JP6677584B2 - エネルギー吸収部材の製造方法 - Google Patents
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この点に関して、例えば、特許文献1、2には、7000系アルミニウム合金押出材からなるエネルギー吸収部材に対して、過時効処理を行うことによって、衝突時のエネルギー吸収部材の割れを防止し、エネルギー吸収性を高めることが記載されている。
(アルミニウム合金の組成)
まず、本発明に係る7000系アルミニウム合金の組成について説明する。ただし、この組成自体は7000系アルミニウム合金として公知のものである。
Zn:5.5〜7.0質量%
Mg:0.5〜1.8質量%
ZnとMgは金属間化合物であるMgZn2を形成して、7000系アルミニウム合金の強度を向上させる元素である。Zn含有量が5.5質量%未満又はMg含有量が0.5質量%未満では、エネルギー吸収部材として必要な300MPa以上の耐力が得られない。一方、Zn含有量が7.0質量%を超え又はMg含有量が1.8質量%を超えると、プレス焼き入れ後に所定の熱処理を行っても耐圧壊割れ性を改善できず、エネルギー吸収量の増加が見込めない。耐圧壊割れ性を改善するとの観点から、Zn含有量、Mg含有量の上限は、それぞれ6.5質量%、1.6質量%が好ましい。
Cuは7000系アルミニウム合金の強度を向上させる元素である。Cu含有量が0.1質量%未満では十分な強度向上効果がなく、一方、0.5質量%を越えると押出加工性の低下を招く。Cu含有量の上限は好ましくは0.4質量%である。
Ti:0.005〜0.2質量%
Tiは7000系アルミニウム合金の鋳造時に結晶粒を微細化して、押出材の成形性(例えば曲げ加工性)及び耐圧壊割れ性を向上させる作用があり、0.005質量%以上添加する。一方、0.2質量%を越えるとその作用が飽和し、かつ粗大な金属間化合物が晶出して、かえって成形性を低下させる。
Cr:0.01〜0.25質量%
Mn:0.01〜0.25質量%
Mn,Cr,Zrは7000系アルミニウム合金押出材の再結晶を抑制して、結晶組織を微細再結晶又は繊維状組織とし、耐応力腐食割れ性を向上させる作用があり、1種以上を添加する。これらの元素の含有量がそれぞれ0.01質量%未満では前記効果が十分ではない。一方、Mn,Cr,Zrの含有量がそれぞれ0.25質量%を超えると、押出性が低下し、さらに焼き入れ感受性を高め強度低下を招く。特にプレス焼き入れを空冷で行う場合、焼き入れ感受性が高くなるのを防止するため、2種以上の合計含有量が0.4質量%以下であるのが好ましい。
Fe、Siは、7000系アルミニウム合金の主要な不可避不純物であり、7000系アルミニウム合金の諸特性を低下させないため、それぞれ0.40質量%、0.20質量%以下に規制される。一方、7000系アルミニウム合金中のFe、Siをそれぞれ0.01質量%未満に低減することはコスト面の負担が大きい。従って、Fe含有量は0.01〜0.40質量%、Si含有量は0.01〜0.20質量%とする。
Fe、Si以外の不可避不純物は、単体で0.05質量%以下、総量で0.15質量%以下とする。
まず、上記組成を有する7000系アルミニウム合金を鋳造、均質化処理を行い、その後熱間押出成形し、水冷又は空冷でプレス焼き入れする。
プレス焼き入れは、水冷又は空冷のいずれでも良いが、プレス焼き入れを水冷で行うと、アルミニウム合金押出材が歪み、寸法精度が確保しにくく、矯正工程が必要となる。そのため、プレス焼き入れは空冷で行うことが好ましい。
上記熱処理は、アルミニウム合金押出材の全体又は一部に対して行う。
人工時効処理の条件は、特に限定的ではなく、一般的な時効処理条件で行うことができる。又は、一般的な時効処理より高温・長時間の条件で時効処理(過時効処理)を行うこともできる。具体的な時効処理条件は、例えば85〜95℃×2〜4時間+130〜140℃×5〜10時間、あるいは85〜95℃×2〜4時間+160〜180℃×5〜10時間の範囲で適宜選択すればよい。前記熱処理による耐圧壊割れ性の改善及びエネルギー吸収量の増加の効果は、その後の人工時効処理が一般的な時効処理でも過時効処理でも得られる。
アルミニウム合金押出材の一部に対して塑性加工を施す場合、前記塑性加工はプレス焼き入れ後前記熱処理前に施すことが望ましい。
前記熱処理後に塑性加工を施すと、続く時効処理において、塑性加工を施さなかった部位に比べて塑性加工を施した部位の時効が促進され(過時効化)、部材全長にわたる強度の均一性が保てず、エネルギー吸収部材の性能を損なうおそれがある。また、塑性加工を時効処理後に施すと、高強度のため割れが入ったり、塑性加工に伴って発生する残留応力により耐応力腐食割れ性が低下するおそれがある。このため、アルミニウム合金押出材の一部に対して塑性加工を施す場合、プレス焼き入れ後前記熱処理の前に施すことが望ましい。
続いて表2に示す条件で時効処理を行った。No.1〜4,9,10の時効処理は一般的な時効処理であり、No.5〜8,11,12の時効処理は過時効処理に相当する。
(耐力の測定)
押出材のウエブ(輪郭の短辺部)から押出方向に平行にJIS13号B試験片を採取し、JISZ2241の規定に準じて引張試験を行い、耐力を測定した。
押出材のウエブ(輪郭の短辺部)から押出方向に対し垂直方向が試験片の長さ方向となるように、長さ50mm×幅30mmの試験片1を切り出して供試材とし、U曲げ試験により圧壊割れ性を評価した。試験片1の形状を図1(a)に示す。U曲げ試験は、U曲げ冶具及び30Ton万能試験機を用い、図1(b)に示すように、支え2の上に試験片1を載せ、押し治具3を試験片1が支え2を通り抜けるまで押し込む押し曲げ法による試験である。本実施例では、押し冶具3の先端のR(半径)が大きいものから順に試験していき、試験片1の曲げコーナーの外側(引張側部位)に割れが発生しない最小の曲げR(限界曲げR)を求めた。U曲げ試験は、各曲げRごとに3回実施し(n=3)、3回のうち1回でも試験片に割れが発生した場合、当該曲げRで試験片に割れが発生したとした。この限界曲げRが小さい程、材料に力が加わった際に割れが発生しにくいことを示す。
2 支え
3 押し治具
Claims (3)
- Zn:5.5〜7.0質量%、Mg:0.5〜1.8質量%、Cu:0.1〜0.5質量%、Fe:0.01〜0.40質量%、Si:0.01〜0.20質量%、Ti:0.005〜0.2質量%を含有し、さらにZr:0.01〜0.25質量%、Cr:0.01〜0.25質量%、Mn:0.01〜0.25質量%のうち1種以上を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる組成を有し、押し出し後プレス焼き入れを施したアルミニウム合金押出材に対し、その一部に塑性加工を施した後、10℃/秒以上の加熱速度で330〜550℃の範囲内に加熱し、同範囲内に0秒を超え5分以下保持し、続いて同範囲から50℃/秒以上の冷却速度で冷却する熱処理を施した後、人工時効処理を行うことを特徴とするエネルギー吸収部材の製造方法。
- 前記温度範囲が400〜550℃であることを特徴とする請求項1に記載されたエネルギー吸収部材の製造方法。
- 前記時効処理が過時効処理であることを特徴とする請求項1又は2に記載されたエネルギー吸収部材の製造方法。
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