保险杠加强件及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种保险杠加强件，其由7000系铝合金的中空挤压件构成，在两端部实施压扁加工，其中，将端部的一部分加热至400℃以上的实体温度，实施回归处理，对加热部分实施冷压扁加工，之后对保险杠加强件整体实施时效硬化处理。加热部分的硬度借助时效硬化处理而提高维氏硬度Hv10以上，由此，补充伴随着压扁加工部分的截面系数的减少而产生的端部碰撞时的反作用力降低，并且防止能量吸收量降低。
【专利说明】保险杠加强件及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及由热处理型铝合金挤压件构成的保险杠加强件及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 在专利文献1?4中记载有如下内容：在由对置配置的一对凸缘和连结于该一对 凸缘的多个连结板构成的铝合金挤压件的端部区域，在相对于凸缘面垂直的方向上实施压 扁加工来制造车门防撞梁（door beam)、保险杠加强件等汽车用加强构件。其中，在专利文 献2中记载有如下内容：对进行在先淬火后的6000系（Al - Mg - Si系）铝合金挤压件在 时效硬化处理后进行压扁加工。另外，在专利文献4中记载有如下内容：对进行在先淬火后 的6000系或者7000系（Al - Zn - Mg系）铝合金挤压件在挤压后的Tl调质的状态下进 行压扁加工，之后进行时效硬化处理。
[0003] 另一方面，特别是对于7000系铝合金挤压件，即便是在先淬火之后时效硬化处理 之前的材料（Tl调质材料）也会因自然时效而硬化，成形性降低。为了改善其成形性，例如， 如专利文献5?7所记载的那样，一直以来进行使因自然时效而硬化的7000系铝合金的强 度降低的回归处理。
[0004] 在先技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特许第3465862号公报
[0007] 专利文献2 :日本特许第4111651号公报
[0008] 专利文献3 :日本特开平7 - 25296号公报
[0009] 专利文献4 :日本特开2003 - 118367号公报
[0010] 专利文献5 :日本特开平7 - 305151号公报
[0011] 专利文献6 :日本特开平10 - 168553号公报
[0012] 专利文献7 :日本特开2007 - 119853号公报
[0013] 在由铝合金中空挤压件构成的保险杠加强件中，如专利文献3所记载的那样，在 对保险杠加强件的端部实施压扁加工的情况下，在实施压扁加工后的位置，水平面内的截 面系数降低。因此，发生在端部发生碰撞时产生于保险杠加强件的反作用力降低、保险杠加 强件的能量吸收量减少的问题。若铝合金是6000、7000系等的热处理型铝合金，虽然能够 通过在压扁加工之前对保险杠加强件的端部实施回归处理并在压扁加工后进行时效硬化 处理来防止因压扁加工而产生的破裂，并且保险杠加强件整体强度提高，但这并没有从本 质上改善所述问题点。
【发明内容】
[0014] 因此，本发明的目的在于改善在对由铝合金中空挤压件构成的保险杠加强件的端 部实施这样的压扁加工的情况下产生的所述问题点。
[0015] 本发明的保险杠加强件由热处理型铝合金中空挤压件构成，在车宽方向的一个或 两个端部接受了压扁加工，在压扁加工后整体接受了时效硬化处理，其特征在于，接受了压 扁加工的端部中的包含接受了压扁加工的位置在内的部分在压扁加工前接受回归处理，所 述端部的接受了回归处理的位置的硬度高于没有接受回归处理的车宽方向中央部的硬度。
[0016] 作为典型例，所述铝合金中空挤压件的剖面具有配置为大致铅垂的前后的凸缘和 配置为大致水平且连结所述凸缘的多个连结板，与所述凸缘面大致垂直地进行压扁加工， 在进行压扁加工后的位置，连结板弯曲变形，前后的凸缘之间的距离减小。
[0017] 在所述热处理型铝合金中空挤压件是JIS7000系的Tl调质件的情况下，在使回归 处理的加热温度为400°C以上时，容易实现端部的接受了回归处理的位置的维氏硬度与没 有接受回归处理的车宽方向中央部的维氏硬度之差为HvlO以上。需要说明的是，在本发明 中，Tl调质件是指在先淬火后没有进行人工时效硬化处理而在此期间使其自然时效而得到 的材料。
[0018] 发明效果
[0019] 对于本发明的保险杠加强件，端部的实施了回归处理的位置（实施可压扁加工的 位置）的时效处理后的硬度以及强度比没有实施回归处理的位置（车宽方向中央部等仅普 通地实施了时效硬化处理的位置）的硬度以及强度高，由此，补偿伴随着截面系数的减少 而产生的端部碰撞时的反作用力的降低以及保险杠加强件的能量吸收量的减少。
[0020] 在本发明中，通过适当地调整回归处理的温度，能够防止压扁加工所导致的破裂 的产生，同时能够提高实施了压扁加工的位置的时效处理后的硬度以及强度，能够提高端 部碰撞时的反作用力以及能量吸收量。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是对保险杠加强件的端部的压扁加工部分与回归处理中的加热部分进行说 明的俯视图。
[0022] 图2是对压扁加工部分进行压扁加工后的保险杠加强件的俯视图。
[0023] 图3是记载有在实施例中制成的保险杠加强件的各部分尺寸的俯视图。
[0024] 图4(a)是示出图3所示的缓冲梁加强件的回归处理中的加热部分的俯视图，（b) 是示出压扁加工后的形态的俯视图（b)。
[0025] 图5是对实施例的端部碰撞试验进行说明的俯视图。
[0026] 附图标记说明
[0027] 1、11:保险杠加强件；
[0028] 2、12 :保险杠加强件的中央部；
[0029] 3、13 :保险杠加强件的端部；
[0030] 4、14 :保险杠加强件的弯曲部；
[0031] 15:保险杠托架；
[0032] Al :压扁加工部分；
[0033] A2 :回归处理中的加热部分
【具体实施方式】
[0034] 以下，参照图1?5对本发明的保险杠加强件及其制造方法进行具体说明。
[0035] 图1所示的保险杠加强件I (压扁加工前的半成品）是通过对剖面轮廓为矩形的 热处理型铝合金中空挤压件进行弯曲加工而得到的，包括与车身宽度方向平行的中央部2、 向车身侧弯曲的左右的端部3以及连接中央部2和端部3的弯曲部4。利用虚线表示中央 部2与弯曲部4的分界以及端部3与弯曲部的分界。在端部3设置保险杠托架。保险杠加 强件1采用Tl调质材料，通常会因自然时效而处于整体略微硬化的状态。需要说明的是， 所述弯曲加工也可以在后述的回归处理与压扁加工之间进行。
[0036] 在对保险杠加强件1的端部3实施压扁加工之前，从保险杠加强件1的两端对包 含压扁加工部分Al的区域（加热部分A2)进行加热而局部实施回归处理，之后对所述压扁 加工部分Al实施压扁加工。在图2中示出进行压扁加工后的保险杠加强件1。
[0037] 所述铝合金中空挤压件的剖面的轮廓为矩形，具有配置为大致铅垂的前后的凸缘 (前凸缘配置于碰撞侧，后凸缘配置于车身侧）和连结两个凸缘且配置为大致水平的多个 连结板，在压扁加工部分Al中，所述连结板弯曲变形，前后凸缘之间的距离减小。
[0038] 在本发明的回归处理中，在7000系铝合金的情况下，将加热部分A2保持为实体温 度400°C?550°C规定时间后进行冷却（空冷或者水冷）。该保持温度比一般的回归处理的 保持温度（参照专利文献5?7)高很多。通过使回归处理的加热温度为400°C以上，加热 部分A2形成为再固溶体化或者接近固溶体的状态而软化。另一方面，若回归处理的加热温 度超过550°C则存在局部熔解的可能。保持时间只要超过0秒即可，也可以在加热部分A2 达到所述保持温度后立即冷却。保持时间的上限虽不特别限定，但考虑到生产效率方面优 选在5分钟以内的短时间内结束。回归处理在其他合金系（例如6000系）的情况下也能 够以大致相同的条件实施。作为加热机构，能够使用高频感应加热装置或者硝石炉。
[0039] 优选回归处理后的压扁加工在回归处理结束后（冷却后）72小时以内进行。
[0040] 需要说明的是，7000系铝合金的组成大体含有Zn :3. 0?8. 0质量％、Mg :0· 4? 2. 5 质量％、Cu :0· 05 ?2. 0 质量％、Ti :0· 005 ?0· 2 质量％，还含有 Mn :0· 01 ?0· 3 质 量％、Cr :0. 01?0. 3质量％、Zr :0. 01?0. 3质量％中的1种或2种以上，还包括剩余部 分Al以及不可避免杂质。
[0041] 以下对该组成进行说明。但是，该组成本身作为7000系铝合金是公知的。
[0042] Zn与Mg形成作为金属间化合物的MgZn2，是用于提高7000系铝合金的强度的元 素。若Zn含量不足3. 0质量％或者Mg含量不足0. 4质量％，则实际使用材料无法获得所 需的200MPa以上的弹性极限应力。另一方面,若Zn含量超过8. 0质量％或者Mg含量超过 2. 5质量％，即使在压扁加工前对挤压型材进行规定的回归处理，也无法防止因压扁加工而 产生的龟裂，同时无法减少由压扁加工赋予的拉伸残余应力，抗应力腐蚀开裂性能显著降 低。因此，Zn含量设为3.0?8.0质量％，Mg含量设为0.4?2. 5质量％。从高强度化以及 轻型化的观点来看，优选Zn含量、Mg含量更高的合金，例如Zn含量、Mg含量分别为5. 0? 8. 0质量％、L 0?2. 5质量％，合计6. 0?10. 5质量％。
[0043] Cu是用于提高7000系铝合金的强度的元素。若Cu含量不足0.05质量％则无法 产生足够的强度提高效果，另一方面，若Cu含量超过2. 0质量％则会导致挤压加工性的降 低。因此，Cu含量设为0.05?2.0质量％。优选为0.5?1.5质量％。
[0044] Ti具有在铸造7000系铝合金时使晶粒微细化从而提高挤压型材的成形性（压扁 加工性）的作用，添加0.005质量％以上。另一方面，若Ti的含量超过0.2质量％则其作用 饱和，并且粗大的金属间化合物结晶，反而使成形性降低。因此，Ti含量设为0. 005?0. 2 质量％。
[0045] Mn、Cr、Zr具有抑制7000系铝合金挤压型材的再结晶、使结晶组织形成微小再 结晶或者纤维状组织而提高抗应力腐蚀开裂性能的作用。由于具有该作用，因此在Mn : 0· 01?0· 3质量％、Cr :0· 01?0· 3质量％、Zr :0· 01?0· 3质量％的范围内添加 Mn、Cr以 及Zr中的一种或者两种以上。
[0046] 作为所述7000系铝合金的主要不可避免杂质，能够列举出Fe以及Si。为了不降 低该合金的各特性，Fe限制在0. 35质量％以下，Si限制在0. 3质量％以下。
[0047] 如图2所示，在对压扁加工部分Al实施规定的压扁加工之后，对保险杠加强件1 整体实施时效硬化处理。时效硬化处理的条件是各热处理型铝合金的公知条件即可。不言 而喻，实际上在保险杠加强件1的长边方向全长上应用相同的时效硬化处理条件。
[0048] 保险杠加强件1通过该时效硬化处理而硬化，强度提高。尤其，在包含压扁加工部 分Al的加热部分A2中，组织利用回归处理的加热从自然时效的状态变化（回归）为再固溶 体化或者接近固溶体的状态，与例如中央部2这样的在进行了自然时效的状态下直接接受 时效硬化处理的其他位置（没有接受回归处理中的加热的位置）相比，获得了高硬度。该 硬度提高效果只有回归处理的加热温度达到400°C才能获得。并且，回归处理的加热温度 越高，加热部分A2的硬度增长越大，特别是在回归处理的加热温度为450°C以上的情况下， 充分地进行再固溶体化，因此硬度明显提高。另外，在回归处理后的冷却速度较大的情况下 (相比于空冷在水冷的情况下），硬度的增长较大。
[0049] 在保险杠加强件由7000系铝合金中空挤压件构成的情况下，在包含压扁加工部 分Al的加热部分A2中，与没有接受回归处理的加热的位置相比，维氏硬度增高HvlO以上。 另外，若回归处理的加热温度为450°C以上，则能够在所述组成范围内增高Hv20以上。
[0050] 在压扁加工部分Al中，截面系数减少，连结板弯曲变形，压扁加工所带来的加工 硬化通过时效硬化处理的加热而基本被除去。这些都是减少针对碰撞载荷的反作用力的重 要因素，但另一方面，对于压扁加工部分A1，借助时效硬化处理，压扁加工部分Al的硬度比 没有接受回归处理的加热的位置的硬度高，压扁加工部分Al高强度化。利用该高强度化来 补充截面系数的减少等所导致的碰撞时的反作用力的降低以及保险杠加强件的能量吸收 量的减少。
[0051] (实施例）
[0052] 对由 Zn :6· 39 质量％、Mg :1· 34 质量％、Cu :0· 15 质量％、Fe :0· 11 质量％、Si : 0.04 质量％、Mn :0.02 质量％、Cr :0.03 质量％、Zr :0· 13 质量％、Ti :0.02 质量％、剩余部 分铝以及不可避免杂质构成的7000系铝合金进行热挤压成形，挤压之后在线进行风扇空 冷（在先淬火），制造矩形剖面处的轮廓为60_X 120mm的中空挤压件（Tl材质），切割为 长度1300mm，获得13个保险杠加强件的坯料。
[0053] 将该保险杠加强件的坯料在室温中放置20天使其自然时效（Tl调质件），之后分 别弯曲加工成图3所示的形状，获得13个保险杠加强件11。该保险杠加强件11左右对称， 具有中央部12、端部13以及弯曲部14,在以左右的端部位基准位置（零点）时，端部13占 据0?350mm的范围，弯曲部14占据350?450mm的范围，中央部12占据450?650mm的 范围。保险杠加强件11的前后方向上的厚度为60_。端部13相对于中央部12的倾斜角 度为10°，弯曲部14的弯曲半径为500mm。在该例中，保险杠托架的接合位置S(参照图 4(a))占据保险杠加强件11的端部13中的距离端部130?200_的范围。保险杠托架在 所述接合位置S例如借助螺栓接合于保险杠加强件11的后凸缘。
[0054] 对获得的保险杠加强件11实施回归处理（No. 13除外）。利用高频感应加热进行 回归处理的加热，保持表1所示的加热温度（实体温度）60秒后立即以水冷（冷却速度： 170°C /sec)或者空冷（冷却速度：5°C /sec)进行冷却。回归处理中的加热部分A2左右对 称，在以左右的端部作为基准位置（零点）时占据0?115mm的范围。在图4(a)中利用点 表示加热部分A2的范围。
[0055] 在进行回归处理后（No. 13无回归处理），沿前后方向对保险杠加强件11的两端部 的0?80_的范围进行压扁加工，目视观察压扁加工性（是否产生破裂）。在图4(b)示出 保险杠加强件11的进行压扁加工后的形态。在压扁加工部分Al中，如之前参照图2说明 那样，上下的连结板弯曲变形，前后的凸缘之间的距离减小。
[0056] 表 1
[0057]
【权利要求】
1. 一种保险杠加强件，其由热处理型铝合金中空挤压件构成，在车宽方向的两个端部 接受了压扁加工，在压扁加工后整体接受了时效硬化处理，该保险杠加强件的特征在于， 所述端部中的包含接受了压扁加工的位置在内的部分在压扁加工前接受回归处理，所 述端部的接受了回归处理的位置的硬度高于没有接受回归处理的车宽方向中央部的硬度。
2. -种保险杠加强件，其由热处理型铝合金中空挤压件构成，在车宽方向的一个端部 接受了压扁加工，在压扁加工后整体接受了时效硬化处理，该保险杠加强件的特征在于， 所述端部中的包含接受了压扁加工的位置在内的部分在压扁加工前接受回归处理，所 述端部的接受了回归处理的位置的硬度高于没有接受回归处理的车宽方向中央部的硬度。
3. 根据权利要求1所述的保险杠加强件，其特征在于， 热处理型铝合金中空挤压件的剖面具有配置为大致铅垂的前后的凸缘和配置为大致 水平且连结所述凸缘的多个连结板，在接受了所述压扁加工的位置，所述连结板弯曲变形， 前后的凸缘之间的距离减小。
4. 根据权利要求2所述的保险杠加强件，其特征在于， 热处理型铝合金中空挤压件的剖面具有配置为大致铅垂的前后的凸缘和配置为大致 水平且连结所述凸缘的多个连结板，在接受了所述压扁加工的位置，所述连结板弯曲变形， 前后的凸缘之间的距离减小。
5. 根据权利要求1所述的保险杠加强件，其特征在于， 所述热处理型铝合金中空挤压件由JIS7000系铝合金构成，接受了所述压扁加工的位 置的维氏硬度与长边方向中央部的维氏硬度之差为HvlO以上。
6. 根据权利要求2所述的保险杠加强件，其特征在于， 所述热处理型铝合金中空挤压件由JIS7000系铝合金构成，接受了所述压扁加工的位 置的维氏硬度与长边方向中央部的维氏硬度之差为HvlO以上。
7. 根据权利要求3所述的保险杠加强件，其特征在于， 所述热处理型铝合金中空挤压件由JIS7000系铝合金构成，接受了所述压扁加工的位 置的维氏硬度与长边方向中央部的维氏硬度之差为HvlO以上。
8. 根据权利要求4所述的保险杠加强件，其特征在于， 所述热处理型铝合金中空挤压件由JIS7000系铝合金构成，接受了所述压扁加工的位 置的维氏硬度与长边方向中央部的维氏硬度之差为HvlO以上。
9. 一种保险杠加强件的制造方法，其特征在于， 使用热处理型铝合金挤压件的T1调质件来成形保险杠加强件，将所述保险杠加强件 的一个或两个端部局部加热至400°C以上，实施回归处理，对实施了回归处理的区域实施压 扁加工，之后对所述保险杠加强件整体实施时效硬化处理。
10. 根据权利要求9所述的保险杠加强件的制造方法，其特征在于， 所述热处理型铝合金中空挤压件由JIS7000系铝合金构成。
【文档编号】C22F1/05GK104417468SQ201410404391
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】桥本成一, 津吉恒武, 下赤真吾, 梶原博之 申请人:株式会社神户制钢所