JP2009197269A

JP2009197269A - 溶接構造用複合アルミニウム合金押出材

Info

Publication number: JP2009197269A
Application number: JP2008039419A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kaita; 一浩貝田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2028-02-20
Also published as: JP5354928B2

Abstract

【課題】断面の一部において特に成形性に優れ、断面の他の部分において特に溶接性の優れる溶接構造用アルミニウム合金中空押出材を得る。
【解決手段】バンパー補強材３５がアルミニウム合金押出材からなり、その断面が、６０００系アルミニウム合金からなる部分（上下ウエブ３９，４０）と７０００系アルミニウム合金からなる部分（前後フランジ３６，３７及び中間ウエブ３８）により構成されている。バンパー補強材３５の後フランジ３７に、７０００系アルミニウム合金押出形材からなる横圧壊型ステイ４２の先端が溶接（溶接部４４）されている。バンパー補強材３５とステイ４２は、６０００系アルミニウム合金の時効処理条件で溶接前又は溶接後に時効処理される。
【選択図】図５

Description

本発明は、溶接構造用複合アルミニウム合金押出材に関する。

ＪＩＳに規定された６０００系アルミニウム合金の中空押出材は、強度、成形性、耐食性等が全般的に優れ、また合金元素が少なくリサイクル性にも優れるため、自動車のバンパー補強材、サイドメンバー、インパネ補強材、ドアビーム等の用途（エネルギー吸収部材）に用いることが提案されている。一方、７０００系アルミニウム合金中空押出材は、さらに強度が高く、溶接後時効処理する場合でも時効処理後溶接する場合でも比較的継ぎ手効率が高い（例えば特許文献１の表３参照）ため、特に他部材との接合を溶接で行う場合などに、前記用途への適用が推奨されている。

特開２００２−１１５０３７号公報

溶接構造用アルミニウム合金押出材として、溶接性に優れ強度も高い７０００系アルミニウム合金を適用することが望ましいが、用途により７０００系では成形性や耐食性が不足する場合があり得る。例えば水平な上下ウエブとこれを垂直に接続する前後（衝突面側と車体側）のフランジからなる口形断面の押出材をバンパー補強材として用い、車体側フランジにバンパーステイ又はクラッシュボックスの先端を溶接接合する場合などである。上下ウエブは衝突時に大きく座屈変形する可能性があるため成形性に優れることが望ましいが、７０００系アルミニウム合金では成形性が不足してウエブに割れが生じ、十分にエネルギーを吸収できない場合が考えられる。一方、このようなバンパー補強材に６０００系アルミニウム合金を適用すると、溶接部において継ぎ手効率が大きく低下するという問題がある。

このように、溶接構造用アルミニウム合金中空押出材において、断面の一部では特に溶接性に優れることが要求され、断面の他の部分では溶接性以外の特性、例えば成形性や耐食性が特に優れることが要求される場合がある。しかし、現状の６０００系及び７０００系アルミニウム合金中空押出材は、この双方の要求に十分応えることができない。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、前記双方の要求に応え得る溶接構造用アルミニウム合金中空押出材を得ることを目的とする。

本発明に係る溶接構造用アルミニウム合金中空押出材は、中空断面が６０００系アルミニウム合金からなる部分と７０００系アルミニウム合金からなる部分により構成され、前記６０００系アルミニウム合金からなる部分と７０００系アルミニウム合金からなる部分が押出時に互いに溶着した複合アルミニウム合金押出材である。
６０００系及び７０００系とはＪＩＳに規定された合金系であり、それぞれＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−（Ｃｕ）系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−（Ｃｕ）系展伸材である。これらはいずれも熱処理型アルミニウム合金であり、本発明に係る溶接構造用複合アルミニウム合金押出材も、プレス焼入後時効処理されるか、再加熱して溶体化処理後時効処理される。時効処理は溶接前又は溶接後に行われ、一般に６０００系アルミニウム合金が高強度になる条件（７０００系にとっては過時効領域）で行われるのが望ましい。

本発明に係る溶接構造用アルミニウム合金中空押出材は、７０００系アルミニウム合金で構成された箇所が比較的溶接性に優れ、６０００系アルミニウム合金で構成された箇所が比較的成形性に優れ、かつ耐食性に優れることで、６０００系と７０００系の双方の優れた特性を備えている。
本発明に係る溶接構造用アルミニウム合金中空押出材を、例えば自動車のバンパー補強材、サイドメンバー、インパネ補強材、ドアビーム等のエネルギー吸収部材に好適に適用することができる。

図１〜３に、本発明に係る溶接構造用アルミニウム合金中空押出材の断面構造の例を示す。
図１は本発明を口型断面のバンパー補強材に適用したもので、車体に取り付けられたとき略鉛直に配置される前後（衝突面側と車体側）フランジ１，２が７０００系アルミニウム合金からなり、前後フランジ１，２に対し垂直な上下ウエブ３，４が６０００系アルミニウム合金からなる。前後フランジ１，２及び上下ウエブ３，４は押出時に互いに溶着し、口型断面が完全に一体化した押出形材となっている。この押出形材は、プレス焼入後時効処理されるか、再加熱して溶体化処理した後時効処理される。時効処理は溶接前又は溶接後に行われる。前者の場合、プレス焼入材又は溶体化処理材に溶接を施すことになり、後者の場合、時効処理材に溶接を施すことになる。

前側フランジ１に例えば補強材（特開平６−２８６５３６号公報参照）を溶接し、後側フランジ２に例えばバンパーステイ又はクラッシュボックスの先端を溶接する場合、両フランジ１，２が溶接性に優れる７０００系アルミニウム合金からなるので、継ぎ手効率が高い。一方、バンパー補強材は一般に両端に曲げ加工が施されるが、面内曲げが行われる前後ウエブ３，４が成形性に優れる６０００系アルミニウム合金からなるので、曲げ加工が容易である。また、前方からの（前側フランジ１への）衝突時にバンパー補強材が潰れ変形するとき、変形の大きい上下ウエブ３，４が成形性に優れる６０００系アルミニウム合金からなるので、高強度でありながら割れの発生が防止できる。
なお、溶接後にバンパー補強材の時効処理を行う場合、バンパー補強材に溶接された他の部材が６０００系又は７０００系アルミニウム合金からなるのであれば、これらを同時に時効処理することができる。

図２は本発明を横圧壊型（特開２００５−１４８３６号公報参照）のバンパーステイに適用したもので、押出方向を上下方向に向けて車体に取り付けたとき略鉛直面内で前後に配置される前後（衝突面側と車体側）フランジ１１，１２が７０００系アルミニウム合金からなり、前後フランジ１１，１２に対し垂直なウエブ１３〜１５のうち、両側のウエブ１３，１５が６０００系アルミニウム合金からなり、中間のウエブ１４が前後フランジ１１，１２と同じ７０００系アルミニウム合金からなる。前後フランジ１１，１２及びウエブ１３，１５は押出時に互いに溶着し、完全に一体化した押出材となっている。この押出材は、プレス焼入後時効処理されるか、再加熱して溶体化処理した後時効処理される。時効処理は溶接前又は溶接後に行われる。

例えば前側フランジ１１をバンパー補強材の後側フランジ（図１の後側フランジ２参照）に溶接し、後側フランジ１２をサイドメンバーの先端部に溶接する場合、両フランジ１１，１２が溶接性に優れる７０００系アルミニウム合金からなるので、継ぎ手効率が高い。一方、前方からの衝突時にバンパーステイが圧壊するとき、変形の大きいウエブ１３，１５が成形性に優れる６０００系アルミニウム合金からなるので、高強度でありながら割れの発生が防止できる。

図３は本発明を矩形断面のサイドメンバーに適用したもので、フランジ押出方向を前後方向に向けて配置したとき上半部２１が６０００系アルミニウム合金からなり、下半部２２が７０００系アルミニウム合金からなる。上半部２１及び下半部２２は押出時に互いに溶着し、完全に一体化した押出形材となっている。この押出材は、プレス焼入後時効処理されるか、再加熱して溶体化処理した後時効処理される。時効処理は溶接前又は溶接後に行われる。この時効処理は、上半部２１と下半部２２で大きい強度差が出ないように、６０００系アルミニウム合金が高強度になる条件（７０００系にとっては過時効領域）で行うことが望ましい。

例えば下半部２２にアンダーランプロテクタ（特開２００６−８８９０５号公報参照）のブラケットを溶接する場合、下半部２２が溶接性に優れる７０００系アルミニウム合金からなるので、継ぎ手効率が高い。一方、上半部２１と下半部２２は異なる合金系のアルミニウム合金からなるが、両者の強度差が大きくなければ（７０００系が過時効されることにより、６０００系との強度差が縮まる）、衝突時の圧縮変形を想定した断面設計を容易に行うことができる。

本発明に係る６０００系及び７０００系アルミニウム合金は、主成分として前者はＭｇ：０．４〜１．２％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．２〜１．３％を含み、後者はＺｎ：４．０〜７．０％、Ｍｇ：０．５〜１．５％を含む、一般的に知られている６０００系及び７０００系アルミニウム合金を用いることができる。前者には例えばＪＩＳ６０６３，６Ｎ０１，６０６１，６０８２など、後者には例えばＪＩＳ７Ｎ０１，７００３，７０７５などが含まれる。

本発明に係るアルミニウム合金中空押出材を製造するには、例えば特開平５−３８９４０号公報又は特開平７−６０３４０号公報に記載された押出方法が適用できる。
特開平５−３８９４０号公報の方法は、合金系の異なる２つの半円状ビレットを組み合わせて１つの円柱状ビレットとし、押出温度に加熱してコンテナに収容し、このとき異なる合金系のアルミニウム合金がそれぞれ異なるエントリーポートに入るようにビレットをコンテナ内にセットし、各エントリーポートから出たメタルを中空押出ダイスに通して押し出す方法である。これを本発明に適用する場合、目的とする中空押出材の断面構造（６０００系と７０００系の組み合わせ構造）に従って、６０００系と７０００系のビレットを適宜組み合わせればよい。

特開平７−６０３４０号公報の方法は、複数個のエントリーポートを有する中空押出ダイスの後部に、各ポート穴に対応する複数個の独立したビレット収容穴を備えたコンテナを配備し、各ビレット収容穴にビレットを収容して押し出す方法である。これを本発明に適用する場合、目的とする中空押出材の断面構造（６０００系と７０００系の組み合わせ構造）に従って、６０００系と７０００系のビレットを各ビレット収容穴に収容すればよい。

押出成形により得られた複合アルミニウム合金押出材は、プレス焼き入れ後時効処理（ＪＩＳＨ０００１に規定された質別Ｔ５）を受けるか、溶体化処理後時効処理を受ける（同じく質別Ｔ６）。時効処理条件（高強度が得られる条件）は６０００系と７０００系では大きく異なり、６０００系では一般的に１７０〜２１０℃×３〜９ｈｒ、７０００系では一般的に１２０〜１５０℃×９〜２４ｈｒが採用されている。本発明に係る複合アルミニウム合金押出材に対し、６０００系の時効処理条件で時効処理すると、７０００系アルミニウム合金は一般に過時効となり、７０００系の時効処理条件で時効処理すると、６０００系アルミニウム合金は一般に亜時効となり、その中間の条件で時効処理すると、一般に６０００系アルミニウム合金は亜時効、７０００系アルミニウム合金は過時効となる。本発明においては、上記６０００系又は７０００系の時効処理条件、あるいは両者の中間の条件を適宜採用すればよいが、一般的に亜時効は望ましくなく、６０００系の時効処理条件（６０００系において高強度が得られる時効処理条件）で時効処理することが望ましい。このとき７０００系は過時効となり、一般耐食性、耐応力腐食割れ性、成形性等の特性が通常の７０００系の時効処理を行った場合に比べて改善される。

ＪＩＳ７００３とＪＩＳ６０６３アルミニウム合金ビレットを縦方向に４分割し、図４（ａ）に示すように、各アルミニウム合金につき２個ずつの分割ビレットを、向かい合う箇所に同じアルミニウム合金が位置するように溶接（溶接箇所３１）して１つの円柱状の複合ビレット３２を製造し、複合ビレット３２を高周波加熱で５００℃まで加熱してコンテナに収容し、図４（ｂ）に示すように、４個のエントリーポート３３をもつ中空押出ダイス３４の各エントリーポートに各合金が入るように複合ビレット３２を前記コンテナ内にセットし、日型断面に押し出してプレス焼き入れし。この押出材を所定の寸法に切断後、曲げ加工してバンパー補強材３５（図５（ａ）参照）とした。バンパー補強材３５は、前後のフランジ３６，３７及び中間のウエブ３８が７００３アルミニウム合金からなり、上下のウエブ３９，４０が６０６３アルミニウム合金からなり、両アルミニウム合金は押出時に互いに溶着し、完全に一体化していた。
比較例として、ＪＩＳ７００３アルミニウム合金ビレットを同じ日型断面に押し出してプレス焼き入れし、同じく曲げ加工してバンパー補強材４１（図５（ｂ）参照）とした。

一方、ＪＩＳ７００３アルミニウム合金ビレットを日型断面に押し出してプレス焼き入れし、所定寸法に切断してステイ４２とした。続いて、このステイ４２を押出方向がバンパー補強材３５の押出方向と直交するように（車体上下方向を向くように）、バンパー補強材３５のフランジ３７の背面の２カ所に配置し、溶接（溶接箇所４４）して、バンパー構造体４５を構成した。同じくステイ４２をバンパー補強材４１に溶接してバンパー構造体４６を構成した。続いて、バンパー構造体４５，４６に対し１７０℃×６ｈｒの時効処理（Ｔ５）を施した。
次に、図６に示すようにバンパー構造体４５を受け治具４７上に固定した取付治具４８上に設置し、押し治具４９を下降させて圧縮試験を行った。バンパー構造体４６も同様に圧縮試験に供した。

その結果、図７に示す荷重−変位曲線が得られた。実施例（バンパー構造体４５）の場合、バンパー補強材３５に割れが生じなかったが、比較例（バンパー構造体４６）の場合、バンパー補強材３５の両側面（上下ウエブ）に横割れが生じ、それが荷重の急激な低下として荷重−変位曲線に現れている（白抜き矢印で示す）。

本発明に係る複合アルミニウム合金押出材を例示する断面図である。本発明に係る複合アルミニウム合金押出材を例示する断面図である。本発明に係る複合アルミニウム合金押出材を例示する断面図である。実施例に用いた複合ビレットの斜視図（ａ）及び押出ダイスの背面図（ｂ）である。実施例に用いたバンパー構造体（バンパー補強材＋ステイ）の一部断面図である。実施例の圧縮試験の説明図である。実施例の圧縮試験で得られた荷重−変位曲線のグラフである。

符号の説明

１，２バンパー補強材のフランジ
３，４同ウエブ
１１，１２バンパーステイのフランジ
１３〜１５同ウエブ
２１サイドメンバーの上半部
２２同下半部
３２複合ビレット
３３押出ダイスのエントリーポート
３５，４１バンパー補強材
３６，３７バンパー補強材のフランジ
３８〜４０同ウエブ
４２バンパーステイ
４５，４６バンパー構造体

Claims

中空断面を有するアルミニウム合金押出形材において、前記断面が６０００系アルミニウム合金からなる部分と７０００系アルミニウム合金からなる部分により構成され、前記６０００系アルミニウム合金からなる部分と７０００系アルミニウム合金からなる部分が押出時に互いに溶着していることを特徴とする溶接構造用複合アルミニウム合金押出材。
時効処理材であることを特徴とする請求項１に記載された溶接構造用複合アルミニウム合金押出材。