JP3749687B2 - 曲げ加工用アルミニウム合金板及びパネル構造体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲げ加工性(特にフラットヘム加工性)に優れたAl−Mg系又はAl−Mg−Si系アルミニウム合金板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、地球環境に対する意識の高まりを背景に、燃費向上を目的として自動車の軽量化の要求が高まってきており、例えば、自動車のボディパネル材についても鋼板などの従来の鉄鋼材料に代わってアルミニウム合金材の適用が検討されてきている。
【0003】
特に、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パネル構造体に使用されるアウタパネル(外板)やインナパネル(内板)等のパネルには、前記アルミニウム合金材の中でも薄肉でありかつ高強度なAlパネル材、例えば、Al−Mg系合金板(JIS5000シリーズなど)やAl−Mg−Si系合金板(JIS6000シリーズなど)などの使用が検討されている。
【0004】
前記JIS5000系Al合金材は、基本的にはMgを強度向上やプレス成形性のための必須元素として含有する合金であり、特にプレス成形性に優れているためこれまでも自動車のパネル構造体のアウタパネルやインナパネルに主に用いられている。
【0005】
また前記JIS6000系Al合金材は、基本的にはSi及びMgを必須元素として含有する合金であり、特に優れた時効硬化能を有しているため、プレス成形や曲げ加工時には低耐力化によって成形性を確保するとともに、成形後には焼付塗装処理などの加熱によって人工時効硬化して耐力が向上し、必要な強度を確保できる利点がある。また、前記JIS6000系Al合金材は、Mgなどの合金元素量が多いJIS5000系Al合金材などに比べて、合金元素量が比較的少ない。このためJIS6000系Al合金材は、そのスクラップをAl合金溶解材(溶解原料)として再利用する際に、元のJIS6000系Al合金鋳塊を得るのが容易であり、リサイクル性にも優れている。
【0006】
一方、前記自動車のパネル構造体などは、Al合金板を用いて以下のように製造される。すなわちAl合金板を張出成形や絞り成形などのプレス成形し、不要な部分をトリミングすることによって、アウタパネルやインナパネルを製造している。そしてアウタパネルの縁を折り曲げることによって(180度折り返すことによって)、インナパネルの縁と接合することによりパネル構造体を製造する。このような製造を行う場合、アウタパネルの縁はフラットヘミング(フラットヘム)加工と呼ばれる厳しい曲げ加工を行う必要があり、またインナパネルを製造する場合には深絞り成形などの厳しいプレス成形を行う場合がある。このようなパネル構造体に前記Al−Mg系合金やAl−Mg−Si系合金を適用する場合、厳しい加工(フラットヘミング加工などの曲げ加工、張出加工、深絞り加工などのプレス加工)を行っても表面に割れ等の欠陥が発生しないことが特に重要である。
【0007】
例えば、張出加工性や深絞加工性に優れたAl−Mg−Si系合金板として、特開2001−131670号公報には、Mg:0.1〜3.0%、Si:0.1〜2.5%及び残部Alを本質的成分としてなり、結晶粒界方位差が20°以下の粒界頻度が20%以下とされた(すなわち各結晶粒の方位を不揃いとした)アルミニウム合金板が開示されている。そしてこの公報には、「方位差の小さい粒界を挟んだ複数の結晶粒の集合体は一つの結晶粒と同じ働きをする。つまり、実際の結晶粒よりもサイズが大きい結晶粒としてふるまう。従って、方位差が小さい粒界の頻度が大きいと、粗大粒の割合が増加することと同等になり、プレス成形性の劣化をもたらす」と記載されている。
【0008】
しかしフラットヘミング加工などの曲げ加工性に優れたAl−Mg系合金板やAl−Mg−Si系合金板については現在のところ知られていない。特に、近年、フラットヘミング加工させる縁部の形状(デザイン)の複雑化に伴い、益々フラットヘミング加工が難しくなってきているが、このようなフラットヘミング加工に優れたAl−Mg系合金板やAl−Mg−Si系合金板については現在のところ知られていない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち前記特開2001−141670号公報によれば、各結晶の方位を不揃いとした方が、結晶粒の大きさを実質的に小さくすることができるため、加工性がよくなるといえる。ところが本件発明者らの検討によれば、前記特開2001−141670号公報に記載のAl−Mg−Si合金板を用いても、曲げ加工を行う場合にはさらなる加工性の向上が求められることが判明した。
【0010】
なお単に曲げ加工性(特にフラットヘミング加工性)を高めることだけを目的とするのであれば、例えば、Al合金板の粒界析出物を規制したり、Al合金板の耐力自体を下げたりすることが考えられる。しかし、フラットヘミングの加工条件が厳しくなってきていることを考慮すると、粒界析出物の規制や耐力の低下などによっては必ずしも対応しきれない場合が生じる。さらには、フラットヘミング加工性を改善できても、他の要求特性が低下する場合がある。例えば、フラットヘミング加工性を改善するためにAl合金板の耐力を下げた場合、プレス成形性が低下したり、低温での人工時効硬化能が低下して耐デント性が不足したりする。
【0011】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、前記粒界析出物の規制や耐力の低下などを主たる解決手段としないでも、曲げ加工性(特に、フラットヘミング加工性)に優れたアルミニウム合金板を提供することにある。例えば、Al−Mg系合金板に関して云えば、耐力を高めるためのMg量を抑制しないでも、曲げ加工性(特に、フラットヘミング加工性)に優れたアルミニウム合金板を提供することにある。またAl−Mg−Si系合金板に関して云えば、人工時効硬化能を維持させながら、曲げ加工性(特に、フラットヘミング加工性)に優れたアルミニウム合金板を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記課題を解決するため、まずAl−Mg系合金板やAl−Mg−Si系合金板を使用することとした。Al−Mg系合金板を使用するのは、Mgによって高い耐力を有しているからであり、この耐力を維持しながらも曲げ加工性を高めることが望まれるからである。またAl−Mg−Si系合金板を使用するのは、この合金板は溶体化処理後に適切な温度で放置すると、GPゾーンと称されるMg2Si組織の集合体(クラスター)や、この集合体がさらに発達した中間相を生成して人工時効硬化する性質を有しているためであり、この人工時効硬化能を維持しながらも曲げ加工性を高めることが望まれるからである。そしてこれらAl−Mg系合金板やAl−Mg−Si系合金板の曲げ加工性(特に、フラットヘミング加工性)を向上させるべく、種々検討を行った。
【0013】
その結果、前記特開2001−131670号公報の教示とは異なり、曲げ加工する場合には、結晶方位が揃っている方が加工性がよくなることを見出した。より詳細に説明すると、前記特開2001−131670号公報が対象としている加工は、張り出し成形や深絞り成形などである。張り出し成形性においては、応力−歪み曲線において応力が最大となるまでの伸び(一様伸び)が重要であり、深絞り成形性においては、応力−歪み曲線において応力の最大値(引張強さ)が重要である。そして張り出し成形や深絞り成形では、結晶方位が不揃いである程、加工に際して粒界への転位の蓄積が増大するために加工硬化し易くなり、前記一様伸びや引張強さが向上する結果、加工性が向上するものと考えられる。すなわち特開2001−131670号公報が記載している「結晶方位が不揃いであるほど実質的な結晶サイズが小さくなる」という現象は、応力−歪み曲線において応力が最大とならない範囲で歪みが加わる場合に見られることをつきとめた。
【0014】
これに対して、曲げ加工(特にフラットヘミング加工などの厳しい曲げ加工)においては、応力−歪み曲線において応力が最大となる範囲を超えて歪みが加わる場合がある。このような強い歪みが加わる曲げ加工では、局部伸びが重要となってくる。そして局部伸びが重要となる加工においては、前記特開2001−131670号公報の教示とは異なり、むしろ結晶方位が揃っている方が加工性がよくなることを突き止めた。
【0015】
前記結晶の方位の統一性は、全ての結晶粒間の粒界の長さの合計に対する、方位差が20°以下となる結晶粒間の粒界の長さの合計の割合(以下、小方位差粒界の頻度と称する場合がある)によって評価できるため、この小方位差粒界の頻度とフラットヘミング加工性との関係を図面に基づいて以下説明する。図1は、フラットヘミング加工性の劣るAl合金板(後述の実験No.27に相当)について、その表面の電子顕微鏡写真を画像解析した図[Scanning Electron Microscopy−Electron Back Scatterd Pattern(SEM−EBSP)法による]であり、図2はフラットヘミング加工性が良好なAl合金板(後述の実験No.2に相当)について、その表面の電子顕微鏡写真を画像解析した図(SEM−EBSP法による)である。図1〜図2において、図中の太線は方位差が20°以下となる粒界を示しており、細線は方位差が20°超となる粒界を示している。そしてフラットヘミング加工性が劣る図1では、太線(方位差が20°以下の粒界)の割合(小方位差粒界の頻度)が少ないのに対して、フラットヘミング加工性が優れる図2では太線の割合(小方位差粒界の頻度)が多くなっている。
【0016】
小方位差の粒界頻度が大きい程(結晶の方位が揃っている程)、フラットヘミング加工性が優れるのは、以下の理由によるものと推定される。すなわちフラットヘミング加工のように大きな歪みが加えられる成形においては、粒界に転位が蓄積し易くなり、応力集中や歪み集中によって粒界に空隙が生じて割れの起点になり易いと考えられる。そして小方位差の粒界頻度を大きくすると(結晶の方位を揃えると)、粒界への転位の蓄積を防止できるため、応力集中等に帰因する割れの発生を抑制できるためと考えられる。
【0017】
従って前記課題を達成することのできた本発明に係る曲げ加工用アルミニウム合金板は、Al−Mg系又はAl−Mg−Si系合金板であって、全ての結晶粒界の長さの合計に対する、方位差が20°以下となる結晶間の粒界の長さの合計の割合(小方位差粒界の頻度)が、20%を超える点に要旨を有するものである。前記Al合金板のうちAl−Mg系合金板は、例えば、Mg:2〜7%(質量%を示す。以下、同じ)を含有している。また前記Al合金板のうちAl−Mg−Si系合金板は、例えば、Mg:0.1〜3%、及びSi:0.1〜2.5%を含有している。また前記Al合金板(Al−Mg系合金板及びAl−Mg−Si合金板)は、残部がAl及び不可避的不純物であってもよく、Fe:1.5%以下(0%を含まない)、Mn:1%以下(0%を含まない)、Cr:0.5%以下(0%を含まない)、Zr:0.5%以下(0%を含まない)、及びTi:0.2%以下(0%を含まない)から選択された少なくとも一種を含有していてもよく、Cu:1%以下(0%を含まない)及びZn:1.5%以下(0%を含まない)から選択された少なくとも一種を含有していてもよい。
【0018】
本発明のAl合金板は、曲げ加工、特に折り曲げ加工(例えば、曲げ半径1mm以下、曲げ角度150°以上の曲げ加工)に用いるのに極めて有用である。
【0019】
前記Al合金板(又はその成形体)を用いれば、パネル構造体、例えば、前記Al合金板(又はその成形体)を一対有しており、一方のAl合金板(又はその成形体)の縁部が折り曲げられており、この折り曲げ部に他方のAl合金板(又はその成形体)の縁部が挟み込まれていることを特徴とするパネル構造体を有利に製造できる。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明の曲げ加工用アルミニウム合金板は、Al−Mg系合金板又はAl−Mg−Si系合金板である。
【0021】
前記Al−Mg系合金板は、固溶強化によって強度や成形性を高めるためのMgを含有している点に特徴を有する合金板であり、特にプレス成形性に優れている。この様なAl−Mg系合金板中のMgの割合は、Mgは2%以上、好ましくは2.5%以上、さらに好ましくは3%以上(なお前記%は質量%を意味する。以下、同じ)である。なおMgの含有量が多すぎると熱間加工性が劣化し、製造が困難になることがあるため、Mgの含有量は、例えば、7%以下、好ましくは6%以下、さらに好ましくは5.5%以下とするのが望ましい。
【0022】
一方、前記Al−Mg−Si系合金板は、溶体化処理後に適切な温度に維持すると、GPゾーンと称されるMg2Si組織の集合体(クラスター)や、この集合体がさらに発達した中間相を生成して人工時効硬化する点に重要な特徴を有している。このような合金板を用いると、アルミニウム合金板の耐力(時効硬化後の耐力)を高く維持することができ、有利である。なお好ましいAl−Mg−Si系合金板は、時効硬化性の他に、耐食性、溶接性、及び/又はリサイクル性などにも優れた鋼板が含まれる。
【0023】
前記Al−Mg−Si系合金板中のSi及びMgの割合は、Mgは0.1%以上(好ましくは0.3%以上、さらに好ましくは0.4%以上)、3%以下(好ましくは2%以下、さらに好ましくは1.5%以下)であり、Siは0.1%以上(好ましくは0.3%以上、さらに好ましくは0.4%以上)、2.5%以下(好ましくは1.5%以下、さらに好ましくは1.2%以下)である。なおSiとMgとの質量比(Si/Mg)は、例えば、1.0以上(好ましくは1.5以上)、10以下(好ましくは6以下)程度であることが多い。
【0024】
前記Al合金板(Al−Mg系合金板、Al−Mg−Si系合金板)は、必須添加元素(Al−Mg系合金板の場合は、Mg。Al−Mg−Si系合金板の場合は、Mg及びSi)を含有し、残部はAlが本質的成分である限り(例えば、残部のうち80質量%以上、好ましくは85質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上がAlである限り)、他の元素は特に限定されない。すなわち残部はAl及び不可避的不純物であってもよい。残部中のAl純度が高いほど、本発明のAl合金板の使用後のリサイクル性を高めることができる。また前記残部には、必要に応じて種々の他の元素、例えば、結晶粒の微細化元素(Fe、Mn、Cr、Zr、Ti、Vなど)、鋳塊組織の微細化元素(Bなど)、時効硬化速度向上元素(Cu、Znなど)などが含まれていてもよい。これら他の元素は単独で含有していてもよく、2種以上組み合わせて含有していてもよい。好ましい他の元素は、Fe、Mn、Cr、Zr、Ti、Cu、Znなどである。以下、前記好ましい他の元素に関してより詳細に説明する。
【0025】
Fe:Feは、スクラップ材に多量に含まれる元素であり、低コスト化のためにはFeを含有させるのが望ましい。このFeは、Fe系晶析出物[例えば、α−AlFeSi、β−AlFeSi、Al6Fe、Al6(Fe,Mn)、Al12(Fe,Mn)3Cu12、Al7Cu2Feなど]を形成して結晶粒を微細化できるため、曲げ加工性を高めることができる。Feを添加する場合、その含有量(Al合金板中の含有量。以下、同じ)の下限は特に限定されず、0%とならない限りは0%に極めて近い値であってもよいが、好ましくは0.05%以上、さらに好ましくは0.1%以上である。なおFe含有量が大きすぎると、粗大な晶出物が形成され、曲げ加工性が却って劣化する。従ってFe含有量は、例えば、1.5%以下、好ましくは0.6%以下、さらに好ましくは0.4%以下である。
【0026】
Mn、Cr、Zr、Ti:これらの元素は、結晶粒の微細化に有用であり、曲げ加工性を向上できる。ただし含有量が大きすぎると、粗大な化合物を形成し、破壊の起点となり、曲げ加工性が却って劣化する。前記各元素を含有させる場合、その含有量は、例えば、以下のとおりである。
【0027】
Mn:0%とならない限りは0%に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、0.02%以上(好ましくは0.06%以上)、1%以下(好ましくは0.5%以下)程度
Cr:0%とならない限りは0%に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、0.01%以上(好ましくは0.05%以上)、0.5%以下(好ましくは0.3%以下、さらに好ましくは0.2%以下)程度
Zr:0%とならない限りは0%に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、0.01%以上(好ましくは0.05%以上)、0.5%以下(好ましくは0.3%以下、さらに好ましくは0.2%以下)程度
Ti:0%とならない限りは0%に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、0.01%以上(好ましくは0.02%以上)、0.2%以下(好ましくは0.1%以下、さらに好ましくは0.05%以下)程度。
【0028】
Cu、Zn:これらの元素は、時効硬化速度を向上させるのに有用である。ただし含有量が大きすぎると、粗大な化合物を形成して曲げ加工性が劣化する。またCu含有量が大きすぎると耐食性も劣化する。前記各元素を含有させる場合、その含有量は、例えば、以下のとおりである。
【0029】
Cu:0%とならない限りは0%に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、0.1%以上(好ましくは0.2%以上)、1%以下(好ましくは0.6%以下)程度
Zn:0%とならない限りは0%に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、0.1%以上(好ましくは0.2%以上)、1.5%以下(好ましくは1.0%以下、さらに好ましくは0.6%以下)程度。
【0030】
そして本発明のAl合金板(Al−Mg系合金板、Al−Mg−Si系合金板)は、各結晶の方位が揃っている点に、すなわち20°以下の小方位差粒界の頻度が大きい点に特徴を有している。各結晶の方位を揃えると、大きな歪みが加えられる成形を行っても、粒界への転位の蓄積を防止でき、応力集中等に帰因する割れの発生を抑制できるためか、加工性を高めることができる。
【0031】
本発明では前記小方位差粒界の頻度(全ての結晶粒間の粒界の長さの合計に対する、方位差が20°以下となる結晶粒間の粒界の長さの合計の割合)は、20%を超えており、好ましくは25%以上、さらに好ましくは30%以上、特に35%以上である。なお小方位差粒界の頻度は理論的には100%であってもよいが、100%とするのは技術的に困難な場合があるため、通常、90%以下である。
【0032】
前記小方位差粒界の頻度は、電子顕微鏡写真を画像解析することによって求めることができる。図3は画像解析図の一例を示す部分拡大図であり、この図面に基づいて粒界頻度の測定方法を説明する。前記画像解析においては、先ず粒界を決定することが必要である。そこで2次元観察した結晶組織において結晶の方位を測定し、方位差が5°以上となる結晶間の境界を粒界とする。すなわち方位差が5°未満の結晶同士は、実質的に一つの結晶であるとみなし、本測定において一つの結晶粒とは5°以上の方位差を有する粒界で囲まれた組織を意味する。そして2次元で観察された組織において、粒界3重点(3つの粒界が結合する点)Xと粒界3重点Xとを結ぶ境界線(粒界)を、一つの特定の方位差を有する粒界と見なす。
【0033】
また前記2次元観察(画像解析)は板の平面方向(視野:1mm×1mm以上)に対して行うものとし、板の表面から厚み方向に向かって板の中心まで約0.25mm間隔で観察する。また各箇所において、1視野以上の観察を行い、それぞれの観察に対して画像解析をする。そして全ての画像における小方位差粒界の頻度の測定値を平均することによって、Al合金板の粒界頻度を求める。なお視野の広さ及び視野の個数は、多いほど正確性が高まるが、少なくとも前記広さ及び個数で行うものとする。
【0034】
前記粒界頻度の測定に際しては、通常、SEM−EBSP(ScanningElectron Microscopy−Electron Back Scatterd Pattern)法を利用するが、同等の結果が得られる限り必要に応じて他の測定方法、例えば、透過電子顕微鏡での電子線回折法を用いて結晶粒の方位差を求めてもよく、化学腐食によるエッチピット法、SEM−ECP(Scanning Electron Microscopy−Electron Channeling Pattern)法などを利用してもよい。
【0035】
本発明のAl合金板において、平均結晶粒径は特に限定されないが、例えば、45μm未満、好ましくは35μm未満、さらに好ましくは30μm未満である。平均結晶粒径が小さいほど、Al合金板の曲げ加工性を高めることができる。
【0036】
本発明のAl合金板の厚みは、例えば、0.5〜1.5mm程度、好ましくは0.7〜1.0mm程度である。
【0037】
本発明のAl合金板は、従来のJIS5000系及びJIS6000系Al合金板の製造プロセス[鋳造、均質化熱処理、熱間圧延、荒鈍(組織調製の為の焼鈍。中間焼鈍と称される場合もある)、冷間圧延からなる製造プロセス、又は前記各ステップのうち一つ以上のステップを省略した製造プロセス。なおさらに最終ステップとして溶体化処理を行ってもよい]を適宜改善することによって製造できる。すなわち得られる組織は、化学組成や各行程の設定条件に応じて異なるため、一連の工程として総合的に条件を選択して目的とする組織を得ればよい。
【0038】
従来の製造プロセスを適宜改善する場合、小方位差粒界の頻度と製造条件との間、また結晶粒径と製造条件との間には下記の関係があるため、この関係を参考にして製造条件を設定すればよい。
【0039】
1)熱間圧延条件との関係:熱間圧延(特に熱間圧延中の仕上げ圧延)の圧下率を小さくするほうが小方位差粒界の頻度を大きくできる
2)冷間圧延との関係:▲1▼荒鈍を行う場合には、圧下率が小さいほうが小方位差粒界の頻度を大きくできる。一方、荒鈍を行わない場合には、圧下率が大きいほうが小方位差粒界の頻度を大きくできる。
【0040】
さらに本発明では、前記従来の製造プロセスにおいて新たなステップを追加するのが望ましい。新たなステップを追加すればより簡便に小方位差粒界の頻度を大きくでき、また結晶粒径を小さくできる。例えば、前記冷間圧延を第1冷間圧延及び仕上冷間圧延の2つに区切り、途中に焼鈍(以下、冷延間焼鈍と称する)を追加するのが望ましく、また前記冷間圧延(若しくは仕上冷間圧延)の後に最終焼鈍を追加するのが望ましい。これら冷延間焼鈍や最終焼鈍は、いずれか一方のみを追加してもよく、両方を追加してもよい。
【0041】
冷延間焼鈍及び/又は最終焼鈍を追加する場合、小方位差粒界の頻度と製造条件との間、また結晶粒径と製造条件との間には下記の関係があるため、この関係を参考にして製造条件を設定することができる。
【0042】
1)熱間圧延条件との関係:冷延間焼鈍を追加する場合、熱間圧延条件は小方位差粒界の頻度に大きな影響を及ぼさないため、任意に設定できる。
【0043】
2)第1冷間圧延との関係:第1冷間圧延の圧下率が大きいほど、小方位差粒界の頻度を大きくでき、また結晶粒径を小さくできる。第1冷間圧延の圧下率は、他の圧延の役割をも考慮して適宜設定できるが、前記粒界頻度や結晶粒径を重視する場合、例えば、70%以上、好ましくは80%以上の範囲に設定するのが望ましい。
【0044】
3)冷延間焼鈍との関係:冷延間焼鈍の焼鈍温度が低いほど、小方位差粒界の頻度を大きくでき、また結晶粒径を小さくできる。冷延間焼鈍の温度は、他の焼鈍の役割をも考慮して適宜設定できるが、前記粒界頻度や結晶粒径を重視する場合、例えば、150〜250℃程度、好ましくは200〜235℃程度の範囲に設定するのが望ましい。
【0045】
4)仕上冷間圧延との関係:仕上冷間圧延の圧下率が小さいほど、小方位差粒界の頻度を大きくできる。仕上冷間圧延の圧下率は、他の圧延の役割をも考慮して適宜設定できるが、前記粒界頻度を重視する場合、例えば、5〜35%程度、好ましくは10〜25%程度の範囲に設定するのが望ましい。
【0046】
5)最終焼鈍との関係:最終焼鈍の昇温速度が遅いほど、また焼鈍温度が高いほど、小方位差粒界の頻度を大きくできる。小方位差粒界の頻度を大きくすることを重視する場合、前記昇温速度は、例えば、100℃/hr以下、好ましくは50℃/hr以下とするのが望ましい。また焼鈍温度は、他の焼鈍の役割をも考慮して適宜設定できるが、小方位差粒界の頻度を大きくすることを重視する場合、例えば、350℃以上、好ましくは400℃以上の範囲に設定するのが望ましい。
【0047】
上記のようにして得られた本発明のAl合金板は、曲げ加工性、特に折り曲げ加工性(フラットヘミング加工性など)に優れている。前記折り曲げ加工とは、例えば、内側の曲げ半径が1mm以下、好ましくは0.8mm以下、さらに好ましくは0.5mm以下程度であり、曲げ角度が150°以上(通常180°以下)、好ましくは170°以上(通常180°以下)、さらに好ましくは180°程度の曲げ加工のことをいう。本発明のAl合金板を使用すれば、曲げ加工性に優れているため、厳しい曲げ加工(フラットヘミング加工などの折り曲げ加工)を行っても曲げ部の割れや肌荒れを低減できる。
【0048】
なお本発明のAl合金板は、曲げ加工の他、必要に応じて成形(プレス成形など)してもよい。
【0049】
曲げ加工を施したAl合金板(特にAl−Mg−Si系合金板)は、必要に応じて溶体化処理した後、人工時効硬化させる。人工時効硬化の方法は特に限定されないが、塗装後の焼き付け処理(ベーキング処理)による加熱を利用するのが簡便である。
【0050】
本発明によれば、Al合金板としてAl−Mg系合金板を使用した場合、Mg量を特に抑制しないで耐力を特に低下させないでも、激しい曲げ加工に対する曲げ部の割れや肌荒れを抑制できる。またAl−Mg−Si系合金板を使用した場合、人工時効硬化によって耐力を高めることができ、しかも厳しい曲げを行なっても曲げ部の割れや肌荒れを抑制できる。このため本発明のAl合金板は、パネル構造体、例えば、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に有利に使用できる。前記パネル構造体は、アルミニウム合金板(又はその成形体)を一対有しており、一方のアルミニウム合金板(又はその成形体)の縁部が折り曲げられており、この折り曲げ部に他方のアルミニウム合金板(又はその成形体)の縁部が挟み込まれている点に特徴を有している。
【0051】
なお人工時効硬化後の耐力は、例えば、170MPa以上、好ましくは200MPa以上、さらに好ましくは220MPa以上である。
【0052】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【0053】
実験例
下記表1に示すアルミニウム合金(表1中の数値は質量%を示す。なお残部はAl及び不可避的不純物である)をDC鋳造或いは薄板連鋳で造塊し、得られた鋳塊を熱延開始温度480℃、熱延終了温度290℃、熱延時におけるトータルの圧下率95%で熱間圧延し、その後、表2及び表3に示す条件で荒鈍、第1冷間圧延、冷延間焼鈍、仕上冷間圧延、最終焼鈍、溶体化処理を施した。得られた合金板(1mm厚)を常温で2ヶ月間時効処理することによってアルミニウム合金板(T4材)を製造した。
【0054】
前記アルミニウム合金板(T4材)について、板の表面、表面から厚み1/4の部分、板の厚み方向の中心部の3面(表面と平行な面)について、SEM−EBSP法を用いて結晶の方位を測定し、結晶間の方位差が5°以上となる境界を粒界として設定して結晶粒径を求めると共に、結晶粒間の方位差が20°以下となる粒界の割合(粒界頻度)を求め、各測定について得られたそれらの値を平均した。
【0055】
前記アルミニウム合金板(T4材)から長さ180mm×幅30mmの曲げ加工試験片を採取し、フラットヘミング加工性を評価した。前記フラットヘミング加工では、10%の歪みを予め加えた後、角度180°の曲げ(内側曲げ半径R=約0.25mm)を行った。フラットヘミング加工性は、曲げの縁曲部の割れ発生程度を目視で確認し、下記基準に基づいて評価した。なお0〜2段階が合格であり、3〜5段階は不合格である。
【0056】
0:肌荒れ、及び微小な割れがない
1:肌荒れが僅かに発生している
2:肌荒れが発生しているものの微小なものを含めた割れはない
3:微小な割れが発生
4:大きな割れが発生
5:大きな割れが複数或いは多数発生
また前記アルミニウム合金板(T4材)のうち、Al−Mg−Si系合金(合金No.1〜19)を使用した例については、合金板からJIS5号引張試験片を切り出し、5%の歪みをあらかじめ与えた後、170℃×20分の人工時効効果処理を行い、耐力を評価した。
【0057】
結果を表2〜3に示す。
【0058】
【表1】
【0059】
【表2】
【0060】
【表3】
【0061】
表2〜3から明らかなように、Al−Mg−Si系合金(合金No.1〜19)を用いれば、人工時効硬化後の耐力に優れている。しかも前記Al−Mg−Si系合金のうち、小方位差粒界の頻度が大きい実験例では、フラットヘミング加工性にも優れている。またAl−Mg系合金(合金No.20)を用いる場合、Mg含有量を抑制していないにも拘わらず、小方位差粒界の頻度を大きくすることによってフラットヘミング加工性が高くなっている。
【0062】
【発明の効果】
本発明のAl合金板は、小方位差粒界の頻度が大きくなっているため、曲げ加工(特にフラットヘミング加工などの折り曲げ加工)を行っても、曲げ部に割れが発生せず、曲げ加工性を向上できる。しかもAl合金板としてAl−Mg系合金を使用する場合、Mg含有量を抑制して耐力を低下させるなどの手段をとらないでも、曲げ加工性を向上できる。またAl−Mg−Si系合金板を使用する場合にも、人工時効によって高い耐力を発揮させながら、曲げ加工性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はフラットヘミング加工性に劣るAl合金板の電子顕微鏡写真の画像解析結果の一例を示す概略図である。
【図2】図2はフラットヘミング加工性に優れるAl合金板の電子顕微鏡写真の画像解析結果の一例を示す概略図である。
【図3】図3はAl合金板の電子顕微鏡写真の画像解析結果を概念的に示した図である。
Claims (8)
- Al−Mg系又はAl−Mg−Si系合金板であって、平均結晶粒径が35μm未満であり、方位差が20°以下となる結晶粒間の粒界長さの合計が、全ての結晶粒間の粒界長さの合計に対して、20%を超えることを特徴とする曲げ加工用アルミニウム合金板。
- 曲げ半径1mm以下、曲げ角度150°以上の曲げ加工に用いる請求項1記載のアルミニウム合金板。
- Mg:2〜7%(質量%を示す。以下、同じ)を含有するAl−Mg系合金板である請求項1又は2に記載のアルミニウム合金板。
- Mg:0.1〜3%、及びSi:0.1〜2.5%を含有するAl−Mg−Si系合金板である請求項1又は2に記載のアルミニウム合金板。
- さらにFe:1.5%以下(0%を含まない)、Mn:1%以下(0%を含まない)、Cr:0.5%以下(0%を含まない)、Zr:0.5%以下(0%を含まない)、及びTi:0.2%以下(0%を含まない)から選択された少なくとも一種を含有する請求項3又は4に記載のアルミニウム合金板。
- さらにCu:1%以下(0%を含まない)及びZn:1.5%以下(0%を含まない)から選択された少なくとも一種を含有する請求項3〜5のいずれかに記載のアルミニウム合金板。
- 残部がAl及び不可避的不純物である請求項3〜6のいずれかに記載のアルミニウム合金板。
- 請求項1〜7のいずれかに記載されたアルミニウム合金板又はその成形体を一対有しており、一方のアルミニウム合金板又はその成形体の縁部が折り曲げられており、この折り曲げ部に他方のアルミニウム合金板又はその成形体の縁部が挟み込まれていることを特徴とするパネル構造体。
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