DE19830560A1

DE19830560A1 - Energie-absorbierendes Element

Info

Publication number: DE19830560A1
Application number: DE19830560A
Authority: DE
Inventors: Takashi Oka; Hiroyuki Yamashita; Masakazu Hirano
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2018-07-09
Also published as: US6258465B1; DE19830560B4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energie-absorbierendes Element, das einen aus einer Aluminiumlegierung gefertigten Extrusionskörper umfaßt und die Funktion hat, bei einer in der axialen Extrusionsrichtung aufgenommenen Druck- Schlag- bzw. Stoß-Belastung oder einer statischen Druckbelastung die Stoß- Belastung bzw. dynamische Belastung oder die statische Belastung absorbieren zu können.

Seit einiger Zeit widmet man sich weltweit dem Umweltschutz. Beispielsweise wurde die Gesetzgebung zur Verminderung der Gasemissionen, die Kohlendioxid und Kraftfahrzeugabgase einschließen, in vielen Ländern verschärft, um den Treibhauseffekt zurückzudrängen. Folglich begann man bald mit der Entwicklung leichtgewichtiger Kraftfahrzeuge.

Somit wurden Untersuchungen hinsichtlich der Anwendung eines aus einer Aluminiumlegierung gefertigten Extrusionskörpers für Kraftfahrzeugrahmen und dergleichen unternommen.

In einem Kraftfahrzeug sind verschiedenartige Energie-absorbierende Elemente eingebaut, um bei einer Kraftfahrzeugkollision oder bei Kontakt mit einem ande ren Kraftfahrzeug oder Gegenstand die Stoßwirkung zu mildern. Seit einiger Zeit unternimmt man Versuche, um durch Verwendung von Konstruktionselementen bzw. Bauteilen, wie Seitenrahmen und Stoßstangenstrebe als Energie-absorbie rendes Element zur Absorption von Stößen und unter Zusammenschieben des Elements in Form eines Balges bzw. Faltenbalges, Stoßeinwirkungen, die Perso nen in einem Kraftfahrzeug bei einer Kollision zugefügt werden, zu vermindern.

Ein Erfordernis für ein solches Energie-absorbierendes Element besteht darin, daß bei Ausübung einer Belastung auf das Element in axialer Extrusionsrichtung, in dem gesamten Element eine Euler'sche Knickung (ein Knickvorgang, der den gesamten Gegenstand "L"-förmig verbiegt) und Quetschrisse (oder Preßrisse) nicht auftreten, sondern das Element zusammengeschoben und zu einem Balg bzw. Faltenbalg verformt wird, so daß es die Stoßenergie stabil bzw. dauerhaft absorbiert. Wenn beispielsweise in einem Seitenrahmen eines Kraftfahrzeugs ein Quetschriß auftritt, wird Zusammenschieben und Verformung zu einem Balg gestört, so daß die Energie nicht dauerhaft absorbiert werden kann. Außerdem werden in einem kleinen Motorenraum Bruchstücke verstreut und eine Spitze der Stücke kann bei hoher Eigengeschwindigkeit weitere Teile und Verdrahtungen schädigen oder gar durch die Außenhaut der Kraftfahrzeugkarosserie dringen. Somit kann ein solches Material nicht als verläßliches Material angesehen wer den.

Bislang wurden zahlreiche Untersuchungen hinsichtlich der Entwicklung von Elementen mit stabilem bzw. dauerhaftem Energieabsorptionsvermögen unter nommen. Beispielsweise offenbart JP-A-6-247338 ein Verfahren, das absichtlich zwischen dem sektionalen sekundären Moment bzw. Flächenmoment bzw. Flächenträgheitsmoment 2. Grades (Steifigkeit) um die X-Achse und jenem um die Y-Achse im Querschnitt eines Seitenelements, das ein Hohlkörperelement mit einem rechteckigen Querschnitt umfaßt, unterscheidet, um das den Kontakt aufnehmende und zu verformende Hohlkörperelement zu einer Balgform zu verformen, wobei eine Euler'sche Knickung unterdrückt wird, und das die Schnittform der Platte bzw. Paneel bzw. Blech in dem Seitenelement, das eventuell in Balgform verformbar bzw. knickbar ist, nach der Kollision der Platte in eine solche Form bringt, wobei diese vor dem Knicken der anderen Platten verformt wird. Diese Veröffentlichung führt an, daß die Verformung in eine Balgform sich nacheinander auf andere Platten überträgt, wenn einmal eine der Platten verformt ist, und daß die Verformung in eine Balgform über die gesamte Länge stabil stattfindet, auch wenn das gesamte Seitenelement lang ist. Da neben offenbaren JP-A-6-25783, JP-A-7-118782, JP-A-7-310156, JP-A-8- 216917, JP-A-8-310440 und andere ein Verfahren zur Verbesserung des En ergieabsorptionsvermögens durch Untersuchen und Einstellen der Zusammen setzung einer Aluminiumlegierung zur Verwendung in einem Energie-absorbie renden Element und dessen Aufbau.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Energie- absorbierenden Elements für einen Seitenrahmen eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen, auf das eine Druckbelastung in axialer Richtung aufgebracht wird, wobei eine Euler'sche Knickung unterdrückt werden soll und eine stabile bzw. dauerhafte Energieabsorption bei einer großen wirksamen Verschiebung bzw. einem großen wirksamen Weg und bei starker Energieabsorption erreicht werden soll. Diese Aufgabe wurde gelöst, indem gemäß den Ansprüchen ein Querschnitt für ein Energie-absorbierendes Element aus einer Aluminiumlegierung gefunden wurde, so daß ein Zusammenschieben bzw. Zusammenziehen und Verformen in Form eines Balges bzw. Faltenbalges bewirkt wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Energie-absorbierenden Elements, das Festigkeit und Energieabsorptionsver mögen eines Extrusionskörpers aus einer Aluminiumlegierung (Al-Mg-Si-Legie rung) der 6000er-Serie, welche unter den hochfesten Aluminiumlegierungen eine verhältnismäßig ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist, und aus dem Blickwinkel der Wiederaufbereitung vorteilhafter als Aluminiumlegierungen anderer Serien ist, effektiv nutzt.

Hinsichtlich der Schnittform bzw. der Querschnittsgestalt eines Extrusions körpers mit einem äußeren Teil und einer mit dem äußeren Teil verbundenen Rippe wurde die Querschnittsform des äußeren Teils und jene der Rippe ge sondert in Betracht gezogen, und schließlich festgestellt, daß die Neigung zur Euler'sche Knickung oder zur Verformung zur Balg- bzw. Faltenbalgform mit der Steifigkeit des Teils, an dem die Platte bzw. das Blech, das den äußeren Teil ausmacht, an das Blech, das die Rippe ausmacht, verbunden ist, jenes Teils, an dem die inneren Rippen einander kreuzen und jenes der inneren Rippen in Bezie hung steht, und daß, wenn die Steifigkeit dieser Teile gering ist, Knickungen in der Regel in den Blechen, die den äußeren Teil und die Rippe(n) ausmachen, auftreten können, so daß leicht eine Verformung in Balgform ausgelöst wird. Der vorliegende erfindungsgemäße Gegenstand beruht auf diesen Erkenntnissen und weist mindestens eine Eigenschaft von nachstehenden (1) und (2) auf:

(1) Ein Energie-absorbierendes Element umfaßt einen Extrusionshohlkörper, der aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist und einen äußeren Teil und eine mit dem äußeren Teil verbundene innere Rippe aufweist, wobei der Radius der Eckkehlung (gerundete Ecke), an der die Rippe und der äußere Teil miteinander verbunden sind, nicht mehr als die Hälfte der Dicke der Rippe beträgt.
(2) Ein Energie-absorbierendes Element umfaßt einen Extrusionshohlkörper, der aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist und einen äußeren Teil und eine Vielzahl innerer, einander kreuzender, mit dem äußeren Teil verbundener Rippen aufweist, wobei der Radius der Eckkehlung, an der die Rippen einander kreuzen, 1 mm oder weniger beträgt.

Diesen Eigenschaften gleichzeitig zu genügen, ist sehr nützlich.

Um der vorstehenden Form zu genügen, kann die Aluminiumlegierung, aus der das Energie-absorbierende Element gefertigt ist, eine wärmebehandelte, einer Überalterungsbehandlung bzw. Auslagerung unterzogene Aluminiumlegierung sein, so daß die Beständigkeit gegen Quetschrisse wirksamer verbessert wird. Ein Kriterium für einen geeigneten Grad der Überalterungsbehandlung bzw. Auslagerung wird nachstehend angegeben. Wenn σmax den maximalen Wert der Prüfbeanspruchung bzw. Spannung (σ 0,2) wiedergibt, der durch Alterungs behandlung bzw. Auslagern eines Extrusionskörpers erhalten wird, der einer Abschreckbehandlung unterworfen wird, welche Erhitzen auf nicht weniger als die Lösungsbehandlungstemperatur bzw. Lösungsglühtemperatur und anschlie ßendes Abschrecken oder Druck-Abschreckungsbehandlung einbezieht, die wiederum den Schritt Abschrecken durch rasches On-line-Kühlen bzw. kontinu ierliches Abkühlen bei Verwendung einer Temperatur zur Heißverarbeitung einbezieht, ist es bevorzugt, daß das erfindungsgemäße Element einer Über alterungsbehandlung bzw. Auslagerung unterzogen wird, so daß die Prüfspan nung davon das 0,5- bis 0,9-fache des σmax-Werts beträgt. Die Bedingungen, damit das Energie-absorbierende Element mit dieser Prüfspannung bei der Aus lagerung erhalten wird, können wie nachstehend sein: 210 bis 230°C × 150 bis 240 Minuten. Die der Auslagerung unterzogene, wärmebehandelte Alu miniumlegierung ist vorzugsweise eine Al-Mg-Si-Legierung, und bevorzugter umfaßt sie 0,35 bis 1,6 Gewichtsprozent Mg und 0,2 bis 1,6 Gewichtsprozent Si, oder umfaßt 0,35 bis 1,1 Gewichtsprozent Mg, 0,5 bis 1,3 Gewichtsprozent Si, 0,15 bis 0,7 Gewichtsprozent Cu, 0,005 bis 0,2 Gewichtsprozent Ti und 0,06 bis 0,2 Gewichtsprozent Zr, mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Mn und 0,05 bis 0,15 Gewichtsprozent Cr, wobei der Rest aus Al und unvermeidlichen Verunreinigun gen besteht. Neben dem Erfüllen der vorstehend genannten Zusammensetzung ist es empfehlenswert, daß 0,3% oder weniger Gewichtsprozent Fe enthalten sind.

Es wurde auch festgestellt, daß in dem Fall, wenn ein Energie-absorbierendes Element aus einer Auslagerung unterzogenen Extrusionskörper aus einer Alumini umlegierung gefertigt ist, die eine derartige, wie vorstehend angeführte, spezielle Zusammensetzung umfaßt, nämlich 0,35 bis 1,1 Gewichtsprozent Mg, 0,5 bis 1,3 Gewichtsprozent Si, 0,15 bis 0,7 Gewichtsprozent Cu, 0,005 bis 0,2 Gewichtsprozent Ti und 0,06 bis 0,2 Gewichtsprozent Zr, mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 0,05 bis 0,5 Gewichts prozent Mn und 0,05 bis 0,15 Gewichtsprozent Cr, wobei der Rest aus Al und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht, eine größere Beständigkeit gegen Quetschrisse als im Stand der Technik erhalten werden kann auch wenn die vorstehend genannte Form nicht verwendet wird. Neben dem Erfüllen der vor stehend genannten Zusammensetzung ist es bevorzugt, daß in derselben Weise wie vorstehend erwähnt 0,3 Gewichtsprozent oder weniger Fe enthalten sind. Das Kriterium für einen geeigneten Grad der Auslagerung ist dasselbe wie das vorstehend beschriebene. Das heißt, vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Element einer Auslagerung unterzogen, so daß die Prüfspannung davon das 0,5- bis 0,9-fache des maximalen Werts σmax der Prüfspannung (σ 0,2) erhalten durch Alterungsbehandlung bzw. Auslagerung des Extrusionskörpers, der Lö sungsmittelabschrecken oder Preßdruckabschrecken unterzogen wurde, beträgt.

JP-A-6-247338, JP-A-7-31 0156, JP-A-8-21 6917 und JP-A-8-31 0440 betreffen die Konstruktion eines Energie-absorbierenden Elements, jedoch sind dies keine Techniken, bei denen das Energieabsorptionsvermögen von dem Verhältnis zwischen dem Radius der Eckkehlung, an der der äußere Teil der Rippe verbun den ist, und der Dicke der Rippe, abhängt, noch sind dies Techniken, bei denen das Energieabsorptionsvermögen von dem Radius der Eckkehlung, an der die Rippen einander kreuzen, abhängt. JP-A-6-25783 offenbart eine Verbesserung des Energieabsorptionsvermögens, unter Beachtung der Textur bzw. des Gefü ges einer Al-Mg-Si-Legierung mit einer speziellen Zusammensetzung, insbesonde re der Teilchengröße der Kristalle und des Aspektverhältnisses bzw. Länge- Breite-Verhältnisses der Kristallteilchen, allerdings ohne Beachtung der Aus lagerung, wie in der vorliegenden Erfindung. Diese Veröffentlichung offenbart nicht die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung, das heißt Optimierung der Prüfspannung der Überalterungsbehandlung unterzogenen Aluminiumlegierung auf der Basis der Korrelation zwischen dieser Prüfspannung und dem maximalen Wert der Prüfspannung, die durch Alterungsbehandlung bzw. Auslagerung erhalten wird, damit ein ausgezeichnetes Energieabsorptionsvermögen erhalten wird. JP-A-7-118782 führt an, daß das Energieabsorptionsvermögen in ge eigneter Weise auf der Basis des Verhältnisses zwischen der Bruchdehnung eines Extrusionskörpers aus einer Aluminiumlegierung und der örtlichen Dehnung davon gestaltet wird. Diese Veröffentlichung beachtet jedoch nicht die in der vorliegenden Erfindung beschriebene Überalterungsbehandlung und offenbart nicht die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung; das heißt, die Optimierung der Prüfspannung der Überalterungsbehandlung unterzogenen Aluminiumlegie rung auf der Basis der Korrelation zwischen dieser Prüfspannung und dem Maximalwert der Prüfspannung, der nach Alterungsbehandlung erhalten wird, damit ein ausgezeichnetes Energieabsorptionsvermögen erhalten wird. JP-A-5- 25595 beschreibt die Überalterungsbehandlung einer Al-Mg-Si-Legierung und die Prüfspannung nach Überalterungsbehandlung, betrifft jedoch ein Element, das einem Biegeverfahren unterzogen wird, und nicht ein Energieabsorptionselement. Die in dieser Veröffentlichung offenbarten Al-Mg-Si-Legierungen sind JIS 6063-, JIS 6N01- und JIS 6061-Legierungen und unterscheiden sich im Zr-Gehalt von der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung, die 0,35 bis 1,1 Gewichtsprozent Mg, 0,5 bis 1,3 Gewichtsprozent Si, 0,15 bis 0,7 Gewichtsprozent Cu, 0,005 bis 0,2 Gewichtsprozent Ti und 0,06 bis 0,2 Gewichtsprozent Zr, mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 0,05 bis 0,5 Gewichts prozent Mn und 0,05 bis 0,15 Gewichtsprozent Cr, umfaßt, wobei der Rest aus Al und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht, und die, ungeachtet des vorstehend genannten Aufbaus, ausgezeichnetes Energieabsorptionsvermögen zeigt.

Fig. 1 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Querschnittsform eines erfindungs gemäßen Extrusionshohlkörpers.

Fig. 2 erläutert Querschnittsformen von Extrusionshohlkörpern in Vergleichsbei spiel A und Beispielen B und C.

Fig. 3 zeigt die Belastung-Vorschub-Kurve von Vergleichsbeispiel A.

Fig. 4 zeigt die Belastung-Vorschub-Kurve von Beispiel B.

Fig. 5 zeigt die Belastung-Vorschub-Kurve von Beispiel C.

Fig. 6 erläutert eine Querschnittsform eines in den Beispielen verwendeten Extrusionskörpers.

Fig. 7 ist die Ansicht zur Erläuterung des statischen Quetschtests bzw. Druck- bzw. Stauchversuches in den Beispielen.

Nachstehend wird eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Zunächst werden unter Verwendung eines Extrusionskörpers mit einer repräsentativen Querschnittsform gemäß der Erfindung in Fig. 1A und 1B, die Bezeichnung der betreffenden Teile und die betreffenden Abmessungen der Teile erläutert. Der erfindungsgemäße Extru sionshohlkörper ist natürlich nicht auf eine solche spezielle, wie vorstehend ausgewiesene Querschnittsform begrenzt.

Der in Fig. 1A und 1B gezeigte Extrusionskörper weist einen rechteckigen äußeren Teil mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke a im Querschnitt und Rippen mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke b auf. Der Begriff "im wesentli chen gleichförmige Dicke" bedeutet, daß jeweils im äußeren Teil und in den Rippen die Dicke jedes Abschnittes von diesen, verschieden von den verbin denden Teilen, den einander kreuzenden Teilen und den Eckkehlungen von diesen, dieselbe ist.

Die Eckkehlung an der Stelle, an der der äußere Teil und die Rippe miteinander verbunden sind, und die Eckkehlung an der Stelle, an der die Rippen miteinander verbunden sind, werden "Ra" bzw. "Rb" genannt.

Fig. 2A, 2B und 2C erläutern Querschnitte von drei Arten von Aluminium- Extrusionskörpern. (Nachstehend werden die in Fig. 2A, 2B und 2C erläuter ten Extrusionskörper als Extrusionskörper A, Extrusionskörper B und Extrusions körper C bezeichnet.)

Jeder der Extrusionskörper A, B und C ist ein aus Aluminiumlegierung 6063-T5 hergestellter Extrusionshohlkörper mit einer Gesamtlänge von 200 mm, und bei den Extrusionskörpern A, B und C weist der äußere Teil dieselbe Form auf. Seine äußere Größe ist 45 mm × 55 mm und seine Dicke ist 2 mm. Bei dem Extru sionskörper A weisen alle Eckkehlungen Ra bzw. Rb Radien von 6 mm auf, wobei die Dicke b der Rippen 2 mm ist. Bei dem Extrusionskörper weisen alle Eckkehlungen Ra bzw. Rb Radien von 1 mm auf, wobei die Dicke b der Rippen 2 mm ist. Bei dem Extrusionskörper C weisen alle Eckkehlungen Ra bzw. Rb Radien von 1 mm auf, wobei die Dicke b der Rippen 1,5 mm beträgt.

Wie in Fig. 7 dargestellt, wurde mit einer Amsler-Versuchsvorrichtung bzw. einer Druckversuchsvorrichtung eine statische Druckbelastung auf jeden der Extrusionskörper A, B und C in axialer Extrusionsrichtung, bei einer Vorschub geschwindigkeit von einigen mm/min bis einigen zehn mm/min, angewendet, um das Verhältnis zwischen Belastung und Vorschub bzw. Verschiebung zu untersu chen.

Die Belastungs-Verschiebungs- bzw. Belastungs-Vorschub-Kurven für die Ex trusionskörper A, B und C werden in Fig. 3, 4 bzw. 5 gezeigt. Tabelle 1 zeigt maximale Belastungen, Energieabsorptionen, wirksame Vorschübe bzw. Ver schiebungen, erhalten aus Fig. 3, 4 und 5, und betreffende Knickformen. Der wirksame Vorschub für die Beispiele in Tabelle 1 gibt einen Vorschub zu der Zeit wieder, bei der die Belastung wieder anwuchs, um dieselbe Belastung wie die anfängliche maximale Belastung zu erreichen, nachdem der Extrusionskörper vollständig zu einer Balgform gequetscht wurde. Die Energieabsorption in Tabelle 1 gibt die Energie wieder, die, bis ein geeigneter Vorschub realisiert wurde, absorbiert wurde. Im Gegensatz dazu wurde in den Vergleichsbeispielen eine Euler'sche Knickung hervorgerufen, so daß die Belastung monoton sinken würde, und folglich der wirksame Vorschub mit derselben Bedeutung wie in den erfindungsgemäßen Beispielen nicht gemessen werden konnte. Somit wurde der Versuch bei einem geeigneten Vorschub gestoppt und dieser Vorschub wird in Tabelle 1 in bezug auf die Spalte für den wirksamen Vorschub eingetragen. Die absorbierte Energie, bis der geeignete Vorschub realisiert wurde, wird in bezug auf die Spalte für die Energieabsorption in Tabelle 1 eingetragen.

Tabelle 1

Im Extrusionskörper A hat die Eckkehlung (Ra), an der der äußere Teil und die Rippe miteinander verbunden sind, einen Radius von 6 mm, und die Eckkehlung (Rb), an der die Rippen einander kreuzen, einen Radius von 6 mm. Somit erfüllen sie nicht die Definition gemäß vorliegender Erfindung. Da Extrusionskörper A einen großen Querschnitt aufwies, war seine maximale Belastung groß. Jedoch wurde eine Euler'sche Knickung verursacht, so daß der wirksame Vorschub (ein Referenzwert) und die Energieabsorption (ein Referenzwert) klein waren. Im Gegensatz dazu, hatte bei Extrusionskörper B die Eckkehlung (Ra), an der der äußere Teil und die Rippen miteinander verbunden waren, einen Radius von 1 mm, und die Eckkehlung (Rb), an der die Rippen miteinander verbunden waren, einen Radius von 1 mm. So genügten sie der erfindungsgemäßen Definition. Der Extrusionskörper B wurde durch Druck zu einem Balg bzw. Faltenbalg verformt, so daß der wirksame Vorschub und die Energieabsorption groß waren. Bei der Extrusion C hatte die Eckkehlung (Ra), an der der äußere Teil und die Rippen miteinander verbunden waren, einen Radius von 1 mm, der der Definition (Ra < b/2) gemäß der vorliegenden Erfindung nicht genügte und die Eckkehlung (Rb), an der die Rippen miteinander verbunden waren, hatte einen Radius von 1 mm, der der erfindungsgemäßen Definition genügte. Somit wurde Extrusionskörper C durch Druck zu einem Balg verformt, so daß der wirksame Vorschub und die Energieabsorption groß waren. Der Grund, warum die maximale Belastung von Extrusionskörper C geringer war als jene von Extrusionskörper B, könnte darin zu suchen sein, daß die Querschnittsfläche von Extrusionskörper C geringer war.

Wenn die Eckkehlung (Ra) des Extrusionskörpers, an der der äußere Teil und die Rippe miteinander verbunden sind, einen Radius von 1/2 oder weniger als die Dicke b der Rippe aufweist (Ra ≦ b/2), ist die Steifigkeit dieser verbundenen Eckkehlung gering, so daß das den äußeren Teil ausmachende Blech bzw. die den äußeren Teil ausmachende Platte oder die Rippe leicht verformt bzw. ge knickt wird, wodurch eine Verformung zur Balgform leicht ausgelöst wird. Es kann der Fall auftreten, daß die Dicke der Rippen in Richtung ihrer Blechbreite geändert ist. In diesem Fall ist jedoch die Dicke b dieser Rippe als maximale Dicke des beliebigen Teils, der von dem vorstehend genannten verbundenen Teil und dem Kreuzteil verschieden ist, definiert. Wenn die Eckkehlung (Rb), an der die Rippen einander kreuzen, einen Radius von weniger als i mm aufweist (Rb ≦ 1), ist die Steifigkeit dieser Kreuzecke gering, so daß die Platte, die die Rippe ausmacht, leicht verformt bzw. geknickt wird, wodurch Verformung zur Balgform ausgelöst wird. Hinsichtlich der betreffenden Dicke des äußeren Teils und der Rippe des Extrusionshohlkörpers, die einem dieser zwei Erfordernisse genügt, ist es bevorzugt, daß die Dicke b der Rippe gleich oder geringer als die Dicke a des äußeren Teils (b ≦ a) ist.

Wenn die Plattendicke a des äußeren Teils des Extrusionshohlkörpers geringer als die Dicke b der Rippe (b < a) ist, wird die Steifigkeit des Ex trusionshohlkörpers gering, so daß die Rippe leicht verformt wird, wodurch eine Verformung zur Balgform leicht ausgelöst wird. Wenn die Dicke b der Rippe geringer gestaltet wird, wird die balgähnliche Verformung stabiler ausgelöst.

Wenn der eine Aluminiumlegierung umfassende Extrusionshohlkörper einem oder mehreren der vorstehend genannten Erfordernisse genügt, wird ein Teil der Bleche, der den äußeren Teil der Rippen ausmacht, verformt und demzufolge werden Knickungen in anderen Blechen ausgelöst, so daß die Verformung zur Balgform leicht vonstatten geht, wobei eine Euler'sche Knickung unterdrückt wird.

Nachstehend wird ein zweites erfindungsgemäßes Beispiel beschrieben.

Drei Sorten von Aluminiumlegierungen auf der Basis von Al-Mg-Si mit der in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung wurden durch ein halbkontinuierliches Gußverfahren zu Rohlingen geformt, und dann wurden die Rohlinge zur Homoge nisierung ihrer Textur bzw. ihres Gefüges bei 550°C für 4 Stunden einer Wärme behandlung unterzogen. Danach wurden die Rohlinge bei 500°C zu einem Querschnitt mit mundähnlicher Form, wie in Fig. 6 gezeigt, extrudiert.

Tabelle 2

Die erhaltenen Proben wurden einer Alterungsbehandlung bzw. einer Auslage rung bei verschiedenen Temperaturbedingungen, wie in Tabelle 3 gezeigt, unterzogen.

Tabelle 3 Bedingungen der wärmebehandelten Proben

Nr.
Alterungsbehandlungsbedingung
A	Belassen der Druck-abgeschreckten Probe wie sie ist
B	170°C × 3 h
C	190°C × 3 h
D	210°C × 3 h
E	230°C × 3 h

Teststücke für den Zugversuch gemäß JIS 13 B wurden aus den erhaltenen Proben zur Untersuchung ihrer mechanischen Eigenschaften erhalten. Die Ergeb nisse sind in nachstehender Tabelle 4 dargestellt.

Unter Verwendung derselben Proben wurde außerdem auf die Proben in ihrer axialen Richtung bei einer Vorschubgeschwindigkeit von einigen bis einigen Zehnteln mm/min in einer Amsler-Versuchsvorrichtung bzw. Druckversuchsvor richtung, wie in Fig. 7 gezeigt, eine statische Druckbelastung angewendet, um einen statischen Quetschtest bzw. Druck- bzw. Stauchtest auszuführen. Die Proben hatten eine Länge von 200 mm und wurden um eine Länge von 100 mm in ihrer axialen Richtung gedrückt bzw. gestaucht. Wenn die Querschnittsflächen der Proben dieselben sind, ist die maximale Belastung, wenn die Proben ge quetscht werden, proportional der Festigkeit des Probenmaterials. Die Energie absorption ist ebenfalls proportional der Festigkeit der Probenmaterialien und wird geringer, wenn die Zahl und der Grad der Risse größer werden. Somit sind feste Materialien, in denen die Quetschrisse nicht auftreten, erwünscht. Bestän digkeit gegen Quetschrisse wurde wie in den nachstehenden vier Schritten bewertet:
: Kein Riß,
○: Wenige kleine Risse traten auf,
∆: Eine Vielzahl kleiner Risse trat auf,
×: Risse traten auf.

Die Ergebnisse dieses Tests sind ebenfalls in Tabelle 4 dargestellt.

Tabelle 4

Materialfestigkeit und Beständigkeit gegen Quetschrisse

Tabelle 4 zeigt, daß unter der Alterungsbedingung C die maximale Festigkeit der Legierung 1, die dem Erfordernis der Zusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung genügt, eine größere Materialfestigkeit hatte und bessere Beständig keit gegen Quetschrisse aufwies als Legierungen 2 und 3. Diese Tendenz war unter der anderen Alterungsbedingung dieselbe.

Im Gegensatz dazu war unter den Alterungsbedingungen D und E (entsprechend der Überalterungsbehandlung bzw. Auslagerung) die Materialfestigkeit schlechter als unter der Alterungsbedingung C, jedoch war die Beständigkeit gegen Quetschrisse bemerkenswert gut.

Unter Alterungsbedingung A, der Druckabschreckung, schien die Beständigkeit gegen Quetschrisse, dargestellt in Fig. 4, nicht schlechter als unter den Über alterungsbedingungen D und E. Gemäß Bedingung A könnte die Beständigkeit gegen Quetschrisse indes schlechter werden, wenn spontane Alterung fort schreitet, oder Alterung unter dem Umstand fortschreitet, daß das hergestellte Produkt bei der Verwendung innerhalb der Ausscheidungs- bzw. Präzipitation stemperatur oder höher gehalten wird. Somit kann der Extrusionskörper gemäß Alterungsbedingung A nicht als verläßliches Material für ein Energie-absorbieren des Element angesehen werden. Im Gegensatz dazu schreitet spontanes Altern gemäß Überalterungsbedingungen D und E nicht fort. Auch wenn das hergestell te Produkt bei der Verwendung innerhalb der Ausscheidungstemperatur oder höher gehalten wurde, verschlechterte sich die Beständigkeit gegen Quetschrisse nicht. Somit waren die Extrusionskörper gemäß den Bedingungen C und E sehr verläßlich.

Wenn die Alterungsbedingungen D und E auf Legierungen 2 und 3 angewendet wurden, die nicht der erfindungsgemäßen Zusammensetzung genügten, wurde die Beständigkeit gegen Quetschrisse, verglichen mit den Legierungen gemäß Bedingungen B und C, verbessert, jedoch wurde die Beständigkeit gegen Quetschrisse in der Höhe von Legierung 1 aufgrund der ungeeigneten Zusam mensetzungen nicht erhalten.

Wenn ein wärmebehandelter Aluminiumlegierungs-Extrusionskörper einer Über alterungsbehandlung unterzogen wird, ist die maximale Belastung davon gegen Druck in axialer Richtung etwas vermindert, jedoch wird der Extrusionskörper stabil zusammengeschoben und ohne Erzeugung von Quetschrissen in Balgform verformt. Somit ist die gesamte Beständigkeit gegen Quetschrisse in axialer Richtung verbessert. Es ist bevorzugt, daß die Legierung des Extrusionskörpers einer Überalterung bzw. Auslagerung unterzogen wird, so daß man die Prüf spannung vom 0,5- bis zum 0,9-fachen σmax erhält, was ein reines Kriterium darstellt. Wenn die Prüfspannung nach Überalterungsbehandlung mehr als das 0,9-fache σmax beträgt, werden Quetschrisse nur unzureichend verhindert. Wenn im Gegensatz dazu die Prüfspannung weniger als das 0,5-fache σmax beträgt, werden die Festigkeit und die Energieabsorption zu gering. Bevorzugter ist die Prüfspannung das 0,6- bis 0,8-fache von σmax.

Der in der Erfindung angeführte σmax-Wert ist ein maximaler Wert der Prüf spannung, der durch Alterungsbehandlung eines Extrusionskörpers, der einer Lösungsabschreckung oder einer Druckabschreckung unterzogen wurde, erhalten wird. Für die Extrusionskörper, die der Lösungsabschreckung oder Druckab schreckung, unter denselben Bedingungen unterzogen wurden, kann der σmax- Wert spezifiziert werden. Die Behandlungsbedingung dafür kann allerdings nicht als eine einzige Bedingung spezifiziert werden, da der Behandlungszeitraum in Abhängigkeit von der Behandlungstemperatur geändert wird. Beispielsweise ist die Behandlungsbedingung wie nachstehend: Die Behandlungstemperatur ist 177 bis 183°C und der Behandlungszeitraum ist 330 bis 400 Minuten, oder die Behandlungstemperatur ist 187 bis 193°C und die Behandlungszeit ist 150 bis 210 Minuten.

Die Prüfspannung nach Überalterungsbehandlung bzw. Auslagerung wird mit dem σmax-Wert verglichen. Die Überalterungsbehandlung bedeutet eine bei einer höheren Temperatur oder für einen längeren Zeitraum als die Alterungs behandlung ausgeführte Alterungsbehandlung, um σmax zu erhalten. Wenn die Alterungsbehandlung bei T1 °C ausgeführt wird, so daß die maximale Festigkeit bei T1 °C durch Behandlung für H1 Minuten erhalten werden kann, wird Über alterungsbehandlung bei T1 °C für (H1 + α) Minuten ausgeführt. Wenn die Alterungsbehandlung für H2 Minuten ausgeführt wird, so daß die maximale Festigkeit durch diese Behandlung für H2 Minuten bei T2°C erhalten werden kann, wird die Überalterungsbehandlung bei (T2 + β) °C für H2 Minuten ausge führt. Die Werte α und β sind positive Werte.

Eine Aluminiumlegierung auf der Basis von Al-Mg-Si mit einer ausgezeichneten Beständigkeit gegen Quetschrisse in der axialen Richtung ist eine Ausschei dungshärtungs-Legierung, die als Hauptkomponenten Mg und Si umfaßt, und die Legierung weist im allgemeinen die nachstehenden Zusammensetzungen auf:

Mg: 0,35-1,1 Gewichtsprozent,
Si: 0,5-1,3 Gewichtsprozent,
Cu: 0,15-0,7 Gewichtsprozent,
Ti: 0,005-0,2 Gewichtsprozent,
Zr: 0,06-0,02 Gewichtsprozent,

eines oder mehrere von Mn (0,05-0,5 Gewichtsprozent) und Cr (0,05-0,15 Gewichtsprozent), und der Rest besteht aus Al und unvermeidlichen Verunreini gungen.

Vorzugsweise sind weiterhin 0,3 Gew.-% oder weniger Fe enthalten.

Die Menge von jeder der Verunreinigungen beträgt, auf das Gewicht bezogen, 0,05% oder weniger und die Gesamtmenge der Verunreinigungen ist, auf das Gewicht bezogen, 0,15% oder weniger. Der Grund zur Einschränkung der Mengen der betreffenden Komponenten wird nachstehend erläutert.

Mg und Si

Mg und Si sind Elemente, mit denen der Legierung Festigkeit verliehen wird. Wenn der Mg-Gehalt geringer als 0,35 Gewichtsprozent ist oder der Si-Gehalt geringer als 0,5 Gewichtsprozent ist, können die Wirkungen der Al terungsbehandlung nicht erhalten werden. Aufgrund der Überalterungsbe handlung in der vorliegenden Erfindung wird die Festigkeit, verglichen mit der erhaltenen, üblichen Alterungsbehandlung, geringer. Somit macht es der Mg- oder Si-Gehalt, der geringer als jener, der vorstehend definiert wurde, ist, un möglich, ausreichende Festigkeit und Energieabsorption als Energie-absor bierendes Element zu erhalten. Wenn im Gegensatz dazu der Mg-Gehalt mehr als 1,1 Gewichtsprozent beträgt oder der Si-Gehalt mehr als 1,3 Gewichtsprozent beträgt, wird die Überalterungsbehandlung zur Verhinderung der Erzeugung von Quetschrissen übermäßig ausgeführt, und folglich werden die Festigkeit und die Energieabsorption des Materials selbst deutlich vermindert. Folglich werden der Mg-Gehalt und der Si-Gehalt innerhalb der Bereiche von 0,35 bis 1,1 Gewichts prozent, bzw. von 0,5 bis 1,3 Gewichtsprozent, eingestellt.

Cu

Cu verleiht der Legierung eine erhöhte Matrix- bzw. Grundgefügefestigkeit und verbessert die Duktilität dem Materials. Da die Festigkeit der Legierung gemäß vorliegender Erfindung durch Überalterungsbehandlung bzw. Auslagerung ver mindert wird, ist es erforderlich, die Matrixfestigkeit der Legierung vorher an zuheben. Wenn jedoch der Cu-Gehalt weniger als 0,15 Gewichtsprozent ist, kann die vorstehend genannte Wirkung nicht erhalten werden. Wenn im Gegen satz dazu der Cu-Gehalt mehr als 0,7 Gewichtsprozent beträgt, wird sich dieser Effekt sättigen und die Eignung zum Druckabschrecken und Schweißen wird verschlechtert. Der Cu-Gehalt wird daher innerhalb des Bereichs von 0,15 bis 0,7 Gewichtsprozent eingestellt.

Ti

Ti hat die Funktion der Erzeugung von Keimen beim Schmelzgießen und macht die Gußtextur bzw. das Gußgefüge fein und wird in einer Menge von 0,005 Gewichtsprozent oder mehr zugegeben. Wenn die Menge jedoch zu groß ist, werden grobe Verbindungen hergestellt, die die Legierung auf der Basis von Al- Mg-Si schwächen. Somit ist der obere Bereich des Ti-Gehaltes 0,2 Ge wichtsprozent.

Zr

Zr wird als Intermetallverbindung im Rohling bei der Homogenisie rungsbehandlung ausgeschieden und unterdrückt die sekundäre Rekristallisation im Heißverfahren oder dergleichen, um eine Metalltextur bzw. ein Metallgefüge feiner zu machen. Zr ruft faserige bzw. fibröse Textur bzw. fibröses Gefüge im Druckverfahren hervor und verbessert deutlich die Beständigkeit gegen Quetsch risse, verglichen mit isotrop rekristallisiertem Gefüge. Um diesen Effekt zu erhalten, ist es erforderlich, daß der Zr-Gehalt 0,06 Gewichtsprozent oder mehr beträgt. Übermäßige Zugabe davon führt jedoch zur Herstellung einer groben Intermetallverbindung beim Gießen, so daß schließlich die Festigkeit und Duktili tät abnehmen und sich die Beständigkeit gegen Quetschrisse verschlechtert. Somit muß der Zr-Gehalt im Bereich von 0,2 Gewichtsprozent oder weniger eingestellt werden.

Mn und Cr

Mn und Cr haben grundsätzlich dieselben Wirkungen wie Zr. Die Wirkung des einzelnen Elements ist schlechter als von Zr. Mit mindestens einem von Mn und Cr, zusammen mit Zr zugegeben, ist es allerdings möglich, eine vorteilhaftere Wirkung zu erhalten, als die Wirkung, die nur durch Zugabe von Zr erhalten wurde. Somit ist es in der Erfindung wesentlich, daß mindestens eines von Mn und Cr enthalten ist. Um diese Wirkung zu erhalten, ist es erforderlich, daß der Mn-Gehalt und der Cr-Gehalt auf 0,05 Gewichtsprozent oder mehr eingestellt werden. Übermäßige Zugabe führt beim Gießen dagegen zu einer groben Inter metallverbindung, so daß die Festigkeit und die Duktilität abnehmen und die Beständigkeit gegen Quetschrisse sich verschlechtert. Somit erfordert der Mn- Gehalt eine Einstellung auf 0,5 Gewichtsprozent oder weniger. Der Cr-Gehalt erfordert, hinsichtlich des Problems über die Oberflächeneigenschaft der Legie rung, eine Einstellung auf 0,15 Gewichtsprozent oder weniger.

Um ein Energie-absorbierendes Element unter Verwendung der vorstehend genannten Al-Mg-Si-Aluminiumlegierung in üblicher Weise herzustellen, wird das Ausgangsmaterial Schmelzgießen unter Bereitstellung eines Rohlings unterzogen und dann der Rohling einer Homogenisierungsbehandlung unterzogen. Anschlie ßend wird der erhaltene Gegenstand heißgepreßt, so daß man die gewünschte Querschnittsform hat, und dann durch Druck abgeschreckt. Alternativ wird der erhaltene Gegenstand heißgepreßt, so daß er einen gewünschten Querschnitt aufweist und wird dann einer Lösungsmittel-Abschreckungsbehandlung, gefolgt von einer Überalterungsbehandlung bzw. Auslagerung, unterzogen. Wie vor stehend beschrieben, wird die Überalterungsbehandlung bei 210 bis 230°C für 150 bis 240 Minuten ausgeführt. Durch die Überalterungsbehandlung bzw. Weichglühen unter diesen Bedingungen wird die Ausscheidung von Mg₂Si in dichter und feiner Form in der Legierung verteilt, und schreitet dann unter Anwachsen fort, so daß sie grob wird. Somit sinkt die Festigkeit der Legierung auf weniger als die maximale Festigkeit.

Claims

1. Energie-absorbierendes Element, umfassend einen Extrusionshohlkörper, der aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist und einen äußeren Teil und eine mit dem äußeren Teil verbundene innere Rippe aufweist, wobei der Radius der Eckkehlung, an der die Rippe und der äußere Teil miteinander verbunden sind, nicht mehr als die Hälfte der Dicke der Rippe beträgt.

2. Energie-absorbierendes Element, umfassend einen Extrusionshohlkörper, der aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist und einen äußeren Teil und innere, einander kreuzende, mit dem äußeren Teil verbundene Rippen aufweist, wobei der Radius der Eckkehlung, an der die Rippen einander kreuzen, 1 mm oder weniger beträgt.

3. Energie-absorbierendes Element nach Anspruch 2, wobei der Radius der Eckkehlung, mit der der äußere Teil mit den Rippen verbunden ist, nicht mehr als die Hälfte der Dicke der Rippen beträgt.

4. Energie-absorbierendes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Aluminiumlegierung eine wärmebehandelte Aluminiumlegierung ist, welche einer Überalterungsbehandlung unterzogen worden ist.

5. Energie-absorbierendes Element nach Anspruch 4, wobei die Prüfspannung der wärmebehandelten, einer Überalterungsbehandlung unterzogenen Alumini umlegierung das 0,5- bis 0,9-fache des maximalen Werts (σmax) der Prüf spannung (σ 0,2), die durch Alterungsbehandlung erhalten wurde, ist.

6. Energie-absorbierendes Element nach Anspruch 5, wobei die wärmebe handelte, einer Überalterungsbehandlung unterzogene Aluminiumlegierung eine Al-Mg-Si-Legierung ist.

7. Energie-absorbierendes Element nach Anspruch 6, wobei die Al-Mg-Si- Legierung 0,35 bis 1 ,6 Gewichtsprozent Mg und 0,2 bis 1 ,6 Gewichtsprozent Si umfaßt.

8. Energie-absorbierendes Element nach Anspruch 6, wobei die Al-Mg-Si- Legierung 0,35 bis 1,1 Gewichtsprozent Mg, 0,5 bis 1,3 Gewichtsprozent Si, 0,15 bis 0,7 Gewichtsprozent Cu, 0,005 bis 0,2 Gewichtsprozent Ti und 0,06 bis 0,2 Gewichtsprozent Zr, mindestens ein Element, ausgewählt aus der Grup pe, bestehend aus 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Mn und 0,05 bis 0,15 Ge wichtsprozent Cr, umfaßt und der Rest aus Al und unvermeidlichen Verunreini gungen besteht.

9. Energie-absorbierendes Element nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Al-Mg-Si-Legierung außerdem 0,3 Gewichtsprozent oder weniger Fe umfaßt.

10. Energie-absorbierendes Element, umfassend einen Extrusionskörper aus einer Aluminiumlegierung, wobei die Aluminiumlegierung eine wärmebehandelte, einer Überalterungsbehandlung unterzogene Aluminiumlegierung ist und 0,35 bis 1,1 Gewichtsprozent Mg, 0,5 bis 1,3 Gewichtsprozent Si, 0,15 bis 0,7 Gewichts prozent Cu, 0,005 bis 0,2 Gewichtsprozent Ti und 0,06 bis 0,2 Gewichtsprozent Zr, mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Mn und 0,05 bis 0,15 Gewichtsprozent Cr, umfaßt und wobei der Rest aus Al und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.

11. Energie-absorbierendes Element nach Anspruch 10, wobei die Alumini umlegierung außerdem 0,3 Gewichtsprozent oder weniger Fe umfaßt.

12. Energie-absorbierendes Element nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Prüfspannung der wärmebehandelten, einer Überalterungsbehandlung unter zogenen Aluminiumlegierung das 0,5- bis 0,9-fache des maximalen Werts (σ max) der Prüfspannung (σ 0,2), die durch Alterungsbehandlung erhalten wurde, ist.