JP2003286532A

JP2003286532A - 蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材

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Publication number: JP2003286532A
Application number: JP2002092406A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Nishikawa; 一浩西川; Shinji Makino; 伸治牧野; Kenji Matsuda; 健二松田; Hiroaki Matsui; 宏昭松井; Satoru Murakami; 哲村上
Original assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Current assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-10
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP3961324B2

Abstract

(57)【要約】【課題】中空状衝撃吸収部材としての強度を確保しつ
つ、蛇腹状に圧壊変形させるのに有利な蛇腹状圧潰性に
優れた中空状衝撃吸収部材を提供する。【解決手段】中空状衝撃吸収部材は、押し出し成形して
形成されたアルミニウム−マグネシウム−シリコン系の
アルミニウム合金で形成された中空状衝撃吸収部材であ
る。そして金属組織において、結晶粒界を挟む無析出物
帯の幅が平均で３００ナノメートル以下に設定されてい
る。押し出し成形して形成されたアルミニウム−亜鉛−
マグネシウム系のアルミニウム合金で形成された中空状
衝撃吸収部材であれば、金属組織において、結晶粒界を
挟む無析出物帯の幅が平均で１００ナノメートル以下に
設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動的荷重または静
的荷重を受けたとき蛇腹状に圧潰変形して衝撃を効果的
に吸収することができる蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝
撃吸収部材に関する。本発明は、自動車等の車両用構造
部材、例えばリンフォース、サイドシル、サイドメンバ
ー、クロスメンバー、フレーム構造部材等に適用するこ
とができる。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車両においては、衝突時の衝
撃を効果的に吸収する中空状衝撃吸収部材が用いられて
いる。この中空状衝撃吸収部材には、軽衝突時において
は車体の損傷を防止すべく剛性が要請されている。また
中衝突時または重衝突時には、衝撃エネルギを吸収して
乗員を保護する必要があり、従って適度な剛性と多くの
衝撃エネルギを吸収すべく変形時の靱性とが要求されて
いる。多くの衝撃エネルギを吸収するためには、中空状
衝撃吸収部材は、これを構成する壁部が破断しつつ拡開
変形することなく、蛇腹状に圧壊変形することが好まし
い。

【０００３】上記のような適度な剛性と多くの衝撃エネ
ルギを吸収するために変形時の靱性とを満たすものとし
て、特許第３０７７９７４号に開示されているように、
結晶粒内の（１００）面の［１００］及び［０１０］方
向のＭｇ₂Ｓｉ析出物の大きさの平均値が２０ｎｍ以上
であり、且つ、（１００）面の［００１］方向のＭｇ ₂
Ｓｉ析出物の分布密度が１００個／μｍ²以上であり、
更に粒界上の析出物の大きさが１０００ｎｍ以下である
軸圧壊性に優れたアルミニウム合金押出部材が知られて
いる。これは、アルミニウム合金に析出しているＭｇ₂
Ｓｉ析出物の適正化を図ったものである。この技術によ
れば、これの請求の範囲に『粒界上の析出物の大きさが
１０００ｎｍ以下である』と記載されているように、結
晶粒界に析出物が存在する形態を対象としている。

【０００４】更に特許第３０７３１９７号に開示されて
いるように、Ｍｇが０．３０〜０．７０％、Ｍｇ₂Ｓｉ
のバランス組成よりも過剰のＳｉ含有量が０．１０〜
０．５０％、Ｍｎ，Ｃｒ,Ｚｒのいずれか１種または２
種以上の含有量が合計で０．１０〜０．４０％であり、
繊維状組織を有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉアルミニウム合金
部材からなり、２１０Ｎ／ｍｍ²以上の耐力を有し、空
冷によるプレス焼入後時効処理を行ったことを特徴とす
る自動車フレーム構造における中空状衝撃吸収部材が知
られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、中空状衝撃
吸収部材に荷重が作用したとき、中空状衝撃吸収部材に
よる衝撃吸収を効果的に行うためには、中空状衝撃吸収
部材の壁部が外部に拡開破断することを抑えつつ、蛇腹
状に圧壊変形することが好ましい。

【０００６】本発明は上記した実情に鑑みなてなされた
ものであり、中空状衝撃吸収部材としての強度を確保し
つつ、中空状衝撃吸収部材の壁部を蛇腹状に圧壊変形さ
せるのに有利な蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部
材を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、アルミニウ
ム合金で形成されている中空状衝撃吸収部材の蛇腹状に
圧壊変形させる技術について、長年にわたり開発を進め
ている。そして、本発明者は、アルミニウム合金におけ
る金属組織の結晶粒界を挟む無析出物帯（以下、ＰＦＺ
ともいう。precipitate free zone）の幅の大きさが蛇
腹状圧壊性に大きく影響を与えていることを知見した。

【０００８】アルミニウム合金の金属組織における結晶
粒内には析出物や晶出物等が多数生成している。無析出
物帯は、結晶粒界を挟むように結晶粒界の両側に形成さ
れる領域であり、析出物や晶出物等が生成している頻度
が結晶粒の内部に比較して極めて少ない領域を意味す
る。実用アルミニウム合金においては、部位によって
は、本発明で定義される無析出物帯に析出物や晶出物等
が希に存在していることがある。このように無析出物帯
は、電子顕微鏡で撮影した組織写真において結晶粒界を
挟むように結晶粒界の両側に形成されている領域であ
り、無析出物帯の幅（結晶粒界を横切る方向の幅）は、
析出物や晶出物等の存在頻度が極めて少ない領域と析出
物や晶出物等が存在している領域との境界をつなぐ仮想
線により区画して判定することができる。

【０００９】本発明者は、上記したように、金属組織の
結晶粒界を挟むように結晶粒界の両側に形成されている
無析出物帯の幅が蛇腹状圧壊性に大きく影響を与えてお
り、無析出物帯の幅の大きさが所定値以内であれば、押
し出し成形して形成されたアルミニウム合金系の中空状
衝撃吸収部材についてその軸長方向に沿って荷重が作用
したとき、中空状衝撃吸収部材を蛇腹状に圧壊変形させ
易いことを知見し、試験で確認した。

【００１０】具体的には、マグネシウム及びシリコンを
主要元素としＭｇ₂Ｓｉの化合物を析出するアルミニウ
ム−マグネシウム−シリコン系の中空状衝撃吸収部材の
金属組織において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅を平
均で３００ナノメートル以下に設定すれば、中空状衝撃
吸収部材にその軸長方向に沿って荷重が作用したとき、
中空状衝撃吸収部材の壁部が外方に拡開破断することが
抑えられ、中空状衝撃吸収部材が蛇腹状に圧潰変形する
性質が高くなり、蛇腹状圧潰性が向上することを知見
し、試験で確認し、第１発明に係る中空状衝撃吸収部材
を開発した。

【００１１】上記したマグネシウム及びシリコンを主要
元素としＭｇ₂Ｓｉの化合物を析出するアルミニウム合
金で形成された中空状衝撃吸収部材において、無析出物
帯の幅を平均で３００ナノメートル以下に設定すれば、
中空状衝撃吸収部材の蛇腹状圧潰性に優れている理由と
しては、必ずしも明確ではないものの、結晶粒界を挟む
無析出物帯の塑性変形性が寄与しているものと推察され
る。

【００１２】また亜鉛及びマグネシウムを主要元素とし
ＭｇＺｎ₂の化合物を析出させるアルミニウム−亜鉛−
マグネシウム系の中空状衝撃吸収部材の金属組織におい
て、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅を平均で１００ナノ
メートル以下に設定すれば、中空状衝撃吸収部材にその
軸長方向に沿って荷重が作用したとき、中空状衝撃吸収
部材の壁部が外方に拡開破断することが抑えられ、中空
状衝撃吸収部材が蛇腹状に圧潰変形する性質が高くな
り、蛇腹状圧潰性が向上することを知見し、試験で確認
し、第２発明に係る中空状衝撃吸収部材を開発した。

【００１３】上記した亜鉛及びマグネシウムを主要元素
としＭｇＺｎ₂の化合物を析出させる中空状衝撃吸収部
材において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅を平均で１
００ナノメートル以下に設定すれば、中空状衝撃吸収部
材の蛇腹状圧潰性に優れている理由としては、必ずしも
明確ではないものの、前述同様に、結晶粒界を挟む無析
出物帯の塑性変形性が寄与しているものと推察される。

【００１４】なお第１発明に係る中空状衝撃吸収部材と
第２発明に係る中空状衝撃吸収部材とで、蛇腹状圧潰性
を向上させるための無析出物帯の幅が異なるのは、組成
の相違、析出物や晶出物等の相違によるものと推察され
る。

【００１５】即ち、第１発明に係る蛇腹状圧潰性に優れ
た中空状衝撃吸収部材は、押し出し成形して形成された
アルミニウム−マグネシウム−シリコン系のアルミニウ
ム合金で形成された中空状衝撃吸収部材であって、金属
組織において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅が平均で
３００ナノメートル以下に設定されていることを特徴と
するものである。

【００１６】第２発明に係る蛇腹状圧潰性に優れた中空
状衝撃吸収部材は、押し出し成形して形成されたアルミ
ニウム−亜鉛−マグネシウム系のアルミニウム合金で形
成された中空状衝撃吸収部材であって、金属組織におい
て、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅が平均で１００ナノ
メートル以下に設定されていることを特徴とするもので
ある。

【００１７】

【発明の実施の形態】第１発明に係る蛇腹状圧潰性に優
れた中空状衝撃吸収部材は、押し出し成形して形成され
たアルミニウム−マグネシウム−シリコン系のアルミニ
ウム合金で形成された中空状衝撃吸収部材であって、金
属組織において、結晶粒界を挟む無析出物帯（ＰＦＺ）
の幅が平均で３００ナノメートル以下に設定されてい
る。殊に、蛇腹状圧潰性を高めるためには、無析出物帯
（ＰＦＺ）の幅は、平均で２８０ナノメートル以下に設
定されていることが好ましい。なかでも１８０ナノメー
トル以下に設定されていることが好ましい。なお無析出
物帯（ＰＦＺ）の幅の最小値としては、一般的には、５
０ナノメートルとすることができる。

【００１８】なおＰＦＺについては、後述する実施例で
示すように、電子顕微鏡で拡大倍率（例えば２０万倍）
で組織写真を撮影し、その拡大組織写真において、結晶
粒界を挟む無析出物帯の領域と無析出物帯でない領域と
の境界を結ぶように付した仮想線間の幅をＰＦＺの幅と
して測定することができる。

【００１９】第１発明に係る蛇腹状圧潰性に優れた中空
状衝撃吸収部材によれば、マグネシウム及びシリコンを
主要元素とする６０００系アルミニウム合金を対象とす
ることができ、質量％で、マグネシウムを０．３〜１．
２％、シリコンを０．２〜１．２％含有する形態を採用
することができる。なお本明細書では特に断らない限
り、％は質量％を意味する。マグネシウムはＭｇ₂Ｓｉ
の化合物を生成させ、強度を高めるのに有効であり、中
空状衝撃吸収部材としての強度を確保するためには０．
３％以上が好ましい。但し、押し出し時における変形抵
抗性を確保し、生産性を向上させるためには１．２％以
下が好ましい。従ってマグネシウムは０．３〜１．２％
とすることができる。殊に、０．３〜１．０％とするこ
とができ、なかでも０．４〜０．８％とすることができ
る。シリコンはＭｇ₂Ｓｉの化合物を析出させ、強度を
高めるのに有効であり、中空状衝撃吸収部材としての強
度を確保するためには０．２％以上が好ましい。但し、
押し出し時における変形抵抗性を確保し、生産性を向上
させるためには１．２％以下が好ましい。従ってシリコ
ンは０．２〜１．２％とすることができる。殊に、０．
２〜１．０％とすることができ、なかでも０．４〜１．
０％とすることができる。

【００２０】更に第１発明に係る蛇腹状圧潰性に優れた
中空状衝撃吸収部材によれば、質量％で、銅を０．３５
％以下、マンガンを０．３５％以下、クロムを０．２５
％以下、チタンを０．００５〜０．１％、鉄を０．３％
以下含有する形態を採用することができる。銅は強度確
保のためには含有されていることが好ましいが、過剰で
あると耐食性が低下し、押し出し抵抗が増加し、押し出
し成形性が低下する傾向がある。これを考慮し、銅は
０．３５％以下が好ましい。殊に０．２２％以下、０．
１％以下とすることができる。鉄は押出後の形材の結
晶粒を微細化させ、蛇腹状圧壊性を向上させるのに寄与
することができる。鉄は０．３％以下、０．２％以下含
有することができる。

【００２１】チタンは鋳造時に結晶を微細化させるのに
有効であり、押し出し成形材の再結晶抑制にも有効であ
るが、過剰に含有しても添加効果が飽和する。これを考
慮し、チタンは０．００５〜０．１％とすることができ
る。殊に、０．００５〜０．０５％、０．００５〜０．
０３％とすることができる。

【００２２】マンガンは結晶粒を微細化し強度を向上さ
せるが、過剰に含有しても添加効果が飽和する。これを
考慮し、マンガンは０．３５％以下とすることができ
る。殊に、０．３０％以下、０．２５％以下とすること
ができる。

【００２３】クロムは結晶粒を微細化し強度を向上させ
るが、過剰に含有しても添加効果が飽和する。これを考
慮し、クロムは０．２５％以下とすることができる。殊
に、０．２０％以下、０．１０％以下とすることができ
る。なお必要に応じてジルコニウムを添加することもで
きる。ジルコニウムは結晶粒の微細化に有効であり、
また結晶粒を繊維状とし易い性質をもち、０．１５％以
下とすることができる。

【００２４】第１発明に係る中空状衝撃吸収部材を構成
するアルミニウム合金としては、中空状衝撃吸収部材と
しての機能を確保することを考慮すると、耐力が１５０
ＭＰａ以上、特に２００ＭＰａ以上であることが好まし
い。エネルギ吸収量は２８００Ｊ以上または３５００Ｊ
以上とすることができる。

【００２５】第２発明に係る蛇腹状圧潰性に優れた中空
状衝撃吸収部材は、押し出し成形して形成されたアルミ
ニウム−亜鉛−マグネシウム系のアルミニウム合金で形
成された中空状衝撃吸収部材であって、金属組織におい
て、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅が平均で１００ナノ
メートルに設定されていることを特徴とするものであ
る。殊に、蛇腹状圧潰性を高めるためには、無析出物帯
（ＰＦＺ）の幅は、８０ナノメートル以下に設定されて
いることが好ましく、なかでも５０ナノメートル以下に
設定されていることが好ましい。なお無析出物帯（ＰＦ
Ｚ）の幅の最小値としては、２０ナノメートルとするこ
とができる。

【００２６】第２発明に係る蛇腹状圧潰性に優れた中空
状衝撃吸収部材によれば、亜鉛を主要元素とする７００
０系アルミニウム合金を対象とすることができ、質量％
で、亜鉛は４．０〜７．０％、マグネシウムは０．５〜
１．５％を含有する形態を採用することができる。亜鉛
はＭｇＺｎ₂の化合物を析出させ、強度を高めるのに有
効であり、中空状衝撃吸収部材としての強度を確保すめ
ためには４．０％以上が好ましい。但し、押し出し時に
おける変形抵抗性を確保し、生産性を向上させるために
は７．０％以下が好ましい。従って亜鉛は４．０〜７．
０％とすることができる。殊に５．０〜７．０％とする
ことができ、なかでも５．０〜６．５％とすることがで
きる。マグネシウムはＭｇＺｎ₂の化合物を析出させ、
強度を高めるのに有効であり、中空状衝撃吸収部材とし
ての強度を確保するためには０．５％以上が好ましい。
押し出し時における変形抵抗性を確保し、生産性を向上
させるためには１．５％以下が好ましい。従ってマグネ
シウムは０．５〜１．５％とすることができる。殊に、
０．５〜１．０％とすることができ、なかでも０．７〜
１．０％とすることができる。

【００２７】更に、質量％で、シリコンを０．５％以
下、銅を０．３５％以下、マンガンを０．３５％以下、
チタンを０．０１〜０．１％含有する形態を採用するこ
とができる。必要に応じてクロムを０．３５％以下含有
することができる。銅は強度確保には含有されているこ
とが好ましいが、過剰であると耐食性が低下し、更に押
し出し抵抗が増加し、押し出し成形性が低下する傾向が
ある。これを考慮し銅は０．３５％以下が好ましい。殊
に０．２２％以下、０．１％以下とすることができる。

【００２８】チタンは鋳造時に結晶を微細化させるのに
有効であり、押し出し成形材の再結晶抑制にも有効であ
るが、これを考慮しチタンは０．００５〜０．１％とす
ることができる。殊に、０．００５〜０．０５％、０．
００５〜０．０３％とすることができる。

【００２９】マンガンは結晶粒を微細化し強度を向上さ
せるが、過剰に含有しても添加効果が飽和する。これを
考慮し、マンガンは０．３５％以下とすることができ
る。殊に、０．３０％以下、０．２０％以下とすること
ができる。

【００３０】クロムは結晶粒を微細化し強度を向上させ
るが、過剰に含有しても添加効果が飽和する。クロムは
０．２５％以下とすることができる。殊に、０．２０％
以下、０．１０％以下とすることができる。

【００３１】第２発明に係る中空状衝撃吸収部材を構成
するアルミニウム合金としては、中空状衝撃吸収部材と
しての機能を確保することを考慮すると、強度を耐力が
１５０ＭＰａ以上、特に２００ＭＰａ以上が好ましい。
エネルギ吸収量は４０００Ｊ以上または４５００Ｊ以上
ととすることができる。

【００３２】本発明に係る中空状衝撃吸収部材は、中空
部をもつ部材であり、角筒形状でも良いし、円筒形状で
も良い。角筒形状は四角筒形状、五角形筒形状、六角筒
形状、八角筒形状等を適宜選択することができる。その
横断面形状としては『口形状』『田形状』『日形状』等
を例示することができる。ＰＦＺの幅を調整するために
は、合金成分、熱処理条件、殊に高温領域に加熱保持し
て合金元素を固溶させた後の冷却速度（焼入速度）、時
効処理の温度及び時間、銅含有量が総合的に寄与するも
のと推察される。

【００３３】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を試験例Ｎ
ｏ．１〜Ｎｏ．８に基づいて具体的に説明する。

【００３４】（６０００系合金について）まず、６００
０系合金であるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金
の組成となるように配合した原料を溶解炉で溶解し、溶
湯を形成した。その溶湯を鋳型に注湯し凝固させ、押し
出しサイズに適した鋳塊（サイズ：直径２００ｍｍ×長
さ９００ｍｍ）を形成した。その後、鋳塊を均熱炉に装
入して所定の温度（５５０℃）で均熱処理した。次に、
均熱処理した直後の鋳塊を押し出し成形型で押し出し成
形し、図１に示す四角筒形状をなす中空状衝撃吸収部材
（試験例Ｎｏ．１〜試験例Ｎｏ．６）を形成した。押し
出し成形した直後の高温の中空状衝撃吸収部材について
所定の条件で熱処理を行った。熱処理としては調質処理
とした。即ち、試験例Ｎｏ．１、試験例Ｎｏ．４，試験
例Ｎｏ．５ではＴ５処理とした。また試験例Ｎｏ．２、
試験例Ｎｏ．３，試験例Ｎｏ．６ではＴ６処理とした。

【００３５】その後、中空状衝撃吸収部材を時効熱処理
炉に装入し、所定の時効処理温度（１９５〜２１５℃）
で所定時間（２〜５時間）加熱保持することにより、時
効処理を行った。Ｔ６処理の条件は、押し出し後に室温
の水に投入して急冷して行った。急冷時の冷却速度は、
溶体化温度（４８０〜５５０℃）から形材表面温度が１
００℃以下になるまでを２４００℃／分以上とした。こ
れは、水冷能力が６０００ｋｃａｌ／分以上ある設備で
行った。Ｔ５処理の条件は、押し出し後に空冷した。空
冷時の冷却速度は、Ｔ６同様に溶体化温度から形材表面
温度が１００℃以下になるまで１００℃／分以下とし
た。

【００３６】そして、各試験例の試験片について耐力、
結晶組織、ＰＦＺの幅、軸圧壊割れ性、エネルギ吸収量
を調べ、総合評価を行った。耐力については、平板状の
試験片を用い、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に基づいて求めた。
エネルギ吸収量については、ＪＩＳ規格に準拠した圧縮
試験機で荷重−ストローク線図を描き、その線図の面積
に基づいて求めた。

【００３７】ＰＦＺについては、透過型電子顕微鏡で倍
率２０万倍で組織写真を５枚撮影し、更に１．５倍に引
き延ばした拡大写真において、結晶粒界を挟む無析出物
帯の領域と無析出物帯でない領域との境界を結ぶように
仮想線を付し、仮想線間の幅をＰＦＺの幅として測定し
た。

【００３８】軸圧壊試験では、図１に示す横断面で
『口』形状をもつ四角筒形状の試験片１００を用い、圧
縮速度５０ｍｍ／ｍｉｎ（試験前の軸長寸法２００ｍｍ
→試験後の軸長寸法８０ｍｍ）で試験片１００の軸長方
向に沿って静的荷重を作用させて行った。この試験片１
００の横断面サイズは縦寸法４５ｍｍ×横寸法４５ｍｍ
×厚み寸法２ｍｍであり、角部の外面は半径Ｒ１ｍｍ、
角部の内面は半径Ｒ２ｍｍで規定されている。

【００３９】図２は試験例Ｎｏ．２に係る試験片を軸圧
壊試験した時の荷重−変位曲線を示す。図２の横軸は荷
重を試験片の軸長方向にかけたときの圧縮試験機のクロ
スヘッドのストロークを示す。図２の縦軸は荷重の大き
さを示す。図２に示すように、試験片が蛇腹状に圧壊変
形するときには、荷重値のピーク（Ｐ１〜Ｐ７）が間隔
をおいて発生する。

【００４０】図３は実施例に相当する試験例Ｎｏ．３に
係る試験片について軸圧壊試験の前後の状態を示す。図
３に示すように、軸圧壊試験前では試験片は角筒形状を
なしており、軸圧壊試験後では試験片は良好に蛇腹形状
に圧壊変形した。このように蛇腹形状に圧壊変形した場
合には、評価は◎または○である。

【００４１】図４は比較例に相当する試験例Ｎｏ．４に
係る試験片について軸圧壊試験の前後の状態を示す。図
４に示すように、軸圧壊試験前では試験片は角筒形状を
なしており、軸圧壊試験後では試験片の壁部が外方に拡
開破断していた。このように拡開破断した場合には評価
は×である。

【００４２】図５は、実施例に相当する試験例Ｎｏ．２
に係る試験片の金属組織を撮影した電子顕微鏡写真を示
す。図５から理解できるように、実施例に相当する試験
例Ｎｏ．２では結晶粒界が認められ、結晶粒内には析出
物や晶出物が存在しており、そして結晶粒界を挟んだＰ
ＦＺの幅（矢印で示す距離）は平均で２６６．８ナノメ
ートル（ｎｍ）であった。

【００４３】図６は、比較例に相当する試験例Ｎｏ．５
に係る試験片の金属組織の電子顕微鏡写真を示す。図６
から理解できるように、試験例Ｎｏ．５では、結晶粒内
には析出物や晶出物が存在しており、結晶粒界を挟んだ
ＰＦＺの幅（矢印で示す距離）は平均で３２４．６ナノ
メートル（ｎｍ）と大きかった。

【００４４】図７は実施例に相当する試験例Ｎｏ．６に
係る試験片の金属組織の電子顕微鏡写真を示す。図７か
ら理解できるように、試験例Ｎｏ．６では、結晶粒内に
は析出物や晶出物が存在しており、そして結晶粒界を挟
んだＰＦＺの幅（矢印で示す距離）は平均で１２２．６
ナノメートル（ｎｍ）と小さかった。

【００４５】表１は、各試験例に係る試験片の化学成分
（分析値）、均質化処理の温度、押し出し温度、熱処理
条件、耐力、結晶組織、ＰＦＺの幅（ｎｍ）、軸圧壊割
れ性、エネルギ吸収量を示す。分析値で０．００％は有
効数字を考慮している。軸圧壊割れ性では、◎は試験片
の壁部が外方に拡開破断することなく、蛇腹状に圧壊変
形したことを示す。○は微細クラックの発生があるもの
の、試験片の壁部が外方に拡開破断することなく、蛇腹
状に圧壊変形したことを示す。×は試験片の壁部が外方
に拡開破断したこと示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】前述したように試験例Ｎｏ．１〜試験例Ｎ
ｏ．６は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金を示
し、６０００系アルミニウム合金を示す。表１に示すよ
うに、試験例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６によれば、耐力は２１
０ＭＰａ以上得られたが、軸圧壊割れ性の評価はかなり
異なっていた。

【００４８】即ち、比較例に相当する試験例Ｎｏ．１に
よれば、耐力は２３０ＭＰａと高いものの、ＰＦＺは５
４２．１ナノメートルと最も大きいため、軸圧壊割れ性
の評価は×であり、更にエネルギ吸収量は３５９３Ｊで
あり、総合評価は×であった。

【００４９】実施例に相当する試験例Ｎｏ．２によれ
ば、耐力は２３１ＭＰａであり、ＰＦＺは２６６．８ナ
ノメートルとかなり小さくなっているため、軸圧壊割れ
性の評価は○であり、更にエネルギ吸収量は４０２５Ｊ
であり、総合評価は○であった。

【００５０】実施例に相当する試験例Ｎｏ．３によれ
ば、耐力は２３４ＭＰａであり、ＰＦＺは１５２．１ナ
ノメートルとかなり小さくなっているため、軸圧壊割れ
性の評価は◎であり、更にエネルギ吸収量は４１９６Ｊ
であり、総合評価は○であった。

【００５１】比較例に相当する試験例Ｎｏ．４によれ
ば、耐力は２６０ＭＰａと最も高いものの、ＰＦＺは３
１０．１ナノメートルとかなり大きいため、軸圧壊割れ
性の評価は×であり、更にエネルギ吸収量は２３５０Ｊ
であり、総合評価は×であった。

【００５２】比較例に相当する試験例Ｎｏ．５によれ
ば、耐力は２１５ＭＰａであり、エネルギ吸収量は４４
５１Ｊと大きいにもかかわらず、ＰＦＺが３２４．６ナ
ノメートルとかなり大きいため、軸圧壊割れ性の評価は
×であり、総合評価は×であった。

【００５３】実施例に相当する試験例Ｎｏ．６によれ
ば、耐力は２２１ＭＰａであり、ＰＦＺは１２２．６ナ
ノメートルとかなり小さいため、軸圧壊割れ性の評価は
◎であり、更にエネルギ吸収量は４４６８Ｊと大きく、
総合評価は○であった。

【００５４】（７０００系合金について）まず、７００
０系合金であるＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系のアルミニウム合金
の組成となるように配合した原料を溶解炉で溶解し、溶
湯を形成した。その溶湯を鋳型に注湯し凝固させ、前述
同様に、押し出しサイズに適した鋳塊を形成した。その
後、鋳塊を均熱炉に装入して所定の温度（４８０℃）で
均熱処理を行った。次に、鋳塊を押し出し成形型で押し
出し成形し、図１に示す長い角筒形状をなす中空状衝撃
吸収部材（試験例Ｎｏ．７，試験例Ｎｏ．８）を形成し
た。

【００５５】そして、押し出し成形した直後の高温の中
空状衝撃吸収部材について熱処理を行った。熱処理とし
ては調質処理（試験例Ｎｏ．７ではＴ５処理とした。試
験例Ｎｏ．８ではＴ６処理とした。）とした。

【００５６】その後、中空状衝撃吸収部材を時効熱処理
炉に装入し、第１の時効処理として９０℃で４時間加熱
保持し、第２の時効処理として１５０℃で６時間加熱保
持した。但し試験例Ｎｏ．７については時効処理の前
に、室温で７日間の自然時効を行った。結晶粒を微細析
出させてＰＦＺを狭くするためである。そして、各試験
例について前述同様に、耐力、結晶組織、ＰＦＺの幅、
軸圧壊割れ性、エネルギ吸収量を調べ、総合評価を行っ
た図８,図９は、実施例に相当する試験例Ｎｏ．７に係
る試験片の金属組織の電子顕微鏡写真を示す。図８,図
９から理解できるように、実施例に相当する試験例Ｎ
ｏ．７では結晶粒界が認められ、結晶粒内には析出物や
晶出物が存在しており、そして結晶粒界を挟んだＰＦＺ
の幅（矢印で示す距離）は平均で５０．５ナノメートル
（ｎｍ）と小さかった。

【００５７】図１０，図１１は、比較例に相当する試験
例Ｎｏ．８に係る試験片の金属組織の電子顕微鏡写真を
示す。図１０，図１１から理解できるように、比較例に
相当する試験例Ｎｏ．８では結晶粒界が認められ、結晶
粒内には析出物や晶出物が存在しており、結晶粒界を挟
んだＰＦＺの幅（矢印で示す距離）は平均で１０５．８
ナノメートル（ｎｍ）であった。

【００５８】表１は、上記した試験例Ｎｏ７，Ｎｏ８に
ついて、試験例の化学成分、均質化処理の温度、押し出
し温度、熱処理条件、耐力、結晶組織、ＰＦＺの幅、軸
圧壊割れ性、エネルギ吸収量を示す。前述したように試
験例Ｎｏ．７，試験例Ｎｏ．８は、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系
のアルミニウム合金を示し、７０００系合金を示す。

【００５９】表１に示すように、実施例に相当する試験
例Ｎｏ．７によれば、耐力は３１７ＭＰａであり、ＰＦ
Ｚは５０．５ナノメートルとかなり小さいため、軸圧壊
割れ性の評価は○であり、更にエネルギ吸収量は５６７
０Ｊであり、総合評価は○であった。比較例に相当する
試験例Ｎｏ．８によれば、耐力は３０４ＭＰａと高いも
のの、ＰＦＺは１０５．８ナノメートルと大きくなって
いるため、軸圧壊割れ性の評価は×であり、更にエネル
ギ吸収量は４８５０Ｊであり、総合評価は×であった。

【００６０】

【表２】

【００６１】

【表３】

【００６２】表２は、ＰＦＺの幅の狭い順に試験例Ｎ
ｏ．１〜Ｎｏ．６を並べたものである。更に表３は、表
２に示す結果に対してＰＦＺの幅が狭い形態とＰＦＺの
幅が広い形態との比較を示す。

【００６３】ＰＦＺの幅が相対的に狭いグループと、Ｐ
ＦＺの幅が相対的に広いグループとを比較する。表３に
示すように、ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．
６，Ｎｏ．３，Ｎｏ．２では、主な相違点としては、調
質処理としてＴ６処理（水冷）が行われており、押し出
し成形後の冷却速度（焼入速度）が速い。これに対して
ＰＦＺの幅が相対的に広い試験例Ｎｏ．４，Ｎｏ．５，
Ｎｏ．１では調質処理としてＴ５処理（空冷）が行われ
ており、押し出し成形後の冷却速度（焼入速度）が遅
い。これを考慮すると、合金元素を溶解させた溶体化処
理後の冷却速度が結晶粒界の付近において析出物の核生
成に影響を与え、ＰＦＺの幅に影響を与えるものと推察
される。即ち、ＰＦＺの幅を良好にさせるためには、急
冷が好ましいと推察される。

【００６４】ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．６
と、ＰＦＺの幅が相対的に広い試験例Ｎｏ．３とを比較
する。この場合、主な相違点として、ＰＦＺの幅が相対
的に広いＮｏ．３では銅が０．００％であるにもかかわ
らず、ＰＦＺの幅が相対的に狭いＮｏ．６では銅（０．
０８％）が含有されている。更に、ＰＦＺの幅が相対的
に広いＮｏ．３では時効温度が２１５℃であり、ＰＦＺ
の幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．６（２０５℃）よりも
高い。これを考慮すると、銅含有量、時効温度が結晶粒
界の付近において析出物の核生成に影響を与え、ＰＦＺ
の幅に影響を与えるものと推察される。

【００６５】ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．３
と、ＰＦＺの幅が相対的に広い試験例Ｎｏ．２とを比較
する。この場合、主な相違点として、ＰＦＺの幅が相対
的に広い試験例Ｎｏ．２では時効時間が２時間であり、
ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．３（３時間）よ
りも短い。これを考慮すると、時効時間が結晶粒界の付
近において析出物の核生成に影響を与え、ＰＦＺの幅に
影響を与えるものと推察される。

【００６６】ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．４
と、ＰＦＺの幅が相対的に広い試験例Ｎｏ．５とを比較
する。この場合、主な相違点として、ＰＦＺの幅が相対
的に広い試験例Ｎｏ．５では合金成分量が少なく、殊に
銅含有量が少なく、時効温度が高い。これを考慮する
と、合金成分量、銅含有量、時効温度がＰＦＺの幅に寄
与しているものと推察される。

【００６７】ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．５
と、ＰＦＺの幅が相対的に広い試験例Ｎｏ．１とを比較
する。この場合、主な相違点として、ＰＦＺの幅が相対
的に広い試験例Ｎｏ．１では銅含有量が０．００％であ
るが、ＰＦＺの幅が相対的に狭い試験例Ｎｏ．５では銅
含有量が０．０８％である。これを考慮すると、銅含有
量がＰＦＺの幅に寄与しているものと推察される。

【００６８】（その他）その他、本発明は上記し且つ図
面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨
を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものであ
る。

【００６９】（付記）上記した記載から次の技術的思想
も把握できる。（付記項１）請求項１において、結晶粒界を挟む無析出
物帯の幅が平均で２００ナノメートル以下に設定されて
いることを特徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃
吸収部材。（付記項２）請求項１において、結晶粒界を挟む無析出
物帯の幅が平均で１６０ナノメートル以下に設定されて
いることを特徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃
吸収部材。（付記項３）請求項５において、結晶粒界を挟む無析出
物帯の幅が平均で６０ナノメートル以下に設定されてい
ることを特徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸
収部材。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、中
空状衝撃吸収部材としての強度を確保しつつ、蛇腹状に
塑性変形させるのに有利な蛇腹状圧潰性に優れた中空状
衝撃吸収部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試験片の横断面図である。

【図２】軸圧壊試験をしたときにおける荷重−変位曲線
わ示すグラフである。

【図３】実施例に係る試験片について、軸圧壊試験の前
後の試験片の形態を示す写真図である。

【図４】比較例に係る試験片について、軸圧壊試験の前
後の試験片の形態を示す写真図である。

【図５】試験例Ｎｏ．２に係る試験片について、顕微鏡
組織と共にＰＦＺを示す顕微鏡写真図である。

【図６】試験例Ｎｏ．５に係る試験片について、顕微鏡
組織と共にＰＦＺを示す顕微鏡写真図である。

【図７】試験例Ｎｏ．６に係る試験片について、顕微鏡
組織と共にＰＦＺを示す顕微鏡写真図である。

【図８】試験例Ｎｏ．７に係る試験片について、顕微鏡
組織（倍率２００ｋ倍）と共にＰＦＺを示す顕微鏡写真
図である。

【図９】試験例Ｎｏ．７に係る試験片について、顕微鏡
組織（倍率９８ｋ倍）と共にＰＦＺを示す顕微鏡写真図
である。

【図１０】試験例Ｎｏ．８に係る試験片について、顕微
鏡組織（倍率４９ｋ倍）と共にＰＦＺを示す顕微鏡写真
図である。

【図１１】試験例Ｎｏ．８に係る試験片について、顕微
鏡組織（倍率２００ｋ倍）と共にＰＦＺを示す顕微鏡写
真図である。

【符号の説明】

図中、１００は試験片を示す。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年４月３日（２００２．４．３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９】

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

【手続補正９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松田健二富山県富山市五福3190番地富山大学内 (72)発明者松井宏昭富山県新湊市奈呉の江12番地の３アイシン軽金属株式会社内 (72)発明者村上哲富山県新湊市奈呉の江12番地の３アイシン軽金属株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】押し出し成形して形成されたアルミニウム
−マグネシウム−シリコン系のアルミニウム合金で形成
された中空状衝撃吸収部材であって、金属組織において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅が平
均で３００ナノメートル以下に設定されていることを特
徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材。
【請求項２】請求項１において、質量％で、マグネシウ
ムを０．３〜１．２％、シリコンが０．２〜１．２％含
有することを特徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝
撃吸収部材。
【請求項３】請求項２において、質量％で、銅を０．３
５％以下、マンガンを０．３５％以下、クロムを０．２
５％以下、チタンを０．００５〜０．１％、鉄を０．３
％以下含有することを特徴とする蛇腹状圧潰性に優れた
中空状衝撃吸収部材。
【請求項４】請求項１〜請求項３のいずれか一項におい
て、耐力が１５０ＭＰａ以上に設定されていることを特
徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材。
【請求項５】押し出し成形して形成されたアルミニウム
−亜鉛−マグネシウム系のアルミニウム合金で形成され
た中空状衝撃吸収部材であって、金属組織において、結晶粒界を挟む無析出物帯の幅が平
均で１００ナノメートル（ｎｍ）以下に設定されている
ことを特徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収
部材。
【請求項６】請求項５において、質量％で、マグネシウ
ムを０．５〜１．５％、亜鉛が４．０〜７．０％含有す
ることを特徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸
収部材。
【請求項７】請求項６において、質量％で、シリコンを
０．５％以下、銅を０．３５％以下、マンガンを０．３
５％以下、クロムを０．３５％以下、チタンを０．０１
〜０．１％含有することを特徴とする蛇腹状圧潰性に優
れた中空状衝撃吸収部材。
【請求項８】請求項５〜請求項７のいずれか一項におい
て、耐力が１５０ＭＰａ以上に設定されていることを特
徴とする蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材。