JP4798877B2

JP4798877B2 - バルジ成形用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出材

Info

Publication number: JP4798877B2
Application number: JP2001169172A
Authority: JP
Inventors: 仁川井; 高弘野瀬; 正和平野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2021-06-05
Also published as: JP2002363677A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や鉄道車両又は建築部材のフレームあるいは接合部等の成形に好適なバルジ成形性が優れたアルミニウム合金中空押出材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球の温暖化及びオゾン層の破壊など環境問題の観点から、大気中の炭酸ガス等の増加を抑制するために、自動車の軽量化及び電気自動車の導入などが本格的に検討されている。
この軽量化の一貫として、素材の置換、すなわち従来自動車用構造材に主として使用されてきた鋼板の代わりにアルミニウム合金材の使用が増加している。また、電気自動車においても電池を積載するための重量増加を補償するために車体を軽量化する必要が強く求められている。さらに、長手方向に一定ではあるが自由な断面形状が得られる押出材は設計の自由度を広げ、最終形状に近い断面形状を得ることで成形性を向上できるなど、アルミニウム合金材の使用が注目され、例えば特開２０００−１７７６２１号公報には、サスペンションサブフレームの製造にアルミニウム合金押出材を用いることが記載されている。
【０００３】
一方、車体組立時にフレーム同士を接合する際に用いる継手部材や、サスペンションサブフレーム等、複雑形状の部品の成形方法として、バルジ成形が着目され、例えば、Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金溶接管をバルジ成形したものをサスペンションサブフレームとして用いることが公知である。そのほか、特開平５−２１２４６４号公報には、５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）アルミニウム合金板を液圧成形することが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金の場合、これまで成形加工性の面で一般に有利とされる焼きなまし材（Ｏ材）が、バルジ加工用素材として用いられてきた。しかし、バルジ成形の張出高さが高くなると張出部の頂部に亀裂が入り、大きく張出成形をすることができなかった。
本発明は、Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金のバルジ成形に関して、このような問題点に鑑みてなされたもので、バルジ成形性（特に張出高さ）に優れ、自動車や鉄道車両又は建築部材のフレーム及び接合部材等の成形に好適なＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出材を提供することを目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るバルジ成形用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出材は、Ｍｇ：１．５〜５．０％及びＴｉ：０．００５〜０．２％を含有し、調質がＨ１１２（ＪＩＳＨ０００１参照）であることを特徴とするバルジ成形用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出材である。本発明においてバルジ成形とは、流体圧を利用して部材の一部を膨出させること（ハイドロフォームと呼ばれることもある）、及び部材の外側を負圧にすることにより部材の一部を膨出させることを意味する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
上記Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金は、上記以外の添加元素として必要に応じて、例えばＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒ及びＶの１種又は２種以上を含み、さらに不可避不純物としてＦｅ、その他の元素を含むことができる。以下、本発明に係るアルミニウム合金中空押出材における各成分の添加理由について説明する。
Ｍｇ
Ｍｇはアルミニウムのマトリックス中に固溶し、合金強度を向上させる。自動車のフレーム又は継手部材等の構造部材として必要な強度（耐力値σ0.2≧５０ＭＰａ）を得るためには、Ｍｇは１．５％以上の添加が必要である。しかし、５．０％を越えて添加されると固溶量が過剰となり、優れたバルジ成形性が得られない。従って、Ｍｇ含有量は１．５〜５．０％とする。より望ましい範囲は２．０〜４．０％である。
【０００７】
Ｔｉ
Ｔｉは鋳造時における結晶粒を微細化することにより合金強度を向上させる。この効果を発揮させるには、Ｔｉ添加量は０．００５％以上とすることが必要である。一方、Ｔｉ添加量が０．２％を超えると前記効果が飽和し、さらに、粗大な金属間化合物が晶出して所定の合金強度が得られなくなる。従って、Ｔｉの含有量は０．００５〜０．２％とし、より望ましくは０．０１〜０．１％、さらに望ましくは０．０１〜０．０５％とする。
【０００８】
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ
これらの元素は製造工程における組織制御、すなわち結晶粒の粗大化を防止し耐応力腐食割れ性を改善するために、必要に応じて１種又は２種以上が添加される。それぞれ、０．０５％、０．０５％、０．０５％、０．０１％以下ではその効果がなく、１．５％、０．５％、０．３％、０．３％を超えると前記効果が飽和し、また粗大な金属間化合物が晶出して所定の合金強度が得られなくなる。
【０００９】
不可避不純物
不可避不純物のうちＦｅはアルミニウム地金に最も多く含まれる不純物であり、０．５％を超えて合金中に存在すると鋳造時に粗大な金属間化合物を晶出し、合金の機械的性質を損なう。従って、Ｆｅの含有量は０．５％以下に規制する。また、アルミニウム合金を鋳造する際には地金、添加元素の中間合金、化合物等様々な経路より不純物が混入する。混入する元素は様々であるが、Ｆｅ以外の不純物のうちＳｉは０．４％以下、Ｃｕは０．２％以下、Ｚｎは０．３％、その他の不純物は単体で０．０５％以下、総量で０．１５％以下であれば合金の特性にほとんど影響を及ぼさない。従って、これらの不純物は上記の数値以下とする。なお、不純物のうちＢについてはＴｉの添加に伴い合金中にＴｉ含有量の１／５程度の量で混入するが、より望ましい範囲は０．０２％以下、さらに０．０１％以下が望ましい。
【００１０】
前記組成のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金押出材において、調質がＨ１１２材であるときバルジ成形性に優れるのは、均一伸びが大きいことによりバルジ成形の際の張出部の変形が局所的とならず、全体的に変形して歪が分散し、より強い加工に耐え得るためと推測される。Ｈ１１２材は押し出したままで適度に転位が導入されているので、それにより変形時に転位の動きが阻害され、結果として変形が分散され、均一伸びが大きくなると考えられる。一方、従来バルジ成形に用いられていたＯ材は、転位が除去されているため転位の活動が容易であり、変形が局所に集中して均一伸びが比較的小さくなり、その結果、張出部の変形が局所に集中して亀裂が発生しやすくなると考えられる。
【００１１】
本発明に係るＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出材は、種々の押出方式で製造することができるが、直接押出より間接押出の方が、押出材表面に粗大な再結晶粒が形成されるのを防止する意味で望ましく、また、ポートホール方式も可能であるが、ポートホール方式よりマンドレル方式の方が、断面における組織の均一性を確保する（溶着部がない）意味で望ましい。なお、押出後にストレッチ（矯正）を行ったものもＨ１１２材に含まれる。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
先ず、下記表１に示す組成のアルミニウム合金鋳塊を通常の方法により溶製し、これらの鋳塊に対し５２０℃×４ｈｒの均質化処理を施し、押出温度が５２０℃、押出速度が５ｍ／ｍｉｎの条件で押出加工を行い、Ｎｏ．１〜８については、外径が３８．５ｍｍ、肉厚が１．５ｍｍの丸パイプ、Ｎｏ．９については外径が４７．０ｍｍ、肉厚が１．５ｍｍの丸パイプを得た。なお、押出直後に材料をファン空冷（冷却速度約１００℃／ｍｉｎ）で冷却した。Ｎｏ．１〜５についてはそのまま、Ｎｏ．６〜８についてはストレッチ後３８０℃×２ｈｒの焼きなまし、Ｎｏ．９については抽伸をして外径３８．５ｍｍ、肉厚１．５ｍｍとし（Ｈ３４）、それぞれを供試材とした。
【００１３】
【表１】

【００１４】
この供試材について、ＪＩＳ１２Ａ号試験片を作成し、ＪＩＳＺ２２４１に準拠して引張試験を実施し、引張強さσB、耐力σ0.2及び全伸び（破断までの伸び）を求めた。さらに引張試験で得た応力−歪み線図に基づき、最大応力を示す点までの伸びを均一伸びとして求めた。その結果を表２に示す。
また、この供試材を長さ１７７ｍｍに切断し、バルジ成形試験を行った。図１はバルジ成形試験方法を示す模式図であり、下型１に各供試材（パイプ）５をセットし、マンドレル２、３をパイプの端面に挿入した後上型４を締め、マンドレル２、３内部の穴２ａ、３ａに水６を通しパイプ内部に圧力をかけると同時に、マンドレル２、３を移動させてパイプを長手方向に圧縮することでＴ型の成形を行った。なお、内圧（水の圧力）：１４．７ＭＰａ、マンドレル圧縮量：８５ｍｍ（片側４２．５ｍｍ）、張出高さ（図２参照）：７０ｍｍに設定した。
バルジ成形性は張出頭頂部の表面に生ずる割れ（亀裂）の有無で評価した。その結果を下記表２に示す。ここで、割れなしを○、割れありを×と評価した。
【００１５】
【表２】

【００１６】
この表２に示されるように、成分組成が本発明の規定を満たしＨ１１２材であるＮｏ．１〜３はいずれもバルジ成形性が良好であり、耐力σ0.2も構造部材としての必要強度を満たす。一方、Ｍｇ量の多いＮｏ．４はバルジ成形性に劣り、Ｍｇ量の少ないＮｏ．５は耐力が不足している。また、Ｏ材であるＮｏ．６〜７及びＨ３４材であるＮｏ．９は全伸びが小さいためかバルジ成形性が劣る。
なお、本発明に係る押出材は、端部のフランジ曲げなどの口広げ加工性、ヘミング加工性も良好である。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、所定組成のＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出材において、調質をＨ１１２とすることにより、優れたバルジ成形性が得られる。このＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金中空押出材は、自動車や鉄道車両、船舶又は建築部材のフレーム及び接合部材等のバルジ成形用材料として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のバルジ成形試験方法を説明する模式図である。
【図２】実施例のバルジ成形試験による張出高さの説明図である。
【符号の説明】
１下型
２、３マンドレル
４上型
５供試材（パイプ）

Claims

Ｍｇ：１．５〜５．０％（質量％、以下同じ）及びＴｉ：０．００５〜０．２％を含有するＡｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出材からなり、調質がＨ１１２であることを特徴とするバルジ成形用Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金中空押出材。