WO2021149411A1 - アルミニウム合金製部材の製造方法 - Google Patents

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WO2021149411A1
WO2021149411A1 PCT/JP2020/046935 JP2020046935W WO2021149411A1 WO 2021149411 A1 WO2021149411 A1 WO 2021149411A1 JP 2020046935 W JP2020046935 W JP 2020046935W WO 2021149411 A1 WO2021149411 A1 WO 2021149411A1
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heating
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alloy extruded
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寛哲 細井
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株式会社神戸製鋼所
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Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing an aluminum alloy member, and particularly to a method for manufacturing an aluminum alloy member by warmly plastic working a heat-treated aluminum alloy extruded material of T1 tempering.
  • Aluminum alloys have a density of about 2.7 gcm- 3 , which is about one-third that of steel, and are lightweight. Therefore, their adoption in structural members of transportation machines, particularly automobiles, is accelerating.
  • these structural members in addition to cast products and forged products, rolled materials (plates) and extruded materials are used.
  • the extruded material has a feature that a long material having a hollow closed cross section having an arbitrary wall thickness distribution can be obtained without additional processing, and is suitable for manufacturing automobile frame parts and energy absorbing parts.
  • Such automobile skeleton parts include rockers, side members, pillars, subframes, and the like, and energy absorbing parts include door reinforcing materials, bumper reinforcing materials, roof reinforcing materials, and the like.
  • the weight reduction effect obtained by replacing an automobile part with a part manufactured from an extruded aluminum alloy material largely depends on the strength (strength) of the aluminum alloy, and is used for such an automobile part.
  • Development of aluminum alloy is in progress.
  • Typical high-strength aluminum alloys are heat-treated (precipitation-curing) alloys of 6000 series (Al-Mg-Si- (Cu) series) and 7000 series (Al-Zn-Mg- (Cu) series).
  • a 6000 series aluminum alloy has a 0.2% proof stress of about 200 to 350 MPa
  • a 7000 series aluminum alloy has a 0.2% proof stress of about 300 to 500 MPa, which can be obtained by T5, T6 or T7 tempering.
  • the 7000 series aluminum alloy has high strength and can be expected to have a high weight reduction effect.
  • Plastic working is a means of deforming a material by mechanical force and forming the material into a product of a predetermined shape and size. It is a bending process that changes the shape of an aluminum alloy extruded material in the longitudinal direction, and a cross section is crushed by a press machine. This includes variable cross-section machining to expand or expand, shearing to drill and / or cut with a press.
  • the tensile residual stress of an aluminum alloy member (a member obtained by subjecting an aluminum alloy extruded material to additional processing and / or heat treatment) is generated by additional processing (plastic working and / or cutting) or heat treatment.
  • plastic working Of particular concern is the tensile residual stress generated by plastic working.
  • Typical examples of the plastic working performed on the extruded aluminum alloy material are the above-mentioned bending work, variable cross-section work and shearing work, and when the above-mentioned plastic working is performed cold, a strong tensile residual stress is generated.
  • the 7000 series aluminum alloy extruded material having a risk of stress corrosion cracking suppression of tensile residual stress due to plastic working has become a technical issue.
  • the plastic working (cold working) of the heat-treated aluminum alloy extruded material is often performed on the T1 heat-treated material, not on the T5, T6, and T7 heat-treated materials.
  • the T1 tempered material is softer than the T5, T6, and T7 tempered materials, has high ductility, and is excellent in workability.
  • a softening heat treatment may be performed before the plastic working. be.
  • the T1 tempered material means an aluminum alloy extruded material that has not been tempered except for natural aging after extrusion processing.
  • the extruded material is plastically worked (warmly processed) at a temperature higher than room temperature in order to improve the workability of the heat-treated aluminum alloy extruded material.
  • plastic working of an aluminum alloy extruded material is performed by utilizing a high temperature state immediately after extrusion.
  • Patent Document 3 an extruded aluminum alloy material is solution-treated, heat-treated at 50 to 100 ° C. for 1 to 30 minutes, reheated within a temperature range of 100 to 200 ° C. after natural aging, and within that temperature range. We are doing plastic working.
  • the warm working of the aluminum alloy extruded material is a method for improving the ductility and workability of the extruded material.
  • warm working reduces the tensile residual stress of the product (aluminum alloy member). It is also a method for improving stress corrosion cracking resistance.
  • One of the embodiments of the present invention is to heat an aluminum alloy extruded material having a hollow cross section to reach a temperature within a predetermined temperature range, and then perform plastic processing (warm processing) within the temperature range.
  • the aluminum alloy extruded material is a T1 tempered material of a heat-treated aluminum alloy extruded material
  • the temperature range is 150 to 300 ° C.
  • the aluminum alloy extruded material is used.
  • the first heating mold and the second heating mold heated to 200 to 350 ° C. sandwich the aluminum alloy extruded material from a direction perpendicular to the extrusion direction, and the first heating mold.
  • the temperature is raised by heat transfer from the second heating mold to reach a temperature within the temperature range.
  • the method for manufacturing the aluminum alloy member may include the following specific forms. (1) The step of cooling after the step of performing the plastic working and the step of performing an artificial aging treatment after the step of cooling are further included. (2) The aluminum alloy is a 7000 series aluminum alloy. (3) The load applied to the aluminum alloy extruded material from the first heating mold and the second heating mold when the temperature of the aluminum alloy extruded material is raised is defined as P (unit: N).
  • the projected area of the contact point between the aluminum alloy extruded material and the first heating mold in the direction perpendicular to the extruded direction is A 1 (unit: m 2 ), and the aluminum alloy extruded material and the first 2
  • a 1 unit: m 2
  • the relationship of 0.07 MPa is satisfied.
  • the first heating mold and the second heating mold are made of steel, aluminum, or copper.
  • the aluminum alloy member is an energy absorbing part or an automobile frame part.
  • the aluminum alloy extruded material is used as the extrusion direction of the aluminum alloy extruded material. Achieves high productivity (large temperature rise rate) at low cost by sandwiching the temperature with a heated heating mold from a vertical direction (for example, the vertical direction shown in FIG. 2 to be described later). Can be done.
  • the deformability of the aluminum alloy extruded material is improved, the tensile residual stress generated by the plastic working is reduced, and the product ( It is possible to improve the stress corrosion cracking resistance of aluminum alloy members).
  • the T1 tempered material of the extruded aluminum alloy material is used as the material, energy absorbing parts such as door reinforcing materials, bumper reinforcing materials and roof reinforcing materials, which are required to have strength, and rockers and side members. , Pillars, subframes and other automobile frame parts can be manufactured at low cost.
  • this manufacturing method includes a step of manufacturing a T1 tempered aluminum alloy extruded material (P1), a step of cutting the extruded material to a predetermined length and straightening it (P2), and cutting the extruded material from 150 to 150.
  • T1 tempered aluminum alloy extruded material In the method for manufacturing an aluminum alloy member according to the embodiment of the present invention, a T1 heat-treated material of a heat-treated aluminum alloy extruded material is used as a material.
  • the main heat-treated aluminum alloy include 6000 series (Al-Mg-Si (-Cu) series) and 7000 series (Al-Mg-Zn (-Cu) series) aluminum alloys.
  • the composition of the heat-treated aluminum alloy applied to the embodiment of the present invention is not particularly limited.
  • compositions of the 6000 series Mg: 0.4 to 1.2% by mass, Si: 0.3 to 0.95% by mass, Cu: 0.01 to 0.65% by mass, Ti: 0.001 It contains ⁇ 0.10% by mass, and further, Mn: 0.01 to 0.3% by mass, Cr: 0.01 to 0.3% by mass, Zr: 0.01 to 0.3% by mass.
  • a composition containing two or more kinds and composed of the balance Al and unavoidable impurities can be mentioned.
  • Zn 3.0 to 8.0% by mass
  • the T1 tempering material means a material that has been tempered only by natural aging after extrusion processing.
  • the extruded material means an extruded material according to the definition of a shaped material specified in JIS H4100 and an extruded material according to the definition of a pipe specified in JIS H4080, and both a hollow material and a solid material. Is included.
  • cross section perpendicular to the extrusion direction of the aluminum alloy extruded material may be simply referred to as a "cross section".
  • the "hollow cross section” means a cross section perpendicular to the extrusion direction of the extruded aluminum alloy material and having a hollow portion.
  • 7000 series aluminum alloy members include energy absorbing parts such as door reinforcing materials, bumper reinforcing materials and roof reinforcing materials, and automobile frame parts such as rockers, side members, pillars and subframes.
  • the aluminum alloy extruded material 1 is referred to as heated heating dies 2 and 3 (hereinafter, the heating dies 2 are referred to as "first heating dies 2".
  • the heating die 3 is sometimes referred to as a "second heating die 3" from a direction perpendicular to the extrusion direction of the aluminum alloy extruded material 1 (for example, the vertical direction shown in FIG. 2). It is sandwiched and the entire cross section is heated to a target temperature within a predetermined temperature range (150 to 300 ° C.).
  • the aluminum alloy extruded material 1 has a rectangular outline in cross section, and is composed of a pair of flanges 4 and 5 that the heating dies 2 and 3 come into contact with, and three webs 6, 7 and 8 connecting them.
  • Bumper reinforcement is assumed as an application.
  • the front surfaces of the heating dies 2 and 3 are flat and are in contact with the entire width of the flanges 4 and 5.
  • a temperature gradient is formed on the cross section of the aluminum alloy extruded material from a portion near the heating die (high temperature portion a) to a portion away from the heating die (low temperature portion b).
  • the target temperature is set in the range of, for example, t 1 to t 2 (° C.)
  • the temperature of the low temperature portion b does not exceed the lower limit value t 1
  • the temperature of the high temperature portion a does not exceed the upper limit value t 2.
  • t 1 and t 2 are appropriately selected within the range of t 1 ⁇ 150 ° C, t 2 ⁇ 300 ° C, and t 1 ⁇ t 2.
  • the temperature of the heating mold 2 and 3 in the range of 200 ⁇ 350 ° C., the target temperature a temperature higher than the lower limit value t 1 of the (preferably high temperature 50 ⁇ 75 ° C.) is set to.
  • the entire cross section of the aluminum alloy extruded material 1 can be heated to the target temperature (t 1 to t 2) at a large temperature rising rate.
  • the aluminum alloy extruded material 1 is composed of a pair of flanges 4 and 5 in contact with the heating dies 2 and 3 and three webs connected to them.
  • the flange 4 with which the mold 2 contacts is bent at the central portion, a corresponding inclined portion is formed on the front surface of the mold 2, and the mold 2 is in contact with the entire width of the flange 4.
  • the front surface of the mold 3 is flat and is in contact with the entire width of the flange 5.
  • the aluminum alloy extruded material 1 is composed of a hollow portion 11 having a substantially pentagonal contour and a protruding flange 12 connected to the hollow portion 11, and the hollow portion 11 has surfaces 11a and 11b parallel to each other.
  • the front surfaces of the heating dies 2 and 3 are flat and are in contact with the entire widths of the surfaces 11a and 11b.
  • the aluminum alloy extruded material 1 is composed of a pair of flanges 4 and 5, webs 6, 7, 8 and 9 connected to them, and protruding flanges 12 and 13, and the outer surfaces of the flange 4 and the protruding flange 12 are formed. Makes a plane.
  • the front surfaces of the heating dies 2 and 3 are flat, the dies 2 are in contact with the full width of the flange 4 and the protruding flange 12, and the dies 3 are in contact with the full width of the flange 5.
  • FIG. 5 the aluminum alloy extruded material 1 is composed of a pair of flanges 4 and 5, webs 6, 7, 8 and 9 connected to them, and protruding flanges 12 and 13, and the outer surfaces of the flange 4 and the protruding flange 12 are formed. Makes a plane.
  • the front surfaces of the heating dies 2 and 3 are flat, the dies 2 are in contact with the full width of the flange 4 and the protrud
  • the aluminum alloy extruded material 1 is a circular pipe, and a recess having an arcuate cross section is formed on the front surface of the heating dies 2 and 3, and a part of the outer periphery of the aluminum alloy extruded material 1 comes into contact with the recess. is doing.
  • the aluminum alloy extruded material 1 is composed of a pair of flanges 4 and 5 and webs 6 and 7 connecting them, and the front surfaces of the heating dies 2 and 3 are flat and have the full width of the flanges 4 and 5. Are in contact. It is supposed to be used as a door beam.
  • the aluminum alloy extruded material 1 has a hollow portion 14 having a substantially hexagonal contour, two crossing ribs 15 and 16 formed in the hollow portion 14, and a protruding flange 17 connected to the hollow portion 14. , 18 consists of.
  • a groove-shaped recess is formed on the front surface of the heating dies 2 and 3, the hollow portion 14 of the aluminum alloy extruded material 1 comes into contact with the recess, and the protruding flange 17 is formed on the flat portion on the front surface of the heating dies 2 and 3. , 18 are in contact.
  • the heating dies 2 and 3 have a large contact area with the aluminum alloy extruded material 1 as compared with the case where the dies having only a flat front surface are used.
  • a load may be applied to the aluminum alloy extruded material 1 from the heating dies 2 and 3.
  • the larger the load the larger the heat transfer coefficient between the molds 2 and 3 and the aluminum alloy extruded material 1, and the higher the rate of temperature rise of the aluminum alloy extruded material 1.
  • the average heat transfer coefficient is 1500 Wm -2 K -1 or more
  • the aluminum alloy extruded material 1 is raised to a temperature within the temperature range (150 to 300 ° C.) in a relatively short time. Can be warmed.
  • the load applied from the heating dies 2 and 3 to the aluminum alloy extruded material 1 is set to P (unit: N).
  • the pressurizing direction of the contact point between the aluminum alloy extruded material 1 and the heating dies 2 and 3 (that is, the aluminum alloy extruded material 1 is formed by the first heating mold 2 and the second heating mold 3).
  • the projected area in the sandwiching direction is A (unit: m 2 )
  • it is preferable that the relationship of P / A ⁇ 0.07 MPa is satisfied at each of the upper and lower contact points.
  • the projected area of the contact point between the aluminum alloy extruded material 1 and the first heating die 2 in the pressurizing direction is A 1 (unit: m 2 ), and the aluminum alloy extruded material 1 second heating die 1 is used.
  • a 1 unit: m 2
  • the projected area of the contact point with the mold 3 in the pressurizing direction is A 2 (unit: m 2 )
  • the relationship of P / A 1 ⁇ 0.07 MPa and P / A 2 ⁇ 0.07 MPa can be satisfied.
  • the pressurizing direction is the vertical direction
  • the projected area is a horizontal projected area.
  • FIG. 9 shows the relationship (estimated value) between the contact pressure and the heat transfer coefficient when aluminum and stainless steel are in contact with each other and aluminum and steel are in contact with each other.
  • the thermal resistance (reciprocal of heat transfer coefficient) when aluminum comes into contact is 1.5 to 5.0 ⁇ 10 -4 m 2 KW -1 when the contact pressure is 0.1 MPa.
  • the cross-sectional area of the aluminum alloy extruded material 1 is S (unit: mm 2 )
  • the heating dies 2 and 3 are made of steel, S / L ⁇ 8 mm as shown in Examples described later. It is preferable to satisfy the relationship. When this relationship is satisfied, the aluminum alloy extruded material 1 can be heated to a temperature within the temperature range (150 to 300 ° C.) in a relatively short time.
  • the extruded aluminum alloy material is heated to a temperature within the range of 150 to 300 ° C. from room temperature, and then plastic working (warm working) is performed within the temperature range.
  • Plastic working generally includes bending, cross-sectioning and shearing.
  • the portion that raises the temperature of the aluminum alloy extruded material in the heating step may include at least a portion where plastic working is performed, and even the entire aluminum alloy extruded material (total length) may be partially subjected to plastic working (for example, plastic working). It may be the place where it is performed and its vicinity).
  • the heating die is made of steel and the plastic working is simple cross-section machining (for example, uniform crushing), the aluminum alloy extruded material is heated by the heating die and then used as it is. Plastic working can be performed. Even if the heating die is made of steel, if the plastic working is not a simple variable cross-section machining, or if it is bending or shearing, the heated aluminum alloy extruded material is taken out from the heating die and another It is necessary to perform plastic working with a mold (mold for plastic working). Further, even when the heating die is made of copper or aluminum, the plastic working needs to be performed by another die (plastic working die). The plastic working die can also be heated as necessary (for example, in the range of 150 to 300 ° C.) to prevent or suppress the temperature drop of the aluminum alloy extruded material during plastic working.
  • the plastic working die can also be heated as necessary (for example, in the range of 150 to 300 ° C.) to prevent or suppress the temperature drop of the aluminum alloy extruded material during plastic working.
  • the strength of the product (aluminum alloy member) after the artificial aging treatment is not sufficiently improved.
  • the cooling after the plastic working is performed at a cooling rate of 3 ° C./sec or more.
  • Example 1 An experiment was conducted to confirm the relationship between the temperature during plastic working and the occurrence of cracks in the extruded aluminum alloy material.
  • T1 tempered 7000 series aluminum alloy extruded material (aluminum alloy standard Z6W of Kobe Steel Co., Ltd.) is heated from room temperature, the ultimate temperature is changed variously, and plastic working (warm processing) is performed at the ultimate temperature. , The temperature condition that crack does not occur was investigated.
  • the aluminum alloy extruded material has a rectangular contour having a cross section of about 50 mm in height and about 150 mm in width, has two hollow portions, has a wall thickness of 2 to 4 mm, and has a pair of flanges having a length of about 150 mm. , Consists of three webs of about 50 mm in length that connect to the pair of flanges at equal intervals.
  • This aluminum alloy extruded material is used, for example, as a material for a bumper reinforcing material.
  • the extruded material was cut to a constant length perpendicular to the extrusion direction to prepare a test material for temperature history measurement and a plurality of test materials for plastic working.
  • the temperature of the test material was raised in an air furnace set at 500 ° C.
  • a thermocouple was attached to the web of the test material for measuring the temperature history, and the thermocouple was charged into the air furnace to measure the temperature history of the test material.
  • the result is shown in FIG. From the temperature history, the time (reaching time) from when the test material was charged into the air furnace until it reached various temperatures (reached temperature) was determined. As shown in FIG. 11, the rate of temperature rise up to 350 ° C. was about 5 ° C./s.
  • test materials for plastic working are charged into the air furnace one by one, and after reaching the predetermined arrival temperature (that is, immediately after the predetermined arrival time has elapsed), the test materials are taken out from the air furnace and immediately. It was subjected to plastic working (warm working). For the plastic working, a normal press machine was used, and the vertically parallel dies were held at the ultimate temperature, and the test material was crushed until the cross-sectional height reached 20 mm.
  • FIG. 12 shows a plot (x, ⁇ , ⁇ ) of the relationship between the reached temperature and the appearance quality of the bent outer side of the web.
  • x means the occurrence of clear cracks
  • ⁇ means the occurrence of minor cracks
  • ⁇ means the occurrence of only rough skin.
  • Example 2 For aluminum alloy extruded materials, an experiment was conducted to confirm the relationship between the temperature during plastic working and the tensile residual stress.
  • the T1 tempered 7000 series aluminum alloy extruded material was subjected to plastic working at various temperatures exceeding room temperature, and the relationship between the plastic working temperature and the tensile residual stress was investigated.
  • the composition of this 7000 series aluminum alloy is the same as that of Example 1.
  • the extruded profile is used, for example, as a material for a door beam, and as shown in FIG. 13A, is composed of a pair of flanges parallel to each other and a pair of webs connecting the pair of flanges, and has a height of 35 mm. The flange and web are perpendicular to each other.
  • One of the pair of flanges has a wall thickness of 2.2 mm and a width of about 34 mm
  • the other flange has a wall-thickness of 5.6 mm and a width. It is 40 mm.
  • Both of the webs have a wall thickness of 2 mm and a length of 27.2 mm.
  • the extruded material was cut to a constant length perpendicular to the extrusion direction, and the protruding portion of the thick-walled flange was cut off to prepare a plurality of test materials.
  • the test material is inserted into an air furnace set at 500 ° C. and heated, and after reaching 500 ° C., it is taken out from the air furnace and cooled while controlling the temperature with a contact thermometer, and each test temperature (300 ° C., 250 ° C., 250 ° C.) When the temperature reached (° C., 200 ° C., 150 ° C., 50 ° C.), plastic working was performed immediately.
  • a normal press was used to hold the vertically parallel dies at the test temperature, and crushing the test material from the tip to a length of 200 mm until the cross-sectional height was 25 mm.
  • Two test materials were used for each test temperature, and the same crushing process was performed for each. The test material after the crushing process was immediately forcibly air-cooled to room temperature.
  • the web is greatly bent and deformed.
  • the residual stress generated on the outside of the bending of the web by crushing was measured using an X-ray stress measuring device MSF-3M (manufactured by Rigaku Co., Ltd.).
  • the measurement points are the position near the thick-walled flange (measurement point A) in the area between the crushed area (area with a cross-sectional height of 25 mm) and the non-crushed area (area with a cross-sectional height of 35 mm). It was set to the position near the thick-walled flange (measurement point B) in the crushed region.
  • the measurement conditions and analysis conditions are shown in Table 1, and the measurement points A and B are indicated by ⁇ in FIGS.
  • the measurement point A is substantially flat, and the measurement point B is a recess.
  • Table 2 shows the plastic working temperature and the measurement results. The values of tensile residual stress shown in Table 2 are the average values of the two test materials. In Table 2, the numerical value given with ⁇ is the compressive residual stress.
  • the plastic working temperature is R. T. At 50 ° C., which is close to, high tensile residual stress is generated at both the measurement points A and B, but when the plastic working temperature is 150 ° C. or higher, the tensile residual stress is reduced to 60% or less of that at 50 ° C. Further, when the plastic working temperature exceeded 150 ° C., the tensile residual stress was significantly reduced. It was confirmed that when the plastic working temperature was 150 ° C. or higher, the magnitude of the tensile residual stress generated on the web was sufficiently low, and the value did not change significantly due to the artificial aging treatment.
  • Example 3 For aluminum alloy extruded materials, an experiment was conducted to confirm the relationship between the temperature during plastic working and the 0.2% proof stress after aging treatment. Using the same T1 tempered 7000 series aluminum alloy extruded material as in Experiment 1, JIS13B test pieces (No. 1 to 23) were prepared so that the longitudinal direction was the extrusion parallel direction from the flange. The thickness of this test piece is 3 mm. Of these, No. The test pieces 1 to 20 are heated from room temperature, the reached temperature is changed variously, the temperature is maintained at the reached temperature for a predetermined time, and then the test pieces are cooled to room temperature at various cooling rates, and then aged and mechanically treated. The properties were measured.
  • the ultimate temperature of the test pieces 1 to 20 is 150 ° C., 200 ° C., 250 ° C., or 275 ° C., and the temperature rise to the ultimate temperature is an oil bath (150 ° C., 200 ° C.) maintained at the ultimate temperature. Alternatively, it was carried out in a saltpeter furnace (250 ° C., 275 ° C.).
  • the holding time at the reached temperature was any of 30 s, 60 s, 90 s, 150 s, and 180 s, and the cooling method was natural air cooling or water cooling.
  • the cooling rate from the reached temperature to 140 ° C. was about 1 ° C./s for natural air cooling and about 100 ° C./s for water cooling.
  • each test piece was measured by attaching a T thermocouple to each test piece with Kapton (registered trademark) tape.
  • Kapton registered trademark
  • the mechanical properties were measured by aging treatment under the same conditions as the test pieces 1 to 20.
  • the artificial aging treatment can be performed to improve the mechanical properties of the product (aluminum alloy member), particularly the 0.2% proof stress value.
  • the conditions for the artificial aging treatment are not particularly limited, and the artificial aging treatment can be carried out under the general aging treatment conditions used for ordinary 6000 series or 7000 series aluminum alloys. Alternatively, the aging treatment (over-aging treatment) can be performed under conditions of higher temperature and longer time than the general aging treatment.
  • the target aluminum alloy extruded material 1 is made of a 7000 series aluminum alloy, has a rectangular outline in cross section, is made of a pair of flanges and three webs, and has a width of about 150 mm and a height of about 50 mm.
  • the cross-sectional area is about 1300 mm 2 .
  • the target temperature was set to 200 ° C. for t 1 (lower limit temperature) and 250 ° C. for t 2 (upper limit temperature).
  • the heating dies 2 and 3 are made of steel (carbon steel S50C), the average pressure (P / A) is 0.4 MPa, and the direction is perpendicular to the extrusion direction of the aluminum alloy extruded material 1 (vertical direction in FIG. 2). ), The aluminum alloy extruded material 1 was sandwiched. As shown in FIG. 9, when the average pressure (P / A) applied to the aluminum alloy extruded material 1 from the heating dies 2 and 3 is 0.4 MPa, the average heat transfer coefficient (estimated value) is about 3000 W / m -2 K -1 .
  • the temperature was measured near the heating mold 3 on the side surface (web 8) (high temperature portion a) and at a location farthest from the heating mold 3 (low temperature portion b).
  • the temperatures (surface temperatures) of the heating dies 2 and 3 are 225 ° C, 250 ° C, 275 ° C, 300 ° C (lower limit of target temperature t 1 (200 ° C) to 25 ° C, 50 ° C, 75 ° C, 100 ° C. It was set to (above).
  • FIG. 14 shows the temperature history of the high temperature portion a and the low temperature portion b after the aluminum alloy extruded material 1 is sandwiched between the heating dies 2 and 3. When the temperatures of the heating dies 2 and 3 are t 1 + 25 ° C.
  • the heating rate is slow, and the low temperature portion b does not reach t 1 (200 ° C.) even after 60 seconds have passed.
  • the temperatures of the heating dies 2 and 3 are t 1 + 100 ° C. (FIG. 14D)
  • the heating rate is very fast, and there is a high risk of exceeding the upper limit value t 2 of the target temperature.
  • the set temperature of the heating mold 2, 3 than the lower limit value t 1 of the target temperature 50 ⁇ 75 ° C. on (FIG. 14B, 14C) extent be preferred temperature conditions.
  • the rate of temperature rise of the aluminum alloy extruded material when the aluminum alloy extruded material is sandwiched between the heating molds is the contact area (contact length of the cross section) between the heating mold and the aluminum alloy extruded material and the heat transfer at the contact interface. It is proportional to the rate and the temperature difference between the heating mold and the aluminum alloy extruded material, and is inversely proportional to the volume of the aluminum alloy extruded material (the portion to be heated).
  • the time required for the extruded aluminum alloy to reach the target temperature was estimated by numerical simulation after using the heat transfer coefficient as a parameter and dissociating the heat conduction equation by the finite difference method.
  • the software used for the simulation is the VBA function of Excel (registered trademark).
  • the target aluminum alloy extruded material is two 7000 series aluminum alloy extruded materials having different cross-sectional shapes (cross-section A and cross-section B).
  • the aluminum alloy extruded material having a cross section A has a rectangular outline, and is composed of a pair of flanges and three webs, and has a flange length of 150 mm, a cross-sectional height of 53 mm, and a cross-sectional area. It was set to 1300 mm 2 .
  • FIG. 1 As shown in FIG.
  • the aluminum alloy extruded material having a cross section B is composed of a pair of flanges and a pair of webs connecting them, and has a flange length of 37 mm, a cross-sectional height of 53 mm, and a cross-sectional area of 410 mm 2. And said.
  • the pair of flange portions of the aluminum alloy extruded material of the cross section A and the cross section B are arranged from a direction perpendicular to the extrusion direction of the aluminum alloy extruded material 1 (vertical direction of FIGS. 2 and 7). Assuming that it is sandwiched between heating molds heated to 300 ° C (surface temperature), the heat transfer coefficient is changed, and the coldest part (see the low temperature part b in FIG. 2) reaches the target temperature (250 ° C). I calculated the time required for this.
  • the contact length L ( L 1 + L 2 (see FIG.
  • the analysis model is a 1/2 symmetric model for simplicity.
  • the initial temperature of the aluminum alloy extruded material is 10 ° C, and it is assumed that the surface that is not in contact with the heating mold is in contact with air at 10 ° C at a heat transfer coefficient of 45 Wm -2 K -1 , and heat transfer in the extrusion direction should be taken into consideration. (2D model), it was assumed that the temperature distribution in the plate thickness direction was negligibly small.
  • the density ⁇ of the extruded aluminum alloy material was set to 2790 kgm -3 , the specific heat c was set to 900 Jkg -1 K -1 , and the thermal conductivity ⁇ was set to 160 Wm -1 K -1 .
  • FIG. 15 shows the result of the simulation.
  • the heat transfer coefficient is lower than 1500 Wm -2 K- 1
  • a heat transfer coefficient of 1500 Wm -2 K -1 or more can be obtained at an average pressure (P / A) of 0.07 MPa or more.
  • the rate of temperature rise of the aluminum alloy extruded material when the aluminum alloy extruded material is sandwiched between the heating molds is the contact area (contact length of the cross section) between the heating mold and the aluminum alloy extruded material and the heat transfer at the contact interface. It is proportional to the rate and the temperature difference between the heating mold and the aluminum alloy extruded material, and is inversely proportional to the volume of the aluminum alloy extruded material (the portion to be heated). That is, the scherrer related to the rate of temperature rise is the volume / contact area, and eventually the cross-sectional area / contact length. An experiment was conducted to measure the cross-sectional area / contact length of the extruded aluminum alloy material and the time required for the extruded aluminum alloy material to reach the target temperature.
  • the aluminum alloy extruded material used in the experiment is two aluminum alloy extruded materials having different cross-sectional shapes (cross-section A and cross-section B), both of which are made of 7000 series aluminum alloy.
  • the aluminum alloy extruded material of cross section A (see FIG. 10) has a cross section S of about 1300 mm 2 , a cross section height of about 53 mm, and contact lengths L 1 and L 2 (upper and lower flange widths) with the heating die. Each is about 150 mm.
  • the aluminum alloy extruded material having a cross section B (see FIG.
  • 7) has a cross-sectional area of about 410 mm 2 and a cross-sectional height of about 35 mm, and has contact lengths L 1 and L 2 (upper and lower flange widths) with the heating die, respectively. It is about 37 mm.
  • the aluminum alloy extruded material is sandwiched between heated upper and lower heating dies from a direction perpendicular to the extrusion direction of the aluminum alloy extruded material (vertical direction in FIGS. 10 and 7), and the lowest temperature of the aluminum alloy extruded material is set. The time required for the location to reach the target temperature was measured.
  • the heating mold is made of steel (carbon steel S50C). No. in Table 4 In Nos. 1 and 2, the upper and lower heating dies were brought into contact with the aluminum alloy extruded material. No. In No. 3, only one heating die was brought into direct contact with the aluminum alloy extruded material, and a heat insulating material was sandwiched between the other heating die and the aluminum alloy extruded material to prevent heat transfer.
  • the coldest part of the aluminum alloy extruded material is No. In Nos. 1 and 2, the part farthest from the upper and lower heating dies (see the low temperature part b in FIG. 2), No. In No. 3, it is a portion farthest from the one heating mold (a portion in the vicinity of the other heating mold).
  • the average pressure applied from the heating die to the aluminum alloy extruded material was set to 0.4 MPa, the temperature (surface temperature) of the heating die was set to 250 ° C., and the ultimate target temperature of the aluminum alloy extruded material was set to 200 ° C.
  • Table 4 shows the test conditions and test results. The test results are shown in FIG.
  • the 7000 series aluminum alloy extruded material having the same cross-sectional shape as the aluminum alloy extruded material used in Example 3 was heated by various methods, and the time until the target temperature (200 ° C.) was reached was measured.
  • the heating method was the method according to the embodiment of the present invention (method of sandwiching between heating dies), an air furnace, and an oil bath.
  • the heating mold is made of steel (carbon steel S50C), and the time until the target temperature (200 ° C.) is reached is No. 3 of Example 3.
  • the result of 1 was used.
  • the temperature of the air furnace was set to 250 ° C, and the temperature of the oil bath was set to 220 ° C. In all methods, the temperature measurement point is the position of the low temperature part b shown in FIG. 1 (center of the web). The measurement results are shown in Table 5.
  • the method according to the embodiment of the present invention sandwiched between heating dies can raise the temperature to the target temperature at a higher speed than other heating methods.
  • the effect of the material of the heating die on the temperature rise rate of the aluminum alloy extruded material was investigated.
  • An aluminum alloy extruded material was sandwiched between a steel (carbon steel S50C) heating die and an aluminum alloy (A5052) heating die, and the rate of temperature rise was measured.
  • the aluminum alloy extruded material has a rectangular outline in cross section, is composed of a pair of flanges and three webs (see FIG. 2), has a width of about 150 mm, a height of about 50 mm, and a cross-sectional area of about 1200 mm 2 .
  • This aluminum alloy extruded material is sandwiched between heating dies whose temperature is set to 250 ° C.
  • the ratio S / L of the cross-sectional area S of the extruded aluminum alloy material and the total contact length L (L 1 + L 2) of the extruded aluminum alloy material and the heating die is 4.00 mm.
  • the temperature of the extruded aluminum alloy material was measured by a thermoviewer at the position of the low temperature portion b (center of the web) shown in FIG.
  • FIG. 17 shows the relationship between the temperature of the extruded aluminum alloy material and the heating time when the temperature is raised.
  • the time required for the extruded aluminum alloy to reach 100 ° C. was about 4 seconds when the heating die was made of steel and about 2 seconds when the aluminum alloy extruded material was made of aluminum alloy.
  • the time for the extruded aluminum alloy to reach 200 ° C. was about 20 seconds when the heating die was made of steel and about 10 seconds when the extruded aluminum alloy was made of aluminum alloy.
  • the heating rate when using an aluminum alloy heating mold is about twice that when using a steel heating mold, and when the heating mold is made of a material with high thermal conductivity. , The time required for raising the temperature of the extruded aluminum alloy material can be significantly reduced.

Abstract

中空断面を有するアルミニウム合金押出材を昇温して所定の温度範囲内の温度に到達させた後、前記温度範囲内で塑性加工を行う工程とを含むアルミニウム合金製部材の製造方法において、前記アルミニウム合金押出材が熱処理型アルミニウム合金押出材のＴ１調質材であり、前記温度範囲が１５０～３００℃であり、前記アルミニウム合金押出材を、２００～３５０℃に加熱された第１の加熱用金型および第２の加熱用金型により、前記アルミニウム合金押出材の押出方向とは垂直な方向から挟み、前記第１の加熱用金型及び前記第２の加熱用金型からの熱伝達により昇温して前記温度範囲内の温度に到達させることを特徴とするアルミニウム合金製部材の製造方法。

Description

アルミニウム合金製部材の製造方法
　本開示は、アルミニウム合金製部材の製造方法に関わり、特にＴ１調質の熱処理型アルミニウム合金押出材を温間で塑性加工して、アルミニウム合金製部材を製造する方法に関わる。
　資源問題及び環境問題を背景とする燃費規制強化の流れの中で，自動車、飛行機、建設機械及び船舶などの輸送機械の軽量化が進展している。アルミニウム合金は、密度が約２．７ｇｃｍ－３と鋼の約１／３で軽量であることから、前記輸送機械の構造部材、特に自動車の構造部材への採用が加速している。
　これらの構造部材として、鋳造品及び鍛造品のほか、圧延材（板）及び押出材が利用される。このうち押出材は、追加の加工なしで、任意の肉厚配分を有する中空閉断面の長尺材が得られるという特長があり、自動車の骨格部品及びエネルギ吸収部品の製造に適している。そのような自動車の骨格部品としてロッカー、サイドメンバー、ピラー、サブフレーム等があり、エネルギ吸収部品としてドア補強材、バンパー補強材、ルーフ補強材等がある。
　自動車部品を、鋼部品から、アルミニウム合金押出材から製造される部品に置換して得られる軽量化効果は、アルミニウム合金の強度（耐力）に大きく依存し、このような自動車部品向けに、高強度アルミニウム合金の開発が進められている。
　高強度アルミニウム合金として代表的なものに、熱処理型（析出硬化型）合金である６０００系（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－（Ｃｕ）系）及び７０００系（Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－（Ｃｕ）系）がある。一般的に、６０００系アルミニウム合金は０．２％耐力で２００～３５０ＭＰａ程度、７０００系アルミニウム合金は０．２％耐力で３００～５００ＭＰａ程度が、Ｔ５、Ｔ６又はＴ７調質で得られる。特に７０００系アルミニウム合金は高強度が得られ，高い軽量化効果が期待できる。
　一方、高強度の７０００系アルミニウム合金では、腐食環境下で引張応力が絶えず生じている箇所において生じる割れ、すなわち応力腐食割れ（ＳＣＣ）が問題となっている。この応力腐食割れは鋭敏であるため、進展が早く、突然の破損のリスクが高まるため、品質保証の観点から強く忌避される。
　応力腐食割れの起こりやすさは、７０００系アルミニウム合金の中でも、一般に高強度なほど高まる。また、応力腐食割れの起こりやすさは、同じ組成の合金でも調質によって変化し、Ｔ７調質ではＴ５調質及びＴ６調質に比べ、応力腐食割れが起こりにくくなることが知られている。応力腐食割れがネックとなって、自動車部品への高強度７０００系アルミニウム合金の採用が見送られることも多い。
　応力腐食割れは、引張応力がある閾値以上に生じている箇所が、腐食環境にさらされることで発生する。この引張応力は、製造過程での塑性加工、切削加工、熱処理（焼き入れなど）において生じた引張残留応力が要因となって生じることが多い。
　アルミニウム合金押出材を自動車部品にするためには、一般に、塑性加工及び／又は切削加工などの追加加工が必要となる。塑性加工は、機械的力により材料を変形させ、材料を所定の形状及び寸法の製品に成形する手段であり、アルミニウム合金押出材の長手方向の形状を変化させる曲げ加工、プレス機により断面を潰したり拡大させたりする変断面加工、プレス機により穴あけ及び／又は切断を行う剪断加工等がこれに含まれる。
　アルミニウム合金製部材（アルミニウム合金押出材に追加加工及び／又は熱処理を施して得られた部材）の引張残留応力は、追加加工（塑性加工及び／又は切削加工）又は熱処理によって発生する。特に問題となるのは、塑性加工によって生じる引張残留応力である。アルミニウム合金押出材に対して行われる塑性加工の代表例は、上記した曲げ加工、変断面加工及び剪断加工であり、冷間で上記塑性加工を行う場合、強い引張残留応力が生じる。応力腐食割れのリスクのある７０００系アルミニウム合金押出材では、塑性加工に伴う引張残留応力の抑制が技術課題となっている。
　ところで、熱処理型アルミニウム合金押出材の塑性加工（冷間加工）は、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７調質材に対してではなく、Ｔ１調質材に対して行われることが多い。これは、Ｔ１調質材が、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７調質材に比べて軟質で、延性が高く、加工性に優れるためである。しかし、Ｔ１調質材であっても，強度が高く延性が不足する場合には、特許文献１に示されるように、塑性加工の前に、軟質化熱処理（復元処理）が施されることもある。なお、Ｔ１調質材とは、押出加工後に自然時効以外は調質処理されていないアルミニウム合金押出材を意味する。
　また、熱処理型アルミニウム合金押出材の加工性を向上させるため、当該押出材を常温より高い温度で塑性加工（温間加工）することも知られている。例えば特許文献２では、押出直後の高温状態を利用して、アルミニウム合金押出材の塑性加工を行っている。特許文献３では、アルミニウム合金押出材を溶体化処理後、５０～１００℃×１～３０分の熱処理を行い、自然時効後に１００～２００℃の温度範囲内に再加熱し、その温度範囲内で塑性加工を行っている。
特許第５６７１４２２号公報 特開平５－６９０６９号公報 特開２００９－１１４５１４号公報
　前記のとおり、アルミニウム合金押出材の温間加工は、当該押出材の延性及び加工性の向上を実現する方法である。また、アルミニウム合金押出材の残留応力の大きさ（人工時効処理後）は、塑性加工時の強度にほぼ比例することから、温間加工は製品（アルミニウム合金部材）の引張残留応力を低減し、耐応力腐食割れ性の向上を実現する方法でもある。
　一方、温間加工のためのアルミニウム合金押出材の加熱方法としては、特許文献２，３に記載されたインラインヒーター又はオイルヒーターによる加熱が考えられる。このうちインラインヒーターは安定した加熱が可能であるが、昇温速度が遅く、かつ設備が大型で高コストという問題がある。オイルヒーターは急速加熱が可能であるが、安全性やランニングコストに問題があり、またワーク（アルミニウム合金押出材）に付着するオイルを洗浄する必要もあるなど量産には適さない。
　本開示は、中空断面の熱処理型アルミニウム合金押出材に塑性加工（温間加工）を施して、製品化（アルミニウム合金製部材を製造）するにあたり、低コストで、高い生産性を実現することを目的とする。
　本発明の実施形態の１つは、中空断面を有するアルミニウム合金押出材を昇温して所定の温度範囲内の温度に到達させた後、前記温度範囲内で塑性加工（温間加工）を行う工程とを含むアルミニウム合金製部材の製造方法において、前記アルミニウム合金押出材が熱処理型アルミニウム合金押出材のＴ１調質材であり、前記温度範囲が１５０～３００℃であり、前記アルミニウム合金押出材を、２００～３５０℃に加熱された第１の加熱用金型および第２の加熱用金型により、前記アルミニウム合金押出材の押出方向とは垂直な方向から挟み、前記第１の加熱用金型および前記第２の加熱用金型からの熱伝達により昇温して前記温度範囲内の温度に到達させることを特徴とする。
　前記アルミニウム合金製部材の製造方法には、次のような具体的形態が含まれ得る。
（１）前記塑性加工を行う工程後、冷却する工程と、前記冷却する工程後、人工時効処理を行う工程とを更に含む。
（２）前記アルミニウム合金が７０００系アルミニウム合金である。
（３）前記アルミニウム合金押出材の昇温時に前記第１の加熱用金型および前記第２の加熱用金型から前記アルミニウム合金押出材に負荷される荷重をＰ（単位：Ｎ）とし、前記アルミニウム合金押出材と前記第１の加熱用金型との接触箇所の、前記押出方向とは垂直な方向への投影面積をＡ１（単位：ｍ２）とし、前記アルミニウム合金押出材と前記第２加熱用金型との接触箇所の、前記押出方向とは垂直な方向への投影面積をＡ２（単位：ｍ２）としたとき、Ｐ／Ａ１≧０．０７ＭＰａおよびＰ／Ａ２≧０．０７ＭＰａの関係を満たす。
（４）前記アルミニウム合金押出材の昇温時に、前記中空断面において、前記アルミニウム合金押出材と前記第１の加熱用金型との接触箇所における接触長さをＬ１（単位：ｍｍ）とし、前記アルミニウム合金押出材と前記第２の加熱用金型との接触箇所における接触長さをＬ２（単位：ｍｍ）とし、前記中空断面の断面積をＳ（単位：ｍｍ２）としたとき、Ｓ／（Ｌ１＋Ｌ２）≦８ｍｍの関係を満たす。
（５）前記第１の加熱用金型および前記第２の加熱用金型が、鋼製、アルミニウム製又は銅製のいずれかである。
（６）前記アルミニウム合金製部材がエネルギー吸収部品又は自動車骨格部品である。
　本発明の実施形態によれば、アルミニウム合金押出材のＴ１調質材に、塑性加工（温間加工）を施して製品化するにあたり、前記アルミニウム合金押出材を、アルミニウム合金押出材の押出方向とは垂直な方向（例えば後述の図２に示す上下方向）から、加熱された加熱用金型で挟んで昇温することにより、低コストで、高い生産性（大きい昇温速度）を実現することができる。
　アルミニウム合金押出材を上記温度範囲（１５０～３００℃）内の温度で塑性加工することにより、アルミニウム合金押出材の変形能が向上し、塑性加工に伴い発生する引張残留応力を低減し、製品（アルミニウム合金製部材）の耐応力腐食割れ性を向上させることができる。
　また、本発明の実施形態では、アルミニウム合金押出材のＴ１調質材を素材として用いるので、強度が求められるドア補強材、バンパー補強材、ルーフ補強材等のエネルギー吸収部品、及びロッカー、サイドメンバー、ピラー、サブフレーム等の自動車骨格部品を、低コストで製造することができる。
本発明の実施形態のプロセスのフロー図である。 昇温プロセスの一例の説明図である。 昇温プロセスの他の例の説明図である。 昇温プロセスの他の例の説明図である。 昇温プロセスの他の例の説明図である。 昇温プロセスの他の例の説明図である。 昇温プロセスの他の例の説明図である。 昇温プロセスの他の例の説明図である。 互いに接触する鋼と鋼、アルミニウムとアルミニウム、及び鋼とアルミニウムの間の熱伝達率とＰ／Ａ（接触圧力）の関係を示すグラフである。 アルミニウム合金押出材１の断面において、加熱用金型との接触長さＬ（Ｌ１＋Ｌ２）と断面積Ｓの意味を説明する図である。 実験１の温度履歴測定用試験材を５００℃に設定された空気炉に挿入したときに得られた前記試験材の温度履歴である。 アルミニウム合金押出材の塑性加工時の温度と割れ発生状況の関係を示す図である。 実験２に使用した７０００系アルミニウム合金押出材の断面模式図（１３Ａ）、塑性変形後の側面模式図（１３Ｂ）、及び図１３ＢのＩ－Ｉ、ＩＩ－ＩＩ、ＩＩＩ－ＩＩＩの各断面模式図（１３Ｃ）である。 加熱用金型で挟んだアルミニウム合金押出材の温度履歴を示す図である。 昇温時における熱伝達率と目標温度に到達するまでの時間の関係を示す図である。 昇温時におけるアルミニウム合金押出材の断面積／接触長さ（Ｓ／Ｌ）と、アルミニウム合金押出材が目標温度に到達するまでの時間の関係を示す図である。 昇温時におけるアルミニウム合金押出材の温度と加熱時間の関係を示す図である。
　以下、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金製部材の製造方法について、より具体的に説明する。この製造方法は、図１に示すように、Ｔ１調質のアルミニウム合金押出材を製造する工程（Ｐ１）、押出材を所定長さに切断し、矯正する工程（Ｐ２）、押出材を１５０～３００℃の温度範囲に昇温する工程（Ｐ３）、前記温度範囲で押出材を塑性加工する工程（Ｐ４）、押出材を冷却する工程（Ｐ５）、及び人工時効処理を行う工程（Ｐ６）の５つの工程を含み得る。
［Ｔ１調質のアルミニウム合金押出材］
　本発明の実施形態に係るアルミニウム合金製部材の製造方法では、素材として熱処理型アルミニウム合金押出材のＴ１調質材が用いられる。主たる熱処理型アルミニウム合金として、６０００系（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ（－Ｃｕ）系）又は７０００系（Ａｌ－Ｍｇ－Ｚｎ（－Ｃｕ）系）のアルミニウム合金を挙げることができる。
　本発明の実施形態に適用される熱処理型アルミニウム合金の組成は特に限定的ではない。しかし、６０００系の好ましい組成として、Ｍｇ：０．４～１．２質量％、Ｓｉ：０．３～０．９５質量％、Ｃｕ：０．０１～０．６５質量％、Ｔｉ：０．００１～０．１０質量％を含有し、さらに、Ｍｎ：０．０１～０．３質量％、Ｃｒ：０．０１～０．３質量％、Ｚｒ：０．０１～０．３質量％の１種又は２種以上を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなる組成を挙げることができる。また、７０００系の好ましい組成として、Ｚｎ：３．０～８．０質量％、Ｍｇ：０．４～２．５質量％、Ｃｕ：０．０５～２．０質量％、Ｔｉ：０．００５～０．２質量％を含有し、さらに、Ｍｎ：０．０１～０．３質量％、Ｃｒ：０．０１～０．３質量％、Ｚｒ：０．０１～０．３質量％の１種又は２種以上を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなる組成を挙げることができる。
　本発明の実施形態においてＴ１調質材とは、押出加工後に自然時効のみの調質処理をされている材料を意味する。また、本発明の実施形態において押出材とは、ＪＩＳＨ４１００に規定された形材の定義に従う押出材、及びＪＩＳＨ４０８０に規定された管の定義に従う押出材を意味し、中空材と中実材の両方が含まれる。また、「アルミニウム合金押出材の押出方向とは垂直な断面」を単に「断面」と称することがある。なお、本発明の実施形態において「中空断面」とは、アルミニウム合金押出材の押出方向とは垂直な断面であって、中空部を有する断面を意味する。
　７０００系アルミニウム合金製部材の例として、ドア補強材、バンパー補強材、ルーフ補強材等のエネルギー吸収部品、及びロッカー、サイドメンバー、ピラー、サブフレーム等の自動車骨格部品が挙げられる。
［昇温工程］
　昇温工程では、図２に示すように、アルミニウム合金押出材１を、加熱された加熱用金型２，３（以下、加熱用金型２を「第１の加熱用金型２」と称することがあり、加熱用金型３を「第２の加熱用金型３」と称することがある）でアルミニウム合金押出材１の押出方向とは垂直な方向（例えば図２に示す上下方向）から挟み、断面全体を所定の温度範囲（１５０～３００℃）内の目標温度に昇温する。この例では、アルミニウム合金押出材１は、断面の輪郭が矩形で、加熱用金型２，３が接触する一対のフランジ４，５と、それらを接続する３つのウエブ６，７，８からなり、用途としてバンパー補強材を想定している。加熱用金型２，３の前面は平面で、前記フランジ４，５の全幅に接触している。
　昇温過程において、アルミニウム合金押出材の断面には、加熱用金型の近傍箇所（高温部ａ）から加熱用金型から離れた箇所（低温部ｂ）にかけて温度勾配ができる。目標温度を例えばｔ１～ｔ２（℃）の範囲と設定したとき、前記低温部ｂの温度が下限値ｔ１以上となり、前記高温部ａの温度が上限値ｔ２を超過しないように、言い換えれば、断面全体がｔ１～ｔ２の範囲内の温度になるように、アルミニウム合金押出材１を加熱する必要がある。ｔ１，ｔ２は、ｔ１≧１５０℃、ｔ２≦３００℃、ｔ１≦ｔ２の範囲内で適宜選択される。一方、加熱用金型２，３の温度は、２００～３５０℃の範囲内で、前記目標温度の下限値ｔ１より高い温度（好ましくは５０～７５℃高い温度）に設定する。これにより、アルミニウム合金押出材１の断面全体を、大きい昇温速度で、前記目標温度（ｔ１～ｔ２）に昇温することができる。
　図３～８は、種々の異なる断面形状を有するアルミニウム合金押出材を、加熱用金型でアルミニウム合金押出材１の押出方向とは垂直な方向（例えば図３～８に示す上下方向）から挟んで昇温するときの断面図である。
　図３では、アルミニウム合金押出材１は、加熱用金型２，３に接する一対のフランジ４，５と、それらと接続する３つのウエブからなる。金型２が接触するフランジ４は中央部で屈曲し、金型２の前面には対応する傾斜部が形成され、金型２はフランジ４の全幅に接触している。金型３の前面は平面で、フランジ５の全幅に接触している。
　図４では、アルミニウム合金押出材１は、略５角形の輪郭を有する中空部１１と中空部１１に接続する突出フランジ１２からなり、中空部１１は互いに平行な面１１ａ，１１ｂを有する。加熱用金型２，３の前面は平面で、面１１ａ，１１ｂの全幅に接触している。　
　図５では、アルミニウム合金押出材１は、一対のフランジ４，５と、それらと接続するウエブ６，７，８，９、及び突出フランジ１２，１３からなり、フランジ４及び突出フランジ１２の外側面が一平面をなす。加熱用金型２，３の前面は平面で、金型２はフランジ４と突出フランジ１２の全幅に接触し、金型３はフランジ５の全幅に接触している。
　図６では、アルミニウム合金押出材１は円形管であり、加熱用金型２，３の前面に断面が円弧状の窪みが形成され、前記窪みにアルミニウム合金押出材１の外周の一部が接触している。
　図７では、アルミニウム合金押出材１は、一対のフランジ４，５と、それらを接続するウエブ６，７からなり、加熱用金型２，３の前面は平面で、フランジ４，５の全幅に接触している。用途としてドアビームを想定している。
　図８では、アルミニウム合金押出材１は、略６角形の輪郭を有する中空部１４と、中空部１４内に形成された２つのクロスするリブ１５，１６と，中空部１４に接続する突出フランジ１７，１８からなる。加熱用金型２，３の前面に溝状の窪みが形成され、前記窪みにアルミニウム合金押出材１の中空部１４が接触し、加熱用金型２，３の前面の平坦部に突出フランジ１７，１８が接触している。この加熱用金型２，３は、前面が平面のみからなる金型を使用する場合に比べて、アルミニウム合金押出材１との接触面積が大きい。
　なお、昇温時、加熱用金型２，３からアルミニウム合金押出材１に対し荷重を負荷してもよい。この荷重が大きいほど、金型２，３とアルミニウム合金押出材１の間の熱伝達率が大きく、アルミニウム合金押出材１の昇温速度が大きい。後述する実施例で示すように、平均熱伝達率が１５００Ｗｍ－２Ｋ－１以上であれば、アルミニウム合金押出材１を比較的短時間で前記温度範囲（１５０～３００℃）内の温度に昇温することができる。加熱用金型２，３が鋼からなる場合、この平均熱伝達率を実現するには、加熱用金型２，３からアルミニウム合金押出材１に負荷される荷重をＰ（単位：Ｎ）とし、アルミニウム合金押出材１と加熱用金型２，３との接触箇所の加圧方向（すなわち、第１の加熱用金型２および第２の加熱用金型３により、アルミニウム合金押出材１を挟んでいる方向）への投影面積をＡ（単位：ｍ２）としたとき、上下の接触箇所においてそれぞれＰ／Ａ≧０．０７ＭＰａの関係を満たすことが好ましい。すなわち、アルミニウム合金押出材１と第１の加熱用金型２との接触箇所の加圧方向への投影面積をＡ１（単位：ｍ２）とし、アルミニウム合金押出材１第２の加熱用金型３との接触箇所の加圧方向への投影面積をＡ２（単位：ｍ２）としたとき、Ｐ／Ａ１≧０．０７ＭＰａ及びＰ／Ａ２≧０．０７ＭＰａの関係を満たすことが好ましい。なお、加圧方向が上下方向の場合、前記投影面積は水平投影面積である。
　図９に、アルミニウム同士、ステンレス鋼同士、及びアルミニウムと鋼が接触したときの接触圧力と熱伝達率の関係（推定値）を示す。アルミニウム同士及びステンレス鋼同士の接触圧力と熱伝達率の関係は、ソリッドワークスジャパン株式会社のオンラインヘルプの２０１２年版資料（ＵＲＬ：http://help.solidworks.com/2012/japanese/SolidWorks/cworks/Thermal_Contact_Resistance.htm）の第３ページの表に記載されたデータに基づく。同データによれば、アルミニウム同士が接触したときの熱抵抗（熱伝達率の逆数）は、接触圧力が０．１ＭＰａのとき１．５～５．０×１０－４ｍ２ＫＷ－１、接触圧力が１０ＭＰａのとき０．２～０．４×１０－４ｍ２ＫＷ－１である。熱抵抗の値の最大値と最小値の相乗平均を各接触圧力ごとに求め、次いでその逆数（熱伝達率）を求め、図９中に◇印でプロットした。ステンレス鋼同士が接触したときの熱伝達率も同様にして求め、図９中に□印でプロットした。さらに、アルミニウム同士が接触したときの熱伝達率の値とステンレス鋼同士が接触したときの熱伝達率の値の相乗平均を各接触圧力ごとに求め、得られた熱伝達率の値を、当該接触圧力で接触したアルミニウムと鋼の間の熱伝達率と推定し、図９中に△印でプロットした。また、同一印の２点（◇と◇、□と□、△と△）を通る図形（直線）を描いた。図９の図形の右側に、平均熱伝達率をｙ、Ｐ／Ａをｘとしたときの各図形の方程式が記載されている。
　図９のアルミニウムと鋼の間の熱伝達率のグラフから、アルミニウムと鋼が接触したとき１５００Ｗｍ－２Ｋ－１以上の熱伝達率を得るには、０．０７ＭＰａ以上の平均圧力（Ｐ／Ａ）を付加する必要があることが分かる。
　なお、加熱用金型とアルミニウム合金押出材の間の熱伝達率は、金型の材質によって大きく変化し、基本的に、金型の熱伝導率が大きいほど、熱伝達率が高くなる。従って、良導体である銅（純銅又は銅合金）又はアルミニウム（純アルミニウム又はアルミニウム合金）製の加熱用金型を用いる場合、同じＰ／Ａであれば、鋼製の加熱用金型に比べ、数倍高い熱伝達率及び昇温速度を実現できる。
　昇温時、アルミニウム合金押出材１と加熱用金型２，３との接触面積が大きいほど昇温速度が大きく、逆に、アルミニウム合金押出材１の断面積が大きいほど昇温速度が低い。アルミニウム合金押出材１の断面において（図１０参照）、アルミニウム合金押出材１と加熱用金型２，３の上下の接触箇所における接触長さの総和をＬ（＝Ｌ１＋Ｌ２）（単位：ｍｍ）とし、アルミニウム合金押出材１の断面積をＳ（単位ｍｍ２）としたとき、加熱用金型２，３が鋼製の場合、後述する実施例で示すようにＳ／Ｌ≦８ｍｍの関係を満たすことが好ましい。この関係を満たすとき、アルミニウム合金押出材１を比較的短時間で前記温度範囲（１５０～３００℃）内の温度に昇温することができる。
［塑性加工］
　本発明の実施形態では、アルミニウム合金押出材を室温から１５０～３００℃の範囲内の温度に昇温した後、前記温度範囲内で塑性加工（温間加工）を施す。塑性加工には、一般的に、曲げ加工、変断面加工及び剪断加工が含まれる。
　昇温工程でアルミニウム合金押出材を昇温させる部分は、少なくとも塑性加工が行われる箇所が含まれていればよく、アルミニウム合金押出材全体（全長）でも、長手方向の一部（例えば塑性加工が行われる箇所及びその近傍）でもよい。
　加熱用金型が鋼製であり、塑性加工が単純な変断面加工（例えば均等な潰し加工）であれば、アルミニウム合金押出材を加熱用金型により昇温後、そのまま当該加熱用金型で塑性加工を行うことができる。加熱用金型が鋼製であっても、塑性加工が単純な変断面加工でない場合、あるいは曲げ加工や剪断加工の場合は、昇温したアルミニウム合金押出材を加熱用金型から取出し、別の金型（塑性加工用金型）で塑性加工を行う必要がある。また、加熱用金型が銅製又はアルミニウム製の場合も、塑性加工は別の金型（塑性加工用金型）で行う必要がある。塑性加工用金型についても、必要に応じて加熱しておき（例えば１５０～３００℃の範囲内）、塑性加工時のアルミニウム合金押出材の温度低下を防止又は抑制することもできる。
　アルミニウム合金押出材に対する塑性加工を上記温度範囲内で行うことにより、特に７０００系アルミニウム合金押出材において、塑性加工時の割れの発生を抑え、塑性加工により製品（アルミニウム合金製部材）に生じる引張残留応力を低減することができる。しかし、塑性加工時の温度が１５０℃未満では、割れの発生を防止する効果が十分でなく、割れの発生がなかったとしても、塑性加工により製品に生じる引張残留応力を十分低減することができない。一方、昇温時の到達温度及び塑性加工時の温度が３００℃を超えると、人工時効処理後の製品（アルミニウム合金製部材）の強度が十分向上しない。なお、人工時効処理後の製品強度を向上させるには、塑性加工後の冷却は、３℃／秒以上の冷却速度で行うことが好ましい。
（実験１）
　アルミニウム合金押出材について、塑性加工時の温度と割れの発生の関係を確認する実験を行った。
　Ｔ１調質の７０００系アルミニウム合金押出材（株式会社神戸製鋼所のアルミニウム合金規格Ｚ６Ｗ）を室温から昇温し、到達温度を種々変化させ、当該到達温度にて塑性加工（温間加工）を施し、割れが発生しない温度条件を調査した。前記アルミニウム合金押出材は、断面が高さ約５０ｍｍ×幅約１５０ｍｍの矩形輪郭を有し、２個の中空部を有し、肉厚が２～４ｍｍで、長さ約１５０ｍｍの一対のフランジと、前記一対のフランジに等間隔で接続する３つの長さ約５０ｍｍのウエブからなる。このアルミニウム合金押出材は、例えばバンパー補強材の素材として用いられる。
　前記押出材を押出方向に対し垂直に一定長さに切断し、温度履歴測定用の試験材と複数個の塑性加工用の試験材を作成した。
　前記試験材の昇温は５００℃に設定した空気炉で行った。まず、温度履歴測定用の試験材のウエブに熱電対を添付し、前記空気炉に装入して、前記試験材の温度履歴を測定した。その結果を図１１に示す。前記温度履歴から、前記試験材が前記空気炉に装入されてから種々の温度（到達温度）に到達するまでの時間（到達時間）を求めた。なお、図１１に示されるように、３５０℃までの昇温速度は約５℃／ｓであった。
　次に塑性加工用の試験材を１個ずつ前記空気炉に装入し、所定の到達温度に到達後（すなわち、所定の到達時間経過後すぐ）、前記試験材を前記空気炉から取出し、直ちに塑性加工（温間加工）を施した。塑性加工は通常のプレス機を用い、上下平行な金型を前記到達温度に保持し、前記試験材の断面高さが２０ｍｍになるまで潰し加工を行った。
　潰し加工された箇所では、ウエブは大きく曲げ変形し、前記到達温度によっては、ウエブの曲げ外側に、曲げの稜線と平行な割れや肌荒れの発生が確認された。前記到達温度とウエブの曲げ外側の外観品質の関係をプロット（×、△、○）したものを図１２に示す。図１２において、×は明確な割れの発生、△は軽微な亀裂の発生、○は肌荒れのみの発生を意味する。
　図１２に示すように、塑性加工時の温度が１５０℃以上のとき、塑性加工（潰し加工）で割れが生じていない。
（実験２）
　アルミニウム合金押出材について、塑性加工時の温度と引張残留応力の関係を確認する実験を行った。
　Ｔ１調質の７０００系アルミニウム合金押出材に対し、室温を超える種々の温度で塑性加工を施し、塑性加工温度と引張残留応力の関係を調査した。この７０００系アルミニウム合金の組成は、実施例１のものと同じである。前記押出形材は、例えばドアビームの素材として用いられるもので、図１３Ａに示すように、互いに平行な一対のフランジと前記一対のフランジを連結する一対のウエブからなり、高さが３５ｍｍで、前記フランジとウエブは互いに垂直である。一対のフランジのうち一方のフランジ（薄肉側フランジ）は、肉厚が２．２ｍｍで幅が約３４ｍｍであり、他方のフランジ（厚肉側フランジ）は、肉厚が５．６ｍｍで、幅が４０ｍｍである。また、前記ウエブは共に肉厚が２ｍｍで、長さが２７．２ｍｍである。
　前記押出材を押出方向に対し垂直に一定長さに切断し、厚肉側フランジの突出部を切除し、複数個の試験材を作成した。
　前記試験材を５００℃に設定した空気炉に挿入して加熱し、５００℃に到達後、空気炉から取出し、接触式温度計で温度を管理しつつ冷却し、各試験温度（３００℃、２５０℃、２００℃、１５０℃、５０℃）に達した時点で、直ちに塑性加工を行った。塑性加工は通常のプレス機を用い、上下平行な金型を前記試験温度に保持し、前記試験材の先端から長さ２００ｍｍまでを、断面高さが２５ｍｍになるまで潰し加工を行った。なお、試験材は各試験温度ごとに２個ずつとし、それぞれに同じ潰し加工を行った。
　潰し加工後の試験材は、直ちに室温まで強制空冷した。
　潰し加工された箇所では、ウエブは大きく曲げ変形している。
　潰し加工後の試験材（時効処理前）を用い、潰し加工によりウエブの曲げ外側に発生した残留応力を、Ｘ線応力測定装置ＭＳＦ－３Ｍ（リガク株式会社製）を用いて測定した。測定箇所は、潰し加工された領域（断面高さ２５ｍｍの領域）と潰し加工されていない領域（断面高さ３５ｍｍの領域）の間の領域における厚肉側フランジ近傍位置（測定箇所Ａ）と、潰し加工された領域における厚肉側フランジ近傍位置（測定箇所Ｂ）とした。測定条件及び解析条件を表１に示し、測定箇所Ａ，Ｂを図１３Ｂ、１３Ｃに○印で示す。測定箇所Ａは略平坦であり、測定箇所Ｂは凹部である。
　塑性加工温度と測定結果を表２に示す。表２に示す引張残留応力の値は２個の試験材の平均値である。表２において、－の付与された数値は圧縮残留応力である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、塑性加工温度がＲ．Ｔ．に近い５０℃のとき、測定箇所Ａ，Ｂの両方において高い引張残留応力が発生するが、塑性加工温度が１５０℃以上では、引張残留応力が５０℃のときの６０％以下に低減される。また、塑性加工温度が１５０℃を超えると引張残留応力の低下が顕著であった。なお、塑性加工温度が１５０℃以上のとき、ウエブに発生した引張残留応力の大きさは十分に低く、その値が人工時効処理によって大きく変化しないことが確認された。
（実験３）
　アルミニウム合金押出材について、塑性加工時の温度と時効処理後の０．２％耐力の関係を確認する実験を行った。
　実験１と同じＴ１調質の７０００系アルミニウム合金押出材を用い、そのフランジから長手方向が押出平行方向となるようにＪＩＳ１３Ｂ号試験片（Ｎｏ．１～２３）を作成した。この試験片の厚さは３ｍｍである。このうちＮｏ．１～２０の試験片を室温から昇温し、到達温度を種々変化させ、当該到達温度にて所定時間保持し、続いて室温まで種々の冷却速度で冷却した後、時効処理を施し、機械的性質を測定した。
　Ｎｏ．１～２０の試験片の到達温度は１５０℃、２００℃、２５０℃、２７５℃のいずれかとし、前記到達温度への昇温は、前記到達温度に保持したオイルバス（１５０℃、２００℃）又は硝石炉（２５０℃、２７５℃）で行った。前記到達温度における保持時間は３０ｓ、６０ｓ、９０ｓ、１５０ｓ、１８０ｓのいずれかとし、冷却方法は自然空冷又は水冷とした。前記到達温度から１４０℃までの冷却速度は、自然空冷の場合約１℃／ｓ、水冷の場合約１００℃／ｓであった。なお、各試験片の温度履歴は、各試験片にＴ熱電対をカプトン（登録商標）テープで添付して測定した。
　また、Ｎｏ．２１～２３の試験片を再加熱して溶体化処理した後（４８０℃で３６００ｓ保持後、ファン空冷）、Ｎｏ．１～２０の試験片と同じ条件で時効処理し、機械的性質を測定した。
　時効処理後の試験片（Ｎｏ．１～２３）を用い、ＪＩＳＺ２２４１（２０１１）に準拠して引張試験を実施し、機械的性質（０．２％耐力、引張強さ、破断伸び）を測定した。　表３に、Ｎｏ．１～２０の試験片の到達温度、到達温度での保持時間、冷却方法、引張強さ、０．２％耐力及び破断伸びの値と、Ｎｏ．２１～２３の試験片の溶体化処理条件（保持温度、保持時間）、０．２％耐力、引張強さ及び破断伸びを示す。
　さらに、溶体化処理したＮｏ．２１～２３の試験片の０．２％耐力の平均値を基準値（ＹＳ０）とし、前記基準値に対するＮｏ．１～２０の各試験片の０．２％耐力値（ＹＳ）の割合（（ＹＳ／ＹＳ０）×１００）を求め、表３に記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示すように、到達温度（塑性加工時の温度を想定）が低く、当該到達温度での保持時間が短い試験片では、溶体化処理した試験片と比較して遜色のないレベルの０．２％耐力が得られている。なお、強度部材では、機械的性質のうち０．２％耐力が最も重要視されている。
［人工時効処理］
　人工時効処理は、製品（アルミニウム合金製部材）の機械的特性、特に０．２％耐力値を向上させるために行うことができる。人工時効処理の条件は特に限定的ではなく、通常の６０００系又は７０００系アルミニウム合金で行われている一般的な時効処理条件で行うことができる。又は、一般的な時効処理より高温・長時間の条件で時効処理（過時効処理）を行うことができる。
　加熱用金型の設定温度が高いほどアルミニウム合金押出材の昇温速度を速くすることができ、効率的な昇温が可能となる。しかし、加熱用金型と接している箇所と、加熱用金型から離れた箇所との温度差が大きくなり、アルミニウム合金押出材の断面全体を目標温度（ｔ１～ｔ２）内に収めることが困難となる。本実施例では、加熱用金型の設定温度の適正範囲を評価するための実験を行った。
　図２を参照して説明すると、対象とするアルミニウム合金押出材１は７０００系アルミニウム合金からなり、断面の輪郭が矩形で、一対のフランジ及び３つのウエブからなり、幅約１５０ｍｍ、高さ約５０ｍｍ、断面積約１３００ｍｍ２である。目標温度は、ｔ１（下限温度）が２００℃、ｔ２（上限温度）が２５０℃とした。加熱用金型２，３は鋼製（炭素鋼Ｓ５０Ｃ）であり、平均圧力（Ｐ／Ａ）を０．４ＭＰａとして、アルミニウム合金押出材１の押出方向とは垂直な方向（図２の上下方向）からアルミニウム合金押出材１を挟んだ。図９に示すように、加熱用金型２，３からアルミニウム合金押出材１に負荷される平均圧力（Ｐ／Ａ）が０．４ＭＰａのとき、平均熱伝達率（推定値）は約３０００Ｗ／ｍ－２Ｋ－１である。
　温度測定は、側面（ウエブ８）の加熱用金型３の近傍（高温部ａ）と加熱用金型３から最も離れた箇所（低温部ｂ）にて行った。加熱用金型２，３の温度（表面温度）は、２２５℃、２５０℃、２７５℃、３００℃（目標温度の下限値ｔ１（２００℃）から２５℃、５０℃、７５℃、１００℃上）に設定した。アルミニウム合金押出材１を加熱用金型２，３が挟んでからの、高温部ａ及び低温部ｂの温度履歴を図１４に示す。加熱用金型２，３の温度がｔ１＋２５℃の場合（図１４Ａ）、昇温速度が遅く、６０秒経過後も低温部ｂがｔ１（２００℃）に到達しない。一方、加熱用金型２，３の温度がｔ１＋１００℃の場合（図１４Ｄ）、昇温速度が非常に速く、目標温度の上限値ｔ２を超過するリスクが高い。従って、加熱用金型２，３の設定温度は、目標温度の下限値ｔ１より５０～７５℃上（図１４Ｂ，１４Ｃ）程度が好ましい温度条件といえる。
　加熱用金型によりアルミニウム合金押出材を挟んだときの前記アルミニウム合金押出材の昇温速度は、加熱用金型とアルミニウム合金押出材の接触面積（断面の接触長さ）及び接触界面の熱伝達率、並びに加熱用金型とアルミニウム合金押出材の温度差に比例し、アルミニウム合金押出材の体積（加熱対象部分）に反比例する。アルミニウム合金押出材が目標温度に到達するまでの時間を、熱伝達率をパラメータとし、熱伝導方程式を差分法で離散化し、数値シミュレーションによって推定した。シミュレーションに用いたソフトはＥｘｃｅｌ（登録商標）のＶＢＡ機能である。
　対象とするアルミニウム合金押出材は、異なる断面形状（断面Ａ、断面Ｂ）を有する２つの７０００系アルミニウム合金押出材である。断面Ａのアルミニウム合金押出材は、図２に示すように、断面の輪郭が矩形で、一対のフランジ及び３つのウエブからなるものとし、フランジ長さを１５０ｍｍ、断面高さを５３ｍｍ、断面積を１３００ｍｍ２とした。断面Ｂのアルミニウム合金押出材は、図７に示すように、１対のフランジとそれらを接続する一対のウエブからなるものとし、フランジ長さを３７ｍｍ、断面高さを５３ｍｍ、断面積を４１０ｍｍ２とした。
　断面Ａ及び断面Ｂのアルミニウム合金押出材の一対のフランジ部を、図２，７に示すように、アルミニウム合金押出材１の押出方向とは垂直な方向（図２および図７の上下方向）から３００℃（表面温度）に加熱した加熱用金型で挟んだと仮定し、熱伝達率を変えて、最も低温な部位（図２の低温部ｂ参照）が目標温度（２５０℃）に到達するために必要な時間を試算した。アルミニウム合金押出材と加熱用金型の接触長さＬ（＝Ｌ１＋Ｌ２（図１０参照）は、断面Ａが３００ｍｍ、断面Ｂが７４ｍｍである。ただし、アルミニウム合金押出材は断面Ａ及び断面Ｂとも対称断面であることから、簡単のため解析モデルは１／２対称モデルとした。
　アルミニウム合金押出材の初期温度は１０℃とし、加熱用金型と接していない面は１０℃の空気と熱伝達率４５Ｗｍ－２Ｋ－１で接触すると仮定し、押出方向の伝熱は考慮せず（２Ｄモデル）、板厚方向の温度分布は無視できるほど小さいと仮定した。また、アルミニウム合金押出材の密度ρを２７９０ｋｇｍ－３、比熱ｃを９００Ｊｋｇ－１Ｋ－１、熱伝導率λを１６０Ｗｍ－１Ｋ－１と置いた。
　図１５にシミュレーションの結果を示す。図１５によれば、熱伝達率が１５００Ｗｍ－２Ｋ－１より低いと、アルミニウム合金押出材を目標温度（２５０℃）に昇温するための時間が急に増加する。従って、アルミニウム合金押出材を短時間（例えば６０秒以内（＝１時間あたり６０本以上の処理能力））で目標温度に昇温するには、概ね１５００Ｗｍ－２Ｋ－１以上の熱伝達率が必要である。図９によれば、加熱用金型が鋼製の場合、１５００Ｗｍ－２Ｋ－１以上の熱伝達率は、０．０７ＭＰａ以上の平均圧力（Ｐ／Ａ）で得られる。
　加熱用金型によりアルミニウム合金押出材を挟んだときの前記アルミニウム合金押出材の昇温速度は、加熱用金型とアルミニウム合金押出材の接触面積（断面の接触長さ）及び接触界面の熱伝達率、並びに加熱用金型とアルミニウム合金押出材の温度差に比例し、アルミニウム合金押出材の体積（加熱対象部分）に反比例する。つまり、昇温速度に関する形状因子は体積／接触面積となり、結局、断面積／接触長さとなる。アルミニウム合金押出材の断面積／接触長さと、アルミニウム合金押出材が目標温度に到達するまでの時間を測定する実験を行った。
　実験に使用したアルミニウム合金押出材は、異なる断面形状（断面Ａ、断面Ｂ）を有する２つのアルミニウム合金押出材であり、いずれも７０００系アルミニウム合金からなる。断面Ａのアルミニウム合金押出材（図１０参照）は、断面積Ｓが約１３００ｍｍ２、断面高さが約５３ｍｍで、加熱用金型との接触長さＬ１，Ｌ２（上下フランジ幅）がそれぞれ約１５０ｍｍである。断面Ｂのアルミニウム合金押出材（図７参照）は、断面積が約４１０ｍｍ２、断面高さが約３５ｍｍで、加熱用金型との接触長さＬ１，Ｌ２（上下フランジ幅）がそれぞれ約３７ｍｍである。
　上記アルミニウム合金押出材を、アルミニウム合金押出材の押出方向とは垂直な方向（図１０および図７の上下方向）から、加熱した上下の加熱用金型で挟み、アルミニウム合金押出材の最も低温の箇所が目標温度に到達するまでの時間を測定した。加熱用金型は鋼製（炭素鋼Ｓ５０Ｃ）である。なお、表４のＮｏ．１，２では、上下の加熱用金型をアルミニウム合金押出材に接触させた。Ｎｏ．３では一方の加熱用金型のみをアルミニウム合金押出材に直接接触させ、他方の加熱用金型とアルミニウム合金押出材の間に断熱材を挟み、熱伝達が行われないようにした。アルミニウム合金押出材の最も低温の箇所は、Ｎｏ．１，２では上下の加熱用金型から最も離れた箇所（図２の低温部ｂ参照）、Ｎｏ．３では前記一方の加熱用金型から最も離れた箇所（他方の加熱用金型の近傍箇所）である。加熱用金型からアルミニウム合金押出材にかけられる平均圧力は０．４ＭＰａ、加熱用金型の温度（表面温度）は２５０℃に設定し、アルミニウム合金押出材の到達目標温度を２００℃とした。
　表４に試験条件及び試験結果を示す。また、図１６に試験結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４及び図１６に示すように、アルミニウム合金押出材の断面積と接触長さの比（Ｓ／Ｌ）が大きいほど、目標温度に達するまでに時間を要する。図１６によれば、アルミニウム合金押出材を短時間（例えば６０秒以内（＝１時間あたり６０本以上の処理能力））で目標温度に昇温するには、概ねＳ／Ｌ≦８ｍｍとする必要がある。
　実施例３で用いたアルミニウム合金押出材と同じ断面形状を有する７０００系アルミニウム合金押出材を、種々の方法で加熱し、目標温度(２００℃)に達するまでの時間を測定した。
　加熱方法は、本発明の実施形態に係る方法（加熱用金型で挟む方法)、空気炉及びオイルバスとした。本発明の実施形態に係る方法に関しては、加熱用金型は鋼製（炭素鋼Ｓ５０Ｃ）とし、目標温度(２００℃)に達するまでの時間は実施例３のＮｏ．１の結果を援用した。空気炉の温度は２５０℃に設定し、オイルバスの温度は２２０℃に設定した。全ての方法において、温度の測定箇所は図１に示す低温部ｂの位置（ウエブ中央）である。
　測定結果を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５に示すように、加熱用金型で挟む本発明の実施形態に係る方法は、他の加熱方法と比べて、高速で目標温度に昇温することができる。
　加熱用金型の材質がアルミニウム合金押出材の昇温速度に及ぼす影響を調査した。
　鋼製（炭素鋼Ｓ５０Ｃ）の加熱用金型及びアルミニウム合金製（Ａ５０５２）の加熱用金型により、アルミニウム合金押出材を挟み込み、昇温速度を測定した。アルミニウム合金押出材は、断面の輪郭が矩形で、一対のフランジ及び３つのウエブからなり(図２参照)、幅約１５０ｍｍ、高さ約５０ｍｍ、断面積約１２００ｍｍ２である。このアルミニウム合金押出材を、温度を２５０℃に設定した加熱用金型でアルミニウム合金押出材の押出方向とは垂直な方向（図２の上下方向）から挟み、０．３ＭＰａの平均圧力（Ｐ／Ａ）で加圧した。アルミニウム合金押出材の断面積Ｓとアルミニウム合金押出材と加熱用金型の接触長さの総和Ｌ（Ｌ１＋Ｌ２）の比Ｓ／Ｌは、４．００ｍｍである。
　アルミニウム合金押出材の温度は、図１に示す低温部ｂの位置（ウエブ中央）をサーモビュアーで計測した。昇温時のアルミニウム合金押出材の温度と加熱時間の関係を図１７に示す。
　図１７に示すように、アルミニウム合金押出材が１００℃に到達する時間は、加熱用金型が鋼製の場合は約４秒、アルミニウム合金製の場合は約２秒であった。また、アルミニウム合金押出材が２００℃に到達する時間は、加熱用金型が鋼製の場合は約２０秒、アルミニウム合金製の場合は約１０秒であった。アルミニウム合金製の加熱用金型を使用したときの昇温速度は、鋼製の加熱用金型を使用したときの約２倍であり、加熱用金型が熱伝導率の高い材質からなる場合、アルミニウム合金押出材の昇温に必要な時間を大幅に短縮できる。
　本出願は、出願日が２０２０年１月２０日である日本国特許出願、特願第２０２０－００６９４７号を基礎出願とする優先権主張を伴う。特願第２０２０－００６９４７号は参照することにより本明細書に取り込まれる。
１　アルミニウム合金押出材
２，３　加熱用金型
４，５　フランジ
６，７，８　ウエブ

Claims (7)

  1. 中空断面を有するアルミニウム合金押出材を昇温して所定の温度範囲内の温度に到達させた後、前記温度範囲内で塑性加工を行う工程とを含むアルミニウム合金製部材の製造方法において、前記アルミニウム合金押出材が熱処理型アルミニウム合金押出材のＴ１調質材であり、前記温度範囲が１５０～３００℃であり、前記アルミニウム合金押出材を、２００～３５０℃に加熱された第１の加熱用金型および第２の加熱用金型により、前記アルミニウム合金押出材の押出方向とは垂直な方向から挟み、前記第１の加熱用金型及び前記第２の加熱用金型からの熱伝達により昇温して前記温度範囲内の温度に到達させることを特徴とするアルミニウム合金製部材の製造方法。
  2. 前記塑性加工を行う工程後、冷却する工程と、前記冷却する工程後、人工時効処理を行う工程とを更に含む、請求項１に記載されたアルミニウム合金製部材の製造方法。
  3. 前記アルミニウム合金が７０００系アルミニウム合金であることを特徴とする請求項１又は２に記載されたアルミニウム合金製部材の製造方法。
  4. 前記アルミニウム合金押出材の昇温時に、前記第１の加熱用金型および前記第２の加熱用金型から前記アルミニウム合金押出材に負荷される荷重をＰ（単位：Ｎ）とし、前記アルミニウム合金押出材と前記第１の加熱用金型との接触箇所の、前記押出方向とは垂直な方向への投影面積をＡ１（単位：ｍ２）とし、前記アルミニウム合金押出材と前記第２の加熱用金型との接触箇所の、前記押出方向とは垂直な方向への投影面積をＡ２（単位：ｍ２）としたとき、Ｐ／Ａ１≧０．０７ＭＰａおよびＰ／Ａ２≧０．０７ＭＰａの関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載されたアルミニウム合金製部材の製造方法。
  5. 前記アルミニウム合金押出材の昇温時に、前記中空断面において、前記アルミニウム合金押出材と前記第１の加熱用金型との接触箇所における接触長さをＬ１（単位：ｍｍ）とし、前記アルミニウム合金押出材と前記第２の加熱用金型との接触箇所における接触長さをＬ２（単位：ｍｍ）とし、前記中空断面の断面積をＳ（単位：ｍｍ２）としたとき、Ｓ／（Ｌ１＋Ｌ２）≦８ｍｍの関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載されたアルミニウム合金製部材の製造方法。
  6. 前記第１の加熱用金型および前記第２の加熱用金型が、鋼製、アルミニウム製又は銅製のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載されたアルミニウム合金製部材の製造方法。
  7. 前記アルミニウム合金製部材がエネルギー吸収部品又は自動車骨格部品であることを特徴とする請求項１又は２に記載されたアルミニウム合金製部材の製造方法。
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