保險杠加強件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種保險杠加強件，其由7000系鋁合金的中空擠壓件構(gòu)成，在兩端部實施壓扁加工，其中，將端部的一部分加熱至400℃以上的實體溫度，實施回歸處理，對加熱部分實施冷壓扁加工，之后對保險杠加強件整體實施時效硬化處理。加熱部分的硬度借助時效硬化處理而提高維氏硬度Hv10以上，由此，補充伴隨著壓扁加工部分的截面系數(shù)的減少而產(chǎn)生的端部碰撞時的反作用力降低，并且防止能量吸收量降低。
【專利說明】保險杠加強件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及由熱處理型鋁合金擠壓件構(gòu)成的保險杠加強件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在專利文獻1?4中記載有如下內(nèi)容：在由對置配置的一對凸緣和連結(jié)于該一對 凸緣的多個連結(jié)板構(gòu)成的鋁合金擠壓件的端部區(qū)域，在相對于凸緣面垂直的方向上實施壓 扁加工來制造車門防撞梁（door beam)、保險杠加強件等汽車用加強構(gòu)件。其中，在專利文 獻2中記載有如下內(nèi)容：對進行在先淬火后的6000系（Al - Mg - Si系）鋁合金擠壓件在 時效硬化處理后進行壓扁加工。另外，在專利文獻4中記載有如下內(nèi)容：對進行在先淬火后 的6000系或者7000系（Al - Zn - Mg系）鋁合金擠壓件在擠壓后的Tl調(diào)質(zhì)的狀態(tài)下進 行壓扁加工，之后進行時效硬化處理。
[0003] 另一方面，特別是對于7000系鋁合金擠壓件，即便是在先淬火之后時效硬化處理 之前的材料（Tl調(diào)質(zhì)材料）也會因自然時效而硬化，成形性降低。為了改善其成形性，例如， 如專利文獻5?7所記載的那樣，一直以來進行使因自然時效而硬化的7000系鋁合金的強 度降低的回歸處理。
[0004] 在先技術(shù)文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本特許第3465862號公報
[0007] 專利文獻2 :日本特許第4111651號公報
[0008] 專利文獻3 :日本特開平7 - 25296號公報
[0009] 專利文獻4 :日本特開2003 - 118367號公報
[0010] 專利文獻5 :日本特開平7 - 305151號公報
[0011] 專利文獻6 :日本特開平10 - 168553號公報
[0012] 專利文獻7 :日本特開2007 - 119853號公報
[0013] 在由鋁合金中空擠壓件構(gòu)成的保險杠加強件中，如專利文獻3所記載的那樣，在 對保險杠加強件的端部實施壓扁加工的情況下，在實施壓扁加工后的位置，水平面內(nèi)的截 面系數(shù)降低。因此，發(fā)生在端部發(fā)生碰撞時產(chǎn)生于保險杠加強件的反作用力降低、保險杠加 強件的能量吸收量減少的問題。若鋁合金是6000、7000系等的熱處理型鋁合金，雖然能夠 通過在壓扁加工之前對保險杠加強件的端部實施回歸處理并在壓扁加工后進行時效硬化 處理來防止因壓扁加工而產(chǎn)生的破裂，并且保險杠加強件整體強度提高，但這并沒有從本 質(zhì)上改善所述問題點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014] 因此，本發(fā)明的目的在于改善在對由鋁合金中空擠壓件構(gòu)成的保險杠加強件的端 部實施這樣的壓扁加工的情況下產(chǎn)生的所述問題點。
[0015] 本發(fā)明的保險杠加強件由熱處理型鋁合金中空擠壓件構(gòu)成，在車寬方向的一個或 兩個端部接受了壓扁加工，在壓扁加工后整體接受了時效硬化處理，其特征在于，接受了壓 扁加工的端部中的包含接受了壓扁加工的位置在內(nèi)的部分在壓扁加工前接受回歸處理，所 述端部的接受了回歸處理的位置的硬度高于沒有接受回歸處理的車寬方向中央部的硬度。
[0016] 作為典型例，所述鋁合金中空擠壓件的剖面具有配置為大致鉛垂的前后的凸緣和 配置為大致水平且連結(jié)所述凸緣的多個連結(jié)板，與所述凸緣面大致垂直地進行壓扁加工， 在進行壓扁加工后的位置，連結(jié)板彎曲變形，前后的凸緣之間的距離減小。
[0017] 在所述熱處理型鋁合金中空擠壓件是JIS7000系的Tl調(diào)質(zhì)件的情況下，在使回歸 處理的加熱溫度為400°C以上時，容易實現(xiàn)端部的接受了回歸處理的位置的維氏硬度與沒 有接受回歸處理的車寬方向中央部的維氏硬度之差為HvlO以上。需要說明的是，在本發(fā)明 中，Tl調(diào)質(zhì)件是指在先淬火后沒有進行人工時效硬化處理而在此期間使其自然時效而得到 的材料。
[0018] 發(fā)明效果
[0019] 對于本發(fā)明的保險杠加強件，端部的實施了回歸處理的位置（實施可壓扁加工的 位置）的時效處理后的硬度以及強度比沒有實施回歸處理的位置（車寬方向中央部等僅普 通地實施了時效硬化處理的位置）的硬度以及強度高，由此，補償伴隨著截面系數(shù)的減少 而產(chǎn)生的端部碰撞時的反作用力的降低以及保險杠加強件的能量吸收量的減少。
[0020] 在本發(fā)明中，通過適當?shù)卣{(diào)整回歸處理的溫度，能夠防止壓扁加工所導(dǎo)致的破裂 的產(chǎn)生，同時能夠提高實施了壓扁加工的位置的時效處理后的硬度以及強度，能夠提高端 部碰撞時的反作用力以及能量吸收量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1是對保險杠加強件的端部的壓扁加工部分與回歸處理中的加熱部分進行說 明的俯視圖。
[0022] 圖2是對壓扁加工部分進行壓扁加工后的保險杠加強件的俯視圖。
[0023] 圖3是記載有在實施例中制成的保險杠加強件的各部分尺寸的俯視圖。
[0024] 圖4(a)是示出圖3所示的緩沖梁加強件的回歸處理中的加熱部分的俯視圖，（b) 是示出壓扁加工后的形態(tài)的俯視圖（b)。
[0025] 圖5是對實施例的端部碰撞試驗進行說明的俯視圖。
[0026] 附圖標記說明
[0027] 1、11:保險杠加強件；
[0028] 2、12 :保險杠加強件的中央部；
[0029] 3、13 :保險杠加強件的端部；
[0030] 4、14 :保險杠加強件的彎曲部；
[0031] 15:保險杠托架；
[0032] Al :壓扁加工部分；
[0033] A2 :回歸處理中的加熱部分
【具體實施方式】
[0034] 以下，參照圖1?5對本發(fā)明的保險杠加強件及其制造方法進行具體說明。
[0035] 圖1所示的保險杠加強件I (壓扁加工前的半成品）是通過對剖面輪廓為矩形的 熱處理型鋁合金中空擠壓件進行彎曲加工而得到的，包括與車身寬度方向平行的中央部2、 向車身側(cè)彎曲的左右的端部3以及連接中央部2和端部3的彎曲部4。利用虛線表示中央 部2與彎曲部4的分界以及端部3與彎曲部的分界。在端部3設(shè)置保險杠托架。保險杠加 強件1采用Tl調(diào)質(zhì)材料，通常會因自然時效而處于整體略微硬化的狀態(tài)。需要說明的是， 所述彎曲加工也可以在后述的回歸處理與壓扁加工之間進行。
[0036] 在對保險杠加強件1的端部3實施壓扁加工之前，從保險杠加強件1的兩端對包 含壓扁加工部分Al的區(qū)域（加熱部分A2)進行加熱而局部實施回歸處理，之后對所述壓扁 加工部分Al實施壓扁加工。在圖2中示出進行壓扁加工后的保險杠加強件1。
[0037] 所述鋁合金中空擠壓件的剖面的輪廓為矩形，具有配置為大致鉛垂的前后的凸緣 (前凸緣配置于碰撞側(cè)，后凸緣配置于車身側(cè)）和連結(jié)兩個凸緣且配置為大致水平的多個 連結(jié)板，在壓扁加工部分Al中，所述連結(jié)板彎曲變形，前后凸緣之間的距離減小。
[0038] 在本發(fā)明的回歸處理中，在7000系鋁合金的情況下，將加熱部分A2保持為實體溫 度400°C?550°C規(guī)定時間后進行冷卻（空冷或者水冷）。該保持溫度比一般的回歸處理的 保持溫度（參照專利文獻5?7)高很多。通過使回歸處理的加熱溫度為400°C以上，加熱 部分A2形成為再固溶體化或者接近固溶體的狀態(tài)而軟化。另一方面，若回歸處理的加熱溫 度超過550°C則存在局部熔解的可能。保持時間只要超過0秒即可，也可以在加熱部分A2 達到所述保持溫度后立即冷卻。保持時間的上限雖不特別限定，但考慮到生產(chǎn)效率方面優(yōu) 選在5分鐘以內(nèi)的短時間內(nèi)結(jié)束。回歸處理在其他合金系（例如6000系）的情況下也能 夠以大致相同的條件實施。作為加熱機構(gòu)，能夠使用高頻感應(yīng)加熱裝置或者硝石爐。
[0039] 優(yōu)選回歸處理后的壓扁加工在回歸處理結(jié)束后（冷卻后）72小時以內(nèi)進行。
[0040] 需要說明的是，7000系鋁合金的組成大體含有Zn :3. 0?8. 0質(zhì)量％、Mg :0· 4? 2. 5 質(zhì)量％、Cu :0· 05 ?2. 0 質(zhì)量％、Ti :0· 005 ?0· 2 質(zhì)量％，還含有 Mn :0· 01 ?0· 3 質(zhì) 量％、Cr :0. 01?0. 3質(zhì)量％、Zr :0. 01?0. 3質(zhì)量％中的1種或2種以上，還包括剩余部 分Al以及不可避免雜質(zhì)。
[0041] 以下對該組成進行說明。但是，該組成本身作為7000系鋁合金是公知的。
[0042] Zn與Mg形成作為金屬間化合物的MgZn2，是用于提高7000系鋁合金的強度的元 素。若Zn含量不足3. 0質(zhì)量％或者Mg含量不足0. 4質(zhì)量％，則實際使用材料無法獲得所 需的200MPa以上的彈性極限應(yīng)力。另一方面,若Zn含量超過8. 0質(zhì)量％或者Mg含量超過 2. 5質(zhì)量％，即使在壓扁加工前對擠壓型材進行規(guī)定的回歸處理，也無法防止因壓扁加工而 產(chǎn)生的龜裂，同時無法減少由壓扁加工賦予的拉伸殘余應(yīng)力，抗應(yīng)力腐蝕開裂性能顯著降 低。因此，Zn含量設(shè)為3.0?8.0質(zhì)量％，Mg含量設(shè)為0.4?2. 5質(zhì)量％。從高強度化以及 輕型化的觀點來看，優(yōu)選Zn含量、Mg含量更高的合金，例如Zn含量、Mg含量分別為5. 0? 8. 0質(zhì)量％、L 0?2. 5質(zhì)量％，合計6. 0?10. 5質(zhì)量％。
[0043] Cu是用于提高7000系鋁合金的強度的元素。若Cu含量不足0.05質(zhì)量％則無法 產(chǎn)生足夠的強度提高效果，另一方面，若Cu含量超過2. 0質(zhì)量％則會導(dǎo)致擠壓加工性的降 低。因此，Cu含量設(shè)為0.05?2.0質(zhì)量％。優(yōu)選為0.5?1.5質(zhì)量％。
[0044] Ti具有在鑄造7000系鋁合金時使晶粒微細化從而提高擠壓型材的成形性（壓扁 加工性）的作用，添加0.005質(zhì)量％以上。另一方面，若Ti的含量超過0.2質(zhì)量％則其作用 飽和，并且粗大的金屬間化合物結(jié)晶，反而使成形性降低。因此，Ti含量設(shè)為0. 005?0. 2 質(zhì)量％。
[0045] Mn、Cr、Zr具有抑制7000系鋁合金擠壓型材的再結(jié)晶、使結(jié)晶組織形成微小再 結(jié)晶或者纖維狀組織而提高抗應(yīng)力腐蝕開裂性能的作用。由于具有該作用，因此在Mn : 0· 01?0· 3質(zhì)量％、Cr :0· 01?0· 3質(zhì)量％、Zr :0· 01?0· 3質(zhì)量％的范圍內(nèi)添加 Mn、Cr以 及Zr中的一種或者兩種以上。
[0046] 作為所述7000系鋁合金的主要不可避免雜質(zhì)，能夠列舉出Fe以及Si。為了不降 低該合金的各特性，F(xiàn)e限制在0. 35質(zhì)量％以下，Si限制在0. 3質(zhì)量％以下。
[0047] 如圖2所示，在對壓扁加工部分Al實施規(guī)定的壓扁加工之后，對保險杠加強件1 整體實施時效硬化處理。時效硬化處理的條件是各熱處理型鋁合金的公知條件即可。不言 而喻，實際上在保險杠加強件1的長邊方向全長上應(yīng)用相同的時效硬化處理條件。
[0048] 保險杠加強件1通過該時效硬化處理而硬化，強度提高。尤其，在包含壓扁加工部 分Al的加熱部分A2中，組織利用回歸處理的加熱從自然時效的狀態(tài)變化（回歸）為再固溶 體化或者接近固溶體的狀態(tài)，與例如中央部2這樣的在進行了自然時效的狀態(tài)下直接接受 時效硬化處理的其他位置（沒有接受回歸處理中的加熱的位置）相比，獲得了高硬度。該 硬度提高效果只有回歸處理的加熱溫度達到400°C才能獲得。并且，回歸處理的加熱溫度 越高，加熱部分A2的硬度增長越大，特別是在回歸處理的加熱溫度為450°C以上的情況下， 充分地進行再固溶體化，因此硬度明顯提高。另外，在回歸處理后的冷卻速度較大的情況下 (相比于空冷在水冷的情況下），硬度的增長較大。
[0049] 在保險杠加強件由7000系鋁合金中空擠壓件構(gòu)成的情況下，在包含壓扁加工部 分Al的加熱部分A2中，與沒有接受回歸處理的加熱的位置相比，維氏硬度增高HvlO以上。 另外，若回歸處理的加熱溫度為450°C以上，則能夠在所述組成范圍內(nèi)增高Hv20以上。
[0050] 在壓扁加工部分Al中，截面系數(shù)減少，連結(jié)板彎曲變形，壓扁加工所帶來的加工 硬化通過時效硬化處理的加熱而基本被除去。這些都是減少針對碰撞載荷的反作用力的重 要因素，但另一方面，對于壓扁加工部分A1，借助時效硬化處理，壓扁加工部分Al的硬度比 沒有接受回歸處理的加熱的位置的硬度高，壓扁加工部分Al高強度化。利用該高強度化來 補充截面系數(shù)的減少等所導(dǎo)致的碰撞時的反作用力的降低以及保險杠加強件的能量吸收 量的減少。
[0051] (實施例）
[0052] 對由 Zn :6· 39 質(zhì)量％、Mg :1· 34 質(zhì)量％、Cu :0· 15 質(zhì)量％、Fe :0· 11 質(zhì)量％、Si : 0.04 質(zhì)量％、Mn :0.02 質(zhì)量％、Cr :0.03 質(zhì)量％、Zr :0· 13 質(zhì)量％、Ti :0.02 質(zhì)量％、剩余部 分鋁以及不可避免雜質(zhì)構(gòu)成的7000系鋁合金進行熱擠壓成形，擠壓之后在線進行風扇空 冷（在先淬火），制造矩形剖面處的輪廓為60_X 120mm的中空擠壓件（Tl材質(zhì)），切割為 長度1300mm，獲得13個保險杠加強件的坯料。
[0053] 將該保險杠加強件的坯料在室溫中放置20天使其自然時效（Tl調(diào)質(zhì)件），之后分 別彎曲加工成圖3所示的形狀，獲得13個保險杠加強件11。該保險杠加強件11左右對稱， 具有中央部12、端部13以及彎曲部14,在以左右的端部位基準位置（零點）時，端部13占 據(jù)0?350mm的范圍，彎曲部14占據(jù)350?450mm的范圍，中央部12占據(jù)450?650mm的 范圍。保險杠加強件11的前后方向上的厚度為60_。端部13相對于中央部12的傾斜角 度為10°，彎曲部14的彎曲半徑為500mm。在該例中，保險杠托架的接合位置S(參照圖 4(a))占據(jù)保險杠加強件11的端部13中的距離端部130?200_的范圍。保險杠托架在 所述接合位置S例如借助螺栓接合于保險杠加強件11的后凸緣。
[0054] 對獲得的保險杠加強件11實施回歸處理（No. 13除外）。利用高頻感應(yīng)加熱進行 回歸處理的加熱，保持表1所示的加熱溫度（實體溫度）60秒后立即以水冷（冷卻速度： 170°C /sec)或者空冷（冷卻速度：5°C /sec)進行冷卻?；貧w處理中的加熱部分A2左右對 稱，在以左右的端部作為基準位置（零點）時占據(jù)0?115mm的范圍。在圖4(a)中利用點 表示加熱部分A2的范圍。
[0055] 在進行回歸處理后（No. 13無回歸處理），沿前后方向?qū)ΡｋU杠加強件11的兩端部 的0?80_的范圍進行壓扁加工，目視觀察壓扁加工性（是否產(chǎn)生破裂）。在圖4(b)示出 保險杠加強件11的進行壓扁加工后的形態(tài)。在壓扁加工部分Al中，如之前參照圖2說明 那樣，上下的連結(jié)板彎曲變形，前后的凸緣之間的距離減小。
[0056] 表 1
[0057]
【權(quán)利要求】
1. 一種保險杠加強件，其由熱處理型鋁合金中空擠壓件構(gòu)成，在車寬方向的兩個端部 接受了壓扁加工，在壓扁加工后整體接受了時效硬化處理，該保險杠加強件的特征在于， 所述端部中的包含接受了壓扁加工的位置在內(nèi)的部分在壓扁加工前接受回歸處理，所 述端部的接受了回歸處理的位置的硬度高于沒有接受回歸處理的車寬方向中央部的硬度。
2. -種保險杠加強件，其由熱處理型鋁合金中空擠壓件構(gòu)成，在車寬方向的一個端部 接受了壓扁加工，在壓扁加工后整體接受了時效硬化處理，該保險杠加強件的特征在于， 所述端部中的包含接受了壓扁加工的位置在內(nèi)的部分在壓扁加工前接受回歸處理，所 述端部的接受了回歸處理的位置的硬度高于沒有接受回歸處理的車寬方向中央部的硬度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保險杠加強件，其特征在于， 熱處理型鋁合金中空擠壓件的剖面具有配置為大致鉛垂的前后的凸緣和配置為大致 水平且連結(jié)所述凸緣的多個連結(jié)板，在接受了所述壓扁加工的位置，所述連結(jié)板彎曲變形， 前后的凸緣之間的距離減小。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的保險杠加強件，其特征在于， 熱處理型鋁合金中空擠壓件的剖面具有配置為大致鉛垂的前后的凸緣和配置為大致 水平且連結(jié)所述凸緣的多個連結(jié)板，在接受了所述壓扁加工的位置，所述連結(jié)板彎曲變形， 前后的凸緣之間的距離減小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保險杠加強件，其特征在于， 所述熱處理型鋁合金中空擠壓件由JIS7000系鋁合金構(gòu)成，接受了所述壓扁加工的位 置的維氏硬度與長邊方向中央部的維氏硬度之差為HvlO以上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的保險杠加強件，其特征在于， 所述熱處理型鋁合金中空擠壓件由JIS7000系鋁合金構(gòu)成，接受了所述壓扁加工的位 置的維氏硬度與長邊方向中央部的維氏硬度之差為HvlO以上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的保險杠加強件，其特征在于， 所述熱處理型鋁合金中空擠壓件由JIS7000系鋁合金構(gòu)成，接受了所述壓扁加工的位 置的維氏硬度與長邊方向中央部的維氏硬度之差為HvlO以上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的保險杠加強件，其特征在于， 所述熱處理型鋁合金中空擠壓件由JIS7000系鋁合金構(gòu)成，接受了所述壓扁加工的位 置的維氏硬度與長邊方向中央部的維氏硬度之差為HvlO以上。
9. 一種保險杠加強件的制造方法，其特征在于， 使用熱處理型鋁合金擠壓件的T1調(diào)質(zhì)件來成形保險杠加強件，將所述保險杠加強件 的一個或兩個端部局部加熱至400°C以上，實施回歸處理，對實施了回歸處理的區(qū)域?qū)嵤?扁加工，之后對所述保險杠加強件整體實施時效硬化處理。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的保險杠加強件的制造方法，其特征在于， 所述熱處理型鋁合金中空擠壓件由JIS7000系鋁合金構(gòu)成。
【文檔編號】C22F1/05GK104417468SQ201410404391
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】橋本成一, 津吉恒武, 下赤真吾, 梶原博之 申請人:株式會社神戶制鋼所