塗装焼付け硬化性に優れた６０００系アルミニウム押出材及びその製造方法
【課題】 塗装焼付けに相当する熱履歴で自動車等の構造部材に適用可能な耐力を確保することができる塗装焼付け硬化性に優れたアルミニウム押出形材を提供する．
【解決手段】 質量％でマグネシウムを０．３〜０．７％、シリコンを０．７％〜１．５％、銅を０．３５％以下、鉄を０．３５％以下、チタンを０．００５〜０．１％含有し、さらに、マンガンを０．０５〜０．３０％、クロムを０．１０％以下、ジルコニウムを０．１０％以下とし、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の１種以上を合計で０．０５〜０．４０％含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物であることを特徴とする６０００系アルミニウム押出材。
【解決手段】 質量％でマグネシウムを０．３〜０．７％、シリコンを０．７％〜１．５％、銅を０．３５％以下、鉄を０．３５％以下、チタンを０．００５〜０．１％含有し、さらに、マンガンを０．０５〜０．３０％、クロムを０．１０％以下、ジルコニウムを０．１０％以下とし、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の１種以上を合計で０．０５〜０．４０％含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物であることを特徴とする６０００系アルミニウム押出材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム押出形材が塗装焼付けに相当する熱履歴を受けたとき、調質処理後と同じように耐力を向上することができる塗装焼付け硬化性に優れた６０００系アルミニウム（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金）押出材に関する。本発明は、自動車など車両用構造部材、例えば、サイドシル、サイドメンバ、クロスメンバ、ドアフレームなどのフレーム構造材など塗装焼付けに相当する熱履歴を受ける部材に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点から、自動車等の構造部材においてアルミニウム合金が注目されている。しかしながら、アルミニウムはスチールに対し単位重量当りの価格が高く、重量は低減できるが部品コストが高くなる傾向にある。従って、アルミニウム合金を自動車等の構造部材に適用する場合には、素材であるアルミニウム押出材の価格を低減する必要がある。
【０００３】
自動車等構造部材の製造工程によっては、アルミニウム押出工程である押出成形→引張矯正→切断の後に、自動車等の構造部材によっては曲げ加工など２次加工を経て、調質処理→塗装→塗装焼付けにより製造される。これら自動車等の構造部材を製造する工程内で、アルミニウム押出材は調質処理及び塗装焼付けと２度の熱履歴を受ける。また、２次加工形状で調質処理を行なうと積載効率が悪く、製品の価格が高くなる。そこで、できるだけ調質処理を廃止するか、２次加工形状における調質処理を廃止し、塗装焼付けの熱履歴を利用してアルミニウム押出材の耐力を上昇する工程が好ましい。
【０００４】
また、自動車等の構造部材は、２次加工時には耐力が低く、サイドシル、サイドメンバ、クロスメンバ、ドアフレームなどのフレーム構造材などによって使用するときに適用可能な耐力を確保していることが好ましい。
【０００５】
また、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金である６０００系アルミニウム合金において、化学量論組成で表されるＭｇ２Ｓｉ含有量と過剰Ｍｇ含有量（又は、過剰Ｓｉ含有量）が合わせて０．６ｗｔ％以上であると、自然時効してしまうことで押出直後よりも耐力が上昇するとともに、室温で放置しない場合に比べて時効処理後の耐力が減少する、いわゆる「負の効果」が発生する。塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材は室温に放置しても、耐力が上昇することなく、且つ、塗装焼付けに相当する塾履歴を受けた後に効率的に性能を発揮することが好ましい。
【０００６】
アルミニウム合金板を適用する場合においては、塗装焼付けの熱履歴を利用する塗装焼付け硬化性を向上するために種々の方法が提案されている。これらの方法の一つとして、下記特許文献１には、合金成分を調整し、ＢｅやＢを添加する方法、下記特許文献２には、溶体化処理後の冷却速度を制御する方法が開示されている。
【０００７】
また、下記特許文献３には、アルミニウム押出形材を適用する場合において、押出後に引張矯正、２次加工などにより加工歪みを加えて時効促進する方法が開示されている。
【０００８】
さらに、下記特許文献４には、曲げ加工性に優れ、塗装焼付け硬化性を有するアルミニウム合金押出形材を得ることを目的として、質量％で、Ｍｇ：０．３〜１．３％、Ｓｉ：０．２〜１．２％、Ｓｎ：０．０１〜０．３％を含有し、残部はＡｌおよび不可避的不純物よりなるアルミニウム合金の鋳塊を４００〜５５０℃で予熱して熱間押出成形を行ってから５０℃／分以上の冷却速度で５０℃以下の温度まで冷却し、押出成形後２４時間以内に５０〜１４０℃の範囲の温度で、合金の耐力が１２０Ｎ／ｍｍ２以下になる範囲内で０．５〜５０時間保持する安定化処理を行う方法が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２０６３号公報
【特許文献２】特開平９−１７６８０６号公報
【特許文献３】特開２００４−２０４３２１号公報
【特許文献４】特開２００２−２３５１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材は自動車等の構造部材として適用する場合、衝突時における車両保護の観点から耐力が１８０ＭＰ、以上であることが好ましい。
【００１１】
また、上記の従来技術は、ＢｅやＢなど合金成分を調整するもの（特許文献１）は、成分管理が複雑になるし、冷却速度を制御するもの（特許文献２）は、工程が煩雑になり厚肉の押出形材に適用するには、コスト上昇につながるものであった。これらの従来技術は板厚が１ｍｍ程度のアルミニウム圧延板に関するものであるため、そのままアルミニウム押出形材に適用しても、塗装焼付け硬化性が充分に発揮されない恐れがあった。また、押出後に加工歪みを加えるもの（特許文献３）は、引張矯正の工程管理が難しく、また、加工硬化により耐力が上昇するために２次加工しづらくなる。さらに、引張矯正しない場合には２次加工する必要があり、いずれも自動車などの構造材に適用する場合によっては適用を制限してしまい、適用できない部位があった。更に、特許文献４の方法では、押出成形後２４ｈｒ以内に安定化処理を行わなければならなかった。
【００１２】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、塗装焼付けに相当する熱履歴（１５０〜２００℃×０．３〜０．５ｈｒ程度）で自動車等の構造部材に適用可能な耐力を確保することができる塗装焼付け硬化性に優れたアルミニウム押出形材を提供することを技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、特定組成の６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金）を押出成形後、直ちに特定温度で特定時間保持し、その後、塗装及び塗装焼付けに相当する熱履歴を受けたアルミニウム押出材が上記課題を解決するものであること見出し、本発明に到達した。
【００１４】
即ち、第１に、本発明は６０００系アルミニウム押出材の発明であり、質量％で、強度確保のためにマグネシウムを０．３〜０．７％、及びシリコンを０．７％〜１．５％、伸び確保のために銅を０．３５％以下、耐力確保のために鉄を０．３５％以下、結晶微細化のためチタンを０．００５〜０．１％含有し、さらに、押出時の組織安定のためマンガンを０．０５〜０．３０％、クロムを０．１０％以下、及びジルコニウムを０．１０％以下とし、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の１種以上を合計で０．０５〜０．４０％含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物である。本発明のアルミニウム押出形材は、塗装焼付けに相当する熱履歴を受けたとき、調質処理後と同じように耐力を向上することができる塗装焼付け硬化性に優れたアルミニウム押出材である。
【００１５】
本発明の６０００系アルミニウム押出材は、押出成形後直ちに９０±５０℃で１〜２４ｈｒ保持されたものであることが好ましい。又、本発明の６０００系アルミニウム押出材は、塗装焼付けに相当する熱履歴で耐力が６０ＭＰａ以上上昇し、その後の耐力が１８０ＭＰａ以上に設定されていることが好ましい。
【００１６】
第２に、本発明は６０００系アルミニウム押出材の製造方法の発明であり、質量％でマグネシウムを０．３〜０．７％、シリコンを０．７％〜１．５％、銅を０．３５％以下、鉄を０．３５％以下、チタンを０．００５〜０．１％含有し、さらに、マンガンを０．０５〜０．３０％、クロムを０．１０％以下、ジルコニウムを０．１０％以下とし、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の１種以上を合計で０．０５〜０．４０％含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物よりなるアルミニウム合金の鋳塊を押出成形する。
【００１７】
本発明の６０００系アルミニウム押出材の製造方法においては、押出成形後直ちに９０±５０℃で１〜２４ｈｒ保持することが好ましい。
【００１８】
こうして製造された本発明の６０００系アルミニウム押出材は、塗装焼付けに相当する熱履歴で耐力が６０ＭＰａ以上上昇し、その後の耐力が１８０ＭＰａ以上に設定されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、６０００系アルミニウム押出形材について、塗装焼付けの熱履歴で十分な耐力を満足することができる塗装焼付け硬化性に優れたアルミニウム押出形材及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に、従来及び本発明のアルミニウム押出形材を用いた自動車部材の製造工程をドアフレームを例にして対比・説明する。
【００２１】
図１（ａ）は、従来の分割ドアフレームの製造工程を示す。アルミニウム部材からなるビレット（ＢＬＴ）は押出工程である押出成形→引張矯正→切断の後に、ストレッチベンダー曲げ等の曲げ加工の後、他のアルミニウム部材との溶接等の２次加工を経て、例えばＴ５（２００℃×３ｈｒ）の調質処理を行う。その後、塗装工程を経て１７０℃×０．３ｈｒ程度の塗装焼付けにより製造される。
【００２２】
図１（ｂ）は、従来の一体ドアフレームの製造工程を示す。アルミニウム部材からなるビレット（ＢＬＴ）は押出工程である押出成形→引張矯正→切断の後に、ストレッチベンダー曲げ等の曲げ加工等の２次加工を経て、例えばＴ５（２００℃×３ｈｒ）の調質処理を行う。その後、塗装工程を経て１７０℃×０．３ｈｒ程度の塗装焼付けにより製造される。
【００２３】
これら従来のドアフレームの製造工程内では、アルミニウム押出材は調質処理及び塗装焼付けと２度の熱履歴を受けることになる。また、２次加工形状で調質処理を行なうと積載効率が悪く、製品の価格が高くなる。
【００２４】
これに対して、図１（ｃ）は、本発明の一体ドアフレームの製造工程を示す。アルミニウム部材からなるビレット（ＢＬＴ）は押出工程である押出成形→引張矯正→切断の後に、ストレッチベンダー曲げ等の曲げ加工等の２次加工を行う。その後、調質処理なしに、塗装工程を経て１７０℃×０．３ｈｒ程度の塗装焼付けにより製造される。このように、本発明では、調質処理を廃止し、塗装焼付けの１回のみの熱履歴を利用してアルミニウム押出材の耐力を上昇する。
【００２５】
調質処理に対して塗装焼付けの熱履歴は１７０℃×０．３ｈｒ程度であり、通常の調質処理（２００℃×３ｈｒ程度）に対して時効温度が低く、且つ、保持時間が短い。構造部材として適用可能な耐力を確保するため、塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材は時効温度が低く、且つ、保持時間が短い場合においても、時効処理で析出するＭｇ２Ｓｉ析出物の密度は調質処理と同程度であることが好ましい。このＭｇ２Ｓｉ析出物は６０００系アルミニウム合金において耐力を向上させることができる。そのため本発明ではマグネシウム、シリコンを含有しているが、マグネシウム、シリコンは多く含有すると押出成形性を大きく阻害するので上限を設けている。また、銅は耐力及び伸びを向上させるが、多く含有すると押出成形性を阻害し、耐食性を阻害する。さらに、鉄は鋳造時に晶出物、高温加熱時に粗大な析出物を析出し、時効処理において析出するＭｇ２Ｓｉ析出物の密度を減少させるため、時効処理における耐力上昇を阻害する。
【００２６】
本発明は、６０００系アルミニウム合金の押出成形性を阻害せずに塗装焼付け硬化性を効率的に発揮できる合金成分範囲及び、塗装焼付けに相当する熱履歴を受けた後に、耐力が６０ＭＰａ以上上昇し、衝突時における車両保護の観点から耐力を１８０ＭＰａ以上に確保できる塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材及びその製造方法を定めたものである。
【００２７】
以下に本発明に係る塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材の各合金成分及び製造方法について説明する。
【００２８】
[マグネシウム、シリコン]
マグネシウムとシリコンは押出後冷却することによりアルミニウムの過飽和固溶体を形成し、その後の時効処理においてＭｇ２Ｓｉ析出物を形成し、合金強度を向上する。マグネシウムは塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材として必要な耐力を確保するため、マグネシウムは０．３％以上含有することが好ましい。しかしながら、マグネシウムは多く含有すると押出成形時の変形抵抗が大きく増大するため、マグネシウムは０．７％以下であることが好ましい。従って、マグネシウムは０．３〜０．７％とする。より望ましくは０．４％〜０．６％とする。
【００２９】
シリコンはマグネシウムに対して多く含有しても押出生産性を阻害しにくい。また、シリコンは塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材として必要な耐力を確保するため、シリコンは０．７％以上含有することが好ましい。しかしながら、シリコンは１．５％を超えると、押出後冷却することによりアルミニウムに固溶しにくくなり、且つ、これ以上多く含有してもマグネシウムと同様に押出生産性を阻害する傾向にあることを考慮し、シリコンは１．５％以下であることが好ましい。従って、シリコンは０．７〜１．５％とする。より望ましくは、０．８％〜１．３％とする。
【００３０】
［銅］
銅は強度及び伸びを確保のためには含有されていることが好ましいが、過剰であると耐食性が低下する。また、押出時における変形抵抗が増加し、生産性を阻害する傾向がある。これを考慮し、銅は０．３５％以下とする。
【００３１】
［鉄］
鉄は鋳造時に金属間化合物を多く晶出し、合金強度が低下する。この金属間化合物は粗大であり、その後の時効処理で耐力を向上させるＭｇ２Ｓｉ析出物を構成しているシリコンを取りこむために析出物の密度は小さくなる。また、過剰であると耐食性が低下する。これを考慮し、鉄は０．３５％以下とする。
【００３２】
［マンガン、クロム、ジルコニウム］
マンガン、クロム、ジルコニウムは押出時の再結晶を抑制し、繊維状組織を安定化する効果がある。しかしながら、クロム、ジルコニウムは焼入れ感受性を大きく阻害し、自動車等の構造材を形成するアルミニウム押出形材によっては押出後のファン空冷で過飽和固溶体を形成しづらくなり、その後の時効処理で耐力を向上させるＭｇ２Ｓｉ析出物の密度が小さくなる。また、ジルコニウムは鋳造時にチタンと金属間化合物を形成し、チタンの結晶微細化する効果を減少させるとともに、鋳造時に割れが発生する原因となる。
【００３３】
マンガンは比較的焼入れ感受性を阻害しにくく、再結晶を抑制しやすい。再結晶を抑制する効果を得るためには０．０５％以上含有する必要がある。しかしながら、０．３０％以上添加すると、クロム、ジルコニウムと同様に焼入れ感受性を阻害し、自動車等の構造材を形成するアルミニウム押出形材によっては、押出後のファン空冷で過飽和固溶体を形成しづらくなり、その後の時効処理で耐力を向上させるＭｇ２Ｓｉ析出物の密度が小さくなる。
【００３４】
これを考慮し、マンガンを０．０５〜０．３０％、クロムを０．１０％以下、ジルコニウムを０．１０％以下で含有し、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の１種以上を合計で０．０５〜０．４０％とする。
【００３５】
［チタン］
チタンは鋳造時に結晶を微細化させるが、過剰に添加しても添加効果が飽和する。これを考慮し、チタンは０．００５〜０．１０％とすることができる。より望ましくは０．００５〜０．０５％とすることができ、さらに望ましくは０．００５〜０．０３％とする。
【００３６】
［不可避不純物］
不可避不純物はアルミニウム合金を鋳造する際の地金、添加元素の中間合金など様々な経路で混入する。混入する元素は様々であるが、単体で０．０５％以下、総量で０．１５％以下であれば合金特性にほとんど影響を及ぼさない。これを考慮し、不可避不純物は単体で０．０５％以下、総量で０．１５％以下とする。
【００３７】
［製造方法］
塗装焼付け硬化性アルミニウム押出材は、製造工程において押出成形→９０±５０℃×１〜２４ｈｒ保持後に塗装及び塗装焼付けに相当した熱履歴を受けたアルミニウム押出形材である。押出成形後の９０±５０℃×１〜２４ｈｒ保持により、その後の塗装焼付けに相当する熱履歴で形成するＭｇ２Ｓｉ析出物の核（いわゆるＧＰｚｏｎｅ）を生成する。このＧＰｚｏｎｅは低温に保持することでより多く生成することができるが、５０℃より低い温度で保持すると、生成するのに２４ｈｒ以上の保持時間が必要であり、生産効率が悪くなるため、塗装焼付け硬化性アルミニウム押出材として５０℃以上に保持することが望ましい。また、１２０℃より高い温度で保持すると、Ｍｇ２Ｓｉ析出物が成長してしまい、耐力が上昇するために、その後２次加工する場合には、加工性を阻害する傾向にあり、１２０℃以下に保持することが望ましい。これを考慮し、押出成形後に９０±５０℃×１〜２４ｈｒとし、さらに望ましくは７０±１０℃×１〜１２ｈｒとすることができる。この９０±５０℃×１〜２４ｈｒ保持工程は、押出成形後に空冷し、雰囲気炉内にて保持しても良いし、ウォータバスやオイルバスで保持しても良い、また、押出成形後の放冷を制御し、断熱して保持しても良い。
【００３８】
さらに、９０±５０℃×１〜２４ｈｒ保持工程は、通常しない場合において押出成形後に室温に放置することで徐々にＧＰｚｏｎｅが生成するために強度が上昇してしまう自然時効が生じるが、９０±５０℃×１〜２４ｈｒ保持していることにより、すでにＧＰｚｏｎｅが生成しているため、その後の自然時効抑制にも効果がある。
【００３９】
本発明に係る塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材は、中実又は中空部をもつ形材として好適であり、角筒形状でも良く、円筒形状、異形形状でも良い。その横断面形状としては、図２のような自動車のフレーム構造材を例示することができる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
【００４１】
まず、表１の試験例Ｎｏ．１〜３に示す６０００系のアルミニウム合金の組成になるように成分調整した原料を溶解し、押出サイズに適した円筒状の鋳塊（直径２０４ｍｍ×長さ７００ｍｍ）を溶製した。尚、表１に示す合金成分は分析値で「０．００％」は有効数字を考慮している。その後、鋳塊を５６０℃×４ｈｒで均質化処理を行った。次に均質化処理した鋳塊（ビレット）を押出成形型にて、押出温度（ビレット加熱温度）５００℃、押出速度１０ｍ／ｍｉｎで押出成形し、図２に示すフレーム構造材の横断面に相当するアルミニウム押出形材を形成した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
その後、アルミニウム押出材を表２に示す所定の温度・時間で保持し、１週間室温に放置して図３に示す塗装焼付けに相当する熱履歴（Ｂ．Ｈ．処理）を加えた。通常の調質処理に相当する熱処理は実施していない。
【００４４】
【表２】
【００４５】
これらの塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材について、引張試験により耐力、強度、破断伸びを調べて評価した。引張特性は、平板状試験片を塗装焼付け硬化性押出形材から採取し、ＪＩＳ規格に準拠した引張試験機でＪＩＳ−Ｚ２２４１に基づいて求めた。判定基準は耐力が衝突時における車両保護の観点から１８０ＭＰａ以上を「○」とし、１８０〜１５０ＭＰａは断面設計によっては適用可能なため「△」とし、１５０ＭＰａ未満を「×」とした。さらに、２次加工する場合を考慮して、塗装焼付けに相当する熱履歴の前後における耐力の差が６０ＭＰａ以上を「○」とし、６０ＭＰａ未満を「×」として、総合判定を行なった。表３に評価結果を示す。
【００４６】
【表３】
【００４７】
［評価］
本発明の実施例に相当する試験例Ｎｏ．１は、Ｓｉを１．２０％、Ｃｕを０．１５％、Ｍｇを０．５０％、Ｍｎを０．０８％含有するアルミニウム押出形材である。押出後７０℃×１２ｈｒ処理が未処理のもの（Ｎｏ．１−１）と施したもの（Ｎｏ．１−２)について、Ｂ．Ｈ．処理前後の耐力を比較した。さらに、押出後７０℃×１２ｈｒ保持したものに対して２％の引張歪みを導入しないもの(Ｎｏ．１−２)と、導入したもの（Ｎｏ．１−３)についてＢ．Ｈ．処理後の耐力を比較した。その結果、試験例Ｎｏ．１に係るアルミニウム押出形材から、平板状試験片を採取して引張試験した結果、Ｂ．Ｈ．処理後の耐力は、それぞれ１８０ＭＰａ、２１９ＭＰａ、２６６ＭＰａであり、評価は「○」であった。しかし、Ｂ．Ｈ．処理による耐力上昇は押出後７０℃×１２ｈｒ処理が未処理のものは５５ＭＰａと小さく、判定は「×」であった。押出後７０℃×１２ｈｒ処理を施したものは、２％の引張歪みを導入する、しないに関わらずＢ．Ｈ．による耐力上昇がそれぞれ６５ＭＰａ、１１５ＭＰａであり、判定は「○」であった。従って、実施例に相当する試験例Ｎｏ．１の総合判定は押出後７０℃×１２ｈｒ処理しないもの(Ｎｏ．１−１)は「×」、押出後７０℃×１２ｈｒ処理したもの（Ｎｏ．１−２及びＮｏ．１−３）は２％の引張歪みを導入する、しないに関わらず、ともに「○」とした。
【００４８】
実施例に相当する試験例Ｎｏ．２は、Ｓｉを１．１０％、Ｃｕを０．２０％、Ｍｇを０．５９％、Ｍｎが０．０８％含有するアルミニウム押出形材である。押出後７０℃×１２ｈｒ処理が未処理のもの（Ｎｏ．２−１）と施したもの（Ｎｏ．２−２）、及び、押出後７０℃×１２ｈｒ処理した後に２％の引張歪みを導入しないもの(Ｎｏ．２−２)と導入したもの（Ｎｏ．２−３）についてＢ．Ｈ．処理を比較すると、それぞれ１７９ＭＰａ、１８３ＭＰａ、２１１ＭＰａであり、７０℃×１２ｈｒ処理を施さない場合、２％の引張歪みを導入しても耐力が１８０ＭＰａ以上でなく、評価は「△」であった。７０℃×１２ｈｒ処理を施した場合は、２％の引張歪みを導入する、しないに関わらず耐力が１８０ＭＰａ以上であり評価は「○」であった。また、Ｂ．Ｈ．処理による耐力上昇は押出後７０℃×１２ｈｒ処理が未処理のものは５８ＭＰａと小さく、判定は「×」であった。押出後７０℃×１２ｈｒ処理を施したものは、Ｂ．Ｈ．による耐力上昇がそれぞれ６４ＭＰａ、９２ＭＰａであり、判定は「○」であった。従って、実施例に相当する試験例Ｎｏ．２の総合判定は押出後７０℃×１２ｈｒ処理しないもの（Ｎｏ．２−１）は「×」、押出後７０℃×１２ｈｒ処理したもの（Ｎｏ．２−２及びＮｏ２−３）は２％の引張歪みを導入する、しないに関わらず、ともに「○」とした。
【００４９】
実施例に相当する試験例Ｎｏ．３は、Ｓｉを０．９０％、Ｃｕを０．２０％、Ｍｇを０．４０％、Ｍｎを０．０８％含有するアルミニウム押出形材である。押出後７０℃×１２ｈｒ処理が未処理のもの（Ｎｏ．３−１）と施したもの（Ｎｏ．３−２）、及び、押出後７０℃×１２ｈｒ処理した後に２％の引張歪みを導入しないもの（Ｎｏ．３−２）と導入したもの（Ｎｏ．３−３）についてＢ．Ｈ．処理を比較すると、それぞれ１５１ＭＰａ、１５０ＭＰａ、１８２ＭＰａであり、７０℃×１２ｈｒ処理を施さない場合、２％の引張歪みを導入しても耐力が１８０ＭＰａ以上でなく、また、７０℃×１２ｈｒ処理を施した場合でも、２％の引張歪みを導入しない場合において評価は「△」であった。７０℃×１２ｈｒ処理を施した場合は、２％の引張歪みを導入すると耐力が１８０ＭＰａ以上であり評価は「○」であった。また、Ｂ．Ｈ．処理による耐力上昇は押出後７０℃×１２ｈｒ処理が未処理のものは４６ＭＰａと小さく、判定は「×」であった。押出後７０℃×１２ｈｒ処理を施したものは、Ｂ．Ｈ．による耐力上昇がそれぞれ６０ＭＰａ、９２ＭＰａであり、判定は「○」であった。従って、実施例に相当する試験例Ｎｏ．３の総合判定は押出後７０℃×１２ｈｒ処理しないもの（Ｎｏ．３−１）は「×」、押出後７０℃×１２ｈｒ処理したもので２％の歪みを導入しないものは「△」、２％の歪みを導入したものは「○」とした。
【００５０】
実施例に相当する試験例Ｎｏ．３において、押出後７０℃×１２ｈｒ処理し、２％の歪みを導入しないもの（Ｎｏ．３−２）は自動車等の構造部材によっては、断面形状の見直しなどにより適用することができる。
【００５１】
比較例に相当する試験例Ｎｏ．４は、Ｓｉを０．６９％、Ｃｕを０．２０％、Ｍｎを０．２０％、Ｍｇを０．６０％、Ｃｒを０．０２％、含有するアルミニウム押出形材である。Ｓｉの含有量は本発明の範囲を外れている。この材料を７０℃×１２ｈｒ処理を行なわずにＢ．Ｈ．処理すると耐力は１０５ＭＰａ、Ｂ．Ｈ．による耐力上昇は１０ＭＰａでともに評価は「×」であった。この材料は通常の調質処理を施すと耐力は１９７ＭＰａであり、自動車等の構造部材によっては適用可能であるが、塗装焼付け硬化性に乏しく、コストが高くなる恐れがある。
【００５２】
比較例に相当する試験例Ｎｏ．５は、Ｓｉを０．４４％、Ｍｇを０．４９％含有するアルミニウム押出形材である。Ｓｉの含有量は本発明の範囲を外れている。この材料を７０℃×１２ｈｒ処理を行なわずにＢ．Ｈ．処理すると耐力は８５ＭＰａ、Ｂ．Ｈ．による耐力上昇は１４ＭＰａでともに評価は「×」であった。この材料は通常の調質処理を施すと耐力は２３３ＭＰａであり、自動車等の構造部材によっては適用可能であるが、塗装焼付け硬化性に乏しく、コストが高くなる恐れがある。
【００５３】
さらに、表４に７０℃×１２ｈｒしないときに室温放置（１週間）した機械的性質の変化と７０℃×１２ｈｒ処理したときに室温放置した機械的性質の変化を比較した。
【００５４】
【表４】
【００５５】
実施例に相当する試験例Ｎｏ．１〜３において７０℃×１２ｈｒ処理しないときには、室温放置により耐力が１０〜１１ＭＰａ上昇した。しかし、７０℃×１２ｈｒ処理したときには０〜２ＭＰａと殆ど上昇していない。比較例に相当する試験例Ｎｏ．４及び５は７０℃×１２ｈｒ処理しておらず、いずれも室温放置により、耐力が８〜１１ＭＰａ上昇した。
【００５６】
室温放置による耐力上昇は自然時効していると考えられ、その後のＢ．Ｈ．処理において、いわゆる「負の効果」により性能を効率的に発揮することができないと考えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明によれば、塗装焼付けに相当する熱履歴で自動車等の構造部材に適用可能な耐力を確保することができる塗装焼付け硬化性に優れた６０００系アルミニウム押出形材を提供することが出来る。本発明のアルミニウム押出形材は、自動車など車両用構造部材、例えば、サイドシル、サイドメンバ、クロスメンバ、ドアフレームなどのフレーム構造材など塗装焼付けに相当する熱履歴を受ける部材に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】従来及び本発明のアルミニウム押出形材を用いた自動車部材の製造工程をドアフレームを例にして対比・説明する。図１（ａ）は、従来の分割ドアフレームの製造工程を示す。図１（ｂ）は、従来の一体ドアフレームの製造工程を示す。図１（ｃ）は、本発明の一体ドアフレームの製造工程を示す。
【図２】試験片の横断面を示す図である。
【図３】塗装焼付けに相当する熱履歴を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム押出形材が塗装焼付けに相当する熱履歴を受けたとき、調質処理後と同じように耐力を向上することができる塗装焼付け硬化性に優れた６０００系アルミニウム（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金）押出材に関する。本発明は、自動車など車両用構造部材、例えば、サイドシル、サイドメンバ、クロスメンバ、ドアフレームなどのフレーム構造材など塗装焼付けに相当する熱履歴を受ける部材に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点から、自動車等の構造部材においてアルミニウム合金が注目されている。しかしながら、アルミニウムはスチールに対し単位重量当りの価格が高く、重量は低減できるが部品コストが高くなる傾向にある。従って、アルミニウム合金を自動車等の構造部材に適用する場合には、素材であるアルミニウム押出材の価格を低減する必要がある。
【０００３】
自動車等構造部材の製造工程によっては、アルミニウム押出工程である押出成形→引張矯正→切断の後に、自動車等の構造部材によっては曲げ加工など２次加工を経て、調質処理→塗装→塗装焼付けにより製造される。これら自動車等の構造部材を製造する工程内で、アルミニウム押出材は調質処理及び塗装焼付けと２度の熱履歴を受ける。また、２次加工形状で調質処理を行なうと積載効率が悪く、製品の価格が高くなる。そこで、できるだけ調質処理を廃止するか、２次加工形状における調質処理を廃止し、塗装焼付けの熱履歴を利用してアルミニウム押出材の耐力を上昇する工程が好ましい。
【０００４】
また、自動車等の構造部材は、２次加工時には耐力が低く、サイドシル、サイドメンバ、クロスメンバ、ドアフレームなどのフレーム構造材などによって使用するときに適用可能な耐力を確保していることが好ましい。
【０００５】
また、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金である６０００系アルミニウム合金において、化学量論組成で表されるＭｇ２Ｓｉ含有量と過剰Ｍｇ含有量（又は、過剰Ｓｉ含有量）が合わせて０．６ｗｔ％以上であると、自然時効してしまうことで押出直後よりも耐力が上昇するとともに、室温で放置しない場合に比べて時効処理後の耐力が減少する、いわゆる「負の効果」が発生する。塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材は室温に放置しても、耐力が上昇することなく、且つ、塗装焼付けに相当する塾履歴を受けた後に効率的に性能を発揮することが好ましい。
【０００６】
アルミニウム合金板を適用する場合においては、塗装焼付けの熱履歴を利用する塗装焼付け硬化性を向上するために種々の方法が提案されている。これらの方法の一つとして、下記特許文献１には、合金成分を調整し、ＢｅやＢを添加する方法、下記特許文献２には、溶体化処理後の冷却速度を制御する方法が開示されている。
【０００７】
また、下記特許文献３には、アルミニウム押出形材を適用する場合において、押出後に引張矯正、２次加工などにより加工歪みを加えて時効促進する方法が開示されている。
【０００８】
さらに、下記特許文献４には、曲げ加工性に優れ、塗装焼付け硬化性を有するアルミニウム合金押出形材を得ることを目的として、質量％で、Ｍｇ：０．３〜１．３％、Ｓｉ：０．２〜１．２％、Ｓｎ：０．０１〜０．３％を含有し、残部はＡｌおよび不可避的不純物よりなるアルミニウム合金の鋳塊を４００〜５５０℃で予熱して熱間押出成形を行ってから５０℃／分以上の冷却速度で５０℃以下の温度まで冷却し、押出成形後２４時間以内に５０〜１４０℃の範囲の温度で、合金の耐力が１２０Ｎ／ｍｍ２以下になる範囲内で０．５〜５０時間保持する安定化処理を行う方法が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２０６３号公報
【特許文献２】特開平９−１７６８０６号公報
【特許文献３】特開２００４−２０４３２１号公報
【特許文献４】特開２００２−２３５１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材は自動車等の構造部材として適用する場合、衝突時における車両保護の観点から耐力が１８０ＭＰ、以上であることが好ましい。
【００１１】
また、上記の従来技術は、ＢｅやＢなど合金成分を調整するもの（特許文献１）は、成分管理が複雑になるし、冷却速度を制御するもの（特許文献２）は、工程が煩雑になり厚肉の押出形材に適用するには、コスト上昇につながるものであった。これらの従来技術は板厚が１ｍｍ程度のアルミニウム圧延板に関するものであるため、そのままアルミニウム押出形材に適用しても、塗装焼付け硬化性が充分に発揮されない恐れがあった。また、押出後に加工歪みを加えるもの（特許文献３）は、引張矯正の工程管理が難しく、また、加工硬化により耐力が上昇するために２次加工しづらくなる。さらに、引張矯正しない場合には２次加工する必要があり、いずれも自動車などの構造材に適用する場合によっては適用を制限してしまい、適用できない部位があった。更に、特許文献４の方法では、押出成形後２４ｈｒ以内に安定化処理を行わなければならなかった。
【００１２】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、塗装焼付けに相当する熱履歴（１５０〜２００℃×０．３〜０．５ｈｒ程度）で自動車等の構造部材に適用可能な耐力を確保することができる塗装焼付け硬化性に優れたアルミニウム押出形材を提供することを技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、特定組成の６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金）を押出成形後、直ちに特定温度で特定時間保持し、その後、塗装及び塗装焼付けに相当する熱履歴を受けたアルミニウム押出材が上記課題を解決するものであること見出し、本発明に到達した。
【００１４】
即ち、第１に、本発明は６０００系アルミニウム押出材の発明であり、質量％で、強度確保のためにマグネシウムを０．３〜０．７％、及びシリコンを０．７％〜１．５％、伸び確保のために銅を０．３５％以下、耐力確保のために鉄を０．３５％以下、結晶微細化のためチタンを０．００５〜０．１％含有し、さらに、押出時の組織安定のためマンガンを０．０５〜０．３０％、クロムを０．１０％以下、及びジルコニウムを０．１０％以下とし、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の１種以上を合計で０．０５〜０．４０％含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物である。本発明のアルミニウム押出形材は、塗装焼付けに相当する熱履歴を受けたとき、調質処理後と同じように耐力を向上することができる塗装焼付け硬化性に優れたアルミニウム押出材である。
【００１５】
本発明の６０００系アルミニウム押出材は、押出成形後直ちに９０±５０℃で１〜２４ｈｒ保持されたものであることが好ましい。又、本発明の６０００系アルミニウム押出材は、塗装焼付けに相当する熱履歴で耐力が６０ＭＰａ以上上昇し、その後の耐力が１８０ＭＰａ以上に設定されていることが好ましい。
【００１６】
第２に、本発明は６０００系アルミニウム押出材の製造方法の発明であり、質量％でマグネシウムを０．３〜０．７％、シリコンを０．７％〜１．５％、銅を０．３５％以下、鉄を０．３５％以下、チタンを０．００５〜０．１％含有し、さらに、マンガンを０．０５〜０．３０％、クロムを０．１０％以下、ジルコニウムを０．１０％以下とし、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の１種以上を合計で０．０５〜０．４０％含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物よりなるアルミニウム合金の鋳塊を押出成形する。
【００１７】
本発明の６０００系アルミニウム押出材の製造方法においては、押出成形後直ちに９０±５０℃で１〜２４ｈｒ保持することが好ましい。
【００１８】
こうして製造された本発明の６０００系アルミニウム押出材は、塗装焼付けに相当する熱履歴で耐力が６０ＭＰａ以上上昇し、その後の耐力が１８０ＭＰａ以上に設定されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、６０００系アルミニウム押出形材について、塗装焼付けの熱履歴で十分な耐力を満足することができる塗装焼付け硬化性に優れたアルミニウム押出形材及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に、従来及び本発明のアルミニウム押出形材を用いた自動車部材の製造工程をドアフレームを例にして対比・説明する。
【００２１】
図１（ａ）は、従来の分割ドアフレームの製造工程を示す。アルミニウム部材からなるビレット（ＢＬＴ）は押出工程である押出成形→引張矯正→切断の後に、ストレッチベンダー曲げ等の曲げ加工の後、他のアルミニウム部材との溶接等の２次加工を経て、例えばＴ５（２００℃×３ｈｒ）の調質処理を行う。その後、塗装工程を経て１７０℃×０．３ｈｒ程度の塗装焼付けにより製造される。
【００２２】
図１（ｂ）は、従来の一体ドアフレームの製造工程を示す。アルミニウム部材からなるビレット（ＢＬＴ）は押出工程である押出成形→引張矯正→切断の後に、ストレッチベンダー曲げ等の曲げ加工等の２次加工を経て、例えばＴ５（２００℃×３ｈｒ）の調質処理を行う。その後、塗装工程を経て１７０℃×０．３ｈｒ程度の塗装焼付けにより製造される。
【００２３】
これら従来のドアフレームの製造工程内では、アルミニウム押出材は調質処理及び塗装焼付けと２度の熱履歴を受けることになる。また、２次加工形状で調質処理を行なうと積載効率が悪く、製品の価格が高くなる。
【００２４】
これに対して、図１（ｃ）は、本発明の一体ドアフレームの製造工程を示す。アルミニウム部材からなるビレット（ＢＬＴ）は押出工程である押出成形→引張矯正→切断の後に、ストレッチベンダー曲げ等の曲げ加工等の２次加工を行う。その後、調質処理なしに、塗装工程を経て１７０℃×０．３ｈｒ程度の塗装焼付けにより製造される。このように、本発明では、調質処理を廃止し、塗装焼付けの１回のみの熱履歴を利用してアルミニウム押出材の耐力を上昇する。
【００２５】
調質処理に対して塗装焼付けの熱履歴は１７０℃×０．３ｈｒ程度であり、通常の調質処理（２００℃×３ｈｒ程度）に対して時効温度が低く、且つ、保持時間が短い。構造部材として適用可能な耐力を確保するため、塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材は時効温度が低く、且つ、保持時間が短い場合においても、時効処理で析出するＭｇ２Ｓｉ析出物の密度は調質処理と同程度であることが好ましい。このＭｇ２Ｓｉ析出物は６０００系アルミニウム合金において耐力を向上させることができる。そのため本発明ではマグネシウム、シリコンを含有しているが、マグネシウム、シリコンは多く含有すると押出成形性を大きく阻害するので上限を設けている。また、銅は耐力及び伸びを向上させるが、多く含有すると押出成形性を阻害し、耐食性を阻害する。さらに、鉄は鋳造時に晶出物、高温加熱時に粗大な析出物を析出し、時効処理において析出するＭｇ２Ｓｉ析出物の密度を減少させるため、時効処理における耐力上昇を阻害する。
【００２６】
本発明は、６０００系アルミニウム合金の押出成形性を阻害せずに塗装焼付け硬化性を効率的に発揮できる合金成分範囲及び、塗装焼付けに相当する熱履歴を受けた後に、耐力が６０ＭＰａ以上上昇し、衝突時における車両保護の観点から耐力を１８０ＭＰａ以上に確保できる塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材及びその製造方法を定めたものである。
【００２７】
以下に本発明に係る塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材の各合金成分及び製造方法について説明する。
【００２８】
[マグネシウム、シリコン]
マグネシウムとシリコンは押出後冷却することによりアルミニウムの過飽和固溶体を形成し、その後の時効処理においてＭｇ２Ｓｉ析出物を形成し、合金強度を向上する。マグネシウムは塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材として必要な耐力を確保するため、マグネシウムは０．３％以上含有することが好ましい。しかしながら、マグネシウムは多く含有すると押出成形時の変形抵抗が大きく増大するため、マグネシウムは０．７％以下であることが好ましい。従って、マグネシウムは０．３〜０．７％とする。より望ましくは０．４％〜０．６％とする。
【００２９】
シリコンはマグネシウムに対して多く含有しても押出生産性を阻害しにくい。また、シリコンは塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材として必要な耐力を確保するため、シリコンは０．７％以上含有することが好ましい。しかしながら、シリコンは１．５％を超えると、押出後冷却することによりアルミニウムに固溶しにくくなり、且つ、これ以上多く含有してもマグネシウムと同様に押出生産性を阻害する傾向にあることを考慮し、シリコンは１．５％以下であることが好ましい。従って、シリコンは０．７〜１．５％とする。より望ましくは、０．８％〜１．３％とする。
【００３０】
［銅］
銅は強度及び伸びを確保のためには含有されていることが好ましいが、過剰であると耐食性が低下する。また、押出時における変形抵抗が増加し、生産性を阻害する傾向がある。これを考慮し、銅は０．３５％以下とする。
【００３１】
［鉄］
鉄は鋳造時に金属間化合物を多く晶出し、合金強度が低下する。この金属間化合物は粗大であり、その後の時効処理で耐力を向上させるＭｇ２Ｓｉ析出物を構成しているシリコンを取りこむために析出物の密度は小さくなる。また、過剰であると耐食性が低下する。これを考慮し、鉄は０．３５％以下とする。
【００３２】
［マンガン、クロム、ジルコニウム］
マンガン、クロム、ジルコニウムは押出時の再結晶を抑制し、繊維状組織を安定化する効果がある。しかしながら、クロム、ジルコニウムは焼入れ感受性を大きく阻害し、自動車等の構造材を形成するアルミニウム押出形材によっては押出後のファン空冷で過飽和固溶体を形成しづらくなり、その後の時効処理で耐力を向上させるＭｇ２Ｓｉ析出物の密度が小さくなる。また、ジルコニウムは鋳造時にチタンと金属間化合物を形成し、チタンの結晶微細化する効果を減少させるとともに、鋳造時に割れが発生する原因となる。
【００３３】
マンガンは比較的焼入れ感受性を阻害しにくく、再結晶を抑制しやすい。再結晶を抑制する効果を得るためには０．０５％以上含有する必要がある。しかしながら、０．３０％以上添加すると、クロム、ジルコニウムと同様に焼入れ感受性を阻害し、自動車等の構造材を形成するアルミニウム押出形材によっては、押出後のファン空冷で過飽和固溶体を形成しづらくなり、その後の時効処理で耐力を向上させるＭｇ２Ｓｉ析出物の密度が小さくなる。
【００３４】
これを考慮し、マンガンを０．０５〜０．３０％、クロムを０．１０％以下、ジルコニウムを０．１０％以下で含有し、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の１種以上を合計で０．０５〜０．４０％とする。
【００３５】
［チタン］
チタンは鋳造時に結晶を微細化させるが、過剰に添加しても添加効果が飽和する。これを考慮し、チタンは０．００５〜０．１０％とすることができる。より望ましくは０．００５〜０．０５％とすることができ、さらに望ましくは０．００５〜０．０３％とする。
【００３６】
［不可避不純物］
不可避不純物はアルミニウム合金を鋳造する際の地金、添加元素の中間合金など様々な経路で混入する。混入する元素は様々であるが、単体で０．０５％以下、総量で０．１５％以下であれば合金特性にほとんど影響を及ぼさない。これを考慮し、不可避不純物は単体で０．０５％以下、総量で０．１５％以下とする。
【００３７】
［製造方法］
塗装焼付け硬化性アルミニウム押出材は、製造工程において押出成形→９０±５０℃×１〜２４ｈｒ保持後に塗装及び塗装焼付けに相当した熱履歴を受けたアルミニウム押出形材である。押出成形後の９０±５０℃×１〜２４ｈｒ保持により、その後の塗装焼付けに相当する熱履歴で形成するＭｇ２Ｓｉ析出物の核（いわゆるＧＰｚｏｎｅ）を生成する。このＧＰｚｏｎｅは低温に保持することでより多く生成することができるが、５０℃より低い温度で保持すると、生成するのに２４ｈｒ以上の保持時間が必要であり、生産効率が悪くなるため、塗装焼付け硬化性アルミニウム押出材として５０℃以上に保持することが望ましい。また、１２０℃より高い温度で保持すると、Ｍｇ２Ｓｉ析出物が成長してしまい、耐力が上昇するために、その後２次加工する場合には、加工性を阻害する傾向にあり、１２０℃以下に保持することが望ましい。これを考慮し、押出成形後に９０±５０℃×１〜２４ｈｒとし、さらに望ましくは７０±１０℃×１〜１２ｈｒとすることができる。この９０±５０℃×１〜２４ｈｒ保持工程は、押出成形後に空冷し、雰囲気炉内にて保持しても良いし、ウォータバスやオイルバスで保持しても良い、また、押出成形後の放冷を制御し、断熱して保持しても良い。
【００３８】
さらに、９０±５０℃×１〜２４ｈｒ保持工程は、通常しない場合において押出成形後に室温に放置することで徐々にＧＰｚｏｎｅが生成するために強度が上昇してしまう自然時効が生じるが、９０±５０℃×１〜２４ｈｒ保持していることにより、すでにＧＰｚｏｎｅが生成しているため、その後の自然時効抑制にも効果がある。
【００３９】
本発明に係る塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材は、中実又は中空部をもつ形材として好適であり、角筒形状でも良く、円筒形状、異形形状でも良い。その横断面形状としては、図２のような自動車のフレーム構造材を例示することができる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
【００４１】
まず、表１の試験例Ｎｏ．１〜３に示す６０００系のアルミニウム合金の組成になるように成分調整した原料を溶解し、押出サイズに適した円筒状の鋳塊（直径２０４ｍｍ×長さ７００ｍｍ）を溶製した。尚、表１に示す合金成分は分析値で「０．００％」は有効数字を考慮している。その後、鋳塊を５６０℃×４ｈｒで均質化処理を行った。次に均質化処理した鋳塊（ビレット）を押出成形型にて、押出温度（ビレット加熱温度）５００℃、押出速度１０ｍ／ｍｉｎで押出成形し、図２に示すフレーム構造材の横断面に相当するアルミニウム押出形材を形成した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
その後、アルミニウム押出材を表２に示す所定の温度・時間で保持し、１週間室温に放置して図３に示す塗装焼付けに相当する熱履歴（Ｂ．Ｈ．処理）を加えた。通常の調質処理に相当する熱処理は実施していない。
【００４４】
【表２】
【００４５】
これらの塗装焼付け硬化性アルミニウム押出形材について、引張試験により耐力、強度、破断伸びを調べて評価した。引張特性は、平板状試験片を塗装焼付け硬化性押出形材から採取し、ＪＩＳ規格に準拠した引張試験機でＪＩＳ−Ｚ２２４１に基づいて求めた。判定基準は耐力が衝突時における車両保護の観点から１８０ＭＰａ以上を「○」とし、１８０〜１５０ＭＰａは断面設計によっては適用可能なため「△」とし、１５０ＭＰａ未満を「×」とした。さらに、２次加工する場合を考慮して、塗装焼付けに相当する熱履歴の前後における耐力の差が６０ＭＰａ以上を「○」とし、６０ＭＰａ未満を「×」として、総合判定を行なった。表３に評価結果を示す。
【００４６】
【表３】
【００４７】
［評価］
本発明の実施例に相当する試験例Ｎｏ．１は、Ｓｉを１．２０％、Ｃｕを０．１５％、Ｍｇを０．５０％、Ｍｎを０．０８％含有するアルミニウム押出形材である。押出後７０℃×１２ｈｒ処理が未処理のもの（Ｎｏ．１−１）と施したもの（Ｎｏ．１−２)について、Ｂ．Ｈ．処理前後の耐力を比較した。さらに、押出後７０℃×１２ｈｒ保持したものに対して２％の引張歪みを導入しないもの(Ｎｏ．１−２)と、導入したもの（Ｎｏ．１−３)についてＢ．Ｈ．処理後の耐力を比較した。その結果、試験例Ｎｏ．１に係るアルミニウム押出形材から、平板状試験片を採取して引張試験した結果、Ｂ．Ｈ．処理後の耐力は、それぞれ１８０ＭＰａ、２１９ＭＰａ、２６６ＭＰａであり、評価は「○」であった。しかし、Ｂ．Ｈ．処理による耐力上昇は押出後７０℃×１２ｈｒ処理が未処理のものは５５ＭＰａと小さく、判定は「×」であった。押出後７０℃×１２ｈｒ処理を施したものは、２％の引張歪みを導入する、しないに関わらずＢ．Ｈ．による耐力上昇がそれぞれ６５ＭＰａ、１１５ＭＰａであり、判定は「○」であった。従って、実施例に相当する試験例Ｎｏ．１の総合判定は押出後７０℃×１２ｈｒ処理しないもの(Ｎｏ．１−１)は「×」、押出後７０℃×１２ｈｒ処理したもの（Ｎｏ．１−２及びＮｏ．１−３）は２％の引張歪みを導入する、しないに関わらず、ともに「○」とした。
【００４８】
実施例に相当する試験例Ｎｏ．２は、Ｓｉを１．１０％、Ｃｕを０．２０％、Ｍｇを０．５９％、Ｍｎが０．０８％含有するアルミニウム押出形材である。押出後７０℃×１２ｈｒ処理が未処理のもの（Ｎｏ．２−１）と施したもの（Ｎｏ．２−２）、及び、押出後７０℃×１２ｈｒ処理した後に２％の引張歪みを導入しないもの(Ｎｏ．２−２)と導入したもの（Ｎｏ．２−３）についてＢ．Ｈ．処理を比較すると、それぞれ１７９ＭＰａ、１８３ＭＰａ、２１１ＭＰａであり、７０℃×１２ｈｒ処理を施さない場合、２％の引張歪みを導入しても耐力が１８０ＭＰａ以上でなく、評価は「△」であった。７０℃×１２ｈｒ処理を施した場合は、２％の引張歪みを導入する、しないに関わらず耐力が１８０ＭＰａ以上であり評価は「○」であった。また、Ｂ．Ｈ．処理による耐力上昇は押出後７０℃×１２ｈｒ処理が未処理のものは５８ＭＰａと小さく、判定は「×」であった。押出後７０℃×１２ｈｒ処理を施したものは、Ｂ．Ｈ．による耐力上昇がそれぞれ６４ＭＰａ、９２ＭＰａであり、判定は「○」であった。従って、実施例に相当する試験例Ｎｏ．２の総合判定は押出後７０℃×１２ｈｒ処理しないもの（Ｎｏ．２−１）は「×」、押出後７０℃×１２ｈｒ処理したもの（Ｎｏ．２−２及びＮｏ２−３）は２％の引張歪みを導入する、しないに関わらず、ともに「○」とした。
【００４９】
実施例に相当する試験例Ｎｏ．３は、Ｓｉを０．９０％、Ｃｕを０．２０％、Ｍｇを０．４０％、Ｍｎを０．０８％含有するアルミニウム押出形材である。押出後７０℃×１２ｈｒ処理が未処理のもの（Ｎｏ．３−１）と施したもの（Ｎｏ．３−２）、及び、押出後７０℃×１２ｈｒ処理した後に２％の引張歪みを導入しないもの（Ｎｏ．３−２）と導入したもの（Ｎｏ．３−３）についてＢ．Ｈ．処理を比較すると、それぞれ１５１ＭＰａ、１５０ＭＰａ、１８２ＭＰａであり、７０℃×１２ｈｒ処理を施さない場合、２％の引張歪みを導入しても耐力が１８０ＭＰａ以上でなく、また、７０℃×１２ｈｒ処理を施した場合でも、２％の引張歪みを導入しない場合において評価は「△」であった。７０℃×１２ｈｒ処理を施した場合は、２％の引張歪みを導入すると耐力が１８０ＭＰａ以上であり評価は「○」であった。また、Ｂ．Ｈ．処理による耐力上昇は押出後７０℃×１２ｈｒ処理が未処理のものは４６ＭＰａと小さく、判定は「×」であった。押出後７０℃×１２ｈｒ処理を施したものは、Ｂ．Ｈ．による耐力上昇がそれぞれ６０ＭＰａ、９２ＭＰａであり、判定は「○」であった。従って、実施例に相当する試験例Ｎｏ．３の総合判定は押出後７０℃×１２ｈｒ処理しないもの（Ｎｏ．３−１）は「×」、押出後７０℃×１２ｈｒ処理したもので２％の歪みを導入しないものは「△」、２％の歪みを導入したものは「○」とした。
【００５０】
実施例に相当する試験例Ｎｏ．３において、押出後７０℃×１２ｈｒ処理し、２％の歪みを導入しないもの（Ｎｏ．３−２）は自動車等の構造部材によっては、断面形状の見直しなどにより適用することができる。
【００５１】
比較例に相当する試験例Ｎｏ．４は、Ｓｉを０．６９％、Ｃｕを０．２０％、Ｍｎを０．２０％、Ｍｇを０．６０％、Ｃｒを０．０２％、含有するアルミニウム押出形材である。Ｓｉの含有量は本発明の範囲を外れている。この材料を７０℃×１２ｈｒ処理を行なわずにＢ．Ｈ．処理すると耐力は１０５ＭＰａ、Ｂ．Ｈ．による耐力上昇は１０ＭＰａでともに評価は「×」であった。この材料は通常の調質処理を施すと耐力は１９７ＭＰａであり、自動車等の構造部材によっては適用可能であるが、塗装焼付け硬化性に乏しく、コストが高くなる恐れがある。
【００５２】
比較例に相当する試験例Ｎｏ．５は、Ｓｉを０．４４％、Ｍｇを０．４９％含有するアルミニウム押出形材である。Ｓｉの含有量は本発明の範囲を外れている。この材料を７０℃×１２ｈｒ処理を行なわずにＢ．Ｈ．処理すると耐力は８５ＭＰａ、Ｂ．Ｈ．による耐力上昇は１４ＭＰａでともに評価は「×」であった。この材料は通常の調質処理を施すと耐力は２３３ＭＰａであり、自動車等の構造部材によっては適用可能であるが、塗装焼付け硬化性に乏しく、コストが高くなる恐れがある。
【００５３】
さらに、表４に７０℃×１２ｈｒしないときに室温放置（１週間）した機械的性質の変化と７０℃×１２ｈｒ処理したときに室温放置した機械的性質の変化を比較した。
【００５４】
【表４】
【００５５】
実施例に相当する試験例Ｎｏ．１〜３において７０℃×１２ｈｒ処理しないときには、室温放置により耐力が１０〜１１ＭＰａ上昇した。しかし、７０℃×１２ｈｒ処理したときには０〜２ＭＰａと殆ど上昇していない。比較例に相当する試験例Ｎｏ．４及び５は７０℃×１２ｈｒ処理しておらず、いずれも室温放置により、耐力が８〜１１ＭＰａ上昇した。
【００５６】
室温放置による耐力上昇は自然時効していると考えられ、その後のＢ．Ｈ．処理において、いわゆる「負の効果」により性能を効率的に発揮することができないと考えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明によれば、塗装焼付けに相当する熱履歴で自動車等の構造部材に適用可能な耐力を確保することができる塗装焼付け硬化性に優れた６０００系アルミニウム押出形材を提供することが出来る。本発明のアルミニウム押出形材は、自動車など車両用構造部材、例えば、サイドシル、サイドメンバ、クロスメンバ、ドアフレームなどのフレーム構造材など塗装焼付けに相当する熱履歴を受ける部材に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】従来及び本発明のアルミニウム押出形材を用いた自動車部材の製造工程をドアフレームを例にして対比・説明する。図１（ａ）は、従来の分割ドアフレームの製造工程を示す。図１（ｂ）は、従来の一体ドアフレームの製造工程を示す。図１（ｃ）は、本発明の一体ドアフレームの製造工程を示す。
【図２】試験片の横断面を示す図である。
【図３】塗装焼付けに相当する熱履歴を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でマグネシウムを０．３〜０．７％、シリコンを０．７％〜１．５％、銅を０．３５％以下、鉄を０．３５％以下、チタンを０．００５〜０．１％含有し、さらに、マンガンを０．０５〜０．３０％、クロムを０．１０％以下、ジルコニウムを０．１０％以下とし、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の１種以上を合計で０．０５〜０．４０％含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物であることを特徴とする６０００系アルミニウム押出材。
【請求項２】
押出成形後直ちに９０±５０℃で１〜２４ｈｒ保持されたことを特徴とする請求項１に記載の６０００系アルミニウム押出材。
【請求項３】
塗装焼付けに相当する熱履歴で耐力が６０ＭＰａ以上上昇し、その後の耐力が１８０ＭＰａ以上に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の６０００系アルミニウム押出材。
【請求項４】
質量％でマグネシウムが０．３〜０．７％、シリコンが０．７％〜１．５％、銅が０．３５％以下、鉄が０．３５％以下、チタンが０．００５〜０．１％含有し、さらに、マンガンを０．０５〜０．３０％、クロムを０．１０％以下、ジルコニウムを０．１０％以下とし、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の１種以上を合計で０．０５〜０．４０％含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物よりなるアルミニウム合金の鋳塊を押出成形することを特徴とする６０００系アルミニウム押出材の製造方法。
【請求項５】
前記押出成形後直ちに９０±５０℃で１〜２４ｈｒ保持することを特徴とする請求項４に記載の６０００系アルミニウム押出材の製造方法。
【請求項６】
押出成形して形成されたアルミニウム押出材が、塗装焼付けに相当する熱履歴で耐力が６０ＭＰａ以上上昇し、その後の耐力が１８０ＭＰａ以上に設定されていることを特徴とする請求項５に記載のアルミニウム押出材の製造方法。
【請求項１】
質量％でマグネシウムを０．３〜０．７％、シリコンを０．７％〜１．５％、銅を０．３５％以下、鉄を０．３５％以下、チタンを０．００５〜０．１％含有し、さらに、マンガンを０．０５〜０．３０％、クロムを０．１０％以下、ジルコニウムを０．１０％以下とし、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の１種以上を合計で０．０５〜０．４０％含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物であることを特徴とする６０００系アルミニウム押出材。
【請求項２】
押出成形後直ちに９０±５０℃で１〜２４ｈｒ保持されたことを特徴とする請求項１に記載の６０００系アルミニウム押出材。
【請求項３】
塗装焼付けに相当する熱履歴で耐力が６０ＭＰａ以上上昇し、その後の耐力が１８０ＭＰａ以上に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の６０００系アルミニウム押出材。
【請求項４】
質量％でマグネシウムが０．３〜０．７％、シリコンが０．７％〜１．５％、銅が０．３５％以下、鉄が０．３５％以下、チタンが０．００５〜０．１％含有し、さらに、マンガンを０．０５〜０．３０％、クロムを０．１０％以下、ジルコニウムを０．１０％以下とし、これらマンガン、クロム、及びジルコニウムから選択される遷移元素の１種以上を合計で０．０５〜０．４０％含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物よりなるアルミニウム合金の鋳塊を押出成形することを特徴とする６０００系アルミニウム押出材の製造方法。
【請求項５】
前記押出成形後直ちに９０±５０℃で１〜２４ｈｒ保持することを特徴とする請求項４に記載の６０００系アルミニウム押出材の製造方法。
【請求項６】
押出成形して形成されたアルミニウム押出材が、塗装焼付けに相当する熱履歴で耐力が６０ＭＰａ以上上昇し、その後の耐力が１８０ＭＰａ以上に設定されていることを特徴とする請求項５に記載のアルミニウム押出材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−９７１０４（Ｐ２００６−９７１０４Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８６２０４（Ｐ２００４−２８６２０４）
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１００７９１）アイシン軽金属株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１００７９１）アイシン軽金属株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
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