JP4789253B2

JP4789253B2 - 成形性に優れたアルミニウム合金接合材およびその製造方法

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Publication number: JP4789253B2
Application number: JP2006118818A
Authority: JP
Inventors: 正箕田; 峰生浅野
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2026-04-24
Also published as: JP2007289984A

Description

本発明は、成形性に優れたプレス成形用アルミニウムブランク材に係り、特に、複数枚の板状アルミニウム母材が突き合わせ接合されることにより一体化されてなるプレス成形用アルミニウムブランク材のプレス成形性の向上技術に関するものである。

環境負荷軽減を目的として、自動車の燃費向上が検討されており、その一手段として車体の軽量化が進められている。アルミニウム合金は比重が小さく、自動車の車体に用いられている鋼板に比べて比強度が高いことから、車体のアルミ化が急激に進んでいる。さらに、近年ではさらなる軽量化および部品点数の削減を目的として、高強度あるいは高剛性の必要な部位の板厚を厚くし、そうでない部位の板厚を薄くするため、異なる板厚の複数枚の板材を接合したテーラードブランク材の適用が検討されている。

自動車車体のアルミ化においては、ストレッチャストレインマークの発生がないことや、塗装焼付け硬化性の付与が可能なことから、６０００系アルミニウム合金の適用が進んでいる。しかしながら、６０００系アルミニウム合金は溶接性に劣るといった欠点を有しているため、Ｔ４調質した６０００系アルミニウム合金からなるアルミニウム合金同士を溶融溶接すると、接合強度が低くなり、成形性が母材よりも低下してしまうことが避けられなかった。

そこで、近年では材料を溶融させずに固相状態のままで接合できる、摩擦攪拌接合法が注目され、各種アルミニウム合金の接合に適用されてきている。特開２００５−１２５３４１号公報には、板厚が互いに異なる二枚の板状アルミニウム母材の接合材からなるプレス成形用アルミニウムブランク材であって、一方の板状母材の板厚と引張強さの積と他方の板状母材の板厚と引張強さの積の比が一定の範囲にある接合材がプレス成形性に優れることが記載され、その二枚の板状母材の好ましい接合方法として、摩擦攪拌接合法が開示されている。
特開２００５−１２５３４１号公報（請求項１）

しかしながら、本従来技術に従ってアルミニウム６０００系のＴ４調質材を摩擦攪拌接合法により接合して接合材を作製し、プレス試験を行ったところ、異なる板厚の母材はともにある程度変形したものの、接合部の強度が母材強度を下回ったため、接合部で優先的に破断が生じるという問題があった。従って、板厚が互いに異なる二枚の板状アルミニウム母材の接合材からなるプレス成形用アルミニウムブランク材において、複雑形状のプレス加工を可能にする、成形性が一層優れた接合材の開発が望まれている。

従って、本発明の目的は、板厚が互いに異なる複数枚の６０００系アルミニウム合金板材が、それぞれの端部で互いに突き合わされた状態で摩擦攪拌接合法にて接合され一体化されてなる、プレス成形に用いられるアルミニウム合金接合材であって、プレス成形時に接合部およびその近傍で破断することなく、さらにプレス成形時における薄肉部の厚肉部に対する優先的かつ大きな変形が解消または抑制されることにより、プレス成形性が格段に向上し、複雑形状のプレス加工を可能にする接合材を提供することにある。

かかる実情において、本発明者らは、板厚が互いに異なる複数枚の６０００系アルミニウム母材が突き合わせ接合されることにより一体化されてなるプレス成形用アルミニウムブランク材の材料特性について、様々な観点から種々検討を行った結果、板厚が互いに異なる複数枚の６０００系アルミニウム合金同士の間における各母材の板厚と硬さのバランスを最適化するとともに、さらに接合後の熱処理によって接合部の硬さを上昇させ、板厚と硬さのバランスを最適化することにより、プレス加工時の接合部での破断を防止し、高い成形性を有する接合材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、板厚が互いに異なる複数枚の６０００系アルミニウム合金板材が、それぞれの端部で互いに突き合わされた状態で摩擦攪拌接合法にて接合され、一体化されてなるプレス成形に用いられるアルミニウム合金接合材であって、次式（１）；
（（ｔ_ｎ×Ｈ_ｎの最大値Ｐ_ｍａｘ）／（ｔ_ｎ×Ｈ_ｎの最小値Ｐ_ｍｉｎ））≦１．２５（１）
（式中、ｔ_ｎは複数枚のアルミニウム合金の母材ｎ（ｎは整数）の板厚（ｍｍ）を示し、Ｈ_ｎは母材ｎのビッカース硬さを示し、ｔ_ｎ×Ｈ_ｎのｎは互いに同じ数字である。）及び次式（２）；Ｐｊ_ｍｉｎ≧ｔ_ｎ×Ｈ_ｎの最小値Ｐ_ｍｉｎ（２）
（式中、Ｐｊ_ｍｉｎは熱影響部と接合部ｊ_ｎ（ｎは整数）における板厚（ｍｍ）とビッカース硬さの積の最小値を示し、ｔ_ｎ、Ｈ_ｎ及びＰ_ｍｉｎは前記に同じ。）
を満たすことを特徴とするアルミニウム合金接合材を提供するものである。

また、本発明は、板厚が互いに異なる複数枚の６０００系アルミニウム合金板材を、それぞれの端部で互いに突き合わされた状態で摩擦攪拌接合法にて接合を行い、接合後２４時間以内に人工時効処理を行い、前記アルミニウム合金接合材を得ることを特徴とするアルミニウム合金接合材の製造方法を提供するものである。

本発明は、板厚が互いに異なる複数枚の６０００系アルミニウム合金同士の間における各母材の板厚と硬さのバランスを最適化し、さらに接合後の熱処理によって接合部を強度上昇させ、板厚と硬さのバランスを最適化したため、アルミニウム合金接合材のプレス成形時に接合部およびその近傍で破断することなく、さらにプレス成形時における薄肉部の厚肉部に対する優先的かつ大きな変形が解消または抑制されることにより、プレス成形性が格段に向上し、複雑形状のプレス加工を可能にする。

本発明のアルミニウム合金接合材（以下、単に「接合材」とも言う。）において、６０００系アルミニウム合金板材としては、特に制限されず、Ａｌ、ＭｇおよびＳｉを主要添加元素とするものであり、ＪＩＳＡ６０６１合金、ＪＩＳＡ６０６３合金などＳｉ含有量が少ないもの、ＡＡ６０１６合金、ＡＡ６１１１合金などＳｉ含有量が多い過剰Ｓｉ型のものが挙げられる。また、必要に応じてＣｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒも含有するアルミニウム合金に広く適用できる。不純物として含有されるＦｅ、ＺｎおよびＴｉは母材の必要特性を低下させない範囲で許容される。また、６０００系アルミニウム合金板材は、通常厚さ０．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下の厚みのものである。

本発明において、板厚の異なる６０００系アルミニウム合金板材の接合に用いる摩擦攪拌接合法としては、特に制限されず、公知の方法が適用できる。従来の他の接合方法であるＭＩＧやＴＩＧ、あるいはレーザ溶接などの溶融溶接では、入熱が大きいために熱影響部は過時効により強度低下し、本願の効果を得ることができない。これに対し、摩擦攪拌接合法は固相拡散接合の一種であることから、入熱が小さく、熱影響部においても過時効することなく、復元のみが起こるため、後述の接合後の人工時効処理によって熱影響部を含む接合部の硬さを上昇させることができ、本願の効果が得られるようになる。

本発明の接合材は、前記（１）式及び（２）式を満たすものである。これにより、板厚が互いに異なる複数枚の６０００系アルミニウム合金同士の間における各母材の板厚と硬さのバランスが最適化されるともに、さらに接合後の熱処理によって接合部を強度上昇させ、板厚と硬さのバランスを最適化できる。すなわち、各板厚の母材ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）に対して、母材ｎの板厚（ｍｍ）をｔ_ｎ、母材ｎのビッカース硬さをＨ_ｎとし、さらにそれぞれの積、ｔ_ｎ×Ｈ_ｎ（但し、ｎは同じ）の最小値をＰ_ｍｉｎ、最大値をＰ_ｍａｘとしたとき、Ｐ_ｍａｘ／Ｐ_ｍｉｎが１．２５以下である。上限値が１．２５を超えると、Ｐ_ｍｉｎを示した母材ｎがプレス加工で優先的に変形し、破断してしまうため、成形性が低下する。Ｐ_ｍａｘ／Ｐ_ｍｉｎのさらに好ましい範囲は１．２０以下、最も好ましい範囲は１．００以上、１．１０以下である。

また、熱影響部と接合部ｊ_ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）における板厚（ｍｍ）とビッカース硬さの積の最小値をＰｊ_ｍｉｎとしたとき、上述のＰ_ｍｉｎとの関係において、Ｐｊ_ｍｉｎ≧Ｐ_ｍｉｎである。Ｐｊ_ｍｉｎがＰ_ｍｉｎ未満の場合には、プレス加工において熱影響部または接合部で破断が生じるため、成形性の低下が起こる。

本発明の接合材の熱影響部と接合部を図１を参照して説明する。図１は本発明の接合材の一例の接合部近傍の縦断面図である。図１中、接合材１０は厚さｔ_１の厚肉の母材１１と厚さｔ_２の薄肉の母材１２とが接合部１３を介して接合されている。接合部１３は摩擦攪拌接合により結晶粒が細かく砕かれ高温となり塑性流動した部分である。また、熱影響部１４は摩擦攪拌による塑性流動以外の部分において、当該塑性流動による熱により温度が１００℃以上に上昇した領域を言う。このため、Ｐｊ_ｍｉｎを求める際、ビッカース硬さが測定される、接合表面における接合部１３と熱影響部１４の合計幅Ｌとしては、通常５０ｍｍである。ビッカース硬さが測定される範囲を上記範囲とすれば、熱影響部１４と接合部１４の領域を十分カバーできる。

本発明において、ビッカース硬さの測定位置は、接合方向に対しての垂直面であり、図１に表れている断面部分であって且つ当該断面１０ａにおける各部位の厚さの中央部（１/２厚さ部）である。すなわち、ビッカース硬さの具体的な測定位置は、例えば、図１中、母材１１の硬さは符号ａの位置、接合部１３と熱影響部１４の硬さは符号ｂ〜ｇの位置、母材１２の硬さは符号ｈの位置である。母材１１および母材１２の硬さ測定位置は、熱影響部１４以外の母材部分である。また、接合部１３における符号ｄの位置の板厚は、当該位置における厚さｔ_ｄであり、接合部１３における符号ｅの位置の板厚は、当該位置における厚さｔ_ｅである。そして、Ｐｊ_ｍｉｎはｔ_１×Ｈ_ｂ、ｔ_１×Ｈ_ｃ、ｔ_ｄ×Ｈ_ｄ、ｔ_ｅ×Ｈ_ｅ、ｔ_２×Ｈ_ｆ、ｔ_２×Ｈ_ｇの中の最小値を言う。接合部１３と熱影響部１４における測定間隔としては、特に制限されず、例えば０．２〜１．０ｍｍ間隔で行えばよい。

次に、本発明の接合材の製造方法について説明する。本発明の接合材は、板厚が互いに異なる複数枚の６０００系アルミニウム合金板材を、それぞれの端部で互いに突き合わされた状態で摩擦攪拌接合法にて接合を行い、接合後２４時間以内に人工時効処理を行う方法で得られる。本発明の接合材の製造方法で用いる６０００系アルミニウム合金板材は、合金組成が同一又は異なっていてもよい。また、摩擦攪拌接合前の板厚の異なる母材において、前記（１）式の要件を満たすように、必要に応じてｔ_ｎ×Ｈ_ｎの最適化を行う。最適化については、以下の３通りの方法が好適に用いられる。

第一の最適化方法は、６０００系アルミニウム母材を溶体化処理および焼入れし、３時間以上自然時効し、さらに板厚毎に異なる条件で人工時効処理を行う方法である。焼入れ後、人工時効処理を行うまでの自然時効の時間が３時間未満の場合には、接合後２４時間以内に行う人工時効処理において母材硬さが著しく上昇し、Ｐｊ_ｍｉｎがＰ_ｍｉｎ未満になるため、プレス加工の際に接合部で破断が生じてしまい、プレス成形性が低下する。また、自然時効の温度は５０℃以下が現実的であることから推奨される。さらに好ましい自然時効時間は６時間以上、最も好ましい自然時効時間は１２時間以上である。自然時効後の人工時効処理は、板厚毎に条件を変えることが好ましいが、温度は１５０℃以上、２００℃以下、時間は１０時間以下が推奨される。人工時効処理における温度と時間の組み合わせは、母材の化学成分および板厚により適宜最適条件が決定されるが、例えば同一組成の場合には、板厚が小さくなるにつれて、高温または長時間の人工時効処理条件が推奨される。また、最も板厚の大きい母材については、人工時効処理を行わなくてもよい。第一の最適化方法においては、要するに、各板厚の母材について、板厚×硬さの数値（ｔ_ｎ×Ｈ_ｎ）が概ね同等になり、Ｐ_ｍａｘ／Ｐ_ｍｉｎが１．２５以下になるように条件を設定すればよい。

第二の最適化方法は、６０００系アルミニウム合金板材を、それぞれ溶体化処理、焼入れ及び自然時効を順次行い、その後、摩擦攪拌接合を行う方法において、前記板材の焼入れから接合までの自然時効日数が板厚毎に異なる方法である。自然時効の温度条件は、板厚の組み合わせにより適宜最適条件が設定され、一概に条件範囲を規定することは困難であるが、例えば同一組成の場合には、焼入れ後の自然時効温度が高いほど、時効硬化速度が大きく、母材の硬さは高くなるため、板厚の小さい母材は高温、板厚の大きい母材は低温で自然時効を行うことが推奨される。また、自然時効の時間は１２時間以上が推奨される。第二の最適化方法においても、第一の最適化方法と同様に、各板厚の母材について、板厚×硬さの数値（ｔ_ｎ×Ｈ_ｎ）が概ね同等になり、Ｐ_ｍａｘ／Ｐ_ｍｉｎが１．２５以下になるように条件を設定すればよい。

第三の最適化方法は、６０００系アルミニウム母材を溶体化処理および焼入れし、板厚毎に異なる時間の自然時効を行う方法である。自然時効の時間条件は、板厚の組み合わせにより適宜最適条件が設定され、一概に条件範囲を規定することは困難であるが、例えば同一組成の場合には、焼入れ後の自然時効時間が長いほど、母材の硬さは高くなるため、板厚の小さい母材は長時間、板厚の大きい母材は短時間で自然時効を行うことが推奨される。第三の最適化方法においても、第一の最適化方法と同様に、各板厚の母材について、板厚×硬さの数値（ｔ_ｎ×Ｈ_ｎ）が概ね同等になり、Ｐ_ｍａｘ／Ｐ_ｍｉｎが１．２５以下になるように条件を設定すればよい。

なお、上述の３通りの最適化方法を用いなくても、前記（１）式の要件を満足している場合には、板厚毎の異なる条件による処理を行うことなく、そのまま、すなわち、６０００系アルミニウム母材のＴ４調質材（溶体化処理、焼入れ、自然時効）をそのまま摩擦攪拌接合に供すればよい。このような例としては、６０００系アルミニウム母材の合金組成が板厚毎に異なる場合が挙げられる。

本発明の接合材の製造方法において、摩擦攪拌接合後、２４時間以内に接合材の人工時効処理を行うことで、熱影響部と接合部の硬さを向上でき、Ｐｊ_ｍｉｎ≧Ｐ_ｍｉｎの特性を得ることができる。摩擦攪拌接合後、人工時効処理を行うまでの時間が２４時間を越えると、熱影響部と接合部の時効硬化速度が低下するため、人工時効処理において十分に硬さ上昇が起こらず、Ｐｊ_ｍｉｎがＰ_ｍｉｎ未満となり、プレス成形の際に接合部で破断が生じてしまい、プレス成形性が低下する。

また、摩擦攪拌接合後、人工時効処理を行うまでのさらに好ましい時間条件は１２時間以内、最も好ましい時間条件は６時間以内である。また、人工時効処理の好適な温度条件は１５０℃以上、２００℃以下であり、時間条件は４時間以下である。温度が下限未満の場合には熱影響部を含む接合部の硬さ上昇が不十分になるため、プレス成形性が低下し、温度が上限を超えた場合には、接合材全体が軟化してしまう場合がある。また、人工時効処理時間が４時間を越えると、接合材全体の強度上昇とともに延性が低下するため、接合材全体としてのプレス成形性の低下を招く。人工時効処理の温度が１６０℃以上、かつ１８０℃以下、時間が２時間以下の場合には、本願の効果が最も発揮される。

実施例
次ぎに、本発明を更に具体的に説明するが、これは単なる例示であって、本発明を制限するものではない。

表１に示す合金Ａ〜Ｅの化学成分を有するアルミニウム合金板材を、常法に従って鋳造、均質化処理、熱間圧延および冷間圧延を行うことにより、それぞれ板厚０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍの板材とし、長さ１０００ｍｍ、板幅２００ｍｍに切断し、それぞれ塩浴炉で５５０℃で６０秒の溶体化処理後、ファンによる、５５０℃から１００℃までの平均冷却速度が２０〜２５℃／ｓの強制空冷によって常温まで焼入れを行い、ただちに２０℃（室温）で３日間の自然時効を行った後、表２に示す条件で人工時効処理を行い、母材１、母材２をそれぞれ作製するとともに、人工時効処理を行わずに母材３を作製した。すなわち、この母材作製方法は、本発明の第一の最適化方法に従ったものである。

そして、母材１および母材３は板幅２００ｍｍ、母材２は板幅１００ｍｍに切断し、それぞれ幅端面同士を突き合わせるように、母材１と母材２を摩擦攪拌接合法にて接合し、さらに５分以内に母材２と母材１の反対側の端面を用いて、母材２と母材３を摩擦攪拌接合法にて接合した（図２参照）。図２中、符号Ｊ_１は母材１と母材２を接合する接合部、符号Ｊ_２は母材２と母材３を接合する接合部である。なお、ここでの摩擦攪拌接合は、攪拌部の直径が１０ｍｍの鋼製の回転工具を、回転数１０００ｒｐｍ、接合速度４００ｍｍ／分で水平移動（図２中、紙面の奥行き方向）させる条件下において実施した。また、ここで用いられる回転工具の端部には、より十分な攪拌作用を惹起させることを目的として、深さ１ｍｍの溝を８ヶ所設けた。

摩擦攪拌接合後、５分以内に空気炉を用いて、接合材に１７０℃で３０分間の人工時効処理を行い、幅５００ｍｍの試験材１〜５を得た。

各試験材１〜５について、それぞれの母材および接合部と熱影響部の硬さ分布を測定するため、接合方向に対して垂直な面（図２に示した断面）が硬さ測定面になるよう、接合部を中心にして幅５０ｍｍの硬さ測定用サンプルを各接合部から切り出し、樹脂埋めと研磨で上記断面を現出させた後、ビッカース硬さ試験機を用い、荷重１ｋｇｆで各試験片における接合部と母材部の各部位の厚さ中央部における硬さ測定を行った。接合部と熱影響部については、接合部の中心を中心として幅（Ｌ）方向に３０ｍｍの範囲を０．５ｍｍ間隔でビッカース硬さ測定し、板厚と硬さの積の最小値をＰｊ_ｍｉｎとした。

また、各試験材１〜５について、長さ７００ｍｍに切断することで幅５００ｍｍ、長さ７００ｍｍのプレス評価用試験片を作製し、幅２５０ｍｍ、長さ４５０ｍｍ、ｒ＝２０ｍｍのパンチを用い、しわ押さえを３０ｋＮにし、パンチストロークを変化させることで、割れの発生しない限界成形高さを測定し、成形高さ７０ｍｍ以上を合格とした。なお、試験材には低粘度潤滑材を塗布した。その結果を表３に示す。表３から明かなように、試験材１〜５は、いずれもＰ_ｍａｘ／Ｐ_ｍｉｎが１．２５以下であり、Ｐｊ_ｍｉｎ≧Ｐ_ｍｉｎであり、成形高さが７０ｍｍ以上の優れた成形性を示した。

焼入れ後、ただちに板厚０．９ｍｍの板材は５０℃で、１．０ｍｍの板材は３５℃で、１．２ｍｍの板材は５℃で、それぞれ１０日間の自然時効を行い、母材１、２、３をそれぞれ作製した以外は、実施例１と同様の方法で摩擦攪拌接合用の母材を作製した。すなわち、この母材作製方法は、本発明の第二の最適化方法に従ったものである。

そして、母材１、２、３について、実施例１と同一条件で切断、摩擦攪拌接合、人工時効処理を行い、幅５００ｍｍの試験材６〜１０を得た。各試験材について、実施例１と同一条件でビッカース硬さ分布を測定するとともに、成形性の評価を行った。その結果を表４に示す。表４から明かなように、試験材６〜１０は、いずれもＰ_ｍａｘ／Ｐ_ｍｉｎが１．２５以下であり、Ｐｊ_ｍｉｎ≧Ｐ_ｍｉｎであり、成形高さが７０ｍｍ以上の優れた成形性を示した。

焼入れ後、ただちに気温２５℃〜３５℃の大気中で板厚０．９ｍｍの板材は９０日、１．０ｍｍの板材は４０日、１．２ｍｍの板材は１日間の自然時効を行い、母材１、２、３をそれぞれ作製した以外は、実施例１と同様の方法で摩擦攪拌接合用の母材を作製した。なお、実施例３では自然時効の日数を変化させるため、板厚毎に溶体化処理の実施日を変化させた。すなわち、この母材作製方法は、本発明の第三の最適化方法に従ったものである。

そして、母材１、２、３について、実施例１と同一条件で切断、摩擦攪拌接合、人工時効処理を行い、幅５００ｍｍの試験材１１〜１５を得た。各試験材について、実施例１と同一条件でビッカース硬さ分布を測定するとともに、成形性の評価を行った。その結果を表５に示す。表５から明かなように、試験材１１〜１５は、いずれもＰ_ｍａｘ／Ｐ_ｍｉｎが１．２５以下であり、Ｐｊ_ｍｉｎ≧Ｐ_ｍｉｎであり、成形高さが７０ｍｍ以上の優れた成形性を示した。

表１に示す合金Ｂ、Ｄ、Ｅの化学成分を有するアルミニウム合金板材を、実施例１と同一条件で鋳造、均質化処理、熱間圧延および冷間圧延を行うことにより、合金Ｅは板厚０．９ｍｍ、合金Ｄは板厚１．０ｍｍ、合金Ｂは板厚１．２ｍｍの板材とし、長さ１０００ｍｍ、板幅２００ｍｍに切断し、それぞれ塩浴炉で５５０℃で６０ｓの溶体化処理後、ファンによる５５０℃から１００℃までの平均冷却速度は２０〜２５℃／ｓの強制空冷によって常温まで焼入れを行い、２０℃で７日間の自然時効を行うことにより、合金Ｅからなる母材１、合金Ｄからなる母材２、合金Ｂからなる母材３をそれぞれ作製した。この母材作製方法は、本発明の第一から第三の最適化方法以外の調製方法である。

そして、母材１、２、３について、実施例１と同一条件で切断、摩擦攪拌接合、人工時効処理を行い、幅５００ｍｍの試験材１６を得た。試験材１６について、実施例１と同一条件でビッカース硬さ分布を測定するとともに、成形性の評価を行った。その結果を表６に示す。表６から明かなように、試験材１６はＰ_ｍａｘ／Ｐ_ｍｉｎが１．２５以下であり、Ｐｊ_ｍｉｎ≧Ｐ_ｍｉｎであり、成形高さが７０ｍｍ以上の優れた成形性を示した。

比較例１
摩擦攪拌接合後の人工時効処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様の方法で接合材を作製して、幅５００ｍｍの比較材１７〜２１を得た。各試験材について、実施例１と同一条件でビッカース硬さ分布を測定するとともに、成形性の評価を行った。その結果を表７に示す。表７から明かなように、試験材１７〜２１は、いずれもＰ_ｍａｘ／Ｐ_ｍｉｎが１．２５以下であるが、Ｐｊ_ｍｉｎ＜Ｐ_ｍｉｎになり、接合部で破断が生じ、成形性が低下した。

比較例２
摩擦攪拌接合後の人工時効処理条件を変えた以外は、実施例１と同様の方法で接合材を作製した。すなわち、比較例２は、摩擦攪拌接合後、２０℃で３日間の自然時効を行った後、空気炉を用いて、接合材に１７０℃で３０分間の人工時効処理を行い、幅５００ｍｍの比較材２２〜２６を得た。各試験材について、実施例１と同一条件でビッカース硬さ分布を測定するとともに、成形性の評価を行った。その結果を表８に示す。表８から明かなように、試験材２２〜２６は、いずれも接合を行ってから人工時効処理を行うまでの時間が２４時間を超え、接合部の強度上昇が不十分になったため、いずれもＰ_ｍａｘ／Ｐ_ｍｉｎが１．２５以下であるが、Ｐｊ_ｍｉｎ＜Ｐ_ｍｉｎになり、接合部で破断が生じ、成形性が低下した。

比較例３
表１に示す合金Ａ〜Ｅの化学成分を有するアルミニウム合金板材の調質過程において、焼入れ後の時効処理条件を変えた以外は、実施例１と同様の方法により母材１、２、３をそれぞれ作製した。すなわち、比較例３は、焼入れを行った後、ただちに２０℃（室温）で３日間の自然時効を行うことで、母材１、２、３をそれぞれ作製した。そして、母材１、２、３について、実施例１と同一条件で切断、摩擦攪拌接合、人工時効処理を行い、幅５００ｍｍの試験材２７〜３１を得た。各試験材について、実施例１と同一条件でビッカース硬さ分布を測定するとともに、成形性の評価を行った。その結果を表９に示す。表９から明かなように、試験材２７〜３１は、いずれもＰｊ_ｍｉｎ≧Ｐ_ｍｉｎであるものの、Ｐ_ｍａｘ／Ｐ_ｍｉｎが１．２５を超えてしまったため、母材１に変形が集中してしまい、成形性が低下した。

比較例４
表１に示す合金Ａ〜Ｅの化学成分を有するアルミニウム合金板材の調質過程において、焼入れ後の時効処理条件を変えたこと、および摩擦攪拌接合後の人工時効処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様の方法で接合材を作製した。すなわち、比較例４は、焼入れを行った後、ただちに２０℃（室温）で３日間の自然時効を行うことで、母材１、２、３をそれぞれ作製し、更に摩擦攪拌接合後は、人工時効処理を行わずに、幅５００ｍｍの試験材３２〜３６を得た。各試験材について、実施例１と同一条件でビッカース硬さ分布を測定するとともに、成形性の評価を行った。その結果を表１０に示す。表１０から明かなように、試験材３２〜３６は、いずれもＰ_ｍａｘ／Ｐ_ｍｉｎが１．２５を超えるとともに、さらに、Ｐｊ_ｍｉｎ＜Ｐ_ｍｉｎになったために、母材１に変形が集中するとともに、接合部で破断が生じてしまい、成形性が著しく低下した。

なお、表３〜表１０のＰ_ｍａｘおよびＰ_ｍｉｎの数値は、硬さ（Ｈｖ）が小数点以下の数値を含めて計算した結果である。

本発明によれば、６０００系アルミニウム合金板材からなる接合材のプレス成形性を効果的に高めることができる接合方法が提供される。さらに、当該プレス用接合材を用いたプレス加工材は、輸送機器部材、例えば自動車用フード、フェンダー、トランクリッド、ルーフ、ドアなどに好適に使用され、これら部材のゲージダウンを可能にする。

本発明のアルミニウム合金接合材の熱影響部と接合部を説明する図。実施例１のアルミニウム合金接合材の一部の断面を示す模式図。

符号の説明

１母材１
２母材２
３母材３
１３、Ｊ_１、Ｊ_２接合部
１０アルミニウム合金接合材
１０ａ断面（硬さ測定部）
１１肉厚の母材
１２薄肉の母材
１４熱影響部
ａ〜ｈ硬さ測定位置

Claims

板厚が互いに異なる複数枚の６０００系アルミニウム合金板材が、それぞれの端部で互いに突き合わされた状態で摩擦攪拌接合法にて接合され、一体化されてなるプレス成形に用いられるアルミニウム合金接合材であって、
次式（１）；
（（ｔ_ｎ×Ｈ_ｎの最大値Ｐ_ｍａｘ）／（ｔ_ｎ×Ｈ_ｎの最小値Ｐ_ｍｉｎ））≦１．２５（１）
（式中、ｔ_ｎは複数枚のアルミニウム合金の母材ｎ（ｎは整数）の板厚（ｍｍ）を示し、Ｈ_ｎは母材ｎのビッカース硬さを示し、ｔ_ｎ×Ｈ_ｎのｎは互いに同じ数字である。）及び次式（２）；
Ｐｊ_ｍｉｎ≧ｔ_ｎ×Ｈ_ｎの最小値Ｐ_ｍｉｎ（２）
（式中、Ｐｊ_ｍｉｎは熱影響部と接合部ｊ_ｎ（ｎは整数）における板厚（ｍｍ）とビッカース硬さの積の最小値を示し、ｔ_ｎ、Ｈ_ｎ及びＰ_ｍｉｎは前記に同じ。）
を満たすことを特徴とするアルミニウム合金接合材。
板厚が互いに異なる複数枚の６０００系アルミニウム合金板材を、それぞれの端部で互いに突き合わされた状態で摩擦攪拌接合法にて接合を行い、接合後２４時間以内に１５０℃以上、２００℃以下で４時間以下の人工時効処理を行い、請求項１記載のアルミニウム合金接合材を得ることを特徴とするアルミニウム合金接合材の製造方法。
前記板厚が互いに異なる複数枚の６０００系アルミニウム合金板材を、それぞれ溶体化処理及び焼入れを行い、次いで３時間以上自然時効させ、さらに板厚毎に異なる条件で１５０℃以上、２００℃以下で１０時間以下の人工時効処理を行い、その後、前記摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項２記載のアルミニウム合金接合材の製造方法。
前記板厚が互いに異なる複数枚の６０００系アルミニウム合金板材を、それぞれ溶体化処理及び焼入れを行い、次いで板厚毎に異なる温度で自然時効を行い、その後、前記摩擦攪拌接合を行うことを特徴とする請求項２記載のアルミニウム合金接合材の製造方法。
前記板厚が互いに異なる複数枚の６０００系アルミニウム合金板材を、それぞれ溶体化処理、焼入れ及び自然時効を順次行い、その後、前記摩擦攪拌接合を行う方法において、前記板材の焼入れから接合までの自然時効日数が板厚毎に異なることを特徴とする請求項２記載のアルミニウム合金接合材の製造方法。