JP2002538305A - ＡｌＭｇＳｉ型のアルミニウム合金から製造された構造部材 - Google Patents

ＡｌＭｇＳｉ型のアルミニウム合金から製造された構造部材

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JP2002538305A
JP2002538305A JP2000602826A JP2000602826A JP2002538305A JP 2002538305 A JP2002538305 A JP 2002538305A JP 2000602826 A JP2000602826 A JP 2000602826A JP 2000602826 A JP2000602826 A JP 2000602826A JP 2002538305 A JP2002538305 A JP 2002538305A
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ティム，ユルゲン
バスィ，コルラド
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Alcan Technology and Management Ltd
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/05—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys of the Al-Si-Mg type, i.e. containing silicon and magnesium in approximately equal proportions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C22C21/08—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with silicon

Abstract

(57)【要約】 構造部材の製造に適したＡｌＭｇＳｉ型のアルミニウム合金であって、塑性変形によって運動エネルギーを吸収する能力が高く、０.４５〜０.８５wt.％のケイ素、０.３５〜１.０wt.％のマグネシウム、０.０５〜０.３０wt.％の銅、０.０５〜０.２５wt.％の鉄、０.２５wt.％以下のバナジウム、０.１０wt.％以下のマンガン、および合金の製造に付随する各々が０.０５wt.％以下で合計で０.１５wt.％以下の不純物、および残部のアルミニウムを含有する。構造部材はこの合金から圧延されたストリップまたは薄板材の形態で製造される。この合金から製造された構造部材は自動車の製造における安全部材として適している。この合金はまた、亀裂を形成したりミカン肌を発生させることなく曲がる能力の高い車体の製造に適していて、特に、乗用車のボンネット、ドア、保護カバーのような二重の薄板構造の製造に適している。構造部材と車体部材は、ともに容易にそして単純なやり方で再生利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塑性変形によって運動エネルギーを吸収する能力の高い構造部材を
製造するのに適したＡｌＭｇＳｉ型のアルミニウム合金に関する。本発明はまた
、亀裂を形成したりミカン肌（orange peel effect）を発生させることなく曲が
る能力の高い車両車体部材、特に、乗用車のボンネット、ドア、保護カバー（bo
ot lid）のような二重の薄板構造部材の形態の車体部材に関する。
【０００２】
【発明の背景】
衝突挙動は車両の製造において重要性が増大している見地である。このことは
道路車両と鉄道車両の両方に当てはまる。道路車両と鉄道車両の製造業者は、衝
突したときに可能な限り多くのエネルギーが吸収されて搭乗者が傷害を負う危険
性が低減されるようなやり方を伴って車両の特殊な部品や完成した組み立てユニ
ットを特定の寸法に合わせて製造することにますます興味を持ちつつある。これ
らのいわゆる衝突要素の他に、材料や継手の機械的特性が非常に重要である。そ
の目的は、破壊が生じる前に最大のエネルギー吸収を達成することである。これ
は、降伏強度／破壊強度の比率を小さくすることによって達成され得る。同様に
重要な材料特性は伸びが高いことである。完成した部材もそのような要件を具え
ているべきであることに留意しなければならない。構造の見地から、例えば特定
の強度レベル、伸びについての特定の最小値、耐腐食性、またはその他の重要な
特性を挙げることができる。
【０００３】 省エネルギーの観点から軽量の自動車を製造することに対する重要性が高まっ
ていることにより、自動車向けの多くのアルミニウム合金の開発がもたらされた
。理想的には、自動車における様々な部材のために一種類の合金だけを用いるこ
とができるべきである。特に、スクラップを処理すること、あるいは自動車にお
けるいわゆる立体骨組構造を再生利用することの見地から、骨組部材（これらは
今日では押出し部材から製造されている）、車体用薄板材（sheet）、および構
造部材を同じ合金から製造することができるのが望ましい。しかし、自動車にお
ける異なる部材に対しては異なる特性がしばしば要求される。例えば、外側の車
体用薄板材の用途のためのアルミニウム合金は、引抜き加工、絞り加工、および
曲げ加工を可能にするために高い成形性を有しているべきであるが、しかし同時
に、焼付けラッカー塗装の後に高い強度を呈するべきである。特に、ボンネット
、ドア、保護カバーのような二重の薄板構造部材を製造するための薄板は、亀裂
を形成したりミカン肌を発生させることなく曲がる能力が高くなければならない
。というのは、これらの部材はしばしばフランジによって接合されるからである
。
【０００４】 欧州特許公開０８０５２１９号は、車両の製造に用いるためのＡｌＭｇＳｉ合
金から製造される構造部材を開示している。この構造部材は押出し加工によって
慣用の方法で製造される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、押出し加工される構造部材によって得られるような衝突挙動
の要件を満足させる最初に述べた種類の構造部材を提供することである。さらに
、この構造部材のために用いられる合金は車体部材を製造するのに用いることが
できるものでなければならない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上の目的を達成する本発明の構造部材は、 ケイ素 ０.４５〜０.８５wt.％ マグネシウム ０.３５〜１.０wt.％ 銅 ０.０５〜０.３０wt.％ 鉄 ０.０５〜０.２５wt.％ バナジウム ０.２５wt.％以下 マンガン ０.１０wt.％以下 および合金の製造に付随する各々が０.０５wt.％以下で合計で０.１５wt.％以下
の不純物、および残部のアルミニウムを含有する合金からなる圧延されたストリ
ップまたは薄板材で製造された構造部材である。
【０００７】 上記の合金元素について下記の組成範囲が好ましい。 ケイ素 ０.５０〜０.８wt.％ マグネシウム ０.４０〜０.６５wt.％ 銅 ０.０５〜０.２０wt.％ 鉄 ０.０５〜０.２０wt.％ バナジウム ０.２０wt.％以下。
【０００８】 本発明に係る構造部材は、薄板材から成形されて管状部材または中空体として
接合されたものであるのが好ましい。管状部材は断面が矩形であるのが好ましい
が、しかし原則的にはいかなる所望の断面形状を有していてもよい。もっと複雑
な形状にするために、管状部材をハイドロフォーム法（液圧成形法）によってさ
らに成形してもよい。 管状部材にするための薄板材の接合は、いかなる所望の接合方法（例えば、溶
接、接着、リベット締め、ねじ締め）で行ってもよい。
【０００９】 構造部材のために用いられる合金は車体部材を製造するのに用いてもよい。そ
のような車体部材とは、特に、乗用車のボンネット、ドア、保護カバーのような
二重の薄板構造部材の形態のものであり、それによってスクラップの処理または
構造部材と車体の薄板材の再生利用がかなり容易になる。 本発明に従う構造部材は、特に車両の製造（特に自動車の分野）における安全
部材として適している。
【００１０】 本発明に従う合金は、薄板材またはストリップへの押出し加工、ストリップ鋳
造、熱間および／または冷間圧延によって通常の方法で処理することができる。
衝突挙動と曲げ挙動についての最適な特性を得るために、連続ストリップ処理炉
の中で５２０〜５８０℃の温度範囲で溶体化処理を行い、次いで焼入れを行えば
、特に好ましいことが見いだされた。焼入れは（薄板材の厚さに応じて）通常は
水または空気を用いて通常の方法で行うことができる。溶体化処理を行う場合、
ＳｉやＭｇ2Ｓｉのような可溶性成分の全てが固溶体の中に入って、冷却後には
これらが過飽和状態にあるように、注意を払わなければならない。冷却速度は機
械的特性にかなりの影響を及ぼすことがあり、冷却速度が小さすぎる場合、Ｓｉ
やＭｇ2Ｓｉが結晶粒界に析出し、衝突挙動と曲げ挙動が著しく損なわれる。さ
らに、時効硬化能と腐食挙動が損なわれる。
【００１１】 本発明の構造部材と車体部材は、高温時効硬化の条件下で、特にＴ６熱処理条
件下で用いられるのが好ましい。車体部材の場合、この熱処理条件は焼付けラッ
カー塗装の間に生じさせ得る。 本発明に従う構造部材と車体部材を製造するために用いられるストリップまた
は薄板材は、０.８〜４mmの範囲の厚さを有するのが好ましい。 さらに、ストリップと薄板材には、最終の処理の前に化学的または電気化学的
な前処理および／または乾燥潤滑剤による被覆を行うことができる。
【００１２】 さらなる利点として、構造部材と車体部材を製造するために用いられる本発明
に従う合金の薄板材の特徴と詳細を、好ましい実施態様の以下の説明で明らかに
する。
【００１３】実施例１ ０.８２wt.％Ｓｉ、０.５７wt.％Ｍｇ、０.２２wt.％Ｆｅ、０.０７wt.％Ｃｕ
、０.００５wt.％Ｖ、および０.０８wt.％Ｍｎの組成を有する合金と、比較とし
て自動車の用途に用いられる標準合金ＡＡ６０１６を、連続鋳造、熱間圧延、お
よび冷間圧延によって通常の方法で処理して、厚さ１.２mmの薄板材にした。５
４０℃で溶体化処理を行い、次いで水中で焼入れを行った。 本発明に従う合金の薄板材試料と比較のための合金について、両者ともＴ４熱
処理条件下で測定した機械的特性と成形性の値を表１に示す。
【００１４】
【表１】 表１に示す結果は明らかに、本発明に従う合金が曲げ挙動においてＡＡ６０１
６合金を凌ぐことを示している。
【００１５】実施例２ ０.５９wt.％Ｓｉ、０.５５wt.％Ｍｇ、０.１５wt.％Ｆｅ、０.０７wt.％Ｃｕ
、０.１０wt.％Ｖ、および０.０８wt.％Ｍｎの組成を有する合金と、比較として
自動車の用途に用いられる標準合金ＡＡ６０１６を、連続鋳造、熱間圧延、およ
び冷間圧延によって通常の方法で処理して、厚さ１.５mmの薄板材にした。５４
０℃で溶体化処理を行い、次いで水中で焼入れを行った。
【００１６】
【表２】 表２に示す結果は明らかに、本発明に従う合金が衝突挙動においてＡＡ６０１
６合金を凌ぐことを示していて、特に高温時効硬化の条件下で優れている。
【００１７】実施例３ ０.６０wt.％Ｓｉ、０.５３wt.％Ｍｇ、０.２０wt.％Ｆｅ、０.１４wt.％Ｃｕ
、０.１５wt.％Ｖ、および０.０７wt.％Ｍｎの組成を有する合金と、比較として
自動車の用途に用いられる標準合金ＡＡ６０１６を、連続鋳造、熱間圧延、およ
び冷間圧延によって通常の方法で処理して、厚さ１.５mmの薄板材にした。５６
０℃で溶体化処理を行い、次いで水中で焼入れを行った。
【００１８】
【表３】 表３に示す結果は明らかに、本発明に従う合金が衝突挙動においてＡＡ６０１
６合金を凌ぐことを示していて、特に高温時効硬化の条件下で優れている。
【００１９】実施例４ ０.５７wt.％Ｓｉ、０.５３wt.％Ｍｇ、０.１８wt.％Ｆｅ、０.０７wt.％Ｃｕ
、０.００６wt.％Ｖ、および０.０７wt.％Ｍｎの組成を有する合金と、比較とし
て自動車の用途に用いられる標準合金ＡＡ６０１６を、連続鋳造、熱間圧延、お
よび冷間圧延によって通常の方法で処理して、厚さ２.０mmの薄板材にした。５
６０℃で溶体化処理を行い、次いで水中で焼入れを行った。
【００２０】
【表４】 表４に示す結果は明らかに、本発明に従う合金が衝突挙動においてＡＡ６０１
６合金を凌ぐことを示していて、特に高温時効硬化の条件下で優れている。
【００２１】 実施例１〜４において、 Ｔ４＝熱処理条件：溶体化処理、焼入れ Ｔ６＝熱処理条件：溶体化処理、焼入れ、２１０℃で３０分間の高温時効硬化（ Ｔ６条件は焼付けラッカー塗装の間にも得られる） Ｒm＝引張り強度 Ｒ0.2＝降伏強度 Ａ10＝伸び ｎ5%＝５％伸びにおける加工硬化係数 ｒ＝ｒ値（平均の垂直異方性） ｆ＝ｒi/ｔ＝曲げ係数（ｒi：最小半径、ｔ：薄板材の厚さ）
【００２２】 衝突挙動は半静的圧縮試験において１〜３の値で評価され、ここでは３が最良
の値である。半静的圧縮試験はエネルギー吸収要素を評価するのに用いられる。
望ましい挙動は、亀裂を形成せずに均一に折りたたまれることによって特徴づけ
られる。圧縮した試料の外観は３（亀裂が形成されず、均一に折りたたまれる）
、２（表面が粗くなり、亀裂がわずかに形成される）、１（亀裂が形成される）
の値で評価された。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１２月１６日（２０００．１２．１６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｈ ６３０Ｋ ６３１ ６３１Ｚ ６８３ ６８３ ６８４ ６８４Ｂ ６８５ ６８５Ｚ ６８６ ６８６Ａ ６９１ ６９１Ｂ ６９２ ６９２Ｚ (72)発明者 ティム，ユルゲン ドイツ連邦共和国デー−78256 シュタイ スリンゲン，ショレンシュトラーセ ４ (72)発明者 バスィ，コルラド スイス国ツェーハー−3968 フェイラス， ムツォート・シュトラーセ

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＡｌＭｇＳｉ型のアルミニウム合金から製造された構造部材
    であって、塑性変形によって運動エネルギーを吸収する能力が高く、その合金が ケイ素 ０.４５〜０.８５wt.％ マグネシウム ０.３５〜１.０wt.％ 銅 ０.０５〜０.３０wt.％ 鉄 ０.０５〜０.２５wt.％ バナジウム ０.２５wt.％以下 マンガン ０.１０wt.％以下 および合金の製造に付随する各々が０.０５wt.％以下で合計で０.１５wt.％以下
    の不純物、および残部のアルミニウムを含有し、この合金からなる圧延されたス
    トリップまたは薄板材で製造されたことを特徴とする構造部材。
  2. 【請求項２】 前記合金が０.５０〜０.８０wt.％のケイ素を含有すること
    を特徴とする、請求項１に記載の構造部材。
  3. 【請求項３】 前記合金が０.４０〜０.６５wt.％のマグネシウムを含有す
    ることを特徴とする、請求項１または２に記載の構造部材。
  4. 【請求項４】 前記合金が０.０５〜０.２０wt.％の銅を含有することを特
    徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の構造部材。
  5. 【請求項５】 前記合金が０.０５〜０.２０wt.％の鉄を含有することを特
    徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の構造部材。
  6. 【請求項６】 前記合金が０.２０wt.％以下のバナジウムを含有することを
    特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の構造部材。
  7. 【請求項７】 前記構造部材は、薄板材から成形されて管状部材または中空
    体として接合された少なくとも一つの部材であることを特徴とする、請求項１か
    ら６のいずれかに記載の構造部材。
  8. 【請求項８】 前記構造部材はハイドロフォーム法によってさらに成形され
    たものであることを特徴とする、請求項７に記載の構造部材。
  9. 【請求項９】 前記ストリップまたは薄板材は連続インゴット鋳造または連
    続ストリップ鋳造、熱間および／または冷間圧延、および連続処理炉の中での５
    ２０〜５８０℃における溶体化処理とそれに続く焼入れによって製造されること
    を特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の構造部材。
  10. 【請求項１０】 車両の製造における安全部材としての請求項１から９のい
    ずれかに記載の構造部材の使用法。
  11. 【請求項１１】 ＡｌＭｇＳｉ型のアルミニウム合金から製造された車体部
    材であって、亀裂を形成したりミカン肌を発生させることなく曲がる能力が高く
    、特に、乗用車のボンネット、ドア、保護カバーのような二重の薄板構造の形態
    を有し、前記合金が ケイ素 ０.４５〜０.８５wt.％ マグネシウム ０.３５〜１.０wt.％ 銅 ０.０５〜０.３０wt.％ 鉄 ０.０５〜０.２５wt.％ バナジウム ０.２５wt.％以下 マンガン ０.１０wt.％以下 および合金の製造に付随する各々が０.０５wt.％以下で合計で０.１５wt.％以下
    の不純物、および残部のアルミニウムを含有することを特徴とする車体部材。
  12. 【請求項１２】 前記合金が０.５〜０.８wt.％のケイ素を含有することを
    特徴とする、請求項１１に記載の構造部材。
  13. 【請求項１３】 前記合金が０.４０〜０.６５wt.％のマグネシウムを含有
    することを特徴とする、請求項１１または１２に記載の構造部材。
  14. 【請求項１４】 前記合金が０.０５〜０.２０wt.％の銅を含有することを
    特徴とする、請求項１１から１３のいずれかに記載の構造部材。
  15. 【請求項１５】 前記合金が０.０５〜０.２０wt.％の鉄を含有することを
    特徴とする、請求項１１から１４のいずれかに記載の構造部材。
  16. 【請求項１６】 前記合金が０.２０wt.％以下のバナジウムを含有すること
    を特徴とする、請求項１１から１５のいずれかに記載の車体部材。
  17. 【請求項１７】 ストリップまたは薄板材が連続インゴット鋳造または連続
    ストリップ鋳造、熱間および／または冷間圧延、および連続処理炉の中での５２
    ０〜５８０℃における溶体化処理とそれに続く焼入れによって製造されることを
    特徴とする、請求項１１から１６のいずれかに記載の構造部材。
  18. 【請求項１８】 高温時効硬化の条件下での、特にＴ６高温時効硬化の条件
    下での請求項１から９のいずれかに記載の構造部材の使用法または請求項１１か
    ら１７のいずれかに記載の車体部材の使用法。
JP2000602826A 1999-03-03 2000-02-18 ＡｌＭｇＳｉ型のアルミニウム合金から製造された構造部材 Pending JP2002538305A (ja)

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CH391/99 1999-03-03
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