JP4773853B2 - Aluminum alloy extrusions for automotive door beams - Google Patents
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Description
本発明は、自動車のドアへの衝突時において、衝撃を吸収するためのドアビームとして使用される自動車ドアビーム用アルミニウム合金押出形材に関する。 The present invention relates to an aluminum alloy extruded shape for an automobile door beam used as a door beam for absorbing an impact at the time of collision with an automobile door.
近年、自動車のドアへの衝突時のエネルギーを吸収してのエネルギー吸収部材(ドアビーム)として、軽量化の要求に対応するために、アルミニウム合金押出形材の適用が試みられており、例えば、特定の合金組成と組織の組み合わせが提案されている(特許文献1参照)。 In recent years, as an energy absorbing member (door beam) that absorbs energy at the time of a collision with an automobile door, an aluminum alloy extruded shape has been tried to meet the demand for weight reduction. A combination of the above alloy composition and structure has been proposed (see Patent Document 1).
上記提案のものは、特定組成のAl-Mg-Si系合金、Al-Zn-Mg系合金を使用し、押出形材の形状としてII(ローマ数字の大文字の2)型形状のものが示されているが、このものにおいては、ドアビームが装着される自動車ドアの上下方向の有効スペースが広く、ドアビームの幅を大きくする場合や、サイドドア外側の空間が丸みを帯びていて衝撃荷重が加わるサイドドア面(以下、サイドドア外側の衝撃荷重が加わるサイドドア面を圧縮側フランジ、衝撃荷重が加わるサイドドア面と反対側のサイドドア内面を引張側フランジという)が平坦とならない場合には適切なドアビームを得ることができず、従って、ドアビームとしての衝撃エネルギー吸収が必ずしも十分ではない。
発明者らは、さらに改良された自動車ドアビーム用アルミニウム合金押出形材を得るために、自動車ドアビーム用アルミニウム合金押出形材における衝撃エネルギー吸収と、アルミニウム合金の組成、押出形材の形状、寸法などとの関係について種々の試験、検討を行った。本発明はその結果としてなされたものであり、その目的は、エネルギーの吸収能が高く、自動車のドアへの衝突時において、衝撃により生じるエネルギーを効果的に吸収して搭乗者の保護を図ることができる自動車ドアビーム用アルミニウム合金押出形材を提供することにある。 In order to obtain a further improved aluminum alloy extruded shape for an automobile door beam, the inventors absorbed impact energy in the aluminum alloy extruded shape for an automobile door beam, the composition of the aluminum alloy, the shape and dimensions of the extruded shape, and the like. Various tests and studies were conducted on the relationship. The present invention has been made as a result, and its purpose is to have a high energy absorption capability, and to effectively protect the passenger by absorbing the energy generated by the impact at the time of collision with the door of the automobile. It is an object of the present invention to provide an aluminum alloy extruded shape for an automobile door beam.
上記の目的を達成するための請求項1による自動車ドアビーム用アルミニウム合金押出形材は、自動車のドアへの衝突時における衝撃吸収用ドアビームとして使用されるアルミニウム合金押出形材であって、該押出形材の断面において、長辺部と短辺部からなる非対称の山形に形成された第1の辺と直線状に形成された第2の辺とを対向して設け、第1の辺と第2の辺の両端部を第3の辺と第4の辺により連結してなる中空形材の内部に、前記第1の辺のうちの長辺部と前記第2の辺とを結ぶ内柱を設けて、中空形材の内部を2つに区画し、該内柱は、前記第2の辺に対して第1の辺の短辺部から遠ざかるよう長辺部側に傾いてθの角度で形成され、前記第3の辺と第4の辺は、前記第2の辺から垂直に延びる垂直部からなり、前記押出形材が、Zn:4.0〜9.0%(質量%、以下同じ)、Mg:1.0〜1.5%、Cu:0.01〜0.5%、V:0.01〜0.15%およびTi:0.005〜0.30%を含有し、さらにMn:0.05〜0.2%、Cr:0.01〜0.5%およびZr:0.05〜0.3%のうちの1種または2種以上を含有し、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金で構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an aluminum alloy extruded shape for an automobile door beam according to claim 1 is an aluminum alloy extruded shape used as a shock absorbing door beam at the time of a collision with an automobile door. In the cross section of the material, a first side formed in an asymmetrical chevron composed of a long side part and a short side part and a second side formed in a straight line are provided facing each other, and the first side and the second side are provided. An inner column connecting the long side portion of the first side and the second side in the hollow shape member formed by connecting both ends of the side by a third side and a fourth side. The hollow pillar is divided into two, and the inner pillar is inclined toward the long side so as to move away from the short side of the first side with respect to the second side at an angle of θ. is formed, the third side and the fourth side is made vertical portion extending perpendicularly from said second side, said extruded profile , Zn: 4.0 to 9.0% (mass%, hereinafter the same), Mg: 1.0~1.5%, Cu : 0.01~0.5%, V: 0.01~0.15 % And Ti: 0.005 to 0.30%, Mn: 0.05 to 0.2%, Cr: 0.01 to 0.5% and Zr: 0.05 to 0.3% It is characterized by being composed of an aluminum alloy containing one or more of them and the balance Al and impurities.
請求項2による自動車ドアビーム用アルミニウム合金押出形材は、請求項1において、前記第3の辺と第4の辺は、前記第2の辺から垂直に延びる垂直部と、該垂直部に連続して、内側に延びて前記第1の辺の長辺部と短辺部に連結する傾斜部からなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention , there is provided an aluminum alloy extruded profile for an automobile door beam according to the first aspect , wherein the third side and the fourth side are continuous with a vertical portion extending perpendicularly from the second side. And an inclined portion extending inward and connected to the long side portion and the short side portion of the first side .
請求項3による自動車ドアビーム用アルミニウム合金押出形材は、請求項1または2において、前記内柱の第2の辺に対する角度θが70°以上であることを特徴とする。
The aluminum alloy extruded shape for automobile door beam according to
請求項4による自動車ドアビーム用アルミニウム合金押出形材は、請求項1〜3のいずれかにおいて、引張強さ(σB)が400〜600MPa、耐力(σ0.2)が350〜570MPa、伸び(δ)が5〜20%であることを特徴とする。
An aluminum alloy extruded shape for an automobile door beam according to
本発明によれば、エネルギーの吸収能が高く、自動車のドアへの衝突時において、衝撃により生じるエネルギーを効果的に吸収して搭乗者の保護を図ることができる自動車ドアビーム用アルミニウム合金押出形材が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, an aluminum alloy extruded shape for an automobile door beam that has a high energy absorption capability and can effectively absorb the energy generated by the impact at the time of a collision with an automobile door to protect the passenger. Is provided.
本発明による自動車ドアビーム用アルミニウム合金押出形材は、特定組成を有する調質された熱処理型Al−Zn−Mg系合金の中空押出形材からなり、押出し後の調質としてT5処理あるいはT6処理を施すのが好ましい。 An aluminum alloy extruded shape for an automobile door beam according to the present invention comprises a tempered heat-treated Al-Zn-Mg alloy hollow extruded shape having a specific composition, and subjected to T5 treatment or T6 treatment as a tempering after extrusion. It is preferable to apply.
本発明の押出形材を構成するアルミニウム合金の成分の意義および限定理由について説明すると、ZnとMgは、押出形材をドアビームに適用した場合に十分な強度を保持するために必要な成分である。好ましい含有量は、Zn:4.0〜9.0%、Mg:1.0〜1.5%の範囲であり、それぞれ下限値未満では十分な強度が得難く、上限値を超えて含有されると押出性、伸びが低下する。伸びが低下すると、曲げ変形時に割れが発生しエネルギー吸収特性を劣化させる。 Explaining the significance and reasons for limitation of the components of the aluminum alloy constituting the extruded profile of the present invention, Zn and Mg are components necessary for maintaining sufficient strength when the extruded profile is applied to a door beam. . The preferred contents are Zn: 4.0 to 9.0% and Mg: 1.0 to 1.5%, respectively. If the content is less than the lower limit, it is difficult to obtain sufficient strength, and the content exceeds the upper limit. Then, extrudability and elongation are lowered. When the elongation decreases, cracks occur during bending deformation, deteriorating energy absorption characteristics.
Cuは強度を高めるよう機能する。好ましい含有量は0.01〜0.5%の範囲であり、0.01%未満では十分な強度が得難く、0.5%を超えると、押出性および耐食性が低下する。Mn、Cr、Zrは押出組織を繊維状として強度を高めるよう機能する。好ましい含有量は、それぞれMn:0.05〜0.2%、Cr:0.01〜0.5%、Zr:0.05〜0.3%の範囲であり、それぞれ上限値を超えると鋳造時に巨大な化合物が生成し靭性を低下させる。 Cu functions to increase strength. The preferred content is in the range of 0.01 to 0.5%, and if it is less than 0.01%, sufficient strength is difficult to obtain, and if it exceeds 0.5%, the extrudability and corrosion resistance are lowered. Mn, Cr, and Zr function to increase the strength of the extruded structure as a fiber. The preferred contents are Mn: 0.05 to 0.2%, Cr: 0.01 to 0.5%, and Zr: 0.05 to 0.3%, respectively. Occasionally huge compounds are formed, reducing toughness.
Vは、靭性を向上させるために重要な含有成分である。好ましい含有量は0.01〜0.15%の範囲であり、0.01%未満ではその効果が十分でなく、0.15%を超えると、鋳造時に巨大が化合物が生成して靭性を低下させる。Tiは鋳造組織を微細化して強度を向上させる元素である。好ましい含有量は0.005〜0.30%の範囲であり、0.005%未満ではその効果が小さく、0.30%を超えると鋳造時に巨大が化合物が生成して靭性を低下させる。 V is an important component for improving toughness. The preferred content is in the range of 0.01 to 0.15%, and if it is less than 0.01%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 0.15%, a huge compound is produced during casting and the toughness is reduced. Let Ti is an element that refines the cast structure to improve the strength. The preferable content is in the range of 0.005 to 0.30%. If the content is less than 0.005%, the effect is small, and if it exceeds 0.30%, a large amount of compound is produced during casting to lower toughness.
本発明の自動車ドアビーム用アルミニウム合金押出形材は、図1に示すように、断面において、長辺部2Aと短辺部2Bからなる非対称の山形に形成された第1の辺2と、直線状に形成された第2の辺3とを対向して設け、第1の辺2と第2の辺3の両端部を第3の辺4(外柱)と第4の辺5(外柱)により連結してなる中空断面形状の内部に、第1の辺2のうちの長辺部2Aと第2の辺3とを結ぶ内柱6を設けて、中空断面形状の内部を2つの中空部H1、H2に区画してなる。ドアビームとして適用する場合には、山形に形成された第1の辺2を外側、すなわち衝撃力が加わる圧縮側フランジとし、内側に位置する第2の辺3を引張側フランジとする。
As shown in FIG. 1, the aluminum alloy extruded shape for an automobile door beam according to the present invention has a
本発明のアルミニウム合金押出形材は、ドアビームの幅が大きい場合、例えば、第2の辺3の長さWtが50〜75mmの場合にも好適である。先に提案されている前記II型形状のようにウエブが2本の場合(角パイプ状の中空断面形状で、本発明のような内柱が無いもの)は、曲げ変形時にフランジ(山形に形成された第1の辺2や第2の辺3)の断面変形量が大きくなるためにエネルギー吸収量が低下する。
The aluminum alloy extruded profile of the present invention is also suitable when the width of the door beam is large, for example, when the length Wt of the
これに対して、本発明のように異型の角パイプ状の中空断面形状で内柱6が設けられているもの、すなわち、圧縮側フランジ(第1の辺2)と引張側フランジ(第2の辺3)を3本のウエブ(柱)(外柱(第3の辺4、第4の辺5)および内柱6)で連結してなるものは、早期の断面変形が防止されて優れたエネルギー吸収特性を得ることができる。第1の辺2の山形を対称の山形に形成した場合には、内柱6が曲げ変形の初期段階で座屈し荷重が低下し易くなる。第1の辺の山形を非対称に形成し、内柱6を第2の辺に対して第1の辺の短辺部から遠ざかるよう長辺部側に傾いて形成することにより、曲げ変形が大きくなるにつれて内柱が徐々に倒れるように断面変形し、急激な荷重低下を防止することができる。
On the other hand, as in the present invention, the
上記のように形成された本発明のアルミニウム合金押出形材1においては、図1に示すように、内柱6が、第2の辺3に対して第1の辺2の短辺部2Bから遠ざかるように長辺部2A側に傾いてθの角度で形成されていることが望ましい。このような内柱6の形態と内柱6により2つに区画された中空部の存在によって、第1の辺2側(圧縮側)から力が加わった場合、内柱6が割れることなく変形してエネルギーを効果的に吸収することができる。
In the aluminum alloy extruded profile 1 of the present invention formed as described above, as shown in FIG. 1, the
この場合、θの角度は70°以上とすることが好ましい。70°未満では曲げ変形初期に内柱が倒れ易くなりエネルギー吸収量が低下する。θが90°を越え、第1の辺の短辺部2B側へ傾いて形成されると、内柱の位置が前記山形の頂点に近づくため、曲げ変形初期に内柱に大きな負荷がかかって座屈し易くなりエネルギー吸収量が低下する。
In this case, the angle θ is preferably 70 ° or more . If it is less than 70 °, the inner column tends to collapse at the initial stage of bending deformation, and the amount of energy absorption decreases. If θ exceeds 90 ° and is tilted toward the
また、本発明の自動車ドアビーム用アルミニウム押出形材においては、第3の辺4と第4の辺5に、第2の辺3から垂直に延びる垂直部4A、5Aが形成されていることが望ましい。図2に示すように、第3の辺4と第4の辺5に、第2の辺3から垂直に延びる垂直部4A、5Aと、垂直部4A、5Aに連続して、内側に延びて、第1の辺2の長辺部2Aと短辺部2Bに連結する傾斜部4B、5Bが形成され、Wc<Wt(図3参照)となることがさらに望ましく、これらの形態により、衝撃時のエネルギー吸収能をさらに高めることができる。第3の辺4と第4の辺5に、第2の辺3から垂直に延びる垂直部4A、5Aが形成されておらず、第3の辺4と第4の辺5が傾斜して第1の辺2と第2の辺3とを連結している場合には、曲げ変形初期に断面変形量が大きくなって、第3の辺4と第4の辺5が座屈しエネルギー吸収量が低下する。
Further, in the aluminum door profile for automobile door beam of the present invention, it is desirable that
本発明のアルミニウム押出形材は、ドアビームとして適用した場合に必要な強度特性として、引張強さ(σB):400〜600MPa、耐力(σ0.2):350〜570MPa、伸び(δ):5〜20%の引張性質をそなえていることが好ましい。 The aluminum extruded profile of the present invention has the following required strength properties when applied as a door beam: Tensile strength (σ B ): 400 to 600 MPa, Yield strength (σ 0.2 ): 350 to 570 MPa, Elongation (δ): It is preferable to have a tensile property of 5 to 20%.
図3を参照して、本発明の自動車ドアビーム用アルミニウム合金押出形材の各部位における好ましい寸法関係について述べれば以下のとおりである。
Wt=50〜75mm、Wc/Wt=0.85〜0.95
H=30〜40mm、H/H2=1.05〜1.20、H/H3=1.10〜1.40、H1=10〜18mm
Wc/Wc1=1.20〜1.70、Wt1/Wt2=1.10〜1.40
5.5≧Tc1≧3.0、5.5≧Tc2≧3.0
4.0≧Tw1≧1.8、4.0≧Tw2≧1.8、4.0≧Tw3≧1.8
7.0≧Tt1≧3.5、7.0≧Tt2≧3.5
With reference to FIG. 3, it will be as follows if the preferable dimensional relationship in each site | part of the aluminum alloy extruded shape for automobile door beams of this invention is described.
Wt = 50 to 75 mm, Wc / Wt = 0.85 to 0.95
H = 30-40 mm, H / H2 = 1.5-1.20, H / H3 = 1.10-1.40, H1 = 10-18 mm
Wc / Wc1 = 1.20-1.70, Wt1 / Wt2 = 1.10-1.40
5.5 ≧ Tc1 ≧ 3.0, 5.5 ≧ Tc2 ≧ 3.0
4.0 ≧ Tw1 ≧ 1.8, 4.0 ≧ Tw2 ≧ 1.8, 4.0 ≧ Tw3 ≧ 1.8
7.0 ≧ Tt1 ≧ 3.5, 7.0 ≧ Tt2 ≧ 3.5
以下、本発明の実施例について説明する。なお、この実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below. In addition, this Example shows one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this.
Zn:7.0%、Mg:1.2%、Cu:0.1%、V:0.015%、Ti:0.04%、Mn:0.07%、Cr:0.02%、Zr:0.15%を含有し、残部Alおよび不純物からなるアルミニウム合金を造塊し、得られたビレットを、470℃で24時間均質化処理した後、押出温度470℃で図4〜9に示す断面形状、表1に示す寸法の中空形材に押出加工した。押出加工後、直ちに室温まで急冷し、2日間の自然時効処理を行い、さらに120℃で24時間加熱する時効処理を施した後、長さ1200mmに切断して試験材とした。各試験材の強度は同一である。 Zn: 7.0%, Mg: 1.2%, Cu: 0.1%, V: 0.015%, Ti: 0.04%, Mn: 0.07%, Cr: 0.02%, Zr : The aluminum alloy which contains 0.15% and which consists of remainder Al and an impurity is ingoted, and the obtained billet is homogenized at 470 degreeC for 24 hours, Then, it is shown in FIGS. It was extruded into a hollow shape having a cross-sectional shape and dimensions shown in Table 1. Immediately after the extrusion, it was rapidly cooled to room temperature, subjected to natural aging treatment for 2 days, and further subjected to aging treatment at 120 ° C. for 24 hours, and then cut into a length of 1200 mm to obtain a test material. The strength of each test material is the same.
得られた試験材について、図10に示すように、FMVSS(Federal Motor Vehicle Safety Standard)No.214:Side Door Strengthに準拠した3点曲げ試験により曲げ変形の評価を行った。支持スパンは800mmとした。曲げ変形の評価においては、3点曲げ試験により荷重と変位との関係曲線を求め、図11(曲げ試験における荷重値と変位量との関係を示す模式図)に示すように、面積Sをエネルギー吸収量とする。本実施例においては、変位量300mmまでの曲線と横軸(変位軸)からなる面積をエネルギー吸収量とし、単位質量当たりの最大荷重、すなわち(最大荷重)/(試験材の質量)、および単位質量当たりのエネルギー吸収量、すなわち(エネルギー吸収量)/(試験材の質量)で評価し、試験材1の値を1.00として相対比較した。結果を図12および表2に示す。なお、図12において、試験材2は試験材1とほぼ同一曲線であるため図示を省略した。
As shown in FIG. 10, the obtained test material was FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standard) No. 214: Bending deformation was evaluated by a three-point bending test based on Side Door Strength. The support span was 800 mm. In the evaluation of bending deformation, a relationship curve between load and displacement is obtained by a three-point bending test, and the area S is expressed as energy as shown in FIG. 11 (schematic diagram showing the relationship between the load value and the displacement amount in the bending test). Absorption amount. In this example, an area consisting of a curve up to a displacement of 300 mm and a horizontal axis (displacement axis) is defined as an energy absorption amount, and the maximum load per unit mass, that is, (maximum load) / (mass of test material), and unit. The energy absorption amount per mass, that is, (energy absorption amount) / (mass of test material) was evaluated, and the value of test material 1 was set to 1.00 for relative comparison. The results are shown in FIG. In FIG. 12, the
表2にみられるように、本発明に従う試験材1,2は、単位質量当たりの最大荷重の比がそれぞれ1.00、0.99、エネルギー吸収量の比がそれぞれ1.00、0.98であり、いずれも徐々に断面変形しながら変位300mmまで効率良くエネルギーを吸収した。
As can be seen in Table 2, the
これに対して、本発明の要件を外れた試験材3は、内柱が無いため、曲げ変形の初期において断面全体が顕著に変形して荷重が低下したため、最大荷重、エネルギー吸収量が極端に低くなった。試験材4は、徐々に断面変形しながら変位300mmまでエネルギーを吸収したが、圧縮側フランジが平坦であるため、単位質量当たりの塑性断面係数が小さく、最大荷重、エネルギー吸収量が低くなった。
On the other hand, the
試験材5は、徐々に断面変形しながら変位300mmまでエネルギーを吸収したが、断面変形の程度が顕著であり、エネルギー吸収量が低くなった。試験材6は、曲げ変形の初期に内柱が座屈して荷重が低下したたため、エネルギー吸収量が低くなった。
The
1 本発明のアルミニウム合金押出形材
2 第1の辺(圧縮側フランジ)
2A 長辺部
2B 短辺部
3 第2の辺(引張側フランジ)
4 第3の辺(外柱)
4A 垂直部
4B 傾斜部
5 第4の辺(外柱)
5A 垂直部
5B 傾斜部
6 内柱
H1 中空部
H2 中空部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aluminum alloy extrusion shape material of this
2A
4 Third side (outer pillar)
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