱温度に対して+ 20 ℃とした．熱電対を付けた温度測定用の試験片が加熱温度 T に達したら,成形用の試験片を 5 s で搬送し，V 曲げを行った．曲げ半径の異なるパンチでダイスを共用するためにダイスの曲げ底部はウ
レタンゴムとした．
3. 接触加熱を用いた温度履歴が材料特性に与える影響
V 曲げを行う前に，変形なしの条件において加熱が時効前後の硬さに与える影響について調査した．20 × 20 × 2 mm の試
験片をホットプレートで T = 100 -475°C に加熱し，加熱温度 Tに到達後すぐに水冷した．ホットプレートの温度は昇温時間がおよそ 10 – 15s になるように調整した．水冷直後および 120℃24h の人工時効後の硬さを測定した．
図 3 に A7075–T6, T4 合金において短時間加熱直後および人工時効後の硬さを示す．T6 材において T = 200 °C 以下では，時効前の硬さの低下はほとんど無く，人工時効が省略できる．一方，T4 材においては T = 130 ℃以上では硬さ徐々に減少するが，T = 130 - 200℃では，人工時効後の硬さが T6 材相
当であり，溶体化処理が省略できる．
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
50

硬さ [HV5]機塑正

T6 受入材

2週時効材

T4時効前
T4時効後
T6時効前
T6時効後

昇温時間：10-15s

100 150 200 250 300 350 400 450 500
加熱温度 T [°C]
図 3 A7075-T6, T4 合金における短時間加熱直後および人工時効後の硬さ．

4. V 曲げ結果
図 4 にパンチ先端半径 2 mm における T6 材の V 曲げ後の曲げ外側を示す．冷間では割れが生じた．T = 200, 475 °C
では割れは生じなかった．しかしながら 200 °C においては
表面が梨地状になっており，ほぼ限界と見られる．従って，人工時効処理が省略できる T6 材のホットスタンピングにおける板内の最小曲げ半径は，1t (t: 板厚)と程度となる．

図 4 パンチ先端半径 2 mm における T6 材の V 曲げ後の曲げ部

図 2 接触加熱を用いた V 曲げ金型詳細と成形条件

図 5 に加熱温度がスプリングバックに及ぼす影響を示す．T6
材においては T = 200 °C において冷間に対して 6 割程度スプ
リングバックが減少した．また，下死点保持なしではスプリング

第69回塑性加工連合講演会講演論文集

p.163-164 より

令和元年度 第 2 回 ホットスタンピング研究部会延期分（2022 年3月 4 日オンライン開催)

令和元年度 第２回 ホットスタンピング研究部会 横浜国立大学

300

T6-時効前
T4-時効前残留応力 [MPa]250

T6-保持なし

150
100
50
0

ゼロ点範囲（±25MPa）

0

受入材
接触加熱
炉加熱10min

100

150

200

250

300 350
温度 [°C]

400

450

500

図 8 T6 受入れ材および T=200°C の接触加熱と炉加熱で成形後の材料から得られた DSC 曲線

T4-時効後200

T6 材の冷間および T=200,250°C 成形後の引張試験結果

図7

発熱反応

図 6 に加熱温度が残留応力に及ぼす影響を示す．X 線残留応力測定装置（パルステック，μ-X360s）を用いて曲げ外側表面の試験片長手方向に沿う残留応力について引張りを正として測定した．加熱温度の上昇とともに残留応力は減少し，T =475°C では測定器ゼロ点範囲となった．T = 200 °C においては
T6，T4 材ともに冷間に対して 4 割程度減少した．また，T4 材では人工時効後に時効前の半分程度となり，残留応力としては小さい値となった．下死点保持なしでは，金型拘束なしに冷却されるため，不均一な熱変形を生じにくく，またその間も自由に変形できるため，残留応力は低下したと考えられる．

吸熱反応

図 5 加熱温度がスプリングバックに及ぼす影響（パンチ先端半
径 9mm）が生じたため，炉で 10 分加熱して成形した結果とも比較した．
図 8 に T6 受入れ材，接触加熱および 10min の炉加熱によるT = 200°C での成形後の試験片の DSC 実験の結果を示す．
T=200°C の急速加熱材は T6 受入れ材とほとんど同じ履歴をたどっており，析出効果の状態にほとんど変化がないことが分かる．一方，炉加熱 10min の結果は受入れ材に対して曲線が大きく変化しており，過時効状態の可能性がある．

熱流束

バックが少し大きくなった．保持時間は短いが，わずかなクリー
プ変形によるスプリングバック低減も得られていると考えられる．
一方，T4 材では T = 160 °C 以上でほとんどスプリングバックを生じなくなった．T4 において時効前後での変化はほとんどなく，プレス後の人工時効が形状凍結に及ぼす影響はほとんどない．

前野智美

100

200
300
400
500
加熱温度 T [°C]
図 6 加熱温度が V 曲げ後の成形品の残留応力に及ぼす影響（パンチ先端半径 9mm）

5. T6 材の短時間加熱ホットスタンピング後の機械的特性
および時効硬化状態の変化
図 7 に T6 材の冷間および T=200,250°C 成形後の引張試
験結果を示す．T=200°C においては冷間成形に対して引張強さおよび降伏応力が 6%とわずかに低下した．全伸びはほとん
ど変化しなかった．一方，T = 250 °C では，強度の低下も確認できるが，伸びの低下が顕著となった．
T6 材のホットスタンピングではホットスタンピングでの強度低下を防ぎ，人工時効を省略する．したがって，成形前の加熱でブランク材の時効状態が変化しないことが望ましい．そこで成形前後の析出効果状態の変化について示差走査熱量測定（Differential scanning calorimetry: DSC）によって調査した．成形後の材料を基準物質である純アルミニウムと一緒に加熱して基準物質との温度差から析出物の溶解や析出反応の様子から析出状態を捉えることが出来る．既報 5)において，短時間加熱
では強度低下が生じなかったのに対して炉加熱では強度低下

6. おわりに本研究では，A7075 合金の短時間加熱を用いたホットスタン
ピングの V 曲げにおいて形状凍結性を調査した．また，成形後の機械的特性および析出状態の変化を示差走査熱量測定によって調査した．また，人工時効材に加えて自然時効材についても検討を行った．その結果，以下の知見を得た．
• T6 材 T = 200 °C の V 曲げにおいて，冷間と比べてスプリ
ングバックが 6 割程度減少した．この際人工時効は省略が可能である．
• T6 材 T = 200 °C の接触加熱では，受け入れ材に対して析
出効果状態にほとんど変化は生じず，機械的強度の変化もほとんど生じなかった．
• T4 材 T = 200 °C の V 曲げにおいて，スプリングバックはほとんど生じなく，残留応力も小さい値となった．また，ホットス
タンピング後の溶体化処理は必要なく，人工時効を施せばT6 材相当の強度が得られる．
本研究は JSPS 科研費 JP18K04772 の助成を受けたものです．
また，残留応力測定機を貸与くださいましたパルステック工業(株)に感謝いたします．
参考文献
1) Lin, J. et al. (2008) Process for Forming Metal Alloy Sheet
Components. Patent Application, WO2008059242 A2.
2) Wang, L. et al. (2011) Mater. Sci. Eng., A, 528, 2648 – 2656.
3) Maeno, T. et al. (2017) CIRP-Ann., 66, 269 – 272.
4) Sławomir Polak et al (2017) Procedia Eng., 207, 2399 – 2404.
5) 前野ら：平 30 塑加春講論，25 – 26．

第69回塑性加工連合講演会講演論文集

p.163-164 より

令和元年度 第 2 回 ホットスタンピング研究部会延期分（2022 年3月 4 日オンライン開催)

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