JP2012091202A - 産業機器部品およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決課題】本発明のリンク(産業機器部品)1Aは、JISH4140に規定の6000系合金で形成した芯材11と、この芯材11の一部または全部を覆う、JISH4140に規定の7000系合金で形成した表層材12と、でなることを特徴とする。本発明のリンク(自動車部品)1Aの製造方法は、溶解工程S1と、鋳造工程S2と、加工工程S3と、均質化熱処理工程S4と、鍛造工程S5と、を少なくとも行う。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1では、分散粒子の平均粒径を0.11μm以下と小さくし、平均粒径の分散粒子を、単位面積あたり13個/μm2以上存在するように規制することでアルミニウム合金鍛造品の粒界腐食や応力腐食割れを抑え、かつ、高強度化および高靱性化することが提案されている。
自動車部品の、より一層の薄肉化のためには、材料強度の向上による部品厚の減少等が考えられる。しかしながら、6000系アルミニウム合金により製造したアルミニウム鍛造品では、より一層の薄肉化を図りながら、強度、靭性および耐食性を向上させることに限界があった。
つまり、産業機器部品は、非常に高強度を有する7000系合金により形成した芯材を有するため、6000系合金のみによって製造された従来の産業機器部品と同等の強度を得た場合でも、質量を小さくすることができ、その結果、軽量化することができる。また、産業機器部品は、芯材が、高靭性および高耐食性を有する6000系合金により形成した表層材により被覆されており、その表面が、主に表層材により形成されることとなるため、これによって、産業機器部品の高靭性および高耐食性を保証することができる。
また、場合によっては、熱間鍛造後の複合材に機械加工を施すことにより最終製品形状に成形し、産業機器部品とすることで、熱簡鍛造のみによって最終製品形状に成形しづらい複雑な構造の産業機器部品の製造を本発明の製造方法によって行うことが可能となる。
また、JISH4140に規定の7000系合金で形成した芯材と、この芯材を被覆する、JISH4140に規定の6000系合金で形成した表層材と、を組み合わせて産業機器部品を製造したため、6000系合金のみによって製造された従来の産業機器部品と同等の強度を得た場合であっても、質量を軽くすることができるので、産業機器部品を軽量化することができる。また、芯材を、高靭性および高耐食性を有する6000系合金よりなる表層材で被覆しているので、産業機器部品の高靭性および高耐食性を保証することができる。
さらに、芯材と表層材との嵌め合い寸法を、−0.05〜0.40mmの範囲内とすることで、芯材と表層材とが嵌め合いやすくなり、かつ、嵌め合い後に、芯材と表層材の間に空気が入りにくくすることができるので、酸化皮膜の形成を防止することができる。
またさらに、表面算術平均粗さRaを1〜30μmの範囲内とすることで、表層材に芯材を挿入しやすくなり、また、鍛造工程を良好に行うことができる。
また、場合によっては、熱間鍛造後の複合材に機械加工を施すことにより最終製品形状に成形し、産業機器部品とすることで、熱簡鍛造のみによって最終製品形状に成形しづらい複雑な構造の産業機器部品の製造を本発明の製造方法によって行うことが可能となる。
本発明に係る産業機器部品の製造方法によれば、軽量であり、かつ、高強度、高靭性および高耐食性を有する産業機器部品を製造することができる。
ここで、産業機器部品とは、ロアーアーム、アッパーアーム等の各種アーム、ナックル、アッパーリンク、ロアーリンク等の各種リンクやバンパーやドアビーム等の自動車部品やターボ分子ポンプ等の真空ポンプを構成するロータ等の部品、また、列車の軸箱等や、航空機の脚部品等の輸送機器部品等をいう。本発明の産業機器部品の製造方法は、前記したような産業機器部品の製造に適用することができるが、アッパーリンク、ロアーリンク等の平面視でI字状のリンク(自動車部品)の製造に特に適用しやすい。
以下、第一実施形態に係る産業機器部品について図1を用いて詳細に説明する。なお、以下では、第一実施形態に係る産業機器部品の一例として平面視でI字状のリンク1A(自動車部品)を例にとって説明する。
リンク1Aは、図1(a)に示すように、直線状のアーム部2aと、アーム部2aの両端に設けられた円筒状のブッシュ挿入部3a、3aとを主に有して構成されている。ブッシュ挿入部3aの貫通孔3a1には、ブッシュ30が圧入されるようになっており、リンク1Aは、ブッシュ30を介して、車体(図示せず)に支持されている。
なお、ブッシュ30は、リンク1Aと車体(図示せず)との接続点に用いられるものであり、例えば、小径の金属製の円筒状部材と、この小径の金属製の円筒状部材の外側に配置されるゴム製の円筒状部材と、このゴム製の円筒状部材の外側に配置される大径の金属製の円筒状部材と、でなる。このブッシュ30は、プレス加工などによって、ブッシュ挿入部3aに圧入される。
第一実施形態では、芯材11は、一部が、表層材12に被覆されており、一部が、露出している。具体的には、リンク1Aの長さ方向における一方および他方の端部、つまり、ブッシュ挿入部3a、3aの外側の端部と、ブッシュ挿入部3aの貫通孔3a1の表面から芯材11が露出している。
ここで、芯材11は、例えば、JISH4140に規定の7050合金、同7075合金、同7N01合金などにより形成することができるが、なかでも、同7050合金を用いると、強度をより向上させることができるため、より好ましい。
一般的な自動車部品の市場回収品の腐食深さ調査では、10年10万km走行車で腐食量が約400μmという結果が得られている。近年では、自動車の性能がより向上しており、前記調査結果における使用期間・走行距離よりも、さらに長期間・長距離の使用に耐えうるようになっている。このため、自動車部品も、さらに長期間・長距離の使用に耐えうるように設計することが好ましい。そして、前記調査結果に照らせば、例えば、20年20万km走行車では、腐食量が約800μmとなると想定される。
以上から、芯材11を被覆する表層材12の厚さを1.0mm以上2.0mm以下とすると、経年により腐食が進んだとしても、芯材11を表層材12で確実に保護することができ、かつ、リンク1Aを軽量化することができる。
次に、本発明に係る産業機器部品の製造方法について、前記した第一実施形態に係るリンク1Aの製造方法を例にとって、図3〜図6および適宜図1を参照して説明する。
第一実施形態に係るリンク1Aの製造方法は、JISH4140に規定の7000系合金を用いた芯材の一部または全部をJISH4140に規定の6000系合金を用いた表層材で覆って複合材とし、この複合材に熱間鍛造を施して最終製品形状に成形して自動車部品とすることを基本概念とする。具体的には、第一実施形態に係るリンク1Aは、次の二つの方法によって製造することができる。
溶解工程S1は、化学成分の含有量を所定範囲に限定したアルミニウム合金を溶解して溶湯とする工程である。
この溶解工程S1では、JISH4140に規定の6000系合金を溶解して溶湯とする。また、JISH4140に規定の7000系合金を溶解して溶湯とする。
鋳造工程S2は、アルミニウム合金溶湯を鋳造して鋳塊とする工程である。ここでは、7000系合金の溶湯を鋳造して所定の形状の鋳塊とする。また、6000系合金の溶湯を鋳造して、7000系合金でなる鋳塊を被覆する形状の鋳塊とする。なお、鋳造方法は、連続鋳造法、半連続鋳造法(DC鋳造法)、ホットトップ鋳造法などの通常の溶解鋳造法を適宜選択する。
例えば、鋳造工程S2は、7000系合金の溶湯を鋳造して、円柱棒状の鋳塊(以下、「第一鋳塊」ともいう)とする。また、鋳造工程S2は、6000系合金の溶湯を鋳造して、長さ寸法が、第一鋳塊よりも大きい円筒棒状であって、第一鋳塊の表面のうち、周面を被覆する形状の鋳塊(以下、「第二鋳塊」ともいう)とする。なお、第一鋳塊および第二鋳塊の形状は、これに限られるものではなく、適宜変更可能である。例えば第一鋳塊を、矩形状の柱体とし、第二鋳塊を、第一鋳塊を被覆する形状の筒体としてもよい。
また例えば、鋳造工程S2は、7000系合金の溶湯を鋳造して、円柱状の第一鋳塊とし、6000系合金の溶湯を鋳造して、円柱状の第二鋳塊としてもよい。この場合、加工工程S3によって、第二鋳塊を円筒棒状に加工する。
加工工程S3は、第一鋳塊および第二鋳塊を、所定の寸法(径寸法および長さ寸法)で所定の表面算術平均粗さRaとなるようにそれぞれ機械加工し、図3においてAで示すような第一加工部材11aおよび図3に示す第二加工部材12aとする工程である。
この加工工程S3では、第二鋳塊を所定の長さに切断し、さらに、外表面および内表面を切削することによって外径および内径を所定の寸法および所定の表面算術平均粗さRaとなるように調整し、第二加工部材12aとする。また、第一鋳塊を、第二鋳塊の長さ寸法と略同等となるように切断し、さらに、外表面を切削することによって外径を所定の寸法および所定の表面算術平均粗さRaとなるように調整し、第一加工部材11aとする。
均質化熱処理工程S4は、加工工程S3によって得られた第一加工部材11aと第二加工部材12aに対し、特定の条件で均質化熱処理を施す工程である。
均質化熱処理工程S4は、例えば、第一加工部材11aをJISH4140に規定の7075合金、あるいは、7050合金で作製した場合、保持温度を、固相線温度の−100℃〜固相線温度まで昇温し、この保持温度で23〜25時間保持した後冷却して均質化熱処理をする。
また、例えば、第二加工部材12aを、JISH4140に規定の6061合金で作製した場合、保持温度450〜505℃まで昇温し、この保持温度で4時間保持した後冷却して均質化熱処理をする。または、保持温度506〜530℃まで昇温し、この保持温度で15〜17時間保持した後冷却して均質化熱処理する。なお、冷却する際は、後記する鍛造工程に備えて、例えば室温まで冷却する。
鍛造工程S5は、複合材21Aに、通常行われるメカニカルプレスによる鍛造や油圧プレスによる鍛造などにより、所定の熱間鍛造を行う工程である。
まず、鍛造工程S5を行う準備として、第一加工部材11aおよび第二加工部材12aを所定の配置関係となるように配置する。ここでは、第二加工部材12aにより、第一加工部材11aを被覆するように配置する。具体的には、まず、図3においてAで示すように、円筒状の第二加工部材12aの内部に第一加工部材11aを挿入する。これにより、第一加工部材11aの周面が、第二加工部材12aにより被覆される。以下では、このようにして得られた部材を複合材21Aという。なお、第一実施形態では、図3においてAで示すように、第一加工部材11aの長さ寸法と、第二加工部材12aの長さ寸法を略同等としているので、得られた複合材21Aは、図4(a)に示すように、第一加工部材11aの端面と、第二加工部材12aの端面とが略面一となっている。
ここで、鍛錬比とは、鍛造前の複合材21Aの垂直断面積sと鍛造後の複合材21Aの垂直断面積s´との比の値s/s´を示すものである。つまり、ここでは、鍛造前の複合材21Aの垂直断面積sが、鍛造後の複合材21Aの垂直断面積s´の3倍以上となるように、複合材21Aを鍛造加工する。
鍛造工程S5において、加熱温度が350℃未満であると、固相拡散させにくくなる一方、460℃を超えると、7000系合金(7051合金)で形成した第一加工部材11aが熱で溶解してしまうおそれがあるためである。また、鍛錬比3以上で鍛造加工することで、6000系合金と7000系合金の固相拡散が良好に促進され、その結果、芯材11と表層材12との固相接合を良好に行うことができる。
鍛造工程S5では、図4(b)に示すように、複合材21Aを、図1(a)に示すような最終製品形状のリンク1Aに鍛造する。
調質工程S6は、鍛造工程S5によって得られたリンク1Aに対し、リンク1Aとして、より高強度、高靭性および高耐食性を得るために、T6またはT7の調質処理を施す工程である。T6は、溶体化処理および焼入後、最大強さを得る時効処理を行う調質処理である。また、T7は、溶体化処理および焼入後、最大強さを得る時効処理を超えて過剰時効処理(過時効処理)を行う調質処理である。
溶体化処理は、空気炉、誘導加熱炉または硝石炉などを適宜用い、通常行われる焼入温度および保持時間で行うことができる。なお、溶体化処理後の焼入温度は、水中、温湯への冷却処理により行うことが好ましい。時効処理は、空気炉、誘導加熱炉またはオイルバスなどを適宜用い、通常行われる方法により実施される。
なお、鍛造品に対し、調質処理の前後に、リンク1Aとして望ましい機械加工や表面処理が適宜施されてもよい。
つまり、リンク1Aは、非常に高強度を有する7000系合金により形成した芯材11を有するため、6000系合金のみによって製造された従来のリンク同等の強度を得た場合であっても、質量を小さくすることができ、その結果、軽量化することができる。また、リンク1Aは、芯材11が、高靭性および高耐食性を有する6000系合金により形成した表層材12により被覆されており、リンク1Aの表面が、主に表層材12により形成されることとなるため、高靭性および高耐食性を保証することができる。
以下、第二実施形態に係る産業機器部品について図2を用いて詳細に説明する。なお、以下では、第二実施形態に係る産業機器部品の一例として平面視でI字状のリンク1B(自動車部品)を例にとって説明する。なお、第二実施形態に係るリンク1Bは、第一実施形態に係るリンク1Aと構造が異なるのみである。つまり、第一実施形態に係るリンク1Aと第二実施形態に係るリンク1Bとは、前者が、表面から芯材11が一部露出しているのに対し、後者は、表面の全部が表層材12で覆われている点で相違するのみである。このため、その他の共通する構成については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
まず、リンク(自動車部品)1Bの構造について説明する。
リンク1Bは、図2(a)に示すように、直線状のアーム部2bと、アーム部2bの両端に設けられた円筒状のブッシュ挿入部3b、3bとを主に有して構成されている。ブッシュ挿入部3bの貫通孔3b1には、ブッシュ30が圧入されるようになっており、リンク1Bは、ブッシュ30を介して、車体(図示せず)に支持されている。
また、ここでは、アーム部2bにおいて、芯材11を被覆する表層材12は、厚さが、1.0mm以上2.0mm以下となっている。アーム部2bにおいて、芯材11を被覆する表層材12の厚さを、1.0mm以上2.0mm以下とすることにより、経年により腐食が進んだとしても、芯材11を表層材12で確実に保護することができ、かつ、リンク1Bを軽量化することができる。
次に、本発明の産業機器部品の製造方法について、前記した第二実施形態に係るリンク1Aの製造方法を例にとって、図3、図5、図6および適宜図2を参照して説明する。
第二実施形態に係るリンク1Bの製造方法は、図6に示すように、溶解工程S1と、鋳造工程S21と、加工工程S31と、均質化熱処理工程S41と、鍛造工程S5とを行うものである。
第二実施形態に係るリンク1Bの製造方法は、第一実施形態に係るリンク1Aの製造方法に対し、鋳造工程と、加工工程と、均質化熱処理工程の内容が異なるため、その他の、第一実施形態に係るリンク1Aの製造方法と共通する工程については、同一の符号を用い適宜説明を省略する。以下、各工程について詳細に説明する。なお、溶解工程S1と、鋳造工程S21と、加工工程S31と、均質化熱処理工程S41では、芯材11と表層材12のいずれの処理を先に行っても良いし、同時に行っても良い。また、加工工程S31と均質化熱処理工程S41は、いずれを先に行っても良い。
鋳造工程S21は、アルミニウム合金溶湯を鋳造して鋳塊とする工程である。鋳造方法は、第一実施形態に係るリンク1Aの製造方法と同様である。
具体的には、鋳造工程S21は、7000系合金の溶湯を鋳造して、所定の形状の鋳塊とする。また、6000系合金の溶湯を鋳造して、所定の形状の鋳塊とする。
例えば、鋳造工程S21は、7000系合金の溶湯を鋳造して、円柱棒状の鋳塊(以下、「第一鋳塊」ともいう)とする。また、鋳造工程S2は、6000系合金の溶湯を鋳造して、内径が、第一鋳塊の径よりも若干大きく、長さ寸法が、第一鋳塊よりも大きい円筒棒状であって、第一鋳塊の表面のうち、周面を被覆する形状の鋳塊(以下、「第二鋳塊」ともいう)とする。鋳造工程S21は、さらに、6000系合金の溶湯を鋳造して第一鋳塊と略同等の径を有し、第一鋳塊の表面のうち、端面を被覆する形状の円柱状の第二鋳塊とする。なお、第一鋳塊および第二鋳塊の形状は、第一実施形態に係るリンク1Aの製造方法と同様に適宜変更可能である。
また例えば、鋳造工程S2は、7000系合金の溶湯を鋳造して、円柱状の第一鋳塊とし、6000系合金の溶湯を鋳造して、円柱状の第二鋳塊としてもよい。この場合、加工工程S3によって、第二鋳塊を円筒棒状に加工する。
加工工程S31は、第一鋳塊、第一鋳塊の周面を被覆する形状の第二鋳塊および第一鋳塊の端面を被覆する形状の第二鋳塊を、所定の径寸法および長さ寸法となるように機械加工し、図3においてBで示すような第一加工部材11bおよび第二加工部材12aおよび第二加工部材12b、12bとする工程である。
この加工工程S31では、第一鋳塊の周面を被覆する形状の第二鋳塊を所定の長さ寸法に加工し、さらに、外表面および内表面を切削することによって外径および内径を所定の寸法に調整して、第二加工部材12aとする。
また、第一鋳塊を、第二加工部材12aの長さ寸法よりも短い長さ寸法に加工し、さらに、外表面を切削することによって外径を所定の寸法に調整して、第一加工部材11bとする。
均質化熱処理工程S41は、機械加工された第一加工部材11bと第二加工部材12aおよび第二加工部材12b、12bに対し、特定の条件で均質化熱処理を施す工程である。
均質化熱処理工程S41は、例えば、第一加工部材11aをJISH4140に規定の7075合金、あるいは、7050合金で作製した場合、保持温度を、固相線温度の−100℃〜固相線温度まで昇温し、この保持温度で23〜25時間保持した後冷却して均質化熱処理をする。
また、例えば、第二加工部材12a、第二加工部材12b、12bを、JISH4140に規定の6061合金で作製した場合、保持温度450〜505℃まで昇温し、この保持温度で4時間保持した後冷却して均質化熱処理をする。または、保持温度506〜530℃まで昇温し、この保持温度で15〜17時間保持した後冷却して均質化熱処理する。なお、冷却する際は、後記する鍛造工程に備えて、例えば室温まで冷却する。
まず、鍛造工程S5を行う準備として、第一加工部材11aおよび第二加工部材12aを所定の位置に配置する。
ここでは、第二加工部材12aおよび第二加工部材12b、12bにより、第一加工部材11bを被覆するように配置する。具体的には、まず、図3においてBで示すように、第二加工部材12aの円筒状の内部に第一加工部材11bを挿入し、第一加工部材11bの長さ方向の略中央部の位置が、第二加工部材12aの長さ方向の中央部の位置と合うように第一加工部材11bを配置する。次に、この第一加工部材11bを一方の端部側と他方の端部側から挟むように、第二加工部材12aの一端側と他端側から第二加工部材12b、12bを第二加工部材12aの内部に配置する。これにより、第一加工部材11bの周面が、第二加工部材12aにより被覆され、第一加工部材11bの長さ方向における一方の端部と他方の端部が、第二加工部材12b、12bにより被覆される。以下では、このようにして得られた部材を複合材21Bという。なお、第一実施形態では、第二加工部材12aの長さと、第一加工部材11bおよび第二加工部材12b、12bとを合わせた長さが略同等となるようにそれぞれの部材を形成したため、得られた複合材21Bは、図5(a)に示すように、第二加工部材12aの端面と、第二加工部材12b、12bの端面とが略面一となっている。
以上の工程を実施することにより、第二実施形態に係るリンク1Bが得られる。
本発明の産業機器部品の製造方法により、例えば、ロアーアーム、アッパーアーム等の各種アーム、ナックル、アッパーリンク、ロアーリンクやバンパーやドアビーム等の自動車部品、真空ポンプ部品、電車の軸箱や航空機の脚部品を製造することができる。本発明の産業機器部品の製造方法は、特に、アッパーリンクやロアーリンク等の平面視でI字状のリンク(自動車部品)の製造に好適である。
次に、本発明の第三実施形態に係る産業機器部品について、図7を参照して詳しく説明する。第三実施形態に係る産業機器部品は、自動車のドアビーム(自動車部品)である。
<ドアビームの構造>
ドアビーム1Cは、図7(a)に示すように、車体の側面衝突から乗員を守るためにドア内部に装着される、耐衝撃吸収性能を有する補強部材である。ドアビーム1Cは、図7(b)に示すように、JISH4140に規定の7000系合金でなる芯材11と、この芯材11を被覆する、JISH4140に規定の6000系合金でなる表層材12と、により形成されている。例えば、芯材11を7050合金とし、表層材12を6061合金とすることができる。なお、芯材11を被覆する表層材12は、厚さが、1.0mm以上2.0mm以下となっている。芯材11を被覆する表層材12の厚さを、1.0mm以上2.0mm以下とすることにより、経年により腐食が進んだとしても、芯材11を表層材12で確実に保護することができ、かつ、ドアビーム1Cを軽量化することができる。なお、芯材11と表層材12の厚みは、これに限られるものではなく、最終製品であるドアビーム1Cに求められる強度等に応じて適宜設定することができる。
次に、本発明の第四実施形態に係る産業機器部品について、図8および図9を参照して詳しく説明する。第四実施形態に係る産業機器部品は、自動車のバンパー(自動車部品)である。
バンパー1Dは、例えば、図8(a)に示すように、車両110の前端に備えられ、衝突時に車体、乗員、積み荷を保護すると共に、衝突した相手に与える損傷を小さくするための略棒状の緩衝部材である。バンパー1Dは、例えば、図8(b)に示すように、略棒状に形成され、その両端部が車体の前端の形状に沿って屈曲している。このバンパー1Dは、図8(b)に示すように、JISH4140に規定の7000系合金でなる芯材11と、この芯材11を被覆する、JISH4140に規定の6000系合金でなる表層材12と、により形成されている。芯材11と表層材12の厚みは、前記した第三実施形態において説明した具体例と同様としてもよいし、最終製品であるバンパー1Dに求められる強度等に応じて適宜設定することができる。
例えば、リンク1Aの製造方法において説明した鋳造工程S2により、第一鋳塊と、第二鋳塊とを製造し、同加工工程S3により、第一鋳塊を側面視ロ字状の筒体である第一加工部材11cとし、第二鋳塊を側面視ロ字状の筒体である第二加工部材12cとする。このとき、第一加工部材11cの外壁部分の横幅をa1、縦幅をa2とし、第二加工部材12cの内壁部分の横幅をb1、縦幅をb2としたときに嵌め合い寸法a1−b1、a2−b2が、それぞれ−0.05mm〜0.40mmとなるように、第一加工部材11cの外表面と、第二加工部材12cの内表面を切削して、第一加工部材11cの寸法と、第二加工部材12cの寸法とを調整する。そして、第二加工部材12cの矩形状の空間の内部に第一加工部材11cを挿入して複合材21Cとする。この複合材21Cを、図9(a)左図に示すように、上下に2つ重ねた状態で、いわゆる押出加工を施して複合材21C,21C同士を接合する。例えば、複合材21C,21Cの第一加工部材11c、11cのそれぞれの空洞の内部にこの空洞の寸法と略同寸法の角柱状の中子(図示せず)をそれぞれ挿入し、この状態で上下に重なった状態の複合材21C,21Cの上下方向から圧力をかけて複合材21C,21Cを押し出すことによって、複合材21C,21C同士を接合し、図9(a)右図に示すような内部構造を有するバンパー1Dの最終製品形状が得られる。なお、前記した押出加工方法は、あくまでも一例であり、適宜設定することができる。
そして、複合材21Eにいわゆる押出加工を施して、図9(c)右図に示すような内部構造を有するバンパー1Dの最終製品形状を得る。なお、押出加工方法は、適宜設定することができる。
なお、例えば、図9(a)〜(c)に示した例で、前記した複合材21Bのように、第一加工部材の表面の全てを第二加工部材で覆った複合材を用いてバンパー1Dを製造すると、芯材11の表面の全部が、表層材12で被覆されるので、さらに耐応力腐食割れ性等の高い耐食性(耐久性)を有するバンパー1Dを製造することができる。
次に、本発明の第五実施形態に係る産業機器部品について、図10および図11を参照して詳しく説明する。第五実施形態に係る産業機器部品は、電車の軸箱(輸送機器部品)である。
軸箱1Eは、電車の車軸(図示せず)を支持するものであり、図10に示すように、円筒部50と、この円筒部50の周囲に突出して設けられ、ボルト(図示せず)を介して車両本体(図示せず)に取り付けられる取り付け部51、51とを主に有して構成される。この取り付け部51、51は、表面に、ボルト(図示せず)を挿通するための複数の貫通孔51aを有している。
例えば、図11(a)に示すように、第二加工部材12aの円筒状の内部に第一加工部材11bを挿入し、この第一加工部材11bを一方の端部側と他方の端部側から挟むように、第二加工部材12aの一端側と他端側から第二加工部材12b、12bを第二加工部材12aの内部に配置して形成した複合材21Bを鍛造し、軸箱1Eの外形をかたどった素形材を形成する。そして、この素形材に対し、さらに切削等の機械加工を施し、円筒部50を形成すると共に、取り付け部51、51の表面に複数の貫通孔51a(図10参照)を形成し、図11(b)に示すような軸箱1Eの最終製品形状を得る。
なお、リンク1Bの製造方法を用いると、図11(b)に示すように、芯材11の表面の全部が、表層材12で被覆されるので、耐応力腐食割れ性等の高い耐食性(耐久性)を有する軸箱1Eを製造することができる。このようにして得られた軸箱1Eは、軽量であり、かつ、高強度、高靭性、高耐食性を有する。
次に、本発明の第六実施形態に係る産業機器部品について、図12および図13を参照して詳しく説明する。第六実施形態に係る産業機器部品は、真空ポンプに用いられる部品である。ここでは、真空ポンプに用いられる部品として、ターボ分子ポンプのロータを例にとって説明する。
ロータ1Fは、図13(b)に示すように、JISH4140に規定の7000系合金でなる芯材11と、この芯材11を被覆する、JISH4140に規定の6000系合金(以下、単に「7000系合金」ともいう。)でなる表層材12と、により形成されている。より詳しくは、ロータ1Fは、円柱体62が芯材11で形成され、この円柱体62の周囲に取り付けられる動翼63が、表層材12により形成されている。例えば、芯材11を7050合金とし、表層材12を、6061合金とすることができる。芯材11と表層材12の厚みは、前記した第三実施形態において説明した具体例と同様としてもよいし、最終製品であるロータ1Fに求められる強度等に応じて適宜設定することができる。
ここで、第一加工部材11fは、第二加工部材12fよりも高さが低く、第二加工部材12fの円筒状の内部の径と略同等か若干小さい径を有するものとする。また、第二加工部材12gは、高さが、第一加工部材11fの上端面から第二加工部材12fの上端面までの高さと略同等であり、径が、第二加工部材12fの円筒状の内部の径と略同等か若干小さい径を有するものとする。
なお、図13(b)に示すように、本実施形態では、ロータ1Fの円柱体62の上端側の表面を7000系合金で形成しているが、これに限られず、円柱体62の上端側の表面を、6000系合金で被覆してもよい。これによれば、より高い耐食性(耐久性)を保証することができる。
まず、7050合金および6061合金を溶解・脱ガス処理し、通常行われる連続鋳造法により円柱状の鋳塊に鋳造した。
その後、機械加工により、7050合金鋳造材を外径115mmに面削し、長さ320mmに切断した。また、6061合金鋳造材を外径143mm、内径115mmに面削加工して長さ320mmに切断した。
さらに、加工後の6061合金鋳造材を保持温度500℃まで昇温し、4時間保持した後、冷却して均質化熱処理をして第二加工部材とした。また、加工後の7050合金鋳造材を、保持温度450℃まで昇温し、24時間保持した後、さらに保持温度475℃まで昇温し、16時間保持した後冷却して均質化熱処理をして第一加工部材とした。
そして、第二加工部材の内部に第一加工部材を配置して、第二加工部材で第一加工部材の外周面を被覆するように配置して複合材とし、この複合材に対し、メカニカルプレスを用いて6300tのプレスで熱間鍛造を行い鍛造品とした。そして、この鍛造品に、T7調質処理を施し、実施例1の平面視でI字状のリンク(図1参照)を作製した。
まず、6061合金を溶解、脱ガス処理し、通常行われる連続鋳造法により円柱状の鋳塊とした。
また、機械加工により、6061合金鋳造材を外径143mmに面削して長さ320mmに切断し、保持温度500℃まで昇温し、4時間保持した後、冷却して均質化熱処理をし、さらに、メカニカルプレスを用いた熱間鍛造を行った。
まず、7050合金を溶解、脱ガス処理し、通常行われる連続鋳造法により円柱状の鋳塊とした。
また、機械加工により、7050合金鋳造材を外径143mmに面削して長さ320mmに切断し、保持温度450℃まで昇温し、24時間保持した後、保持温度475℃まで昇温し、16時間保持した後冷却して均質化熱処理をし、さらに、メカニカルプレスを用いた熱間鍛造を行った。
T6調質処理の溶体化処理は、鍛造品を約477℃で3時間保持後、60℃の冷水中で焼入を行った。焼入後は、冷水中でそのまま10分間浸漬し、その後、直ちに高温時効処理を行った。高温時効処理条件は、121℃で23時間とした。
(T7調質処理条件)
T7調質処理の溶体化処理は、鍛造品を477℃で3時間保持後、60℃の冷水中で焼入を行った。焼入後は、冷水中でそのまま10分間浸漬し、その後、直ちに過剰時効処理を行った。過剰時効処理条件は、121℃で6時間後、177℃で7時間の2段時効により実施した。
実施例1および比較例1、2のリンクのブッシュ挿入部に、それぞれブッシュを圧入した状態で引張強度試験を行った。まず、ブッシュ挿入部に径方向外側の外力を入力したときの、ブッシュ変位量と入力荷重を測定した。そして、測定結果を元に、図14に示す荷重−変位曲線を作成し、降伏強度と引張強度(最大強度)を算出した。引張強度(最大強度)を算出した結果を表1に示す。
実施例1および比較例1、2のリンクの質量を測定した。そして、比較例1(現行材(6061合金材))の質量を100%としたときの、実施例1および比較例2の質量を算出した。その結果を表1に示す。
実施例1および比較例1、2のリンクのブッシュ挿入部に、それぞれブッシュを挿入し、これらのリンクを複合腐食試験機に投入して耐食性試験を行った。試験方法は、JASOM609−91の定めるところにより実施した。リンク表面からの腐食深さをミクロ観察により測定した。ここで、図15に示すのは、一般的な低耐食性および高耐食性それぞれの、腐食深さ、腐食量と腐食サイクルとの関係をグラフにまとめたものである。
1C ドアビーム(自動車部品)
1D バンパー(自動車部品)
1E 軸箱(輸送機器部品)
1F ロータ(真空ポンプ部品)
2a、2b アーム部
3a、3b ブッシュ挿入部
3a1、3b1 貫通孔
11 芯材
12 表層材
11a〜11f 第一加工部材
12a〜12g 第二加工部材
21A〜21F 複合材
30 ブッシュ
S1 溶解工程
S2、S21 鋳造工程
S3、S31 加工工程
S4、S41 均質化熱処理工程
S5 鍛造工程
S6 調質工程
Claims (5)
- JISH4140に規定の7000系合金で形成した芯材と、
前記芯材の一部または全部を覆う、JISH4140に規定の6000系合金で形成した表層材と、でなることを特徴とする産業機器部品。 - 前記JISH4140に規定の6000系合金が、6061合金であり、前記JISH4140に規定の7000系合金が、7050合金であることを特徴とする請求項1に記載の産業機器部品。
- JISH4140に規定の7000系合金を用いた芯材の一部または全部をJISH4140に規定の6000系合金を用いた表層材で覆って複合材とし、この複合材に熱間鍛造を施して最終製品形状に成形し、あるいは、熱間鍛造後の複合材をさらに機械加工することにより最終製品形状に成形し、産業機器部品とすることを特徴とする産業機器部品の製造方法。
- JISH4140に規定の7000系合金を用いて円柱状の芯材を形成し、JISH4140に規定の6000系合金を用いて前記芯材をその内部空間に嵌合する円筒状の表層材を形成した後に、請求項1に記載の産業機器部品を製造する産業機器部品の製造方法であって、
前記芯材と前記表層材との嵌め合い寸法が、−0.05〜0.40mmの範囲内であり、かつ、前記芯材の前記周面の表面算術平均粗さRaおよび前記表層材の内周面の表面算術平均粗さRaが、それぞれ1〜30μmの範囲内となるように、前記芯材と前記表層材とを加工する加工工程と、
前記芯材および前記表層材に均質化熱処理を施す均質化熱処理工程と、
前記表層材に前記芯材を嵌合して複合材とし、この複合材に熱間鍛造を施し、最終製品形状に成形し、あるいは、熱間鍛造後の複合材をさらに機械加工することにより最終製品形状に成形し、前記産業機器部品とする鍛造工程とを行うことを特徴とする産業機器部品の製造方法。 - 最終製品形状に成形して前記産業機器部品とした後に、当該産業機器部品の表面の全部が、前記JISH4140に規定の6000系合金によって形成されている場合は、当該鍛造品にT6の調質処理を施し、当該産業機器部品の表面の一部が、前記JISH4140に規定の7000系合金によって形成されている場合は、当該鍛造品にT7の調質処理を施す調質工程を行うことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の産業機器部品の製造方法。
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