JP3638188B2 - 耐応力腐食割れ性に優れた自動二輪車のフロントフォークアウターチューブ用高力アルミニウム合金押出管の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐応力腐食割れ性に優れた高力アルミニウム合金押出管、とくに自動二輪車のフロントフォークアウターチューブなどに好適に使用される耐応力腐食割れ性に優れた高力アルミニウム合金押出管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動二輪車のフロントフォークは、二重の管が嵌合して互いに摺動するタイプのものであり、フロントフォークの伸縮および曲げ撓みによりエネルギーを吸収している。フロントフォークは、装着される車種によっては高いエネルギー吸収特性を必要とし、曲げ撓みによって塑性変形しないよう、アウターチューブには高強度であることが要求され、軽快な操縦性を必要とすることから軽量であることも必須の要件とされる。
【０００３】
このため、フロントフォークアウターチューブには、従来、７０００系の高力アルミニウム合金が適用されてきたが、最高強度が得られるＴ６調質材では耐応力腐食割れ性が劣るため、強度と耐応力腐食割れ性の組合わせを得るために、強度を若干犠牲にした過時効処理材が適用されている。
【０００４】
しかしながら、過時効材をフロントアウタチューブに適用した場合、Ｔ６材に比べて強度が劣ることから、必要な強度を得るために肉厚を大きくする必要があり、肉厚増大は重量増となるため、二輪車の操縦性を低下させる原因となる。製品としての剛性も高くなるため、ライダーへの負担が増し、疲労を増加させる原因ともなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、とくに自動二輪車のフロントフォークアウターチューブに適用されるアルミニウム合金材における従来の上記問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、高力アルミニウム合金押出管のＴ６調質材の耐応力腐食割れ性を改善し、強度と耐応力腐食割れ性を兼備した耐応力腐食割れ性に優れた高力アルミニウム合金押出管の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１による耐応力腐食割れ性に優れた自動二輪車のフロントフォークアウターチューブ用高力アルミニウム合金押出管の製造方法は、Ｚｎ：３．０〜１０．０％、Ｍｇ：０．５〜３．０％、Ｃｕ：０．０５〜３．０％を含有し、さらにＣｒ：０．３％以下、Ｍｎ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下のうちの１種以上、およびＴｉ：０．０５％以下、Ｂ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有し、不純物としてのＦｅ、Ｓｉをそれぞれ０．１％以下に制限し、残部アルミニウムからなる押出管を、溶体化処理および焼入れ処理し、室温で１００時間以上の時間自然時効させたのち、１５０〜２５０℃の温度で３０秒〜１０分間熱処理し、該熱処理において少なくとも１００℃から熱処理温度までの昇温速度を１℃／秒以上とし、最後に人工時効処理を行うことを特徴とする。」
【０００７】
請求項２による耐応力腐食割れ性に優れた自動二輪車のフロントフォークアウターチューブ用高力アルミニウム合金押出管の製造方法は、請求項１において、前記押出管が３％以下のＬｉを含有することを特徴とする。」
【０００８】
本発明におけるアルミニウム合金押出管の成分組成について説明すると、Ｚｎ、ＭｇおよびＣｕは、主要合金元素であり、合金の強度を向上させる。好ましい含有量は、Ｚｎ:3.0〜10.0％、Ｍｇ:0.5〜3.0 ％、Ｃｕ:0.05 〜3.0 ％の範囲であり、それぞれ下限未満では強度向上の効果が小さく、上限を越えて含有すると応力腐食割れ性を低下させる。
【０００９】
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒは、熱間で押し出された押出管の再結晶を抑制してファイバー組織を形成させ強度を高めるとともに、耐応力腐食割れ性を向上させる。Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒの含有範囲はそれぞれ0.3 ％以下であり、これらの元素のうちの少なくとも１種を添加する。
【００１０】
Ｔｉ、Ｂは合金の鋳塊組織を微細化して鋳塊割れに起因する押出管の欠陥発生を防止するために添加する。好ましい含有量は、Ｔｉ:0.05 ％以下、Ｂ:0.005％以下の範囲である。
【００１１】
本発明においては、耐応力腐食割れを確実に防止するために、アルミニウム合金押出管中の不純物としてのＦｅを0.2 ％以下、Ｓｉを0.2 ％以下に制限することが必要である。Ｆｅ:0.1％以下、Ｓｉ:0.1％以下に制限するのがさらに好ましい。また、本発明のアルミニウム合金には、ヤング率向上、低密度化のために、3 ％以下のＬｉが添加されてもよく、Ｌｉの添加は本発明のアルミニウム合金押出管を自動二輪車のフロントフォークアウターチューブとして適用する場合にとくに有効である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明によるアルミニウム合金管の製造方法は、上記の組成を有するアルミニウム合金を常法に従って熱間押出加工して押出管を製造し、この押出管について、例えば４００〜５００℃の温度で０．１〜１０時間の溶体化処理を行い、水焼入れなどの焼入れ処理後、１００時間以上の時間自然時効処理させる。溶体化処理後、室温に保持する自然時効処理を行った場合、Ｇ．Ｐゾーンあるいは極めて微細な中間相の析出が生じる。」
【００１３】
ついで、150 〜250 ℃で30秒〜10分間熱処理を行う。この場合、少なくとも100 ℃から所定の熱処理温度までの昇温速度を1 ℃/ 秒以上とすることが重要である。この急速加熱を伴う熱処理によって、結晶粒内のＧ．Ｐゾーンや微細な中間相が分解され、析出の核が少ないために時効析出もほとんど進行しない。一方、結晶粒界の析出物は安定であるため、熱処理によってほとんど分解されず、むしろ粗大化する傾向がある。
【００１４】
応力腐食割れは結晶粒界に沿って伝播するから、応力腐食割れ感受性は結晶粒界の性状に依存し、結晶粒界の析出物が粗大であるほど耐応力腐食割れが生じ難い。上記の熱処理により、結晶粒内の微細析出物は分解されるため焼入れ直後の組織状態に戻るが、結晶粒界の析出物は分解されず粗大化が進行して耐応力腐食割れ性を向上させ、続いて自然時効処理を介しまたは介することなしに行われる人工時効処理により強度が高められ、強度および耐応力腐食割れ性を兼備したアルミニウム合金押出管が得られる。
【００１５】
熱処理の温度が150 ℃未満ではＧ．Ｐゾーン、中間相からなる微細析出物が分解され難く、結晶粒内で硬化に寄与する析出物が形成され時効硬化が進む。250 ℃を越えると、微細析出物が分解されるとともに、安定相の粗大析出が生じ、人工時効処理後の強度不良の原因となる。熱処理のさらに好ましい温度範囲は170 〜220 ℃である。
【００１６】
熱処理時間は30秒〜10分間が好ましく、30秒未満では十分な熱処理効果が得られず、10分を越えると結晶粒内において安定相の析出が進行し易い。100 ℃から所定の熱処理温度までの昇温速度が1 ℃/ 秒未満では、微細析出物が分解する前に安定相の析出が起こるため好ましくない。
【００１７】
本発明においては、上記の熱処理後、自動二輪車のフロントフォークアウターチューブなどの形状に加工するために、冷間加工を行うこともできる。人工時効処理は、常法に従い、例えば100 〜170 ℃で2 〜48時間行う。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
実施例１
表１に示す組成を有するアルミニウム合金管（外径60mm、内径46mm) を間接押出により作製した。このアルミニウム合金押出管を縦型焼入れ炉に装入し、480 ℃の温度に加熱して溶体化処理し、長手方向に水焼入れ処理を行った。
【００１９】
焼入れ後、600mm 長さに切断して室温で１週間自然時効処理した。ついで、表２に示す条件で熱処理を行い、４日間室温で自然時効処理した後、120 ℃で24時間の人工時効処理を行った。人工時効処理後のアルミニウム合金押出管について、常温の引張試験および応力腐食割れ試験を行った。
【００２０】
応力腐食割れ試験は、外径58mm、内径48mm、幅50mmのＣリング試験片を成形し、ねじで締め付けることによって350 ＭＰａの応力を負荷し、3.5 ％塩水交互浸漬試験（10分間浸漬−50分間乾燥) を実施した。３個の試験片について応力腐食割れ試験を行い、最も早く割れを生じた時間を測定して、耐応力腐食割れ性を評価した。
【００２１】
結果を表２に示す。表２にみられるように、本発明に従って作製された試験材はいずれも、550 ＭＰａを越える十分な強度を有し、応力腐食割れ発生までの時間が720 時間を越える優れた耐応力腐食割れ性をそなえていた。
【００２２】
【表１】
【表２】
比較例１
実施例１のアルミニウム合金押出管を、実施例１と同一の条件で溶体化処理、焼入れ、自然時効処理を行った後、表３に示す条件で熱処理を行い、ついで実施例１と同等の自然時効、人工時効処理を行った。試験材のうち試験材No.12 については、人工時効処理を110 ℃×16時間および180 ℃×7 時間（Ｔ７３相当）の２段で行った。時効処理後、実施例１と同じ条件で引張試験および応力腐食割れ試験を実施した。結果を表３に示す。なお、表３において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００２５】
【表３】
表３に示すように、試験材No.6は熱処理温度が低過ぎ、試験材No.8は熱処理時間が短か過ぎ、試験材No.10 は熱処理時の昇温速度が低過ぎるため、いずれも耐応力腐食割れ性が劣る。試験材No.7は熱処理温度が高過ぎ、試験材No.9は熱処理時間が長過ぎるため、強度特性が劣る。試験材No.11 およびNo.12 は熱処理を行わなかったため、強度、耐応力腐食割れ性のいずれかが劣っている。
【００２８】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、強度および耐応力腐食割れ性に優れたアルミニウム合金押出管が提供される。当該アルミニウム合金押出管は、とくに自動二輪車のフロントフォークアウターチューブ材として好適に使用される。
Claims (2)
- Ｚｎ：３．０〜１０．０％（重量％、以下同じ）、Ｍｇ：０．５〜３．０％、Ｃｕ：０．０５〜３．０％を含有し、さらにＣｒ：０．３％以下、Ｍｎ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下のうちの１種以上、およびＴｉ：０．０５％以下、Ｂ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有し、不純物としてのＦｅ、Ｓｉをそれぞれ０．１％以下に制限し、残部アルミニウムからなる押出管を、溶体化処理および焼入れ処理し、室温で１００時間以上の時間自然時効させたのち、１５０〜２５０℃の温度で３０秒〜１０分間熱処理し、該熱処理において少なくとも１００℃から熱処理温度までの昇温速度を１℃／秒以上とし、最後に人工時効処理を行うことを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた自動二輪車のフロントフォークアウターチューブ用高力アルミニウム合金押出管の製造方法。
- 押出管が３％以下のＬｉを含有することを特徴とする請求項１記載の耐応力腐食割れ性に優れた高力アルミニウム合金押出管の製造方法。
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