JP2021062407A

JP2021062407A - アルミニウム合金の成形方法

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Publication number: JP2021062407A
Application number: JP2020216773A
Authority: JP
Inventors: 智美前野; Tomomi Maeno; 俊哉谷口; Toshiya Taniguchi; 壮一山田; Soichi Yamada
Original assignee: G Tekt Corp
Current assignee: G Tekt Corp
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-04-22
Anticipated expiration: 2038-04-27
Also published as: JP7117364B2

Abstract

【課題】時効硬化しているアルミニウム合金をより低コストで成形できるようにする。【解決手段】ステップＳ１０１で、アルミニウム合金からなる析出硬化処理がされている板材を析出硬化の状態が維持された状態で加熱する（第１工程）。ステップＳ１０１における板材の加熱は、例えば、よく知られたホットプレートを用いて実施すればよい。次に、ステップＳ１０２で、析出硬化の状態を維持して板材をプレス加工して成型体とする（第２工程）。例えば、ステップＳ１０１における加熱を実施した直後に、ステップＳ１０２のプレス加工を実施すればよい。【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム合金からなる板材を成形加工するアルミニウム合金の成形方法に関する。

現在、自動車の燃費向上のために軽量化が重要となっている。超高張力鋼板による薄肉化を中心に軽量化が進んでいるが、剛性に対して指数的に影響するため、板厚を薄くすることは、部品剛性の確保が難しく限界がある。これに対し、アルミニウム合金は、強度が高いだけでなく比重も軽いため、板厚を確保して軽量化ができる。特に、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金またはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金（７０００系アルミニウム合金）は、強度が高く有効である。

特開２０１０−１５９４８９号広報

しかしながら、７０００系などの高強度のアルミニウム合金は、時効硬化している板材の室温における延性が約１０％と低く、冷間プレス成形が困難である。このため、従来では、板材を溶体化処理し、この後、焼きなましの状態でプレスして成形するようにしている（特許文献１参照）。この方法は、高い温度に加熱する必要あるなど、コストが高いため、例えば、自動車部品などのコスト低減が要求される場合には適用が困難である。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、時効硬化しているアルミニウム合金をより低コストで成形できるようにすることを目的とする。

本発明に係るアルミニウム合金の成形方法は、アルミニウム合金からなる析出硬化処理がされている板材を析出硬化の状態が維持された状態で加熱する第１工程と、析出硬化の状態を維持して板材をプレス加工して成形体とする第２工程とを備え、第１工程では、板材をプレス加工可能な温度に加熱する。

上記アルミニウム合金の成形方法において、第１工程では、板材を１７０℃〜２５０℃の範囲のいずれかの温度に加熱すればよい。

上記アルミニウム合金の成形方法において、第１工程では、板材を接触加熱により加熱するとよい。

上記アルミニウム合金の成形方法において、アルミニウム合金は、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金またはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金である。

以上説明したように、本発明によれば、アルミニウム合金からなる析出硬化処理がされている板材を析出硬化の状態が維持された状態で加熱し、この析出硬化の状態を維持してプレス加工するので、時効硬化しているアルミニウム合金が、より低コストで成形できるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態におけるアルミニウム合金の成形方法を説明するためのフローチャートである。図２は、Ａ７０７５材に対し、加熱処理の温度と、処理後の硬さとの関係を調査した結果を示す特性図である。図３は、Ａ７０７５材に対し、加熱処理の温度と、処理後の電気伝導率との関係を調査した結果を示す特性図である。図４は、Ａ７０７５材に対し、加熱処理の温度と、ハット曲げ成形をした後の硬さとの関係を調査した結果を示す特性図である。図５は、Ａ７０７５材に対し、加熱処理の時間と、処理後の硬さおよび電気伝導率との関係を調査した結果を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態おけるアルミニウム合金の成形方法について図１を参照して説明する。

まず、ステップＳ１０１で、アルミニウム合金からなる析出硬化処理がされている板材を析出硬化の状態が維持された状態で加熱する（第１工程）。ステップＳ１０１における板材の加熱は、例えば、よく知られたホットプレートなどを用いた接触加熱により実施すればよい。

次に、ステップＳ１０２で、析出硬化の状態を維持して板材をプレス加工して成形体とする（第２工程）。例えば、ステップＳ１０１における加熱を実施した直後に、ステップＳ１０２のプレス加工を実施すればよい。

板材は、例えば、Ａ７０７５（ＪＩＳ）などのＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金またはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金である。ステップＳ１０１（第１工程）では、板材をプレス加工可能な温度に加熱する。例えば、板材がＡ７０７５の場合、２００℃に加熱すれば、析出硬化の状態が維持され、かつプレス加工可能な状態となる。上記温度は、対象とする材料に合わせ、析出硬化の状態が維持された範囲で適宜に設定すればよく、２００℃より低い温度条件としてもよい。

上述した実施の形態におけるアルミニウム合金の成形方法によれば、析出硬化状態でプレス加工するので、加熱の温度をより低くすることができる。また、析出硬化状態でプレス加工しているので、成形後も析出硬化状態となっており、プレス加工した後で溶体化処理をする必要がない。このように、実施の形態によれば、従来に比較して、低コストで成形できる。なお、プレス加工した後で、時効処理をしてもよい。

次に、加熱温度と硬さとの関係について調査した結果を図２に示す。調査は、析出硬化状態のＡ７０７５からなる板厚２ｍｍの板材に対して実施した。接触加熱により加熱し、加熱時間は１０秒とし、冷却した後に硬さ測定を実施した。図２において、黒四角は、時効処理をしていない場合の結果を示し、黒丸は、時効処理をした場合の結果を示している。図２に示すように、加熱温度が２００℃であれば、冷却した後で、析出硬化している状態の硬さが得られている。また、加熱温度が２５０℃であっても、時効処理をすることで、時効硬化状態の硬さが得られている。

ここで、析出硬化状態のアルミニウム合金を加熱し、析出硬化状態よりずれた状態となると、図３に示すように、アルミニウム合金の電気伝導率が変化する。なお、図３に示す結果は、図２に示す調査において用いた試料の電気伝導率の変化であり、黒四角は、時効処理をしていない場合の結果を示し、黒丸は、時効処理をした場合の結果を示している。図３に示すように、２５０℃を超えて高い加熱温度とすると、電気伝導率が大きく変化している。

これらの調査結果より、加熱温度２００℃は、析出硬化状態が維持されていることがわかる。また、加熱温度が２５０℃であれば、実質的に析出硬化状態であるものと考えられる。言い換えると、加熱の温度条件は、時効処理後で、析出硬化状態における硬さが得られる範囲とすればよいものといえる。

また、加熱温度とプレス加工（ハット曲げ）後の硬さとの関係について調査した結果を図４に示す。調査は、析出硬化状態のＡ７０７５からなる板厚２ｍｍの板材に対して実施した。接触加熱により加熱し、加熱時間は１０秒とし、ハット曲げ成形した後に硬さ測定を実施した。図４において、黒四角は、時効処理をしていない場合の結果を示し、黒丸は、時効処理をした場合の結果を示している。図４において、１６０℃の結果は、３回の調査において、プレス加工において１回割れが発生した。これに対し、１７０℃以上では、いずれの調査でも、プレス加工において割れは発生していない。従って、加熱温度が１７０℃以上であれば、ハット曲げ成形が可能であるものといえる。また、１７０〜２００℃では、時効硬化処理をしていなくても、ハット曲げ成形した後で、析出硬化している状態の硬さが得られている。また、加熱温度が２５０℃であっても、時効処理をすることで、ほぼ、時効硬化状態の硬さが得られている。

次に、加熱時間について調査した結果について、図５に示す。なお、この調査は、析出硬化状態のＡ７０７５からなる板厚２ｍｍの板材に対して実施し、２００℃に加熱処理をして冷却した後で、硬さの測定および電気伝導率の測定を実施している。図５に示すように、加熱時間を３秒と短くしても、析出硬化状態の硬さが得られている。また、加熱時間が７０秒を超えて９００秒近くとなると、硬さの低下がみられ、電気伝導率に変化が見られた。これらの結果より、加熱時間は短い方がよいことがわかる。

また、本発明のアルミニウム合金の成形方法によれば、プレス加工時の下死点保持時間を短くしても、プレス加工後の硬さに低下がみられない大きな変化は見られないことが判明している。従って、本発明によれば、従来のように、下死点の保持を所定の時間かける必要がなく、処理時間を短縮することが可能になる。

また、本発明によれば、２００℃程度の温度でプレス加工するため、潤滑剤を使用しなくても、焼き付きが発生しないという利点がある。

以上に説明したように、本発明によれば、アルミニウム合金からなる析出硬化処理がされている板材を析出硬化の状態が維持された状態で加熱し、この析出硬化の状態を維持してプレス加工するので、時効硬化しているアルミニウム合金が、より低コストで成形できるようになるという優れた効果が得られる。

従来では、溶体化処理し、この後、焼きなましの状態でプレス加工していたため、加熱温度が高く、コストの上昇を招いていた。なお、溶体化処理して焼きなました状態では、よく知られているように、アルミニウム合金は、析出硬化状態ではない。これに対し、発明者の鋭意の検討により、析出硬化状態であっても、２００℃〜２５０℃程度に加熱することでプレス加工が可能であるという新たな技術的知見が得られたことにより、本発明がなされた。本発明によれば、従来に比較して、加熱の温度が低く、また、短時間で処理が可能であり、大きなコストの低減が見込める。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述した実施の形態では、７０００系アルミニウム合金を例に説明したが、これに限るものではなく、２０００系、６０００系のアルミニウム合金であっても、同様の効果が得られる。

Claims

アルミニウム合金からなる析出硬化処理がされている板材を析出硬化の状態が維持された状態で加熱する第１工程と、
析出硬化の状態を維持して前記板材をプレス加工して成形体とする第２工程と
を備え、
前記第１工程では、前記板材をプレス加工可能な温度に加熱することを特徴とするアルミニウム合金の成形方法。
請求項１記載のアルミニウム合金の成形方法において、
前記第１工程では、前記板材を１７０℃〜２５０℃の範囲のいずれかの温度に加熱することを特徴とするアルミニウム合金の成形方法。
請求項１または２記載のアルミニウム合金の成形方法において、
前記第１工程では、前記板材を接触加熱により加熱することを特徴とするアルミニウム合金の成形方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金の成形方法において、
前記アルミニウム合金は、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金またはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金であることを特徴とするアルミニウム合金の成形方法。