JP2024088721A - Manufacturing method of aluminum alloy forging - Google Patents

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匠 丸山
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Abstract

Figure 2024088721000001

【課題】自動車用足回り部材において優れた機械的特性を有するアルミニウム合金鍛造材の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のアルミニウム合金鍛造材の製造方法は熱処理工程として焼入れ処理工程を含み、前記焼入れ処理工程は前記鍛造材が焼入れ水に接触してから全ての表面が焼入れ水に接触するまでの時間が0.014sec~2.20secであることを特徴とする。
【選択図】図3

Figure 2024088721000001

The present invention provides a method for producing an aluminum alloy forging material having excellent mechanical properties for use in automobile chassis members.
[Solution] The manufacturing method of the aluminum alloy forging of the present invention includes a quenching process as a heat treatment process, and the quenching process is characterized in that the time from when the forging comes into contact with quenching water to when the entire surface comes into contact with the quenching water is 0.014 sec to 2.20 sec.
[Selected figure] Figure 3

Description

本発明は、例えば、4輪自動車に代表される輸送機の車体を支持する足回り部材として好適なアルミニウム6000系合金鍛造材に関する。 The present invention relates to an aluminum 6000 series alloy forging material suitable for use as a chassis member supporting the body of a transport vehicle, such as a four-wheeled automobile.

近年、自動車業界における燃費向上の要求から、自動車に使用される各種部材、例えば車体を支持する足回り部材、特にサスペンションアーム、アッパーアーム、ロアーアーム、タイロッドエンドなどに用いる自動車用足回り部材として、高強度かつ高靭性かつ耐食性に優れたアルミニウム6000系合金(Al-Mg-Si系)が使用されており、その中で、より一層の自動車の軽量化が要求されている。 In recent years, in response to demands for improved fuel efficiency in the automotive industry, aluminum 6000 series alloys (Al-Mg-Si series), which have high strength, toughness and excellent corrosion resistance, are being used for various components used in automobiles, such as suspension components that support the vehicle body, particularly suspension arms, upper arms, lower arms, tie rod ends, etc., and there is a demand for even lighter automobiles.

この要求を満足させるためにJIS規格6000系合金から強度をより向上させる必要が出てきた。つまりは高強度化することで、部材の薄肉化をする必要がある。加えて足回り部材として強度以外に、応力腐食割れ等の耐食性においても更なる品質向上が求められている。 To meet these demands, it has become necessary to further improve the strength of JIS 6000 series alloys. In other words, by increasing the strength, it is necessary to make the components thinner. In addition, as suspension components, in addition to strength, further quality improvements are also required in terms of corrosion resistance, such as stress corrosion cracking.

このような要求に応えるため、自動車足回り部材用の高強度アルミニウム6000系合金として、その組成および製造プロセスを制御することで所要の金属組織を得て課題解決を図る提案がされてきた。(下記特許文献1参照) To meet these demands, a proposal has been made to solve the problem by controlling the composition and manufacturing process of a high-strength aluminum 6000 series alloy for use in automobile suspension components, thereby obtaining the required metal structure (see Patent Document 1 below).

特開2017-179413号公報JP 2017-179413 A

しかしながら、その製造プロセスにおいて、焼き入れ時に、アルミニウム合金鍛造材が水に接触してから全体が水に接触するまでの時間に関しては議論されてきていない。従来は当該時間が適切でないと、焼き入れ時に空気を巻き込む、もしくは焼入れ速度にムラが生じて要望の焼入れ速度が得られないため、自動車用足回り部材として必要特性である機械的特性、すなわち硬度が十分に得られないという問題があった。 However, in the manufacturing process, there has been no discussion about the time from when the aluminum alloy forging comes into contact with water until the entire material comes into contact with water during quenching. Conventionally, if this time is not appropriate, air will be entrained during quenching, or the quenching speed will be uneven, making it impossible to obtain the desired quenching speed, resulting in problems with not being able to obtain sufficient mechanical properties, i.e. hardness, which are necessary characteristics for automotive suspension components.

本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、焼き入れ時に、水に接触してから全体が水に接触するまでの時間を制御することで、十分な焼入れ速度を与えることができ、優れた機械的特性を有するアルミニウム合金鍛造材の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of this technical background, and aims to provide a method for producing an aluminum alloy forging material with excellent mechanical properties that can impart a sufficient quenching rate by controlling the time from when the material comes into contact with water until the entire material comes into contact with water during quenching.

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。 To achieve the above objective, the present invention provides the following means:

[1]熱処理工程として焼入れ処理工程を含むアルミニウム合金鍛造材の製造方法であって、
前記焼入れ処理工程は、前記鍛造材が焼入れ水に接触してから全ての表面が焼入れ水に接触するまでの時間が0.014sec~2.20secであることを特徴とするアルミニウム合金鍛造材の製造方法。
[1] A method for producing an aluminum alloy forging material, comprising a quenching process as a heat treatment process,
The method for producing an aluminum alloy forging, wherein the quenching step is characterized in that the time from when the forging comes into contact with quenching water until the entire surface comes into contact with the quenching water is 0.014 sec to 2.20 sec.

[2]アルミニウム合金がAl-Mg-Si系合金である前項1に記載のアルミニウム合金鍛造材の製造方法。 [2] A method for producing an aluminum alloy forging as described in the preceding paragraph 1, in which the aluminum alloy is an Al-Mg-Si alloy.

[3]溶体化処理工程が熱間鍛造工程での昇温を併用したものである前項1または2に記載のアルミニウム合金鍛造材の製造方法。 [3] A method for producing an aluminum alloy forged material according to the preceding paragraphs 1 or 2, in which the solution treatment process is combined with a temperature rise in a hot forging process.

[4]前記焼入れ処理工程における水の温度が40℃~90℃である前項1~3のいずれか1項に記載のアルミニウム合金鍛造材の製造方法。 [4] The method for producing an aluminum alloy forging according to any one of the preceding paragraphs 1 to 3, wherein the temperature of the water in the quenching process is 40°C to 90°C.

[1]の発明によれば、焼入れ処理工程はアルミニウム合金鍛造材が焼入れ水に接触してから全ての表面が焼入れ水に接触するまでの時間が0.014sec~2.20secであることで、焼き入れ時に空気の巻き込みを抑制することができ、アルミニウム合金鍛造材に均一かつ十分な焼入れ速度を与えることができるため、優れた寸法精度および機械的特性を与えることができる。このため、自動車用足回り部材等として好適な高強度アルミニウム合金鍛造材を提供することができる。 According to the invention of [1], the time from when the aluminum alloy forging comes into contact with the quenching water until the entire surface comes into contact with the quenching water is 0.014 sec to 2.20 sec in the quenching process, which makes it possible to suppress the entrainment of air during quenching and to impart a uniform and sufficient quenching rate to the aluminum alloy forging, thereby imparting excellent dimensional accuracy and mechanical properties. As a result, it is possible to provide a high-strength aluminum alloy forging suitable for use as automobile suspension components, etc.

[2]の発明によれば、アルミニウム合金としてAl-Mg-Si系合金を用いることで、自動車用足回り部材等として好適な高強度Al-Mg-Si系合金鍛造材を提供することができる。 According to the invention of [2], by using an Al-Mg-Si alloy as the aluminum alloy, it is possible to provide a high-strength Al-Mg-Si alloy forging material suitable for use as automobile suspension components, etc.

[3]の発明によれば、溶体化処理工程が熱間鍛造工程での昇温を併用するため、自動車用足回り部材等として好適な高強度アルミニウム合金鍛造材を安価で提供することができる。 According to the invention [3], since the solution treatment process is combined with the heating process in the hot forging process, it is possible to provide high-strength aluminum alloy forgings suitable for use as automobile suspension parts, etc., at low cost.

[4]の発明によれば、焼入れ処理工程における水の温度を40℃~90℃とすることで、より高品質かつ高強度な自動車用足回り部材等として好適なアルミニウム合金鍛造材を提供することができる。 According to the invention [4], by setting the water temperature in the quenching process to 40°C to 90°C, it is possible to provide aluminum alloy forgings that are suitable for use as automobile suspension components and have higher quality and strength.

図1は焼入れ処理工程において、アルミニウム合金鍛造材が焼入れ水に最初に接触した瞬間の状態を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the state of an aluminum alloy forging at the moment when it first comes into contact with quenching water during a quenching process. 図2は焼入れ処理工程において、アルミニウム合金鍛造材の全ての表面が焼入れ水に接触した瞬間の状態を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the state of an aluminum alloy forging at the moment when the entire surface of the aluminum alloy forging comes into contact with quenching water during the quenching treatment process. 図3はアルミニウム合金鍛造材のビッカース硬度を測定する箇所を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the locations where the Vickers hardness of an aluminum alloy forging is measured.

本発明のアルミニウム合金鍛造材の製造方法について説明する。 The manufacturing method for the aluminum alloy forging of the present invention will be explained.

なお、以下に示す実施形態は例示に過ぎず、本発明はこれらの例示した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。 Note that the embodiments shown below are merely examples, and the present invention is not limited to these exemplified embodiments, and may be modified as appropriate within the scope of the technical concept of the present invention.

本実施形態は溶湯形成工程、鋳造工程、均質化熱処理工程、熱間鍛造工程、溶体化処理工程、焼入れ処理工程および人工時効硬化処理工程をこの順に行うことで、アルミニウム合金鍛造品を製造するものである。以下、これらの各工程について説明する。 In this embodiment, an aluminum alloy forged product is manufactured by carrying out the following steps in this order: molten metal formation, casting, homogenization heat treatment, hot forging, solution treatment, quenching, and artificial aging hardening. Each of these steps is described below.

(溶湯形成工程)
溶湯形成工程は、原料を溶解して組成を調製したアルミニウム合金溶湯を得る工程である。
(Molten metal forming process)
The molten metal forming step is a step in which raw materials are melted to obtain a molten aluminum alloy having a composition adjusted.

本実施形態では、Si:0.80質量%~1.40質量%、Fe:0.15質量%~0.50質量%、Cu:0.20質量%~0.60質量%、Mn:0.30質量%~0.60質量%、Mg:0.50質量%~1.20質量%、Cr:0.05質量%~0.25質量%、残部がAl及び不可避不純物からなる組成に溶解調製したAl-Mg-Si系合金溶湯を得る。 In this embodiment, an Al-Mg-Si alloy molten metal is obtained by dissolving and preparing a composition consisting of 0.80% to 1.40% by mass of Si, 0.15% to 0.50% by mass of Fe, 0.20% to 0.60% by mass of Cu, 0.30% to 0.60% by mass of Mn, 0.50% to 1.20% by mass of Mg, 0.05% to 0.25% by mass of Cr, and the remainder consisting of Al and unavoidable impurities.

(鋳造工程)
鋳造工程は、溶湯形成工程で得られたアルミニウム合金溶湯を鋳造加工することによって鋳造材(鍛造用ビレット)を得る工程である。
(Casting process)
The casting step is a step of obtaining a cast material (a forging billet) by casting the aluminum alloy molten metal obtained in the molten metal forming step.

鋳造加工する方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法が用いられ、例えば、連続鋳造圧延法あるいは半連続鋳造法(DC鋳造法)等が挙げられる。 The casting method is not particularly limited, and any conventionally known method may be used, such as the continuous casting and rolling method or the semi-continuous casting method (DC casting method).

また、鋳造材の直径は、特に限定されるものではないが、例えば、直径30mm~80mmに設定される。さらに、鋳造材を押出機で押出して鍛造用ビレットを得てもよく、この場合も、例えば、直径30mm~80mmに設定される。 The diameter of the cast material is not particularly limited, but is set to, for example, 30 mm to 80 mm. Furthermore, the cast material may be extruded by an extruder to obtain a forging billet, and in this case, the diameter is also set to, for example, 30 mm to 80 mm.

また、鋳造加工では鋳造材の冷却速度を10℃/分~50℃/分に設定することが好ましい。このようにすることで、室温における引張強さが十分に大きいアルミニウム合金製品を製造できるからである。特に鋳造材の冷却速度は15℃/分~30℃/分に設定することが好ましい。 In addition, during casting, it is preferable to set the cooling rate of the cast material to 10°C/min to 50°C/min. This is because it is possible to manufacture aluminum alloy products with sufficiently high tensile strength at room temperature. In particular, it is preferable to set the cooling rate of the cast material to 15°C/min to 30°C/min.

(均質化熱処理工程)
均質化熱処理工程は、鋳造工程で得られた鋳造材に対して均質化熱処理を行うことによって、凝固によって生じたミクロ偏析の均質化、過飽和固溶元素の析出および準安定相の平衡相への変化を行う工程である。
(Homogenization heat treatment process)
The homogenization heat treatment process is a process in which the cast material obtained in the casting process is subjected to homogenization heat treatment to homogenize microsegregations caused by solidification, precipitate supersaturated solid solution elements, and transform metastable phases into equilibrium phases.

この均質化熱処理を行うことにより、金属間化合物を小さくすることができ、金属間化合物を起点とする破壊が抑制され、引張強さをさらに向上させることができる。 By performing this homogenization heat treatment, the size of the intermetallic compounds can be reduced, which suppresses fracture originating from the intermetallic compounds and further improves the tensile strength.

また、均質化熱処理を行うことにより、金属間化合物中に含有される各元素が母材中へ均一に拡散され、固溶強化及び析出化による更なる引張強さの向上が可能となる。 In addition, by performing homogenization heat treatment, each element contained in the intermetallic compound is uniformly diffused into the base material, making it possible to further improve tensile strength through solid solution strengthening and precipitation.

また、均質化熱処理における処理温度は450℃~570℃の範囲に設定することが好ましい。450℃以上の温度で熱処理することで鋳造材の晶出物等の金属間化合物が固溶し十分に均質化を行うことができ、570℃以下の温度で熱処理することでバーニングを防止できるからである。 The treatment temperature for the homogenization heat treatment is preferably set in the range of 450°C to 570°C. By performing heat treatment at a temperature of 450°C or higher, intermetallic compounds such as crystallized deposits in the casting material can be dissolved to achieve sufficient homogenization, while by performing heat treatment at a temperature of 570°C or lower, burning can be prevented.

このような均質化熱処理工程を施した後、鋳造材を所定の長さに切断することで、鍛造用ビレットが得られる。 After this homogenization heat treatment process, the cast material is cut to a specified length to obtain a billet for forging.

(熱間鍛造工程)
熱間鍛造工程は、均質化熱処理工程後に得られた鍛造用ビレットを加熱し、プレス機で圧力をかけて金型成型する工程である。
(Hot forging process)
The hot forging process is a process in which the forging billet obtained after the homogenization heat treatment process is heated and pressed with a press to form it into a die.

熱間鍛造工程の温度条件は、アルミニウム合金の特性をより再現性良く発現させる点で関係性を有している。すなわち、後述する溶体化処理工程後のアルミニウム合金のミクロ組織を等軸結晶粒とすることが可能となる。特に、熱間鍛造工程は、金型温度を100℃~250℃に設定し、素材温度を400℃~550℃に設定して行うことが好ましい。このような条件で熱間鍛造を行うことによって、アルミニウム合金鍛造材の引張強さをより向上させることができるからである。 The temperature conditions of the hot forging process are relevant in that they allow the aluminum alloy properties to be expressed more reproducibly. In other words, it is possible to make the microstructure of the aluminum alloy after the solution treatment process described below into equiaxed crystal grains. In particular, it is preferable to perform the hot forging process with a die temperature set to 100°C to 250°C and a material temperature set to 400°C to 550°C. This is because by performing hot forging under such conditions, the tensile strength of the aluminum alloy forging can be further improved.

次に溶体化処理工程、焼入れ処理工程および人工時効硬化処理工程について説明する。 Next, we will explain the solution treatment process, the quenching process, and the artificial aging hardening process.

(溶体化処理工程)
溶体化処理工程は、熱間鍛造工程で得られたアルミニウム合金鍛造材を高温で保持した後に急冷し、過飽和固溶体を形成する熱処理である。
(Solution treatment process)
The solution treatment process is a heat treatment in which the aluminum alloy forged material obtained in the hot forging process is held at a high temperature and then rapidly cooled to form a supersaturated solid solution.

溶体化処理工程では、加熱温度を500℃~560℃、保持時間を0.5時間~6時間に設定して行うことが好ましく、このような条件とすることでコストと特性とのバランスをより良好にすることができるからである。 In the solution treatment process, it is preferable to set the heating temperature to 500°C to 560°C and the holding time to 0.5 hours to 6 hours, because such conditions provide a better balance between cost and properties.

また、溶体化処理工程は熱間鍛造工程での昇温を併用した工程としてもよい。すなわち、熱間鍛造工程が溶体化処理を兼ねた工程とすることで、熱間鍛造工程直後の高温に保持されたアルミニウム合金鍛造材に、そのまま後述する焼入れ処理工程を施すことで、急冷し過飽和固溶体を形成してもよい。 The solution treatment process may also be performed in conjunction with the heating process during the hot forging process. In other words, by making the hot forging process a process that also serves as the solution treatment process, the aluminum alloy forged material that has been kept at a high temperature immediately after the hot forging process may be subjected to the quenching process described below to rapidly cool it and form a supersaturated solid solution.

熱間鍛造工程における昇温を併用した工程では、熱間鍛造工程直後の温度を500℃~560℃、熱間鍛造工程直後から焼入れまでの時間を1秒~30秒に設定することが好ましい。このような条件とすることで、溶体化処理工程と同様に、この昇温を併用した工程においても、コストと特性とのバランスをより良好にすることができるからである。 In processes that also include a temperature rise in the hot forging process, it is preferable to set the temperature immediately after the hot forging process to 500°C to 560°C, and the time from immediately after the hot forging process to quenching to 1 second to 30 seconds. By setting such conditions, it is possible to achieve a better balance between cost and properties in this process that also includes a temperature rise, just like in the solution treatment process.

このように熱間鍛造工程における昇温を併用することで、従来の熱間鍛造工程後に一度徐冷し、連続加熱炉ないし単体炉で再度加熱し溶体化処理工程を施す場合と比較して、同一品質のアルミニウム合金が得られ、さらに再加熱に要するエネルギーを節約できるだけでなく、製造時間を大幅に改善することも可能となる。 By combining this with the heating process in the hot forging process, it is possible to obtain an aluminum alloy of the same quality as in the conventional method of slowly cooling the alloy after the hot forging process, reheating it in a continuous heating furnace or a single furnace, and then carrying out a solution treatment process. This not only saves the energy required for reheating, but also makes it possible to significantly improve manufacturing time.

さらに、自動車用足回り部材等として好適な高強度アルミニウム合金鍛造材を安価で提供することができる。 In addition, it is possible to provide high-strength aluminum alloy forgings suitable for use as automobile suspension components, etc., at low cost.

(焼入れ処理工程)
次に、本発明の特徴である焼入れ処理工程は溶体化処理工程によって得られた固溶状態を急速に冷却せしめて過飽和固溶体を形成する熱処理である。
(Quenching process)
Next, the quenching process, which is a feature of the present invention, is a heat treatment for rapidly cooling the solid solution state obtained in the solution treatment process to form a supersaturated solid solution.

本発明の焼入れ処理工程は溶体化処理工程後あるいは溶体化処理を兼ねた熱間鍛造工程後に、アルミニウム合金鍛造材が焼入れ水に最初に接触してから全ての表面が焼入れ水に接触するまでの時間(以下、「水没時間」と称する。)を0.014sec~2.20secとなるように焼入れを行うものである。 The quenching process of the present invention is carried out after the solution treatment process or after the hot forging process which also serves as the solution treatment, so that the time from when the aluminum alloy forged material first comes into contact with the quenching water until the entire surface comes into contact with the quenching water (hereinafter referred to as the "immersion time") is 0.014 sec to 2.20 sec.

水没時間が0.014sec未満であると、水没した際に、アルミニウム合金鍛造材の上面側(水面側)に空気(気泡)が巻き込まれ、この気泡がアルミニウム合金鍛造材表面に存在することで、断熱層の役割を果たし冷却速度が低下する。 If the submersion time is less than 0.014 seconds, air (air bubbles) will be trapped on the upper surface (water surface side) of the aluminum alloy forging when it is submerged, and the presence of these air bubbles on the surface of the aluminum alloy forging will act as an insulating layer, slowing down the cooling rate.

一方、水没時間が2.20secを超えると、アルミニウム合金鍛造材のうち、すでに水没した部分から未だ水没していない部分への熱伝導により、未だ水没していない部分が冷却されることになる。また、焼入れ水との接触で冷却される部分は冷却速度が大きいため引張り強さが大きくなるが、上記熱伝導により冷却された部分は冷却速度が小さいため引張り強さが小さくなってしまう。このように、アルミニウム合金鍛造材中に引張り強さが大きい部分と小さい部分とが併存することとなり、1つのアルミニウム合金鍛造材中で引張り強さに大きく差がある部分が生じることとなる。 On the other hand, if the submersion time exceeds 2.20 seconds, the parts of the aluminum alloy forging that are not yet submerged will be cooled due to heat conduction from the parts that are already submerged to the parts that are not yet submerged. Also, the parts that are cooled by contact with the quenching water will have a high cooling rate and therefore a high tensile strength, but the parts that are cooled by the above-mentioned heat conduction will have a low cooling rate and therefore a low tensile strength. In this way, parts with high tensile strength and parts with low tensile strength coexist in the aluminum alloy forging, resulting in parts with large differences in tensile strength within a single aluminum alloy forging.

本実施形態では、図1に示すように、アルミニウム合金鍛造材(L型アーム)1の一端が焼入れ水Wの水面Hに最初に接触してから、図2に示すように、アルミニウム合金鍛造材1の全ての表面が焼入れ水Wに接触するまでの時間が0.014sec~2.20secとなるように焼入れを行っている。 In this embodiment, quenching is performed so that the time from when one end of the aluminum alloy forging (L-shaped arm) 1 first comes into contact with the water surface H of the quenching water W, as shown in FIG. 1, until the entire surface of the aluminum alloy forging 1 comes into contact with the quenching water W, as shown in FIG. 2, is 0.014 sec to 2.20 sec.

また、本実施形態では、網籠の中にアルミニウム合金鍛造材を入れてクレーンで水中に沈める際に、クレーンの下降速度を調節することによりアルミニウム合金鍛造材の水没時間をコントロールしている。 In addition, in this embodiment, when the aluminum alloy forgings are placed in a wire cage and submerged in water by a crane, the submersion time of the aluminum alloy forgings is controlled by adjusting the lowering speed of the crane.

また、アルミニウム合金鍛造材の形状によっては、沈み易い向きまたは沈み難い向きがあるため、水没時間が0.014sec~2.20secとなるように適切な向きで焼入れ水に入水させることにより、アルミニウム合金鍛造材の水没時間をコントロールするようにしてもよい。 Also, depending on the shape of the aluminum alloy forging, there may be orientations that make it easier or harder to sink, so the submersion time of the aluminum alloy forging may be controlled by immersing it in the quenching water in an appropriate orientation so that the submersion time is between 0.014 sec and 2.20 sec.

また、本実施形態の焼入れ処理工程では、40℃~90℃の水で急冷(水焼入れ処理)することが好ましい。 In addition, in the quenching process of this embodiment, it is preferable to perform rapid cooling (water quenching) with water at 40°C to 90°C.

このように、40℃~90℃の水で急冷することで、より高品質かつ高強度な自動車用足回り部材等として好適なアルミニウム合金鍛造材を提供することができるためである。 In this way, by rapidly cooling with water at 40°C to 90°C, it is possible to provide aluminum alloy forgings that are of higher quality and strength and are suitable for use as automobile suspension components, etc.

このように、本発明の焼入れ処理工程は、アルミニウム合金鍛造材が焼入れ水に接触してから全ての表面が焼入れ水に接触するまでの時間が0.014sec~2.20secであることで、焼き入れ時に空気の巻き込みを抑制することができ、アルミニウム合金鍛造材に均一かつ十分な焼入れ速度を与えることができるため、優れた寸法精度および機械的特性を与えることができる。このため、自動車用足回り部材等として好適な高強度アルミニウム合金鍛造材を提供することができる。 In this way, the quenching process of the present invention has a time of 0.014 to 2.20 seconds from when the aluminum alloy forging comes into contact with the quenching water until the entire surface comes into contact with the quenching water, which makes it possible to suppress the entrainment of air during quenching and to impart a uniform and sufficient quenching rate to the aluminum alloy forging, thereby imparting excellent dimensional accuracy and mechanical properties. This makes it possible to provide a high-strength aluminum alloy forging suitable for use as automobile suspension components, etc.

(人工時効硬化処理工程)
人工時効硬化処理工程は、アルミニウム合金鍛造品を比較的低温で加熱保持し過飽和に固溶した元素を析出させて、適度な硬さを付与するための熱処理である。
(Artificial age hardening treatment process)
The artificial age hardening process is a heat treatment for imparting an appropriate hardness to an aluminum alloy forging by heating and holding the aluminum alloy forging at a relatively low temperature to precipitate elements that are in a supersaturated solid solution.

本実施形態では、加熱温度を160℃~250℃、保持時間を10分間~8時間に設定して行うことが好ましい。このような条件とすることで、コストと特性とのバランスがより良好になるからである。 In this embodiment, it is preferable to set the heating temperature to 160°C to 250°C and the holding time to 10 minutes to 8 hours. This is because such conditions provide a better balance between cost and properties.

本実施形態では、上記熱処理(溶体化処理工程、焼入れ処理工程および人工時効硬化処理工程)を行うことによって、微細な析出物が均一に分散し、強度、延性および靱性が高度にバランスしたアルミニウム合金鍛造材を得ることができる。 In this embodiment, by carrying out the above-mentioned heat treatments (solution treatment process, quenching treatment process, and artificial aging hardening treatment process), it is possible to obtain an aluminum alloy forging material in which fine precipitates are uniformly dispersed and which has a high balance of strength, ductility, and toughness.

このようにして製造されたアルミニウム合金製品(鋳造品および鍛造品等)は、常温における機械的特性に優れた特徴を有しているため、例えば、自動車用足回り部品(サスペンションアーム、アッパーアーム、ロアーアーム、タイロッドエンド等)の材料として好適に用いられる。 Aluminum alloy products (castings, forgings, etc.) manufactured in this way have excellent mechanical properties at room temperature, making them ideal for use as materials for automobile suspension parts (suspension arms, upper arms, lower arms, tie rod ends, etc.).

次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。 Next, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not particularly limited to these examples.

<実施例1>
Si:1.10質量%、Fe:0.25質量%、Cu:0.40質量%、Mn:0.50質量%、Mg:0.85質量%、Cr:0.15質量%を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を加熱してアルミニウム合金溶湯を得た後、該アルミニウム合金溶湯を用いて連続鋳造を行うことによって連続鋳造材を得た。得られた連続鋳造材に対して均質化加熱処理を行った後、空冷した。
Example 1
An aluminum alloy containing 1.10% by mass of Si, 0.25% by mass of Fe, 0.40% by mass of Cu, 0.50% by mass of Mn, 0.85% by mass of Mg, and 0.15% by mass of Cr, with the balance being Al and unavoidable impurities, was heated to obtain a molten aluminum alloy, and the molten aluminum alloy was then continuously cast to obtain a continuous cast material. The obtained continuous cast material was subjected to a homogenization heat treatment and then air-cooled.

次いで、空冷後の連続鋳造材を、材料温度530℃、金型温度180℃で熱間鍛造を行った。得られた鍛造材を530℃で溶体化処理を施し、50℃の水中に入れて水焼き入れを行った後、180℃で6時間加熱して人工時効硬化処理を施し、鍛造品を得た。 Then, the air-cooled continuous cast material was hot forged at a material temperature of 530°C and a die temperature of 180°C. The resulting forged material was solution treated at 530°C, quenched in water at 50°C, and then heated at 180°C for 6 hours for artificial aging hardening, resulting in a forged product.

この水焼き入れを行う際、水没時間を0.2secとし、焼き入れを行った。 When performing this water quenching, the submersion time was set to 0.2 seconds.

<実施例2>
Si:1.10質量%、Fe:0.25質量%、Cu:0.40質量%、Mn:0.50質量%、Mg:0.85質量%、Cr:0.15質量%を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を加熱してアルミニウム合金溶湯を得た後、該アルミニウム合金溶湯を用いて連続鋳造を行うことによって連続鋳造材を得た。得られた連続鋳造材に対して均質化加熱処理を行った後、空冷した。
Example 2
An aluminum alloy containing 1.10% by mass of Si, 0.25% by mass of Fe, 0.40% by mass of Cu, 0.50% by mass of Mn, 0.85% by mass of Mg, and 0.15% by mass of Cr, with the remainder being Al and unavoidable impurities, was heated to obtain a molten aluminum alloy, and the molten aluminum alloy was then continuously cast to obtain a continuous cast material. The obtained continuous cast material was subjected to a homogenization heat treatment and then air-cooled.

次いで、空冷後の連続鋳造材を、材料温度530℃、金型温度180℃で熱間鍛造を行い、鍛造直後に50℃の水中に入れて水焼き入れを行った後、180℃で6時間加熱して人工時効硬化処理を施し、鍛造品を得た。 Next, the air-cooled continuous cast material was hot forged at a material temperature of 530°C and a die temperature of 180°C, and immediately after forging, it was placed in water at 50°C for water quenching, and then heated at 180°C for 6 hours for artificial aging hardening treatment to obtain a forged product.

この水焼き入れを行う際、水没時間を0.2secとし、焼き入れを行った。 When performing this water quenching, the submersion time was set to 0.2 seconds.

<実施例3>
水没時間を1.0secとした以外は実施例1と同様にして鍛造品を得た。
Example 3
A forged product was obtained in the same manner as in Example 1, except that the submersion time was 1.0 sec.

<実施例4>
水没時間を1.0secとした以外は実施例2と同様にして鍛造品を得た。
Example 4
A forged product was obtained in the same manner as in Example 2, except that the submersion time was 1.0 sec.

<実施例5>
水没時間を2.0secとした以外は実施例1と同様にして鍛造品を得た。
Example 5
A forged product was obtained in the same manner as in Example 1, except that the submersion time was set to 2.0 seconds.

<実施例6>
水没時間を2.0secとした以外は実施例2と同様にして鍛造品を得た。
Example 6
A forged product was obtained in the same manner as in Example 2, except that the submersion time was set to 2.0 seconds.

<比較例1>
Si:1.10質量%、Fe:0.25質量%、Cu:0.40質量%、Mn:0.50質量%、Mg:0.85質量%、Cr:0.15質量%を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を加熱してアルミニウム合金溶湯を得た後、該アルミニウム合金溶湯を用いて連続鋳造を行うことによって連続鋳造材を得た。得られた連続鋳造材に対して均質化加熱処理を行った後、空冷した。
<Comparative Example 1>
An aluminum alloy containing 1.10% by mass of Si, 0.25% by mass of Fe, 0.40% by mass of Cu, 0.50% by mass of Mn, 0.85% by mass of Mg, and 0.15% by mass of Cr, with the balance being Al and unavoidable impurities, was heated to obtain a molten aluminum alloy, and the molten aluminum alloy was then continuously cast to obtain a continuous cast material. The obtained continuous cast material was subjected to a homogenization heat treatment and then air-cooled.

次いで、空冷後の連続鋳造材を、材料温度530℃、金型温度180℃で熱間鍛造を行った。得られた鍛造材を530℃で溶体化処理を施し、50℃の水中に入れて水焼き入れを行った後、180℃で6時間加熱して人工時効硬化処理を施し、鍛造品を得た。 Then, the air-cooled continuous cast material was hot forged at a material temperature of 530°C and a die temperature of 180°C. The resulting forged material was solution treated at 530°C, quenched in water at 50°C, and then heated at 180°C for 6 hours for artificial aging hardening, resulting in a forged product.

この水焼き入れを行う際、水没時間を0.013secとし、焼き入れを行った。 When performing this water quenching, the submersion time was set to 0.013 seconds.

<比較例2>
水没時間を2.3secとした以外は比較例1と同様にして鍛造品を得た。
<Comparative Example 2>
A forged product was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the submersion time was set to 2.3 seconds.

<比較例3>
水没時間を3.0secとした以外は比較例1と同様にして鍛造品を得た。
<Comparative Example 3>
A forged product was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the submersion time was set to 3.0 seconds.

<比較例4>
Si:1.10質量%、Fe:0.25質量%、Cu:0.40質量%、Mn:0.50質量%、Mg:0.85質量%、Cr:0.15質量%を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を加熱してアルミニウム合金溶湯を得た後、該アルミニウム合金溶湯を用いて連続鋳造を行うことによって連続鋳造材を得た。得られた連続鋳造材に対して均質化加熱処理を行った後、空冷した。
<Comparative Example 4>
An aluminum alloy containing 1.10% by mass of Si, 0.25% by mass of Fe, 0.40% by mass of Cu, 0.50% by mass of Mn, 0.85% by mass of Mg, and 0.15% by mass of Cr, with the balance being Al and unavoidable impurities, was heated to obtain a molten aluminum alloy, and the molten aluminum alloy was then continuously cast to obtain a continuous cast material. The obtained continuous cast material was subjected to a homogenization heat treatment and then air-cooled.

次いで、空冷後の連続鋳造材を、材料温度530℃、金型温度180℃で熱間鍛造を行い、鍛造直後に50℃の水中に入れて水焼き入れを行った後、180℃で6時間加熱して人工時効硬化処理を施し、鍛造品を得た。 Next, the air-cooled continuous cast material was hot forged at a material temperature of 530°C and a die temperature of 180°C, and immediately after forging, it was placed in water at 50°C for water quenching, and then heated at 180°C for 6 hours for artificial aging hardening treatment to obtain a forged product.

この水焼き入れを行う際、水没時間を0.013secとし、焼き入れを行った。 When performing this water quenching, the submersion time was set to 0.013 seconds.

<比較例5>
水没時間を2.3secとした以外は比較例4と同様にして鍛造品を得た。
<Comparative Example 5>
A forged product was obtained in the same manner as in Comparative Example 4, except that the submersion time was set to 2.3 seconds.

<比較例6>
水没時間を3.0secとした以外は比較例4と同様にして鍛造品を得た。
<Comparative Example 6>
A forged product was obtained in the same manner as in Comparative Example 4, except that the submersion time was set to 3.0 seconds.

Figure 2024088721000002
Figure 2024088721000002

上記のようにして得られた各鍛造品について下記評価法に基づいて各種評価を行った。 Each forged product obtained as described above was evaluated according to the following methods.

<硬度測定>
実施例1~6および比較例1~6の各鍛造品において硬度測定を行った。具体的には、鍛造品を10mm角に切り出し樹脂埋めを行い、対象面をエメリー紙で#2000まで研磨を行ったのち、ビッカース硬度計を用いてビッカース硬度を測定した。ビッカース硬度測定の際の荷重は10gで1試料に対し10点測定し平均のビッカース硬度を算出した。
<Hardness measurement>
Hardness measurements were performed on each of the forged products of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6. Specifically, the forged products were cut into 10 mm squares, filled with resin, and the target surface was polished to #2000 with emery paper, and then the Vickers hardness was measured using a Vickers hardness tester. The load for the Vickers hardness measurement was 10 g, and 10 points were measured for one sample, and the average Vickers hardness was calculated.

また、ビッカース硬度の測定は図3に示すL型アームの測定箇所P1~P5で実施した。ビッカース硬度の測定結果を表1に示す。表1における判定基準は5カ所の測定結果の誤差(硬度差)が5HV以下の場合〇、6HV以上の場合を×とした。 The Vickers hardness measurements were performed at measurement points P1 to P5 of the L-shaped arm shown in Figure 3. The results of the Vickers hardness measurements are shown in Table 1. The criteria for judgment in Table 1 were: ◯ if the error (hardness difference) in the measurement results at the five points was 5HV or less, and × if it was 6HV or more.

表1より、実施例1~6では誤差(硬度差)がほとんど生じておらず、十分な機械的特性が得られていることが分かる。 From Table 1, it can be seen that there is almost no error (hardness difference) in Examples 1 to 6, and sufficient mechanical properties are obtained.

一方、比較例1~6では誤差(硬度差)が生じており、十分な機械的特性が得られていないことが分かる。 On the other hand, in Comparative Examples 1 to 6, there is an error (hardness difference), and it is clear that sufficient mechanical properties are not obtained.

本発明の製造方法で得られた足回り用鍛造品は高強度であるため、例えば、自動車用足回りのサスペンションアーム、アッパーアーム、ロアーアーム、タイロッドエンド等の材料として好適に用いられるが、特にこのような用途に限定されるものではない。 The forged products for undercarriages obtained by the manufacturing method of the present invention have high strength and are therefore suitable for use as materials for, for example, suspension arms, upper arms, lower arms, tie rod ends, etc., of the undercarriages of automobiles, but are not limited to such uses.

1:アルミニウム合金鍛造材
W:焼入れ水
1: Aluminum alloy forging material W: Quenching water

Claims (1)

熱処理工程として焼入れ処理工程を含むアルミニウム合金鍛造材の製造方法であって、
前記焼入れ処理工程は、前記鍛造材が焼入れ水に接触してから全ての表面が焼入れ水に接触するまでの時間が0.014sec~2.20secであり、
溶体化処理工程が熱間鍛造工程での昇温を併用したものであることを特徴とするアルミニウム合金鍛造材の製造方法。
A method for producing an aluminum alloy forging material, comprising a quenching process as a heat treatment process,
In the quenching process, the time from when the forged material comes into contact with the quenching water to when the entire surface comes into contact with the quenching water is 0.014 sec to 2.20 sec,
A method for producing an aluminum alloy forging, characterized in that the solution treatment step is performed in combination with a temperature rise in a hot forging step.
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