JP3996004B2 - 差厚テーラードブランク材 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，プレス成形に供されるブランク材であって，部分的に板厚又は材質の異なるアルミニウム合金よりなるテーラードブランク材に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年，地球環境保護および省エネルギーの観点から，特に自動車関連では排出する有害ガスの抑制，地球温暖化を引き起こすとされる二酸化炭素の抑制および燃費向上が急務となっている。
これらの諸問題を解決する一つの方策としては，車体の軽量化が有効であり，特にボディおよび部品等に従来から使用されている鋼を軽量材であるアルミニウム合金ヘ置換することが盛んに検討されている。
アルミニウム合金のなかでも，ＪＩＳ規格における６０００系アルミニウム合金は熱処理により高強度化が可能なため，板厚の薄肉化による軽量材として注目されている。
更には，素材を可能な限り節約し，部材の適材適所を図る試みも同時に検討されており，特に板厚の異なる板あるいは材質の異なる板を接合し，プレス成形に供するテーラードブランクの考え方が自動車の軽量化による燃費向上には有効な手段とされている。
【０００３】
【解決しようとする課題】
ところで，複数のアルミニウム合金板を用いてテーラードブランク材を製造する場合，アルミニウム合金板同士の接合方法として各種の溶接方法が考えられる。しかし，例えばレーザ溶接では，レーザの反射率が高く表面状態によるばらつきが大きいので，溶け込み深さが不安定になったり，接合部にブローホールが生じやすいなど，健全で安定した継ぎ手が得られない。また，レーザ溶接の場合には，突き合わせ面の隙間（ギャップ）管理が厳しく，施工上の難しさもある。
【０００４】
また，マッシュシーム溶接をアルミニウム合金に適用した場合には，熱が逃げやすいので局部的な溶融しか得られない。そのため，プレス成形に耐え得る滑らかな表面性状や強度を有する継ぎ手を得ることが困難である。またマッシュシーム溶接では，接合材のかすが円盤状の電極部に付着することによってその電極の寿命が短くなってしまい，安定した溶接を続けることが困難である。
【０００５】
一方，入熱が少なく，軟化や歪みの程度が軽い接合方法として，特許第２７１２８３８号公報などにアルミニウム合金の突き合わせ摩擦撹拌接合方法（ＦＳＷ（Friction Stir Welding））が開示されている。この方法は，硬質の裏当て材の上にアルミニウム合金板を突き合わせて拘束し，肩面からピン状に突出させた突起部を有する回転工具を用い，これを高速回転させながら突き合わせ部分に上記突起部を差し込み，移動させる方法である。この摩擦撹拌接合方法は，アルミニウム合金を溶融させることなく接合部を得ることができ，鋼より軟らかく融点が低いアルミニウム合金の接合に非常に適している。
【０００６】
しかしながら，アルミニウム合金を上記摩擦撹拌接合により接合して得られたテーラードブランク材においては，その接合時に生じる熱の影響を受けて接合部近傍にＨＡＺ（Heat Affected Zone）を生じ，軟化することは避けがたい。そして，このＨＡＺ軟化部を有するテーラードブランク材においては，プレス加工時において上記ＨＡＺ軟化部が優先的に破断する場合がある。特に上記アルミニウム合金が６０００系アルミニウム合金である場合には，上記傾向が顕著に表れる。そのため，従来，６０００系アルミニウム合金よりなるテーラードブランク材においては，このＨＡＺ軟化部を解消するには，プレス加工前においてテーラードブランク材に後熱処理を施す必要があるが，その場合は生産性およびコストのみならず，後熱処理による歪み発生等の問題を有していた。
【０００７】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，ＨＡＺ軟化部による影響を抑制することができる差厚テーラードブランク材を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
本発明は，主板材と，板厚が上記主板材よりも薄い副板材とを接合してなる，プレス成形用の差厚テーラードブランク材において，
上記主板材は，ＪＩＳ−６０００系アルミニウム合金よりなり，
上記副板材は，上記主板材と異なる成分組成を有するＪＩＳ−６０００系アルミニウム合金よりなり，
上記主板材と上記副板材とは，摩擦撹拌接合により突き合わせ接合されており，
かつ，上記副板材の引張強さが上記主板材よりも高いことを特徴とする差厚テーラードブランク材にある（請求項１）。
【０００９】
本発明の差厚テーラードブランク材は，上記主板材と副板材の材質を同系統のＪＩＳ−６０００系とする一方，具体的な成分組成は異なるものとし，引張強さに代表される強度を積極的に異なるように設定する。そして，強度の高い方の副板材の板厚を，強度の低い方の主板材の板厚よりも小さくする。また，これら主板材と副板材とは，摩擦撹拌接合により突き合わせ接合する。
このような構成を採用することによって，６０００系のアルミニウム合金同士を接合してなるテーラードブランク材におけるＨＡＺ軟化部による影響を抑制することができるのである。
【００１０】
即ち，上記摩擦撹拌接合時の熱によって生じるＨＡＺ軟化部の発生は，摩擦撹拌接合を採用する限り防止することは困難である。そして，従来の差厚テーラードブランク材においては，板厚は異なるが材質が同じ板材同士を接合して作製していたので，自ずと，板厚の薄い方のＨＡＺ軟化部が最も強度が低く応力集中が起こりやすく，プレス加工性を低下させていた。
【００１１】
これに対し，本発明では，上記のごとく，同じ６０００系同士ではあっても，その成分組成を異なるものとすることによって，板厚の小さい方の副板材の強度を板厚の大きい方の主板材よりも高く設定し，主板材のＨＡＺ軟化部に優先的に応力集中させることができる。そのため，板厚の小さい副板材におけるＨＡＺ軟化部の強度低下を緩和することができ，この副板材におけるＨＡＺ軟化部への応力集中を抑制することができる。
それ故，本発明の差厚テーラードブランク材は，たとえ後熱処理を行わなくても，優れたプレス成形性を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明における上記主板材および副板材の材質としては，ＪＩＳ規格における６０００系の様々なアルミニウム合金を適用することができる。代表例としては，Ａ６０６３，Ａ６０６１，Ａ６Ｎ０１等がある。
また，これらの合金の調質は，車体に必要な強度とするために，Ｔ４，Ｔ５又はＴ６が好ましい。
【００１３】
また，上記主板材の板厚をＴ１（ｍｍ），上記副板材の板厚をＴ２（ｍｍ），上記主板材の引張強さをＫ１（ＭＰａ），上記副板材の引張強さをＫ２（ＭＰａ）とした場合，
Ｔ１／Ｔ２＞１，Ｋ２／Ｋ１＞１でかつ（Ｔ１／Ｔ２）^２−（Ｋ２／Ｋ１）＞０
の関係を満たすことが好ましい（請求項２）。
【００１４】
Ｔ１／Ｔ２＞１，Ｋ２／Ｋ１＞１は，主板材の方が副板材より厚く，副板材の引張強さの方が主板材の引張強さより高いという本発明の請求項１を関係式にしたものである。
（Ｔ１／Ｔ２）^２−（Ｋ２／Ｋ１）≦０
となった場合には，板厚比と強度比のバランスにおいて，板厚の小さい副板材のＨＡＺ軟化部に応力集中しやすいという問題がある。
【００１５】
また，上記主板材と上記副板材との接合部を中央部に有する試験片により引張試験を実施した場合に，その破断位置が，上記主板材の部分となることが好ましい（請求項３）。この場合には，従来の６０００系アルミニウム合金よりなる差厚テーラードブランク材での，薄板側のＨＡＺ部を起点として割れやすい欠点をより確実に解消することができる。そのため，プレス成形性を更に向上させることができる。
【００１６】
また，上記差厚テーラードブランク材は，自動車用プレス材に用いられることが好ましい（請求項４）。
自動車用プレス材としては，例えば，自動車の内外装パネル，シャシー用プレス材など種々の材料がある。これらの自動車用プレス材においては，デザインによって様々なプレス加工が必要となるので，上記差厚テーラードブランク材の安定したプレス加工性がプレス加工品の性能の向上等に貢献することができる。
【００１７】
【実施例】
本発明の実施例に係る差厚テーラードブランク材につき，図１を用いて説明する。
本例では，本発明品としての４種類の差厚テーラードブランク材（試料Ｅ１〜Ｅ４）と，比較品としての２種類の差厚テーラードブランク材（試料Ｃ１，Ｃ２）を作製し，プレス成形時の破断特性について調べた。
【００１８】
まず，本発明品としての試料Ｅ１は，図１に示すごとく，主板材２と，板厚が上記主板材２よりも薄い副板材３とを接合してなる，プレス成形用の差厚テーラードブランク材である。
上記主板材２は，ＪＩＳ Ａ６０６３−Ｔ４材よりなり，その板厚は２ｍｍである。
上記副板材３は，上記主板材２と異なる成分組成を有するＪＩＳ−６０００系アルミニウム合金，具体的にはＪＩＳ Ａ６０６１−Ｔ４材よりなり，その板厚は１ｍｍである。
そして，副板材３の引張強さは２４０ＭＰａであり，主板材２の引張強さは１７２ＭＰａであり，副板材３の方が引張強さが高くなっている。
【００１９】
また，主板材２と副板材３とは，図１，図２に示すごとく摩擦撹拌接合により突き合わせ接合されている。
この摩擦撹拌接合を行うに当たっては，図２に示すごとく，まず主板材２と副板材３とを突き合わせる。
次に，同図に示すごとく，肩面５０と該肩面５０から突出させた突起部５２とを先端に有する硬質の回転工具５を用い，これをを回転させながら突起部５２を，突き合わせ部に差し込む。そして，主板材２，副板材３を摩擦熱を発生させた状態で撹拌し，回転工具５を突き合わせ部に沿って移動させる。
【００２０】
これにより，主板材２と副板材３とが摩擦撹拌接合により接合され，上記撹拌域よりなる接合部１５が形成される。
そして，得られた差厚テーラードブランク材１においては，接合部の近傍の母材に上述したＨＡＺ軟化部９２，９３が形成されている。
【００２１】
次に，試料Ｅ２は，主板材２の板厚を１．２ｍｍに変更した以外は試料Ｅ１と同様の構成である。また，この場合の主板材３の引張強度は１７０ＭＰａである。
次に，試料Ｅ３は，副板材３の材質をＪＩＳ Ａ６０６１−Ｔ６に変更した以外は試料Ｅ１と同様の構成である。また，この場合の副板材３の引張強さは３０９ＭＰａである。
次に，試料Ｅ４は，主板材２の板厚を１．４ｍｍに変更した以外は試料Ｅ３と同様の構成である。また，この場合の主板材２の引張強さは１７２ＭＰａである。
また，試料Ｃ１は，主板材２の板厚を１．１ｍｍ，材質をＡ６０６１−Ｔ４に変更し，かつ副板材３の材質をＡ６０６３−Ｔ４に変更したものである。また，この場合の主板材２の引張強さは２３５ＭＰａ，副板材３の引張強さは１７２ＭＰａである。
また，試料Ｃ２は，副板材３の材質をＪＩＳ Ａ６０６３−Ｔ４と主板材２と同じにした以外は試料Ｅ１と同様の構成である。また，この場合の副板材３の引張強さは１７２ＭＰａである。
【００２２】
次に，上記７種類の試料Ｅ１〜Ｅ４，Ｃ１，Ｃ２を用いて，接合部が中央に来るようにＪＩＳ５号引張試験片を切り出して，引張試験を行った。
その結果を表１に示す。
また，主板材の板厚をＴ１（ｍｍ），副板材の板厚をＴ２（ｍｍ），上記主板材の引張強さをＫ１（ＭＰａ），上記副板材の引張強さをＫ２（ＭＰａ）とした場合の関係式
Ｔ１／Ｔ２，Ｋ２／Ｋ１，（Ｔ１／Ｔ２）^２−（Ｋ２／Ｋ１）
から得られる値をそれぞれ求め，表１に併せて記載した。
【００２３】
【表１】

【００２４】
表１より知られるごとく，本発明品である試料Ｅ１〜Ｅ４は，いずれも破断伸びが高く，かつ，破断位置はすべて板厚の厚い主板材２のＨＡＺ軟化部９２となっていた。
一方，比較品である試料Ｃ１，Ｃ２においては，破断伸びが小さく，かつ，破断位置は板厚の薄い副板材３のＨＡＺ軟化部９３となっていた。
【００２５】
この結果から，本発明品である試料Ｅ１〜Ｅ４は，比較品である試料Ｃ１，Ｃ２に比べて，加工度の高いプレス加工にも耐えうる優れたテーラードブランク材であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における，差厚テーラードブランク材を示す説明図。
【図２】実施例における，差厚テーラードブランク材を摩擦撹拌接合する方法を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．差厚テーラードブランク材，
１５．．．接合部，
２．．．主板材，
３．．．副板材，
５．．．回転工具，
５０．．．肩面，
５２．．．突起部，

Claims (4)

1. 主板材と，板厚が上記主板材よりも薄い副板材とを接合してなる，プレス成形用の差厚テーラードブランク材において，
   上記主板材は，ＪＩＳ−６０００系アルミニウム合金よりなり，
   上記副板材は，上記主板材と異なる成分組成を有するＪＩＳ−６０００系アルミニウム合金よりなり，
   上記主板材と上記副板材とは，摩擦撹拌接合により突き合わせ接合されており，
   かつ，上記副板材の引張強さが上記主板材よりも高いことを特徴とする差厚テーラードブランク材。
2. 請求項１において，上記主板材の板厚をＴ１（ｍｍ），上記副板材の板厚をＴ２（ｍｍ），上記主板材の引張強さをＫ１（ＭＰａ），上記副板材の引張強さをＫ２（ＭＰａ）とした場合，
   Ｔ１／Ｔ２＞１，Ｋ２／Ｋ１＞１でかつ（Ｔ１／Ｔ２）^２−（Ｋ２／Ｋ１）＞０
   の関係を満たすことを特徴とする差厚テーラードブランク材。
3. 請求項１又は２において，上記主板材と上記副板材との接合部を中央部に有する試験片により引張試験を実施した場合に，その破断位置が，上記主板材の部分となることを特徴とする差厚テーラードブランク材。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において，上記差厚テーラードブランク材は，自動車用プレス材に用いられることを特徴とする差厚テーラードブランク材。

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