KR20070023381A

KR20070023381A - 알루미늄 합금재의 성형 방법

Info

Publication number: KR20070023381A
Application number: KR1020050077915A
Authority: KR
Inventors: 가즈히데 마츠모토; 다카시 이나바; 시게노부 야스나가
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2007-02-28
Also published as: KR100722060B1

Abstract

6000계 알루미늄 합금재에 대하여 1% 이상의 가공 변형을 미리 부여한 후에 50 내지 150℃의 온도로 가열하는 시효 경화 회복 처리를 실시하여 알루미늄 합금재의 성형성을 회복시킨 후, 고온 성형 등의 특수한 성형을 수행하지 않고 통상적인 조건에서 알루미늄 합금재를 성형한다. 이에 따라, 실온 시효 경화하여 성형성이 저하된 6000계 알루미늄 합금재의 성형성을 회복시키는 것이 가능해진다.

Description

알루미늄 합금재의 성형 방법{METHOD FOR MOLDING ALUMINUM ALLOY MATERIAL}

도 1은 Al 합금판의 헴 가공을 나타내는 설명도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 외측 패널 2: 내측 패널

1a, 2a: 외연부 1b: 절곡부

100, 103, 105: 펀치 101, 104: 다이스

102: 판 가압부

본 발명은 실온 시효 경화하여 성형성이 저하된 6000계 알루미늄 합금재의 성형성을 회복시키는, 알루미늄 합금재(이하, 알루미늄을 단순히 Al이라고도 함)의 성형 방법에 관한 것이다.

종래부터, 자동차, 선박, 항공기 또는 차량 등의 수송기, 기계, 전기 제품, 건축, 구조물, 광학 기기, 기물의 부재나 부품용으로서, 성형성과 소부 경화성이 우수한 Al 합금재가 사용되고 있다.

특히, 자동차 등의 수송기 차체 분야에서는 최근 들어 배기 가스 등에 의한 지구 환경 문제에 대하여 경량화에 따른 연비 향상이 추구되고 있다. 이 때문에, 자동차의 차체에 대하여 종래부터 사용되고 있는 강재 대신에 압연판이나 압출 형재 등, 보다 경량인 Al 합금재의 적용이 증가하고 있다.

이 중, 자동차의 후드, 펜더, 도어, 루프, 트렁크 리드 등의 패널 구조체의, 외측 패널(외판)이나 내측 패널(내판) 등의 패널에는 Al-Mg-Si계의 AA 내지 JIS 6000계(이하, 단순히 6000계라고 함)의 Al 합금판의 사용이 검토되고 있다.

6000계 Al 합금재는 기본적으로는 Si 및 Mg를 필수적으로 포함하며, 우수한 시효 경화능을 갖고 있기 때문에, 프레스 성형이나 굽힘 가공시에는 저내력화에 의해 성형성을 확보하는 동시에, 성형후의 패널의 도장 소부 처리 등의, 비교적 저온의 인공 시효(경화) 처리시의 가열에 의해 시효 경화하여 내력이 향상되어 필요한 강도를 확보할 수 있는 BH성(베이크 하드성, 인공 시효 경화능, 도장 소부 경화성)이 있다.

또한, 6000계 Al 합금재는 Mg량 등의 합금량이 많은 다른 5000계의 Al 합금 등에 비해 합금 원소량이 비교적 적다. 이 때문에, 이들 6000계 Al 합금판의 스크랩을 Al 합금 용해재(용해 원료)로서 재이용할 때에, 원래의 6000계 Al 합금 주괴를 얻기 쉬워 재활용성도 우수하다.

한편, 상기 자동차 패널 구조체의 용도 분야에서는, Al 합금판을 스트레치나 드로잉 또는 트림 등의 프레스 성형하여 패널화한다. 최근 들어 합금판의 자동차 패널로의 채용에 따라, 형상이 보다 복잡한 성형이 어려운 패널로의 적용도 많아지고 있다. 예컨대, 스트레치 성형되는 패널 형상은 스트레치 높이나 스트레치 면적 등이 대형화되고, 더구나 형상이 신장 플랜지 변형을 수반하는 바와 같은 만곡 부위를 갖는 등 복잡화되는 경향이 있다. 이 때문에, 성형시의 균열, 표면 거칠음 등의 성형 불량이 보다 발생하기 쉽다.

그리고, 상기 자동차 패널 중 외판(외측 패널)에서는, 상기 프레스 성형 후에 내판(내측 패널)과 접합하여 패널 구조체로 하기 위해, 가공 조건이 엄격한 플랫 헴 가공이라 불리는 180° 굽힘 가공 등의 엄격한 굽힘 성형이 복합적으로 실시된다. 이 플랫 헴 가공은 외측 패널의 가장자리를 구부려(180도 구부려) 내측 패널의 가장자리와의 접합을 실시하는 헴(헤밍의 별칭) 가공이라 불리는 엄격한 굽힘 가공이다.

이에 반해, 6000계 Al 합금재는 그 우수한 시효 경화능 때문에 Al 합금재 자체의 제조 후, 상기 각 용도에 사용되기 까지의 동안에 실온(상온) 시효 경화가 생기기 쉬워 상온 안정성이 결여되는 큰 문제가 있었다. 이러한 실온 시효가 생겼을 경우, 제조 직후에는 6000계 Al 합금재가 상기 각 용도의 요구 특성을 만족시켰다 하더라도 일정 시간 경과 후에 실제 용도에 사용될 때에 요구 특성을 만족시키지 않고, 패널재라면 상기 프레스 성형성이나 헴 가공성, 나아가 상기 BH성(인공 시효 경화성)을 현저히 저하시키게 된다.

특히, 상기 Al 합금 외측 패널의 플랫 헴 가공에 있어서는, 실온 시효 경화가 생겼을 경우, 형성되는 플랫 헴의 가장자리 구부림부(헴부, 절곡부)에는 비교적 큰 균열 등의 불량이 발생하기 쉬워진다.

이들 6000계 Al 합금재의 실온 시효 억제의 과제에 대해서는, 소재의 제조 측면에서 6000계 Al 합금재의 용체화 및 담금질 처리 등의 조질 처리 후에, 실온 방치중에 형성되는 Mg-Si 클러스터 등의 조직을 제어하는 등의 야금적인 개선이 이루어지고 있다. 그러나, 야금적인 실온 시효 억제는 상기 BH성을 저하시키는 것에도 연결되기 때문에 이로써도 한계가 있다.

이 때문에, 성형 가공 측면에 있어서도 6000계 Al 합금재를 가열하면서 성형 가공하는 기술이 종래부터 제안되었다. 알루미늄 합금판의 분야에서는, 난가공 형상의 패널로 성형하기 위해, 알루미늄 합금판을 가열하여 460 내지 550℃의 고온 영역에서 높은 신장 특성을 발생시켜 고성형성을 얻는 바와 같은, 고속 초소성(超塑性) 성형이나 고온 프레스법 등의 고온 성형 방법이 다양하게 검토되고 있다. 예컨대, 용체화 처리 등이 실시되지 않은 6000계 알루미늄 합금판을, 500℃ 정도의 용체화 처리에 필요한 온도에서 블로우 성형하고, 그 후 성형품에 뜨임 처리를 실시하여 200MPa 이상의 고내력을 얻는 것도 제안되었다(일본 특허공개 제 2001-58221 호 공보 참조).

또한, 판의 굽힘 가공에 관하여, 판의 헴 가공 부위를 250 내지 500℃에서 가열, 급냉하여 헴 가공성을 개선하는 것도 제안되었다(일본 특허 제 3431924 호 공보 참조). 또한, 헴 가공 금형의 워크 수납부나 헤밍 에지 등에 전열 히터 등의 가열 수단을 설치하고 200℃ 전후로 가열하여 헴 가공성을 개선하는 것도 제안되었다(일본 특허 제 3390479 호 공보 참조). 또한, 판이나 형재, 관재 등의 굽힘 가 공에 있어서도, Al 합금재의 굽힘 가공 중에 고주파 가열 코일 등을 이용하여 6000계 Al 합금재의 굽힘 가공 부분을 가열하여 어닐링, 온간 또는 열간으로 굽힘 가공하는 것이 개시되어 있다(일본 특허공개 제 1994-277764 호 공보 참조).

그러나, 이들 6000계 Al 합금재를 가열하면서 온간 또는 열간으로 금형 성형 가공하는 기술에서는, Al 합금재 가공 부분의 신율을 향상시키거나 또는 어닐링하기 위해 최저라도 200℃ 이상의 온도로 가열하고 있다. 또한, 6000계 Al 합금재의 가공 부분의 신율을 향상시키거나 또는 어닐링하기 위해서는 최저라도 200℃ 이상의 온도로 가열해야 한다는 것도 야금적인 상식이었다.

이 때문에, 6000계 Al 합금재의 가열 부분의 강도가 저하되는 등, 기계적인 성질이 부분적이나마 변화되어 버려, 강도 부재 등으로 사용된 경우의 신뢰성이 결여되는 문제가 있다.

또한, 상기 고속 초소성 성형 등의 고온 성형에서는, 6000계 Al 합금재 등에서는 특히, 통상적인 상온에서의 성형성과는 상이한 성질을 나타내고 새로운 성형상의 문제가 발생하여, 오히려 성형성이 저하되는 등의 문제가 있다.

그리고, 이들 문제는 실온 시효 경화한 6000계 알루미늄 합금재에도 마찬가지로 또는 보다 현저히 발생한다. 이 때문에, 실온 시효 경화한 6000계 알루미늄 합금재에 대한 유효하면서 실용적인 성형 가공 방법은 지금까지 없고, 성형 형상 등의 설계 변경이나, 공정, 시간 등의 효율화를 희생시켜 성형 가공 조건을 완화시 키는 등의 수단을 채용했었던 것이 실정이다.

본 발명은 이러한 사정에 착안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 실온 시효 경화하여 성형성이 저하된 6000계 알루미늄 합금재의 성형성을 회복시키는 것이 가능한 알루미늄 합금재의 성형 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 알루미늄 합금재의 성형 방법의 요지는 6000계 알루미늄 합금재에 대하여 1% 이상의 가공 변형을 미리 부여한 후에 50 내지 150℃의 온도로 가열하는 시효 경화 회복 처리를 실시하여 성형하는 것이다.

한편, 본 발명에서 말하는 알루미늄 합금재란 압연된 판 또는 이 판을 프레스 성형한 패널, 또한 압출된 형재, 관재 등을 포함하는 것이다.

본 발명에서는, 실온 시효 경화하여 제조 직후의 재료에 비해 성형성이 저하된 6000계 Al 합금재에 대하여 1% 이상의 가공 변형을 미리 부여한 후에 50 내지 150℃의 온도로 가열하는 시효 경화 회복 처리를 실시하면 6000계 Al 합금재의 성형성이 회복된다는 것을 발견하였다.

통상적으로는, 가공 변형을 미리 부여하지 않고 단순히 상기 50 내지 150℃의 온도로 가열하더라도, 상식적으로도, 실온 시효 경화한 6000계 Al 합금재의 기계적인 성질, 특히 성형성은 변화되지 않는다. 그러나, 상기 가공 변형을 미리 부여한 후에 이와 같은 저온으로 가열하면, 실온 시효 경화한 6000계 Al 합금재의 성형성이 회복되는 현상이 발생한다.

본 발명의 회복 처리는 가공 변형을 미리 부여하지 않으면 성형성 회복이 발현되지 않는 점이 특이한 점으로, 상기한 6000계 Al 합금재를 최저라도 200℃ 이상의 온도로 가열하여 성형 가공하는 온간 또는 열간 성형 기술과는 기본적인 야금적 메커니즘을 달리하는 것임을 이 점에서도 알 수 있다.

이러한 특이한 현상의 야금적 메커니즘의 상세한 것은 명확하지 않지만, 상기 가공 변형을 미리 부여함으로써 6000계 Al 합금재에 가공 경화가 더해져, 일단 실온 시효에 의해 석출 경화되었던 Al 합금 조직의 연화 내지 신율의 증가가 생겨서 대폭적으로 성형성이 회복되는 것이라고 추고된다.

더구나, 상기 50 내지 150℃와 같은 온도로 가열하더라도 6000계 Al 합금재의 다른 인장 강도, 내력 등의 대폭적인 저하는 전혀 없다. 또한, BH성을 저하시키는 영향도 없고, 성형 후의 패널이나 성형 부재의 도장 소부 처리 등의 인공 시효 경화 처리에 의해 내덴트성 등 필요한 강도를 확보할 수 있다.

이 때문에, 6000계 Al 합금재로서의 다른 필요 특성을 희생시키지 않고 판의 드로잉이나 스트레치 등의 프레스 성형, 판의 HAT 굽힘이나 90도 굽힘 등의 굽힘 가공, 판을 프레스 성형한 후의 패널의 헴 가공 등의 굽힘 가공, 압출된 형재, 관재등의 굽힘 가공 등, 주로 금형을 이용한 성형성을 대폭 향상시킬 수 있다.

게다가, 미리 부여하는 1% 이상의 가공 변형도 비교적 가벼운 가공이며, 또한 50 내지 150℃의 가열 온도도 비교적 낮은 온도이기 때문에, 상기한 고온 성형의 종래 기술과 같은 성형 공정에 있어서의 대폭적인 설비 개조나 공정의 대폭적인 변경을 가하지 않더라도 실시할 수 있는 이점도 있다.

이하에, 본 발명의 Al 합금판의 실시태양에 대하여 구체적으로 설명한다.

(가공 변형)

본 발명의 시효 경화 회복 처리(이하, 단순히 회복 처리라고도 함)에서는, 실온 시효 경화한 6000계 Al 합금재에 대하여 우선 1% 이상의 가공 변형을 부여한다. 가공 변형이 1% 미만이면, 상기한 바와 같은 가공 변형을 미리 부여하지 않은 통상적인 단순한 가열 처리와 다름없어져, 50 내지 150℃의 온도로 가열하더라도 실온 시효 경화한 6000계 Al 합금재의 성형성은 회복되지 않는다. 이 때문에, 미리 부여하는 가공 변형은 최저라도 1% 이상인 것이 필요하다.

단, 너무 큰 가공 변형을 부여할 필요는 없다. 큰 가공 변형을 너무 부여하면, 오히려 6000계 Al 합금재의 변형이나 두께의 감소, 또는 이를 위한 새로운 설비가 필요하게 되는 등의 여러 문제도 발생한다. 바람직한 가공 변형의 상한은 실온 시효 경화의 정도나 6000계 Al 합금재의 형상이나 가공의 이력(판, 패널, 형재, 시효 경화도)에도 따르지만, 판, 패널 등의 경우 20% 정도, 형재 등의 경우 50% 정도이다. 따라서, 바람직한 가공 변형은 판 및 패널의 경우 3 내지 20%의 범위, 형재의 경우 3 내지 50%의 범위이다.

(가열)

본 발명의 시효 경화 회복 처리에서는, 상기 1% 이상의 가공 변형을 부여한 6000계 Al 합금재를 50 내지 150℃, 바람직하게는 80 내지 130℃의 온도로 가열한다. 가열 온도가 50℃ 미만이면, 큰 가공 변형을 부여하더라도 실온 시효 경화한 6000계 Al 합금재의 성형성은 회복되지 않는다. 또한, 가열 온도가 80℃ 미만이 면, 작은 가공 변형을 부여하였을 경우에 실온 시효 경화한 6000계 Al 합금재의 성형성은 회복되지 않을 가능성이 있다.

한편, 가열 온도가 150℃를 초과하여 높아진 경우에도, 사전의 가공 변형량에 따르지 않고 실온 시효 경화한 6000계 Al 합금재의 성형성은 회복되지 않는다. 또한, 가열 온도가 130℃를 초과하여 높아진 경우에도, 가공 변형량에 따라서는 실온 시효 경화한 6000계 Al 합금재의 성형성은 회복되지 않을 가능성이 있다. 한편, 6000계 Al 합금재의 최적 가열 온도는 6000계 Al 합금재의 형상이나 가공 이력(판, 패널, 형재, 시효 경화도), 사전에 부여하는 가공 변형량 등과의 관계로 선택한다.

가열 시간이나 6000계 Al 합금재의 판 두께 등에도 따르지만, 실온 시효 경화한 6000계 Al 합금재의 실체 온도가 상기 가열 온도 범위가 되면, 안전성 면에서 최저라도 30초 내지 1분 정도의 극히 단시간의 유지 시간으로도 충분하다. 따라서, 본 발명의 회복 처리에서는 가열 시간을 길게 잡을 필요는 없다.

본 발명의 회복 처리는 이 가열 온도가 비교적 낮은 점도 특이한 점으로, 상기한 6000계 Al 합금재를 최저라도 200℃ 이상의 온도로 가열하여 성형 가공하는 온간 또는 열간 성형 기술과는 그 기본적인 야금적 메커니즘을 달리하는 것임을 이 점에서도 알 수 있다. 또한, 본 발명의 회복 처리가, 상기한 단시간에 성형성 회복 효과가 생기는 것도 특이한 점이다.

본 발명의 회복 처리는 가공 변형을 부여하여 가열하는 이들 일련의 회복 처리를 실시하기만 하면, 가열 후 일단 냉각된 후라도 성형성이 회복되며, 그 효과는 지속된다. 가령, 본 발명의 회복 처리 후에 장기 보관 등으로 다시 6000계 Al 합금재가 실온 시효하여 성형성이 저하되더라도, 다시 본 발명의 회복 처리를 실시하면 바람직하다. 따라서, 후술하는 다양한 성형은 상온에서 가능하다. 즉, 성형 가공시에, 후술하는 본 발명의 회복 처리를 위해 가열하는 것 이외에는 성형 가공을 고온에서 실시할 필요는 전혀 없다.

(회복 처리 방법)

6000계 Al 합금재의 회복 처리 방법으로서 판의 경우에 대하여 설명한다.

우선, 상기 자동차 패널 등의 용도 분야에서의 Al 합금판을 스트레치나 드로잉 또는 트림 등의 프레스 성형하여 패널화하는 공정, 나아가 외판(외측 패널)으로서 추가로 플랫 헴 등의 헴 가공과 같은 굽힘 가공 공정을 상정한다. 이 경우, 상기 판을 패널화하는 프레스 성형시의 성형을 회복하는 경우 및 헴 가공과 같은 굽힘 가공성을 회복하는 경우가 있다.

(프레스 성형성의 회복)

상기 판을 프레스 성형하여 패널화할 때의 성형성을 회복하는 경우, 소재판을 전면적으로 회복 처리할 수도 있고, 또는 패널 형상이 보다 복잡한 부위, 신장 플랜지 변형을 수반하는 바와 같은 만곡 부위 등의 성형이 어려운 부위 등을 선택하여 회복 처리할 수도 있다.

구체적으로는, 프레스 성형 금형에 설치하기 전의 판에, 롤이나 인장(텐션 레벨러) 등의 교정기나 금형 등을 이용하여 장력 등을 부여하여 상기 가공 변형을 미리 부여할 수도 있다. 또한, 프레스 성형 금형에 설치한 판에, 프레스 성형 금 형에 의해 또는 다른 수단에 의해 장력을 부여하여 상기 가공 변형을 부여할 수도 있다. 이들은 현재의 설비 상황에 따라 합리적인 방법이나 설비가 적절히 선택된다.

그리고, 그 후의 가열도 판 전체 또는 성형 가공 부분만을 실시할 수도 있다. 또한, 프레스 성형 금형에 설치하기 전의 판을 가열 수단이나 노에서 상기 저온 온도로 가열할 수도 있고, 또한 프레스 성형 금형을 상기 저온 온도로 가열하여 프레스 성형 전 또는 프레스 성형 중에 판을 상기 저온 온도로 가열할 수도 있다. 이 때, 프레스 성형에 사용하는 금형에 상기 회복 처리용 가열 수단을 설치할 수도 있지만, 상기 종래 기술과 같은 200℃ 이상의 고온으로 가열하는 수단은 불필요하고 오히려 회복 처리 효과를 손상시킨다.

이러한 본 발명의 회복 처리에 의해, 실온 시효 경화한 6000계 Al 합금판의, 예컨대 스트레치 성형성, 드로잉 성형성, 신장 플랜지 변형성 등이 회복(향상)되어 프레스 성형시의 균열, 표면 거칠음 등의 성형 불량이 잘 발생하지 않게 된다.

(굽힘 가공성의 회복)

상기 판 또는 패널의, HAT 굽힘, 90도 굽힘, 헴 등의 굽힘 가공성을 회복하는 경우, 또한 형재를 굽힘 가공하는 경우, 이들 굽힘 가공 소재를 전면적으로 회복 처리할 수도 있다. 또는, 굽힘 가공 소재의 굽힘 가공 부분이나 굽힘 가공이 어려운 부위 등을 선택하고, 예컨대 판의 굽힘 가공 부분이면, 굽힘 외주 가장자리 형상이 직선적이거나 또는 직선적이지 않은 원호형 등인 보다 굽힘 가공이 어려운 부위 등을 선택하여 회복 처리할 수도 있다.

구체적으로는, 굽힘 가공 금형에 설치하기 전의 굽힘 가공 소재에, 롤이나 인장(텐션 레벨러) 등의 교정기나 금형 등을 이용하여 장력을 부여하여 상기 가공 변형을 부여할 수도 있다. 또한, 굽힘 가공 금형에 설치한 굽힘 가공 소재에, 굽힘 가공 금형에 의해 또는 다른 수단에 의해 장력 등을 부여하여 상기 가공 변형을 부여할 수도 있다. 이들은 현재의 설비 상황에 따라 합리적인 방법이나 설비가 적절히 선택된다.

그리고, 그 후의 가열도 굽힘 가공 소재 전체 또는 굽힘 가공 부분만을 실시할 수도 있다. 구체적으로는, 굽힘 가공 금형에 설치하기 전의 굽힘 가공 소재를 가열 수단이나 노에서 상기 저온 온도로 가열할 수도 있고, 또한 굽힘 가공 금형을 상기 저온 온도로 선택적으로 가열하여 성형 전 또는 성형 중의 굽힘 가공 소재를 상기 저온 온도로 가열할 수도 있다. 이 때, 굽힘 가공 금형에 상기 회복 처리용 가열 수단을 설치할 수도 있지만, 상기 종래 기술과 같은 200℃ 이상의 고온으로 가열하는 수단은 불필요하고 오히려 회복 처리의 효과를 손상시킨다.

(헴 가공성의 회복)

이 굽힘 가공 중에서도 특히 플랫 헴 가공성을 회복하는 경우를 이하에 설명한다. 프레스 성형 후의 패널(판)의 일반적인 플랫 헴 가공의 개요를 도 1a 내지 1c에 나타낸다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 플랫 헴 가공은 도 1a의 다운 플랜지 공정 및 도 1b의 예비 헴 공정을 거쳐 도 1c의 플랫 헴 공정에 의해, 금형을 이용하여 기본적으로 수행된다.

우선, 도 1a에서는 다이스(101)와 판 가압부(102)에 의해 고정한, 프레스 성 형 가공 후의 외측 패널(1)을 나타내고 있다. 그리고, 외측 패널(1)의 점선으로 표시한 외연부(1a)에 대하여 펀치(100)에 의해, 도면의 화살표로 힘이 걸리는 방향을 나타낸 바와 같이, 외측 패널(1)에 직교하는 방향(도면의 상방을 향해)으로 힘을 가하여 외연부(1a)를 직각(90°)에 가까운 각도까지 구부려 절곡부(1b)를 형성한다.

다음으로, 도 1b에서는 마찬가지로 다이스(104)와 판 가압부(102)에 의해 고정한, 상기 다운 플랜지 공정 후의 외측 패널(1)을 나타내고 있다. 그리고, 이 예비 헴 공정에서는, 외측 패널(1)의 점선으로 표시한 외연부(1a)를 펀치(103)에 의해 추가로 약 135°까지 패널 내측으로 구부린 절곡부(1b)를 형성한다. 이 때, 상방으로부터 펀치(103)에 의해, 도면의 두 방향의 화살표로 힘이 걸리는 방향을 나타낸 바와 같이, 직각으로 구부려진 점선으로 표시한 외연부(1a)에 대해서는 외측 패널(1)에 직교하는 방향(도면의 하방을 향해) 및 외측 패널(1)에 평행한 방향(도면의 횡방향)의 두 방향으로 힘이 가해진다.

또한, 도 1c의 플랫 헴 공정에서는, 드로잉 공정이나 트림 공정 등의 성형 가공 후의 내측 패널(2)의 외연부(2a)를 상기 예비 헴 공정 후의 외측 패널(1)의 절곡부(1b) 내에 삽입(수용)한다. 그리고, 외측 패널(1) 및 내측 패널(2)을 판 가압부(102)와 다이스(도시하지 않음)에 의해 고정하는 동시에, 외측 패널(1)의 외연부(1a)를 펀치(105)에 의해 추가로 180° 각도까지 패널 안쪽으로 구부려 플랫 헴을 형성한다. 이렇게 하여, 내측 패널(2)의 외연부(2a)와 외측 패널(1)의 플랫 헴부(180도 절곡부)가 접촉하여 양자가 단부 상호간에 접합됨과 동시에 밀착된다.

한편, 로프드 헴 가공의 경우에도 도 1a 및 1b의 공정은 플랫 헴 가공과 동일하며, 다만 도 1c의 공정을, 절곡부(1b)가 평평한 헴이 아니라 원호형으로(로프 형상으로) 바깥쪽으로 부풀은 구부림 형상으로 한다. 이 때문에, 플랫 헴에 비해 날카로운 헴 형상이 아니어서 외관성도 좋지 않다. 또한, 외측 패널과 내측 패널의 접촉 면적이 적어 접합성이나 밀착성이 결여되는 등의 문제도 있다. 이 때문에, 특히 외관이나 미관을 중시하는 자동차 부품 등에 있어서는 헴 가공의 최종 공정을, 엄격한 굽힘 가공이 되는 도 1c의 플랫 헴 공정에 의해 실시하는 것이 통상적이다.

이러한 플랫 헴 가공의 경우에는, 전공정인 프레스 성형시에 회복 처리에 필요한 양의 가공 변형을 부여할 수 있다. 그렇게 함으로써, 회복 처리에 필요한 양의 가공 변형을 부여기 위한 여분의 공정을 별도로 필요로 하지 않기 때문에 바람직하다. 여기서, 전공정이 되는 프레스 성형시에 도입되는 가공 변형량이 적은 경우에는, 프레스시에 스트레치를 가하거나 굽힘 가공시의 성형 조건(굽힘 각도나 선단 굽힘 R 등)을 엄격히 하여, 도입되는 변형량을 많게 하도록 할 수도 있다. 또한, 프레스 성형시의 가공 변형을 보완하기 위해 또는 새롭게 가공 변형을 부여하기 위해, 헴 가공 금형에 설치하기 전의 패널의 헴 가공 부분에 미리 가공 변형을 부여할 수도 있다.

다만, 이 방법은 헴 가공과 같은 복수단의 공정에 걸친 굽힘 가공이 실시되는 경우에는 최초의 공정인 상기 다운 플랜지 공정 등에서의 성형성 회복에만 유효하다. 헴 가공과 같은 복수단의 공정에서 이에 계속되는 후단의 예비 헴 공정이나 플랫 헴 공정에서의 가공 조건이 보다 엄격해져 균열 등이 발생하기 쉬워진다.

따라서, 이에 계속되는 후단의 예비 헴 공정이나 플랫 헴 공정의 성형성을 더욱 회복시키는 것이 중요하고, 이 경우에는 전단의 다운 플랜지 공정의 굽힘 가공 공정에서 부여되는 가공 변형을, 본 발명의 회복 처리에 필요한 가공 변형으로서 이용한다. 그리고, 다운 플랜지 공정 후라도 예비 헴 공정 전의 중간에 또는 예비 헴 공정이나 플랫 헴 공정의 굽힘 가공 중에, 회복 처리에 필요한 가열을 실시하여 후단인 예비 헴 공정나 플랫 헴 공정 등의 굽힘 가공 공정의 성형성을 각각 선택적으로 회복시키는 것이 바람직하다. 이 방법은 다운 플랜지 공정 금형에 셋팅되어 가공된 패널이 예비 헴 및 플랫 헴 공정 금형에 다시 셋팅되는 일이 많은 통상적인 헴 공정에 입각한 형태로, 본 발명의 회복 처리를 실시할 수 있는 점에서도 바람직하다.

이와 같이, 굽힘 가공이 복수의 공정으로 이루어진 경우, 상기 시효 경화 회복 처리를 이 복수의 공정에서 선택적으로 실시하도록 할 수도 있다. 즉, 변형량이 1% 이상 도입되어 있는 경우에는 시효 경화 회복을 기대할 수 있으므로, 복수회를 필요로 하는 굽힘 가공 중 가장 열처리가 용이한 단계에서 시효 경화 회복 처리를 실시할 수도 있다.

가공 변형을 부여하는 방법은 롤이나 인장(텐션 레벨러) 등의 교정기를 이용하여 장력 등을 부여할 수도 있다. 또한, 상기한 다운 플랜지 공정 자체에 의해 가공 변형을 부여하려면, 헴 가공 금형에 설치한 패널에 대하여 예컨대 도 1a의 다이스(101)와 판 가압부(102), 펀치(100) 등의 협동에 의해 상기 가공 변형을 부여 한다. 다만, 이들도 현재의 설비 상황에 따라 합리적인 방법이나 설비가 적절히 선택된다.

그리고, 그 후의 가열도 패널 전체 또는 헴 가공 부분만을 실시할 수도 있다. 구체적으로는, 헴 가공 금형에 설치하기 전의 패널을 가열 수단이나 노에서 상기 저온 온도로 가열할 수도 있고, 또한 상기 각 헴 가공 공정에서의 금형을 상기 저온 온도로 선택적으로 가열하여 헴 가공 전 또는 헴 가공 중의 판을 상기 저온 온도로 가열할 수도 있다. 이 때, 상기 각 헴 가공 공정에서의 금형에, 선택적으로 상기한 회복 처리용 저온 가열 수단을 설치할 수도 있다.

이러한 본 발명의 회복 처리에 의해, 실온 시효 경화한 6000계 Al 합금재의 플랫 헴 등의 굽힘 가공성이 회복(향상)되어, 판의 굽힘부나 헴부 등에 발생하기 쉬운 균열이나 표면 거칠음 또는 형재의 굽힘부 등에 발생하기 쉬운 균열이나 주름 등의 성형 불량이 잘 발생하지 않게 된다.

가공 변형량을 구하는 방법으로서는, 예컨대 원래의 재료에 대한 재료의 강도 증가량을 측정하는 것 및 샘플 표면에 스크라이브드 서클을 전사하여 성형 전후에서의 서클의 신장, 수축량을 측정함에 따른 방법이 있다.

(화학 성분 조성)

다음으로, 본 발명이 대상으로 하는 6000계 Al 합금재의 화학 성분 조성에 대하여 설명한다. 여기서 말하는 6000계 Al 합금이란 AA 규격에 있는 6000계 Al 합금을 말한다. 본 발명이 대상으로 하는 6000계 Al 합금재는 상기한 자동차 재료 등으로서, 우수한 성형성이나 BH성, 강도, 용접성, 내식성 등의 여러 특성이 요구 된다. 이러한 요구를 만족시키기 위해, Al 합금재의 기본 조성은 질량%로 Mg 0.2 내지 2.0% 및 Si 0.3 내지 2.0%를 함유하는 알루미늄 합금재가 바람직하다. 한편, 본 발명에서의 화학 성분 조성의 % 표시는 청구항의 % 표시도 포함하여 모두 질량%의 의미이다.

또한, 본 발명이 대상으로 하는 6000계 Al 합금재는 그 우수한 BH성 때문에 실온에서의 시효 경화가 문제가 되어 본 발명의 회복 처리를 필요로 한다. 이 점에서, 6000계 Al 합금 중에서도, 본 발명의 회복 처리는 BH성이 보다 우수하기 때문에 실온에서의 시효 경화가 보다 문제가 되는, Si/Mg가 질량비로 1 이상인 소위 Si 과잉형의 6000계 Al 합금재에 적용되는 것이 바람직하다. 이러한 6000계 Al 합금재로서는 예컨대 자동차 재료로서의 외측 패널용의 판 등이 있고, 조성으로서는 Mg 0.2 내지 2.0%, Si 0.3 내지 2.0%, Mn 0.01 내지 0.65% 및 Cu 0.001 내지 1.0%를 함유하고, 또한 Si/Mg가 질량비로 1 이상이며, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진 것이 바람직하다.

한편, 그 밖의 원소는 AA 내지 JIS 규격 등에 따른 각 불순물 수준의 함유량(허용량)으로 한다. 그 밖의 합금 원소란, 구체적으로는 Fe 1.0% 이하, Mn 1.0% 이하, Cr 0.3% 이하, Zr 0.3% 이하, V 0.3% 이하 및 Ti 0.2% 이하 중의 1종 또는 2종 이상을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 이들에 더하여 또는 이들 대신에 추가로 Ag 0.2% 이하 및 Zn 1.0% 이하 중의 1종 또는 2종 이상을 선택적으로 포함할 수 있다.

상기 합금 원소 이외의 그 밖의 합금 원소나 가스 성분은 불순물이다. 그러 나, 재활용 측면에서 용해재로서 고순도 Al 지금(地金)뿐 아니라, 6000계 합금이나 그 밖의 Al 합금 스크랩재, 저순도 Al 지금 등을 용해 원료로서 사용하여 본 발명의 Al 합금 조성을 용제하는 경우에는, 이들 다른 합금 원소는 필연적으로 포함되게 된다. 따라서, 본 발명에서는 목적으로 하는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 이들 불순물 원소가 함유되는 것을 허용한다.

상기 6000계 Al 합금에 있어서의 각 원소의 바람직한 함유 범위와 의의, 또는 허용량에 대하여 이하에 설명한다.

Si: 0.2 내지 2.0%

Si는 고용 강화와, 성형 후의 도장 소부 처리 등의 비교적 저온 단시간에서의 인공 시효 처리시에 Mg와 함께 화합물상(β")을 형성하여 시효 경화능을 발휘하고, 판으로서의 필요 강도를 얻기 위한 필수적인 원소이다. 따라서, 프레스 성형성 등 패널로서 필요한 여러 특성을 겸비시키기 위한 가장 중요한 원소이다. Si량이 0.2% 미만이면, 상기 시효 경화능, 나아가 각 용도에 요구되는 프레스 성형성 등의 여러 특성을 겸비할 수 없다. 한편, Si가 2.0%를 초과하여 함유되면, 프레스 성형성이나 굽힘 가공성이 현저히 저해된다. 또한, 용접성을 현저히 저해한다. 따라서, Si는 0.2 내지 2.0%의 범위로 한다.

Mg: 0.2 내지 2.0%

Mg는 고용 강화와, 도장 소부 처리 등의 상기 인공 시효 처리시에 Si와 함께 화합물상을 형성하여 시효 경화능을 발휘하고, 상기 패널로서의 필요 강도를 얻기 위한 필수적인 원소이다. Mg를 0.2% 미만으로 함유하면, 절대량이 부족하기 때문 에 인공 시효 처리시에 상기 화합물상을 형성할 수 없어 시효 경화능을 발휘할 수 없다. 이 때문에, 판으로서 필요한 상기 필요 강도를 얻을 수 없다. 한편, Mg가 2.0%를 초과하여 함유되면, 프레스 성형성이나 굽힘 가공성 등의 성형성이 현저히 저해된다. 따라서, Mg의 함유량은 0.2 내지 2.0%의 범위로 한다.

Cu: 0.001 내지 1.0%

Cu는 6000계 Al 합금에 있어서, 시효 경화 속도를 향상시키는데 유용하다. 즉, 도장 소부 공정 등의 인공 시효(경화) 처리의 조건에서 Al 합금재 조직의 결정립 내로의 GP 존 등의 화합물상의 석출을 촉진시키는 효과가 있다. 또한, 인공 시효 처리 상태에서 고용된 Cu 등은 성형성을 향상시키는 효과도 있다. Cu의 함유량이 0.001% 미만이면, 이들 효과가 부족하다. 단, Cu 함유량이 1.0%를 초과하여 너무 크면, 조대한 화합물을 형성하여 성형성이 열화될 가능성이 높다. 또한, 자동차 외측 패널로서 필요한 내사청성

등의 내식성도 열화될 가능성이 높다. 따라서, Cu 함유량의 상한은 1.0% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Mn: 0.01 내지 0.65%

Mn은 결정립의 미세화에 유용하며, 성형성을 향상시킬 수 있다. Mn은 균질화 열처리시에 분산 입자(분산상)를 생성하고, 이들 분산 입자에는 재결정 후의 입계 이동을 방해하는 효과가 있다. 단, 각각 함유량이 너무 크면, 조대한 화합물을 형성하여 파괴의 기점이 되어 성형성이 오히려 열화된다. 따라서, Mn은 0.01 내지 0.65%의 범위로 함유시키는 것이 바람직하다.

(평균 결정 입경)

한편, 이들 조직의 규정시에 Al 합금판의 평균 결정 입경을 50㎛ 이하로 미세화시키는 것이 바람직하다. 결정 입경을 이 범위로 미세하게 내지 작게 함으로써 굽힘 가공성이나 프레스 성형성이 확보 내지 향상된다. 결정 입경이 50㎛를 초과하여 조대화된 경우, 굽힘 가공성이나 스트레치 등의 프레스 성형성이 현저히 저하되어 성형시의 균열이나 표면 거칠음 등의 불량이 발생하기 쉽다.

한편, 여기서 말하는 결정 입경이란 판의 길이(L) 방향의 결정립의 최대 직경이다. 이 결정 입경은 Al 합금판을 0.05 내지 0.1mm 기계 연마한 후 전해 에칭한 표면을 광학 현미경을 이용하여 관찰하고, 상기 L 방향으로 라인 인터셉트법으로 측정한다. 1 측정 라인 길이는 0.95mm로 하고, 1 시야당 각 3개로 합계 5 시야를 관찰함으로써 전체 측정 라인 길이를 0.95×15mm로 한다.

(제조 방법)

Al 합금재의 제조는 형상에 따른 통상적 방법으로 가능하다. Al 합금의 용해, 주조 공정에서는, 본 발명의 성분 규격 범위 내로 용해 조정된 Al 합금 용탕을, 연속 주조 압연법, 반연속 주조법(DC 주조법) 등의 통상적인 용해 주조법을 적절히 선택하여 주조한다. 이어서, 통상적 방법에 따라 이 Al 합금 주괴에 균질화 열처리를 실시한 후, 열간 압연, 열간 압출하여 코일상, 판상, 형재, 관재 등의 제품재로 하거나, 추가로 필요에 따라 중간 소둔을 실시하여 냉간 압연을 하여 코일상, 판상 등의 제품 냉간 압연판으로 가공한다. 이들 가공 후의 Al 합금재는 조질 처리로서 필수적으로 용체화 및 담금질 처리로 조질되어 제품판으로 할 수 있다. 용도나 필요 특성에 따라 추가로 고온에서의 시효 처리나 안정화 처리 등의 조질 처리를 부가하여 수행하는 것도 물론 가능하다.

실시예 1

다음으로, 본 발명의 실시예를 설명한다. 실온 시효한 Al 합금판을 본 발명의 회복 처리를 실시한 후에 프레스 성형성 및 헴 가공성을 평가하였다.

즉, 표 1에 나타낸 A의 과잉 Si형 조성의 6000계 Al 합금판에 대하여 실온에서 4개월간 방치하여 실온 시효시켰다. 이 실온 시효시킨 Al 합금판의 인장 시험 특성은 조질 처리 후(제조 직후)의 Al 합금판의 As 0.2% 내력 128MPa, As 신율 30%에 비해, 시효 후의 0.2% 내력이 163MPa로 Δ 내력이 35MPa 증가하였고, 시효 후의 신율이 25%로 Δ 신율이 5% 저하되었다. 한편, 상기 실온 시효 후의 Al 합금판의 상기 결정 입경 측정 방법에 따른 평균 결정 입경은 30㎛이었다.

이 인장 시험 특성은 Al 합금판의 압연 방향으로 평행한 (L 방향의) 내력(σ0.2)을 As 내력(MPa)으로 하여 측정하였다. 또한, 인장 시험은 JIS Z 2201에 따라 수행하는 동시에, 시험편 형상은 JIS 5호 시험편으로 수행하였다. 또한, 크로스 헤드 속도는 5mm/분으로, 시험편이 파단될 때까지 일정 속도로 수행하였다.

한편, 시험재의 Al 합금판의 제조 조건은 다음과 같다. 표 1에 나타낸 각 조성의 400mm 두께의 주괴를 DC 주조법에 의해 용제한 후, 550℃에서 균질화 열처리를 실시하고, 종료 온도 300℃에서 두께 5mm까지 열간 압연하였다. 이 열간 압연판을 배치식의 열처리 설비로 400℃×4시간의 중간 소둔을 실시한 후에, 80%의 냉간 압연율로 냉간 압연하여 두께 1.0mm의 냉간 압연판을 수득하였다. 그리고, 이 냉간 압연판을 연속식의 열처리 설비로 510℃에서 용체화 처리한 후에 실온까지 담금질하고, 이 담금질 후 30분 이내에 70℃×1시간의 예비 시효 처리를 실시하였다.

상기 실온 시효한 동일 판을, 표 2에 나타낸 다양한 조건에서 회복 처리한 후에 각각 자동차 패널재로서 프레스 성형이나 헴 가공되는 것을 모의하여 프레스 성형성과 헴 가공성을 평가하였다. 이들 결과도 표 2에 나타내었다.

한편, 이 때의 회복 처리는 프레스 성형 시험이나 헴 가공 시험 전에 미리 시험재의 Al 합금판에 대하여 공통적으로 수행하고, 이 회복 처리 후 실온까지 냉각(방냉)한 후의 판에 대하여 각 성형 시험을 실시하였다. 또한, 각 회복 처리 조건에서의 프레스 성형 시험과 헴 가공 시험을 위한 공시재는 동일한 회복 처리 조건이 되도록 실시하였다. 구체적으로는, 시험재의 Al 합금판에 대하여 텐션 레벨러 교정기에 의해 장력을 부여하여 가공 변형을 부여하였다. 그리고, 이 가공 변형을 부여한 Al 합금판을 가열로에서 각 소정 온도로 가열히고, 그 온도로 1분간 유지하였다. 가열 후의 판은 실온까지 방냉하여 성형하였다.

프레스 성형성은 평면 변형 스트레치 높이(LDH0) 시험으로 평가하였고, 시험 조건은 폭 100mm×길이 180mm의 채취 시험편을 이용하여 시험편의 길이 방향이 압연 방향과 직각 방향으로 일치하도록 제작하였다. 그리고, 상온에서 펀치(옥두(玉頭), 100φ)와 다이스(비드 부착)를 이용하여 주름 가압력 200kN, 윤활유 R-303, 성형 속도 20mm/분의 조건에서 3회 실시하여 가장 낮은 스트레치 높이를 LDH₀치(mm)로 하였다. 또한, 시험 중 1회라도 파단된 시험재는 LDH₀치를 구하지 않았다.

헴 가공성은 상기 프레스 성형 후 플랫 헴 가공되는 것을 모의하여 상온에서 시험재에 10%의 스트레치를 수행한 후 굽힘 시험을 실시하여 평가하였다. 시험편 조건은 JIS Z 2204에 규정되는 3호 시험편(폭 30mm×길이 200mm)을 이용하여 시험편의 길이 방향이 압연 방향과 일치하도록 제작하였다. 굽힘 시험은 JIS Z 2248에 규정되는 V 블록법에 의해 플랫 헴 가공을 모의하여 선단 반경 0.3mm, 굽힘 각도 60도의 가압 금구로 60도로 구부린 후, 추가로 180도로 구부렸다. 이 때, 예컨대 외측 패널의 헴 가공에서는 내측 패널이 굽힘부내에 협지되는데, 조건을 엄격히 하기 위해 이와 같은 Al 합금판을 끼우지 않고 180도로 구부렸다. 시험 후의 굽힘부(만곡부)의 균열의 발생 상황을 관찰하고, 굽힘부 표면에 균열이나 표면 거칠음 등의 이상이 없는 것을 ○, 균열은 없지만 표면 건조함이 발생한 것을 △, 균열이 있는 것을 ×로 평가하였다.

우선, 표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1은 실온 시효하여 성형성이 저하된 과잉 Si형 조성의 6000계 Al 합금판으로, 본 발명의 회복 처리를 실시하지 않고 상기 각 성형을 실시한 경우를 나타내는 종래 예에 상당한다. 이 경우, 당연하지만 프레스 성형에서도 파단이 발생하고 헴 가공에서도 굽힘부에 균열이 발생하여, 이 실온 시효한 상태에서는 성형이 곤란함을 나타내고 있다.

이에 반해, 본 발명의 조건 범위에서 회복 처리를 실시한 본 발명의 예 8 내지 14는 실온 시효하여 성형성이 저하되었던 과잉 Si형 조성의 6000계 Al 합금판임에도 불구하고 프레스 성형성과 헴 가공성이 향상 내지 회복되었다. 따라서, 본 발명의 회복 처리에 의한 성형성 향상 내지 회복 효과가 뒷받침된다.

또한, 가열하였지만 가공 변형을 미리 부여하지 않은 비교예 2나 가공 변형을 미리 부여하였지만 가열하지 않은 비교예 3도, 프레스 성형에서도 파단이 발생하고 헴 가공에서도 굽힘부에 균열이 발생하였다. 따라서, 본 발명의 회복 처리에 있어서의 가공 변형 부여와 가열과의 조합의 의의가 뒷받침된다.

또한, 회복 처리의 가공 변형량이 0.8%로 본 발명 회복 처리의 가공 변형량의 하한 1.0%에서 벗어난 비교예 4나 회복 처리의 가열 온도가 45℃로 본 발명 회복 처리의 가열 온도의 하한 50℃에서 벗어난 비교예 5도, 프레스 성형성과 헴 가공성이 본 발명의 예에 비해 떨어진다. 또한, 본 발명의 예 중에서도 회복 처리의 가공 변형량이 하한에 가까운 본 발명의 예 8, 회복 처리의 가열 온도가 하한에 가까운 본 발명의 예 13 및 회복 처리의 가열 온도가 상한에 가까운 본 발명의 예 14는 다른 본 발명의 예 9 내지 12에 비해 프레스 성형성과 헴 가공성이 비교적 떨어진다. 따라서, 이들 결과로부터, 본 발명 회복 처리의 가공 변형량 조건과 가열 온도 조건과의 임계적인 의의도 알 수 있다.

실시예 2

다음으로, 자동차 외측 패널로서, 실시예 1과 동일한 Al 합금판을 프레스 성형한 후에, 이 패널이 방치되어 실온 시효되고, 그 후 헴 가공되는 것을 모의하여 플랫 헴 가공성을 평가하였다. 이들 결과를 표 3에 나타내었다.

프레스 성형은 제조 직후의 실온 시효하지 않은 Al 합금판으로부터 한 변이 500mm인 정방형의 공시판(블랭크)을 복수장 잘라내고, 중앙부에 한 변이 300mm이고 높이가 30mm로 높은 사각 통형의 스트레치부와, 이 스트레치부의 네 주위에 평탄한 플랜지부(폭 30mm)를 갖는 햇형 패널에 메카프레스에 의해 비드 부착 금형을 이용하여 스트레치 성형하였다. 주름 가압력은 49kN, 윤활유는 일반 방청유, 성형 속도는 20mm/분인 동일 조건에서 실시하였다.

이 성형 햇형 패널을 4개월간 방치하여 실온 시효시켰다. 이 실온 시효시킨 성형 패널의 인장 시험 특성은 상기한 조질 처리 후(제조 직후)의 Al 합금판의 As 0.2% 내력 128MPa, As 신율 30%에 비해, 시효 후의 0.2% 내력이 169MPa로 Δ 내력이 41MPa 증가하였고, 시효 후의 신율이 22%로 Δ 신율이 8% 저하되었다. 한편, 이 인장 시험 특성 측정 조건은 실시예 1과 동일하다.

그리고, 이 성형 햇형 패널에 있어서의 상기 평탄한 플랜지부를 플랫 헴 가공 시험하였다. 플랫 헴 가공 여분(헴 가공 후 패널 내측으로 구부려진 단부로부터 굽힘부의 단부까지의 거리)을 12mm로 하여 다운 플랜지 공정을 모의하고, Al 합금 패널의 가장자리를 90도 각도가 될 때까지 구부렸다. 이 때, Al 합금 패널의 90° 굽힘 반경은 0.8로 하였다. 다음으로, 예비 헴 공정을 모의하여 Al 합금 패널의 가장자리를 추가로 135° 각도까지 내측으로 구부렸다.

그 후, 엄격한 플랫 헴 공정 조건을 모의하여, 굳이 내측 패널을 상기 Al 합금 패널의 굽힘부에 삽입하지 않고 굽힘부를 내측으로 180도 구부려서 패널면에 밀착시키는 플랫 헴 가공을 실시하였다. 한편, 플랫 헴 가공 방향은 원래의 Al 합금판의 압연 방향과 일치하도록 하였다.

그리고, 이 플랫 헴의 가장자리 굽힘부의 표면 거칠음, 미소한 균열, 큰 균열의 발생 등의 표면 상태를 육안으로 관찰하였다. 평가는 시험 후의 굽힘부(만곡부)의 균열 발생 상황을 관찰하여 굽힘부 표면에 균열이나 표면 거칠음 등의 이상이 없는 것을 ○, 균열은 없지만 표면 거칠음이 발생한 것을 △, 균열이 있는 것을 ×로 평가하였다.

한편, 이 헴 가공시의 시효 경화 회복 처리는 상기 성형된 햇형 패널의 평탄한 플랜지부에 대하여 우선 상기 다운 플랜지 공정을 실시하여 본 발명의 회복 처리인 10.0%의 가공 변형을 미리 부여하였다.

그리고, 이 다운 플랜지 가공을 부여한 패널을 예비 헴 및 플랫 헴 공정 금형에 다시 셋팅하는 동안에 히터에 의해 플랜지부를 중간적으로 가열하여 본 발명의 회복 처리 중의 가열 처리를 실시하였다. 그 후, 이들 회복 처리를 실시한 패널을 예비 헴 및 플랫 헴 공정 금형에 셋팅하여 예비 헴 공정 및 플랫 헴 공정을 순차적으로 실시하였다.

이 때, 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 예 19는 상기 중간적인 가열을 80℃에서 실시하고, 계속되는 예비 헴 공정 및 플랫 헴 공정에서는 가열하지 않고 상온에서 성형하였다. 본 발명의 예 20은 상기 중간적인 가열을 80℃에서 실시하고, 계속되는 예비 헴 공정 및 플랫 헴 공정에서도 80℃로 가열하면서 성형하였다. 본 발명의 예 21은 상기 중간적인 가열을 100℃에서 실시하고, 계속되는 예비 헴 공정 및 플랫 헴 공정에서는 가열하지 않고 상온에서 성형하였다.

또한, 비교를 위해, 상기 본 발명 회복 처리 중의 중간적인 가열을 실시하지 않는 비교예도 각각 플랫 헴 가공 시험하였다. 비교예 15는 계속되는 예비 헴 공정 및 플랫 헴 공정에서도 가열하지 않고 상온에서 성형하였다. 비교예 16은 계속되는 예비 헴 공정 및 플랫 헴 공정에서는 본 발명의 범위를 벗어나는 200℃로 가열하여 성형하였다. 비교예 17은 상기 중간적인 가열을 본 발명의 범위를 벗어나는 200℃로 가열하고, 계속되는 예비 헴 공정 및 플랫 헴 공정은 가열하지 않고 상온에서 성형하였다. 비교예 18은 상기 중간적인 가열을 본 발명의 범위를 벗어나는 200℃로 가열하고, 계속되는 예비 헴 공정 및 플랫 헴 공정에서도 200℃로 가열하여 성형하였다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 비교예 15는 실온 시효하여 성형성이 저하된 과잉 Si형 조성의 6000계 Al 합금으로 이루어진 성형 햇형 패널로, 본 발명의 회복 처리를 실시하지 않고 상기 헴 가공을 실시한 경우를 나타내는 종래 예에 상당한다. 이 경우, 당연하지만 헴 가공에서 굽힘부에 균열이 발생하여, 이 실온 시효한 패널의 상태에서는 성형이 곤란함을 나타내고 있다.

이에 반해, 본 발명의 조건 범위에서 회복 처리를 실시한 본 발명의 예 19 내지 21은 실온 시효하여 성형성이 저하된 과잉 Si형 조성의 6000계 Al 합금으로 이루어진 성형 햇형 패널임에도 불구하고 헴 가공성이 향상 내지 회복되었다. 따라서, 본 발명의 회복 처리에 의한 성형성 향상 내지 회복 효과가 뒷받침된다.

한편, 본 발명의 조건 범위에서 회복 처리를 실시하지 않은 비교예 16, 17 및 18도 헴 가공으로 굽힘부에 균열이 발생하였다.

따라서, 본 발명의 회복 처리에 있어서의 성형후의 패널의 헴 가공에 대한 가공 변형 부여와 가열과의 조합, 및 조건의 의의가 뒷받침된다.

실시예 3

다음으로, 실온 시효한 Al 합금 압출 중공 형재에 대하여 본 발명의 회복 처리를 실시한 후에 굽힘 가공성을 평가하였다.

구체적으로는, 상기한 표 1에 나타낸 B의 각 6000계 성분 조성의 알루미늄 합금 빌렛을 DC 주조에 의해 용제하고, 480℃×4시간의 균질화 열처리를 실시하고, 480℃의 압출 온도에서 압출 가공하고, 압출 직후에 온라인으로 각각 수냉에 의한 직접 담금질을 실시하였다. 이어서, 이들 압출재에 대하여 공통적으로 190℃×3시간의 시효 처리를 실시하였다. 압출 속도는 5m/분, 압출비는 61, 직접 담금질시의 냉각 속도는 350℃/초로 하였다.

이 압출 중공 형재는 길이 방향으로 균일한 직사각형(口형)구 단면이며, 직사각형 단면의 장변은 100mm, 단변은 70mm, 두께는 1.5mm였다.

이 압출 중공 형재를 4개월간 방치하여 실온 시효시켰다. 이 실온 시효시킨 압출 중공 형재의 인장 시험 특성은 상기한 시효 처리 후(제조 직후)의 Al 합금 압출 중공 형재의 As 0.2% 내력 206MPa, As 신율 16.1%에 비해, 시효 후의 0.2% 내력이 230MPa로 Δ 내력이 24MPa 증가하였고, 시효 후의 신율이 14.0%로 Δ 신율이 2.1% 저하되었다. 이 인장 시험 특성 측정 조건은 실시예 1과 동일하다. 한편, 상기 실온 시효 후의 Al 합금 압출 형재의 상기 결정 입경 측정 방법에 따른 평균 결정 입경은 40㎛이었다.

상기 실온 시효한 동일한 압출 중공 형재를 표 4에 나타낸 다양한 조건에서 회복 처리한 후에, 각각 자동차의 프레임이나 범퍼 보강재의 부재 등으로서 굽힘 가공되는 것을 모의하여 굽힘 가공성을 평가하였다. 이들 결과도 표 4에 나타내었다.

한편, 이 때의 회복 처리는 시험재의 압출 중공 형재를 굽힘 가공에 사용한 범용 드로우 벤더에 설치한 후, 압출 중공 형재의 굽힘 부분에 대하여 드로우 벤더에 의해 표 4에 나타낸 굽힘 가공 변형을 미리 부여하였다. 그리고, 이 가공 변형을 부여한 압출 중공 형재의 굽힘 부분을 드로우 벤더 근방으로부터 히터에 의해 각 소정 온도로 가열히고, 그 온도로 1분간 유지하였다. 그리고, 이 유지 후, 계속해서 드로우 벤더에 의해 굽힘 가공을 실시하였다.

굽힘 가공 시험은 길이 2000mm의 공시재를 이용하여 굽힘 가공에 범용되는 드로우 벤더에 의한 굽힘 가공 시험을 실시하였다. 굽힘 내측 반경(R)은 300mm로 하였다. 굽힘 가공시의 기계적인 틈새는 0.1mm로 하였다.

굽힘 가공 후의 샘플의 굽힘 외측이 되는 형재면의 균열이나, 굽힘 내측이 되는 형재면의 주름 발생 상황을 육안으로 평가하였다. 굽힘 가공 후의 샘플에 균열이나 주름이 발생하지 않은 것을 굽힘 가공성이 우수한 것으로 하여 ○, 미소한 균열이나 주름이 발생한 것을 △, 개구 균열이 발생한 것을 굽힘 가공성이 떨어지는 것으로 하여 ×로 각각 평가하였다.

우선, 표 4에 나타낸 바와 같이, 비교예 22는 실온 시효하여 성형성이 저하된 과잉 Si형 조성의 6000계 Al 합금 압출 형재로, 본 발명의 회복 처리를 실시하지 않고 굽힘 가공을 실시한 경우를 나타내는 종래 예에 상당한다. 이 경우, 당연하지만, 굽힘 가공에서도 균열이나 주름이 발생하여, 이 실온 시효한 상태에서는 굽힘 가공이 곤란함을 나타내고 있다.

이에 반해, 본 발명의 조건 범위에서 회복 처리를 실시한 본 발명의 예 29 내지 35는 실온 시효하여 굽힘 가공성이 저하된 과잉 Si형 조성의 6000계 Al 합금 압출 형재임에도 불구하고 굽힘 가공성이 향상 내지 회복되었다. 따라서, 본 발명의 회복 처리에 의한 굽힘 가공성 향상 내지 회복 효과가 뒷받침된다.

또한, 가열하였지만 가공 변형을 미리 부여하지 않은 비교예 23이나 가공 변형을 미리 가하였지만 가열하지 않은 비교예 24도, 굽힘 가공으로 균열이나 주름이 발생하였다. 따라서, 압출 형재에 있어서도 본 발명의 회복 처리에서의 가공 변형 부여와 가열과의 조합의 의의가 뒷받침된다.

또한, 회복 처리의 가공 변형량이 0.8%로 본 발명 회복 처리의 가공 변형량의 하한 1.0%에서 벗어난 비교예 25나 회복 처리의 가열 온도가 45℃로 본 발명 회복 처리의 가열 온도의 하한 50℃에서 벗어난 비교예 26도, 굽힘 가공성이 본 발명의 예에 비해 떨어진다. 또한, 본 발명의 예 중에서도 회복 처리의 가공 변형량이 하한에 가까운 본 발명의 예 29, 회복 처리의 가열 온도가 하한에 가까운 본 발명의 예 34 및 회복 처리의 가열 온도가 상한에 가까운 본 발명의 예 35는 다른 본 발명의 예 30 내지 33에 비해 굽힘 가공성이 비교적 떨어진다. 따라서, 이들 결과로부터, 압출 형재에 있어서의 본 발명 회복 처리의 가공 변형량 조건과 가열 온도 조건과의 임계적인 의의도 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 실온 시효 경화하여 성형성이 저하된 6000계 알루미늄 합금재의 성형성을 회복시키는 것이 가능한 알루미늄 합금재의 성형 방법을 제공할 수 있다. 그 결과, 자동차, 선박, 항공기 또는 차량 등의 수송기, 기계, 전기 제품, 건축, 구조물, 광학 기기, 기물의 부재나 부품용으로서, 또한 특히 자동차 등의 수송기의 부재에 Al 합금재의 적용을 확대할 수 있다.

Claims

6000계 알루미늄 합금재에 대하여 1% 이상의 가공 변형을 미리 부여한 후에 50 내지 150℃의 온도로 가열하는 시효 경화 회복 처리를 실시하여 성형하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 성형이 프레스 성형 가공인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 성형이 굽힘 가공인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 굽힘 가공이 복수의 공정으로 이루어지고, 상기 시효 경화 회복 처리를 이 복수의 공정에서 선택적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 알루미늄 합금재가 알루미늄 합금판 또는 알루미늄 합금판을 프레스 성형한 후의 패널인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 굽힘 가공이 헤밍 가공인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 헤밍 가공이 알루미늄 합금판을 프레스 성형한 후의 패널에 대하여 실시되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 패널이 자동차 외측 패널용인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 성형에 이용하는 금형에 상기 시효 경화 회복 처리용의 가열 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 6000계 알루미늄 합금재가 질량%로 Mg 0.2 내지 2.0% 및 Si 0.3 내지 2.0%를 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 6000계 알루미늄 합금재가 질량%로 Mg 0.2 내지 2.0%, Si 0.3 내지 2.0%, Mn 0.01 내지 0.65% 및 Cu 0.001 내지 1.0%를 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 6000계 알루미늄 합금재에서 Si/Mg가 질량비로 1 이상인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

교정기를 이용하여 장력을 부여함으로써 상기 가공 변형이 부여되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

굽힘 가공을 실시함으로써 상기 가공 변형이 부여되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 6000계 알루미늄 합금재가 판재이고, 상기 가공 변형이 3 내지 20%인 것을 특 징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 6000계 알루미늄 합금재가 형재이고, 상기 가공 변형이 3 내지 50%인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 성형 방법.