CN111156271A - 弹性部件以及弹性部件用线材 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种弹性部件，其是使用与长度方向正交的截面呈大致圆形的线材而形成的，在规定的方向上伸缩自如，其特征在于，具备：第一合金部，其由常温下的拉伸强度为大于950MPa且1100MPa以下的铝合金制成；以及第二合金部，其由常温下的拉伸强度为100MPa以上650MPa以下的铝合金制成，包覆第一合金部，且径向的厚度比第一合金部的半径小，其中，第一合金部由含有大于10.0重量%且17.0重量%以下的锌、大于2.0重量%且6.0重量%以下的镁并且余下的部分含有铝以及不可避免的杂质的铝合金制成。

Description

弹性部件以及弹性部件用线材
本申请为我方卷号为DFP17JP3255的分案申请，申请号为201680037944.3，申请日为2016年06月28日，发明名称为弹性部件以及弹性部件用线材。
技术领域
本发明涉及一种汽车用的弹性部件以及用于制造该弹性部件的弹性部件用线材。
背景技术
以往，作为用于实现汽车的油耗改善的一种方法，致力于各种部件的轻量化。例如，现采用如下方法：作为发动机组(engine block)的材料，代替铸铁而使用铝合金，作为发动机盖和油底壳的材料，代替钢而使用镁合金。
近年来，基于汽车的轻量化这一观点，在研究将由铝合金制成的材料用于悬架等弹性部件。作为这类铝合金，公开有6000系列铝合金(例如，参照专利文献1)。
作为比上述的6000系列铝合金强度高的铝合金，已知有7000系列铝合金。若使用7000系列铝合金，则能够制作比6000系列铝合金制螺栓强度高的弹性部件。
专利文献1：日本专利第5335056号公报
发明内容
然而，通常7000系列铝合金较之于6000系列铝合金在耐应力腐蚀开裂性方面较差，因此，在作为弹性部件而应用的情况下，需要改善耐应力腐蚀开裂性。在这种状况下，一直以来都在寻求由强度以及耐应力腐蚀开裂性优良的材料制成的弹性部件。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种强度以及耐应力腐蚀开裂性优良的、弹性部件以及用于制造该弹性部件的弹性部件用线材。
为了解决上述问题并达成本发明目的，本发明涉及的弹性部件，其是使用与长度方向正交的截面呈大致圆形的线材而形成的，在规定的方向上伸缩自如，其具备：第一合金部，其由常温下的拉伸强度为大于950MPa且1100MPa以下的铝合金制成；以及第二合金部，其由常温下的拉伸强度为100MPa以上650MPa以下的铝合金制成，包覆所述第一合金部，且径向的厚度比所述第一合金部的半径小，其中，所述第一合金部由含有大于10.0重量％且17.0重量％以下的锌、大于2.0重量％且6.0重量％以下的镁并且余下的部分含有铝以及不可避免的杂质的铝合金制成。
此外，根据本发明涉及的弹性部件，在上述发明中，所述第一合金部含有从0.1重量％以上3.0重量％以下的铜、0.05重量％以上0.4重量％以下的锆、0.1重量％以上2.0重量％以下的锰、0.05重量％以上0.5重量％以下的铁、0.1重量％以上0.6重量％以下的铬、0.05重量％以上0.4重量％以下的硅、0.01重量％以上0.1重量％以下的钒、0.01重量％以上0.2重量％以下的钛、0.1重量％以上2.0重量％以下的镍、0.01重量％以上0.6重量％以下的银中选择出的一种以上。
此外，根据本发明涉及的弹性部件，在上述发明中，所述第二合金部由含有0.005重量％以上6.5重量％以下的锌并且余下的部分含有铝以及不可避免的杂质的铝合金制成。
此外，根据本发明涉及的弹性部件，在上述发明中，所述第二合金部含有从0.05重量％以上2.0重量％以下的镁、0.1重量％以上1.1重量％以下的铜、0.01重量％以上0.25重量％以下的锆、0.051重量％以上1.0重量％以下的锰、0.05重量％以上0.5重量％以下的铁、0.05重量％以上0.3重量％以下的铬、0.05重量％以上1.3重量％以下的硅、0.01重量％以上0.1重量％以下的钒、0.01重量％以上0.2重量％以下的钛、0.1重量％以上2.0重量％以下的镍、0.01重量％以上0.6重量％以下的银中选择出的一种以上。
此外，根据本发明涉及的弹性部件，在上述发明中，所述第二合金部是将具有不同组分的铝合金多层层叠而成的。
此外，根据本发明涉及的弹性部件，在上述发明中，所述第二合金部中径向最外侧的层的拉伸强度最小。
此外，根据本发明涉及的弹性部件，在上述发明中，所述第二合金部中径向最外侧的层的厚度最薄。
此外，根据本发明涉及的弹性部件，在上述发明中，所述第二合金部的所述厚度与所述第一合金部的半径之比为0.01以上0.2以下。
此外，本发明涉及的弹性部件用线材，其与长度方向正交的截面呈大致圆形，其具备：芯部，其由常温下的拉伸强度为大于950MPa且1100MPa以下的铝合金制成；以及外周部，其由常温下的拉伸强度为100MPa以上650MPa以下的铝合金制成，包覆所述芯部，且径向的厚度比所述芯部的半径小，其中，所述芯部由含有大于10.0重量％且17.0重量％以下的锌、大于2.0重量％且6.0重量％以下的镁并且余下的部分含有铝以及不可避免的杂质的铝合金制成。
此外，本发明涉及的弹性部件用线材，在上述发明中，所述外周部的所述厚度与所述芯部的半径之比为0.01以上0.2以下。
根据本发明，具有能够获得强度以及耐应力腐蚀开裂性优良的、弹性部件以及用于制造该弹性部件的弹性部件用线材的效果。
附图说明
图1是示意性表示本发明实施方式涉及的悬架的结构的立体图。
图2是示意性表示本发明实施方式涉及的悬架的主要部分的结构的立体图。
图3是图2所示A-A线截面图。
图4是表示本发明实施方式涉及的弹性部件用线材的结构的截面图。
图5是示意性表示本发明实施方式的变形例涉及的悬架的主要部分的结构的截面图。
图6是示意性表示使用了本发明实施方式涉及的弹性部件用线材的部件的一个示例的立体图。
图7是示意性表示使用了本发明实施方式涉及的弹性部件用线材的部件的一个示例的立体图。
符号说明
1悬架(suspension)
2臂部
3、3a螺旋弹簧
4减震器(shock absorber)
5稳定器(stablizer)
10制动盘
11卡钳(caliper)
31第一合金部
32、33第二合金部
33a第一层
33b第二层
100车体
101轮胎
具体实施方式
下面，参照附图来对用于实施本发明的方式(以下称为“实施方式”)进行说明。需要说明的是，各图是示意性的，各部分的厚度与宽度的关系、各个部分的厚度的比率等有时会与现实中的不同，各图中有时会包含相互之间的尺寸的关系或比率不同的部分。
实施方式
图1是示意性表示本发明实施方式涉及的悬架的结构的立体图。图1所示悬架1具备：臂部2，其构成该悬架1的主架，将安装轮胎101的两个制动盘10以旋转自如的方式支承；螺旋弹簧3(弹性部件)，其在与两个制动盘10相对置的方向大致垂直的方向上伸缩自如；以及减震器4，其用于使作用于螺旋弹簧3的伸缩动作的力(振动)衰减。制动盘10上设置有卡钳11，该卡钳11通过夹着该制动盘10施加与旋转方向正交的方向的负荷，能够使制动盘10的旋转速度减速。悬架1安装于车体100，吸收相应于路面的高低不平而从轮胎101传递的振动。
图2是示意性表示本发明实施方式涉及的悬架的主要部分的结构的立体图，是表示螺旋弹簧3的结构的立体图。图2所示螺旋弹簧3由一复合材料构成，该复合材料是通过将彼此不同的两种铝(Al)合金接合而形成的。螺旋弹簧3由上述复合材料构成，通过将与长度方向正交的平面作为截断面而得到的截面呈大致圆形的线材卷绕成螺旋状来制作。螺旋弹簧3在规定的方向(例如，通过卷绕而延伸的方向)上伸缩自如。需要说明的是，在本说明书中，铝合金是指以铝为主要成分的合金。
螺旋弹簧3具有第一合金部31和第二合金部32，这两个合金部是使用彼此不同的两种铝合金分别形成的。第一合金部31构成该螺旋弹簧3的径向的内周侧，作为该螺旋弹簧3的芯部。第二合金部32构成该螺旋弹簧3的径向的外周部。即，第二合金部32构成该螺旋弹簧3的表层部分。
第一合金部31由含有大于10.0重量％且17.0重量％以下的锌(Zn)、大于2.0重量％且6.0重量％以下的镁(Mg)并且余下的部分含有Al以及不可避免的杂质的铝合金制成。第一合金部31进一步优选含有从0.1重量％以上3.0重量％以下的铜(Cu)、0.05重量％以上0.4重量％以下的锆(Zr)、0.1重量％以上2.0重量％以下的锰(Mn)、0.05重量％以上0.5重量％以下的铁(Fe)、0.1重量％以上0.6重量％以下的铬(Cr)、0.05重量％以上0.4重量％以下的硅(Si)、0.01重量％以上0.1重量％以下的钒(V)、0.01重量％以上0.2重量％以下的钛(Ti)、0.1重量％以上2.0重量％以下的镍(Ni)、0.01重量％以上0.6重量％以下的银(Ag)中选择出的至少一种以上。第一合金部31在常温下的拉伸强度大于950MPa且1100MPa以下。需要说明的是，拉伸强度具有表示材料的强度的值(例如MPa)。这里所说的“常温”是指例如在15℃到25℃的范围内，测定时保持恒定的温度。能获得上述的拉伸强度的原因在于，由于Zn和Mg的浓度较高，所以在该情况下，会发生以Zn和Mg为主的沉淀物所带来的沉淀硬化。
在构成第一合金部31的金属中，Zn赋予如下特性：使拉伸强度达到高强度，并且提高在通过挤压工艺制作下述的弹性部件用线材(弹性部件用线材300)时的可挤压性。Mg赋予如下特性：使拉伸强度达到高强度。Cu赋予如下特性：使拉伸强度达到高强度，并且使耐应力腐蚀开裂性提高。Zr赋予如下特性：使韧性、耐热性以及耐应力腐蚀开裂性提高。Mn赋予如下特性：使拉伸强度达到高强度，并且使韧性、耐热性以及耐应力腐蚀开裂性提高。此外，Fe赋予如下特性：使耐热性提高。Cr赋予如下特性：使韧性、耐热性以及耐应力腐蚀开裂性提高。Ti以及Ni赋予如下特性：使耐热性提高。Ag赋予如下特性：使拉伸强度达到高强度，并且使耐应力腐蚀开裂性提高。
第二合金部32由含有0.005重量％以上6.5重量％以下的Zn并且余下的部分含有Al以及不可避免的杂质的铝合金制成。第二合金部32在常温下的拉伸强度为100MPa以上650MPa以下，优选为350MPa以上650MPa以下。第二合金部32的外周的直径，即悬架1用的螺旋弹簧3的线材的直径，例如为8mm以上15mm以下。
第二合金部32优选含有从0.05重量％以上2.0重量％以下的Mg、0.1重量％以上1.1重量％以下的Cu、0.01重量％以上0.25重量％以下的Zr、0.051重量％以上1.0重量％以下的Mn、0.05重量％以上0.5重量％以下的Fe、0.05重量％以上0.3重量％以下的Cr、0.05重量％以上1.3重量％以下的Si、0.01重量％以上0.1重量％以下的V、0.01重量％以上0.2重量％以下的Ti、0.1重量％以上2.0重量％以下的Ni、0.01重量％以上0.6重量％以下的Ag中选择出的至少一种以上。作为具有这样的组分的铝合金，可以举出6000系列铝合金，例如A6056。A6056是以Al-Mg-Si为主要元素的合金，作为具有较高的拉伸强度、并且耐应力腐蚀开裂性优良的铝合金而为人们所知晓。
需要说明的是，在第二合金部32的外周也可以进一步形成包覆膜。这种情况下的包覆膜例如使用由耐酸铝(alumite)制成的材料形成，形成厚度为第二合金部32的外周的半径的1/100左右的层。例如，当第二合金部32的外周的半径为10mm时，该包覆膜的厚度为0.1mm左右。通过形成该包覆膜，能够提高防锈效果。
图3是图2所示A-A线截面图。图3所示截面是以与线材的长度方向正交的平面为截断面而得到的截面。如图3所示，若设第一合金部31的半径为d1、第二合金部32的径向的厚度为d2，则满足如下关系：d2＜d1。优选地，螺旋弹簧3的半径，即第二合金部32的外周的半径(d1+d2)与厚度d2满足如下关系：0.01≤d2/(d1+d2)≤0.2。更优选地，第二合金部32的外周的半径(d1+d2)与厚度d2满足如下关系：0.05≤d2/(d1+d2)≤0.15。
图4是表示作为用于制作螺旋弹簧3的线材的弹性部件用线材的结构的截面图。该图所示弹性部件用线材300(以下简称为“线材300”)呈具备芯部301和外周部302的两层构造的圆柱状，其中，芯部301为圆柱状，且由与第一合金部31相同的铝合金制成，外周部302包覆于芯部301的外周，且由与第二合金部32相同的铝合金制成。线材300例如通过挤压工艺来制作。线材300与上述的第一合金部31和第二合金部32同样地，外周部302的厚度与芯部301的半径之比为0.01以上0.2以下。通过卷绕该线材300，能够制作上述的螺旋弹簧3。
根据以上说明的本发明实施方式，由于采用具备第一合金部31和第二合金部32的两层构造，其中，第一合金部31作为负责螺旋弹簧3的弹性的芯部而由高强度的铝合金制成，常温下的拉伸强度为大于950MPa且1100MPa以下，第二合金部32构成外表面，由耐应力腐蚀开裂性优良的铝合金制成，常温下的拉伸强度为100MPa以上且650MPa以下，所以能够提供强度以及耐应力腐蚀开裂性优良的弹性部件。
此外，根据本实施方式，由于第二合金部32的外周的半径(d1+d2)与厚度d2满足如下关系：0.01≤d2/(d1+d2)≤0.2，所以能够提高螺旋弹簧3整体的强度，并且能够兼顾这一强度和良好的耐应力腐蚀开裂性。
此外，根据本实施方式，由于构成具备芯部301和外周部302的、作为复合材料的弹性部件用线材300，其中，芯部301呈圆柱状，作为负责螺旋弹簧3的弹性的芯部而由高强度的铝合金制成，外周部302构成外表面，由耐应力腐蚀开裂性优良的铝合金制成，所以能够通过与以往同样的制造方法来形成强度以及耐应力腐蚀开裂性优良的弹性部件(螺旋弹簧3)。
此外，根据本实施方式，由于外周部302的外周的半径(d1+d2)与该外周部302的厚度d2满足如下关系：0.01≤d2/(d1+d2)≤0.2，所以在成型后的弹性部件中，能够较均衡地兼顾强度和耐应力腐蚀开裂性。
实施方式的变形例
图5是示意性表示本发明实施方式的变形例涉及的悬架的主要部分的结构的截面图。图5是本变形例涉及的螺旋弹簧3a的截面图，是与图2的A-A线对应的截面图。在上述的实施方式中所说明的是，在第一合金部31的外周侧，设置一层由耐应力腐蚀开裂性优良的铝合金制成的合金部(第二合金部32)的结构，不过第二合金部也可以是由两个以上的多个层构成。在本变形例中，以由耐应力腐蚀开裂性优良的铝合金制成的第二合金部为两层的结构为例进行说明。
图5所示螺旋弹簧3a由一复合材料构成，该复合材料是通过将彼此不同的三种铝合金接合而形成的。螺旋弹簧3a由上述的复合材料构成，通过将与长度方向正交的平面作为截断面而得到的截面呈大致圆形的线材卷绕成螺旋状来制作。需要说明的是，截面除上述的大致圆形以外，还可以是椭圆等之类的线对称的形状。
螺旋弹簧3a由第一合金部31和第二合金部33构成，这些合金部是使用具有彼此不同的组分的三种铝合金分别形成的。第二合金部33具有：第一层33a，其设置于第一合金部31的外周侧；以及第二层33b，其设置于第一层33a的外周侧，构成该螺旋弹簧3a的径向的外周部。即，第二层33b构成该螺旋弹簧3a的表层部分。
第一层33a和第二层33b是将与上述的第二合金部32所使用的金属相同种类的金属在相同的组分范围内配合而形成的，而且是具有与第二合金部32相同范围的拉伸强度的铝合金，是组分彼此不同的铝合金。此外，第一层33a与第二层33b相比，拉伸强度相等或者较大。即，当第一层33a与第二层33b的拉伸强度不同时，螺旋弹簧3a中的拉伸强度按从大到小的顺序依次为第一合金部31、第一层33a、第二层33b。
如图5所示，若设第一合金部31的半径为d1、第二合金部33的第一层33a的径向的厚度为d3、第二层33b的径向的厚度为d4，则满足如下关系：d4≤d3＜d1。优选地，螺旋弹簧3a的半径，即第二合金部33的外周的半径(d1+d3+d4)与第二合金部33的厚度(d3+d4)满足如下关系：0.01≤(d3+d4)/(d1+d3+d4)≤0.2。更优选地，第二合金部33的外周的半径(d1+d3+d4)与第二合金部33的厚度(d3+d4)满足如下关系：0.05≤(d3+d4)/(d1+d3+d4)≤0.15。
根据本变形例，通过采用具备第一合金部31和第二合金部32的两层构造，其中，第一合金部31作为负责螺旋弹簧3a的弹性的芯部而由高强度的铝合金制成，第二合金部32由耐应力腐蚀开裂性优良的铝合金制成，所以能够提供强度以及耐应力腐蚀开裂性优良的弹性部件。
此外，根据本变形例，由于第二合金部33的外周的半径(d1+d3+d4)与第二合金部33的厚度(d3+d4)满足如下关系：0.01≤(d3+d4)/(d1+d3+d4)≤0.2，所以能够提高螺旋弹簧3a整体的强度，并且能够兼顾这一强度和良好的耐应力腐蚀开裂性。
需要说明的是，在本变形例中，当第二合金部为三层以上时，在径向最外侧的层的厚度最薄，拉伸强度最小。
至此已对用于实施本发明的方式进行了说明，不过本发明并非仅限于上述的实施方式。例如，本发明涉及的弹性部件也能够作为其他的汽车部件来加以实现。
图6是示意性表示使用了本发明实施方式涉及的弹性部件用线材的部件的一个示例的立体图。在本实施方式中以悬架用的螺旋弹簧3为例进行说明，不过也可以是例如图6所示的稳定器5。稳定器5可以通过使上述的线材300折弯来制作。稳定器5与被施加的负荷(负荷施加的方向)相应地伸缩着折弯。稳定器5中的第二合金部32的外周的直径，即稳定器5的线材的直径例如为20mm以上30mm以下。
图7是示意性表示使用了本发明实施方式涉及的弹性部件用线材的部件的一个示例的立体图。图7是车辆的悬架的结构的一个示例。扭力杆(torsion bar)61受到图7所示悬架1a的纵连杆(trailing link)6的旋转力而扭转变形。该扭力杆61的材质也可以使用上述的弹性部件用线材来实现。除此以外，还可以通过使线材300折弯来制作汽车的车门防撞梁(door impactbeam)等。
此外，在本发明中，也可以进一步在第二合金部32、33的表面设置由耐应力腐蚀开裂性优良的铝合金制成的层。作为这样的铝合金，可以举出例如2000系列、3000系列、4000系列或5000系列的铝合金等。
这样，本发明可以涵盖这里未记载的各种各样的实施方式等，在不脱离由权利要求书所限定的技术思想的范围内，可以进行各种设计变更。
如上所述，本发明涉及的弹性部件以及用于制造该弹性部件的弹性部件用线材，作为强度以及耐应力腐蚀开裂性优良的弹性部件是有益的。

Claims (10)

1. 一种弹性部件，其是使用与长度方向正交的截面呈大致圆形的线材而形成的，在规定的方向上伸缩自如，其特征在于，具备：
第一合金部，其由常温下的拉伸强度为大于950MPa且1100MPa以下的铝合金制成；以及
第二合金部，其由常温下的拉伸强度为100MPa以上650MPa以下的铝合金制成，包覆所述第一合金部，且径向的厚度比所述第一合金部的半径小，其中，
所述第一合金部由含有大于10.0重量%且17.0重量%以下的锌、大于2.0重量%且6.0重量%以下的镁并且余下的部分含有铝以及不可避免的杂质的铝合金制成。
2.根据权利要求1所述的弹性部件，其特征在于：
所述第一合金部含有从0.1重量%以上3.0重量%以下的铜、0.05重量%以上0.4重量%以下的锆、0.1重量%以上2.0重量%以下的锰、0.05重量%以上0.5重量%以下的铁、0.1重量%以上0.6重量%以下的铬、0.05重量%以上0.4重量%以下的硅、0.01重量%以上0.1重量%以下的钒、0.01重量%以上0.2重量%以下的钛、0.1重量%以上2.0重量%以下的镍、0.01重量%以上0.6重量%以下的银中选择出的一种以上。
3.根据权利要求1或2所述的弹性部件，其特征在于：
所述第二合金部由含有0.005重量%以上6.5重量%以下的锌并且余下的部分含有铝以及不可避免的杂质的铝合金制成。
4.根据权利要求3所述的弹性部件，其特征在于：
所述第二合金部含有从0.05重量%以上2.0重量%以下的镁、0.1重量%以上1.1重量%以下的铜、0.01重量%以上0.25重量%以下的锆、0.051重量%以上1.0重量%以下的锰、0.05重量%以上0.5重量%以下的铁、0.05重量%以上0.3重量%以下的铬、0.05重量%以上1.3重量%以下的硅、0.01重量%以上0.1重量%以下的钒、0.01重量%以上0.2重量%以下的钛、0.1重量%以上2.0重量%以下的镍、0.01重量%以上0.6重量%以下的银中选择出的一种以上。
5.根据权利要求1所述的弹性部件，其特征在于：
所述第二合金部是将具有不同组分的铝合金多层层叠而成的。
6.根据权利要求5所述的弹性部件，其特征在于：
所述第二合金部中径向最外侧的层的拉伸强度最小。
7.根据权利要求5或6所述的弹性部件，其特征在于：
所述第二合金部中径向最外侧的层的厚度最薄。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的弹性部件，其特征在于：
所述第二合金部的所述厚度与所述第一合金部的半径之比为0.01以上0.2以下。
9. 一种弹性部件用线材，其与长度方向正交的截面呈大致圆形，其特征在于，具备：
芯部，其由常温下的拉伸强度为大于950MPa且1100MPa以下的铝合金制成；以及
外周部，其由常温下的拉伸强度为100MPa以上650MPa以下的铝合金制成，包覆所述芯部，且径向的厚度比所述芯部的半径小，其中，
所述芯部由含有大于10.0重量%且17.0重量%以下的锌、大于2.0重量%且6.0重量%以下的镁并且余下的部分含有铝以及不可避免的杂质的铝合金制成。
10.根据权利要求9所述的弹性部件用线材，其特征在于：
所述外周部的所述厚度与所述芯部的半径之比为0.01以上0.2以下。
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