WO1999023266A1

WO1999023266A1 - Materiau extrude en alliage d'aluminium destine a des elements structuraux d'une carrosserie de vehicule et son procede de fabrication

Info

Publication number: WO1999023266A1
Application number: PCT/JP1998/004940
Authority: WO
Inventors: Yoichiro Bekki; Kazuhisa Kashiwazaki; Nobuaki Ohara; Noboru Hayashi
Original assignee: The Furukawa Electric Co., Ltd.; Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 1999-05-14
Also published as: DE69822152T2; US6607615B1; EP0985736B1; DE69822152D1; EP0985736A1; EP0985736A4

Description

明細書自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材及びその製造方法技術分野

本発明は強度及び衝擎吸収性とスポット溶接性及び表面処理性に優れ、かつ、原料として自動車回収アルミ铸物屑、アルミ缶屑等の回収アルミニウム材を用いて低価格で製造しうる自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材及びその製造方法に関する。

また、本発明は強度及び曲げ加工性とスポット溶接性及び表面処理性に優れ、かつ、原料として自動車回収アルミ铸物屑、アルミ缶回収屑、アルミサッシ回収屑等の回収アルミニウム材を用いて低価格で製造しうる自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材及びその製造方法に関する。背景技術

自動車の構造部材には、形状が複雑で、中空の部材が多く、アルミニゥム合金材は、軽量で他の材料より押出成形に適するので、自動車車体構造部材としてアルミニウム合金の押出材の使用が検討されている。このアルミニウム合金の押出材は軽量の上、高剛性といつた特徴があり、さらにそれ自体がクラッシュすることにより衝突時のエネルギーを吸収することができ、安全性を高めることができることからも好適な材料である。

しかし、このようなアルミニゥム合金の押出材に従来用いられていた材質は主として 6 0 6 3 をはじめとする 6 0 0 0系アルミニゥム合金であるが、これらの 6 0 0 0系アルミニウム合金は他の材料に比べ比較的強度が低く、衝撃吸収エネルギーが小さいため、材料肉厚を厚くする必要があるという問題があった。またこれらの合金は厳しい曲げ加工において割れを発生し、曲げ加工性が劣るという問題があった。またスポット溶接性が低く、自動車の組立工程において、スポット溶接に非常な大電流を必要とし、生産性を下げること、表面塗装などを行う場合に、脱脂性、化成処理性が悪く、そのため耐久性の良い塗装が困難なこと等の問題があった。特に自動車の構造部材の中でもサイドフレーム、リャフレーム、センターピラー、サイドシル、フロアフレームのような車体構造部材と呼ばれるものは、スポッ卜溶接などによって固定されると同時に外部環境に露出され、さらにドロ水等の腐食環境にさらされるため、耐食性を向上させる目的で塗装などが行われることから、化成処理性まで必須の材料である。

しかし、従来、アルミニウム合金として要求される押出性と強度及び加工性、スポット溶接性、表面処理性等の自動車車体構造部材として必要な各種性能を備え、リサイクル性にも優れた材料は開発されていなかった。

( i ) 例えば、特開昭 5 8 — 3 1 0 5 5号には、 S i 2 . 3 ~ 6 w t % . g 0 . 4 ~ 1 . O w t %、 M n 0 . 4 〜 1 . 0 w t %及び少量の Z n及び S nを含み、残部が A 1 よりなる、強度、溶接性、切削性を向上させた構造用アルミニウム合金が開示されているが、これは曲げ加工性及びスポット溶接性が十分でなく、 C u、 Z nの両元素を含有し、アルミニウム合金の溶融温度を低下させ、スポット溶接性と塗装等の前処理時の化成処理性（りん酸亜鉛の付着性）を改善したものでない点で本発明とは大きく異なる。 ( i i ) また、特開昭 6 1 — 1 9 0 0 5 1号には、 5〜 1 5 w t %の 3 と 1 . O w t %までの M gを含み、 F eの含有量を 0. 5 w t %以下とし、じ 11、 1^ 11などを 0. 2 5 w t %以下としたアルミ二ゥム合金を用いる A 1 系中空押出形材の製造方法が開示されているが、このアルミニウム合金は、本発明より S i 添加量が多く、耐熱 · 耐磨耗特性を向上させた合金で、自動車の高温暴露部材ゃ摺動部材用の棒材及び厚肉押出材として使用され、スポット溶接性及びりん酸亜鉛付着性等の表面処理性が低く、押出性も不足する。従つてこの材料は、本発明のような車体構造用押出部材として使用しうるものではない。

(iii)さらに、特開平 5 — 2 7 1 8 3 4号には、 M g 0 . 2 〜 1 . 2 w t %、 S i 1 . 2 〜 2 . 6 w t %を含有し、かつ、 { S i ( w t % ) - M g ( w t % ) / 1 . 7 3 } の値が 0. 8 5 を超え 2. 0未満で、残部が A 1 よりなり、結晶粒が微細で、人ェ時効性が安定なアルミニウム合金が開示されている。これは M g と S i の組成比を化学量論的な組成より、過乗 lj S i 側として、 M g 2 S i を生成しやすくした合金で、これらは従来の J I S 6 N 0 1 合金や A A 6 0 0 5合金の組成について、 M g、 S i の成分範囲を大きくしたに過ぎず、押出性は優れるが、その他のスポッ卜溶接性や表面処理性は不十分である。

( i V) さらにまた、特開平 8 _ 2 5 8 7 4号には、 S i 0. 5〜 2. 5 t % , F e 0. 2 ~ 1 . 0 w t %、 Z n 0 . 4 5 〜 1 . 5 w t %、 C u 0. 0 5〜 1 . 0 w t %、 M n 0 . 4 〜 1 . 5 w t %を含有する自動車構造部材用アルミニウム合金押出材が記載されている。この押出材は、押出性、強度、表面処理性は優れるが、素材の電気抵抗が低く、スポット溶接性には問題があつた。即ち、自動車の車体構造部材の量産ラインのスポット溶接においては、溶接用電極の損耗が問題であり、電極の損耗が進むと溶接部の組織が不安定となり、ナゲット寸法が変化し接合部の強度が低下するため、電極の交換を頻繁に行わなければならず、量産ラインの生産性を乱す最大の原因で、溶接用電極の損耗がスポット溶接性に絡む最大の問題であった。

また近年、環境問題、資源の有効利用などの点から、使用済みの製品のリサイクルの重要性が高まってきており、自動車部品の回収義務を立法化しようという動きもあり、金属屑の再利用についても種々検討されている。この中でとりわけ、回収されているアルミ缶やアルミニウムサッシ回収屑、廃車になった自動車の屑から高品質の材料を再生する技術の確立が切望されている。

したがって本発明は、スポッ卜溶接性と、化成処理性、脱脂性などの表面処理性とに優れ、高い強度と延性を有して衝撃吸収性の優れた自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材を提供することを目的とする。

また、本発明は、このようなスポット溶接性、表面処理性及び衝撃吸収性の優れた自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材の製造方法を提供することを目的とする。

さらに本発明は、原料にアルミ缶回収屑や自動車アルミニウム部品屑を用いて製造しうる上記のような優れた特性を有する自動車車体構造部材用押出材を提供することを目的とする。

さらに本発明は、スポット溶接性と、化成処理性、脱脂性などの表面処理性とに優れ、高い強度と延性を有して曲げ加工性の優れた自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材を提供することを目的とする。

また、本発明は、このようなスポッ卜溶接性、表面処理性及び曲げ加工性の優れた自動車車体構造部材用アルミニゥム合金押出材の製造方法を提供することを目的とする。

さらに本発明は、原料にアルミサッシ回収屑や自動車アルミニゥム部品屑を用いて製造しうる上記のような優れた特性を有する自動車車体構造部材用押出材を提供することを目的とする。

本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は、下記の記載からより明らかになるであろう。発明の開示

本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討した結果、特定の組成を有するアルミニウム合金を用い、これを特定の条件で均質化処理後、熱間圧延処理することにより得られた押出材により、上記課題を解決できることを見出し、この知見に基づき本発明をなすに至った。すなわち本発明は、

( 1 ) S i 2. 6 w t % (以下単に、 w t %を％と記す）を越え 4. 0 %以下、 M g 0. 3 %を越え 1 . 5 %以下、 M n 0. 3 %を越え 1. 2 %以下、 Z n 0. 3 %を越え 1 . 2 %以下、 C u 0. 2 %を越え 1 . 2 %以下、及び F e 0. 1 %を越え 1 . 5 %以下を含有し、残部が A 1 及び不可避的不純物よりなるアルミ二ゥム合金（以下、第 1 のアルミニウム合金という）を用いた押出材であって、導電率 4 8 % I A C S以下、溶融開始温度 5 7 0 °C以下であることを特徴とする自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材、

( 2 ) S i 2. 6 w t %を越え 4. O w t %以下、 M g 0. 3 w t %を越え 1 . 5 w t %以下、 Z n 0. 3 w t %を越え 1 . 2 w t %以下、 C u 0. 3 w t %を越え 1 . 2 w t %以下及び F e 0. l w t %を越え 1 . 5 w t %以下を含有し、さらに、 M n 0. 0 1 セ％を越え 0. 3 w t %以下、 C r 0. 0 1 w t %を越え 0. 3 w t %以下、 Z r 0. 0 1 \^ ％を越え 0. 3 w t % 以下及び V 0. 0 1 w t %を越え 0. 3 w t ^Q/₀以下から選ばれる少なくとも一種を含有し、残部が A 1 及び不可避的不純物よりなるアルミニウム合金（以下、第 2 のアルミニウム合金という）を用いた押出材であって、導電率 5 0 % I A C S以下、溶融開始温度 5 7 0 °C以下であることを特徴とする自動車車体構造部材用アルミ二ゥム合金押出材、

( 3 ) 前記アルミニウム合金がさらに S r又は S bを 5 0〜 5 0 0 p P m含有することを特徴とする（ 1 ) 又は（ 2 ) 項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材、

( 4 ) アルミニウム合金铸塊を、 5 2 0 °0を越ぇ 5 7 0 以下のビレツト温度で 1 時間以上の均質化処理後 4 0 0 °Cを越え 5 2 0 °C以下の温度で 1 時間以上保持する均質化処理後、冷却、再加熱し、 3 3 0 °Cを越え 5 0 0 °C以下のビレツ卜温度で熱間押出を行うことを特徴とする（ 1 ) 、（ 2 ) 又は（ 3 ) 項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材の製造方法、

( δ ) 押出ダイスの材料摺動面の少なくとも一部がセラミックスコーティングを有することを特徴とする（ 4 ) 項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材の製造方法、

( 6 ) アルミニウム合金铸塊の少なくとも一部に、 M n 0. 5 % を越え 1 . 2 %以下及び M g 1 . 2 %を越え 2. 0 %以下を含むアルミニウム缶回収屑と、 S i 2. 5 %を越え 1 4 %以下を含む自動車アルミニウム部品屑を使用したことを特徴とする（ 4 ) 又は ( 5 ) 項記載の製造方法で製造した自動車車体構造部材用アルミ二ゥム合金押出材（但し、アルミニウム合金は前記第 1 のアルミニゥム合金である）、及び

( 7 ) アルミニウム合金銬塊の少なくとも一部に、 M g 0 . 2 w t %を越え 1 . 0 w t %以下を含むアルミニウムサッシ回収屑と、 S i 2. 5 w t %を越え 1 4 w t %以下を含む自動車アルミニゥム部品屑を使用したことを特徴とする（ 4 ) 又は（ 5 ) 項記載の製造方法で製造した自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材（但し、アルミニウム合金は前記第 2 のアルミニウム合金である）

を提供するものである。

ここで、特に断わらない限り、本発明において用いるアルミニゥム合金とは、前記第 1 の及び第 2のアルミニウム合金の両方を包含する。発明を実施するための最良の形態

本発明において用いる第 1 のアルミニウム合金は、 S i 2. 6 %を越え 4. 0 %以下、好ましくは 2. 6〜 3. 5 %、 M g 0. 3 %を越え 1 . 5 %以下、好ましくは 0. 3〜 0. 8 %、 M n 0. 3 %を越え 1 . 2 %以下、好ましくは 0 . 3〜 0 . 8 %、 Z n 0. 3 %を越え 1 . 2 %以下、好ましくは 0 . 3〜 0. 8 %、 C u 0 . 2 %を越え 1 . 2 %以下、好ましくは 0 . 2〜 0 . 8 %、及び F e O . 1 %を越え 1 . 5 %以下、好ましくは 0. 1〜 1 . 0 %以下を含有する。

一方、本発明において用いる第 2のアルミニウム合金は、 S i

2. 6 w t %を越え 4. 0 ％以下、好ましくは 2. 6〜 3. 5 w t , M g 0. 3 w t %を越え 1 . 5 w t %以下、好ましくは 0. 3〜 0. 8 w t %、 Z n 0. 3 w t %を越え 1 . 2 \^ %以下、好ましくは 0. 3 ~ 0. 8 w t %、 C u 0 . 3 w t % を越えに 2 w t %以下、好ましくは 0. 3〜 0. 8 w t %、 F e

0. l w t %を越え 1 . 5 w t %以下、好ましくは 0. 1〜 1 . 0 w t %を含有する。さらに、 M n、 C r、 Z r及び Vから選ばれる少なくとも一種を含有し、含有量はそれぞれ 0. 0 1 1 %を越え 0. 3 w t %以下である。

本発明のアルミニウム合金材中の各元素の作用を説明する。

S i はアルミニウム合金材の強度を高める一方、必要な伸びを確保し、衝撃吸収エネルギー増大の作用を奏する。その含有量が 2. 6 %未満ではその作用が不足し、 4. 0 %を越えると押出しが困難となる。ここで衝撃吸収エネルギーとは圧縮、伸び変形などによって吸収しうるエネルギーをいい、本発明では引張試験における破断までの変形エネルギーで評価する。この値は 0 . 0 3 5 NmZmm² 以上が好ましく、 0. 0 4 Nm/mm² 以上がより好ましい。

また、 M gは、上記 S i と金属間化合物を形成し、 M g ₂ S i (析出物）を生成し強度を向上する作用がある。 M gが少なすぎると、その効果が不足し、多すぎると押出性が悪化する。

Z nは合金の融点を低下させ、スポット溶接性を向上させると同時に、表面反応性を増加させ、これにより脱脂性、.化成処理性等の表面処理性を向上させる。従来の自動車構造部材用アルミニウム合金押出材では Z nを多くすると、自己耐食性が悪化するという難点があったのに対し、本発明の組成では表面塗装が施されるため、自己耐食性低下の許容範囲が拡大することにより、これが阻止されている。 Z nが少なすぎるとスポット表面処理性が不足し、化成処理性が劣り、多すぎると耐食性が悪化する。

C uは合金の強度を増大させると同時に導電性及び融点を低下させ、スポット溶接性を向上させる。また、合金の強度増大による衝撃吸収エネルギーの向上にも寄与する。 C uが少なすぎるとその作用が不足し、多すぎると押出しが困難となる。

また、 F e は、結晶粒微細化による靱性向上、衝撃吸収エネルギ一増大の作用がある。 F eが少なすぎるとその作用が不足し、多すぎると粗大晶出相により、押出し性が悪化し、衝撃吸収エネルギ一が低下する。

第 1 のアルミニウム合金において、 M nは、強度を増大させ衝撃吸収エネルギーを向上させる。 M nが少なすぎるとその作用が不足し、多すぎると A 1 一 M n の粗大晶出相を発生し衝撃吸収エネルギ一が低下するとともに押出性を低下させる。

さらに、第 2のアルミニウム合金においては、上記割合の F e、及び M n、 C r、 Z r、 Vから選ばれる元素は結晶粒微細化により合金の成形性及び靱性を向上させる効果を持ち、その結果曲げ加工性を向上させる。本発明においてアルミニウム合金には、必要に応じてさらに S r 又は S bを 5 0〜 5 0 0 p p m含有させることができる。この S r 又は S bは、上記したアルミニウム合金の S i 粒子を微細化する作用を奏する。 S r又は S bは添加量が 5 0 p p m以下では微細化効果が不足し、 5 O O p p mを越えると微細化効果がなくなり、いわゆるオーバーモディフィケーション状態となる。したがって、これらの元素は 5 0〜 5 0 0 p p m, 好ましくは 5 0〜 3 0 O p p m程度添加される。

また、 S i 粒子の微細化のため、 S rや S bの代わりに、 N aが用いられることがあるが、熱間押出時の割れ原因となるため、極力使用せず、 S rや S bを使用することが望ましい。 N aは S i 粒子の微細化処理の観点からは最大でも約 1 5 0 p p m程度で十分とされているが、押出時の熱間割れを考慮すると、使用量はその数分の 1 とする必要がある。

また、本発明のアルミニウム合金押出材の導電率は、第 1 のアルミニゥム合金を用いた場合 4 8 % I A C S以下、好ましくは 4 6 % I A C S以下であり、第 2のアルミニウム合金を用いた場合 5 0 % I A C S以下、好ましくは 4 9 % I A C S以下であり、かつ、溶融開始温度が 5 7 0 °C以下、好ましくは 5 6 0 °C以下である。導電率が低く、かつ、溶融開始温度が低いことにより、車体組立工程においてスポット溶接を大電流を必要とせず、電極寿命も大幅に改善できるため、スポット溶接部の溶接品質と溶接ラインの生産性を維持しながらスポッ卜溶接を行うことができる自動車車体構造部材用押出材とすることができる。

本発明の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材は、上記した組成のアルミニウム合金铸塊を特定の条件で均質化処理したのち、冷却、再加熱し、所定の温度で熱間押出を行うことにより製造できる。

このときの均質化処理は、 ① 4 5 0 °Cを越え 5 2 0 °C以下の温度で 1 時間以上の均質化処理、 ② 5 2 0 °Cを越え 5 7 0 °C以下のビレット温度で 1 時間以上の均質化処理、又は③ 5 2 0 °Cを越え 5 7 0 °C以下のビレツト温度で 1 時間以上の均質化処理後 4 0 0 °Cを越え 5 2 0 °C以下の温度で 1 時間以上保持、の①、 ②又は③のいずれかによって行うことができる。

4 5 0 °Cを越える温度での均質化処理により、 M g ₂ S i が析出し、変形抵抗が低下する。さらに 5 2 0 °Cを越える高温での均質化処理を行うと M n系析出物が粗大化し、 M g共存下での高温変形抵抗が軽減され、押出速度の上限を上げることができる。

4 0 0 °C を越え 5 2 0 °C以下の温度での均質化処理は、 M g ₂ S i を析出させ、さらに変形抵抗を減少させることができ、これにより押出速度の上限がさらに増大する。

また、ビレツト加熱温度は低すぎると圧力が過大になり押出ができなくなる。高すぎると押出時の加工発熱で溶融が発生する。

本発明の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材はその製造においては、従来法より押出速度をより大きくしうることを特徴とする。さらに、押出ダイスの材料摺動面の一部又は全部にセラミックスコ一ティングを行うと、摺動抵抗が低下し、押出材速度の上限を約 2 0 %向上させることができ、好ましい。セラミツクスコ一ティングは、少なくとも 3 m m以下のクリアランスを有する部分、もしくはダイス面全部に施すことがさらに好ましい。上記のように、特定の組成のアルミニウム合金錶塊を特定の温度で均熱処理、押出処理することで、押出時の割れの発生、押出荷重の過大等が改善され、生産性が向上する。押出時の割れの原因はメタルフローの差によって各部位の速度に差ができ、押出形材の内部に内部剪断力が働きその張力で破断にいたるものと推定され、特に中柱のあるホロ一材は部位による速度差がつきやすく加工発熱も一般に大きいため割れ発生の可能性が高いが、本発明方法によればこのような形状の部材も割れを発生することなく高い押出速度で製造することができる。

第 1 のアルミニウム合金を用いる場合、本発明における合金では熱間押出時に割れが発生しやすく、生産性を悪化させる恐れがあるが、以下に示す、均質化処理及び押出材の形状との関係から求まる速度で押出を行うことにより、割れを回避することができる。（V は押出速度（ m 分）、 Tは押出開始時のビレツト温度 C ) を表わす。）

① 4 5 0 °Cを越え 5 2 0 °C以下の温度で 1 時間以上の均質化処理を行った場合

中柱のあるホロー材： V く 1 4 0 0 0ノ T 中柱のないホロー材及びソリッド材： V < 2 0 0 0 0 / T ② 5 2 0 °Cを越え 5 7 0 °C以下の温度で 1 時間以上の均質化処理を行つた場合

中柱のあるホロー材： V < 1 5 0 0 0 / T 中柱のないホロー材及びソリッド材： V < 2 2 0 0 0 / T ③ 5 2 0 °Cを越え 5 7 0 °C以下の温度で 1 時間以上の均質化処理を行った後、 4 0 0 °Cを越え 5 3 0 °C以下の温度で 1 時間以上の保持を行った場合

中柱のあるホロー材： V < 1 6 0 0 0ノ T 中柱のないホロー材及びソリッド材： V < 2 4 0 0 0 / T 上記の通り、押出速度は③、 ②、 ①の順に優れる。

また、第 2のアルミニウム合金を用いる場合、本発明における熱間押出の速度は特に制限はないが、均質化処理及び押出材の形状との関係で以下の速度が特に好ましい。（Vは押出速度（m/分）、 Tは押出開始時のビレツ卜温度 C) を表わす。）

中柱のあるホロ一材： V < 1 6 0 0 0 ZT 中柱のないホロー材及びソリッド材： V < 2 2 0 0 0 / T

② 5 2 0 °Cを越え 5 7 0 °C以下の温度で 1 時間以上の均質化処理を行った場合

中柱のあるホロー材： V < 1 7 0 0 0 / T 中柱のないホロー材及びソリッド材： V < 2 3 0 0 0 / T

③ 5 2 0 °Cを越え 5 7 0 °C以下の温度で 1 時間以上の均質化処理を行った後、 4 0 0 °Cを越え 5 3 0 °C以下の温度で 1 時間以上の保持を行った場合

中柱のあるホロー材： V < 1 8 0 0 0 ZT 中柱のないホロー材及びソリッド材： V く 2 4 0 0 0 Z T 上記の通り、押出速度は③、 ②、 ①の順に優れる。

本発明の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材の製造方法では、アルミ缶やアルミサッシ、また廃車になった自動車のアルミニゥム層をリサイクルして使用することができることが特徴の 1 つである。

本発明で用いる第 1 のアルミニウム合金は S i 、 M n、 Z nを、第 2 のアルミニウム合金は S i 、 Z nを多く含むので、その原料として各種の金属屑をリサイクル利用することが可能である。利用できるリサイクル屑としては例えば、回収したアルミニウム缶およびアルミニゥムサッシ屑ゃ自動車のエンジン屑をはじめとする部品屑などがある。好ましくは M n 0 . 5 %を越えに 2 %以下及び M g 1 . 2 %を越え 2 . 0 %以下を含むアルミニウム缶回収屑、 M g 0 . 2 %を越え 1 . 0 %以下を含むアルミニウムサッシ回収屑、及び S i 2 . 5 %を越え 1 4 %以下を含む自動車アルミニゥム部品屑などの回収材を原料の一部に用いる。この場合、回収材には必要に応じて純化処理を行うが、これらの純化処理は、 α固溶体分離処理等の通常行われている方法で行うことができる。このような純化処理方法自体は公知であり、例えば、特開平 7 _ 5 4 0 6 1 号、同 7 _ 1 9 7 1 4 0号などに記載があり、これに従って行うことができる。

上記のような屑を使用することにより、得られる部材の衝撃吸収エネルギーを増加させることができる。また、これらの屑は比較的入手しやすく、部材のコスト低減にもつながる。

本発明の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材は、第 1 のアルミニゥム合金を用いた場合、導電性と溶融開始温度が低いためスポット溶接時に電極の損耗が少なく、組立工程の生産性向上を達成でき、脱脂性、化成処理性がよいため表面処理性に優れ、さらに強度も高く、衝撃吸収エネルギーが大きいので、肉厚が薄くてよいという優れた効果を奏する。このアルミニウム合金押出材は、自動車車体構造部材として、サイドフレーム、リアフレーム、センターピラー、サイドシル、フロアフレームのようなスポット溶接性と表面処理性の両者が要求される用途に用いられる。

さらに、本発明の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材は、第 2のアルミニウム合金を用いた場合、導電性と溶融開始温度が低いためスポット溶接時に電極の損耗が少なく、組立工程の生産性向上を達成でき、脱脂性、化成処理性がよいため表面処理性に優れ、さらに強度も高く、曲げ加工性が高く、高度の曲げ加工でも割れを発生しないという優れた効果を奏する。このアルミニウム合金押出材は、自動車車体構造部材として、サイドフレーム、リアフレーム、センターピラー、サイドンル、フロアフレームのような曲げ加工性とともにスポット溶接性及び表面処理性が要求される用途に用いられる。

また、本発明の製造方法によれば、高い押出速度で割れのない押出材を生産性よく製造できる。さらに本発明の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材は、アルミ缶回収屑やアルミサッシ回収屑、自動車アルミニウム部品屑などを用いて高品質、低コストで製造することが可能である。実施例

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

表 4及び表 5に示すように、表 1 に示す 1 A〜 1 I の組成のアルミニゥム合金を、表 3に示す I 〜V Iの条件でソ一キング、押出加工を行い、アルミニウム合金押出材試料 1 〜 1 5 の製造試験を行つた。押出時ファン空冷後、 1 8 0 °Cで 2時間時効処理したのち、下記の特性を評価した。結果を表 4及び表 5 に示した。

なお、表 1 の 1 A〜 1 C に用いた A D C 1 2 Z 、 U B C及び A C 4 C Hの組成は表 2の通りであり、純化は α固溶体分離処理法によって行った。

各特性の試験方法は次の通りである。

①引張試験（引張り強さ、耐カ、伸び値）

インストロン型引張試験機で、 J I S 5号試験片を用い、引張速度 1 0 m mノ m i nで行い、引張強さ、耐カ、伸び値を求めた。 ②衝撃吸収エネルギー

押出形材の引張、圧縮等の塑性変形によって吸収し得るエネルギーのことで、引張試験における破断までの変形エネルギーを求めた。

③導電率

標準試験片にて調整した測定装置により渦電流法により測定し、

I A C S %で表した。

④溶融開始温度

昇温速度 2 0 °C / m i nで D S C法にて、'熱分析を行って求めた。

⑤リン酸亜鉛付着量

リン酸亜鉛処理は、各工程とも、日本パー力一ライジング製の市販薬剤を用い、 7 0 mm X 1 5 0 m mの寸法の試験片にて、脱脂及び表面調整の前処理後、リン酸亜鉛処理を行うという手順で行った。その処理工程は、脱脂剤（商品名 F C — L 4 4 6 0 ) で 4 3 °C X 2 m i nの脱脂後、表面調整剤（商品名 P L - 4 0 4 0 ) で室温 x 3 0 s e c後、さらにリン酸亜鉛処理剤（商品名 P B - L 3 0 2 0 ) で 4 3 °C X 2 m i nのリン酸亜鉛処理を行い、処理終了後、水洗、乾燥し、リン酸亜鉛の単位面積当たりの付着重量を測定した。

⑥スポット溶接性

スポット溶接は、単相整流溶接器にて、 1 % C r _ C u Rタイプ電極 R = 1 5 0を用い、加圧力 3 9 2 3 N ( 4 0 0 K g f ) 、溶接電流 3 0 K Aで行った。なお、スポット溶接は、加圧力を一定時間保持し、その加圧力保持の間に溶接電流を印加し、一定溶接電流を一定時間保持した後、溶接電流印加終了後も、材料のナゲット部が完全に凝固するまでの間、加圧力を保持する方法で行った。

ここで加圧力付加後、溶接電流の立ち上がるまでの時間（スクィズタイム）は 3 5 サイクル（ 0. 7 0 s e c ) 、一定電流値を保持し材料を溶融する時間（ウエルドタイム）を 1 2 サイクル ( 0. 2 4 s e c ) 、さらに電流印加終了後の保持時間（ホールドタイム）を 1 5サイクル（ 0. 3 0 s e c ) とし、溶接は 1 スポット Z 3 s e cで行い、その結果、引.張せん断荷重が 3 0 0 0 k N以下となった点を電極寿命として評価した。

⑦曲げ加工性

9 0 ° の V字曲げ（先端 R 2 mm) を行い、割れが発生しなければ良好、割れの発生したものは不良と評価した。表 1

表 2

組成 (w t °/o)

Cu F e S i Mn Mg C r T i Zn A 1

ADC12Z 2.1 1.15 11.7 0.31 0.16 0.01 0.01 1.83 残部

AC4CH 0.11 0.13 7.0 0.01 0.38 0.03 0.01 0.05 残部

UBC 0.11 0.38 0.07 0.78 1.48 0.01 0.01 0.00 残部表 3

(注） * ダイス

ホロ一 1 1辺 4 Ommの曰の字板厚 2. 0mm ハイス鋼製ホロ一 2 1辺 40mmの口の字板厚 2. 0mm ハイス鋼製ソリッド 2. 0 t X 100W

T i Nコ一卜：ベアリンク "部に 1 m厚でコーティング、

素地はハイス鋼

表 4

* 3秒に 1 丁点して Lヽき、せく3000k NOTとなつた点^ ϊとし

比較例

No.

10 1 1 12 13 14 15

1 F 1G 1H 1 I 1G 1G

■ τ τ T T

丄丄丄丄 V V vT 1 m m m 權權 1れ弓隨さ (MPa) 282 190 31 1

¾Wa) 9 Π U 丄 1 1 A 7 Δ 0 (

伸び（％) 1 . 0 13. 8 14. 7

曲 ί無 14 -t3¾i丁

0.034 0.023 0.040

^(Nm/ram²)

特

50 55 45

(IACS%)

性

蕭开 1½¾ 580 610 560

CO

リン 1. 40 0. 75 1. 65

量 (g/m²)

400 270 700 * 3秒に 1 打点していき、せ X«¾^3000 kNOTとなった点を ¾6卩とし/"o

表 4及び表 5 の結果から明らかなように、比較例としての試料 1 0 は、衝撃吸収エネルギーが低く、スポット溶接時の電極寿命が短い。さらに溶融開始温度が高く、りん酸亜鉛付着量も小さく表面処理性が劣る。試料 1 1 は、引張強さ及び耐力が著しく劣り、衝撃吸収エネルギーが著しく小さく、強度等機械的特性面で実用性がない。また、この試料 1 1 は導電率と溶融開始温度が高く、スポッ卜溶接時の電極寿命も短く、りん酸亜鉛付着量（ 1 . 8 gZm² 以上が必要であり、 2. O g /m² 以上が好ましい）も 0. 7 5 g / m ² と著しく低い。また試料 1 2 は、引張強さ、伸び、衝撃吸収エネルギーは大きく、溶接性も良いが、りん酸亜鉛付着量が 1 . 6 5 gZm² と低く、化成処理性に劣る。

以上、試料 1 0 ~ 1 2 は、強度、衝撃吸収エネルギー、溶接性 (スポット溶接時の電極寿命）、化成処理性のいずれかが低い等の問題がある。

また試料 1 3〜 1 5 は、押出性が著しく悪く、試料 1 3及び 1 5 はホロー材の中柱が割れ、試料 1 4は押出不能で、目的の押出材が得られなかった。

これに対し本発明の試料 1 〜 9 は、引張強さ及び伸びが優れ、衝撃吸収エネルギーが高く、導電率、溶融開始温度が低い。そして表面処理性を示すリン酸亜鉛付着量は 1 . 8 7〜 2. 4 4 gZm² の値を示し非常に優れ、さらにスポット溶接時の電極の損耗が少なく、電極の寿命が長くスポット溶接性も優れる。

—方、表 9及び表 1 0 に示すように、表 6 に示す 2 A〜 2 I の組成のアルミニゥム合金を、表 8 に示す I 〜 VIの条件でソーキング、押出加工を行い、アルミニウム合金押出材試料 1 6〜 3 0 の製造試験を行った。押出時ファン空冷後、 1 8 0 °Cで 2時間時効処理したのち、各特性を評価した。結果を表 9及び表 1 0 に示した。

なお、表 6の 2 A〜 2 Cに用いた A D C 1 2 Z、 A C 4 C H及びサッシ屑の組成は表 7の通りであり、純化は α固溶体分離処理法によって行った。

各特性の試験方法は前記の通りである。

表 6

組成（w t )

種別備考

M n M a C r T i Z r Z n S r A 1

ADC 12Z サシ 1§

2 A 0. 55 0. 35 3. 21 0. 15 0. 49 0. 05 0. 03 0. 01 0. 05 0. 62 残部

混合純化

ADC 12Z サシ屑

2 Α ' 0. 55 0. 35 3. 21 0. 15 0. 49 0. 05 0. 03 0. 01 0. 05 0. 62

1 nnm 残部

地金混合砘化本

ADC 12Z サシ/ g

2 Β 0. 82 0. 35 2. 65 0. 1 1 0. 68 0. 04 0. 04 0. 01 0. 03 0. 35 残部

発地金混合純化明 AC4CH. サプシ屑

2 C 1. 05 0. 85 3. 95 0. 08 0. 99 0. 07 0. 06 0. 01 0. 10 0. 31 残部

混合例

2 D 0. 40 0. 25 2. 65 0. 03 0. 40 0. 03 0. 05 0. 03 0. 03 0. 30 残部

2 E 1. 10 1. 35 3. 95 0. 25 1. 40 0. 25 0. 25 0. 01 0. 25 1. 10 残部

2 F 0. 45 0. 33 2. 20 0. 01 0. 35 0. 03 0. 02 0. 00 0. 03 0. 00 残部比 2 G 0. 01 0. 25 0. 39 0. 03 0. 48 0. 03 0. 05 0. 01 0. 25 0. 00 残部

較

2 H 0. 43 0. 33 2. 80 0. 20 0. 45 0. 03 0. 02 0. 01 0. 02 0. 20 残部

M

2 I 0. 55 0. 31 5. 12 0. 82 0. 45 0. 03 0. 05 0. 00 0. 03 0. 00 残部

表 7

表 8

(注） * ダイス

ホロ一 1 1辺 4 0 mmの日の字扳厚 2. 0 mm ハイス鋼製ホロ一 2 1辺 40 mmの口の字板厚 2. 0 mm ハイス鋼製ソリッド 2. 0 t X 1 0 0 W

T i Nコート：べアリング部に 1 n m厚でコーティング、

素地はハイス鋼表 9

(注） * 3秒に 1点打点していき、せん断荷重が 3 0 0 0 k N以下となった点を寿命とした。

表 1 o

表 9 び表 1 0 の結果から明らかなように、比較例としての試料 2 9 は押出性が著しく悪く押出が不能であり、試料 2 8及び 3 0はホロー材の中柱が割れ、目的の押出材が得られなかった。試料 2 5 は、押出結果は良好であったもののリン酸亜鉛付着量が低く、化成処理性にも劣る。さらに、スポッ卜溶接時の電極寿命についても非常に低い。試料 2 6 もスポット溶接時の電極寿命が 2 7 0 と著しく低く、リン酸亜鉛付着量も 0 . 7 5 g Z m ² と極めて低いうえ、溶融開始温度が 6 1 0 °Cと高くなつている。試料 2 7はリン酸亜鉛付着量が低く、表面処理性に劣る。

これに対し本発明の試料 1 6〜 2 4 は、引張強さ、耐カ及び伸びが優れ、導電率、溶融開始温度が低い。そして表面処理性を示すリン酸亜鉛付着量は 1 . 8 7 g Z m ² 以上の値を示し非常に優れ、さらにスポット溶接時の電極寿命が長く、電極の損耗が少ないことがわ力、る。産業上の利用可能性

本発明の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材は、導電性と溶融開始温度が低いためスポット溶接時に電極の損耗が少なく、組立工程の生産性向上を達成でき、脱脂性、化成処理性がよいため表面処理性に優れ、さらに強度も高く、かつ衝撃吸収エネルギ一が大きいので肉厚が薄くてもよく及び Z又は曲げ加工性が高くて高度の曲げ加工でも割れを発生しないので、自動車車体構造部材として、サイドフレーム、リアフレーム、センターピラー、サイドシル、フロアフレームに用いるのに好適なものである。

また、本発明の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材の製造方法は、前記の優れた特性を有する押出材を、原料として回収アルミニウム材を用いて低価格で製造する方法として好適なものでのる。

さらに、本発明の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材は、原料の少なくとも一部として回収アルミニウム材を用いることができ、アルミニウム廃材のリサイクル用途としても好適なものである。本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しょうとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。

Claims

請求の範囲

1 . S i 2. 6 w t %を越え 4. O w t %以下、 M g 0. 3 w t %を越え 1 . 5 w t %以下、 M n 0. 3 w t %を越え 1 . 2 w t %以下、 Z n 0. 3 w t %を越え 1 . 2 w t %以下、 C u

0. 2 w t %を越え 1 . 2 w t %以下、及び F e 0 . 1 w t % を越え 1 . 5 w t %以下を含有し、残部が A 1 及び不可避的不純物よりなるアルミニウム合金を用いた押出材であって、導電率 4 8 % I A C S以下、溶融開始温度 5 7 0 °C以下であることを特徴とする自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材。

2. 前記アルミニウム合金がさらに S r又は S bを 5 0〜 5 0 0 p p m含有することを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材。

3. アルミニウム合金の少なくとも一部として、アルミニウム缶回収屑及び自動車アルミニウム部品屑からなる群から選ばれた少なくとも 1種を使用したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合.金押出材。

4. 前記アルミニウム合金がさらに S r又は S bを 5 0〜 5 0 0 p p m含有することを特徴とする請求の範囲第 3項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材。

5. アルミニウム合金铸塊の少なくとも一部に、 M n 0 . 5 w t %を越え 1 . 2 w t %以下及び M g 1 . 2 w t % を越え 2. 0 w t %以下を含むアルミニウム缶回収屑と、 S i 2 . 5 w t %を越え 1 4 w t %以下を含む自動車アルミニウム部品屑を使用したアルミニウム合金铸塊を、 5 2 0 を越ぇ 5 7 0 °(：以下のビレット温度で 1 時間以上の均質化処理後 4 0 0 °Cを越え 5 2 0 °C以下の温度で 1 時間以上保持する均質化処理後、冷却、再加熱し、 3 3 0 °Cを越え 5 0 0 °C以下のビレツ卜温度で熱間押出したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の自動車車体構造部材用アルミ二ゥム合金押出材。

6 . 前記アルミニウム合金がさらに S r又は S bを 5 0〜5 0 0 P p m含有することを特徴とする請求の範囲第 5項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材。

7. アルミニウム合金铸塊を、 5 2 0 を越ぇ 5 7 0 以下のビレツト温度で 1 時間以上の均質化処理後 4 0 0 °Cを越え 5 2 0 °C以下の温度で 1 時間以上保持する均質化処理後、冷却、再加熱し、 3 3 0 °Cを越え 5 0 0 °C以下のビレツト温度で熱間押出を行うことを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の自動車車体構造部材用アルミニゥム合金押出材の製造方法。

8 . 前記アルミニウム合金がさらに S r又は S bを 5 0〜 5 0 0 p p m含有することを特徴とする請求の範囲第 7項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材の製造方法。

9 . 押出ダイスの材料摺動面の少なくとも一部がセラミックスコ一ティングを有することを特徴とする請求の範囲第 7項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材の製造方法。

1 0 . S i 2 . 6 w t %を越え 4 . 0 w t %以下、 M g 0 . 3 w t %を越え 1 . 5 w t %以下、 Z n 0 . 3 w t %を越え 1 . 2 w t %以下、 C u 0 . 3 w t %を越え 1 . 2 w t %以下及び F e 0 . l w t %を越え 1 . 5 w t %以下を含有し、さらに、 M n 0 . 0 1 \^ セ％を越え 0 . 3 w t %以下、 C r 0 . 0 1 w t % 越え 0. 3 w t %以下、 Z r 0. 0 1 w t %を越え 0. 3 w t % 以下及び V 0. 0 1 w t %を越え 0. 3 w t %以下から選ばれる少なくとも一種を含有し、残部が A 1 及び不可避的不純物よりなるアルミニウム合金を用いた押出材であって、導電率 5 0 % I A C S 以下、溶融開始温度 5 7 0 °C以下であることを特徴とする自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材。

1 1 . 前記アルミニウム合金がさらに S r又は S bを 5 0〜 5 0 0 p p m含有することを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材。

1 2. アルミニウム合金の少なくとも一部として、アルミニウムサッシ回収屑及び自動車アルミニウム部品屑からなる群から選ばれた少なくとも 1種を使用したことを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材。

1 3. 前記アルミニウム合金がさらに S r又は S bを 5 0〜 5 0 0 p p m含有することを特徴とする請求の範囲第 1 2項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材。

1 4. アルミニウム合金銬塊の少なくとも一部に、 0 . 2 w t %を越え 1 . O w t %以下を含むアルミニウムサッシ回収屑と、 S i 2. 5 w t %を越え 1 4 w t %以下を含む自動車アルミニゥム部品屑を使用したアルミニウム合金铸塊を、 5 2 0 °Cを越え 5 7 0 °C以下のビレツト温度で 1 時間以上の均質化処理後 4 0 0 °C を越え 5 2 0 °C以下の温度で 1 時間以上保持する均質化処理後、冷却、再加熱し、 3 3 0 °Cを越え 5 0 0 °C以下のビレツト温度で熱間押出したことを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材。

1 5. 前記アルミニウム合金がさらに S r又は S bを 5 0〜 5 0 0 p p m含有することを特徴とする請求の範囲第 1 4項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材。

1 6. アルミニウム合金铸塊を、 5 2 0 °0を越ぇ 5 7 0 °( 以下のビレツト温度で 1 時間以上の均質化処理後 4 0 0 °Cを越え 5 2 0 °C以下の温度で 1 時間以上保持する均質化処理後、冷却、再加熱し、 3 3 0 °Cを越え 5 0 0 °C以下のビレツト温度で熱間押出を行うことを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の自動車車体構造部材用アルミニゥム合金押出材の製造方法。

1 7. 前記アルミニウム合金がさらに S r又は S bを 5 0〜 5 0 0 p p _m含有することを特徴とする請求の範囲第 1 6項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材の製造方法。

1 8. 押出ダイスの材料摺動面の少なくとも一部がセラミックスコ一ティングを有することを特徴とする請求の範囲第 1 6項記載の自動車車体構造部材用アルミニウム合金押出材の製造方法。