JP2003268474A - 衝撃エネルギー吸収性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材 - Google Patents
衝撃エネルギー吸収性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材Info
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- JP2003268474A JP2003268474A JP2003105820A JP2003105820A JP2003268474A JP 2003268474 A JP2003268474 A JP 2003268474A JP 2003105820 A JP2003105820 A JP 2003105820A JP 2003105820 A JP2003105820 A JP 2003105820A JP 2003268474 A JP2003268474 A JP 2003268474A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 軸方向に圧縮の衝撃荷重を受けたときの衝撃
エネルギー吸収性に優れ、自動車や列車の構造部材材と
して好適なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形
材を得る。 【解決手段】 耐力が１５０Ｎ／ｍｍ２以上、かつ計装
化シャルピー試験において、最大荷重点までの吸収エネ
ルギーに対して最大荷重点以降の吸収エネルギーが６０
％以上であるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出
形材。このアルミニウム合金は、Ｍｇ：０．３〜１．１
％、Ｓｉ：０．５〜１．３％、Ｃｕ：０．０５〜０．７
％、Ｔｉ：０．００５％〜０．２％を含み、さらにＺ
ｒ：０．０５〜０．２％、Ｍｎ：０．０５〜０．５％、
Ｃｒ：０．００１〜０．２％のいずれか１種又は２種以
上を含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなる。
エネルギー吸収性に優れ、自動車や列車の構造部材材と
して好適なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形
材を得る。 【解決手段】 耐力が１５０Ｎ／ｍｍ２以上、かつ計装
化シャルピー試験において、最大荷重点までの吸収エネ
ルギーに対して最大荷重点以降の吸収エネルギーが６０
％以上であるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出
形材。このアルミニウム合金は、Ｍｇ：０．３〜１．１
％、Ｓｉ：０．５〜１．３％、Ｃｕ：０．０５〜０．７
％、Ｔｉ：０．００５％〜０．２％を含み、さらにＺ
ｒ：０．０５〜０．２％、Ｍｎ：０．０５〜０．５％、
Ｃｒ：０．００１〜０．２％のいずれか１種又は２種以
上を含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮の衝撃荷重を
受けたとき、その衝撃荷重を吸収する作用を持ち、例え
ば自動車や鉄道車両等の構造部材として好適な衝撃エネ
ルギー吸収性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム
合金押出形材に関する。
受けたとき、その衝撃荷重を吸収する作用を持ち、例え
ば自動車や鉄道車両等の構造部材として好適な衝撃エネ
ルギー吸収性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム
合金押出形材に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車のフレーム構造において、軽量化
のためアルミニウム合金中空押出材の適用が検討されて
いる。自動車のフレーム材は衝突時衝撃的な変形を受け
るが、この場合に脆性的に破断せず、その衝撃エネルギ
ーを吸収する必要がある。例えばサイドメンバやバンパ
ーステイなどでは、押出軸方向に圧縮の衝撃荷重を受け
たとき、形材全体がオイラー座屈（形材全体がくの字形
に曲がる座屈）を起こさず、かつ圧壊割れを発生するこ
となく蛇腹状に収縮変形して、安定した高いエネルギー
吸収を得ることが必要である。あるいは鉄道車両のフレ
ーム構造について一部にアルミニウム合金押出材が適用
されているが、衝突時にフレーム材が衝撃的な変形を受
けたとき、その衝撃エネルギーを吸収する必要があり、
同時に圧壊割れを起こして破片が飛散するようなことが
あってはならない。
のためアルミニウム合金中空押出材の適用が検討されて
いる。自動車のフレーム材は衝突時衝撃的な変形を受け
るが、この場合に脆性的に破断せず、その衝撃エネルギ
ーを吸収する必要がある。例えばサイドメンバやバンパ
ーステイなどでは、押出軸方向に圧縮の衝撃荷重を受け
たとき、形材全体がオイラー座屈（形材全体がくの字形
に曲がる座屈）を起こさず、かつ圧壊割れを発生するこ
となく蛇腹状に収縮変形して、安定した高いエネルギー
吸収を得ることが必要である。あるいは鉄道車両のフレ
ーム構造について一部にアルミニウム合金押出材が適用
されているが、衝突時にフレーム材が衝撃的な変形を受
けたとき、その衝撃エネルギーを吸収する必要があり、
同時に圧壊割れを起こして破片が飛散するようなことが
あってはならない。
【０００３】また、アルミニウム合金押出材を自動車や
鉄道車両のフレーム等の構造部材に用いるためには、少
なくとも１５０Ｎ／ｍｍ２以上、望ましくは２００Ｎ／
ｍｍ ２以上の耐力を有することが要求される。Ａｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材においてこの強度を
出すため、一般にオンラインによるプレス焼入れ又はオ
フラインによる溶体化・焼入れ処理を行った後、時効処
理を施している。時効処理により押出材の強度が向上
し、同時に組織が安定化し、使用中に自然時効が進行し
て強度が変化するのを防止することができる。
鉄道車両のフレーム等の構造部材に用いるためには、少
なくとも１５０Ｎ／ｍｍ２以上、望ましくは２００Ｎ／
ｍｍ ２以上の耐力を有することが要求される。Ａｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材においてこの強度を
出すため、一般にオンラインによるプレス焼入れ又はオ
フラインによる溶体化・焼入れ処理を行った後、時効処
理を施している。時効処理により押出材の強度が向上
し、同時に組織が安定化し、使用中に自然時効が進行し
て強度が変化するのを防止することができる。
【０００４】これまで、衝撃吸収部材として利用できる
アルミニウム合金押出形材としては、高強度アルミニウ
ム合金の中では比較的耐食性に優れ、リサイクル性の面
でも他の系のアルミニウム合金より優れているＡｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材が多く検討されて
いる（例えば特開平６−２５７８３号公報、特開平７−
５４０９０号公報、特開平７−１１８７８２号公報、特
開平９−２５６０９６号公報）。しかし、これまでのエ
ネルギー吸収性の評価は、通常、前記公報にも記載され
ているように、押出形材を所定長さに切断し、数１０ｍ
ｍ／分の圧縮速度で軸方向に圧縮して座屈変形させ、そ
のときの荷重−変位線図からエネルギー吸収量を求め、
また目視により割れの有無を観察することで行われてい
る。従って、従来のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合
金押出形材が優れたエネルギー吸収性を示したとして
も、それはあくまで準静的な圧縮条件下でのエネルギー
吸収性に過ぎない。
アルミニウム合金押出形材としては、高強度アルミニウ
ム合金の中では比較的耐食性に優れ、リサイクル性の面
でも他の系のアルミニウム合金より優れているＡｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材が多く検討されて
いる（例えば特開平６−２５７８３号公報、特開平７−
５４０９０号公報、特開平７−１１８７８２号公報、特
開平９−２５６０９６号公報）。しかし、これまでのエ
ネルギー吸収性の評価は、通常、前記公報にも記載され
ているように、押出形材を所定長さに切断し、数１０ｍ
ｍ／分の圧縮速度で軸方向に圧縮して座屈変形させ、そ
のときの荷重−変位線図からエネルギー吸収量を求め、
また目視により割れの有無を観察することで行われてい
る。従って、従来のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合
金押出形材が優れたエネルギー吸収性を示したとして
も、それはあくまで準静的な圧縮条件下でのエネルギー
吸収性に過ぎない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一方、実際の衝突時の
変形は非常に大きな変形速度で生じる。そして、Ａｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材の場合も一般の材
料と同様に、高速で変形した場合、低速で変形した場合
と比較し強度が変化する。そのため、前記のように準静
的に圧縮変形させた場合に優れたエネルギー吸収性を示
すものでも、高速で圧縮変形させた場合、脆性的な圧壊
割れが発生し、エネルギー吸収性が変化してしまうこと
が多くある。また、脆性的な圧壊割れがひどくすすむと
破片が飛散する恐れも出てくる。実際、従来のＡｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材では、焼入れ及び
時効処理を行って強度を上昇させた場合、圧縮の衝撃荷
重を受けたとき脆性的に破壊し、良好なエネルギー吸収
性を示さなかった。
変形は非常に大きな変形速度で生じる。そして、Ａｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材の場合も一般の材
料と同様に、高速で変形した場合、低速で変形した場合
と比較し強度が変化する。そのため、前記のように準静
的に圧縮変形させた場合に優れたエネルギー吸収性を示
すものでも、高速で圧縮変形させた場合、脆性的な圧壊
割れが発生し、エネルギー吸収性が変化してしまうこと
が多くある。また、脆性的な圧壊割れがひどくすすむと
破片が飛散する恐れも出てくる。実際、従来のＡｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材では、焼入れ及び
時効処理を行って強度を上昇させた場合、圧縮の衝撃荷
重を受けたとき脆性的に破壊し、良好なエネルギー吸収
性を示さなかった。
【０００６】本発明者らは上記問題点に鑑み、耐力≧１
５０Ｎ／ｍｍ２を有し、かつ衝突時に圧縮の衝撃荷重を
受けたとき優れたエネルギー吸収性を示し、特に自動車
や鉄道車両等の構造部材として好適なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
系アルミニウム合金押出形材を提供することを目的とす
る。
５０Ｎ／ｍｍ２を有し、かつ衝突時に圧縮の衝撃荷重を
受けたとき優れたエネルギー吸収性を示し、特に自動車
や鉄道車両等の構造部材として好適なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
系アルミニウム合金押出形材を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、圧縮の衝
撃荷重を受けたときのエネルギー吸収性に優れるＡｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材を開発すべく種
々実験研究を行う過程で、計装化シャルピー試験で得ら
れた負荷（荷重）−変位線図の形態が、圧縮の衝撃荷重
を受けたときのエネルギー吸収性と密接な関係があるこ
とを見いだし、それをもとに本発明を得ることができ
た。すなわち、本発明に係る衝撃エネルギー吸収性に優
れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材は、
耐力が１５０Ｎ／ｍｍ２以上、望ましくは２００Ｎ／ｍ
ｍ２以上、かつ計装化シャルピー試験において、最大荷
重点までの吸収エネルギーに対して最大荷重点以降の吸
収エネルギーが６０％以上であることを特徴とする。
撃荷重を受けたときのエネルギー吸収性に優れるＡｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材を開発すべく種
々実験研究を行う過程で、計装化シャルピー試験で得ら
れた負荷（荷重）−変位線図の形態が、圧縮の衝撃荷重
を受けたときのエネルギー吸収性と密接な関係があるこ
とを見いだし、それをもとに本発明を得ることができ
た。すなわち、本発明に係る衝撃エネルギー吸収性に優
れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材は、
耐力が１５０Ｎ／ｍｍ２以上、望ましくは２００Ｎ／ｍ
ｍ２以上、かつ計装化シャルピー試験において、最大荷
重点までの吸収エネルギーに対して最大荷重点以降の吸
収エネルギーが６０％以上であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】計装化シャルピー試験は、供試材
から押出方向に平行になるように採取したＪＩＳ３号試
験片（ただし、試験片の幅は押出材の厚さとする）を用
い、ＪＩＳＢ７７２２及びＪＩＳＢ７７５５に準拠した
試験装置にて、ＪＩＳＺ２２４２に準拠して実施する。
図１はその試験装置を示すもので、ハンマー１の衝撃刃
に歪みゲージ２を取り付け、支持台３に試験片４を支持
し、この試験片４をハンマー１の衝撃で破断させ、その
ときの歪みゲージ２の信号をアンプ５、オシロスコープ
６及びパソコン７により計測し、図２に示すような負荷
（荷重）−変位線図を求め、図２において最大負荷点
（矢印参照）までの吸収エネルギー量（Ａの面積）と、
最大負荷点以降の吸収エネルギー量（Ｂの面積）を比較
して、（Ｂの面積／Ａの面積）×１００（％）（以下、
エネルギー比という）を求める。なお、ハンマー１の力
のモーメントは４９Ｎ・ｍとする。
から押出方向に平行になるように採取したＪＩＳ３号試
験片（ただし、試験片の幅は押出材の厚さとする）を用
い、ＪＩＳＢ７７２２及びＪＩＳＢ７７５５に準拠した
試験装置にて、ＪＩＳＺ２２４２に準拠して実施する。
図１はその試験装置を示すもので、ハンマー１の衝撃刃
に歪みゲージ２を取り付け、支持台３に試験片４を支持
し、この試験片４をハンマー１の衝撃で破断させ、その
ときの歪みゲージ２の信号をアンプ５、オシロスコープ
６及びパソコン７により計測し、図２に示すような負荷
（荷重）−変位線図を求め、図２において最大負荷点
（矢印参照）までの吸収エネルギー量（Ａの面積）と、
最大負荷点以降の吸収エネルギー量（Ｂの面積）を比較
して、（Ｂの面積／Ａの面積）×１００（％）（以下、
エネルギー比という）を求める。なお、ハンマー１の力
のモーメントは４９Ｎ・ｍとする。
【０００９】Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出
形材が圧縮の衝撃荷重を受けたとき、その変位−荷重線
図をみると、衝撃の初期に最大荷重を示した後、変位の
進行に伴って荷重が低下する。そのときの吸収エネルギ
ー量は、材料がどの程度粘るか、つまり最大荷重後、脆
性的に破壊せず荷重が高い状態をどの程度長く保つかに
よって大きく影響を受ける。この粘りの程度と計装化シ
ャルピー試験の結果には相関があり、エネルギー比が低
い場合は材料の粘りが少なく脆性的に破壊しやすい。一
方、エネルギー比が高い場合は材料がよく粘り脆性的に
破壊しにくエネルギー吸収量が増える。そしてエネルギ
ー比が６０％以上の場合、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニ
ウム合金押出形材の耐力が１５０Ｎ／ｍｍ２以上であっ
ても、押出軸方向に圧縮の衝撃荷重を受けたときに脆性
的に破壊せず、蛇腹状に変形し、優れたエネルギー吸収
性を示す。また、横方向（押出軸方向に垂直）に圧縮の
衝撃荷重を受けても脆性的に破壊せず、その衝撃を吸収
することができる。
形材が圧縮の衝撃荷重を受けたとき、その変位−荷重線
図をみると、衝撃の初期に最大荷重を示した後、変位の
進行に伴って荷重が低下する。そのときの吸収エネルギ
ー量は、材料がどの程度粘るか、つまり最大荷重後、脆
性的に破壊せず荷重が高い状態をどの程度長く保つかに
よって大きく影響を受ける。この粘りの程度と計装化シ
ャルピー試験の結果には相関があり、エネルギー比が低
い場合は材料の粘りが少なく脆性的に破壊しやすい。一
方、エネルギー比が高い場合は材料がよく粘り脆性的に
破壊しにくエネルギー吸収量が増える。そしてエネルギ
ー比が６０％以上の場合、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニ
ウム合金押出形材の耐力が１５０Ｎ／ｍｍ２以上であっ
ても、押出軸方向に圧縮の衝撃荷重を受けたときに脆性
的に破壊せず、蛇腹状に変形し、優れたエネルギー吸収
性を示す。また、横方向（押出軸方向に垂直）に圧縮の
衝撃荷重を受けても脆性的に破壊せず、その衝撃を吸収
することができる。
【００１０】前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金
押出形材において、結晶組織を繊維状組織（ファイバー
組織）とすることが望ましい。ここで、ファイバー組織
とは押出材に見られる熱間加工組織で、押出方向に長く
のばされた結晶粒組織のことである。なお、材料が変形
するときの材料内の歪みは転位の動きによって導かれる
が、結晶粒界等の金属結晶の並びが不規則な部分は転位
による格子のずれが蓄積し歪みが集中することになる。
従って、材料内での転位の分布すなわち歪みの分布は、
結晶粒径が細かい方が材料全体の中で均一になりやす
い。そして、高速衝突時に割れの発生を抑制するために
は、変形歪みを材料内で均等にさせる必要がある。再結
晶を抑制し、ファイバー組織、すなわち粒界を細かな状
態に保持することによって変形歪みを材料内に均等に分
布させることができ、高強度とともに圧縮の衝撃荷重を
受けたときの耐圧壊割れ性を向上させ、エネルギー吸収
量を大きくすることができる。
押出形材において、結晶組織を繊維状組織（ファイバー
組織）とすることが望ましい。ここで、ファイバー組織
とは押出材に見られる熱間加工組織で、押出方向に長く
のばされた結晶粒組織のことである。なお、材料が変形
するときの材料内の歪みは転位の動きによって導かれる
が、結晶粒界等の金属結晶の並びが不規則な部分は転位
による格子のずれが蓄積し歪みが集中することになる。
従って、材料内での転位の分布すなわち歪みの分布は、
結晶粒径が細かい方が材料全体の中で均一になりやす
い。そして、高速衝突時に割れの発生を抑制するために
は、変形歪みを材料内で均等にさせる必要がある。再結
晶を抑制し、ファイバー組織、すなわち粒界を細かな状
態に保持することによって変形歪みを材料内に均等に分
布させることができ、高強度とともに圧縮の衝撃荷重を
受けたときの耐圧壊割れ性を向上させ、エネルギー吸収
量を大きくすることができる。
【００１１】前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金
は、Ｍｇ、Ｓｉを主成分とする析出硬化型合金である。
好ましい組成として、Ｍｇ：０．２〜１．６％、Ｓｉ：
０．２〜１．８％、望ましくはＭｇ：０．３〜１．１
％、Ｓｉ：０．５〜１．３％、必要に応じて、Ｃｕ：
０．０５〜０．７％、Ｔｉ：０．００５％〜０．２
％、Ｚｒ：０．０５〜０．２％、Ｍｎ：０．０５〜
０．５％、Ｃｒ：０．００１〜０．２％のいずれか１種
又は２種以上、以上〜のいずれかを単独又は適宜組
み合わせて含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなる。
このうち、特に望ましい組成は、上記範囲のＭｇ、Ｓ
ｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒを含み、さらにＭｎ又はＣｒいず
れか又は双方を含む組成である。
は、Ｍｇ、Ｓｉを主成分とする析出硬化型合金である。
好ましい組成として、Ｍｇ：０．２〜１．６％、Ｓｉ：
０．２〜１．８％、望ましくはＭｇ：０．３〜１．１
％、Ｓｉ：０．５〜１．３％、必要に応じて、Ｃｕ：
０．０５〜０．７％、Ｔｉ：０．００５％〜０．２
％、Ｚｒ：０．０５〜０．２％、Ｍｎ：０．０５〜
０．５％、Ｃｒ：０．００１〜０．２％のいずれか１種
又は２種以上、以上〜のいずれかを単独又は適宜組
み合わせて含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなる。
このうち、特に望ましい組成は、上記範囲のＭｇ、Ｓ
ｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒを含み、さらにＭｎ又はＣｒいず
れか又は双方を含む組成である。
【００１２】次に、本発明に係るＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系ア
ルミニウム合金押出形材の組成について説明する。 Ｍｇ、Ｓｉ ＭｇとＳｉは結合してＭｇ２Ｓｉを形成し、合金強度を
向上させる。自動車や鉄道車両等の構造部材に必要とさ
れる強度を得るためには、それぞれ０．２％以上の添加
が必要である。しかし、Ｍｇが１．６％又はＳｉが１．
８％を越えて添加されると粒界析出物が多くなり、前記
の吸収エネルギー比を満たしていても、圧縮の衝撃荷重
を受けたとき脆性的な圧壊割れが生じやすくなる。従っ
て、Ｍｇ含有量は０．２〜１．６％、Ｓｉ含有量は０．
２〜１．８％とする。より望ましくは、Ｍｇ：０．３〜
１．１％、Ｓｉ：０．５〜１．３％、さらに望ましく
は、Ｍｇ：０．３〜０．８％、Ｓｉ：０．５〜１．０
％、さらに望ましくは、Ｍｇ：０．４〜０．７％、Ｓ
ｉ：０．５〜０．７％である。
ルミニウム合金押出形材の組成について説明する。 Ｍｇ、Ｓｉ ＭｇとＳｉは結合してＭｇ２Ｓｉを形成し、合金強度を
向上させる。自動車や鉄道車両等の構造部材に必要とさ
れる強度を得るためには、それぞれ０．２％以上の添加
が必要である。しかし、Ｍｇが１．６％又はＳｉが１．
８％を越えて添加されると粒界析出物が多くなり、前記
の吸収エネルギー比を満たしていても、圧縮の衝撃荷重
を受けたとき脆性的な圧壊割れが生じやすくなる。従っ
て、Ｍｇ含有量は０．２〜１．６％、Ｓｉ含有量は０．
２〜１．８％とする。より望ましくは、Ｍｇ：０．３〜
１．１％、Ｓｉ：０．５〜１．３％、さらに望ましく
は、Ｍｇ：０．３〜０．８％、Ｓｉ：０．５〜１．０
％、さらに望ましくは、Ｍｇ：０．４〜０．７％、Ｓ
ｉ：０．５〜０．７％である。
【００１３】Ｃｕ
ＣｕはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の強度をそ
の添加量に応じて高める作用があり適宜添加される。し
かし、０．０５％未満では作用が不十分であり、０．７
％を越えると耐食性、耐応力腐食割れ性及び溶接性が低
下するので、含有量は０．０５〜０．７０％とする。よ
り望ましくは０．１〜０．６％、さらに望ましくは０．
１〜０．４％である。 Ｔｉ Ｔｉは、溶解鋳造時に核生成し鋳塊組織を微細化する作
用があり、適宜添加される。しかし、０．００５％より
少ないと微細化の効果が十分でなく、０．２％より多い
と飽和して巨大化合物が発生し、圧壊割れ性悪化の原因
となる。そのため、Ｔｉの含有量は０．００５〜０．２
％とする。より望ましい範囲は０．０１〜０．１％、さ
らに望ましい範囲は０．０１〜０．０５％である。
の添加量に応じて高める作用があり適宜添加される。し
かし、０．０５％未満では作用が不十分であり、０．７
％を越えると耐食性、耐応力腐食割れ性及び溶接性が低
下するので、含有量は０．０５〜０．７０％とする。よ
り望ましくは０．１〜０．６％、さらに望ましくは０．
１〜０．４％である。 Ｔｉ Ｔｉは、溶解鋳造時に核生成し鋳塊組織を微細化する作
用があり、適宜添加される。しかし、０．００５％より
少ないと微細化の効果が十分でなく、０．２％より多い
と飽和して巨大化合物が発生し、圧壊割れ性悪化の原因
となる。そのため、Ｔｉの含有量は０．００５〜０．２
％とする。より望ましい範囲は０．０１〜０．１％、さ
らに望ましい範囲は０．０１〜０．０５％である。
【００１４】Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｒ
Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｒは押出材のファイバー組織を安定化す
る作用があり、これらの中から１種又は２種以上が、そ
れぞれ０．０５〜０．２％、０．０５〜０．５％、０．
００１〜０．２％、必要に応じて添加される。それぞれ
下限値未満ではファイバー組織を安定化する作用が得ら
れず、一方、Ｚｒが０．２％を越えるとその作用が飽和
し、Ｍｎが０．５％を越えると熱処理時のＭｇの拡散が
抑制され、熱処理性が悪化するとともに粗大な化合物が
生成して圧壊割れの原因となり、Ｃｒが０．２％を越え
ると押出性が悪化する。なお、Ｚｒを添加すると、過時
効処理した場合の圧壊割れ性の改善効果が大きい。ま
た、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｒはいずれも焼入れ感受性を鋭くし
てプレス焼入れ性を低下させる元素であるが、ＺｒはＭ
ｎ、Ｃｒに比べてプレス焼入れ性の低下が小さいので、
これら３種の元素のうちではまずＺｒを添加し、さらに
Ｍｎ又は／及びＣｒを添加するのが望ましい。より望ま
しい範囲は、Ｚｒ：０．０５〜０．１５％、Ｍｎ：０．
１〜０．２％、Ｃｒ：０．００１〜０．１％である。
る作用があり、これらの中から１種又は２種以上が、そ
れぞれ０．０５〜０．２％、０．０５〜０．５％、０．
００１〜０．２％、必要に応じて添加される。それぞれ
下限値未満ではファイバー組織を安定化する作用が得ら
れず、一方、Ｚｒが０．２％を越えるとその作用が飽和
し、Ｍｎが０．５％を越えると熱処理時のＭｇの拡散が
抑制され、熱処理性が悪化するとともに粗大な化合物が
生成して圧壊割れの原因となり、Ｃｒが０．２％を越え
ると押出性が悪化する。なお、Ｚｒを添加すると、過時
効処理した場合の圧壊割れ性の改善効果が大きい。ま
た、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｒはいずれも焼入れ感受性を鋭くし
てプレス焼入れ性を低下させる元素であるが、ＺｒはＭ
ｎ、Ｃｒに比べてプレス焼入れ性の低下が小さいので、
これら３種の元素のうちではまずＺｒを添加し、さらに
Ｍｎ又は／及びＣｒを添加するのが望ましい。より望ま
しい範囲は、Ｚｒ：０．０５〜０．１５％、Ｍｎ：０．
１〜０．２％、Ｃｒ：０．００１〜０．１％である。
【００１５】ところで、製造コストの低減及び焼入れ後
の寸法精度の向上のため、必要な強度と優れた耐圧壊割
れ性を空冷によるプレス焼入れで得ることが望まれてい
る。上記のように、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒはファイバー組織
を安定化し、強度及び耐圧壊割れ性を向上させる作用を
有するが、空冷によるプレス焼入れでこのファイバー組
織を得るには、合計含有量０．１％以上が必要である。
同時にこれらの元素はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム
合金の焼入れ感受性を鋭くするため、合計含有量が０．
４％を越えると冷却速度の遅い（通常、１００〜４００
℃／ｍｉｎ）空冷によるプレス焼入れでは十分に焼きが
入らず、高い強度（特に耐力）が得られない。従って、
特に空冷によるプレス焼入れを行った後、時効処理を行
う場合、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒの合計含有量は０．１〜０．
４％とする必要がある。
の寸法精度の向上のため、必要な強度と優れた耐圧壊割
れ性を空冷によるプレス焼入れで得ることが望まれてい
る。上記のように、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒはファイバー組織
を安定化し、強度及び耐圧壊割れ性を向上させる作用を
有するが、空冷によるプレス焼入れでこのファイバー組
織を得るには、合計含有量０．１％以上が必要である。
同時にこれらの元素はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム
合金の焼入れ感受性を鋭くするため、合計含有量が０．
４％を越えると冷却速度の遅い（通常、１００〜４００
℃／ｍｉｎ）空冷によるプレス焼入れでは十分に焼きが
入らず、高い強度（特に耐力）が得られない。従って、
特に空冷によるプレス焼入れを行った後、時効処理を行
う場合、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒの合計含有量は０．１〜０．
４％とする必要がある。
【００１６】不可避不純物
不可避不純物のうちＦｅはアルミニウム地金に最も多く
含まれる不純物であり、０．３５％を超えて合金中に存
在すると鋳造時に粗大な金属間化合物を晶出し、合金の
機械的性質を損なう。従って、Ｆｅの含有量は０．３５
％以下に規制する。望ましくは０．３０％以下であり、
さらに０．２５％以下が望ましい。また、アルミニウム
合金を鋳造する際には地金、添加元素の中間合金等様々
な経路より不純物が混入する。混入する元素は様々であ
るが、Ｆｅ以外の不純物は単体で０．０５％以下、総量
で０．１５％以下であれば合金の特性にほとんど影響を
及ぼさない。従って、これらの不純物は単体で０．０５
％以下、総量で０．１５％以下とする。なお、不純物の
うちＢについてはＴｉの添加に伴い合金中にＴｉ含有量
の１／５程度の量で混入するが、より望ましい範囲は
０．０２％以下、さらに０．０１％以下が望ましい。
含まれる不純物であり、０．３５％を超えて合金中に存
在すると鋳造時に粗大な金属間化合物を晶出し、合金の
機械的性質を損なう。従って、Ｆｅの含有量は０．３５
％以下に規制する。望ましくは０．３０％以下であり、
さらに０．２５％以下が望ましい。また、アルミニウム
合金を鋳造する際には地金、添加元素の中間合金等様々
な経路より不純物が混入する。混入する元素は様々であ
るが、Ｆｅ以外の不純物は単体で０．０５％以下、総量
で０．１５％以下であれば合金の特性にほとんど影響を
及ぼさない。従って、これらの不純物は単体で０．０５
％以下、総量で０．１５％以下とする。なお、不純物の
うちＢについてはＴｉの添加に伴い合金中にＴｉ含有量
の１／５程度の量で混入するが、より望ましい範囲は
０．０２％以下、さらに０．０１％以下が望ましい。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Ｄ
Ｃ鋳造により、表１に示す成分組成のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
系アルミニウム合金ビレットを溶製し、４７０℃×４ｈ
ｒの均熱処理を行った。続いて、押出温度５００℃、押
出速度５ｍ／分の条件で押出加工を行い、押出直後位置
で空冷又は水冷（Ｎｏ．７、９が水冷、他はすべて空
冷）によるプレス焼入れを行い、図３に示すような中空
断面の押出材（長辺が７０ｍｍ、短辺が５４ｍｍ、肉厚
が２ｍｍ）を得た。ついで、この押出材に対し表１に示
す条件で時効処理を施し、供試材とした。なお、空冷は
ファン空冷で冷却速度は約１９０℃／ｍｉｎ、水冷の冷
却速度は約１２０００℃／ｍｉｎであった。
Ｃ鋳造により、表１に示す成分組成のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
系アルミニウム合金ビレットを溶製し、４７０℃×４ｈ
ｒの均熱処理を行った。続いて、押出温度５００℃、押
出速度５ｍ／分の条件で押出加工を行い、押出直後位置
で空冷又は水冷（Ｎｏ．７、９が水冷、他はすべて空
冷）によるプレス焼入れを行い、図３に示すような中空
断面の押出材（長辺が７０ｍｍ、短辺が５４ｍｍ、肉厚
が２ｍｍ）を得た。ついで、この押出材に対し表１に示
す条件で時効処理を施し、供試材とした。なお、空冷は
ファン空冷で冷却速度は約１９０℃／ｍｉｎ、水冷の冷
却速度は約１２０００℃／ｍｉｎであった。
【００１８】
【表１】
【００１９】これらの供試材を用い、以下の試験を行っ
た。その結果を表２に示す。 ・引張試験；各供試材よりＪＩＳ５号試験片を採取し、
ＪＩＳＺ２２４１に準拠して引張試験を行った。 ・圧壊試験；各供試材（長さ２００ｍｍ）について高速
で圧壊試験を行った。図４は圧壊試験方法を示す概念図
である。落錘８（質量２００ｋｇ）により供試材９の軸
方向に荷重を加え、ロードセル１０で荷重を測定した。
そのときの落錘８の速度は約５０ｋｍ／ｈである。そし
て、この試験結果に基づいて変位−荷重線図を作成し、
この変位−荷重線図から、変位量が１００ｍｍまでの範
囲でエネルギー吸収量を測定した。同時に圧壊した供試
材の圧壊割れ性を目視で判定し、開口割れの発生してい
ないものを○、開口割れが発生したものを×と評価し
た。 ・計装化シャルピー試験；前記の要領で試験を行い（試
験片の幅：２ｍｍ）、エネルギー比を求めた。また、総
合評価として、耐力（σ０．２）が１５０Ｎ／ｍｍ２以
上の場合、吸収エネルギー量１５００Ｊ以上（ただし、
２００Ｎ／ｍｍ２以上の場合、吸収エネルギー量２５０
０Ｊ以上）、かつ圧壊割れ性に優れるものを○、いずれ
かが劣るものを×と評価した。
た。その結果を表２に示す。 ・引張試験；各供試材よりＪＩＳ５号試験片を採取し、
ＪＩＳＺ２２４１に準拠して引張試験を行った。 ・圧壊試験；各供試材（長さ２００ｍｍ）について高速
で圧壊試験を行った。図４は圧壊試験方法を示す概念図
である。落錘８（質量２００ｋｇ）により供試材９の軸
方向に荷重を加え、ロードセル１０で荷重を測定した。
そのときの落錘８の速度は約５０ｋｍ／ｈである。そし
て、この試験結果に基づいて変位−荷重線図を作成し、
この変位−荷重線図から、変位量が１００ｍｍまでの範
囲でエネルギー吸収量を測定した。同時に圧壊した供試
材の圧壊割れ性を目視で判定し、開口割れの発生してい
ないものを○、開口割れが発生したものを×と評価し
た。 ・計装化シャルピー試験；前記の要領で試験を行い（試
験片の幅：２ｍｍ）、エネルギー比を求めた。また、総
合評価として、耐力（σ０．２）が１５０Ｎ／ｍｍ２以
上の場合、吸収エネルギー量１５００Ｊ以上（ただし、
２００Ｎ／ｍｍ２以上の場合、吸収エネルギー量２５０
０Ｊ以上）、かつ圧壊割れ性に優れるものを○、いずれ
かが劣るものを×と評価した。
【００２０】
【表２】
【００２１】表２に示すように、エネルギー比が６０％
以上のＮｏ．１〜６は、高い耐力とともに優れたエネル
ギー吸収性を示し、自動車や鉄道車両等の構造部材とし
ての適性がある。供試材はすべて蛇腹状に圧縮変形し、
開口割れはなかった。一方、耐力が本発明の規定を満た
し、エネルギー比が６０％に満たないＮｏ．８、９は開
口割れを起こした。また、Ｎｏ．７は開口割れは起こさ
なかったが、耐力が低くエネルギー吸収量が低い。従っ
て、いずれも自動車や鉄道車両等の構造部材としての適
性がない。
以上のＮｏ．１〜６は、高い耐力とともに優れたエネル
ギー吸収性を示し、自動車や鉄道車両等の構造部材とし
ての適性がある。供試材はすべて蛇腹状に圧縮変形し、
開口割れはなかった。一方、耐力が本発明の規定を満た
し、エネルギー比が６０％に満たないＮｏ．８、９は開
口割れを起こした。また、Ｎｏ．７は開口割れは起こさ
なかったが、耐力が低くエネルギー吸収量が低い。従っ
て、いずれも自動車や鉄道車両等の構造部材としての適
性がない。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、高速で衝撃的な変形し
た場合に優れたエネルギー吸収特性を有し、例えばフレ
ーム（サイドメンバ、クロスメンバ、バンパーステイ、
サイドフレーム、ピラー等）、バンパー、ドアビーム等
の自動車用構造部材のほか、鉄道車両や船舶等の構造部
材の材料として好適なアルミニウム合金押出形材を得る
ことができる。
た場合に優れたエネルギー吸収特性を有し、例えばフレ
ーム（サイドメンバ、クロスメンバ、バンパーステイ、
サイドフレーム、ピラー等）、バンパー、ドアビーム等
の自動車用構造部材のほか、鉄道車両や船舶等の構造部
材の材料として好適なアルミニウム合金押出形材を得る
ことができる。
【図１】 計装化シャルピー試験装置の概念図である。
【図２】 計装化シャルピー試験装置で求めた負荷−変
位線図である。
位線図である。
【図３】 実施例に用いた押出形材の断面形状を示す図
である。
である。
【図４】 実施例で行った高速圧壊試験の概念図であ
る。
る。
１ ハンマー
２ 歪みゲージ
３ 支持台
４ 試験片
８ 落錘
９ 供試材
１０ ロードセル
Claims (3)
- 【請求項１】 耐力が１５０Ｎ／ｍｍ２以上、かつ計装
化シャルピー試験において、最大荷重点までの吸収エネ
ルギーに対して最大荷重点以降の吸収エネルギーが６０
％以上であることを特徴とする、衝撃エネルギー吸収性
に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形
材。 - 【請求項２】 Ｍｇ：０．２〜１．６％（質量％、以下
同じ）、Ｓｉ：０．２〜１．８％を含むＡｌ−Ｍｇ−Ｓ
ｉ系アルミニウム合金からなることを特徴とする請求項
１に記載された衝撃エネルギー吸収性に優れるＡｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材。 - 【請求項３】 前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合
金が、Ｍｇ：０．３〜１．１％、Ｓｉ：０．５〜１．３
％、Ｃｕ：０．０５〜０．７％、Ｔｉ：０．００５％〜
０．２％を含み、さらにＺｒ：０．０５〜０．２％、Ｍ
ｎ：０．０５〜０．５％、Ｃｒ：０．００１〜０．２％
のいずれか１種又は２種以上を含み、残部Ａｌ及び不可
避不純物からなることを特徴とする請求項２に記載され
た衝撃エネルギー吸収性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系ア
ルミニウム合金押出形材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003105820A JP2003268474A (ja) | 2003-04-09 | 2003-04-09 | 衝撃エネルギー吸収性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003105820A JP2003268474A (ja) | 2003-04-09 | 2003-04-09 | 衝撃エネルギー吸収性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000183830A Division JP3502939B2 (ja) | 2000-06-19 | 2000-06-19 | 衝撃エネルギー吸収性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003268474A true JP2003268474A (ja) | 2003-09-25 |
Family
ID=29208585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003105820A Pending JP2003268474A (ja) | 2003-04-09 | 2003-04-09 | 衝撃エネルギー吸収性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出形材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003268474A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2006404A1 (en) * | 2006-03-30 | 2008-12-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 6000 aluminum extrudate excelling in paint-baking hardenability and process for producing the same |
| JP2014074213A (ja) * | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Uacj Corp | 高強度アルミニウム合金押出材及びその製造方法 |
| CN105483464A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-04-13 | 上海友升铝业有限公司 | 一种适用于汽车保险杠吸能盒的Al-Mg-Si系合金材料 |
-
2003
- 2003-04-09 JP JP2003105820A patent/JP2003268474A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2006404A1 (en) * | 2006-03-30 | 2008-12-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 6000 aluminum extrudate excelling in paint-baking hardenability and process for producing the same |
| EP2006404A4 (en) * | 2006-03-30 | 2009-12-16 | Toyota Motor Co Ltd | EXAMPLE OF ALUMINUM 6000 EXCELLENT IN TERMS OF PAINT COOKING TEMPERATURE AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME |
| JP2014074213A (ja) * | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Uacj Corp | 高強度アルミニウム合金押出材及びその製造方法 |
| CN105483464A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-04-13 | 上海友升铝业有限公司 | 一种适用于汽车保险杠吸能盒的Al-Mg-Si系合金材料 |
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