JP3676090B2 - サイドメンバー用Al−Mg−Si系合金押出形材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の構造用のアルミニウム合金押出形材に関するもので、特に圧潰特性に優れたサイドメンバ−用アルミニウム合金押出形材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車のサイドメンバ−は、自動車の前方のエンジン部分と、後方のトランク部において、衝突時にアコ−ディオン状に座屈変形し、これにより衝突時の衝撃エネルギ−を吸収することにより、乗員の安全性を確保する機能を持つ部材である。この部材としては、従来、冷延鋼板をプレス成形し、スポット溶接により組み立てたものが用いられている。
【0003】
しかし、近年、地球の温暖化などの環境問題から、排ガス低減や燃費向上などを目的として自動車の軽量化が強く要請されており、この軽量化の一環として、鋼板の代わりに、軽量で、かつ複雑形状の構造物を一体で製造できるアルミニウム合金押出形材の使用が検討されている。
このような用途に対しては、現在は主として押出性、機械的性質、および耐食性などのバランスの良いJIS6063合金などのAl−Mg−Si系合金の押出材が使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のAl−Mg−Si系合金、例えば代表的な6063合金は耐力が215MPa程度と低いため、軸方向に圧縮荷重を受けた際に変形が進む平均荷重が低く、したがってエネルギ−吸収効率が低いので板厚を厚くする必要があるという問題がある。
また、JIS6061合金などの強度の高いAl−Mg−Si系合金の押出形材は衝突時の変形で割れが発生しやすく、一旦割れが発生するとそれ以降の衝撃は吸収されないので、エネルギ−吸収効率はきわめて低いものとなるという問題がある。
【0005】
本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、衝突時の圧縮変形を受けた際に割れが発生することがなく、エネルギ−吸収効率が高い自動車サイドメンバ−材として好適なAl−Mg−Si系合金押出形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】
本発明者らは、前記課題を解決するためアルミニウム合金押出材の圧潰特性に及ぼす材料特性の影響を明らかにすべく種々の実験を行った結果、本発明にかかる組成を有し、かつ耐力及び耐力と引張強さの比を特定の範囲にすることにより優れた圧潰特性が得られることを知見した。
【0007】
本発明は以上の知見に基づくものであり、重量%で、Si0.6〜1%、Mg0.5〜0.9%、Cu0.4〜0.8%(ただし、0.4%は含まず)、Fe0.1〜0.4%、Mn0.2〜0.6%、Cr0.05〜0.3%および/またはZr0.05〜0.25%、Ti0.001〜0.1%、B0.0001〜0.004%を含有し、残部がAlと不可避不純物からなる組成を有する押出形材であって、耐力が250〜290MPa、耐力と引張強さとの比が0.85以上であることを特徴とするサイドメンバ−用Al−Mg−Si系合金押出形材である。
また本発明は、先に記載のサイドメンバ−用Al−Mg−Si系合金押出形材であって、圧縮変形時の吸収エネルギーが4000J以上であることを特徴とするサイドメンバ−用Al−Mg−Si系合金押出形材である。
【0008】
本発明において、耐力を250〜290MPaとするが、これは250MPa未満では十分なエネルギ−吸収効率が得られず、一方、290MPaを越えると衝突時の変形による割れが発生しやすくなるからである。また、耐力と引張強さの比を0.85以上とするのは、0.85未満では、衝突時の圧縮変形を受けた際に、座屈変形を越すことなく加工硬化してしまい、割れが発生しやすくなるからである。
なお、耐力、耐力と引張強さの比は、合金組成及び熱処理条件により変化させることができる。つまり、Mg,Si,Cu量の少ない合金組成の場合には、高温で、長時間の時効処理条件とし、一方、Mg,Si,Cu量の多い合金組成の場合には、低温で、短時間の時効処理条件とすることで規定の耐力を得ることが出来る。また、ピーク時効の手前の亜時効ないしはピーク時効を過ぎた過時効の処理を施すことにより、耐力と引張強さの比を規定の範囲とすることが出来る。
【0009】
次に、本発明にかかるAl−Mg−Si系合金の組成限定理由について説明する。
本発明にかかるAl−Mg−Si系合金押出形材は、重量%で、Si:0.6〜1%、Mg:0.5〜0.9%、Cu:0.4〜0.8%(ただし、0.4%は含まず)、Fe:0.1〜0.4%、Mn:0.2〜0.6%、Ti:0.001〜0.1%、B:0.0001〜0.004%を含有し、さらにCr:0.05〜0.3%および/またはZr:0.05〜0.25%を含有し、残部がAlと不可避不純物からなる組成を有する。
【0010】
SiおよびMgには、微細なMg2Si化合物として析出して強度を向上させる作用があり、SiおよびMgのいずれかの含有量がSi:0.6%未満およびMg:0.5%未満になると、Mg2Si化合物の析出量が少なくなって所望の強度を確保することができなくなる。一方、その含有量が、Si:1%およびMg:0.9%を超えると押出加工性および曲げ加工性が低下するとともに、衝突時の変形による割れが発生しやすくなる。したがって、Si:0.6〜1%、Mg:0.5〜0.9%とした。SiおよびMgの望ましい範囲は、Si:0.65〜0.95%、Mg:0.55〜0.85%である。
【0011】
Cuは、素地に固溶して強度を向上させる作用があるが、その含有量が0.4%以下では所望の強度向上効果が得られず、一方その含有量が0.8%を超えると曲げ加工性および耐食性が低下するようになる。したがって、Cu:0.4〜0.8%(ただし、0.4%は含まず)とした。Cuの望ましい範囲は、0.45 〜0.65%である。
【0012】
Fe、Mn、Cr、Zrには、Feと、Mnと、Crおよび/またはZrとが共存した状態で、均質化処理後に微細な金属間化合物が素地中に分散して押出加工時の再結晶を著しく抑制することにより繊維状組織の発達を促進し、この結果衝突時の変形による割れを発生しにくくする作用がある。しかし、その含有量がFe:0.1%未満、Mn:0.2%未満、Cr:0.05%未満およびZr:0.05%未満、ではその効果が不十分あり、一方その含有量が、それぞれFe:0.4%、Mn:0.6%、Cr:0.3%、およびZr:0.25%を超えると、粗大な金属間化合物が生成するようになり衝突時の変形による割れが発生しやすくなる。したがって、Fe:0.1〜0.4%、Mn:0.2〜0.6%、Cr:0.05〜0.3%および/またはZr:0.05〜0.25%とした。Fe、Mn、Cr、Zrの望ましい範囲は、Fe:0.15〜0.25%、Mn:0.25〜0.45%、Cr:0.07〜0.2 %、Zr:0.07〜0.15%である。なお、CrとZrは、複合添加することが望ましい。
【0013】
TiおよびBは鋳造組織を微細化し、鋳造割れを防止する作用があるが、TiおよびBのいずれかの含有量でもTi:0.001%未満およびB:0.0001%未満になると、所望の効果が得られず、一方TiおよびBのいずれかの含有量でも、Ti:0.1%およびB:0.004%を超えると、粗大な金属間化合物を生成するようになり衝突時の変形による割れが発生しやすくなる。したがって、Ti:0.001〜0.1%、B:0.0001〜0.004%とした。TiおよびBの望ましい範囲は、Ti:0.005〜0.05%、B:0.005〜0.001%である。
【0014】
本発明にかかるAl−Mg−Si系合金押出形材は、前記の化学組成を有するアルミニウム合金ビレットを510〜580℃で、2〜24時間均質化処理し、次いで450〜520℃に加熱して押出加工した後、2℃/秒以上の平均冷却速度で冷却する。なお、冷却速度を2℃/秒以上とするのは、冷却中の粗大なMg2Si化合物の析出を抑制するためである。
こうして得られた押出形材は曲げ加工後時効処理を行うか、時効処理後曲げ加工を行うか、いずれの方法を取っても良い。時効処理は150〜210℃の温度範囲で1〜24時間行えばよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施の形態に基づき説明する。
表1に示す試料1〜9の組成を有する204mm径の合金ビレットを常法により溶製し、これらのビレットに545℃で4時間保持する均質化処理を施した後、1650tonの押出し機を用い、押出加工を行った。押出加工は、押出温度:500℃、押出速度:5m/min、冷却:水冷、の条件で押出し加工を行い、引続いて試料1〜7に対しては温度:205℃に4時間保持、試料8、9に対しては温度:160℃に4時間保持の条件で時効処理を施すことにより肉厚2mm、断面54mm×70mmの寸法を持った角パイプ形状の押出形材をそれぞれ製造した。なお、表1において、試料1〜3は本発明例、試料4〜9は比較例である。
【0016】
本発明押出材および比較押出材について、引張試験による耐力測定、および静的圧縮試験による圧潰特性評価を行った。その結果を表2に示す。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
表2に示した本発明押出材である試料1〜3は、割れが発生することなくアコ−デオン状に圧縮変形し、吸収エネルギ−も4000J以上と圧潰特性に優れていた。
これに対し、合金組成及び耐力値が本発明の範囲から外れた試料4,5及び耐力と引張強さの比が本発明の範囲から外れた試料8、9は圧縮試験で割れが発生した。また、試料6,7はそれぞれ6063合金、6061合金であるが、試料6(6063合金)は圧縮試験で割れは発生しないものの吸収エネルギが約3500Jと低く圧潰特性が劣り、また、試料7(6061合金)には割れが発生した。
【0020】
【発明の効果】
本発明によれば、重量%で、Si0.6〜1%、Mg0.5〜0.9%、Cu0.4〜0.8%(ただし、0.4%は含まず)、Fe0.1〜0.4%、Mn0.2〜0.6%、Ti0.001〜0.1%、B0.0001〜0.004%、Cr0.05〜0.3%および/またはZr0.05〜0.25%を含有し、残部がAlと不可避不純物からなる組成を有する押出形材であって、耐力が250〜290MPa、耐力と引張強さとの比を0.85以上としたので衝突時の圧縮変形を受けた際に割れが発生することがなく、エネルギ−吸収効率が高い圧潰特性に優れたサイドメンバ−用Al−Mg−Si系合金押出形材が得られた。
Claims (2)
- 重量%で、Si0.6〜1%、Mg0.5〜0.9%、Cu0.4〜0.8%(ただし、0.4%は含まず)、Fe0.1〜0.4%、Mn0.2〜0.6%、Cr0.05〜0.3%および/またはZr0.05〜0.25%、Ti0.001〜0.1%、B0.0001〜0.004%を含有し、残部がAlと不可避不純物からなる組成を有する押出形材であって、耐力が250〜290MPa、耐力と引張強さとの比が0.85以上であることを特徴とするサイドメンバ−用Al−Mg−Si系合金押出形材。
- 圧縮変形時の吸収エネルギーが4000J以上であることを特徴とする請求項1に記載のサイドメンバ−用Al−Mg−Si系合金押出形材。
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