JP3068395B2 - アルミニウム合金製ドアインパクトビーム材 - Google Patents

アルミニウム合金製ドアインパクトビーム材

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JP3068395B2 JP5318485A JP31848593A JP3068395B2 JP 3068395 B2 JP3068395 B2 JP 3068395B2 JP 5318485 A JP5318485 A JP 5318485A JP 31848593 A JP31848593 A JP 31848593A JP 3068395 B2 JP3068395 B2 JP 3068395B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車のドア補強用部材
として使用されるドアインパクトビーム材に関し、特に
軽量で且つ補強材としての性能が優れたアルミニウム合
金製ドアインパクトビーム材に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車の燃費向上及び衝撃時の安全性向
上のために、自動車補強材の高強度化及び軽量化が推進
されている。特に、ドア補強用部材には、従来、引張強
度が100kgf/mm2の鋼板プレス品が主として使
用されている。しかし、近時、鋼板プレス品より設計強
度が高い鋼パイプ品が、同一強度における重量が少ない
ため、軽量化の点で有利なことから、使用されるように
なってきた。このような鋼パイプ品で鋼板プレス品と同
等の吸収エネルギを得るためには、薄鋼板を電縫溶接し
た後、高周波加熱などを施し、その後急冷して強度を高
めたパイプが使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近で
は世界的に地球環境保護が進められるなか、省エネルギ
のための自動車軽量化が更に一層促進されている。この
ため、プレス品をパイプ品に変更する程度の軽量化では
不十分であり、材料自体の開発により、自動車用構造部
材を軽量化する試みがなされている。
【0004】このような要請に応えるために、鋼材の替
わりにアルミニウム合金を使用する試みがなされている
が、インパクトビームとしての所定の性能、即ち、静的
3点支持曲げ試験における最高荷重及びエネルギ吸収量
を鋼材と同等に保持することができるアルミニウム合金
製ドアインパクトビーム材は得られていない。
【0005】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、インパクトドアビームとしての所定の性能
(静的3点支持曲げ試験における最高荷重及びエネルギ
吸収量)を確保しつつ、鋼パイプ品より軽量なアルミニ
ウム合金製ドアインパクトビーム材を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係るアルミニウ
ム合金製ドアインパクトビーム材は、Mg:1.0乃至
1.6重量%、Zn:5.95乃至6.55重量%、C
u:0.2乃至0.35重量%、Zr:0.2重量%以
下、Cr:0.25重量%以下、Ti:0.1重量%以
下を含有し、残部がAl及び不可避的不純物であるアル
ミニウム合金を中空押出した形材からなるドアインパク
トビーム材であって、長手方向に直交する方向に応力を
印加した場合に、曲変形して引張応力が印加されること
となる面の表面粗さが0.85μRa以下であり、その
断面形状は、上側フランジの幅がR1、下側フランジの
幅がR2であって、この上フランジと下フランジとを、
間隔がWの1対のウェブにより連結したものであり、R
1<R2、0.4×R1≦W≦0.5×R1の関係を満足す
ることを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明においては、応力を受けて曲げ変形した
場合に、引張応力が作用する側の面の表面粗さを0.8
5μRa以下にする。ドアインパクトビームをアルミニ
ウム合金で製造した場合に、このアルミニウム合金製ド
アインパクトビームには、自動車用補強部材として従来
の鋼パイプ品と同等の性能が要求される。即ち、このア
ルミニウム合金製ドアインパクトビームは、静的3点曲
げ試験において、従来の鋼パイプ品の最大荷重及びエネ
ルギ吸収量と同等の最大荷重及びエネルギ吸収量を持つ
ことが必要である。
【0008】本願発明者等がこのような性能を有するド
アインパクトビーム材を得るべく、先ず、アルミニウム
合金製の中空押出形材をインパクトビーム材に使用した
結果、性能確認のための静的3点曲げ試験において、引
張応力が印加される側の表面粗さと、前記最大荷重及び
エネルギ吸収量との間には相関関係があり、この表面粗
さが大きすぎると、所定の性能が得られないことを知見
した。その結果、この引張応力が作用する側の面の表面
粗さが0.85μRa以下である場合に、従来の鋼パイ
プと同等の性能が得られた。そこで、本願発明において
は、この引張力が作用する面の表面粗さを0.85μR
a以下とする。
【0009】このように、鋼パイプの場合と同等の最大
荷重及びエネルギ吸収量を得るために、本願発明におい
ては、引張応力が作用する側の面の表面粗さを0.85
μRa以下とする。このような良好な表面粗さの押出材
を得る方法としては、押出前にダイスを研磨する方法が
ある。即ち、押出材の表面を経時的に観察しながら、ダ
イス研磨のタイミングを判断し、押出材の表面粗さが粗
くなりかけたときにダイスを研磨することにより、押出
材としてほぼ所定の表面粗さのものが得られる。また、
確実に、全ての押出製品の表面粗さを0.85μRa以
下に管理するためには、製品を1本押出す毎にダイスを
効果的に研磨する装置をダイスに取り付けることが好ま
しい。更に、押出後に連続して押出材表面を研磨するよ
うにしてもよい。
【0010】次に、アルミニウム合金の成分組成及びそ
の限定理由について説明する。Mg(マグネシウム)及びZn(亜鉛) Mg及びZnはアルミニウム合金の押出性と強度に影響
を及ぼす。Mgが1.0重量%未満の場合又はZnが
5.95重量%未満の場合は、押出性は良好であるが高
い強度が得られない。一方、Mgが1.6重量%を超え
て含有される場合又はZnが6.55重量%を超えて含
有される場合は、押出性が劣り、所要の形状の中空押出
形材が得られない。従って、Mg含有量は1.0乃至
1.6重量%、Zn含有量は5.95乃至6.55重量
%とする。
【0011】Cu(銅) Cuはアルミニウム合金の強度及び耐応力腐食性を向上
させる。しかし、Cu含有量が0.2重量%以下ではそ
の効果が不十分であり、Cuが0.35重量%を超えて
含有されると、耐食性が劣化する。従って、Cuは0.
2乃至0.35重量%とする。
【0012】Zr Zrは結晶粒微細化に寄与する元素である。しかし、Z
rが0.2重量%を超えて含有されると、鋳造時に巨大
化合物が生成し、靱性を低下させる。従って、Zr含有
量は0.2重量%以下とする。
【0013】Cr Crは結晶粒微細化に寄与する元素である。しかし、C
rが0.25重量%を超えて含有されると、鋳造時に巨
大化合物を生成し、靱性を低下させる。従ってCr含有
量は0.25重量%以下とする。
【0014】Ti Tiは鋳造組織の微細化に寄与する元素である。Tiが
0.1重量%を超えて含有されると、鋳造時に巨大化合
物が生成し、靱性を低下させる。従って、Tiは0.1
重量%以下とする。
【0015】次に、中空押出材の断面形状について説明
する。静的3点曲げ試験において、従来の鋼パイプ品の
最大荷重及びエネルギ吸収量と同等の性能を有する軽量
高強度アルミニウム合金ビーム材を得るための中空押出
形材の断面形状については、図1に示す形状にすること
が好ましい。この図1に示す押出形材の断面形状は、上
部フランジの幅をR1、下部フランジの幅をR2とし、
この上部フランジと下部フランジとを間隔がWの1対の
ウェブで連結したようなH字形をなす。
【0016】中空押出形材が得られるアルミニウム合金
は材料自体は鋼より強度が低いため、鋼パイプ品と同じ
断面形状ではこれと同等の性能は得られない。そこで、
断面形状の適正化により性能を向上すべく、上述した組
成のアルミニウム合金において、種々の断面形状につい
てその性能を比較した。その結果、図1に示す断面形状
において、R1<R2、0.4×R1≦W≦0.5×R1
することにより、鋼パイプ品と同等の性能が得られた。
そこで、本発明においては、押出形材の断面形状をH字
形にすると共に、その断面寸法をR1<R2、0.4×R
1≦W≦0.5×R1を満足するものとする。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。先
ず、表面粗さの影響について調べた実施例について説明
する。実施例1 下記表1に示す成分のアルミニウム合金を常法により溶
製し、直径200mmの鋳塊に鋳造した。そして、47
0℃に24時間加熱して均質化処理した後、図1に示す
断面形状の形材に450℃で熱間押し出し、その後直ち
に室温まで急冷した後、120℃に24時間加熱して人
工時効処理した。そして、更に、粒度が異なるエメリー
研磨紙にて研磨を行い、下記表2に示す表面粗さを得
た。
【0018】この押出材を、図2に示すように、その両
端部で支持し、その中央部に半径が150mmの押さえ
治具で荷重を加えて曲げ試験を行い、最高荷重と変位3
00mmまでのエネルギ吸収量を測定し、その性能を評
価した。その結果を下記表2に併せて示す。但し、表2
において、各性能は試験材No13の鋼パイプの場合に対
する比である。また、表2において、軽量化率は100
×(各試験材の単重−試験材No13の鋼パイプの単重)
/(試験材No13の鋼パイプの単重)として定義され
る。試験材No14はアルミニウム製パイプである。
【0019】エネルギ吸収量は以下のようにして求め
た。図3は横軸に変位をとり、縦軸に荷重比をとって、
曲げ荷重−変位曲線の一例を示すグラフ図である。但
し、荷重比は鋼パイプの最大荷重に対する比である。例
えば、図3(イ)のエネルギ吸収量はこの(イ)の曲線
の破断するまでの部分と横軸とにより囲まれた領域の面
積で示される。断面形状の違いによって、最大荷重の大
きさ及びエネルギ吸収量が異なり、この両方の値が大き
いほど優れた性能をもつといえるが、自動車補強部材と
して必要な性能が得られた場合には、より軽量化率が大
きい材料の方が優れた材料であるということがいえる。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】この表1に示すように、表面粗さが0.8
5μRaを超える試験材No3,4はエネルギ吸収量が鋼
パイプの場合(試験材No11)よりも低く、性能が低
い。これに対し、試験材No1,2はエネルギ吸収量が鋼
パイプの場合よりも高いのに加え、軽量化率が25%と
優れた軽量化を示している。
【0023】実施例2 次に、化学成分組成の影響を調べた実施例について説明
する。各試験材の製造方法及び試験方法は実施例1の場
合と同様である。各試験材の組成及び試験結果を夫々下
記表3及び表4に示す。
【0024】
【表3】
【0025】
【表4】
【0026】この表3に示すように試験材No6,7はC
uの含有量が請求項2にて規定した範囲から外れるの
で、最大荷重及びエネルギ吸収量が鋼パイプの場合(試
験材No11)よりも小さく、性能が低い。一方、試験材
No5は、請求項2にて規定した範囲にはいるので、鋼パ
イプと同等以上の性能を有すると共に、軽量化率が25
%と著しい軽量化を示している。
【0027】実施例3 次に、フランジ長及びウェブ長の影響について説明す
る。下記表5はその成分組成を示し、下記表6は得られ
た試験結果を示す。試験材の製造方法及び試験方法は実
施例1の場合と同様である。
【0028】
【表5】
【0029】
【表6】
【0030】この表6において、試験材No10〜12は
断面形状が本発明の請求項3の規定から外れるので、エ
ネルギ吸収量が低く、性能が低い。これに対し、試験材
No8,9は請求項3にて規定した範囲に入るので、鋼パ
イプと同等以上の性能を有すると共に、その軽量化率は
25%と高い。
【0031】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、所定の組成のアルミニウム合金を使用し、引張応
力が作用する面の表面粗さを0.85μRa以下とし、
その断面形状を所定のものにしたので、従来の鋼パイプ
製のビームと同等以上の性能を有すると共に、従来より
も著しく軽量化された自動車ドアインパクトビームを得
ることができ、本発明は自動車の軽量化に著しく貢献す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】ドアインパクトビームの断面形状を示す斜視図
である。
【図2】ドアインパクトビームの試験方法を示す斜視図
である。
【図3】エネルギ吸収量の測定方法を説明する荷重−変
位曲線を示すグラフ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−246242(JP,A) 特開 昭56−69346(JP,A) 特開 平5−247575(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60J 5/00 C22C 21/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Mg:1.0乃至1.6重量%、Zn:
    5.95乃至6.55重量%、Cu:0.2乃至0.3
    5重量%、Zr:0.2重量%以下、Cr:0.25重
    量%以下、Ti:0.1重量%以下を含有し、残部がA
    l及び不可避的不純物であるアルミニウム合金を中空押
    出した形材からなるドアインパクトビーム材であって、
    長手方向に直交する方向に応力を印加した場合に、曲変
    形して引張応力が印加されることとなる面の表面粗さが
    0.85μRa以下であり、その断面形状は、上側フラ
    ンジの幅がR1、下側フランジの幅がR2であって、この
    上フランジと下フランジとを、間隔がWの1対のウェブ
    により連結したものであり、R1<R2、0.4×R1
    W≦0.5×R1の関係を満足することを特徴とするア
    ルミニウム合金製ドアインパクトビーム材。
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