JP2018534434A - 機械的強度とクラッシュ挙動との間の卓越した妥協点を有する自動車ボディ構造のコンポーネント - Google Patents

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Abstract

本発明は、アルミニウム合金製の、自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネントの製造方法を目的とし、該製造方法は、0〜3.5mmの厚みの、Si:0.60〜0.85;Fe:0.05〜0.25;Cu:0.05〜0.30;Mn:0.05〜0.30;Mg:0.50〜.00;Ti:0.02〜0.15;V:0.00〜0.15、他の元素は各々0.05未満で合計0.15未満、残りはアルミニウム、なおMg<−2.67×Si+2.87の組成(重量%)の合金製の薄板またはバンドの製造、溶体化処理、および焼入れ、予備焼戻し、72時間〜6か月間の時効、絞り加工、180〜480分の維持時間を伴うおよそ205℃の温度での焼戻し、または等価時間−温度での焼戻し、塗装、および150〜190℃の温度で15〜30分間の「塗装焼付焼戻し」すなわち「ベークハードニング」のステップを含む。本発明はまた、このような方法によって製造された、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネントも目的とする。【選択図】なし

Description

本発明は、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車構造のコンポーネントまたは部品の分野に関するものであり、該コンポーネントまたは部品は、衝突の際に不可逆的にエネルギーを吸収することを目的としたアルミニウム合金製薄板、より詳細には「アルミニウム協会」の呼称によるAA6000系の合金製の薄板の絞り加工によって特に製造され、また高い機械的強度と優れた「クラッシュ」挙動との間の卓越した妥協点を有するものであり、それらはとりわけ衝撃吸収部材すなわち「クラッシュボックス」、補強用部品、ライナー部品、または他のボディ構造部品のようなものである。
本発明はより具体的には、溶体化処理、焼入れ、および時効が行われた状態での絞り加工、それに続くワークピースの焼戻しによる硬化、およびそれに続く塗装焼付硬化すなわち「ベークハードニング」による、そのようなコンポーネントの製造に関する。
序文において、以下で問題にされるアルミニウム合金は全て、相反する指示のないかぎり、「アルミニウム協会」がその定期刊行物「Registration Record Series」の中で定義する呼称にしたがって示されている。
合金の化学組成に関して表示されているものは全て、合金の総重量に基づく重量百分率として表現されている。
1.4×Siと表現されている場合、重量パーセントで表示されたケイ素含有量を1.4倍するという意味である。
質別の定義は、欧州規格EN515中に記されている。
引張りにおける静的機械的特性、言い換えると破断強度Rm、従来の0.2%の伸びにおける弾性限界Rp0.2、および破断伸びA%は、NF EN ISO 6892?1規格に準じた引張り試験により決定される。
アルファノルムと呼ばれる曲げ角度は、NF EN ISO 7438規格、およびVDA 238−100の方法、およびVDA 239−200の方法に準じた3点曲げ試験により決定される。
アルミニウム合金は、車両の重量を削減して燃料消費および温室効果ガスの排出を減少させるために、自動車製造において増々使用されている。
アルミニウム合金製薄板は、特に「ホワイトボディ」の多くの部品を製造するために使用され、これらの中には、フロントフェンダ、ルーフまたはルーフパネル、ボンネットやトランクまたはドアの外板といった車体の外板部品(または車体の外部パネル)、および例えばドア、ボンネット、後部扉、ルーフパネルの補強部材またはライナー、さらにはフレームサイドメンバー、バルクヘッド、ロードフロア、トンネル、およびフロントピラー、センターピラーそしてリヤピラー、最後に衝撃吸収部材すなわち「クラッシュボックス」といった、ボディ構造のコンポーネントまたはライナー部品が見受けられる。
すでに多くの外板部品がアルミニウム合金製薄板で製造されているものの、複雑な幾何形状を有する構造の部品、またはライナー部品を鋼からアルミニウムへ転換することは、より困難であることが明らかである。一方ではアルミニウム合金の成形性が鋼に比べて劣るためであり、また他方では、機械的特性が、このタイプの部品のために使用されている鋼のそれに比べて一般に劣るためである。
実際、このタイプの応用は、時として対立する以下のような特性を全て必要とする。
−引き渡し状態、質別T4における、特に絞り加工の作業のための高い成形性、
−成形の際のスプリングバックを制御するために引き渡し状態で調整されている、薄板の弾性限界、
−スポット溶接、レーザ溶接、接着、クリンチング、またはリベット締めのような、自動車車体に用いられるさまざまな組立て方法における優れた挙動、
−部品の重量を最小限に抑えながら使用中に優れた機械的強度を得るための、電気泳動および塗装焼付後の高い機械的強度、
−ボディ構造部品へ応用するための、衝突時の優れたエネルギー吸収能力、
−完成部品の腐食、特に粒間腐食、応力腐食、および糸状腐食に対する優れた耐性、
−製造廃棄物または再生利用車両の再生利用要件との両立性
−大量生産のための許容可能なコスト。
しかしながら、今やすでに、大部分がアルミニウム合金で構成されているホワイトボディを備えた大量生産の自動車が存在している。例えば、2014年型のFord F−150は、構造用合金AA6111で構成されている。この合金は、1980〜1990年代に「アルカン」グループによって開発された。二つの参考文献が、この開発研究について記述している。
−P.E.Fortin他、「An optimized Al alloy for Auto body sheet applications」、SAE technical conference、1984年3月、は以下の組成を記述している。
Figure 2018534434
−M.J.Bull他、「Al sheet alloys for structural and skin applications」、25th ISATA symposium,Paper 920669、1992年6月。
主要な特性は、たとえそれが最初は外板タイプに応用するためにへこみに耐えるように想定されているにせよ、依然として高い機械的強度である。「280MPaの降伏強さが、2%の予備ひずみを与えて177℃で30分おいた後に達成される」。
他方では、高い機械的特性を有するAA6000系の別の合金が、航空機または自動車に応用するために開発された。このように、その開発が「Pechiney」社における1980年代に遡るAA6056タイプの合金は、機械的特性を最適化するためにせよ、粒間腐食に対する耐性を向上させるためにせよ、多くの研究論文および多くの刊行物の対象になった。ここでは、特許出願(国際公開第2004/113579号)の対象になった、このタイプの合金の自動車応用を採用することにする。
AA6013タイプの合金もまた、多くの研究論文の対象になった。例えば「Alcoa」社では、2002年に公開された米国特許出願公開第2002/039664号明細書において、0.6〜1.15%のSi、0.6〜1%のCu、0.8〜1.2%のMg、0.55〜0.86%のZn、0.1%未満のMn、0.2〜0.3%のCr、およびおよそ0.2%のFeを含み、質別T6で使用される合金が、粒間腐食に対する優れた耐性および380MPaのRp0.2を兼ね備える。
「Aleris」社では、2003年に公開された国際公開第2003/006697号が、0.2%から0.45%のCuを含有するAA6000系合金を対象としている。発明の目的は、Cuレベルが低く、質別T6で355MPaのRmにターゲットを定める、また粒間腐食に対する優れた耐性を有するAA6013タイプの合金を提案することである。請求される組成は、0.8〜1.3%のSi、0.2〜0.45%のCu、0.5〜1.1%のMn、0.45〜1.0%のMgである。
最後に、前述の例の大部分において、高い機械的特性(Rp0.2、Rm)の獲得が、少なくとも0.5%の銅を含む合金に頼ることによって達成されることに留意されたい。
例えば欧州特許出願公開第2581218号明細書中に記述されているような、自動車に応用するための7000系合金製構造部品もまた知られている。
さらに前述の合金では、従来の絞り加工では製造できない特にドアライナーなどの複雑な幾何形状の部品をアルミニウム合金で製造するために、過去においてさまざまな解決法が企図され、かつ/または実施された。
−このタイプの部品を成形、特に「加圧下」タイプの成形によって製造することによって、絞り加工に関連する問題点を回避する。これは、2000年の優先権を有するNothelfer GmbHの欧州特許第1305179号明細書が示している。
−絞り加工に対するより優れた適性を得るため、いわゆる「温間」絞り加工を実施する。これは、アルミニウム合金製ブランクを全体的または局所的に、いわゆる中間温度、つまり150〜350℃の温度で加熱して、同様に予め加熱できる金型を有するプレス下でその挙動を改善することにある。2003年の優先権を有する出願人の欧州特許第1601478号明細書は、この解決法に基礎を置いている。
−AA5000系合金の絞り加工に対する適性を、その組成を介して修正する。すなわち、マグネシウム含有量を5%を超えるように増大させることが特に提案された。ただし、これは、耐腐食性に関しては影響がないわけではない。
−より優れた成形性のために、Mg含有量が5%を超えるAA5000系合金製のコアと、より優れた耐腐食性を有する合金製のメッキ薄板とで構成された複合薄板を使用する。ただしこの場合、穴あけされたゾーンあるいはより一般的にはコアが露出しているゾーンにおいて、特に組立て時に、薄板の縁部での耐腐食性が不十分であることが判明する場合がある。
−最後に、非対称の圧延を行なって、より有利な結晶学的組織を作り出すこともまた提案された。これは、三菱アルミニウム(株)の特開2003?305503号公報が示している。ただし、このタイプの非対称圧延の工業化は困難であり、特定の圧延機を必要とし、得られる薄板の表面外観に対し不利な影響を及ぼす可能性があり、また多大な追加費用を発生させる場合もある。
国際公開第2004/113579号 米国特許出願公開第2002/039664号明細書 国際公開第2003/006697号 欧州特許出願公開第2581218号明細書 欧州特許第1305179号明細書 欧州特許第1601478号明細書 特開2003?305503号公報
P.E.Fortin他、「An optimized Al alloy for Auto body sheet applications」、SAE technical conference、1984年3月 M.J.Bull他、「Al sheet alloys for structural and skin applications」、25th ISATA symposium,paper 920669、1992年6月
自動車車体のコンポーネントのためのアルミニウム合金製薄板の使用、および大量生産が増々発展していることを考えると、絶えず軽量化を高めるような方法で他の特性を損ねることなく厚みを減らすことを可能にする、さらなる改善に対する要求が常に存在している。
当然のことながら、この発展は、弾性限界が一層高められた合金の使用を経るものであり、質別T4、即ち溶体化処理および焼入れ後に成形され、予備焼戻しと塗料およびニスの焼付の作業の際にしっかりと硬化する、さらに耐性の高いAA6000系の合金を使用することにある解決法は、その限界に達している。この解決法は、質別T4からさらに硬さが増し、したがって深刻な成形問題を提起する合金に帰着する。
本発明は、高い機械的強度と質別T4での成形性との間の卓越した妥協点ならびに完成したコンポーネントのリベット締めおよび「クラッシュ」に対する優れた挙動を、周囲温度での時効後の質別T4での成形、それに続く成形されたワークピースの焼戻しによる硬化、およびそれに続く塗装焼付すなわち「ベークハードニング」によって、そのようなコンポーネントの製造方法を提案することにより得ることを目的とする。
これらのコンポーネントはさらに、腐食に対する非常に優れた耐性、およびスポット溶接やレーザ溶接、接着、クリンチング、またはリベット締めのようなさまざまな組立て方法における優れた挙動を示さなければならない。
本発明は、成形、とりわけ絞り加工される「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体のアルミニウム合金製コンポーネントの製造方法を目的とするものであり、以下のステップを含む。
−1〜3.5mmの厚みの、以下の組成(重量%)の合金製の薄板またはバンドの製造:
Si:0.60〜0.85;Fe:0.05〜0.25;Cu:0.05〜0.30;Mn:0.05〜0.30;Mg:0.50〜1.00;Ti:0.02〜0.15;V:0.00〜0.15、他の元素は各々0.05未満で合計0.15未満、残りはアルミニウム、なおMg<−2.67×Si+2.87、
−溶体化処理、焼入れ、および場合によっては行われる予備焼戻しの熱処理であって、予備焼戻しは、少なくとも60℃の温度でのコイリングとそれに続く外気冷却によって典型的には得られる、通常50〜100℃の温度での少なくとも12時間の処理である、熱処理、
−典型的には72時間〜6か月間の周囲温度での時効、
−3次元部品を得るための、特にプレス絞り加工による成形、
−180〜480分の、好ましくは240〜480分の維持時間を伴う、およそ205℃の温度でのワークピースの焼戻し、または等価時間温度での焼戻し、
−塗装、および15分〜30分間の150〜190℃、好ましくは170〜190℃の温度での「塗装焼付焼戻し」すなわち「ベークハードニング」。
3次元部品とは、前記部品の横断面がある方向に沿ってずっと一定であるという方向がひとつもない部品を意味する。
有利な形態によると、上記の方法によって得られるコンポーネントは、時効、焼戻し、および塗装焼付硬化の後、NF EN ISO 6892?1規格に準じて決定される少なくとも260MPaの弾性限界Rp0.2、および/またはNF EN ISO 7438規格、およびVDA 238−100の方法、およびVDA 239−200の方法に準じて測定される少なくとも90°、好ましくは少なくとも100°の「3点曲げ試験による曲げ角度」αノルムを有する。
本発明はまた、最後に、特にドア、ボンネット、後部扉、ルーフパネルのライナーもしくは補強部材、さらにはフレームサイドメンバー、バルクヘッド、ロードフロア、フロアトンネルおよびフロントピラー(または前方窓柱)、センターピラー(または中央窓柱)そしてリヤピラー(または後方窓柱)、ならびに衝撃吸収部材すなわち「クラッシュボックス」のような、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネントも含む。
厚みtの薄板Tの曲げを行うための、半径rのパンチB、二つのローラRで構成される「3点曲げ試験」用装置を示している。 「3点曲げ」試験後の薄板Tを、内角βおよび試験の測定結果である外角αとともに示している。 引張機械的特性を示しており、各ヒストグラム群は左から右にかけてMPa表示でのRp0.2、%表示でのA80、MPa表示でのRmを示しており、これらが同じく左から右にかけて焼戻し処理後の本発明による薄板(Revenu)、焼戻し+塗装焼付後の薄板(Revenu+PB)、および2%の引張り予備ひずみが与えられた焼戻しおよび塗装焼付が行われた薄板(2%+Revenu+PB)について示している。
本発明は、完成したコンポーネントの非常に満足のゆくリベット締めに対する適性およびクラッシュに対する挙動を保証しながら、溶体化処理、焼入れ、および周囲温度での時効後の絞り加工に対する卓越した適性と、典型的にそれぞれ205℃および180℃で4時間および20分間の焼戻しされた状態ならびに塗装焼付硬化後に十分な機械的強度とを有する薄板を得ることが、適合した組成および製造方法により完全に可能であるという出願人によって成された検証に基礎を置く。
この最終の冶金学的状態において達成される機械的特性は、弾性限界Rp0.2≧260MPa、破断強度Rm≧290MPa、破断A80≧伸び10%、ならびに割れのない曲げ角度αノルム≧90°、好ましくは≧100°である。
本発明による合金の組成は、以下の通りである(重量%)。
Si:0.60〜0.85;Fe:0.05〜0.25;Cu:0.05〜0.30;Mn:0.05〜0.30;Mg:0.50〜1.00;Ti:0.02〜0.15;V:0.00〜0.15、他の元素は各々0.05未満で合計0.15未満、残りはアルミニウム、なおMg<−2.67×Si+2.87。
このタイプの合金を構成する元素に課せられた濃度範囲は、以下の理由によって説明される。
Si:ケイ素は、マグネシウムとともに、アルミニウム−マグネシウム−ケイ素系(AA6000系)の合金の主成分であり、この合金の時効硬化に貢献するMg2SiまたはMg5Si6金属間化合物を形成する。含有量0.60%〜0.85%のケイ素の存在は、含有量0.50%〜1.00%のマグネシウムの存在と組み合わされ、Mg<−2.67×Si+2.87の条件で、優れた耐腐食性および周囲温度での絞り加工による満足のゆく成形を保証しながら、求められる機械的特性を達成するために必要なSi/Mg比率を得ることを可能にする。実際には、本発明によるケイ素およびマグネシウムの含有量に対してもしMgが−2.67×Si+2.87を超えるならば、合金は通常溶体化処理することができないであろうし、このことは実際に求められている妥協点の妨げとなるであろう。
ケイ素についての最も有利な含有量の幅は、0.60〜0.75%である。
Mg:通常、AA6000系合金の機械的特性のレベルは、マグネシウム含有量とともに高まる。マグネシウムは、Mg2SiまたはMg5Si6金属間化合物を形成するためにケイ素と組み合わされ、機械的特性の向上に貢献する。0.50%という最小含有量が、必要な機械的特性のレベルを得るために、また硬化析出物を十分に形成するために必要とされる。1.00%を超えると、得られるSi/Mg比率は、求められている特性の妥協点に対して不利となる。
マグネシウムについての最も有利な含有量の幅は、0.60〜0.70%である。
Fe:鉄は通常、好ましくない不純物と考えられる。鉄を含む金属間化合物の存在は、一般に成形性の低下に結びつけられる。驚くべきことに、本発明者らは、0.05%を超える含有量、より良くは0.10%を超える含有量が、特にネッキング後の変形の際の破断を遅延させることによって延性および成形性を改善することを確認した。本発明者らはこの仮説に縛られてはいないが、この驚くべき効果が、マンガンが存在する時の固溶体でのマンガンの溶解度の著しい減少、および/または成形中の良好な「加工性」を保証する金属間粒子の密度が高い形成に特に由来しているかもしれないと考えている。この含有量において、鉄はまた、結晶粒のサイズの調整に貢献することもできる。含有量が0.25%を超えると過度の金属間粒子が作り出され、延性および耐腐食性に対し不利な影響がもたらされる。
最も有利な含有量の幅は、0.05〜0.20%である。
Mn:その含有量は0.30%に制限される。0.05%を超えるマンガンの添加は、固溶体の効果により機械的特性を増大させるが、0.30%を超えると、ひずみ速度に対する感応性、したがって延性を極めて大幅に減少させると考えられている。
マンガンについての有利な幅は、0.10〜0.15%である。
Cu:AA6000系の合金において、銅は、析出硬化に寄与することにより有効な硬化要素となる。0.05%という最小含有量で、その存在は、より高い機械的特性を得ることを可能にする。検討される合金において、0.30%を超える銅は、粒間腐食に対する耐性に対し負の影響をもたらす。好ましくは、銅の含有量は多くても0.20%である。
銅についての最も有利な含有量の幅は、0.08〜0.15%である。
VおよびTi:これらの元素はそれぞれ、Tiについては最小含有量0.02%で、必要な機械的特性のレベルに導く固溶体硬化に有利に働くことができ、またこれらの元素はそれぞれ、さらに、使用中の延性および耐腐食性に対する有利な効果を有する。ただし、TiについてもVについても、最大含有量0.15%が要求されるが、これは請求される特性の全体に対し不利な影響をもたらす、垂直式鋳造の際の主要な相の生成条件を回避するためである。最も有利な含有量の幅は、Tiについては0.03%〜0.10%、Vについては0.05〜0.10%である。
その他の元素は典型的には不純物であり、それらの含有量は0.05%未満に保たれる。残りはアルミニウムである。不純物の中で、例えばCr、Ni、Zn、ZrおよびPbを挙げることができる。特定の不純物は好ましくは、さらに低い含有量に保たれる。このように、NiおよびZrの含有量は有利には0.03%未満に保たれ、またPbの含有量は有利には0.02%未満に保たれる。
本発明による薄板の製造方法は典型的には、スラブの鋳込み、このスラブのスカルピング、それに続く、530〜570℃の温度に至るまで少なくとも30℃/時間の温度上昇速度を伴う、2〜12時間、好ましくは4〜6時間の維持を有利には伴うその均質化、それに続く、周囲温度に至るまでのまたは熱間圧延の始まりの温度に至るまでの冷却を含む。
続いて、均質化の後に周囲温度に至るまで冷却した場合は再加熱後に、3.5〜10mmの厚みのバンドへのスラブの熱間圧延、典型的には1〜3.5mmの最終厚みに至るまでの冷間圧延、局所融解またはバーニングを回避しながら合金のソルバス温度を超える温度、すなわち540〜570℃で10秒〜30分間の圧延されたバンドの溶体化処理、30℃/秒超の速度、より良くは少なくとも100℃/秒の速度での焼入れが行われる。
続いて、場合によっては予備焼戻し、すなわち典型的には少なくとも60℃の温度でのコイリングとそれに続く外気での冷却によって得られる、50〜100℃温度で少なくとも12時間の処理が行われ、次に周囲温度での72時間〜6か月間の時効が行われる。
このように、本発明による薄板は、絞り加工に対する非常に優れた適性を有している。
薄板は、その後以下の工程を受ける。
−3次元部品を得るための、特にプレス絞り加工による成形、
−180〜480分の、好ましくは240〜480分の維持時間を伴う、およそ205℃の温度での熱処理、または、時間−温度がteq−Teqに相当する、下記方程式に従う焼戻し。
Figure 2018534434
上記式において、Qはほぼ82915Jに相当し、Tは時間tとともに変化するケルビンで表示される瞬間温度であり、またTeqは205℃(478K)という基準温度であり、またteqは等価時間である。
焼戻しは好ましくは、60〜640分の維持時間を伴って、160℃〜220℃、好ましくは200℃〜210℃の温度で実施され、205℃という基準温度Teqに対する等価時間は、180〜480分、好ましくは240〜480分に含まれる。
−塗装、および150〜190℃、好ましくは170〜190℃の温度で15〜30分間の「塗装焼付焼戻し」すなわち「ベークハードニング」。
このように製造されたコンポーネントは、成形、ワークピースの最適化された焼戻し、組立ておよび塗装焼付後、高い機械的特性、非常に優れたクラッシュ挙動、および優れた耐腐食性を使用中に有する。
本発明は、その詳細において以下の実施例を用いてより良く理解されるものであるが、これらの実施例は限定的意味を有するわけではない。
序文
表1は、試験の際に使用される合金の理論上の化学組成(重量%)を要約したものである。その他の元素の含有量は、0.05未満であった。
Figure 2018534434
これらの異なる合金の圧延用スラブは、垂直式半連続鋳造によって得られた。スカルピングの後、これらの異なるスラブは、均質化熱処理および/または再加熱処理を受けたが、その温度は表2の中に記されている。
組成1、2、7および8のスラブは、30℃/時間の速度で530℃までの温度上昇とこの温度でのおよそ3時間の維持からなる、530℃での均質化処理を受けた。この均質化のステップの直後に熱間圧延のステップが続く。
組成3、31および9のスラブは、30℃/時間の速度で540℃に至るまでの温度上昇とこの温度でのおよそ5時間の維持からなる540℃での均質化処理を受けたものであり、その直後に熱間圧延が続く。
組成4、5および6のスラブは、570℃への温度上昇とこの温度での少なくとも2時間の維持からなる均質化を受けたものであり、その直後に熱間圧延が続く。
組成10のスラブは、30℃/時間の速度で550℃までの温度上昇とこの温度でのおよそ4時間の維持からなる550℃での均質化処理を受けた。この均質化のステップの直後に熱間圧延のステップが続く。
後続する熱間圧延ステップは、可逆圧延機上で、場合によっては続いて4ケージ付きタンデム熱間圧延機上で、3.5〜10mmの厚みになるまで行われる。試験されたケースの熱間圧延の出口での厚みは、表2の中に記されている。
熱間圧延ステップに続いて、2.0〜2.5mmの厚みの薄板を得ることが可能になる冷間圧延ステップが行われる。試験されたケースの冷間圧延の出口での厚みは、下記の表2の中に記されている。
圧延ステップに続いて、溶体化処理および焼入れの熱処理ステップが行われる。溶体化処理は、バーニングを回避しながら合金のソルバスの温度を超える温度で行われる。溶体化処理した薄板はその後、少なくとも30℃/秒の速度で焼入れされる。
ケース2、4、5および6を除いた全てのケースについて、このステップは、およそ1分以内で溶体化処理温度に至るまでの金属の温度上昇とその直後の焼入れにより、連続炉で行われる。
ケース2、4、5および6について溶体化処理は、熱い炉内への挿入、20分以内での溶体化処理温度の達成、およびこの温度での30分間の維持を伴って、空気炉で行われる。
この溶体化処理ステップに続いて、85℃の水の中への浸漬による焼入れが行われる。
焼入れに続いて、塗装焼付の際の硬化性能を改善することを目的とした予備焼戻しの熱処理が行われる。
ケース2、4、5および6を除いた全てのケースについて、このステップは、少なくとも60℃の温度でのコイリングとそれに続く外気での冷却によって実施される。
ケース2、4、5および6について、予備焼戻しは、薄板を85℃の水の中へ8時間浸漬および維持することによって得られる。全てのケースにおいて、気温での少なくとも72時間の時効がその後に実施された。
Figure 2018534434
溶体化処理、焼入れ、予備焼戻し、および周囲温度での少なくとも72時間の時効のステップに続いて、表3において記述されているような、焼戻しと呼ばれる熱処理が行われる。
焼戻しの後、試験されたケースの全てが、熱い炉内への挿入および185℃で20分間の維持を伴う、空気炉での塗装焼付の熱処理シミュレーションを受ける。
Figure 2018534434
引張り試験
薄板について広く用いられている幾何形状を有する、NF EN ISO 6892?1規格のアネックスBの表B.1の試験片2のタイプに対応するノンプロポーショナルな試験片を用いて、周囲温度での引張り試験を前記規格にしたがって実施した。これらの試験片は、特に20mmの幅と120mmの較正された長さを有する。
前段落に記述された条件にしたがって製造されるような薄板で測定された、0.2%での従来の弾性限界Rp0.2に関するこれらの引張り試験の結果は、以下の表4中に記されている。
プロトコルは、質別T4で成形され次いで塗装焼付硬化を受ける部品について、時効と塗装焼付との間に、2%に調整された引張り予備ひずみを実現して、絞り加工による成形をシミュレートすることを推奨している。本発明による時効後の焼戻し処理の場合において、この予備ひずみは、図3で示されるように、最終コンポーネントの引張り特性に対する有意な効果を有しない。
したがって、最終冶金学的状態の薄板の引張り特性が、絞り加工された完成したコンポーネントの引張り特性との有意な違いを有してはいないと考えることができる。
クラッシュ挙動の評価
クラッシュ挙動は、NF EN ISO 7438規格、およびVDA 238−100の方法、およびVDA 239−200の方法に準じた「3点曲げ試験」により評価されることができる。曲げ装置は、図1で示される通りである。
厳密な意味での「3点曲げ」は、半径r=0.4mmのパンチBを使用することによって行われ、薄板は二つのローラRによって支えられ、曲げ軸は圧延方向に平行である。ローラは30mmの直径を有し、またローラの軸間距離は30+2t mmに等しく、tは試験される薄板Tの厚みである。
試験の始めにおいて、パンチは、30ニュートンの予備力で薄板と接触させられる。ひとたび接触が確立された時点で、パンチ変位は指標をゼロとされる。
このとき試験は、薄板の「三点曲げ」を行なうようにパンチを移動させることからなる。
試験は、薄板の微小割れ発生により少なくとも30ニュートンのパンチの力が低下した場合か、またはパンチが許容最大行程に相当する14.2mm移動した場合に、停止する。
したがって、試験の終りに、薄板の試験片は、図2に示されているように折り曲げられた状態になる。
このとき、使用中の延性は、曲げ角度αの測定によって評価される。角度αが大きければ大きいほど、クラッシュまたは曲げに対する薄板の適性はより優れたものとなる。試験されたケースの性能を比較することができるように、薄板のさまざまな厚みについて測定された角度の全てが、VDA 239−200規格の中に記述されているような以下の式にしたがってαノルム値に置き直される。
Figure 2018534434
なお、
αnorm:標準化された角度、
αm:測定された角度、
ref:基準厚み、
m:測定された厚み、
を表す。
「序文」の段落で記述されている条件にしたがって製造された薄板についてのこれらの曲げ試験の結果は、表3と同じ順序にしたがって以下の表4に記されている。基準厚みtrefは、2.0mmであった。
プロトコルは、質別T4で成形され次いで塗装焼付硬化を受ける部品について、時効と塗装焼付との間に、10%に調整された引張り予備ひずみを実現して、絞り加工による成形をシミュレートすることを推奨している。本発明による時効後の焼戻し処理の場合において、この予備ひずみは、最終コンポーネントの特性に対してさほど有意な効果を有しない。
したがって、最終冶金学的状態の薄板の曲げ挙動が、絞り加工された完成したコンポーネントの曲げ挙動との有意な違いを有してはいないと考えることができる。
Figure 2018534434
ここで、太字で示されている本発明による組成および焼戻しだけが、求められている妥協点、すなわち弾性限界Rp0.2≧260MPa、ならびに割れのない曲げ角度αノルム≧90°に達することを可能にすることが明らかに示されている。
B パンチ
r 半径
R ローラ
t 厚み
T 薄板
α 外角
β 内角

Claims (13)

  1. 衝突の際に不可逆的にエネルギーを吸収することを目的としたアルミニウム合金製の、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネントの製造方法であって、
    −1〜3.5mmの厚みの、以下の組成(重量%)の合金製の薄板またはバンドの製造:
    Si:0.60〜0.85;Fe:0.05〜0.25;Cu:0.05〜0.30;Mn:0.05〜0.30;Mg:0.50〜1.00;Ti:0.02〜0.15;V:0.00〜0.15、他の元素は各々0.05未満で合計0.15未満、残りはアルミニウム、なおMg<−2.67×Si+2.87、
    −溶体化処理、焼入れ、および場合によっては行われる予備焼戻しの熱処理であって、予備焼戻しは、少なくとも60℃の温度でのコイリングとそれに続く外気冷却によって典型的には得られる、50〜100℃の温度での少なくとも12時間の処理である、熱処理、
    −典型的には72時間〜6か月間の周囲温度での時効、
    −3次元部品を得るための、プレス絞り加工による成形、
    −180〜480分の維持時間を伴う、およそ205℃の温度でのワークピースの焼戻し、または等価時間温度での焼戻し、
    −塗装、および15分〜30分間の150〜190℃、好ましくは170〜190℃の温度での「塗装焼付焼戻し」すなわち「ベークハードニング」、
    のステップを含む製造方法。
  2. 205℃での焼戻しの維持時間が240〜480分、または等価時間−温度であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 薄板またはバンドのSi含有量が、0.60〜0.75であることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  4. 薄板またはバンドのFe含有量が、0.05〜0.20であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つに記載の方法。
  5. 薄板またはバンドのCu含有量が、多くても0.20、好ましくは0.08〜0.15であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つに記載の方法。
  6. 薄板またはバンドのMn含有量が0.10〜0.15であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つに記載の方法。
  7. 薄板またはバンドのMg含有量が、0.60〜0.70であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一つに記載の方法。
  8. 薄板またはバンドのTi含有量が、0.03〜0.10であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一つに記載の方法。
  9. 薄板またはバンドのV含有量が、0.05〜0.10であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一つに記載の方法。
  10. 絞り加工前の薄板またはバンドの製造が、
    −スラブの鋳造、典型的には垂直式半連続鋳造、およびそのスカルピング、
    −2〜12時間、好ましくは4〜6時間の維持を伴う、530〜570℃の温度でのこのスラブの均質化、
    −3.5〜10mmの厚みのバンドへのスラブの熱間圧延、
    −最終厚みに至るまでの冷間圧延、
    のステップを含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一つに記載の方法。
  11. NF EN ISO 6892?1規格に準じて決定されるその弾性限界が260MPa以上であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一つに記載の方法によって製造された、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネント。
  12. NF EN ISO 7438規格、およびVDA 238−100の手順、およびVDA 239−200の手順に準じて決定されるその「3点曲げ試験による曲げ角度」αノルムが少なくとも90°であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一つに記載の方法によって製造された、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネント。
  13. ドア、ボンネット、後部扉、ルーフパネルのライナーもしくは補強部材、さらにはフレームサイドメンバー、バルクヘッド、ロードフロア、トンネル、およびフロントピラー、センターピラーそしてリヤピラー、ならびに衝撃吸収部材すなわち「クラッシュボックス」を特に含む群の中から選択されることを特徴とする、請求項11または12に記載の、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネント。
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