JPH11264044A - アルミニウム合金製ドアビーム及びその製造方法 - Google Patents
アルミニウム合金製ドアビーム及びその製造方法Info
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Abstract
大きい破断変位を得ることができるドアビーム。 【解決手段】 過時効処理した熱処理型アルミニウム合
金押出材からなるアルミニウム合金製ドアビーム。熱処
理型アルミニウム合金は、例えばAl−Zn−Mg系ア
ルミニウム合金である。このドアビームは、アルミニウ
ム合金押出材を最高強度を得るように時効処理した後、
塗装焼付け工程を利用して再加熱し過時効処理を行うこ
とにより製造できる。
Description
用部材として使用されるアルミニウム合金製ドアビーム
とその製造方法に関する。
ドアビームの両端部を支持した状態で、中央部に圧縮側
から荷重(P)を付加していく(3点曲げ試験という)
と、ドアビームの中央部は押し込まれて曲げ変形を起こ
し、引張側(乗員側)フランジに引張力が作用する。さ
らに変位量(δ)が増大し、この引張力が材料の破断限
界値を超えると引張側フランジに破断(亀裂)が生じ
る。破断までの変位(破断変位)を増大させるため、特
開平5−246242号公報では、曲げの中立軸の位置
を引張側に必要量だけ偏らせることが開示されており、
また特開平6−171362号公報では、中立軸を偏ら
せるのに加え、最大曲げ強度を達成した後に圧縮側に局
部座屈を誘発し、引張側フランジにかかる応力を急激に
下げることが開示されている。
策の高まりの中で、破断変位を一層高める必要がでてき
た。例えば、上記特開平6−171362号公報ではド
アビーム材の高さ(H)が30〜35mmとされ、特開
平5−246242号公報でも同程度の高さのドアビー
ムが記載されているが、重量を増やすことなしに初期剛
性を稼ぐためには、曲げを受ける軸回りの高さを大きく
して断面二次モーメントを大きくすることが有効である
ため、35mmより大きいビーム高さで設計されるドア
ビームもでてきた。しかし、その場合は従来のものに比
べ、小さい変位量で引張側フランジの破断が生じてしま
う。また、ドアビームの適用車種は小型車へも広がる傾
向にあり、その場合、ビーム長が短くなってくる。例え
ばこれを小型4ドア車のリアドアへ適用する場合は、ビ
ーム長が700mm以下となることもあり(上記特開平
6−171362号公報では、700mm以上を対象と
している)、その分、従来のビーム長の長いドアビーム
に比べ小さい変位量で破断が生じてしまう。
フランジの破断を防止するだけであるなら、強度を向上
させる元素すなわち、Zn、Mg、Cu等を多めに添加
したうえで、伸びを大きくするため焼鈍を行うというこ
とも考えられるが、それでは素材が発揮し得る強度、耐
力及びエネルギー吸収量を大幅に犠牲にすることにな
り、軽量化の要求にも応えることができない。
軽量化が求められている現状に鑑み、アルミニウム合金
製ドアビームが曲げ荷重を受けたとき、これまで以上に
大きい破断変位を得ることができ、しかも最大強度やエ
ネルギー吸収量において素材自体のもつポテンシャルを
過度に犠牲にすることのない、アルミニウム合金製ドア
ビームを得ることを目的とする。
ム合金製ドアビームは、過時効処理した熱処理型アルミ
ニウム合金押出材からなることを特徴とする。この熱処
理型アルミニウム合金としては、強度、最大荷重、破断
変位、破断までのエネルギー吸収量等の観点から、Al
−Zn−Mg系アルミニウム合金が特に好適である。し
かし、他の熱処理型アルミニウム合金、例えば6000
系のAl−Mg−Si系アルミニウム合金を使用するこ
ともできる。
材に対し過時効処理を行うことにより、曲げ変形におけ
る最大荷重は多少低下するが、破断変位が大幅に向上す
る。なお、後述する実施例をみると過時効処理による伸
びの向上はなく、従って、この破断変位の向上は、焼鈍
の場合と違って、強度の低下と伸びの向上によるもので
はなく、全く別のメカニズムによるものではないかと推
測している。ここで、過時効処理とは、最高強度が得ら
れる時効処理条件より高い温度又は長い時間時効処理を
行うことである。具体的には、例えば処理温度T1℃で
時効処理した場合にH1minでT1℃での最高強度が得
られるとすれば、T1℃×(H1+α)minの処理条件
を施すと過時効処理となり、また、処理温度H2で時効
処理した場合にT2℃でH2minでの最高強度が得られ
たとすれば、(T2+β)℃×H2minの処理条件を施
すと過時効処理となる。α、βは正の値である。
入れ又はプレス焼入れ(押出直後の焼入れ)された押出
材を時効処理して得られる耐力の最高値であり、同じ条
件で溶体化焼入れ又はプレス焼入れされた押出材であれ
ば、その値は特定できる。その処理条件は、処理温度に
よって処理時間も変わり、一義的には決められないが、
例えばAl−Zn−Mg系合金であれば、例えば117
〜123℃×18〜24hrや127〜133℃×11
〜14hrである。Al−Mg−Si系合金であれば、
例えば177〜183℃×7.5〜8.5hrや187
〜193℃×2.5〜3.5hrである。
たん時効処理を停止し、再度加熱して時効処理を行った
場合も、本発明でいう過時効処理が行われたことにな
る。この場合の過時効処理の条件は、合金系や要求され
る破断変位等によって異なり、一義的に決められない
が、例えばAl−Zn−Mg系合金やAl−Mg−Si
系合金であれば、前工程の時効処理(最高強度を得た時
効処理)の時効温度より40〜60℃高い温度で15分
〜1時間保持することが、目安として挙げられる。ま
た、強度(耐力又は引張強度)は、最高値から5〜10
%低下した辺りを目安とすればよい。Al−Zn−Mg
系合金では、この過時効処理を自動車の塗装焼付け(ベ
ーキング)工程を利用して行うことができる。(なお、
自動車用Al−Mg−Si系合金などでは、塗装焼付け
工程を利用して時効硬化させ強度向上を図る、いわゆる
ベークハードを利用することは、例えば特開平5−44
000号公報等により周知であるが、この工程を過時効
処理に利用した例はない。)
ニウム合金は、Zn、Mgを主成分とする析出硬化型合
金であり、概ね次のような組成をもつ。Zn:4〜7
%、Mg:0.8〜1.5%、Ti:0.005〜0.
3%と、Cu:0.05〜0.6%、Mn:0.2〜
0.7%、Cr:0.05〜0.3%、Zr:0.05
〜0.25%から選択された1種又は2種以上を含有
し、残部がAl及び不可避不純物。各成分の限定理由は
次のとおりである。
必要な元素である。Znが4重量%未満、Mgが0.8
%未満では所望の強度が得られない。また、Znが7
%、Mgが1.5%を超えるとアルミニウム合金の押出
性が低下するとともに伸びも低下し、所要の特性値が得
られなくなる。従って、Zn:4〜7%、Mg:0.8
〜1.5%とする。
0.005%より少ないと、微細化の効果が十分でな
く、0.3%より多いと飽和して巨大化合物が発生して
しまう。従って、Tiの含有量は0.005〜0.3%
とする。 Cu、Mn、Cr、Zr これらの元素はアルミニウム合金の強度を高める作用が
あり、これらの中から1種又は2種以上が適宜添加され
る。そのほか、Cuはアルミニウム合金の耐応力腐食割
れ性を改善する。好適な範囲は、Cu:0.05〜0.
6%、Mn:0.2〜0.7%、Cr:0.05〜0.
3%、Zr:0.05〜0.25%である。それぞれ下
限未満では上記の作用が不十分であり、また、上限を超
えると、押出性が悪くなり、Cuの場合は一般耐食性が
悪くなる。
含まれる不純物であり、0.35%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0.35
%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、これらの不純物は単体で0.05%以下、総量で
0.15%以下とする。
ム合金押出材を利用することで、ドアビームだけでな
く、バンパー等を含めて、曲げ変形時の耐破断性に優れ
たエネルギー吸収部材を得ることができる。また、過時
効処理した熱処理型アルミニウム合金押出材は曲げ変形
時の耐破断性に優れているため、曲げ加工部材(曲げ加
工を受ける素材)として種々の用途に広く利用できる。
により溶解し、直径200mmの鋳塊に鋳造した。この
鋳塊を470℃×8hrソーキングし、押出温度470
℃、押出速度4m/分にて押し出し、押出直後位置にお
いて冷却した窒素ガスを押出材表面に吹き付けて冷却し
た。押出材の断面形状は図1に示すとおりである。この
押出材に対し130℃×12hrの時効処理を行い、比
較例についてはそのまま、実施例についてはさらにベー
キング相当の熱処理(170℃×60min)を行い、
供試材とした。なお、図1において、上方のフランジが
圧縮側、下方のフランジが引張側(乗員側)である。
を採取し、機械的性質を調査した。さらに、この供試材
から試験材を切り出し、スパンLを600mmとして3
点曲げ試験を行い、変位量(δ)が12インチ(305
mm)になるまで押し込み、引張側(乗員側)フランジ
に破断が生じた(亀裂が生じて分離した状態となった)
変位量を測定した。試験結果を表2に示す。
きく(40mm)、ビーム長、すなわちスパンLが短い
(600mm)にも関わらず、表2にみられるように、
過時効処理(ベーキング相当の熱処理)された実施例の
試験材は、比較例に比べ最大荷重は少し低下するが、1
2インチの変位量でも破断が生じなかった。またエネル
ギー吸収量でも優っている。なお、実施例の試験材の伸
びは比較例よりやや小さかった。すなわち、過時効処理
された実施例では伸びが比較例より小さいにも関わら
ず、大きい変位量で破断が生じなかったことになる。
することができ、短いビーム長あるいは大きいビーム高
さでも大きい破断変位を得ることができる。
る。
た3点曲げ試験(b)、3点曲げ試験による破断の状態
(c)を示す説明図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 過時効処理した熱処理型アルミニウム合
金押出材からなることを特徴とするアルミニウム合金製
ドアビーム。 - 【請求項2】 上記熱処理型アルミニウム合金が、Al
−Zn−Mg系アルミニウム合金であることを特徴とす
る請求項1に記載されたアルミニウム合金製ドアビー
ム。 - 【請求項3】 熱処理型アルミニウム合金押出材からな
るドアビーム材を最高強度を得るように時効処理した
後、過時効処理を行うことを特徴とするアルミニウム合
金製ドアビームの製造方法。 - 【請求項4】 熱処理型アルミニウム合金押出材からな
るドアビーム材を最高強度を得るように時効処理した
後、塗装焼付け工程を利用して過時効処理を行うことを
特徴とするアルミニウム合金製ドアビームの製造方法。 - 【請求項5】 過時効処理した熱処理型アルミニウム合
金押出材からなることを特徴とする曲げ変形時の耐破断
性に優れたエネルギー吸収部材。 - 【請求項6】 過時効処理した熱処理型アルミニウム合
金押出材からなることを特徴とする曲げ変形時の耐破断
性に優れた曲げ加工部材。
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---|---|---|---|
JP08951298A JP3800275B2 (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | アルミニウム合金製ドアビームの製造方法 |
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JP2006078666A Division JP4311679B2 (ja) | 2006-03-22 | 2006-03-22 | 自動車のエネルギー吸収部材の製造方法 |
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- 1998-03-17 JP JP08951298A patent/JP3800275B2/ja not_active Expired - Lifetime
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